CN112216882A - 操作电池管理***的方法、对应的设备和车辆 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及操作电池管理***的方法、对应的设备和车辆。公开了一种操作电池管理***的方法。感测在第一电池单元的第一端子与第一电池单元的第二端子之间的第一电压降，并且感测在电荷分配针脚与第一电池单元的第二端子之间的第二电压降。电荷分配针脚通过电阻器耦合到第一电池单元的第一端子。计算第一电压降与第二电压降之间的差，并且当第一电压降与第二电压降之间的差的绝对值超过阈值时，检测到故障状况。

Description

操作电池管理***的方法、对应的设备和车辆

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年06月17日提交的意大利专利申请号102019000009234的优先权，该申请通过引用合并于此。

本申请与2019年05月23日提交的美国专利申请号16/420,875相关，并且要求IT102018000005810(2018年05月29日提交)的优先权；与2019年05月23日提交的美国专利申请号16/420,992相关，并且要求IT 102018000005828(2018年05月29日提交)的优先权；以及与2020年06月05提交的美国专利申请号16/893,771相关，并且要求IT 102019000009237(2019年06月17日提交)的优先权。这些共同待决的申请中的每个申请均通过引用并入本文。

技术领域

实施例涉及一种操作电池管理***的方法。

背景技术

电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV)的不断演进的技术使改进的电池管理***(BMS)的性能具有期望的特征，以便促进安全、可靠和经济高效的电池操作。

电池管理***(BMS)的任务涉及测量电池单元的电压。这又涉及从相对较高的共模电压中提取相对较小的电压。

附加地，要注意的是，例如在机动车应用中，车辆的电动马达及其相关联的驱动器电路装置可能是噪声源，噪声呈注入到电池单元中的电流的形式或作为跨这些单元的电压降。这些可以表示宽的频率范围上的电磁干扰源，这可能会对功能测量产生不期望的影响。

在这些测量结果中缺乏准确性可能会对电池组的寿命和性能产生不利影响。

可以通过在每个单元处放置具有高共模抑制比(CMRR)的差分电压放大器来提供可由模数转换器(ADC)数字化的电压电平移位(即经转换的信号)，来追求准确性。这种级可以配备许多其他特征，诸如保护和诊断(例如，开路负载检测、泄漏检测、内建自测或BIST)。为了促进遵守安全规范，在机动车领域非常需要这种特征。

发明内容

该描述涉及电池管理***。一个或多个实施例可以应用于机动车领域，例如应用于电动车辆和/或混合电动车辆。

一个或多个实施例可以有助于提供克服前面讨论的缺点的改进的解决方案。

一个或多个实施例可以涉及一种对应的设备，例如电池管理***或BMS。

一个或多个实施例可以涉及一种配备有这种设备的车辆(例如，诸如EV或HEV的机动车辆)。

一个或多个实施例可以提供一种内建自测(BIST)解决方案，其中将转换相同单元电压的两个ADC进行比较。

在一个或多个实施例中，由于使能了BIST操作，因此逻辑级可以管理模拟开关来比较两个代码。

在一个或多个实施例中，由于发现两者之间的差异超过某个阈值，因此可以设置标志。

在一个或多个实施例中，这种检查可以提供在检查所感测的信号的转换涉及的整个信号处理链中有用的结果。

一个或多个实施例可以通过可能还检查准确性来促进在其运转模式下测试ADC。

一个或多个实施例可以有助于节省半导体面积。

附图说明

现在将参考附图仅以示例的方式描述一个或多个实施例，其中：

图1A是用于感测差分信号的示例性布置的框图，

图1B是实施例的使用的可能上下文的示例框图，

图2是实施例可以适用的设备的示例框图，

图3是图2的设备一部分的示例电路图，

图4和图5是实施例的结构和操作的示例图，

图6是实施例中的可能操作的示例流程图。

具体实施方式

在后续的描述中，说明了一个或多个具体细节，旨在提供对本描述的实施例的示例的深入理解。可以在没有一个或多个特定细节的情况下，或者可以利用其他方法、组件、材料等获得这些实施例。在其他情况下，没有详细图示或描述已知的结构、材料或操作，因此实施例的某些方面将不被掩盖。

在本描述的框架中对“实施例”或“一个实施例”的引用旨在指示关于该实施例而描述的特定配置、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，可以在本描述的一个或多个点中呈现的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”的短语不一定指代同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合特定的构型、结构或特性。

这里使用的附图标记仅是为了方便而提供的，因此不限定保护的程度或实施例的范围。

可以在意大利专利申请102018000005810(美国对应公开2019/0366849)和102018000005828(美国对应公开2019/0372178)中找到另外的信息，它们是该领域中的活动的示例。这些申请通过引用并入本文。

图1A是用于感测例如由高压差分输入源提供的差分信号V_diff的示例性布置的框图。如下所述，这可以是装配电动车辆(EV)或混合电动车辆(HEV)的电池组中的单元，电动车辆(EV)或混合电动车辆(HEV)设置有电池管理***(BMS)，电池管理***(BMS)被配置成测量电池单元的电压，这涉及从相对较高的共模电压提取相对较小的(差分)电压。

如图1A中所例示的相关感测布置可以包括多路复用器100，该多路复用器100被配置成接收电压V_diff并且具有级联到其上的电压电平移位器电路102，电压电平移位器电路102又将(经电平移位的)电压V_diff馈送到模数转换器(ADC)104。

来自ADC 104(该ADC 104接收基准电压V_BG)的输出电压V_out被传递到数字滤波器106，数字滤波器106输出指示V_diff的值的数字信号CODE。

