CN102315663A - 电池管理***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池管理***及方法，用于管理包括多个电池单元的电池组，该电池管理***包括：与电池单元相连的检测器，用于根据电池单元的单元电压产生第一检测信号；与电池单元相连的温度传感器，用于根据电池单元的温度产生第二检测信号；与电池单元相串联的电流传感器，用于根据电池单元的电流产生第三检测信号；以及与电流传感器相连的处理器，用于根据第一、第二和第三检测信号判断是否发生异常状况。采用本发明的电池管理***及方法能够检测到是否发生异常状态，并采取保护措施，从而，防止异常状态发展成错误状态。

Description

电池管理***及方法
技术领域
本发明涉及一种电池***，尤其是涉及一种电池管理***及方法。
背景技术
包括多个电池单元的电池组或电池模块用于例如笔记本电脑、电动车、混合动力车以及能量存储***等各种应用中。在运行中，电池单元发生错误状态，例如过压、过流、过温或单元内部微短路状态等，从而，损坏电池单元或产生安全问题，例如***或起火。
电池管理***用来检测电池单元的单元电压、电流和温度，如果发生错误状态，电池管理***采取保护措施。然而，当过滤噪声时，发生错误状态和电池管理***检测到错误状态之间存在预定的延迟。由此，当发生错误状态时不能及时地采取保护措施，从而损坏电池组或产生安全问题，例如***或起火。
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***，防止电池的异常状态发展成错误状态。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池管理***，用于管理包括多个电池单元的电池组，其包括：检测器，所述检测器与所述多个电池单元相连，并根据所述多个电池单元的单元电压产生第一检测信号；多个温度传感器，所述多个温度传感器与所述多个电池单元相连，并根据所述多个电池单元的温度产生第二检测信号；电流传感器，所述电流传感器与所述多个电池单元相连，并根据所述多个电池单元的电流产生第三检测信号；以及处理器，所述处理器与所述电流传感器相连，并根据所述第一、第二和第三检测信号判断是否发生异常状况。
本发明还提供了一种用于多个电池组的电池管理***，每个电池组包括多个电池单元，其包括：多个本地电池管理***，每个本地电池管理***分别与一个电池组相连，所述本地电池管理***进一步包括：检测器，所述检测器与所述多个电池单元相连，并根据所述多个电池单元的单元电压产生第一检测信号；以及多个温度传感器，所述多个温度传感器与所述多个电池单元相连，且根据所述多个电池单元的温度产生第二检测信号；电流传感器，所述电流传感器与所述多个电池组相串联，并根据所述多个电池组的电流产生第三检测信号；以及处理器，所述处理器与所述电流传感器相连，并根据所述第一、第二和第三检测信号判断是否发生异常状况。
本发明还提供了一种电池管理方法，用于管理包括多个电池单元的电池组，其包括：检测所述多个电池单元的参数，所述参数包括所述多个电池单元的单元电压、电流和温度；根据所述参数产生检测信号；以及根据所述检测信号判断是否发生异常状况。
与现有技术相比，本发明的电池管理***以及方法检测是否发生了异常状态，并采取保护措施，从而，防止异常状态发展成错误状态，例如过压、过流或过温状态。
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。
附图说明
图1所示为根据本发明的一个实施例的电池管理***的方框图；
图2所示为根据本发明的另一个实施例的电池管理***的方框图；
图3所示为根据本发明的一个实施例的管理多个电池组的电池管理***的方框图；
图4所示为根据本发明的另一个实施例的管理多个电池组的电池管理***的方框图；
图5所示为根据本发明的一个实施例的电池管理***的操作流程图；
图6A所示为根据本发明的一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图；
图6B所示为根据本发明的另一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图；
图7所示为根据本发明的一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图；
图8所示为根据本发明的一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图；
图9所示为根据本发明的一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图；
图10A所示为根据本发明的一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图；以及
图10B所示为根据本发明的另一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。虽然本发明将结合实施例进行阐述，但应理解为这并非意指将本发明限定于这些实施例。相反，本发明意在涵盖由后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。
图1所示为根据本发明的一个实施例的电池管理***130的方框图。根据本发明的实施例，在异常状态发展成错误状态，例如过压、过流或过温状态之前，根据电池单元的多个参数检测电池单元异常状态，例如微短路连接。由此，与现有技术相比，电池管理***130具有更强的保护功能。
如图1的实施例所示，电池组包括多个电池单元102_1-102_N。在电池管理***130中，一组温度传感器，例如与电池102_1-102_N相连的热敏电阻104_1-104_N分别检测电池单元102_1-102_N的温度，并根据电池单元102_1-102_N的温度产生检测信号传送给路由器110。此外，与电池单元102_1-102_N相连的检测器108根据电池单元102_1-102_N两端的电压值检测电池单元102_1-102_N的单元电压，并根据电池单元102_1-102_N的单元电压产生检测信号传送给路由器110。
在一个实施例中，路由器110将来自于检测器108和热敏电阻104_1-104_N的检测信号依次传送给转换器，例如模数转换器112，从而将检测信号转换成数字信号。表示电池单元102_1-102_N的单元电压和温度的数字信号传送给处理器118做进一步处理。在一个实施例中，处理器118为微处理器。
