CN110024207B - 用于电池***的控制单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电池***(100)的控制单元(10)，包括：用于由至少一个电池单元(80)提供的控制单元(10)的操作电压的电力输入(11)；控制模块(13)，其被配置用于关于至少一个电池单元(80)来执行至少控制功能；和连接在电力输入(11)和控制模块(13)之间的启动模块(12)。根据本发明，该启动模块包括：数据输入(15)，其被配置用于接收激活密钥；存储安全标识符的非易失性存储器元件(14)；验证电路(16)，其连接到数据输入(14)并且连接到非易失性存储器元件(15)并且被配置用于关于安全标识符来验证输入激活密钥；以及激活电路(17)，其连接到验证电路(16)并且被配置用于响应于激活密钥的有效性验证将电力输入(11)和控制模块(13)互连。本发明还涉及一种包括根据本发明的控制单元(10)的电池***(100)并且涉及一种用于电池***(100)的控制单元(10)的启动方法。

Description

用于电池***的控制单元
技术领域
本发明涉及一种用于电池***的控制单元、涉及一种包括这样的控制单元的电池***并且涉及一种用于这样的电池***的控制单元的启动方法。
背景技术
可再充电或二次电池与一次电池的不同之处在于，其能够被反复地充电和放电，而后者仅仅提供化学到电能的不可逆转变。低容量可再充电电池被用作诸如蜂窝电话、笔记本式计算机和录像摄像机之类的小电子设备的电源，而高容量可再充电电池被用作混合车辆等等的电源。
通常，可再充电电池包括：包括正电极、负电极，以及***在正和负电极之间的分离器的电极构件；接收电极构件的外壳，以及电连接到电极构件的电极端子。将电解质溶液注入到外壳中，以便使能经由正电极、负电极，和电解质溶液的电化学反应进行电池的充电和放电。外壳的形状——例如圆柱形或矩形取决于电池的预定目的。
可再充电电池可以用作由串联地和/或并联地耦合的多个单位电池单元(batterycell)形成的电池模块，以便提供高能量密度，例如用于混合车辆的马达驱动。也就是说，通过根据所需的功率量并且为了实现例如用于电动车辆的高功率可再充电电池，将多个单位电池单元的电极端子互连来形成电池模块。一个或多个电池模块被机械地和电学地集成，被装配有热管理***并且被设定为与一个或多个耗电器进行通信以便形成电池***。
为了满足连接到电池***的各种耗电器的动态功率需求，对电池功率输出和充电的静态控制是不够的。因此，电池***与耗电器的控制器之间的稳定或间歇的信息交换是必需的。该信息包括电池***的实际充电状态(SoC)、潜在的电性能、充电能力和内阻以及耗电器的实际或预测的功率需求或盈余。
为了监视、控制和/或设置前述的信息，电池***通常包括电池管理单元(BMU)和/或电池管理***(BMS)。这样的控制单元可以是电池***的组成部分并且被安置在公共外壳内或可以是经由适当的通信总线与电池***进行通信的遥控单元的一部分。在两种情况下，控制单元经由适当的通信总线(例如CAN或SPI接口)与耗电器进行通信。
BMS/BMU通常耦合到一个或多个耗电器的控制器以及电池***的每一个电池模块。通常，每个电池模块包括被配置为与BMS/BMU并且与其他电池模块维持通信的单元监管电路(cell supervision circuit,CSC)。CSC可以被进一步配置为监视一些或每一个电池模块的电池单元的单元电压，并且主动地或被动地平衡模块内的单个电池单元的电压。
前述的控制单元(即，BMS；BMU和CSC)的使用寿命可能超过被控制的电池单元(多个)的服务寿命。原则上，一旦初始电池单元停止工作，通过原始设备制造商(OEM)引入市场的控制单元就可以利用替换电池单元被重新使用。然而，由于控制单元和电池单元被完美地协调，所以这样的重新使用造成电池故障的高风险。并且由于发生故障的电池单元可能导致起火、***和/或有害物资的释放，OEM对控制电池控制单元的重新使用感兴趣。
因而本发明的目的是提供一种用于电池***的控制单元，其允许用于在OEM已经将它引入到市场之后控制它的重新使用。
发明内容
技术方案