如所讨论的，这种布置的内建自测(built-in self-test，BIST)或BIST特征在机动车领域中是非常期望的，以便促进遵守安全规范。

为此，已经设计了能够使用(例如，齐纳)基准输入电压来检查(仅)处理路径的数字部分(在图1A的左侧)或整个处理链的解决方案。

后一种方法可以涉及断开单元端子输入，并且连接作为输入的精确的齐纳(zener)基准，以验证多路复用器、电平移位差分放大器和数字滤波器的完整性。

这种方法的固有缺点可能在于，其能力限于仿真差分输入电压的仅一个点(即某个值)：例如，来自锂单元的输出电压可能具有0V至5V的运转范围，因此只能验证(例如)相关特性的极端值。

图1B是装配具有相关联的电池管理***BMS的车辆V(诸如电动车辆(EV)或混合电动车辆(HEV))的电池组BP的可能布置的示例。锂电池组可以是这种电池组的示例。

然而，不应当以实施例的限制意义来理解对这种可能的应用领域和/或这种电池技术的引用。

在本文例示的一个或多个实施例中，电池管理***BMS可以包括设备10(例如，集成电路IC)，设备10提供执行电池管理所需的各种特征，例如，(单个)设备10被配置成监控4到14个单元C。

在一个或多个实施例中，设备10可以被配置成与电源PS(其可以来自由设备10监控的电池组BP)、通信接口CI和逻辑电路装置L协作。

设备10还可以例如借助于电压调节器和自举电路来生成稳定的内部基准。而且，它可以包括由内部电路装置监控的带隙以有助于测量准确性。

设备10的任务可以包括通过堆电压测量和单元电压测量来监控单元和电池组状态。相关的测量和诊断任务可以按需执行，或者周期性地执行，例如以可编程的循环间隔执行。

可以使测量数据对外部控制器可用，以执行电荷平衡并且计算指示单元/电池组的健康状态(SOH)和电荷状态(SOC)的数据。

在正常操作模式下，设备10可以执行测量转换、诊断和通信任务。可选地，设备10可以被设置为循环唤醒状态，从而减少电流消耗(例如，如从电池组BP吸收的电流消耗)。在循环唤醒状态下，设备10的主要功能被周期性地激活。

STMicroelectronics Group的公司可提供的商品名为L9963的设备可以是这种设备10的常规布置的示例。

在一个或多个实施例中，如本文所例示的设备10可以包括一组转换器CV1…CV14以及与电池组BP中的相应单元C相关联的平衡电路块B1…B14。

例如，电路块B1...B14可以经由内部放电路径提供(被动)单元平衡。该动作旨在平衡单元，以便促进在所有单元上的均衡电荷分布。发现这改善了电池组BP的性能。

如本文所例示的设备10可以被配置成执行涉及各个单元C或整个电池组BP的故障事件的自动“验证”。

例如，在检测到涉及单元C或电池组BP的故障的情况下，可以自动地执行相关测试。这有助于向监管电池管理***BMS的操作的外部微控制器提供(例如，经由通信接口CI)可靠的信息。

在一个或多个实施例中，图1中例示的逻辑块L可以包括这种微控制器。

如本文所例示的设备10可以包括(例如，在转换器CV1…CV14处)内建自测(BIST)电路装置，该内建自测(BIST)电路装置被配置成促进诸如模拟比较器和模数转换器(ADC)的内部元件的正确操作。

如本文例示的电路10可以包括如在美国公开2019/0366849和美国公开2019/0372178中公开的BIST电路的特征中的至少一些特征，其通过引用并入本文。

图1中提供的表示是设备10的一般功能描述。

更详细地，在本文例示的情况中，如本文中例示的设备10(例如，参见图2)可以包括电荷感测针脚Cn，即C0、C1...C14。电荷感测针脚Cn耦合到电池组BP中的单元C，例如，第n个单元(Celln)布置在针脚Cn和Cn-1之间。

如本文所例示的(例如，再次参见图2)，第一单元Cell1被示为布置在针脚C0和C1之间，依此类推，直到布置在针脚C13和C14之间的单元Cell14。

为了简单起见，可以将各个单元视为相同。因此，它们中的每个可以具有电阻器R_LPF以及电容器CAP，电阻器R_LPF被布置成将针脚C0…C14耦合到单元Cell1…Cell14的相应端部，电容器CAP位于相邻针脚之间。

电阻器R_LPF和电容器CAP提供了相应的低通RC滤波器，这些滤波器有助于在电池端子处滤除不需要的信号。

在一个或多个实施例中，设备10的针脚C0...C14可以被认为是高阻抗节点，以便可以认为跨电阻器R_LPF不出现明显的电压降。

因此，可以认为基本与跨第n个单元Celln的电压相对应的(差分)电压V_diff可认为可用于在相邻针脚Cn-1和Cn之间的“读数”。

在一个或多个实施例中，被指定为Sn(n＝1...14)的另外的针脚以及针脚Bn_n-1(在本文例示的情况中，N＝2...14)可以用于平衡目的，即，用于使被检测为“过度充电”的单元放电，以便均衡电荷在所有单元上的分布。

(平衡)放电电流的量可以由电阻器R_DIS设置，该电阻器R_DIS将“偶数”S针脚(即S2...S14)耦合到“上”端(即，朝向电池组的总电压Vb的端部或节点)，并且“奇数”S针脚(即S1...S13)耦合到对应单元的“下”端或节点(与电池组电压VB相反，即朝向地GND)。