此外，与电池单元102_1-102_N相串联的电流传感器，例如电阻116，根据流经电池单元102_1-102_N的电流产生检测信号。该检测信号传送给转换器，例如模数转换器114，从而将模拟信号转换成数字信号。由此，表示电池单元102_1-102_N的电流的数字信号也传送给处理器118做进一步处理。
在运行中，模数转换器112和114周期性地将检测信号进行数字化处理，并将数字信号传送给处理器118。例如，模数转换器112和114每隔0.1秒将接收到的信号进行数字化处理并将数字信号传送给处理器118。
处理器118将电池单元102_1-102_N的检测信息存储在寄存器120中，并根据检测信息检测电池单元102_1-102_N是否发生异常状态，例如微短路连接。微短路连接是在电池单元内部形成短路。电池单元的内部污染，在制造过程中电极损坏，电极片上的毛刺，电池单元铅连接点的焊花，线圈或电极中的褶皱或扭结，电极误差，严重老化的电极，在制造过程之后电池单元的机械损坏，电池单元热量的弊端等等都会导致微短路连接。因此，通过检测异常状态，例如微短路连接，电池管理***130会采取保护措施，防止异常状态发展成错误状态例如过压、过流或过温状态等，或产生报警信号给用户，以表示发生了异常状态。
在一个实施例中，充电开关142和放电开关144与电池单元102_1-102_N相串联。驱动器122与充电开关142和放电开关144相连，并控制充电开关142和放电开关144。在一个实施例中，在充电过程中，充电开关142闭合，放电开关144断开，从而，充电电流流经电池单元。在放电过程中，充电开关142断开，放电开关144闭合，从而，放电电流从电池单元流出。
在运行中，如果处理器118检测到电池单元发生异常状态，例如微短路连接，处理器118采取相应的保护措施。在一个实施例中，处理器118检测到电池单元发生异常状态，处理器118告知驱动器112断开充电开关142和/或放电开关144，以切断流经电池单元的充电电流和/或放电电流。而且，处理器118产生警示信号或报警信号，通知用户发生异常状态。此外，对电池单元可采取其它保护措施，防止电池单元损坏，或产生安全问题，例如***或起火。
如果电池单元发生异常状态，例如微短路连接，电池组会发生各种非正常状态。处理器118会检测到这些非正常状态。
第一种非正常状态的检测如下所述。电池组在空闲状态下，电池组既不充电，也不放电。当电池组处于空闲状态时，由于自身负载的功率损耗，电池单元102_1-102_N的单元电压慢慢降低。如果电池单元102_1-102_N均衡，电池单元的单元电压和容量几乎相同。由此，在空闲状态下，电池单元的压降速度几乎相同。然而，如果电池单元发生微短路连接，则该电池单元的单元电压与其它正常电池单元的单元电压相比，降得更快。
在一个实施例中，当电池组处于空闲状态时，处理器118通过比较在当前时间段中电池单元的压降速度和在前一个时间段中电池单元的压降速度来检测第一非正常状态。
更具体地说，处理器118根据等式(1)计算在时刻T(n)和时刻T(n-1)之间的时间段dT(n)中电池单元的压降dV：
dV(n)＝V(n)-V(n-1)            (1)
其中，V(n)表示在时刻T(n)的电池单元的单元电压。V(n-1)表示在前一时刻T(n-1)的电池单元的单元电压。处理器118根据等式(2)计算在时间段dT(n)中的压降速度D(n)：
D(n)＝dV(n)/dT(n)             (2)
而且，处理器118根据等式(3)计算在时间段dT(n)中流经电池组的电流的平均值IAVE(n)：
IAVE(n)＝(I1+I2+...+IK)/K     (3)
其中，I1、I2、…、和Ik表示在时间段dT(n)中模数转换器114输出的检测电流。此外，处理器118将在时间段dT(n)中的平均值IAVE(n)与在时间段dT(n-1)中的平均值IAVE(n-1)进行比较。
在一个实施例中，如果IAVE(n)和IAVE(n-1)之间的差值小于阈值IE，处理器118判定电池组处于空闲状态。如果电池组处于空闲状态，处理器118将在时间段dT(n)中的压降速度D(n)与存储在寄存器120中的在时间段dT(n-1)中的压降速度D(n-1)进行比较。在一个实施例中，时间段dT(n)和dT(n-1)相同。
如果压降速度D(n)和压降速度D(n-1)之间的差值大于DTH1，处理器118判定发生微短路连接。处理器118采取相应的保护措施。
然而，如果压降速度D(n)和压降速度D(n-1)之间的差值不大于DTH1，处理器118根据等式(4)计算因子MC(1)：
MC(1)＝w1*NG(D(n)-DAVE1)/DTH1    (4)
其中，w1表示在0到1之间的预定加权值。DAVE1表示在(N-1)个时间段dT(n-1)、dT(n-2)、…、和dT(1)中电池单元的压降速度D(n-1)、D(n-2)、…、和D(1)的平均值。在一个实施例中，时间段dT(1)-dT(n)为连续时间段，并从电池组处于空闲状态下开始。此外，函数NG(x)由等式(5)计算得出：
NG(x)＝(x＞0？x：0)    (5)
如果x是正数，函数NG(x)等于x，如果x为非正数，函数NG(x)等于0。处理器118将因子MC(1)存储在寄存器120中，并在随后的时间段中不断地更新因子MC(1)。
在另一个实施例中，当电池组处于空闲状态时，处理器118通过周期性地比较在特定时间段中一个电池单元的压降速度和其它电池单元的压降速度来判断是否发生第一非正常状态。
在一个实施例中，处理器118将在时间段dT(1)-dT(n)中电池单元102_1-102_N的压降速度分别进行比较。在时间段dT(k)(1≤k≤n)中，处理器118从电池单元102_1-102_N的压降速度D(k)_10D(k)_N中得到最大值DMAX，并计算在特定时间段中除最大值DMAX之外的其它压降速度的平均值DAVE2。
在一个实施例中，如果DMAX和DAVE2之间的差值大于阈值DTH2，处理器118判定具有最大值DMAX的电池单元发生微短路连接。处理器118采取相应的保护措施。在一个实施例中，阈值DTH2等于阈值DTH1。
然而，如果DMAX和DAVE2之间的差值不大于阈值DTH2，处理器118根据等式(6)计算因子MC(2)：
MC(2)＝w2*NG(DMAX-DAVE2)/DTH2    (6)
其中，w2表示在0到1之间的预定加权值。此外，处理器118将因子MC(2)存储在寄存器120中，并在随后的时间段中不断地更新因子MC(2)。