借助于本发明，能够避免或至少减少现有技术的一个或多个缺点。具体地，根据本发明的第一方面，提供一种用于电池***的控制单元。控制单元包括：用于由电池***的至少一个电池单元提供的控制单元的操作电压的电力输入，被配置为关于至少一个电池单元执行至少控制功能的控制模块，以及连接在电力输入和控制模块之间的启动模块。启动模块包括被配置为接收激活密钥的数据输入和存储安全标识符的非易失性存储器元件。启动模块还包括验证电路，其连接到数据输入和非易失性存储器元件并且被配置为关于安全标识符来验证输入激活密钥的有效性。启动模块还包括激活电路，其连接到验证电路并且被配置为响应于激活密钥的有效性验证将电力输入和控制模块互连。
在本发明的上下文中，一种用于电池***的控制单元能够是BMS、BMU或CSC之一并且可以另外是被配置用于控制独立的电池单元的电子电路。通常，控制单元包括被安装在适当的电路载体(例如印刷电路板(PCB))上的一个或多个集成电路(IC)。通过受根据本发明的控制单元控制的至少一个电池单元(例如作为受控制单元控制的电池***或电池模块的一部分)来连续地对该控制单元进行供电。优选地，在电池***、电池模块或电池单元的整体使用寿命期间通过至少一个电池单元对控制单元进行供电。然而，根据本发明的控制单元能够是激活多次，其中，控制单元的激活要求激活密钥的输入以及相对于安全标识符对输入激活密钥进行有效性验证。
根据本发明，电池***、电池模块或电池单元的功能取决于关于电池***、电池模块或电池单元中的至少一个电池单元执行至少一个控制功能的控制模块。控制功能可包括对电池单元电压、电池单元电流、电池单元电阻或电池单元容量进行的测量，并且对于多个电池单元，可进一步包括电池单元电压或电池单元电流的主动或被动平衡。用于执行这些功能中的一个或多个的适当的电路设计为本领域技术人员所知。为了执行任何这些控制功能，必须为控制模块供应操作电压。根据本发明，用于为控制模块供应操作电压的先决条件是被输入到控制单元的激活密钥的有效性验证，其中，所述有效性验证关于存储在控制单元中的安全标识符而发生。优选地，控制模块包括用于检测至少一个电池单元的电压的装置和/或控制模块包括用于平衡多个电池单元的电压的装置。
非易失性存储器元件是互连在电力输入和控制单元的控制模块之间的启动模块的一部分。优选地，在装配期间或在控制单元的测试期间，安全标识符变为被存储在非易失性存储器元件中。换句话说，在控制单元的初次启动之前，即，在第一次向控制单元供应操作电压之前，安全密钥优选地变为被存储在非易失性存储器元件中。根据具体优选的实施例，安全标识符被硬件编码在启动模块中。换句话说，非易失性存储器元件可以被组装而不是被写入。示例性地，使用至少一个熔丝位(fusebit)(具体地优选的非可读熔丝位)将安全密钥编码在启动模块中。然后，非易失性存储器元件包括至少一个熔丝位。替换地，非易失性存储器元件原则上能够被多次写入和读取。非易失性存储器元件然后可以包括闪速存储器、与熔丝位组合的SRAM、FeRAM、MRAM或相变存储器。另外优选的是，在安全标识符已经被写入到非易失性存储器元件之后并且在控制单元第一次被加电之前，禁止对原则上能够被多次写入和读取的非易失性存储器元件的写入访问。
根据优选的实施例，非易失性存储器元件被配置用于响应于操作电压被施加到启动模块而向验证电路输出安全标识符。换句话说，一旦从控制单元的电力输入向其启动模块供应操作电压，就将安全标识符输出到验证电路。然后，几乎立即，即，在预定时间间隔内，从非易失性存储器元件输出安全密钥。输出安全密钥可能包括对熔丝位、闪速存储器或SRAM进行的读出操作。一旦从控制单元的电力输入向其启动模块供应操作电压，数据输入也准备好用于激活密钥的输入。特别优选的，提示用户输入激活密钥。数据输入优选地包括允许用户输入激活密钥的GUI。替换地优选的，数据输入包括接口并且激活密钥能够经由接口被输入到控制单元。
一旦具体地使用启动模块的数据输入将激活密钥输入在控制单元中，并且从非易失性存储器元件输出安全标识符，验证电路就接收激活密钥以及安全标识符。验证电路被配置为关于安全标识符来验证激活密钥的有效性。激活密钥和安全标识符每个可以通过数据串或任何尺寸的数据阵列来表示。在该情况下，激活密钥的有效性验证优选地包括激活密钥和安全标识符的比较。比较可以逐位发生。如果激活密钥和安全标识符的某部分彼此相等，则激活密钥被验证为有效。优选地该部分为至少50％，具体地优选的是至少75％，并且另外优选的是激活密钥的尺寸的至少95％。根据另外的优选的实施例，通过某安全算法来表示安全标识符。然后在确认激活密钥是否满足安全算法方面来验证激活密钥的有效性。根据该实施例，多个不同的激活密钥可能用于激活控制单元。另外优选的，将激活密钥输入到散列函数，并且将激活密钥的散列值与安全标识符相比较。一旦关于安全标识符验证了激活密钥的有效性，则验证电路向激活电路输出验证信号。验证信号的幅度和/或极性可能取决于激活密钥是否关于安全标识符被验证为有效。验证信号在激活密钥被验证时被连续地从验证电路输出并且可能作为单个突发被输出。
