CN101770685A - 垂直总线电路、电池管理***以及信号传输方法 - Google Patents

垂直总线电路、电池管理***以及信号传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垂直总线电路、电池管理***以及信号传输方法。所述垂直总线电路包括：一组总线模块，所述一组总线模块之间传输信号，其中，所述一组总线模块共享一组共电压电平，所述总线模块进一步包括信号路径和分别由第一电平和第二电平供电的两个I/O设备，且所述信号路径用于在所述两个I/O设备之间传输信号，所述一组共电压电平用于在所述一组总线模块之间传输信号；与现有技术相比，采用了本发明的垂直总线电路的电池管理***成本低且功耗小。

Description

垂直总线电路、电池管理***以及信号传输方法
技术领域
本发明涉及垂直总线电路，尤指一种用于电池管理***中信号通信的垂直总线电路。
背景技术
现在，锂电池被应用于环保汽车，例如，纯电动汽车和混合动力汽车。一节锂电池单元的工作电压约为3到4伏，但纯电动汽车和混合动力汽车通常需要高于100伏的电压。通常采用串联多个电池单元来驱动纯电动汽车和混合动力汽车。
在电池管理中，将大量电池单元划分为一个或多个电池包，一个模拟前端设备(Analog Front End device，AFE)耦合至每个电池包，用于获得每个电池包或电池单元的状态，例如，电压和温度。然后，将表示电池包或电池单元状态的数字信号传输至微处理器，用于执行不同功能，例如，电池保护。这样，就需要建立微处理器和每个模拟前端设备之间的通信。
图1是现有技术的光电隔离式垂直总线的电池管理***100的示意图。模拟前端设备122、124和126分别耦合至电池包112、114和116，用于获得电池包中每个电池单元的状态。光电隔离模块132、134和136用于在模拟前端设备122、124和126与中央控制单元(central electronicscontrol unit，CECU)140之间建立通信总线。对于总线中的每条通路，即每个光电隔离模块需要两个光电隔离器。
由于光电隔离器价格较贵，且其需要几百个毫安培的电流才能驱动，因此，现有技术的基于光电隔离器的垂直总线的电池管理***100的成本高且功耗大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种电池管理***，所述电池管理***相较于现有技术而言，当通信的缺省路径发生非期望情况时，能够通过候补路径进行通信。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种垂直总线电路，所述垂直总线电路包括：一组总线模块，所述一组总线模块之间传输信号，其中，所述一组总线模块共享一组共电压电平，所述总线模块进一步包括信号路径和分别由第一电平和第二电平供电的两个I/O设备，且所述信号路径用于在所述两个I/O设备之间传输信号，所述一组共电压电平用于在所述一组总线模块之间传输信号。
本发明还提供了一种电池管理***，该电池管理***包括：一组设备，耦合至包括一组电池单元的电池，所述设备用于获得所述电池单元的状态，其中所述设备耦合至所述一组电池单元中的一组，所述一组设备使用不同的电压；以及控制单元，耦合至所述一组设备的第一设备，经由所述控制单元、所述第一设备、所述一组设备的第一组设备与所述一组设备的目标设备通信，其中所述第一组设备所使用的电压值介于所述第一设备所使用的电压值和所述目标设备所使用的电压值之间。
本发明进一步提供了一种信号传输方法，该方法至少包括下列步骤：在一组总线模块的第一总线模块中的第一共电压电平和第二共电压电平之间传输信号；以及在所述一组总线模块的所述第一总线模块和第二总线模块之间传输信号，其中所述第一总线模块和所述第二总线模块共享所述第二共电压电平。
与现有技术相比，采用了本发明的垂直总线电路的电池管理***的成本低且功耗小。
附图说明
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
图1是传统的基于光电隔离器的垂直总线的电池管理***的结构示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的垂直总线电路的结构示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的垂直总线电路的结构示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的电池管理***的垂直总线电路的结构示意图；
图5是根据本发明的一个实施例的电池管理***的垂直总线电路的结构示意图；