第二种非正常状态的检测如下所述。在充电和放电周期中，如果电池单元发生微短路连接，该电池单元的单元电压在充电过程中比其它正常电池单元的单元电压上升得慢，而在放电过程中比其它正常电池单元的单元电压下降得快。另外，如果电池单元发生微短路连接，在充电和放电周期中，该电池单元的单元电压小于其它正常电池单元的单元电压。
在一个实施例中，处理器118周期性地比较电池单元的单元电压，以判断在充电和放电周期中是否发生第二种非正常状态。在充电和放电周期中的充电过程中，当电池组的电压升到第一预定值，处理器118比较单元电压，以找到单元电压中具有最小值VMINC的电池单元102_M(1≤M≤N)，并计算除电池单元102_M之外的其它电池单元的单元电压的平均值VAVED。在充电和放电周期中的放电过程中，当电池组的电压降低到第二预定值时，且如果电池单元102_M仍然具有电池单元102_1-102_N中的最小值VMIND，处理器118计算除电池单元102_M之外的其它电池单元的单元电压的平均值VAVED。
在一个实施例中，如果VAVEC和VMIND之间的差值VDC和VAVED和VMIND之间的差值VDD都大于阈值VD2，处理器118判定电池单元102_M发生微短路连接。处理器118采取相应的保护措施。
然而，如果差值VDC和VDD都小于阈值VD2，但都大于阈值VD1，处理器118根据等式(7)计算因子MC(3)：
MC(3)＝w3*NG(VDC+VDD-2*VD1)/(VD2-VD1)  (7)
其中，w3表示在0到1之间的预定加权值。此外，处理器118将因子MC(3)存储在寄存器120中，并在随后的充电和放电周期中不断地更新因子MC(3)。
第三种非正常状态的检测如下所述。在充电和放电周期中，由于电池组本身负载的功率损耗，在充电过程完成之后电池组的充分充电量大于在放电过程完成之后电池组的充分放电量。然而，如果电池单元发生微短路连接，该电池单元的自放电电流增大，从而，降低了充分放电量。由此，充分充电量和充分放电量之间的差值增大。
在一个实施例中，处理器118比较充电和放电周期中的充分充电量和充分放电量，并根据充分充电量和充分放电量之间的差值判断是否发生第三种非正常状态。在充电和放电周期C(n)中，处理器118对在充电过程中流入电池组的电流进行积分，以计算电池组的充分充电量QC。同样，处理器118对在放电过程中流出电池组的电流进行积分，以计算电池组的充分放电量QD。
此外，处理器118计算QC和QD之间的差值QL(n)，并将差值QL(n)存储在寄存器120中。此外，处理器118计算存储在寄存器120中以前的充电和放电周期中的差值QL的平均值QL_AVE。在一个实施例中，寄存器120存储了最新充电和放电周期中的预定数量的差值QL(n)。
在一个实施例中，如果差值QL(n)大于阈值QTH，处理器118判定电池组发生微短路连接。处理器118采取相应的保护措施。
然而，如果差值QL(n)不大于阈值QTH，但大于平均值QL_AVE，处理器118根据等式(8)计算因子MC(4)。
MC(4)＝w4*NG(QL(n)-QL_AVE)/(VTH-VL_AVE)  (8)
其中，w4表示在0到1之间的预定加权值。此外，处理器118将因子MC(4)存储在寄存器120中，并在随后的充电和放电周期中不断地更新因子MC(4)。
第四种非正常状态的检测如下所述。电池单元的微短路连接逐渐形成。在微短路连接完全形成之前，电池单元的单元电压会瞬间下降，而充电/放电过程中充电/放电电流却保持不变。
在一个实施例中，在充电或放电过程中，处理器118将在时刻T(n)的电池组的电流I(n)与在时刻T(n-1)的电池组的电流I(n-1)进行比较。在一个实施例中，时刻T(n)和时刻T(n-1)之间的时间段为0.1秒。如果电流I(n)和I(n-1)之间差值的绝对值小于阈值，例如0.1安培，处理器118将在时刻T(n)检测到的电池单元的单元电压V(n)与在时刻T(n-1)检测到的电池单元的单元电压V(n-1)进行比较，以判定是否发生第四种非正常状态。
在一个实施例中，如果V(n-1)和V(n)之间的差值dV大于阈值dVTHR2，处理器118判定电池单元发生微短路连接。处理器118采取相应的保护措施。
然而，如果差值dV小于阈值dVTHR2，但大于阈值dVTHR1，处理器118根据等式(9)计算因子MC(5)：
MC(5)＝w5*NG(dV-dVTHR1)/(dVTHR2-dVTHR1)    (9)
其中，w5表示在0到1之间的预定加权值。此外，处理器118将因子MC(5)存储在寄存器120中，并在随后的充电和放电周期中不断地更新因子MC(5)。
第五种非正常状态的检测如下所述。在充电过程中，如果电池组在恒压译电模式下充电，电池单元的充电电流逐渐降低，而电池单元的单元电压基本保持不变。在这种情形下，电池单元的内部功率损耗相对较小。在另一个实施例中，如果电池组处于空闲状态，例如没有充电电流或放电电流流入或流经电池组，电池组的内部功率损耗也相对较小。
然而，如果电池单元发生微短路连接，电池单元中存在额外的自放电电流。该额外的自放电电流相对较大，并产生较多热量。由此，当电池组在恒压充电模式下充电或处于空闲状态时，该电池单元的温度升高。
在一个实施例中，当电池组在恒压充电模式下充电或处于空闲状态时，处理器118通过周期性地比较在时刻T(n)电池单元的温度和在时刻T(n-1)电池单元的温度来判断是否发生第五种非正常状态。
如上所述，处理器118周期性地根据电池单元的温度接收来自于模数转换器112的检测信号。当电池组在恒压充电模式下充电或处于空闲状态时，处理器118将在时刻T(n)电池单元的温度Temp(n)与在时刻T(n-1)电池单元的温度Temp(n-1)进行比较。
在一个实施例中，如果Temp(n)和Temp(n-1)之间的差值DTEMP大于阈值Temp_th2，处理器118判定电池单元发生微短路连接。处理器118采取相应的保护措施。
然而，如果差值DTEMP小于阈值Temp_th2，但大于阈值Temp_th1时，处理器118根据等式(10)计算因子MC(6)：
MC(6)＝w6*NG(DTEMP-Temp_th1)/(Temp_th2-Temp_th1)    (10)
其中，w6表示在0到1之间的预定加权值。此外，处理器118将因子MC(6)存储在寄存器120中，并不断地更新因子MC(6)。
此外，当电池组在恒压充电模式下充电或处于空闲状态时，处理器118通过周期性地比较在特定时间段中电池单元的温度变化和在特定时间段中其它电池单元的温度变化检测第五种非正常状态是否发生。