根据本发明的控制单元的优选的实施例，验证电路包括电连接到提供第一操作电压VDD的第一操作线并且电连接到提供第二操作电压VSS的第二操作线的SRAM。验证电路另外包括NOT门，其中，NOT门的输出节点连接到互连在第一操作线和SRAM的数据输入之间的第一反相器的输入。另外，电容器被互连在SRAM的数据输入和第二操作线之间。第二反相器连接到SRAM的数据输出。具体地优选的，验证电路另外包括XNOR门，其中，XNOR门的第一输入连接到非易失性存储器元件，并且其中，XNOR门的第二输入连接到启动模块的数据输入。另外优选的，XNOR门的输出连接到NOT门的输入。根据输入到XNOR门的激活密钥是否等于输入到XNOR门的安全标识符，第二反相器的输出被设置为高或低。此外，只要操作电压被供应到激活电路，就维持该输出。
根据优选的实施例，激活电路包括被配置用于放大验证电路的数据输出的至少一个差分放大器。差分放大器包括反相输入和非反相输入，其中，反相输入与验证电路的输出互连，并且其中，参考电压被输入到非反相输入。可以例如经由分压器和/或使用存储器从控制单元的第一和第二操作电压之一得出参考电压。差分放大器另外包括第一电源输入和第二电源输入，其中，第一和第二操作电压分别被供应到所述电源输入。另外优选的，差分放大器被配置为运算放大器，并且包括反馈电路，例如负反馈。替换地，差分放大器被配置为比较器。另外优选的，根据本发明的控制单元的激活电路包括至少一个开关元件，其被配置用于响应于差分放大器的特定输出将电力输入和控制模块互连。具体地优选的，开关元件被配置为通过放大器的特定输出(即，通过具有特定极性的输出)被设置为导通。具体地优选的，开关元件包括例如BPT、FET、JFET、MOSFET、IGBT等等的晶体管中的至少一个。另外优选的，开关元件包括环回电路，其被配置用于一旦开关元件在预定时间段被设置为导通就维持开关元件的导通状态。响应于接收到验证信号，激活电路将控制单元的电力输入互连到控制模块，即，向控制模块提供操作电压。
本发明的另一个方面涉及一种电池***，包括如上所述根据本发明的控制电路。控制单元优选地是电池***的电池管理***(BMS)、电池监视单元(BMU)或电池单元监管电路(CSC)中的至少一个的一部分。电池***进一步包括多个电池单元和/或电池模块并且可以进一步包括冷却***。
本发明的另一个方面涉及一种用于电池***的控制单元的启动方法，其中，控制单元包括：用于由至少一个电池单元提供的操作电压的电力输入；控制模块，其被配置用于关于至少一个电池单元执行至少一个控制功能，以及连接在电力输入和控制模块之间的启动模块。根据本发明的方法包括步骤：将安全标识符写入到控制单元的非易失性存储器元件；通过电池***的至少一个电池单元向电力输入供应控制单元的操作电压；将激活密钥输入到控制单元；关于安全标识符来验证激活密钥的有效性，以及响应于激活密钥的有效性验证将电力输入和控制模块互连。优选地，方法进一步包括响应于激活密钥的有效性验证将控制单元的激活电路中的开关元件设置为导通的步骤。
该方法可以进一步包括响应于激活密钥的有效性验证由控制模块执行至少一个控制功能的步骤。控制功能可以包括对电池单元电压、电池单元电流、电池单元电阻或电池单元容量进行的测量，并且对于多个电池单元，还可以包括电池单元电压或电池单元电流的主动或被动平衡。在本发明的优选的实施例中，输入到控制模块的激活密钥必须等于从将被供应操作电压的控制模块的非易失性存储器元件输出的安全标识符。该方法还可包括将至少一个电池单元连接到控制单元用于向控制单元供应控制单元的操作电压的步骤。
优选地，将安全标识符存储在非易失性存储器元件中发生在控制单元的组装或测试期间。换句话说，在控制单元的初次启动之前将安全标识符存储在非易失性存储器元件中。例如通过使用熔丝或反熔丝(antifuse)将某电压电平和非易失性存储器元件的输入互连。优选地将安全标识符硬件编码到非易失性存储器元件中。替换地，在控制单元的测试期间，将安全标识符写入到原则上能够被多次写入和读取的非易失性存储器元件(例如，闪速存储器)中。另外优选的，该方法包括在将安全标识符写入到非易失性存储器元件之后禁止非易失性存储器元件的写入访问的步骤。