针脚Bn_n-1(直接)耦合在电阻器R_LPF与单元Cell1...Cell14的对应端部之间，在其间，未设置放电电阻器R_DIS。

通过示出设备10的针脚C12、C13、C14、S13、S14以及B14-13的对应耦合，参考本文例示的电池组BP中的两个“最上面”的单元(即，Cell14和Cell13)，图3以简化的方式详细说明了前面讨论的布置。为简单起见，图3中没有再现图2中所示的相关联的电容器CAP。

因此，可以认为本文例示的设备10包括多个电荷感测针脚C0至C14，电荷感测针脚C0至C14可以被视为以针脚C0至C14的有序(编号)序列布置，例如从地GND开始到电池组BP的“上限”电压Vb节点或节(bar)，这些电荷感测针脚包括与奇数的针脚(C1、C3…C13)交错的偶数的针脚(C0，C2、C4…C14)。

此外，可以将针脚C0至C14视为包括多个电荷感测针脚对，即C0，C1；C1，C2；...；C12，C13；C13，C14，多个电荷感测针脚对按以下有序序列布置：

在本文例示的电荷感测针脚C1至C14的有序序列(从地GND到Vb)中，位于奇数位置(1、3、5、7、9、11、13)中的那些电荷感测针脚对，即：

C0，C1；

C2，C3；

C4，C5；

C6，C7；

C8，C9；

C10，C11；

C12，C13；和

在本文例示的电荷感测针脚C1至C14的有序序列(从地GND到Vb)中，位于偶数位置(2、4、6、8、10、12、14)中的那些电荷感测针脚对，即：

C1，C2；

C3，C4；

C5，C6；

C7，C8；

C9，C10；

C11，C12；

C13，C14。

经由电阻器(R_LPF)，将多个电荷感测针脚对(C0，C1；C1，C2；...；C12，C13；C13，C14)中的电荷感测针脚对中的电荷感测针脚耦合到电池组BP中的相应单元(Cell1、Cell2...Cell13、Cell14)，以感测跨所述相应单元的电压。

此外，在奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个奇数电荷感测针脚对(C0，C1；...；C12，C13)和每个偶数电荷感测针脚对(C1，C2；...；C13，C14)分别与后续的偶数电荷感测针脚对(C1，C2；...；C13，C14)和之前的奇数电荷感测针脚对(C0，C1；...；C12，C13)共享共用电荷感测针脚(C1…C13)。

例如，如在图3中看到的：

在电荷感测针脚的有序序列中，奇数电荷感测针脚对C12，C13与后续的偶数对C13，C14共享共用电荷感测针脚，即C13，并且类似地，

在电荷感测针脚的有序序列中，偶数电荷感测针脚对C13，C14与之前的奇数对C12，C13共享共用电荷感测针脚，也是C13。

此外，可以认为如本文例示的电荷分配针脚包括第一电荷分配针脚S1...S14和第二电荷分配针脚B2-1...B14-13。

通过再次参考图3，可以进一步注意到，在如本文例示的设备10中，在所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个奇数电荷感测针脚对(在图3的情况中，C12，C13)以及后续的偶数电荷感测针脚对(在图3的情况中，C13，C14)包括：

a)奇数的第一电荷分配针脚(在图3的情况中，S13)，其经由放电电阻器R_DIS耦合到奇数电荷感测针脚对(在图3的情况中，C12，C13)的除共用电荷感测针脚(在图3的情况中，C13)之外的电荷感测针脚(在图3的情况中，C12)，

b)偶数的第一电荷分配针脚(在图3的情况中，S14)，其经由放电电阻器R_DIS耦合到偶数电荷感测针脚对(在图3的情况中，C13，C14)的除共用电荷感测针脚(在图3的情况中，C13)之外的电荷感测针脚(在图3的情况中，C14)，

c)第二电荷分配针脚(在图3的情况中，B14-13)，其经由电荷感测电阻器R_LPF耦合到共用电荷感测针脚(在图3的情况中，C13)，第二电荷分配针脚(这里，B14-13)被配置成：经由开关SW13、SW14，选择性地耦合到奇数的第一电荷分配针脚(在图3的情况中，S13)和偶数的第一电荷分配针脚(在图3的情况中，S14)，以与其交换电荷来执行电荷平衡功能。

(仅)为简化起见，如图3中所表示的，当在特定单元上激活平衡功能时，相关联的开关被激活，以利用如下的电流对该单元放电，该电流的强度I由比率V_diff/R_DIS给出。如图3中所示的两个这种开关(图3中的SW13或SW14，其可以被实施成诸如MOSFET晶体管的电子开关)与单元Cell13和Cell14相关联。类似的布置(为简单起见在图中不可见)可以应用于电池组BP中的其他单元。

如前所述，R_LPF和CAP定义了低通电荷感测滤波器的极点(即，截止频率或拐角频率)，而电阻器R_DIS的电阻值定义了放电单元电流以达到平衡目的。

将理解，虽然本文参考图3(其中只有两个单元Cell13和Cell14可见)进行了例示，但可以对设备10中的所有的奇数电荷针脚对和偶数电荷针脚对重现前面讨论的布置。

对在单元Cell1...Cell14处感测差分电压V_diff所涉及的整个处理链(例如，如图1A中所例示的)的完整性进行检查(并且可能地，对准确性进行检查)的能力是例如机动车领域中非常期望的特征，以便促进遵守安全规范。