例如，当电池组在恒压充电模式下充电或处于空闲状态时，处理器118分别比较在特定时间段中电池单元102_1-102-N的温度变化dTemp_1-dTemp_N。在当前时间段dT(n)中，处理器118从温度变化dTemp_1-dTemp_N中找到最大值dTemp_M(1≤M≤N)，并计算除最大值dTemp_M之外的其它温度变化的平均值dTemp_ave。
在一个实施例中，如果dTemp_M和dTemp_ave之间的差值大于阈值dTemp_th，处理器118判定相应的电池单元102_M发生了微短路连接。处理器118采取相应的保护措施。
然而，如果dTemp_M和dTemp_ave之间的差值小于阈值dTemp_th，处理器118根据等式(11)计算因子MC(7)：
MC(7)＝w7*NG(dTemp_M-dTemp_ave)/dTemp_th    (11)
其中，w7表示在0到1之间的预定加权值。此外，处理器118将因子MC(7)存储在寄存器120中，并不断地更新因子MC(7)。
在一个实施例中，处理器118选择性地将因子MC(1)-MC(7)中的部分因子或全部因子相加，并根据这些因子的和判断异常状态。在一个实施例中，如果因子的和MC大于阈值MCTH，处理器118判定电池组发生异常状态。由此，处理器118采取相应的保护措施。
有利的是，在异常状态发展成错误状态(例如过压、过流或过温状态等)之前，处理器118根据电池单元的电压、电流和温度的变化判断异常状态。由此，电池管理***130对电池单元/电池组采取保护措施，以防止电池单元/电池组发生错误状态。
图2所示为根据本发明的一个实施例的电池管理***230的方框图。在图2中，与图1中标记相同的元件具有类似的功能。图2结合图1进行描述。
如图2所示，电池管理***230包括与检测器108和热敏电阻104_1-104_N相连的多个路由器，例如路由器210_1、210_2和210_3，从而，将来自于检测器108和热敏电阻104_1-104_N并根据电池单元102_1-102_N产生的检测信号转送给各个转换器，例如模数转换器212_1、212_2和212_3。
在一个实施例中，电池单元102_1-102_N分成第一、第二和第三单元组。检测器108分别根据第一、第二和第三单元组的电池单元的单元电压产生检测信号，并传送给路由器210_1、210_2和210_3。同样，与第一、第二和第三单元组的电池单元相连的热敏电阻104_1-104_N分别根据第一、第二和第三单元组的电池单元的温度产生检测信号，并传送给路由器210_1、210_2和210_3。此外，模数转换器212_1、212_2和212_3分别将第一、第二和第三单元组的电池单元的检测信号转换成数字信号，并将这些数字信号传送给处理器108做进一步处理。
有利的是，根据电池单元的单元电压和温度产生的检测信号分成多个组。每个组的检测信号经由相应的路由器依次传送给相应的模数转换器，并由相应的模数转换器转换成数字信号。由于多个路由器和模数转换器同时传送和数字化相应电池单元的检测信号，处理器118将更快地获取电池单元102_1-102_N的检测信息，从而提高了***效率。
图3所示为根据本发明的一个实施例的电池管理***330的方框图。在图3中，与图1标记相同的元件具有类似的功能。图3结合图1进行描述。在一个实施例中，电池管理***330具有中央分配式和分层式结构。然而，电池管理***330还具有其它结构，而并不仅限于中央分配式和分层式结构。
在电池管理***330中，多个本地电池管理***330_1-330_N分别与电池组302_1-302_N相连，以管理相应的电池组。本地电池管理***330_1-330_N的结构和功能相类似。在本地电池管理***330_1中，包括多个热敏电阻的热敏电阻阵列304_1检测电池组302_1中电池单元的温度，并产生表示电池组302_1中电池单元的温度的检测信号。此外，检测器308_1检测电池组302_1中的电池单元的单元电压，并产生表示电池组302_1中电池单元的单元电压的检测信号。
根据电池组302_1中电池单元的单元电压和温度产生的检测信号传送给路由器310_1。路由器310_1依次将检测信号传送给转换器，例如模数转换器312_1，并将检测信号转换成数字信号。模数转换器312_1周期性地将表示电池组302_1中电池单元的单元电压和温度的数字信号经由总线322传送给中央处理器318做进一步处理。此外，表示流经电池组302_1-302_N的电流的数字信号以与图1所述的类似方式，周期性地经由电阻116和模数转换器114传送给中央处理器318。
在一个实施例中，中央处理器318的功能与图1中的处理器118的功能相类似，因此，中央处理器318通过检测电池组302_1-302_N中电池单元的电压和温度的变化和/或通过检测流经电池组302_1-302_N的电流的变化判断一个或多个电池单元是否发生异常状态，例如微短路连接。如果处理器118判定一个或多个电池单元发生异常状态，处理器118告知驱动器122断开充电开关142和/或放电开关144，以切断充电或放电电流，产生警示信号或报警信号告知用户发生异常状态，并对相应的电池单元采取保护措施，以防止电池单元损坏或发生安全问题，例如***或起火。
此外，在一个实施例中，电池组302_1-302_N中的每一个电池组可以当作一个电池单元。在这种情况下，在每个本地电池管理***330_M(1≤M≤N)中，与电池组302_M相连的热敏电阻(图3中未示出)检测电池组302_M的温度，并根据电池组302_M的温度产生检测信号。此外，内部检测器308_M检测电池组302_M的电池组电压，并根据电池组302_M的电池组电压产生检测信号。内部模数转换器312_M将根据电池组302_M的电池组电压和温度产生的检测信号数字化，并周期性地传送给中央处理器318。由此，中央处理器318通过检测电池组302_1-302_N的电池组电压和温度的变化以及流经电池组302_1-1302_N的电流的变化检测一个或多个电池组302_1-302_N是否发生异常状态，例如微短路连接。
图4所示为根据本发明的一个实施例的管理多个电池组的电池管理***430的方框图。在图4中，与图1和图3标记相同的元件具有相似的功能。图4结合图1和图3进行描述。
在电池管理***430中，每个本地电池管理***430_M(1≤M≤N)包括本地处理器402_M和寄存器404_M。在每个本地电池管理***430_M中，内部模数转换器312_M周期性地将表示电池组302_M中的电池单元的单元电压和温度的数字信号传送给本地处理器402_M。