根据另外优选的实施例，本发明的方法进一步包括步骤：通过停止向电力输入供应操作电压将控制单元去激活，以及在重复的启动期间，重复如下步骤：通过电池***的至少一个电池单元向电力输入供应控制单元的操作电压；将激活密钥输入到控制单元的数据输入；关于安全标识符来验证激活密钥的有效性，以及在用于电池***的控制单元的重复的启动期间响应于激活密钥的有效性验证将电力输入和控制模块互连。
对于电池***的控制单元的受控的启动，可以多次执行本发明的方法。示例性地，可以在第一次将控制单元组装到至少一个电池单元之后由OEM执行第一启动，并且可以由OEM的许可证持有者来执行第二启动，该许可证持有者被允许通过利用替代电池单元来替代初始电池单元来翻新电池***。对于第二启动，OEM可以提供具有激活密钥的许可证，激活密钥能够关于仅仅由OEM写入到控制单元一次的安全标识符被进行有效性验证。向持证者提供的激活密钥可以与最初由OEM使用的激活密钥相同或者可以是还满足安全算法(例如散列函数)的不同的激活密钥，其作为安全标识符被保存到控制单元。
在从属权利要求或附图的以下描述中公开了本发明的另外的方面。
附图说明
通过参考附图来详细描述示例性实施例，特征对于本领域技术人员将变得明显，在附图中：
图1示意地图示出用于电池***的生产的工作流程；
图2图示出根据实施例的用于启动电池***的控制单元的方法的流程图；
图3示意地图示出根据实施例的控制单元；并且
图4示意地图示出根据实施例的启动模块的示例性电路图。
最佳实施方式
现在将详细地参考实施例，在附图中图示出了其示例。将参考附图对示例性实施例的效应和特征，以及其实施方法进行描述。在附图中，相同附图标记表示相同的要素，并且省略冗余的描述。然而，可以以各种不同的形式体现本发明并且本发明不应当被理解为仅仅受限于在本文的所说明的实施例。确切的讲，将这些实施例作为示例来提供，使得本公开将是彻底的和完全的，并且将向那些本领域技术人员全面传达本发明的方面和特征。
因此，可能不描述使那些本领域技术人员对本发明的方面和特征有完整理解所必须的处理、要素和技术。在附图中，可以为了清楚而夸大要素,层和区域的相对尺寸。
如在本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项的任何和所有组合。此外，当描述本发明的实施例时使用“可以”指的是“本发明的一个或多个实施例”。在本发明的实施例的以下描述中，单数形式的术语可以包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。
要理解，尽管术语“第一”和“第二”用于描述各个要素，但这些要素不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个要素与另一个要素区别。例如，在不背离本发明范围的情况下，第一要素可被命名为第二要素，并类似地第二要素可被命名为第一要素。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项的任何和所有组合。当诸如“至少一个的”之类的表达在一系列要素之前时，修改整个系列的要素并且不修改该系列的单独要素。
如在本文使用的，术语“基本上”、“大约”和类似术语被用作近似的术语并且不用做程度的术语，并且意图解释将由本领域技术人员意识的测量值或计算值的固有偏差。此外，如果与能够使用数值表示的特征结合使用术语“基本上”，则术语“基本上”表示以该值为中心的+/-5％的范围的值。
图1示意地图示出根据本发明的用于包括控制单元10的电池***100的生产过程的工作流程。将在以下描述生产过程以及如图2中所图示的用于控制单元10的启动的方法。
如图1中所示，电池***100的生产过程中的第一步(A)是由半导体芯片制造商在晶圆级1上制造半导体控制单元10。晶圆级1上的制造过程包括至少FEOL的和BEOL的步骤。在FEOL期间，在半导体IC控制单元10中将例如晶体管、电阻器等等的单独的器件图案化。在BEOL期间，使用各种金属互连结构(例如通孔)将单独的器件互连。
