电化学电池单元平衡电路和方法.pdf

一种用于使电池组的电化学电池单元充电和/或放电的系统，其中该电池组向诸如车辆的设备的负载提供功率。该系统可以包括如下电路：耦接到电池组的电化学电池单元，并且被配置成在设备休眠的整个时间段内出现的多个时间处使电化学电池单元充电和/或放电。该系统具有较低的功耗。该系统可以具有自动超时，以在辅助电池断开时停止使电化学电池单元充电和/或放电。

权利要求书一种用于使电池组的电化学电池单元充电和/或放电的系统，所述电池组向设备的负载提供功率，所述系统包括：电路，耦接到所述电池组的电化学电池单元，并且被配置成在所述设备休眠的整个时间段内出现的多个时间处使所述电化学电池单元充电和/或放电。根据权利要求1所述的系统，其中，当所述设备休眠时，所述负载不从所述电池组汲取功率。根据权利要求2所述的系统，其中，当所述设备休眠时，没有电流流入或流出所述电池组。根据权利要求1所述的系统，其中，所述设备为车辆，并且所述负载包括所述车辆的电动机。根据权利要求4所述的系统，其中，当所述车辆被关闭并且所述电池组不进行充电时，所述车辆休眠。根据权利要求4所述的系统，其中，当所述车辆被关闭并且没有电流流入或流出所述电池组时，所述车辆休眠。根据权利要求1所述的系统，还包括：控制器，被配置成生成控制信号，其中，所述电路被配置成响应于所述控制信号而使所述电化学电池单元充电和/或放电。根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制器被配置成平衡所述电池组的电化学电池单元的充电电压或充电状态。根据权利要求7所述的系统，其中，所述电路被配置成响应于所述控制信号而使所述电化学电池单元充电和/或放电，并且在预定时间段之后自动停止使所述电化学电池单元充电和/或放电。根据权利要求7所述的系统，其中，所述电路被配置成响应于刷新信号而使所述电化学电池单元充电和/或放电预定时间段。根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器被配置成至少以第一功率模式和第二功率模式工作，其中，与在所述第一功率模式下相比，所述控制器在所述第二功率模式下使用较少的功率，其中所述控制器被配置成当所述控制器处于所述第一功率模式时生成所述控制信号，而当所述控制器处于所述第二功率模式时不生成所述控制信号，并且其中所述系统被配置成当所述控制器处于所述第二功率模式时向所述电路提供所述刷新信号。根据权利要求10所述的系统，其中，所述电路为耦接到所述电池组的第一电化学电池单元的第一电路，并且所述系统还包括：第二电路，耦接到所述电池组的第二电化学电池单元，并且被配置成使所述第二电化学电池单元充电和/或放电，其中，所述第一电路被配置成从所述第二电路接收所述刷新信号。根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制信号为第一控制信号，并且所述控制器还被配置成生成第二控制信号，并且其中所述电路被配置成响应于所述第二控制信号而停止使所述电化学电池单元充电和/或放电。根据权利要求1所述的系统，其中，所述电路为锁存电路，所述锁存电路被配置成存储平衡命令。根据权利要求14所述的系统，其中，使用与所述电池组分离的电池来向所述系统供电，并且所述电路被配置成使得在所述电池断开的情况下，所述电路将在预定的时间量内停止使所述电池组充电和/或放电。根据权利要求1所述的系统，其中，所述充电和/或放电至少部分地受控于专用集成电路ASIC，并且所述系统被配置成重复地向所述ASIC发送刷新信号，以使得所述ASIC保持使所述电池组的一个或多个所选电池单元充电和/或放电。一种用于使电池组的电化学电池单元充电和/或放电的系统，所述系统包括：控制器，被配置成生成控制信号；以及电路，耦接到所述电池组的电化学电池单元，所述电路被配置成响应于所述控制信号而使所述电化学电池单元充电和/或放电，并且被配置成在预定时间段之后自动停止使所述电化学电池单元充电和/或放电。