图6是根据本发明的一个实施例的电池管理***的结构示意图；
图7是根据本发明的一个实施例的电池管理***的结构示意图；
图8是根据本发明的一个实施例的电池管理***的结构示意图；
图9是根据本发明的一个实施例的电池管理***的结构示意图；以及
图10是根据本发明的一个实施例的在电池管理***中信号传输方法的流程图。
具体实施方式
虽然本发明将结合以下实施例进行阐述，但应理解为这并非意指将本发明限定于这些实施例。相反，本发明旨在涵盖由所附权利要求项所界定的本发明精神和范围内所定义的各种可选项、可修改项和等同项。
此外，在以下对本发明的详细描述中，为了提供针对本发明的完全的理解，阐明了大量的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外的一些实例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明之主旨。
图2是根据本发明的一个实施例的垂直总线电路200的结构示意图。垂直总线电路200包括三个总线模块220、230和240，以及多个电阻262、264、266和268。如图2所示，总线模块220、230和240的结构相似。虽然图2出示了三个总线模块，然而本发明并不局限于此。在其他的实施例中，垂直总线电路200可能包括更多或者更少数量的总线模块。
总线模块220、230和240可使用不同的电压。以总线模块220为例，从总线模块220的输入端212输入一个总线信号，并传输至总线模块230。在总线模块220的输入端212，低电平电压为V0，高电平电压为V1。当总线信号传输至总线模块230的节点214，低电平电压为V2，高电平电压为V3，其中V2和V3分别不同于V0和V1。相似地，总线信号可以由总线模块230传输至总线模块240。
总线模块220、230和240以向上的方向传输总线信号(参考图2的方向)。例如，在垂直总线电路200中，总线模块220为底部总线模块，总线模块240为顶部总线模块。一个总线信号从总线模块220的输入端212输入，并传输至总线模块240，最后从总线模块240的输出端218输出。
在一实施例中，总线模块220包括上行信号路径222、反相器272和294，以及晶体管284。在一实施例中，上行信号路径222包括晶体管223、224、225、226、227和228，以及反相器229。总线模块230包括上行信号路径232、反相器274和296，以及晶体管286。上行信号路径232包括晶体管233、234、235、236、237和238，以及反相器239。总线模块240包括上行信号路径242、反相器276和298，以及晶体管288。上行信号路径242包括晶体管243、244、245、246、247和248，以及反相器249。
总线模块220、230和240中的上行信号路径222、232和242将总线信号从低电平传递到高电平。例如，总线模块220中的上行信号路径222将总线信号从低电平(VDD＝V1，GND＝V0)传递到高电平(VDD＝V3，GND＝V2)。
在一实施例中，总线模块220中的反相器294和晶体管284、电阻264和总线模块230中的反相器274将总线信号从总线模块220传递到总线模块230。相似地，总线模块230中的反相器296和晶体管286、电阻266和总线模块240中的反相器276将总线信号从总线模块230传递到总线模块240。
当输入总线模块220的输入端212的总线信号为状态高或输入端212的总线信号的电压为V1，晶体管227被关断，晶体管228被打开，节点252的电压被拉低。晶体管223的门极电压被拉低，以打开晶体管223。这样，在晶体管223在节点256的漏极电压被拉高，以打开晶体管223，通过反相器294，晶体管284的门极电压被拉低，以关断晶体管284。晶体管284耦合至电阻264，在节点214输出状态为高(电压为V3)的总线信号。
反之，当输入端212的总线信号为状态高或输入端212的总线信号的电压为V0，晶体管228被关断，晶体管227被打开，节点256的电压被拉低。晶体管284的门极电压被拉高，以打开晶体管284。晶体管284耦合至电阻264，在节点214输出状态为低(电压为V2)的总线信号。
在一实施例中，加入晶体管225和226可以降低对应的节点256和252的全摆动(full swing)。这样，节点256和252的电压的全摆动从V3到V2。所以，功耗可以降低，信号传递速度可以提高。
所以，总线信号可以从总线模块220的输入端212传至节点214。相似地，总线信号可以从总线模块230的节点214传至节点216，然后，通过总线模块240，在输出端218输出。换句话说，总线信号从低电压电平(VDD＝V1，GND＝V0)传至高电压电平(VDD＝V7，GND＝V6)。这样，当输入端212输入状态为高的总线信号，则输出端218输出状态为高的总线信号，即OUT＝1；当输入端212输入状态为低的总线信号，输出端218输出状态为低的总线信号，即OUT＝0。