在电池***100的生产过程的第二步(B)中，在晶圆级上对单独的器件和互连结构执行若干测试过程。在测试过程中，尤其关于控制单元10的至少一个控制功能来测试控制单元10的若干电子功能。测试可能包括电压测量测试，其中，利用控制单元10来测量预定的电压。尤其优选的是，电压测量测试可能包括偏移校准，即，通过如果没有向控制单元施加电压则测量检测的电压来进行，并且可以进一步包括缩放校准，即，通过如果向控制单元施加预定的电压则测量检测的电压来进行。然后将测量测试的结果与预定的电压相比较，并且校准数据从这样的比较得出并且被保存到控制单元10。另外地，通过反复地执行它的一些电子功能来对控制单元10执行压力测试。
另外，在第二步(B)中，将安全标识符写入到存在于晶圆1上的多个控制单元10。图1(B)示出晶圆1的详细视图，其中，单个控制单元10的区域被切割线4包围。控制单元10包括作为控制单元10的非易失性存储器元件的闪速存储器(未示出)的写线5。对于每个控制单元10，使用写线5将单独的安全标识符写入控制单元10的相应的闪速存储器。因此，在如图1中所示的生产过程的步骤(B)中执行如图2中所图示的启动方法的第一步。
在电池***100的生产过程的第三步(C)中，晶圆切割沿着切割线4发生。其中，晶圆1被分割以便形成单独的控制单元10。此外，被部分地安置在切割线4内的写线5被切割，并且因此对控制单元10的闪速存储器进行的写入访问被禁止。因此，通常在如图1中所示的控制单元10的生产过程的步骤(B)中执行如图2中所图示的启动方法的第二步。
在电池***100的生产过程的第四步(D)中，使用诸如环氧、硅或聚酰亚胺之类的适当的电介质对分割的控制单元10进行封装，以便保护IC免受环境影响。此外，控制单元10被附接到引线框15，该引线框15用于提供到控制单元10的多个电连接。
在图1中示出的工作流程的第五步(E)中，在诸如印刷电路板(PCB)或柔性电路板之类的适当的电路载体20上装配控制单元10。示例性地，控制单元10被倒装地安装到电路载体20。通过焊接来建立控制单元10和电路载体20之间的电连接，这可能降低控制单元10的模拟性能。
在图1的工作流程的第六步(F)中，包括控制单元10的电路载体20被安装到多个次级电池单元80以便形成电池模块90。具体地，每一个电池单元80的端子(未示出)经由线焊(wire bond)35被连接到电路载体20。电池单元80因此被连接到控制单元10，并且通过至少一个电池单元80向控制单元10供应操作电压。电池单元80可以经由母排(busbar)30进一步彼此互连。
通过在生产过程的步骤(F)期间向控制单元10的电力输入11应用操作电压，执行如图2中所图示的启动方法的第三步骤。因而，随着操作电压被供应到控制单元10的电力输入11和启动模块12，控制单元10进入激活模式。响应于操作电压被供应到启动模块12，从非易失性存储器元件14输出安全标识符。此外，将数据输入15设定为用于在如图2中所图示的方法的第四步中接收激活密钥。优选地，提示控制单元10的用户(例如组装电池模块90的OEM的员工)***激活密钥。
在输入激活密钥之后，执行如图2中所图示的启动方法的第五步并且相对于安全标识符来验证输入激活密钥的有效性。在所图示出的实施例中，有效性验证(validation)包括激活密钥与安全标识符的比较。如果激活密钥和安全标识符的有效性验证为正，即，如果激活密钥等于安全标识符，则控制单元10被激活，即，通过向控制模块13供应操作电压将控制单元10的控制模块13激活。如果激活密钥的有效性验证为负，即，如果输入激活密钥不等于安全标识符，则不向控制模块13供应操作电压并且控制模块13不被激活，即，关于对于至少一个电池单元80执行至少一个控制功能被去激活。
在相对于安全标识符成功验证激活密钥的有效性之后，图1中所图示出的生产过程的步骤(G)发生。其中，多个电池模块90连接到彼此以形成电池***100。其中，电池模块90的端子(未示出)使用母排(未示出)连接到彼此。另外，电池模块90的CSC 10使用适当的通信总线(例如SPI或CAN)连接到彼此以及BMS(未示出)。多个互连的电池模块90被置于外壳101中并且可以将冷却回路设定为用于冷却电池模块90。多个电池模块90经由***端子102、103提供***电压和***电流。
如在图2中进一步图示，可以通过阻止对控制单元10的电力供应来关闭本发明的控制单元10。这可能发生在供应控制单元10的电池模块90的使用寿命的结束或者发生在控制单元10与电池模块90分离时。如果例如通过将控制单元10连接到替换电池单元而使控制单元10在被关闭之后再次上电，则启动方法再次从如图2中所图示的第三方法步骤开始。换句话说，控制单元10(具体地电力输入11和启动模块12)再次接收操作电压并且因此进入激活模式，其中，从非易失性存储器14输出安全标识符并且其中提示用户向控制单元10输入激活密钥。