根据权利要求17所述的系统，其中所述电路包括：电阻元件；电容器；以及晶体管，所述晶体管具有耦接到所述电阻元件和所述电容器的控制端子。根据权利要求18所述的系统，还包括：放大器，耦接到所述控制端子以放大由所述电阻元件和所述电容器提供的信号。根据权利要求17所述的系统，其中，所述电路为耦接到所述电池组的第一电化学电池单元的第一电路，并且所述系统还包括：第二电路，耦接到所述电池组的第二电化学电池单元，并且被配置成响应于所述控制信号而使所述第二电化学电池单元充电和/或放电。根据权利要求20所述的系统，其中，所述第二电路连接到所述第一电路，以接收来自所述第一电路的控制信号。根据权利要求17所述的系统，其中所述控制信号是第一控制信号，并且所述控制器还被配置成生成第二控制信号，并且其中所述电路被配置成响应于所述第二控制信号而停止使所述电化学电池单元充电和/或放电。一种用于使电池组的电化学电池单元充电和/或放电的系统，所述系统包括：控制器，被配置成生成至少一个控制信号；以及多个电路，分别耦接到所述电池组的相应电化学电池单元，以响应于所述至少一个控制信号而使所述电化学电池单元充电和/或放电，其中所述系统被配置成当在操作中时从辅助电池汲取平均不超过100mA。根据权利要求23所述的系统，其中，所述系统被配置成当在操作中时从所述辅助电池汲取平均不超过50mA。根据权利要求24所述的系统，其中，所述系统被配置成当在操作中时从所述辅助电池汲取平均不超过2mA。根据权利要求23所述的系统，其中，所述电池组被配置成向车辆的电动机提供功率。根据权利要求26所述的系统，其中，所述控制器被配置成生成所述至少一个控制信号，以控制所述多个电路，从而在所述车辆休眠的整个时间段内出现的多个时间处使所述电池组的电化学电池单元充电和/或放电。根据权利要求23所述的系统，其中，所述系统被配置成由所述辅助电池供电。根据权利要求23所述的系统，其中，所述系统被配置成由所述电池组供电。根据权利要求23所述的系统，其中，使用平均不超过100mA向所述系统供电。根据权利要求30所述的系统，其中，使用平均不超过50mA向所述系统供电。根据权利要求31所述的系统，其中使用平均不超过2mA向所述系统供电。

说明书电化学电池单元平衡电路和方法
相关申请
本申请要求于2010年12月6日提交的题为“ELECTROCHEMICAL CELL BALANCING CIRCUITS AND METHODS”的第61/420,261号美国临时申请、于2010年12月6日提交的题为“ELECTROCHEMICAL CELL MONITORING AND BALANCING CIRCUIT WITH SELF‑DIAGNOSTIC FEATURE”的第61/420,259号美国临时申请以及于2010年12月6日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING ISOLATED HIGH VOLTAGE AND DETECTING ISOLATION BREAKDOWN WITH MEASURES FOR SELF‑DETECTION OF CIRCUIT FAULTS”的第61/420,264号美国临时申请的权益。
技术领域
本文描述了用于使电化学电池单元(electrochemical cell)充电或放电的方法以及系统，更具体地为用于监控和管理电化学电池单元的充电的方法和系统。
背景技术
对监控和管理多种应用的电化学储能电池单元的大型布置的需求是已知的，并且用于这样做的系统通常包括诸如电压测量、温度测量以及通过选择性电池单元消耗放电或电荷再分布的电池平衡(例如，均衡)的特征。