图3是根据本发明的一个实施例的垂直总线电路300的结构示意图。垂直总线电路300包括三个总线模块320、330和340，以及多个电阻362、364、366和368。如图3所示，总线模块320、330和340相似。虽然图3出示了三个总线模块，但本发明并不局限于此。
总线模块320、330和340可能使用不同的电压。以总线模块320为例，从总线模块320的输入端312输入一个总线信号，传输至总线模块330。在总线模块320的输入端312，低电平电压为V6，高电平电压为V7。当总线信号传输至总线模块330的节点314，低电平电压为V4，高电平电压为V5。相似地，总线信号可以由总线模块330传输至总线模块340。
总线模块320、330和340以向下的方向传输总线信号(参考图3的方向)。例如，在垂直总线电路300中，总线模块320为顶部总线模块，总线模块340为底部总线模块。从总线模块320的输入端312输入一个总线信号，传输至总线模块340，再从总线模块340的输出端318输出。
在一实施例中，总线模块320包括下行信号路径322、反相器372和394，以及晶体管384。在一实施例中，下行信号路径322包括晶体管323、324、325、326、327和328，以及反相器329。总线模块330包括下行信号路径332、反相器374和396，以及晶体管386。下行信号路径332包括晶体管333、334、335、336、337和338，以及反相器339。总线模块340包括下行信号路径342、反相器376和398，以及晶体管388。下行信号路径342包括晶体管343、344、345、346、347和348，以及反相器349。
总线模块320、330和340中的下行信号路径322、332和342将总线信号从高电平传递到低电平。例如，总线模块320中的下行信号路径322将总线信号从高电平(VDD＝V7，GND＝V6)传递到低电平(VDD＝V5，GND＝V4)。
在一实施例中，总线模块320中的反相器394和晶体管384，电阻364和总线模块330中的反相器374将总线信号从总线模块320传递到总线模块330。相似地，在一实施例中，总线模块330中的反相器396和晶体管386，电阻366和总线模块340中的反相器376将总线信号从总线模块330传递到总线模块340。
当输入总线模块320的输入端312的总线信号的状态为高(即IN＝1)或输入端312的总线信号的电压为V7，晶体管328被关断，晶体管327被打开，节点356的电压被拉低。晶体管384的门极电压被拉低，以关断晶体管384。晶体管384耦合至电阻364以在节点314输出总线信号，且该总线信号的状态为高(电压为V5)。
相反地，当输入至输入端312的总线信号的状态为低(即IN＝0)或输入端312的总线信号的电压为V6，晶体管327被关断，晶体管328被打开，节点352的电压被拉高。晶体管323的门极电压被拉高，以打开晶体管323。这样，在晶体管323在节点356的漏极电压被拉低，通过反相器394将晶体管384的门极电压被拉高，以打开晶体管384。晶体管384耦合至电阻364以在节点214输出总线信号，且该总线信号的状态为低(电压为V4)。
在一实施例中，加入晶体管325和326以分别降低节点356和352的电压的全摆动。这样，节点356和352的电压的全摆动为从V5到V4。所以，功耗降低，信号传递速度提高。
所以，总线信号通过总线模块320从输入端312传递至节点314。相似地，总线信号通过总线模块330从节点314传递至节点316，然后通过总线模块340从输出端318输出。这样，当输入端口312输入状态为高的总线信号，输出端318输出状态为高的输出信号，即OUT＝1；当输入端312输入状态为低的总线信号，输出端318输出状态为低的输出信号，即OUT＝0。
图4是根据本发明的一个实施例的电池管理***的垂直总线电路400的结构示意图。电池410包括三个电池包412、414和416。垂直总线电路400为单线，且包括三个总线模块420、430和440，以及多个电阻462、464和466。在一实施例中，每个总线模块420、430和440相同，可以为集成芯片。
虽然垂直总线电路400耦合至电池410，且用于在电池管理***中传输信号，但本发明不仅限于此。虽然图4出示了三个总线模块，但本发明不仅限于此。