控制单元10的第二启动发生，其中关于安全标识符对输入的激活密钥进行有效性验证，即，将其与安全标识符相比较。如果激活密钥和安全标识符的有效性验证为正，即，如果激活密钥等于安全标识符，则控制单元10被激活，即，通过向控制模块13供应操作电压将控制单元10的控制模块13激活。如果激活密钥的有效性验证为负，即，如果输入激活密钥不等于安全标识符，则不向控制模块13供应操作电压并且控制模块13不被激活，即，关于对于至少一个电池单元80执行至少一个控制功能被去激活。换句话说，能够对根据本发明的控制单元10进行反复地加电，只要有效的激活密钥在控制单元10的每次启动时被输入到控制单元10即可。
图3示意地图示出根据实施例的用于电池***100的控制单元10。控制单元10包括电力输入11，其被配置为连接到至少一个电池单元80用于接收控制单元10的操作电压。电力输入11优选地包括被配置为例如经由至少一个线焊等等而电连接到至少一个电池单元80的接触垫。
电力输入11经由启动模块12电连接到控制模块13。控制模块13被配置为关于至少一个电池单元执行至少一个控制功能。控制功能可以包括对电池单元电压、电池单元电流、电池单元电阻或电池单元容量进行的测量，并且对于多个电池单元，可以进一步包括电池单元电压或电池单元电流的主动或被动平衡。控制模块13可以包括用于建立到至少一个电池单元80的电子接触的至少一个接触垫(未示出)。可以经由与用于将至少一个电池单元80与控制模块10的电力输入11相连接的线焊不同的线焊35来建立电子接触。
启动模块12被配置用于执行如上所述的控制单元10的启动方法并且包括至少非易失性存储器元件14、数据输入15、验证(verification)电路16和激活电路17。非易失性存储器元件14和数据输入15与验证电路16相连接，并且验证电路16连接到激活电路17。
非易失性存储器元件14被配置为保存安全标识符并且响应于操作电压被施加到启动模块12而输出启动值。数据输入15被配置为接收激活密钥并且优选地被配置为提示用户输入激活密钥。
验证电路16被配置为关于从非易失性存储器元件14输出的安全标识符来验证数据输入15中输入的激活密钥的有效性，例如将输入的激活密钥与输出的安全标识符相比较，并且输出验证结果。
激活电路17被配置为从验证电路16接收验证结果并且根据验证结果来提供电力输入11和控制单元13之间的电气连接。激活电路16包括至少一个开关元件。
图4图示出根据本发明的验证电路16和激活电路17的示例性电路图。
图4的左部图示出根据本发明的实施例的验证电路16的示意电路图。验证电路16包括XNOR门41，其第一输入连接到非易失性存储器元件14并且其第二输入连接到数据输入15。XNOR门41的输出连接到NOT门42的输入。NOT门42的输出连接到在提供第一操作电压VDD第一操作线58与SRAM 46的数据输入之间互连的反相器43的输入。电容器44被互连在第二操作线59和SRAM 46的数据输入45之间。
SRAM 46包括第一SRAM反相器和第二SRAM反相器。第一SRAM反相器和第二SRAM反相器中的每一个连接到提供操作电压VDD的第一操作线58以及连接到提供第二操作电压VSS的第二操作电压线59。第一SRAM反相器的输入节点电连接到SRAM 46的数据输入45。第一SRAM反相器的输入节点45进一步电连接到互连在第一操作线58和SRAM 46的数据输出47之间的p沟道MOSFET的栅极。第一SRAM反相器的输入节点进一步电连接到互连在第二操作线59和SRAM 46的数据输出47之间的n沟道MOSFET的栅极。SRAM 46的数据输出47电连接到第二SRAM反相器的输入节点，该第二SRAM反相器的输入节点连接到互连在第一操作线58和SRAM 46的数据输入45之间的另外的p沟道MOSFET的栅极。第二SRAM转换器的输入节点进一步电连接到互连在第二操作线59和SRAM 46的数据输入45之间的另外的n沟道MOSFET的栅极。在第一和第二操作电压一被供应到SRAM 46时，SRAM 46就被设置为操作状态。通过第一操作电压VDD(“1”)或第二操作电压VSS(“0”)对输入到SRAM 46的数据输入45的逻辑值进行编码。通过第一SRAM反相器将输入到数据输入45的逻辑值反相，并且向SRAM 46的数据输出47供应反相的值。反相的值被进一步输入到第二SRAM反相器并因此再现在数据输入45的初始逻辑值。只要操作电压被供应，供应到SRAM 46的数据输入45的逻辑值就因此被记在SRAM46中。