如所讨论的，已经设计出某些解决方案，其能够(仅)在相关特性的某个点处检查处理路径的(仅)数字部分或检查整个处理链。

如下面结合图4至图6例示的一个或多个实施例可以利用电荷分配管脚Sn的存在来克服那些限制，已经针对平衡目的而提供了电荷分配管脚Sn，即，该平衡目的是为了使过度充电的单元放电，以促进电荷在各个单元上的均匀分配，发现该均匀分配可以改善电池组的性能。

一个或多个实施例可以利于对利用两个(不同的)ADC的相同单元执行单个测量。

虽然原则上这两个测量应当相等，但注意，这两个测量之间可能会出现差异，例如，由于所涉及的两个ADC中的任一个中的故障(可能地，在基准带隙中包括不期望的变化)。可以将该差异与阈值进行比较，并且由于发现阈值被超过，因此可以出现错误BIST标志。

通过利用图4中例示的切换、多路复用器和ADC电路装置，可以实施这种类型的操作(在逻辑电路装置方面需要适度的努力，而在半导体面积方面几乎没有任何损失)，这可以与如已经重复引用的意大利专利申请102018000005828中公开的开路负载和单元测量布置一致。

为简单起见，图4引用了多个单元C中的仅两个单元，即Cell11(耦合在奇数针脚对C10和C11之间)和Cell12(耦合在偶数针脚对C11和C12之间)。

另外将理解，这两个单元可以被视为位于一组“较低”单元LC(即，Cell1至Cell10)与一组“较高”单元HC(即，Cell13和Cell14)之间。

如图4中所例示的，“奇数”单元(Cell11是这些单元的示例)被示为与多路复用器30O(30-奇数)和模数转换器(ADC)40O(40-奇数)的级联布置耦合。

类似地，“偶数”单元(Cell12是这些单元的示例)与多路复用器30E(30-偶数)和模数转换器(ADC)40E(40-偶数)的级联布置耦合。

为简单起见，图4中仅可见图1A中例示的处理链的多路复用器和模数转换器(ADC)：图1A的电压电平移位器块和数字滤波器可以被视为已经合并到图4中的其他块。仅作为示例，可以将电平移位器视为嵌入在ADC的模拟前端中。

另外将理解，尽管为了简单和易于理解而被图示为单独的独特元件，但是各种组件30O、40O和30E、40E可以被合并到单个组合的组件中。

在一个或多个实施例中，多路复用器30O、30E可以包括三个输入线和两个输出线。

在一个或多个实施例中，多路复用器30O、30E可以被配置成将跨相应单元感测的(电压)信号施加到对应的ADC的40O、40E的输入。

例如，在正常操作期间，多路复用器30O可以被配置成已经将跨Cell11感测的电压施加到其输入针脚C10、C11(经由电阻器R10、R11(其是对应电阻器R_LPF的示例)，再次，为简单起见，相关联的电容器CAP不可见)，而多路复用器30E可以被配置成已经将跨Cell12感测的电压施加到其输入针脚C11、C12(经由电阻器R11、R12(其是对应电阻器R_LPF的示例)，再次，为简单起见，相关联的电容器CAP不可见)。

如图4中所例示的，在一个或多个实施例中，多路复用器30O(奇数单元)和30E(偶数单元)可以耦合，以使得在每个成对的奇数单元(这里，Cell11)和偶数单元(这里，Cell12)中，“奇数”多路复用器30O也耦合到偶数单元的“S”针脚(这里，针脚S12)，而“偶数”多路复用器30E也耦合到耦合在该对中的两个单元(这里，Cell11和Cell12)之间的Bn_n-1针脚(这里，B12_11)。

图6的流程图是内建自测(BIST)过程中可能动作的示例，在一个或多个实施例中，该过程可以在逻辑电路L的控制下以自动的方式执行。

在开始之后，在由框200例示的动作中，多路复用器30E、30O由逻辑电路L控制，使得在针脚C12和C11处的(电压)信号(即V_C12和V_C11)被施加到偶数ADC 40E；并且针脚S12和C11处的(电压)信号(即V_S12和V_C11)被施加到奇数ADC 40O。

在动作202中以本身已知的方式在转换器40E、40O(例如，sigma-delta ADC转换器)中的执行的转换将产生第一差分信号V₁₂＝V_C12-V_C11(即，对应于在C12和C11处的信号的差的数字信号)和第二差分信号V₁₁＝V_S12-V_C11(对应于在S12和C11处的信号的差的数字信号，这些信号被施加到逻辑电路L(以任何已知的方式)。

在一个或多个实施例中，在由框204指示的动作中，在逻辑电路L中计算差V₁₂-V₁₁的绝对值(或模)abs(V₁₂-V₁₁)，即(V_C12-V_C11)-(V_S12-V_C11)的绝对值。

鉴于图4中例示的连接，并且另外假设正确操作(即没有开路负载或泄漏)，由于经由R₁₂和R_DIS(跨这些电阻器的电压降可忽略)从相同的感测针脚获取的信号V_C12和V_S12，因此在理论上，预期这种差异为零。

在动作206中，可以将在动作204处计算的值abs(V₁₁-V₁₂)与阈值Vth进行比较，该阈值Vth对应于与所考虑的单元(作为示例，这里，单元为Cell11和Cell12)相关联的V_diff感测链(主要是ADC)的操作中的可接受的标称差异。

如果动作206中的比较产生肯定的结果(Y(是)＝值abs(V₁₁-V₁₂)超过Vth)，则可以在动作208中针对这两个感测链设置BIST错误标志(例如，BIST_error_ADCx，x是所涉及的ADC的编号)，以便可以采取适当的动作(例如，发出警报信号)。