在一个实施例中，本地处理器402_M的功能与图1所示的处理器118的功能相类似。更具体地说，本地处理器402_M将接收到的检测信息存储在寄存器120中，并根据检测信息判断电池组302_M是否发生异常状态。此外，本地处理器402_M根据检测信息计算因子MC(K)，以检测异常状态。如果本地处理器402_M检测到电池组302_M发生异常状态，本地处理器402_M将检测到的异常状态告知中央处理器318。此外，本地处理器402_M将与电池组302_M对应的因子MC(K)传送给中央处理器318。
有利的是，电池管理***430_1-430_N中的本地处理器402_1-402_N检测电池组302_1-302_N是否发生异常状态，并根据电池组302_1-302_N中的电池单元的单元电压和温度的变化计算因子MC(K)，从而，降低了中央处理器318的工作量，增强了整个***的灵活性并提高了整个***的效率。中央处理器318根据检测信息检测电池组302_1-302_N是否发生异常状态，并计算来自于本地处理器402_1-402_N的因子MC(K)。
图5所示为根据本发明的一个实施例的电池管理***，例如图1中的电池管理***130的操作流程图500。图5结合图1进行描述。
在步骤502中，电池管理***130开始工作。在步骤504中，电池管理***130检测多个电池单元的多个参数，例如电压、电流和温度。在步骤506中，电池管理***130根据电池单元相关参数的变化判断电池单元是否发生异常状态，例如微短路连接。在步骤508中，如果电池管理***130判定电池单元发生异常状态，流程图500转到步骤510。否则，流程图500转到步骤512。
在步骤510中，电池管理***130采取保护措施，以防止异常状态发展成错误状态，例如过压、过流或过温状态。
在步骤512中，电池管理***130根据电池单元参数的变化计算如上所述的多个因子MC(K)。在步骤514中，电池管理***130选择性地将部分或全部因子MC(K)相加，计算这些因子的和MC。在步骤516中，如果MC大于阈值MCTH，电池管理***130判定电池单元发生异常状态，流程图500转向步骤510。否则，流程图500返回步骤504，继续检测电池单元的参数。
图6A所示为根据本发明的一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图600A。在一个实施例中，电池组包括多个电池单元。图6A结合图1进行描述。
在步骤602中，电池组处于空闲状态，期间电池组既不充电也不放电，电池管理***130检测电池单元的单元电压。在一个实施例中，电池管理***130通过比较在当前时间段中电池单元的压降速度和在前一时间段中电池单元的压降速度来判断电池单元是否发生异常状态。
在步骤604中，电池管理***130计算在当前时间段dT(n)中电池单元的压降dV(n)。在步骤606中，电池管理***130计算在时间段dT(n)中电池单元的压降速度D(n)＝dV(n)/dT(n)。在步骤608中，电池管理***130将在当前时间段dT(n)中的压降速度D(n)与在前一时间段dT(n-1)中的压降速度D(n-1)进行比较。
在步骤610中，如果D(n)和D(n-1)之间的差值大于阈值DTH1，转到步骤612；否则，转到步骤614。在步骤612中，电池管理***130判定电池单元发生异常状态。在步骤614中，电池管理***130计算在(n-1)个以前的时间段dT(1)-dT(n-1)中(n-1)个压降速度D(1)-D(n-1)的平均值DAVE1。在步骤616中，电池管理***130根据等式(4)计算因子MC(1)：
MC(1)＝w1*NG(D(n)-DAVE1)/DTH1    (4)
然后进至步骤601，在步骤601中，n加1；之后，流程图600A返回步骤604，继续计算在随后的时间段dT(n)中电池单元的压降dV(n)。
图6B所示为根据本发明的另一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图600B。在一个实施例中，电池组包括多个电池单元。图6B结合图1进行描述。
在步骤602中，电池组处于空闲状态，期间电池组既不充电也不放电，电池管理***130检测电池单元的单元电压。在一个实施例中，电池管理***130通过比较在同一时间段中一个电池单元的压降速度和其它电池单元的压降速度来判断电池单元是否发生异常状态。
更具体地说，在步骤618中，电池管理***130计算在当前时间段dT(n)中电池单元的压降速度D(n)。在步骤620中，电池管理***130从压降速度D(n)中找到最大值DMAX，并计算除DMAX之外的其它压降速度的平均值DAVE2。
在步骤622中，如果DMAX和DAVE2之间的差值大于阈值DTH2，则转至步骤612；否则，流程图600B转到步骤622。在步骤612中，电池管理***130判定电池单元发生异常状态。在步骤622中，电池管理***130根据等式(6)计算因子MC(2)：
MC(2)＝w2*NG(DMAX-DAVE2)/DTH2    (6)
然后流程图600B进至步骤603，在步骤603中，n加1；之后，流程图600B返回步骤618，继续计算在随后的时间段dT(n)中电池单元的压降速度D(n)。
图7所示为根据本发明的一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图700。在一个实施例中，电池组包括多个电池单元。图7结合图1进行描述。
在步骤702中，电池管理***130检测在充电和放电周期中电池单元的单元电压。在步骤704中，当电池组的电压在充电过程中上升到第一预定值时，电池管理***130找到与其它电池单元相比具有最小值VMINC的电池单元102_M，并计算除电池单元102_M之外的其它电池单元的单元电压的平均值VAVEC。在步骤706中，当电池组的电压在放电过程中下降到第二预定值时，电池管理***130判断电池单元102_M与其它电池单元相比是否仍然具有最小值VMIND，并计算除电池单元102_M之外的其它电池单元的单元电压平均值VAVED。
在步骤708中，如果电池单元102_M与其它电池单元相比仍然具有最小值VMIND，流程图700转到步骤710。否则，流程图700返回步骤702。