每个电池包412，414和416包括一组串联的电池单元。模块化的电池410提供八个电压V0、V1、V2、V3、V4、V5、V6和V7。在一实施例中，V1和V0的压差、V3和V2的压差、V5和V4的压差和V7和V6的压差相等。压差可能等于一个电池包中一个电池单元的电压，或可能等于一个电池包中几个电池单元的电压之和。
总线模块420包括信号路径和I/O设备426和428。相似地，总线模块430包括信号路径和I/O设备436和438。总线模块440包括信号路径和I/O设备446和448。在一实施例中，总线模块420中的信号路径包括上行信号路径422和下行信号路径424。相似地，总线模块430中的信号路径包括上行信号路径432和下行信号路径434，总线模块440中的信号路径包括上行信号路径442和下行信号路径444。
在一实施例中，上行信号路径422、432和442相似于图2中的上行信号路径222、232和242。在一实施例中，下行信号路径424、434和444相似于图3中的上行信号路径322、332和342。
在另一实施例中，垂直总线电路400为双线，每个总线模块包括两个上行信号路径、两个下行信号路径和四个I/O设备。
有利的是，总线模块420、430和440共享多个共电压电平。此外，多个共电压电平使能总线模块420、430和440之间的信号传输。例如，总线模块420中的I/O设备426和428分别由电平(VDD＝V1，GND＝V0)和电平(VDD＝V3，GND＝V2)供电。总线模块430中的I/O设备436和438分别由电平(VDD＝V3，GND＝V2)和电平(VDD＝V5，GND＝V4)供电。所以，总线模块420和430共享电平(VDD＝V3，GND＝V2)，该电平使能总线模块420和430之间的信号传输。
在一实施例中，电池包中一个电池单元的电压或电池包中几个电池单元的电压之和被用作共电压电平。换句话说，一个电池包中的至少一个电池的电压被用作共电压电平。
如图4所示的I/O设备426包括与图2中的反相器272相似的反相器472、与图3中的反相器398相似的反相器498以及与图3中的晶体管388相似的晶体管488。I/O设备428、436、438、446以及448与I/O设备426相似，在此不赘述。有利的是，如图2和图3所对应的描述，每个总线模块的信号路径用于在总线模块中的两个I/O设备之间传输信号。
节点402、404和406作为总线模块420、430和440的I/O端口。如前所述，每个节点的总线信号可以以上行和下行的方向传输。例如，节点402的总线信号可以传输至节点404和406，总线信号也可以从节点404和406传输至节点402。这样，对于单线，每个总线模块420、430和440使用两个I/O端口(例如，总线模块420的节点402和404)。在另一实施例中，对于双线，总线模块使用四个I/O端口(未图示)。所以，总线模块的集成芯片的管脚数减少。
I/O设备为开漏(open-drain)，这样，I/O设备较多样，可以为I2C、SPI或其他类型的总线。此外，垂直总线电路400在静态时无功耗。垂直总线电路400的每个总线模块里传输的总线信号为差分信号。例如，在上行信号路径422，晶体管423的打开或关断由节点452和节点456的电压差决定。这样，可以得到较高的信号传输速度和较好的容错性。
如上所述，每个电池包412、414和416的一个或几个电池的电压被提供于使能总线模块之间的信号传输。这样，信号的全摆动在一个或几个电池的电压范围内。有利的是，当几个电池的电压之和被用于使能总线模块之间的信号传输时，信号的全摆动增大。这样，获得更好的信号容错性。
由于每个节点的工作电压在I/O设备的电压范围之内，节点402、404和406无须承受暂态过压。如图4所示，电压范围为一个电池单元的电压。例如，节点402的工作电压在电池包412中的电池单元482的电压范围内，从V0到V1。
图5是根据本发明的一个实施例的电池管理***的垂直总线电路500的结构示意图。电池510包括三个电池包512、514和516。在图5的实施例中，垂直总线电路500为单线，且包括三个总线模块520、530和540，以及多个电阻562、564和566。在一实施例中，每个总线模块520、530和540相同，可以为集成芯片。
虽然垂直总线电路500耦合至电池510，且用于在电池管理***中传输信号，但本发明不仅限于此。虽然图5出示了三个总线模块，但本发明不仅限于此。
在图5的实施例中，总线模块520包括信号路径，电压调节器(例如，低压差稳压器，Low Drop-out Regulator，LDO)552和I/O设备526和528。相似地，总线模块530包括信号路径，电压调节器554和I/O设备536和538。总线模块540包括信号路径，电压调节器556和I/O设备546和548。在一实施例中，总线模块520的信号路径包括上行信号路径522和下行信号路径524。相似的，总线模块530的信号路径包括上行信号路径532和下行信号路径534。总线模块540的信号路径包括上行信号路径542和下行信号路径544。