如果动作206中的比较产生否定的结果(N(否)＝值abs(V₁₁-V₁₂)低于Vth)，则可以保持两个感测链适当地操作，并且在动作210中，可以检查是否已经测试了所有的单元对/感测链对。

由于动作210产生否定结果，因此可以对***中的所有的单元对/感测链对重复(可能同时，即在相同时间，并行)动作200至206，由于检测到不适当的操作，可能在诸如208的动作中设置了BIST错误标志。

由于动作210产生肯定的结果，这指示已经测试了所有的单元对/感测链对，所以该过程可以演进到结束，以例如在一定等待时间之后或由于接收到肯定命令信号(例如，这可以对应于复位信号，复位信号指示由于例如服务干预而已经取消了故障)，可能会从开始重复进行。

一个或多个实施例可以提供在运转状况和设置中检查(例如，ADC的)正确操作的优点。实际上，在一个或多个实施例中，使电压感测链转换它们在运转模式下转换的相同电压，来测试电压感测链。

通过考虑到本文例示的***可以与电池组(该电池组的单元具有不同的操作值(例如，具有范围在1.7V和4.7V之间的值))一起操作，可以认识到该优点。

另一个优点可以在于以下事实：在202或204处计算的差V₁₂-V₁₁和/或绝对值(模)abs(V₁₂-V₁₁)可以指示所涉及的ADC的分辨率，可以如通过图6中的R所例示的那样，使这种分辨率的值可用(框204)。

图5(其中为了紧凑，诸如Cell2和Cell11、Cell12和Cell13的单元不可见)也例示了图4中的诸如40O和40E的“相邻”ADC(为简单起见，如由后续的编号所指示的，即ADC_3、ADC_4…ADC_10)使用基准电压(参见图1A中的V_BG，V_bg1和V_bg2)的可能性，可以以本领域技术人员已知的方式彼此(完全)独立地产生该基准电压(即使预期具有相同的值)。

由于该特征，因此可以检测到带隙基准之间的差异或漂移。实际上，这种差异或漂移会导致来自相邻ADC的不同输出代码(参见图1A中的CODE)。可以作为比较动作206的结果，来检测这一点，其中针对所涉及的所有ADC设置错误标志(BIST_error_ADCx，其中x是所涉及的ADC的编号，图6中的框208)。

因此，一个或多个实施例可以依赖于内部电荷传输路径，该(内部电荷传输路径已经)设置为用于平衡电池组中的单元，以便促进单元之间的电荷均衡。

一个或多个实施例可以提供内建自测(BIST)特征，其利用检查过程来验证V_diff感测链(例如，内部模拟比较器和ADC)的适当功能，其中在两个单元中的任一个单元发生故障或作为整体的电池组发生故障的情况下，可以自动地执行检查过程，例如，检查过程具有向外部微控制器提供对应的(可靠)信息的能力。

本文描述的方法有助于操作电池管理***(例如，BMS)中的控制设备(例如，10)。控制设备可以包括电荷感测针脚(例如，C0至C14)的有序序列，该电荷感测针脚以奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列布置在多个电荷感测针脚对(例如，C0，C1；C1，C2；...；和C12，C13；C13，C14)中，所述多个电荷感测针脚对中的每个电荷感测针脚对中的电荷感测针脚耦合到(例如，R_LPF)电池组中的相应单元(例如，Cell1、Cell2…Cell13、Cell14)，以感测跨所述相应单元的电压，其中在所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个奇数电荷感测针脚对(C0，C1；...；C12，C13)和偶数电荷感测针脚对(C1，C2；...；C13，C14)分别与后续的偶数电荷感测针脚对(C1，C2；...；C13，C14)和之前的奇数电荷感测针脚对(C0，C1；...；C12，C13)共享共用电荷感测针脚(C1…C13)。

在所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个奇数电荷感测针脚对(例如C0，C1；...；C12，C13)和后续的偶数电荷感测针脚对(例如C1，C2；...；C13，C14)可以包括电荷分配针脚(例如，S2、S4...S12...S14)，电荷分配针脚耦合到(例如，R_DIS)偶数电荷感测针脚对的除所述共用电荷感测针脚(例如，C1...C13)之外的电荷感测针脚。

针对所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中的每个奇数电荷感测针脚对(例如C0，C1；...；C12，C13)和后续的偶数电荷感测针脚对(例如C1，C2；...；C13，C14)，如本文描述的方法可以包括自测过程(例如，200至210)。

在一个实施例中，测试过程包括：

感测(例如，200、30E、40E、30O、40O)：

i)所述后续的偶数对(例如，C11，C12)的除所述共用电荷感测针脚(例如，C11)之外的电荷感测针脚(例如，C12))与所述共用电荷感测针脚(例如，C11)之间的第一电压降(例如，V₁₂)，

ii)耦合到(例如，R_DIS)所述后续的偶数对(C11，C12)的除所述共用电荷感测针脚(C1…C13)之外的电荷感测针脚的电荷分配针脚(例如，S12)与所述共用电荷感测针脚(例如，C11)之间的第二电压降(例如，V₁₁)，