在步骤710中，如果VAVEC和VMINC之间的差值VVC以及VAVED和VMIND之间的差值VDD都大于阈值VD2，则转至步骤712；否则，流程图700转至步骤714。在步骤712中，电池管理***130判定电池单元发生异常状态。在步骤714中，如果VDC和VDD都大于阈值VD1，流程图700转到步骤716；否则，流程图700转到步骤712。
在步骤716中，电池管理***130根据等式(7)计算因子MC(3)：
MC(3)＝w3*NG(VDC+VDD-2*VD1)/(VD2-VD1)    (7)
然后流程图700返回步骤702，继续检测在随后的充电和放电周期中电池单元的单元电压。
图8所示为根据本发明的一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图800。图8结合图1进行描述。
在步骤802中，电池管理***130检测在充电和放电周期中流经电池组的充电电流和放电电流。在步骤804中，电池管理***130对在充电过程中流入电池组的充电电流进行积分，以计算电池组的充分充电量QC，并对在放电过程中流出电池组的放电电流进行积分，以计算电池组的充分放电量QD。
在步骤806中，电池管理***130计算在当前充电和放电周期中QC和QD之间的差值QL。在步骤808中，电池管理***130计算在以前的充电和放电周期中得到的差值QL的平均值QL_AVE。在步骤810中，如果差值QL大于阈值QTH，流程图800转至步骤812；否则，流程图800转至步骤814。在步骤812中，电池管理***130判定电池组发生异常状态。
在步骤814中，如果差值QL大于平均值QL_AVE，流程图800转到步骤816；否则，流程图800返回步骤802。在步骤816中，电池管理***130根据等式(8)计算因子MC(4)：
MC(4)＝w4*NG(QL(n)-QL_AVE)/(VTH-VL_AVE)  (8)
然后，流程图800返回步骤802，继续检测在随后的充电和放电周期中流经电池组的充电电流和放电电流。
图9所示为根据本发明的一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图900。在一个实施例中，电池组包括多个电池单元。图9结合图1进行描述。
在步骤902中，电池管理***130检测在充电/放电过程中电池单元的电压和流经电池单元的电流。在步骤904中，电池管理***130将在当前时刻T(n)检测到的电池单元的电流I(n)与在前一时刻T(n-1)检测到的电池单元的电流I(n-1)进行比较。在步骤906中，如果I(n)和I(n-1)之间差值的绝对值小于阈值ITH，例如0.1安培，流程图900转到步骤908；否则，流程图900返回步骤902。
在步骤908中，电池管理***130将在时刻T(n)检测到的电池单元的单元电压V(n)与在时刻T(n-1)检测到的电池单元的单元电压V(n-1)进行比较。如果V(n-1)和V(n)之间的差值dV大于阈值dVTHR2，流程图900转至步骤912；否则，流程图900转到步骤914。在步骤912中，电池管理***130判定电池单元发生异常状态。在步骤914中，如果差值dV大于阈值dVTHR1，流程图900转到步骤916；否则，流程图900返回步骤902。
在步骤916中，电池管理***130根据等式(9)计算因子MC(5)：
MC(5)＝w5*NG(dV-dVTHR1)/(dVTHR2-dVTHR1)    (9)
然后，流程图900返回步骤902，检测在随后的充电/放电过程中电池单元的电压和流经电池单元的电流。
图10A所示为根据本发明的一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图1000A。在一个实施例中，电池组包括多个电池单元。图10A结合图1进行描述。
在步骤1002中，当电池单元在恒压充电模式下充电或处于空闲状态时，电池管理***130检测电池单元的温度。在一个实施例中，电池管理***130通过比较在当前时刻检测到的电池单元的温度和在前一时刻检测到的电池单元的温度来判断电池单元是否发生异常状态。
在步骤1004中，电池管理***130将在当前时刻T(n)检测到的电池单元的温度Temp(n)与在前一时刻T(n-1)检测到的电池单元的温度Temp(n-1)进行比较，并计算在时刻T(n)和T(n-1)之间的时间段dT(n)中Temp(n)和Temp(n-1)之间的温度变化(差)dTemp(n)。
在步骤1006，如果温度变化dTemp大于阈值Temp_th2，流程图转到步骤1008；否则，流程图转到步骤1010。在步骤1008中，电池管理***130判定电池单元发生异常状态。在步骤1010中，如果温度变化dTemp大于阈值Temp_th1，流程图1000A转到步骤1012；否则，流程图转至步骤1001。在步骤1001中，n加1；之后，流程图1000A返回步骤1004，继续比较在时刻T(n)检测到的电池单元的温度Temp(n)和在时刻T(n-1)检测到的电池单元的温度Temp(n-1)。。
在步骤1012中，电池管理***130根据等式(10)计算因子MC(6)：
MC(6)＝w6*NG(DTEMP-Temp_th1)/(Temp_th2-Temp_th1)    (10)
然后，流程图1000A返回步骤1004，继续比较在时刻T(n)检测到的电池单元的温度Temp(n)和在时刻T(n-1)检测到的电池单元的温度Temp(n-1)。
图10B所示为根据本发明的一个实施例的检测电池组是否发生异常状态的方法流程图1000B。在一个实施例中，电池组包括多个电池单元。图10B结合图1进行描述。
在步骤1002中，当电池单元在恒压充电模式下充电或处于空闲状态时，电池管理***130检测电池单元的温度。在一个实施例中，电池管理***130通过在比较特定时间段中一个电池单元的温度变化和其它电池单元的温度变化来检测电池单元是否发生异常状态。
更具体地说，在步骤1014中，电池管理***130计算在当前时间段dT(n)中电池单元的温度变化dTemp。在步骤1016中，电池管理***130在温度变化dTemp中找到最大值dTemp_M，并计算除dTemp_M之外的其它温度变化的平均值dTemp_ave。
在步骤1018中，如果最大值dTemp_M和平均值dTemp_ave之间的差值大于阈值dTemp_th，流程图转至步骤1008；否则，流程图转至步骤1020。在步骤1008中，电池管理***130判定具有最大值dTemp_M的电池单元发生异常状态。
在步骤1020中，电池管理***130根据等式(11)计算因子MC(7)：
MC(7)＝w7*NG(dTemp_M-dTemp_ave)/dTemp_th    (11)