在另一实施例中，垂直总线电路500为双线，每个总线模块包括两个上行信号路径、两个下行信号路径和四个I/O设备。
有利的是，总线模块520、530和540共享多个共电压电平。此外，多个共电压电平使能总线模块520、530和540之间的信号传输。例如，总线模块520中的I/O设备526和528分别由电平(VDD＝V1，GND＝V0)和电平(VDD＝V3，GND＝V2)供电。总线模块530中的I/O设备536和538分别由电平(VDD＝V3，GND＝V2)和电平(VIDD＝V5，GND＝V4)供电。所以，总线模块520和530共享电平(VDD＝V3，GND＝V2)，该电平使能总线模块520和530之间的信号传输。
在一实施例中，每个共电压电平由每个电池包中的一个电池单元的阳极电压和电压调节器的输出电压提供。例如，电压V4为电池包514中电池单元594的阳极电压，电压V2为电池包512中电池单元592的阳极电压。电压V4被提供给总线模块530的LDO 554，由LDO 554输出一输出电压V3。这样，电压调节器的输出电压V3和电池单元的阳极电压V2使能总线模块530和520之间的总线信号传输。
有利的是，如图2和3所述，每个总线模块的信号路径用于在总线模块中的两个I/O设备之间传输信号，在此不赘述。
LDO 552、554和556的输出电压提供较稳定的电能，以使能总线信号在垂直总线电路500中传输。这样，垂直总线电路500不受到快速充电或放电的导致电池单元电压波动的影响，更具可靠性。
每个电池包512、514和516中电池单元的最大数量由耦合于电池包的总线模块中晶体管允许的最大漏源电压Vds和该总线模块之上的总线模块中LDO的输出电压决定。如图5所示，总线模块520中的晶体管525和527允许的最大漏源电压Vds等于V3和V2之差加上电池包512提供的电压，其中，V3和V2之差为总线模块530中的LDO 554的输出电压。这样，电池包512中的电池单元的最大数量由方程(1)表示如下：
N＝(Vds-VLDO)/Vcell    (1)
其中，N为电池包512中的电池单元的最大数量，Vds为晶体管525和527允许的最大漏源电压Vds，VLDO为总线模块530中的LDO 554的输出电压，Vcell为电池单元电压。
图6是根据本发明的一个实施例的电池管理***的垂直总线拓扑600的结构示意图。垂直总线拓扑600用于I2C总线应用。垂直总线拓扑600包括总线模块620、630和640。总线模块620、630和640分别耦合至电池包612、614和616。这样，总线模块620、630和640使用不同的电压。
有利的是，总线模块620、630和640共享多个共电压电平。在一实施例中，每个电池包612、614和616中的一个电池单元的电压被用作共电压电平。例如，电池包612中的电池单元604的电压被用作总线模块620和630共享的共电压电平。电池包614中的电池单元606的电压被用作总线模块630和640共享的共电压电平。共电压电平使能总线模块620、630和640间的信号传输。例如，电池单元604的电压使能总线模块620和630间的信号传输。
如上所述，每个总线模块620、630和640采用I2C总线协议与其他总线模块通信。
虽然图6出示了三个总线模块，但本发明并不局限于此。
在另一实施例中，每个电池包612、614和616中的两个或更多个电池单元的电压之和被用作共电平，以使能信号传输，从而获得更好的信号全摆动和更好的容错性。
图7是根据本发明的一个实施例的电池管理***的垂直总线拓扑700的结构示意图。垂直总线拓扑700用于I2C总线应用。垂直总线拓扑700包括总线模块720、730和740。总线模块720、730和740分别耦合至电池包712、714和716。总线模块720、730和740中分别包括有电压发生器。在一实施例中，多个电压发生器可以为LDO 752、754和756。
虽然图7出示了三个总线模块，但本发明并不局限于此。
有利的是，总线模块720、730和740共享多个共电压电平。此外，共电压电平使能总线模块720、730和740间的信号传输。每个共电压电平由每个电池包中的一个电池单元的阳极电压和电压调节器的输出电压提供。例如，电池包714中电池单元704的阳极电压被提供至给LDO754，由LDO 754输出一输出电压。这样，LDO 754的输出电压和电池包712中的电池单元702的阳极电压被用作总线模块720和730共享的共电压电平。如上所述，每个总线模块720、730和740采用I2C总线协议与其他总线模块通信。