计算(例如，202，L)所感测的所述第一电压降(例如，V₁₂)与所述第二电压降(例如，V₁₁)之间的差(例如，V₁₂-V₁₁)，

将计算的所述差(例如，V₁₂-V₁₁)的绝对值(模)与阈值(例如，Vth)进行比较(例如，204、206)，以及

由于计算的所述差(例如，V₁₂-V₁₁)的绝对值超过所述阈值，声明(例如，208)故障状况。

如本文描述的方法可以包括：

经由第一(例如30E、40E)和第二(例如30O、40O)信号感测电路装置感测所述第一电压降(例如，V₁₂)和所述第二电压降(例如，V₁₁)，以及

根据计算的所述差(例如，V₁₂-V₁₁)的绝对值超过所述阈值，声明(例如，208)所述第一(例如，30E、40E)和第二(例如，30O、40O)信号检测电路装置的故障状况。

如本文描述的方法可以包括：

经由第一(例如，30E、40E)和第二(例如，30O、40O)信号感测电路装置来感测所述第一电压降(例如，V₁₂)和所述第二电压降(例如，V₁₁)，其中所述第一(例如，30E、40E)和第二(例如，30O、40O)信号感测电路装置具有感测分辨率，以及

不管计算的所述差(例如，V₁₂-V₁₁)的绝对值是否超过所述阈值(即，即使不超过该阈值)，都发出作为计算的所述差(例如，V₁₁-V₁₂)的函数的差信号，所述差信号指示所述感测分辨率。

如本文描述的方法可以包括：

经由第一(例如，30E、40E)和第二(例如，30O、40O)信号感测电路装置来感测所述第一电压降(例如，V₁₂)和所述第二电压降(例如，V₁₁)，其中所述第一(例如，30E、40E)和第二(例如，30O、40O)信号感测电路装置分别包括第一模数转换器(例如，40E)和第二模数转换器(例如，40O)，

将相互独立的基准电压(例如，V_bg1、V_bg2)施加到所述第一模数转换器(例如，40E)和第二模数转换器(例如，40O)，其中计算的所述差的绝对值(例如，V₁₂-V₁₁)超过所述阈值指示所述基准电压(例如，V_bg1、V_bg2)的故障状况。

在本文描述的方法中，所述控制设备(例如，10)可以被配置成在正常操作模式下操作，在该正常操作模式下，在电荷经由所述第一电荷分配针脚(例如，S1...S14)和第二电荷分配针脚(例如，B2-1...B14-13)在电池组中的单元(例如，Cell1、Cell2...Cell13、Cell14)之间被交换的情况下，控制设备(例如，10)感测跨所述电池组中的所述单元(例如，Cell1、Cell2...Cell13、Cell14)的电压。

如本文描述的方法可以涉及在所述正常操作模式下操作期间，执行所述自测过程(例如，200至210)。

如本文描述的用于电池管理***的控制设备可以包括：

电荷感测针脚(例如，C0至C14)的有序序列，该电荷感测针脚以奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列布置在多个电荷感测针脚对(例如，C0，C1；C1，C2；...；C12，C13；C13，C14)中，所述多个电荷感测针脚对(例如，C0，C1；C1，C2；...；C12，C13；C13，C14)中的每个电荷感测针脚对中的电荷感测针脚被配置成：耦合到(例如，R_LPF)电池组(例如，BP)中的相应单元(例如，Cell1、Cell2…Cell13、Cell14)，以感测跨所述相应单元的电压，其中在所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个奇数电荷感测针脚对(C0，C1；...；C12，C13)和偶数电荷感测针脚对(C1，C2；...；C13，C14)分别与后续的偶数电荷感测针脚对(C1，C2；...；C13，C14)和之前的奇数电荷感测针脚对(C0，C1；...；C12，C13)共享共用电荷感测针脚(C1…C13)。

其中在所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个奇数电荷感测针脚对(例如C0，C1；...；C12，C13)和后续的偶数电荷感测针脚对(例如C1，C2；...；C13，C14)可以包括电荷分配针脚(例如，S2、S4...S12...S14)，电荷分配针脚被配置成：耦合到(例如，RDIS)偶数电荷感测针脚对的除所述共用电荷感测针脚(例如，C1...C13)之外的电荷感测针脚。

如本文例示的设备(例如，10)可以包括处理器电路(例如，L)以及信号感测电路装置(例如，30E、30O；40E、40O)，其中该设备可以被配置成利用本文描述的方法进行操作，其中：

信号感测电路装置(例如，30E、30O；40E、40O)被配置成感测(例如，200)所述第一和第二电压降(例如，V₁₁、V₁₂)，

处理器电路(例如，L)，被配置成计算(例如，204)所感测的所述第一电压降(例如，V₁₂)与所述第二电压降(例如，V₁₁)之间的所述差(例如，V₁₂-V₁₁)，将计算的所述差(例如，V₁₂-V₁₁)的绝对值与阈值进行比较(例如204、206)，以及由于计算的所述差(例如，V₁₂-V₁₁)的绝对值超过所述阈值，而声明(例如，208)所述故障状况。

如本文描述的电动车辆(例如，V)可以包括电池组(例如，BP)(该电池组包括多个电气电池单元(例如，C))、耦合到所述电池组(例如，BP)的电池管理***(例如，BMS))、如本文所述的控制设备(例如，10)的控制设备，该控制设备配置成控制所述电池管理***。

简而言之，一个或多个实施例可以提供以下优点中的一个或多个优点：

可以针对内建自测(BIST)的目的，采用用于单元测量和单元平衡的同一组针脚；

可以采用任意变化的控制阈值Vth；

高准确性；

在单元的实际运转点处操作的能力；

为转换器使用相等但独立的基准V_bg1和V_bg2的可能性；

检测可能的基准漂移的能力。

在不损害基本原理的情况下，在不脱离保护的范围的情况下，细节和实施例可以相对于仅通过示例的方式描述的内容进行变化，甚至显著地变化。

保护的程度由所附的权利要求确定。

Claims (19)