特别受关注的是用于储存推进车辆(诸如，电动车辆或混合动力车辆)的电能的大规模系统、以及用于电网支持并向远程位置供电的储能系统。这些系统通常被认为具有长的使用寿命以及极其低的故障率的期望。例如，提出的用于车辆的ISO 26262标准以及ASIL标准对安全性和可靠性具有非常严格的要求，并且在将来，政府将会指定更严格的要求。
其中，该系统会需要测量电池单元、确定如何平衡电池单元以及在平衡操作期间补偿电池单元之间的不同速率的自放电。存在若干平衡电池单元的现有方法。这些包括使一些电池单元放电的泄放电路(bleeding circuit)、用于每个电池单元的单独充电电路、用于将充电或放电电路连接到每个电池单元的开关、均衡不同电池上的电荷的快速电容器或开关电容器、以及其他方法。
传统的实践需要如下平衡电路：其快到足以能够在车辆充电和/或驾驶的日子的小部分时间内保持所有电池单元平衡，并且必须能够足够快地进行平衡以补偿长时间段的不活跃。
不活跃的时间段可以由如下原因引起：车主在度假中、车主驾驶多辆车并因此使特定的一辆车停放延长的时间段、车辆在经销商(dealer lot)处、车辆在修理厂或其他原因。
然而，具有较大、较快的平衡电路对于测量电路和决策过程而言产生了一些缺点。设计必须支持较高的电流，这增加了设计成本以及对测量和平衡单元的散热要求。另外，随着平衡电流增加，电池极化电压也增加，并且电池上的电压由于内阻而增加。极化电压在充电或放电后缓慢地衰减，并且相应地，实际的开路电压仅可用于在使电池单元充电或放电之后感测数小时；因此，即使当进行测量时平衡电流暂时断开，极化电压也会使平衡电池单元与不平衡电池单元之间的比较变得更加困难。为了对该极化进行补偿，要么必须利用用于电池单元的精确模型而使系统软件更加复杂，要么必须在进行测量之前充分地关闭平衡(由此减少了作出平衡决策的机会和/或缩短了可以进行平衡的时间)。
发明内容
一些实施例涉及一种用于使电池组(pack)的电化学电池单元充电和/或放电的系统，其中该电池组向设备的负载提供功率。该系统包括如下电路：该电路耦接到电池组的电化学电池单元，并且被配置成在设备休眠的整个时间段内出现的多个时间处使电化学电池单元充电和/或放电。
一些实施例涉及一种用于使电池组的电化学电池单元充电和/或放电的系统。该系统包括控制器，该控制器被配置成生成控制信号。该系统还包括耦接到电池组的电化学电池单元的电路。该电路被配置成响应于控制信号而使电化学电池单元充电和/或放电，并且在预定的时间段之后自动地停止使电化学电池单元充电和/或放电。
一些实施例涉及一种用于使电池组的电化学电池单元充电和/或放电的系统。该系统包括：控制器，被配置成生成至少一个控制信号；以及多个电路，各自耦接到电池组的相应电化学电池单元，以响应于至少一个控制信号而使电化学电池单元充电和/或放电。该系统被配置成当在操作中时从辅助电池汲取平均不超过100mA。
上述发明内容作为说明而提供，而并不旨在进行限制。
附图说明
图1示出了根据一些实施例的用于使电化学电池单元放电的电路，其中该电路具有自动超时以及用于启动和停止放电的输入。
图2示出了根据另一实施例的用于使电化学电池单元放电的电路，其中该电路具有自动超时以及用于启动放电的单个输入。
图3示出了用于实现图1的电路的一种实施方式，其中该电路使用电容器和电阻器来提供自动超时。
图4示出了图2的电路的实施方式，其中该电路具有用以提供自动超时的电容器和电阻器以及用于驱动晶体管以使电池单元放电的放大器。
图5示出了图1的电路的另一种实施方式，其中该电路使用用以提供超时的电容器和电阻器以及用于驱动晶体管以使电池单元放电的放大器。
图6示出了图1的电路的另一种实施方式，其中运算放大器积分器用于产生自动超时。
图7示出了用于将信号链接到一起以使得源于第一电池单元的刷新信号可以经过所有的平衡电路到达每个电池单元的方法和电路。
图8示出了结合了图5和图7中示出的特征的实施方式。