图8是根据本发明的一个实施例的电池管理***800的结构示意图。电池管理***800包括电池810、模拟前端设备(analog front enddevice，AFE)820、830和840，以及中央控制器860。电池810包括电池包812、814和816。AFE设备820、830和840分别耦合至电池包812、814和816。耦合至电池810的AFE设备820、830和840获取电池810中的电池单元的状态。在这种情况，AFE设备820、830和840分别使用电池包812、814和816提供的电压，即AFE设备820、830和840使用不同的电压。
虽然图8出示了三个总线模块，但本发明并不局限于此。
在一实施例中，中央控制器860耦合至电池管理***800中的底部的AFE设备820。有利的是，中央控制器860经由AFE设备820、AFE设备830和840中的一组设备和目标AFE设备通信。上述AFE设备820、830和840中的一组设备所使用的电压值介于AFE设备820所使用的电压值和目标AFE设备所使用的电压值之间。例如，中央控制器860发出信号，则所述信号经过AFE设备820和AFE设备830传至目标AFE设备840；AFE设备830所使用的电压值介于AFE设备820所使用的电压值和AFE设备840所使用的电压值之间。
AFE设备820、830和840共享的共电压电平使能AFE设备820、830和840的总线信号传输。在一实施例中，每个电池包812、814和816的一个电池单元的电压被用作共电压电平。例如，电池包812中的电池单元804的电压被用作共电压电平，并使能AFE设备820和AFE设备830间的信号传输。
或者，在另一实施例中，每个电池包812，814和816中的两个或更多个电池单元的电压之和被用作共电压电平，以使能信号传输，从而获得更好的信号全摆动和更好的容错性。
在一实施例中，AFE设备820、830和840相同，可以为集成芯片。在图8的实施例中，AFE设备820包括监控模块g22、总线模块824、模数转换器(analog to digital converter，ADC)826、总线引擎828以及I/O设备(未图示)。相似地，AFE设备830包括监控模块832、总线模块834、模数转换器836、总线引擎838以及I/O设备(未图示)。AFE设备840包括监控模块842、总线模块844、模数转换器846、总线引擎848以及I/O设备(未图示)。在一实施例中，每个总线模块824、834和844分别包括以上行方向传输总线信号的上行信号路径(例如，图4中的上行信号路径422)，以及以下行方向传输总线信号的下行信号路径(例如，图4中的下行信号路径424)。
AFE设备820、830和840用于监控对应的电池包中每个电池单元的状态，并通过垂直总线与中央控制器860通信。在一实施例中，该垂直总线由总线模块824、834和844，总线引擎828、838和848，以及I/O设备(未图示)构成。每个AFE设备中的I/O设备由不同的电平供电。每个AFE设备中的总线模块在I/O设备之间传输信号。
在一实施例中，以AFE设备820为例，AFE设备820中的监控模块822选择电池包812中的一个电池单元，将该电池单元的状态提供给ADC826。AFE设备820的ADC 826将表示电池状态的模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号传输至总线引擎828。总线引擎828作为AFE设备820中的控制器，能与中央控制器860通信。
每个AFE设备820、830和840可以主状态或从状态与中央控制器860通信。当AFE设备工作在主状态时，AFE设备的总线引擎发出信号并与中央控制器860通信。例如，当AFE设备840工作在主状态，总线引擎848发送报警信号给中央控制器860。该报警信号通过垂直总线传输至总线引擎838和828，然后再传输至中央控制器860。例如，当AFE设备840工作在从状态时，来自中央控制器860的信号通过垂直总线传输至AEF设备820的总线引擎828，然后再传输至AFE设备840的总线引擎848。
当电池管理***800采用双线通信协议，则每个总线引擎采用三线，以获得较好的容错性。如图8所示，总线引擎828的左侧有三个端口A、B和C，右侧有三个端口Ai、Bi和Ci。例如，若端口A、B，Ai和Bi为传输总线信号的缺省端口，且若端口B出错，则端口C可以用作备用端口，以传输总线信号。这样，可以获得较好的容错性。在一实施例中，当电池管理***800采用单线通信协议，则每个总线引擎采用双线，以获得较好的容错性。换句话说，当无法使用缺省路径，每个总线引擎采用备用路径代替缺省路径。