1.一种操作电池管理***中的控制设备的方法，

其中所述控制设备包括电荷感测针脚的有序序列，所述电荷感测针脚以奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列布置在多个电荷感测针脚对中，所述多个电荷感测针脚对中的每个电荷感测针脚对中的所述电荷感测针脚耦合到电池组中的相应单元，以感测跨所述相应单元的电压；

其中在所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个奇数电荷感测针脚对与后续的偶数电荷感测针脚对共享共用电荷感测针脚；

其中在所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个偶数电荷感测针脚对与后续的奇数电荷感测针脚对共享共用电荷感测针脚；

其中每个奇数电荷感测针脚对和所述后续的偶数电荷感测针脚对包括电荷分配针脚，所述电荷分配针脚耦合到所述偶数电荷感测针脚对的除所述共用电荷感测针脚之外的所述电荷感测针脚，

其中所述方法包括：针对每个奇数电荷感测针脚对和所述后续的偶数电荷感测针脚对，执行自测过程；

其中所述自测过程包括：

感测所述后续的偶数电荷感测针脚对的除所述共用电荷感测针脚之外的所述电荷感测针脚与所述共用电荷感测针脚之间的第一电压降，并且感测与所述后续的偶数电荷感测针脚对的除所述共用电荷感测针脚之外的所述电荷感测针脚耦合的所述电荷分配针脚与所述共用电荷感测针脚之间的第二电压降；

计算所感测的所述第一电压降与所述第二电压降之间的差；

将计算的所述差的绝对值与阈值进行比较；以及

根据计算的所述差的所述绝对值超过所述阈值，确定故障状况。

2.根据权利要求1所述的方法，其中感测所述第一电压降和所述第二电压降包括使用第一信号感测电路装置和第二信号感测电路装置来感测所述第一电压降和所述第二电压降；并且

其中确定所述故障状况包括：根据计算的所述差的所述绝对值超过所述阈值，而确定针对所述第一信号感测电路装置和所述第二信号感测电路装置两者的所述故障状况。

3.根据权利要求1所述的方法，其中感测所述第一电压降和所述第二电压降包括使用第一信号感测电路装置和第二信号感测电路装置来感测所述第一电压降和所述第二电压降，所述第一信号感测电路装置和所述第二信号感测电路装置具有感测分辨率；并且

所述方法还包括：不管计算的所述差的所述绝对值是否超过阈值，都发出根据计算的所述差的差信号，所述差信号指示所述感测分辨率。

4.根据权利要求1所述的方法，其中感测所述第一电压降和所述第二电压降包括使用第一信号感测电路装置和第二信号感测电路装置来感测所述第一电压降和所述第二电压降，所述第一信号感测电路装置和所述第二信号感测电路装置包括第一模数转换器和第二模数转换器；并且

其中将计算的所述差的所述绝对值与所述阈值进行比较包括：将相互独立的基准电压施加到所述第一模数转换器和所述第二模数转换器，其中计算的所述差的所述绝对值超过所述阈值指示所述基准电压的所述故障状况。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：在正常操作模式下操作所述控制设备，在所述正常操作模式下，在电荷经由第一电荷分配针脚和第二电荷分配针脚在所述电池组中的所述单元之间被交换的情况下，所述控制设备感测跨所述电池组中的所述单元的电压，其中所述自测过程在所述正常操作模式下的操作期间被执行。

6.一种用于电池管理***的控制设备，所述控制设备包括：

电荷感测针脚的有序序列，所述电荷感测针脚以奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列布置在多个电荷感测针脚对中，所述多个电荷感测针脚对中的每个电荷感测针脚对中的所述电荷感测针脚被配置成：耦合到电池组中的相应单元，以感测跨所述相应单元的电压，其中在所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个奇数电荷感测针脚对与后续的偶数电荷感测针脚对共享共用电荷感测针脚，并且在所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个偶数电荷感测针脚对与之前的奇数电荷感测针脚对共享共用电荷感测针脚，其中在所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个奇数电荷感测针脚对和所述后续的偶数电荷感测针脚对包括电荷分配针脚，所述电荷分配针脚被配置成：耦合到所述偶数电荷感测针脚对的除所述共用电荷感测针脚之外的所述电荷感测针脚；

信号感测电路装置，被配置成：感测所述后续的偶数电荷感测针脚对的除所述共用电荷感测针脚之外的所述电荷感测针脚与所述共用电荷感测针脚之间的第一电压降，并且感测与所述后续的偶数电荷感测针脚对的除所述共用电荷感测针脚之外的所述电荷感测针脚耦合的所述电荷分配针脚与所述共用电荷感测针脚之间的第二电压降；以及

处理器电路，被配置成：计算所感测的所述第一电压降和所述第二电压降之间的差；将计算的所述差的绝对值与阈值进行比较；并且根据计算的所述差的所述绝对值超过所述阈值，确定故障状况。

7.根据权利要求6所述的控制设备，其中所述信号感测电路装置包括第一信号感测电路和第二信号感测电路；并且

其中所述处理器电路被配置成：通过根据计算的所述差的所述绝对值超过所述阈值而确定针对所述第一信号感测电路和所述第二信号感测电路两者的所述故障状况，来确定所述故障状况。