在激活期间，经由电容器44将SRAM 46的数据输入45设置为逻辑值“0”并且因此预定的值被输入到SRAM 46并且将验证电路16的验证输出设置为“0”。如果信号(例如通过被施加到XNOR门41的第一输入的某电压表示的安全标识符的单个比特)等于信号(例如通过被施加到XNOR门41的第二输入某电压表示的输入激活密钥的单个比特)，则将XNOR门41的输出设置为例如通过第一操作电压VDD表示的逻辑值“1”。NOT门42将逻辑值反相，并且由此通过第一反相器43向SRAM 46的数据输入45施加逻辑“1”。SRAM46然后输出再次通过第二反相器48反相的逻辑值“0”使得验证电路16输出逻辑值“1”。从验证电路16输出的验证信号因此取决于激活密钥的有效性验证结果，并且能够被维持在验证输出，只要操作电压VDD、VSS施加。
图4的右部图示出根据本发明的实施例的激活电路17的示意电路图。验证电路17的所图示的实施例包括至少一个运算放大器54。第一操作电压VDD通过第一操作线58被供应到运算放大器54的第一电源输入并且第二操作电压VSS通过第二操作线59被供应到差分放大器54的第二电源输入。运算放大器54进一步包括反相输入(“-”)和非反相输入(“+”)。向运算放大器54的反相输入供应在验证电路16的输出的电压电平。
激活电路17另外包括分压器，其中第一电阻器51互连在第一操作线58和运算放大器54的非反相输入之间并且其中第二电阻器52互连在第二操作线59和运算放大器54的非反相输入之间。第一电阻器51的电阻等于第二电阻器52的电阻并且因此向运算放大器54的非反相输入供应第一操作电压VDD的一半作为参考电压。因此，如果向验证电路16的输出施加逻辑值“1”则将运算放大器54的输出设置为最大正电压，并且如果向验证电路16的输出施加逻辑值“0”则将运算放大器54的输出设置为最小负电压。经由第三电阻器53将放大器54的输出反馈到反相输入。因而，进一步放大运算放大器54的输出。
激活电路17进一步包括n沟道IGBT 57作为开关元件。IGBT 57的栅极连接到运算放大器54的输出，IGBT 57的集电极连接到控制单元10的电力输入11，并且IGBT 57的发射极连接到控制单元10的控制模块13。如果验证电路16一直输出逻辑值“1”，则运算放大器54输出放大的正电压。因此，IGBT 57被设置为导通，并且提供电力输入11和控制单元10的控制模块13之间的导通连接。因此使得控制单元13能够执行至少一个控制功能。一旦IGBT 57被设置为导通，则IGBT 57的发射极经由第三电阻器56并且经由变换器55与IGBT 57的栅极相连接。该环回连接使得，一旦IGBT 57在某时间段将来自电力输入11的操作电压传导至控制模块13，IGBT 57就保持导通。因此通过第三电阻器56的电阻和变压器55的电感来设置所述时间段的时长。环回电路可以包括另外的电感用于延迟从IGBT 57的发射极到IGBT 57的栅极的功率传输。
可以利用任何适当的硬件、固件(例如，专用集成电路)、软件，或软件、固件和硬件的组合来实施在本文描述的根据本发明的实施例的电子或电气设备(一个或多个)和/或任何其他有关的设备或组件。例如，可以在一个集成电路(IC)芯片上或在分离的IC芯片上形成这些设备的各个组件。此外，可以在软性印制电路薄膜、载带封装(TCP)、印刷电路板(PCB)上实施，或者在一个基板上形成这些设备的各个组件。可以通过线或导电元件例如在PCB或另一种电路载体上实现在本文描述的电气连接或互连。导电元件可以包括例如表面金属的金属和/或引脚，和/或可以包括导电聚合物或陶瓷。可能经由无线连接(例如使用电磁辐射和/或光)来传送另外的电能。
此外，这些设备的各个组件可以是在一个或多个计算设备中运行于一个或多个处理器上、执行计算机程序指令并且与其他***组件交互以执行在本文描述的各种功能的进程或线程。将计算机程序指令存储在可以使用诸如像随机访问存储器(RAM)的标准存储器设备在计算设备中实施的存储器中。也可以将计算机程序指令存储在诸如像CD-ROM、闪盘驱动器，等等的其他非暂时性计算机可读介质中。
而且，本领域普通技术人员应当意识到，在不背离本发明的示例性实施例的范围的情况下，可以将各个计算设备的功能组合或集成到单个计算设备中，或者可以跨一个或多个其他计算设备来分布特定计算设备的功能。