然后流程图1000B进至步骤1003，在步骤1003中，n加1；之后，流程图1000B返回步骤1014，计算在当前时间段dT(n)中电池单元的温度变化dTemp。
此外，在一个实施例中，电池管理***130选择性地将根据图6-10所述过程计算所得的因子MC(1)-MC(7)中的部分因子或全部因子相加，并根据这些因子的和检测是否发生异常状态。
因此，本发明提供了一种保护多个电池单元不发生错误状态的电池管理***。电池管理***包括检测器，以检测电池单元的电压、电流和温度等多个参数，并根据所述电池单元的参数产生检测信号。本发明的电池管理***还包括将检测信号传送给一个或多个模数转换器的一个或多个路由器，从而将检测信号转换成数字信号。该电池管理***还包括将来自于模数转换器的表示电池单元参数的数字信号存储在寄存器中的处理器，并根据电池单元的参数的变化判断是否发生异常状态，例如微短路连接。通过检测异常状态，电池管理***采取保护措施，以防止异常状态发展成错误状态，例如过压、过流或过温状态。
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 (26)

1.一种电池管理***，用于管理包括多个电池单元的电池组，其特征在于，所述电池管理***包括：
检测器，所述检测器与所述多个电池单元相连，并根据所述多个电池单元的单元电压产生第一检测信号；
多个温度传感器，所述多个温度传感器与所述多个电池单元相连，并根据所述多个电池单元的温度产生第二检测信号；
电流传感器，所述电流传感器与所述多个电池单元相连，并根据所述多个电池单元的电流产生第三检测信号；以及
处理器，所述处理器与所述电流传感器相连，并根据所述第一、第二和第三检测信号判断是否发生异常状况。
2.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于，在空闲状态下，所述处理器将在第一时间段中所述多个电池单元的压降速度与在第二时间段中所述多个电池单元的压降速度进行比较，如果在所述第一时间段中所述多个电池单元的所述压降速度和在所述第二时间段中所述多个电池单元的所述压降速度之间的差值大于第一阈值，则判定发生所述异常状况。
3.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于，在空闲状态下，所述处理器比较在特定时间段中所述多个电池单元的压降速度以得到在所述特定时间段中所述压降速度的最大值，并将所述最大值与在所述特定时间段中除所述最大值之外的其它压降速度的平均值进行比较，如果所述最大值和所述平均值之间的差值大于第二阈值，则判定发生所述异常状况。
4.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于，所述处理器比较在充电过程中所述多个电池单元的单元电压以得到在所述充电过程中所述单元电压的第一最小值，并将所述第一最小值与在所述充电过程中除所述第一最小值之外的其它单元电压的第一平均值进行比较，比较在放电过程中所述多个电池单元的单元电压以得到在所述放电过程中所述单元电压的第二最小值，并将所述第二最小值与在所述放电过程中除所述第二最小值之外的其它单元电压的第二平均值进行比较，如果所述第一平均值和所述第一最小值之间的差值以及所述第二平均值和所述第二最小值之间的差值大于阈值，则判定发生所述异常状况。
5.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于，所述处理器将所述电池组的充分充电量与所述电池组的充分放电量进行比较，如果所述充分充电量和所述充分放电量之间的差值大于阈值，则判定发生所述异常状况。
6.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于，所述处理器将在第一时刻的所述电池组的电流与在第二时刻的所述电池组的电流进行比较，将在所述第一时刻的单元电压与在所述第二时刻的单元电压进行比较，如果在所述第一时刻的所述电池组的所述电流和在所述第二时刻的所述电池组的所述电流之间的差值的绝对值小于第一阈值且在所述第一时刻的所述单元电压和在所述第二时刻的所述单元电压之间的差值大于第二阈值，则判定发生所述异常状况。
7.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于，所述处理器将在第一时刻的所述多个电池单元的所述温度与在第二时刻的所述多个电池单元的所述温度进行比较，如果在所述第一时刻的所述多个电池单元的所述温度和在所述第二时刻的所述多个电池单元的所述温度之间的差值大于第一阈值，则判定发生所述异常状况。
8.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于，所述处理器比较在特定时间段中所述多个电池单元的温度变化以得到在所述特定时间段中所述温度变化的最大值，将所述最大值与在所述特定时间段中除所述最大值之外的其它温度变化的平均值进行比较，如果所述最大值和所述平均值之间的差值大于第二阈值，则判定发生所述异常状况。
9.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于，所述处理器根据所述单元电压、所述温度和所述电流的组合计算多个因子，如果所述多个因子之和大于阈值，则判定发生所述异常状况。
10.一种用于多个电池组的电池管理***，每个电池组包括多个电池单元，其特征在于，所述电池管理***包括：
多个本地电池管理***，每个本地电池管理***分别与一个电池组相连，所述本地电池管理***进一步包括：
检测器，所述检测器与所述多个电池单元相连，并根据所述多个电池单元的单元电压产生第一检测信号；以及
多个温度传感器，所述多个温度传感器与所述多个电池单元相连，且根据所述多个电池单元的温度产生第二检测信号；
电流传感器，所述电流传感器与所述电池组相串联，并根据所述电池组的电流产生第三检测信号；以及
处理器，所述处理器与所述电流传感器相连，并根据所述第一、第二和第三检测信号判断是否发生异常状况。
11.根据权利要求10所述的电池管理***，其特征在于，在空闲状态下，所述处理器将在第一时间段中所述多个电池单元的压降速度与在第二时间段中所述多个电池单元的压降速度进行比较，如果在所述第一时间段中所述多个电池单元的压降速度和在所述第二时间段中所述多个电池单元的所述压降速度之间的差值大于第一阈值，则判定发生所述异常状况。