图9示出了具有光耦合器的实施方式，其中该光耦合器用于将来自底盘(chassis)参考电位的信号传送到电池单元参考信号链的底部。
图10示出了使用在车辆的底盘上可用的电源为光耦合器供电的实施方式。
图11示出了使用用于从装置的电源为光耦合器直接供电的实施方式。
图12示出了如下实施方式：将单独的引脚设置在从电路上，以使得主装置可以仅给单独的总线线路上的电压提供脉冲来保持装置醒着。
图13示出了具有用于脉冲输入和脉冲输出的单独引脚的实施方式。
图14示出了使用LTC6802芯片的实施例。
图15示出了锁存电路，该锁存电路被设置成使得在链断开的情况下，将功率从锁存电路上去除并且锁存电路断开。
图16示出了确保在仅进行周期性刷新的情况下链能够保持接通的电路及方法。
具体实施方式
鉴于以上所述，相应地极期望具有如下的方法和系统：即使在车辆休眠时，该方法和系统也会平衡车辆的电化学电池单元的电荷，由此允许更小的平衡电路、更少的热消散以及简化平衡电池单元所需的任何软件。如本文中所使用的，在车辆休眠时平衡电池单元的整体构思被称为“睡眠平衡”。
即使当车辆(或其他设备)休眠时，本文中描述的系统、电路以及方法也能够通过重复地使电化学电池单元充电或放电来实现电化学电池单元的平衡。车辆的休眠状态可以是指如下状态：未驾驶车辆(例如，未从电池组向电动机提供功率以驱动车辆)、车辆未开启以及电池组没有被充电(例如，功率未流入或流出电池组)。该系统可以在车辆休眠时持续地进行平衡，并且可以在设备休眠的整个时间段内的多个时间处实现电池单元的充电和/或放电。实现平衡算法的控制器可以控制电路以使各个电池单元充电和/或放电相对短的预定时间量。可以以不同的间隔重复该操作，以使电池的电池单元保持在期望的充电状态下，而无需汲取大量的电流。该系统可具有在车辆开启的同时快速地“开启”和“关闭”平衡的能力，以在平衡“开启”以及平衡未“开启”情况下进行电池单元测量。这些系统、电路以及方法可以确保在为了维修而断开起动器电池的情况下，在合理的时间量内禁用该平衡系统。该系统可以具有非常低的平均功耗(power draw)，从而使得辅助电池(诸如，12V起动器电池)能够为睡眠平衡提供功率，即使在车辆保持休眠较长的时间段(例如，天、月或更长)的情况下也如此。
存在可以用于实现一个或多个这些特征的若干实施方式及其组合。
方法1：
电池组可以具有串联的多个电化学电池单元。代表性的电池单元在图1中被示为Cell 1，并且具有关联的放电电阻器R1和放电开关Q1。放电开关Q1(由MOSFET表示，但是可以使用任何可控开关装置)由可以接通或切断的控制电路2控制。当(通过闭合S1)命令“接通”电路2时，通过CTRL信号而使Q1导通。如果S1断开而S2闭合，则CTRL信号将使Q1关断。如果通过闭合S1来将Q1导通，并且接着断开S1和S2，则CTRL信号在预定的时间段后使其本身断开，从而关断Q1。当Q1导通时，Cell 1通过R1放电，从而通过使Cell 1达到较低的充电电平来平衡Cell 1以对电池组进行平衡。可以针对电池的每个电池单元设置类似的控制电路2、放电电阻器以及放电开关。
本领域的普通技术人员已知用于选择哪个电池单元来放电的方法，因此这里不再描述。控制器4可以实现用于平衡电池单元的任何适合技术，并且可以(例如，通过控制开关S1和S2)将控制信号提供给控制电路2的端子ON和OFF。
图1中示出的电路具有通过开关S1而接通的方式。具有切断电路的快速方式(例如，使用S2)是可选的。所示出的用于开关Q1的MOSFET可以以其他开关装置替代，其他开关装置包括但不限于N或P沟道FET、NPN或PNP晶体管等。开关S1和S2可以是任何类型的开关装置，包括但不限于：光耦合器、多路复用器输入或者输出、光隔离继电器、晶体管、FET等。
图1的控制电路2具有下述能力：开启平衡的能力、当平衡关闭时非常低的电流消耗、在维持开启的情况下在预定的超时之后关闭平衡的能力、以及足够快地关闭平衡以进行测量的能力。