Claims (14)

1.一种用于电池***(100)的控制单元(10)，包括：
电力输入(11)，用于由至少一个电池单元(80)提供的控制单元(10)的操作电压；
控制模块(13)，被配置用于当至少一个电池单元(80)被施加操作电压时对其执行至少控制功能；以及
启动模块(12)，连接在电力输入(11)和控制模块(13)之间，其中，启动模块(12)包括：
数据输入(15)，其被配置用于接收激活密钥；
非易失性存储器元件(14)，存储安全标识符；
验证电路(16)，其连接到数据输入(15)并且连接到非易失性存储器元件(14)并且被配置为相对于安全标识符来验证输入激活密钥的有效性；以及
激活电路(17)，其连接到验证电路(16)并且被配置为响应于激活密钥的有效性验证为正将电力输入(11)和控制模块(13)互连以向控制模块施加操作电压，并且被配置为如果激活密钥的有效性验证为负则不向控制模块施加操作电压。
2.根据权利要求1所述的控制单元(10)，其中，非易失性存储器元件(14)被配置用于响应于操作电压被施加到启动模块(12)而向验证电路(16)输出安全标识符。
3.根据权利要求1或2所述的控制单元(10)，其中，控制模块(13)包括用于检测至少一个电池单元(80)的电压的装置。
4.根据在先权利要求1或2所述的控制单元(10)，其中，控制模块(13)包括用于平衡多个电池单元(80)的电压的装置。
5.根据在先权利要求1或2所述的控制单元(10)，其中，非易失性存储器元件(14)包括至少一个熔丝位。
6.根据在先权利要求1或2所述的控制单元(10)，其中，非易失性存储器元件(14)包括至少一个闪速存储器。
7.根据在先权利要求1或2所述的控制单元(10)，其中，验证电路(16)包括：
SRAM(46)，其电连接到提供第一操作电压的第一操作线(58)并且电连接到提供第二操作电压的第二操作线(59)；
NOT门(42)，其输出节点连接到互连在第一操作线(58)和SRAM(46)的数据输入(45)之间的第一反相器(43)；
电容器(44)，互连在SRAM(46)的数据输入(45)和第二操作线(59)之间；以及
第二反相器(48)，连接到SRAM(46)的数据输出(47)。
8.根据在先权利要求1或2所述的控制单元(10)，其中，验证电路(16)还包括XNOR门(41)，其第一输入连接到非易失性存储器元件(14)并且其第二输入连接到启动模块(12)的数据输入(15)。
9.根据权利要求7所述的控制单元(10)，其中，XNOR门(41)的输出连接到NOT门(42)的输入。
10.根据在先权利要求1或2所述的控制单元(10)，其中，激活电路(17)包括：
差分放大器(54)，其被配置用于放大验证电路(16)的输出；
开关元件(57)，其被配置用于响应于差分放大器(54)的特定输出将电力输入(11)和控制模块(13)互连。
11.一种电池***(100)，其包括根据在先权利要求的任何一个所述的控制单元(10)作为电池管理***、电池监视单元或电池单元监管电路中的至少一个的部分。
12.一种用于电池***(100)的控制单元(10)的启动方法，该控制单元(10)包括用于由至少一个电池单元(80)提供的操作电压的电力输入(11)，被配置用于当关于至少一个电池单元(80)被施加操作电压时对其至少控制功能控制模块(13)，和连接在电力输入(11)和控制模块(13)之间的启动模块(12)，该方法包括以下步骤：
(a)将安全标识符写入到控制单元(10)的非易失性存储器元件(14)；
(b)由电池***(100)的至少一个电池单元(80)向电力输入(11)供应控制单元(10)的操作电压；
(c)将激活密钥输入到控制单元(10)的数据输入(15)中；
(d)相对于安全标识符来验证激活密钥的有效性；
(e)响应于激活密钥的有效性验证为正将电力输入(11)和控制模块(13)互连以向控制模块施加操作电压并且如果激活密钥的有效性验证为负则不向控制模块施加操作电压。
13.根据权利要求12所述的启动方法，进一步包括步骤：在步骤(a)之后禁止对非易失性存储器元件(14)的写入访问。
14.根据权利要求12或13所述的启动方法，进一步包括步骤：
(f)通过停止到电力输入(11)的操作电压供应，将控制单元(10)去激活；
(g)重复步骤(b)至(e)用于重复的启动。
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