12.根据权利要求10所述的电池管理***，其特征在于，在空闲状态下，所述处理器比较在特定时间段中所述多个电池单元的压降速度以得到在所述特定时间段中所述压降速度的最大值，并将所述最大值与在所述特定时间段中除所述最大值之外的其它压降速度的平均值进行比较，如果所述最大值和所述平均值之间的差值大于第二阈值，则判定发生所述异常状况。
13.根据权利要求10所述的电池管理***，其特征在于，所述处理器比较在充电过程中所述多个电池单元的单元电压以得到在所述充电过程中所述单元电压的第一最小值，并将所述第一最小值与在所述充电过程中除所述第一最小值之外的其它单元电压的第一平均值进行比较，比较在放电过程中所述多个电池单元的单元电压以得到在所述放电过程中所述单元电压的第二最小值，并将所述第二最小值与在所述放电过程中除所述第二最小值之外的其它单元电压的第二平均值进行比较，如果所述第一平均值和所述第一最小值之间的差值以及所述第二平均值和所述第二最小值之间的差值大于阈值，则判定发生所述异常状况。
14.根据权利要求10所述的电池管理***，其特征在于，所述处理器将所述电池组的充分充电量与所述电池组的充分放电量进行比较，如果所述充分充电量和所述充分放电量之间的差值大于阈值，则判定发生所述异常状况。
15.根据权利要求10所述的电池管理***，其特征在于，所述处理器将在第一时刻的所述电池组的电流与在第二时刻的所述电池组的电流进行比较，将在所述第一时刻的单元电压与在所述第二时刻的单元电压进行比较，如果在所述第一时间的所述电池组的所述电流和在所述第二时间的所述电池组的所述电流之间的差值的绝对值小于第一阈值且在所述第一时间刻所述单元电压和在所述第二时刻的所述单元电压之间的差值大于第二阈值，则判定发生所述异常状况。
16.根据权利要求10所述的电池管理***，其特征在于，所述处理器将在第一时刻的所述多个电池单元的所述温度与在第二时刻的所述多个电池单元的所述温度进行比较，如果在所述第一时刻的所述多个电池单元的所述温度和在所述第二时刻的所述多个电池单元的所述温度之间的差值大于第一阈值，则判定发生所述异常状况。
17.根据权利要求10所述的电池管理***，其特征在于，所述处理器在比较特定时间段中所述多个电池单元的温度变化以得到在所述特定时间段中所述温度变化的最大值，将所述最大值与在所述特定时间段中除所述最大值之外的其它温度变化的平均值进行比较，如果所述最大值和所述平均值之间的差值大于第二阈值，则判定发生所述异常状况。
18.根据权利要求10所述的电池管理***，其特征在于，所述处理器根据所述单元电压、所述温度和所述电流的组合计算多个因子，如果所述多个因子之和大于阈值，则判定发生所述异常状况。
19.一种电池管理方法，用于管理包括多个电池单元的电池组，其特征在于，所述电池管理方法包括：
检测所述多个电池单元的参数，所述参数包括所述多个电池单元的单元电压、电流和温度；
根据所述参数产生检测信号；以及
根据所述检测信号判断是否发生异常状况。
20.根据权利要求19所述的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理方法还包括：
在空闲状态下，将在第一时间段中所述多个电池单元的压降速度与在第二时间段中所述多个电池单元的压降速度进行比较；
如果在所述第一时间段中所述多个电池单元的所述压降速度和在所述第二时间段中所述多个电池单元的所述压降速度之间的差值大于第一阈值，则判定发生所述异常状况。
21.根据权利要求19所述的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理方法还包括：
在空闲状态下，比较在特定时间段中所述多个电池单元的压降速度以得到在所述特定时间段中所述压降速度的最大值；
将所述最大值与在所述特定时间段中除所述最大值之外的其它压降速度的平均值进行比较；以及
如果所述最大值与所述平均值之间的差值大于第二阈值，则判定发生所述异常状况。
22.根据权利要求19所述的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理方法还包括：
比较在充电过程中所述多个电池单元的单元电压以得到在所述充电过程中所述单元电压的第一最小值；
将所述第一最小值与在所述充电过程中除所述第一最小值之外的其它单元电压的第一平均值进行比较；
比较在放电过程中所述多个电池单元的单元电压以得到在所述放电过程中除所述第二最小值之外的其它单元电压的第二平均值；以及
如果所述第一平均值和所述第一最小值之间的差值以及所述第二平均值和所述第二最小值之间的差值大于阈值，则判定发生所述异常状况。
23.根据权利要求19所述的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理方法还包括：
将所述电池组的充分充电量与所述电池组的充分放电量进行比较；以及
如果所述充分充电量和所述充分放电量之间的差值大于阈值，则判定发生所述异常状况。
24.根据权利要求19所述的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理方法还包括：
将在第一时刻的所述电池组的电流与在第二时刻的所述电池组的电流进行比较；
将在所述第一时刻的单元电压与在所述第二时刻的单元电压进行比较；以及
如果在所述第一时刻的所述电池组的所述电流和在所述第二时刻的所述电池组的所述电流之间的差值小于第一阈值且在所述第一时刻的所述单元电压和在所述第二时刻的所述单元电压之间的差值大于第二阈值，则判定发生所述异常状况。
25.根据权利要求19所述的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理方法还包括：
将在第一时刻的所述多个电池单元的所述温度与在第二时刻的所述多个电池单元的所述温度进行比较；
如果在所述第一时刻的所述多个电池单元的所述温度和在所述第二时刻的所述多个电池单元的所述温度之间的差值大于第一阈值，则判定发生所述异常状况。
26.根据权利要求19所述的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理方法还包括：
比较在特定时间段中所述多个电池单元的温度变化以得出在所述特定时间段中所述温度变化的最大值；
将所述最大值与在所述特定时间段中除所述最大值之外的其它温度变化的平均值进行比较；以及
如果所述最大值和所述平均值之间的差值大于第二阈值，则判定发生所述异常状况。
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