图2示出了仅具有通过S1来接通控制电路的能力而不具有快速切断该控制电路的能力的实施方式。
控制电路2切断本身的预定时间段应当是长到足以使得从12V电池汲取低的电流的时间段。如果该时间段短，则会需要更频繁地接通在刷新平衡命令并接通所有S1开关中所涉及的任何电路，并且从起动器电池汲取的平均12V电流会增大。
如果刷新周期慢，并且没有开关(诸如S2)快速地关闭系统以进行测量，则当执行测量时电流会流过电池单元。因此，当电池进行平衡时需要测量是足够精确的，以用于使用测量的所有功能。可替换地，当开启车辆时，可以永久地禁用平衡，但这将减少平衡可以被使能的时间量。
图3示出了具有自动超时的图1的控制电路2的实施方式。当S1闭合时，电容器C1充电至Cell 1的电池电压，并且非常快速地使Q1导通。当S2闭合时，C1快速地放电，从而关断Q1并停止Cell 1的放电。如果S1闭合并接着断开，则C1被充电并且Q1导通。随着S1断开，C1通过R2缓慢地放电，并且在一段足够长的时间之后，C1将充分地放电，以使得Q1关断并且平衡停止。
图4示出了在电阻器/电容器定时电路之后添加了比较器/放大器。这允许以需要更低的导通电压或更大电流的部件(诸如，NPN晶体管)替代Q1。这还有助于确保不管挑选什么部件作为Q1都不会缓慢地从饱和进入有源模式直至“关断”，而是当C1两端的电压达到特定阈值时，就快速关断。作为比较器或者放大器进行工作的电路可以是比较器、为施密特触发器配置的运算放大器、几个分立式FET或晶体管、或者放大电流和/或确保电路在特定阈值处接通和/或断开的任何其他电路或部件。如本文中所使用的，由于可以将比较器看作产生饱和输出信号的放大器，因此，术语“放大器”将用于包括放大器和比较器二者。
图5示出了图1的电路的另一种实施方式，该电路使用用以提供超时的电容器和电阻器、以及放大器电路，其中该放大器电路包括用于驱动晶体管Q1以使电池单元放电的晶体管Q3和Q2。开关S1和S2可以分别使电容器C1充电或放电。当对电容器C1充电时，其将以非常低的基极电流使Q3导通。这将导通Q2，并接着导通Q1。由于R2和R3的非常高的电阻，在通过闭合并接着断开S1使C1保持接通之后，C1将保持接通相当长的时间量。
存在可以使用的具有自动超时的电路的其他示例。例如，与上述的通过电容器与电阻器的组合所提供的电路相比，具有输出缓冲器的运算放大器积分器电路可以用来获得更具体的定时、以及更高的输出电流驱动。
图6示出了具有晶体管Q2、Q3的运算放大器积分器，其中晶体管Q2、Q3将运算放大器的输出转换成离散的开/关信号。电阻器R3和R4形成偏压网络，因此电路对相对于偏压的输入电压(不是相对于0V的输入电压)进行积分。可以通过闭合S1或S2而快速地改变输入电压，或者通过R2将输入上拉来缓慢地改变输入电压。当S2闭合时，运算放大器的输出(例如，U1A)将非常快速地放电至0V，从而关断Q2，这又使Q3关断并且接着使Q1关断，从而禁用平衡。当S2断开并且S1闭合时，运算放大器的输出快速地充电至电池电压，从而使能Q2，这接着使能Q3和Q1，从而开启平衡。当S1和S2都没有闭合时，运算放大器的输出由于C1与R2的组合而非常缓慢地放电至0V，从而在设定的时间量后关断Q2、接着关断Q3和Q1。每当Q1导通时，通过R1来使电池单元平衡，而每当Q1关断时，平衡关闭。
具有缓冲器的电流反射镜可以用于使电容器进行恒速的充电或放电。锁存电路可以与定时芯片一起使用，并且存在可以与该方法一起使用的若干电路。
为了将这种方法用于睡眠平衡，控制器4可以周期性地“醒来”并且刷新平衡命令。12V电池的平均电流消耗将基于系统刷新平衡命令的频率、接通系统以刷新平衡命令的持续时间以及在刷新命令时所消耗的电流。即：
I_avg＝I_on*T_on/Period.