8.根据权利要求6所述的控制设备，其中所述信号感测电路装置具有感测分辨率；并且

其中所述处理器电路还被配置成：不管计算的所述差的所述绝对值是否超过所述阈值，都发出根据计算的所述差的差信号，所述差信号指示所述感测分辨率。

9.根据权利要求6所述的控制设备，其中所述信号感测电路装置包括第一模数转换器和第二模数转换器；并且

其中所述处理器电路被配置成：通过将相互独立的基准电压施加到所述第一模数转换器和所述第二模数转换器，来将计算的所述差的所述绝对值与所述阈值进行比较，其中计算的所述差的所述绝对值超过所述阈值指示所述基准电压的所述故障状况。

10.根据权利要求6所述的控制设备，其中所述控制设备被配置成在正常操作模式下操作，在所述正常操作模式下，在电荷经由第一电荷分配针脚和第二电荷分配针脚在所述电池组中的所述单元之间被交换的情况下，所述控制设备用于感测跨所述电池组中的所述单元的电压，并且其中所述控制设备被配置成：在所述正常操作模式下的操作期间执行自测过程，所述自测过程用于确定所述故障状况。

11.一种电动车辆，包括：

电池组，包括多个电池单元；

电池管理***，耦合到所述电池组；以及

根据权利要求6所述的控制设备，所述控制设备被配置成控制所述电池管理***。

12.一种操作电池管理***的方法，所述方法包括：

感测第一电池单元的第一端子与所述第一电池单元的第二端子之间的第一电压降；

感测电荷分配针脚与所述第一电池单元的所述第二端子之间的第二电压降，所述电荷分配针脚通过电阻器耦合到所述第一电池单元的所述第一端子；

计算所述第一电压降与所述第二电压降之间的差；

将所述第一电压降与所述第二电压降之间的所述差的绝对值与阈值进行比较；以及

当所述第一电压降与所述第二电压降之间的所述差的所述绝对值超过所述阈值时，确定故障状况。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

感测第二电池单元的第一端子与所述第二电池单元的第二端子之间的第三电压降，所述第二电池单元的所述第二端子耦合到所述第一电池单元的所述第一端子；

感测所述电荷分配针脚与所述第二电池单元的所述第二端子之间的第四电压降；

计算所述第三电压降与所述第四电压降之间的差；

将所述第三电压降与所述第四电压降之间的所述差的绝对值与所述阈值进行比较；以及

当所述第三电压降与所述第四电压降之间的所述差的所述绝对值超过所述阈值时，确定所述故障状况。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法由控制设备执行，所述控制设备包括：

电荷感测针脚的有序序列，所述电荷感测针脚以奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列布置在多个电荷感测针脚对中，所述多个电荷感测针脚对中的每个电荷感测针脚对中的所述电荷感测针脚被配置成：耦合到电池组中的相应单元，以感测跨所述相应单元的电压；

其中在所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个奇数电荷感测针脚对与后续的偶数电荷感测针脚对共享共用电荷感测针脚，并且在所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个偶数电荷感测针脚对与之前的奇数电荷感测针脚对共享共用电荷感测针脚；

其中在所述奇数电荷感测针脚对和偶数电荷感测针脚对的有序序列中，每个奇数电荷感测针脚对和所述后续的偶数电荷感测针脚对包括电荷分配针脚，所述电荷分配针脚被配置成：耦合到所述偶数电荷感测针脚对的除所述共用电荷感测针脚之外的所述电荷感测针脚；并且

其中所述第一电池单元的所述第一端子和所述第二端子耦合到第一编号的电荷感测针脚对，并且所述第二电池单元的所述第一端子和所述第二端子耦合到后续编号的电荷感测针脚对。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述控制设备还包括执行所述感测步骤的信号感测电路装置，并且包括执行所述计算、比较和确定步骤的处理器电路。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括：在正常操作模式下操作所述控制设备，在所述正常操作模式下，在电荷经由第一电荷分配针脚和第二电荷分配针脚在电池组中的电池单元之间被交换的情况下，所述控制设备感测跨所述电池组中的所述电池单元的电压，其中自测过程在所述正常操作模式下的操作期间被执行，所述自测过程用于确定所述故障状况。

17.根据权利要求12所述的方法，其中感测所述第一电压降和所述第二电压降包括使用第一信号感测电路装置和第二信号感测电路装置来感测所述第一电压降和所述第二电压降；并且

其中确定所述故障状况包括：根据计算的所述差的所述绝对值超过所述阈值，确定针对所述第一信号感测电路装置和所述第二信号感测电路装置两者的所述故障状况。

18.根据权利要求12所述的方法，其中感测所述第一电压降和所述第二电压降包括使用第一信号感测电路装置和第二信号感测电路装置来感测所述第一电压降和所述第二电压降，所述第一信号感测电路装置和所述第二信号感测电路装置具有感测分辨率；并且

其中所述方法还包括：不管计算的所述差的所述绝对值是否超过阈值，都发出根据计算的所述差的差信号，所述差信号指示所述感测分辨率。

19.根据权利要求12所述的方法，其中感测所述第一电压降和所述第二电压降包括使用第一信号感测电路装置和第二信号感测电路装置来感测所述第一电压降和所述第二电压降，所述第一信号感测电路装置和所述第二信号感测电路装置包括第一模数转换器和第二模数转换器；并且

其中将计算的所述差的所述绝对值与所述阈值进行比较包括：将相互独立的基准电压施加到所述第一模数转换器和所述第二模数转换器，其中计算的所述差的所述绝对值超过所述阈值指示所述基准电压的所述故障状况。

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