在一实施例中，电池单元802、804和806为在线诊断(识别问题)和校正提供参考电压。换句话说，AFE设备820、830和840共享的共电压电平用于在线诊断和校正。更具体地说，在一实施例中，中央控制器860还包括精准的内部ADC(未图示)，用于进行在线诊断和校正。这里，“精准的ADC”或“精准的转换器”是指ADC/转换器将一电压转换至一个值，其中该值和电压真实值的差值小于一阀值。电池单元802的电压被中央控制器860的精准的内部ADC和AFE设备820的ADC 826转换。若两个转换结果不同，则校正ADC 826。相似地，电池单元804的电压被校正后的ADC 826和AFE设备830中的ADC 836转换，以诊断和校正ADC 836。所以，AFE设备820、830和840中的所有ADC都可以被诊断和校正。因此，在电池管理***800中可以较容易地实现在线诊断和校正。
外部的精准参考电压(未图示)可被用作如上所述的参考电压对ADC进行在线诊断和校正。
图9是根据本发明的一个实施例的电池管理***900的结构示意图。电池管理***900包括电池910、模拟前端设备(analog front enddevice，AFE)920、930和940，以及中央控制器960。电池910包括电池包912、914和916。耦合至电池910的AFE设备920、930和940获得电池910中的电池单元的状态。耦合至AFE设备920的中央控制器960同AFE设备920、930和940中的目标AFE设备通信。
虽然图9出示了三个总线模块，但本发明并不局限于此。
在一实施例中，AFE设备920、930和940相同，可以为集成芯片。在一实施例中，AFE设备920包括监控模块922、总线模块924、ADC926、总线引擎828、电压发生器952，以及I/O设备(未图示)。相似地，AFE设备930包括监控模块932、总线模块934、ADC 936、总线引擎938、电压发生器954，以及I/O设备(未图示)。AFE设备940包括监控模块942、总线模块944、模数转换器946、总线引擎948、电压发生器956，以及I/O设备(未图示)。在一实施例中，电压发生器952、954和956为LDO。
在一实施例中，电池包912、914和916中的一个电池单元的阳极电压和LDO 952、954和956的输出电压提供用于AFE设备920、930和940的总线信号传输的共电压电平。例如，电池包912中的电池单元904的阳极电压和总线模块930中的LDO 954的输出电压提供用于在AFE设备920和930之间传输信号的共电压电平。
在一实施例中，LDO 952、954和956为在线诊断和校正提供参考电压。在一实施例中，中央控制器960还包括用于在线诊断和校正的精准的内部ADC(未图示)。在这种情况，每个电压发生器的输出电压被精准的内部ADC和AFE设备920、930和940中的ADC转换，在此不赘述。
外部的精准参考电压(未图示)可被用作上述参考电压对ADC进行在线诊断和校正。
图10是根据本发明的一个实施例的电池管理***的传输信号方法的流程图。以下结合图4对图10进行描述。
在步骤1002，信号在电平(VDD＝V1，GND＝V0)和电平(VDD＝V3，GND＝V2)间传输。总线模块420中的I/O设备426由电平(VDD＝V1，GND＝V0)供电。总线模块420中的I/O设备428由电平(VDD＝V3，GND＝V2)供电。上行信号路径422将信号从I/O设备426传输至I/O设备428。下行信号路径424将信号从I/O设备428传输至I/O设备426。
在步骤1004，信号在总线模块420和430间传输。总线模块420和430共享的共电平电压(VDD＝V3，GND＝V2)用于使能它们之间的信号传输。
上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离后附权利要求书所界定的本发明精神和保护范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。

Claims (25)

1.一种垂直总线电路，其特征在于，所述垂直总线电路至少包括：
一组总线模块，所述一组总线模块之间传输信号，其中，所述一组总线模块共享一组共电压电平，所述总线模块进一步包括信号路径和分别由第一电平和第二电平供电的两个I/O设备，且所述信号路径用于在所述两个I/O设备之间传输信号，所述一组共电压电平用于在所述一组总线模块之间传输信号。
2.根据权利要求1所述的垂直总线电路，其特征在于，所述信号路径包括上行信号路径和下行信号路径，其中所述上行信号路径和所述下行信号路径共享所述两个I/O设备。
3.根据权利要求1所述的垂直总线电路，其特征在于，所述总线模块耦合至电池的一组电池单元，用于在电池管理***中传输所述信号。
4.根据权利要求3所述的垂直总线电路，其特征在于，所述信号表示所述电池单元的状态。
5.根据权利要求3所述的垂直总线电路，其特征在于，所述一组电池单元中的至少一个所述电池单元的电压被用作所述共电压电平。
6.根据权利要求3所述的垂直总线电路，其特征在于，每个总线模块还包括电压调节器，其中所述共电压电平由所述一组电池单元中的一个电池单元的阳极电压和所述电压调节器的输出电压提供。
7.根据权利要求1所述的垂直总线电路，其特征在于，所述信号路径包括差分电路，用于传输所述信号。
8.一种电池管理***，其特征在于，所述电池管理***至少包括：
一组设备，耦合至包括一组电池单元的电池，所述设备用于获得所述电池单元的状态，其中所述设备耦合至所述一组电池单元中的一组，所述一组设备使用不同的电压；以及
控制单元，耦合至所述一组设备的第一设备，经由所述控制单元、所述第一设备、所述一组设备的第一组设备与所述一组设备的目标设备通信，其中所述第一组设备所使用的电压值介于所述第一设备所使用的电压值和所述目标设备所使用的电压值之间。
9.根据权利要求8所述的电池管理***，其特征在于，所述一组设备由所述电池供电，其中所述第一设备中包括一由所述一组电池单元中最低电平的电池单元供电的设备。
10.根据权利要求8所述的电池管理***，其特征在于，所述一组设备共享一组共电压电平，其中所述共电压电平用于使能所述一组设备的第一设备和所述设备的第二设备的通信，且所述第一和第二设备共享所述共电压电平。
11.根据权利要求10所述的电池管理***，其特征在于，所述设备包括两个I/O设备，其中所述两个I/O设备中的第一设备由所述一组共电压电平的第一共电压电平供电，所述两个I/O设备中的第二设备由所述一组共电压电平的第二共电压电平供电。
12.根据权利要求11所述的电池管理***，其特征在于，所述设备包括用于在所述两个I/O设备之间传输信号的总线模块。
13.根据权利要求12所述的电池管理***，其特征在于，所述总线模块包括上行信号路径和下行信号路径，其中所述上行信号路径和所述下行信号路径共享所述两个I/O设备。
14.根据权利要求10所述的电池管理***，其特征在于，所述共电压电平由所述一组电池单元的至少一个电池单元的电压提供。
15.根据权利要求10所述的电池管理***，其特征在于，所述设备包括电压调节器，其中所述共电压电平由所述一组电池单元中的一个电池单元的阳极电压和所述电压调节器的输出电压提供。
16.根据权利要求8所述的电池管理***，其特征在于，所述一组设备还包括一组模数转换器，其中所述共电压电平用于诊断所述模数转换器。
17.根据权利要求12所述的电池管理***，其特征在于，所述总线模块包括差分电路，用于传输所述信号。
18.根据权利要求8所述的电池管理***，其特征在于，所述一组设备分别包括总线引擎，其中所述总线引擎使用缺省信号线进行信号传输，若无法使用所述缺省信号线，则使用备用信号线代替所述缺省信号线。
19.一种信号传输方法，其特征在于，所述信号传输方法至少包括下列步骤：
在一组总线模块的第一总线模块中的第一共电压电平和第二共电压电平之间传输信号；以及
在所述一组总线模块的所述第一总线模块和第二总线模块之间传输信号，其中所述第一总线模块和所述第二总线模块共享所述第二共电压电平。
20.根据权利要求19所述的信号传输方法，其特征在于，所述信号传输方法还包括下列步骤：
由控制单元发出所述信号；以及
在所述控制单元和所述第一总线模块之间传输所述信号。
21.根据权利要求19所述的信号传输方法，其特征在于，所述信号传输方法还包括下列步骤：
获取电池中的电池单元的状态；以及
使用转换器将所述状态转换为所述信号。
22.根据权利要求19所述的信号传输方法，其特征在于，所述信号传输方法还包括下列步骤：
使用精确的第一转换器将第一参考电压转换为第一值；
使用第二转换器将所述第一参考电压转换为第二值；以及
比较所述第一值和所述第二值，以诊断所述第二转换器。
23.根据权利要求22所述的信号传输方法，其特征在于，所述信号传输方法还包括下列步骤：
根据所述比较的结果，校正所述第二转换器；
采用所述第二转换器将第二参考电压转换为第三值；
采用第三转换器将所述第二参考电压转换为第四值；以及
比较所述第三值和所述第四值，以诊断所述第三转换器。
24.根据权利要求23所述的信号传输方法，其特征在于，所述第二参考电压包括所述第二共电压电平。
25.根据权利要求19所述的信号传输方法，其特征在于，所述第一共电压电平用于向所述第一总线模块中的第一I/O设备供电，所述第二共电压电平用于向所述第一总线模块中的第二I/O设备供电。
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