存在用以最小化T_on的若干策略。在主/从系统中可以使在每个电池单元处的控制电路存储平衡命令。利用这种技术，主单元不需要时间来与从单元通信，除非总的平衡命令改变。如果从单元经历最小启动例程并且接着尽快刷新平衡命令，则它们可以在非常短的时间量内返回关闭。如果主单元必须将平衡命令传递给从单元，则需要注意最小化传送该命令所需的总线通信量。
可以通过增加电路关断本身所花费的时间量来增大时间段，这能够得得较小频率的刷新周期，从而导致较小的平均电流。通过使用达林顿晶体管、或者针对低电流优化的FET和/或用于使电容器放电的较大的电阻器，电容器将会更加缓慢地放电，从而导致较长的超时时间段。还可以使用超低电流运算放大器或其他装置来确保非常低的电容器放电速率。较大的电容器将保存更多的电荷并且还将允许不太频繁地刷新电路。
可以以若干方式来最小化平均电流。例如，不需要接通的任何电路可以保持关闭，直到已刷新平衡之后。
在主/从系统的情况下，主系统可以被分成两个部分。一个部分总是“接通”，并且包括定时器，该定时器仅用于向从系统提供脉冲以使平衡命令延续。主系统的第二部分在大部分或全部脉冲期间保持“关闭”，而当车辆需要时“接通”，或者基于第二时间段而“接通”以进行更多测量并校正任何平衡命令。整个主系统会具有如下能力：在根据是否需要任何平衡以及根据起动器电池的状态切断可以断开的部分电路之前，命令脉冲“接通“或者“断开”。(也可以使整个主单元启用，但是这增加了刷新平衡所需的电流。)
在刷新脉冲期间，可以使用具有数字逻辑和非易失性存储器的系统来刷新所有平衡信号。这被执行是因为正在进行平衡的一些电池单元需要使S1线被提供脉冲以为必须平衡的电池单元保持平衡接通。对于不被平衡的电池单元，S1线应当不被提供脉冲。脉冲接通的电路的部分需要记住哪些S1线要刷新以及哪些线要保持断开；因此，使用了非易失性存储器。
在主/从系统中，可以接通整个从系统，并且从微控制器可以用作存储器和逻辑部分。可以使用次级控制器、始终保持接通的低功率存储装置或者其他方法进行存储以及向正确的S1线提供脉冲。还可以接通整个系统，但会使用较高的电流。
类似的方法可以用在非分布式系统中，在该非分布式系统中，仅唤醒单电池管理控制器的一部分，以刷新平衡电路。
作为上述的方法1的实施方式的总结：每个电池单元均具有平衡电路。可以接通或者切断该电路，但是如果维持接通，则它将最终使其本身断开。当睡眠平衡时，系统周期性地唤醒平衡涉及的所有电路，并且刷新平衡命令，以使得平衡针对期望的电池单元保持接通。整个系统周期性地以较慢的速度醒来，以能够监控和调整平衡过程。最后，如果去除至系统的12V功率，则系统将不会周期性地进行刷新，并且平衡命令将在合理的时间量内停止(不管平衡电路超时花费了多长时间)，从而保护电池免于过放电。
方法2：
在方法2中，代替需要接通用于平衡电路的控制器4的处理器或逻辑装置来刷新平衡电路本身，可以设置硬件以自动刷新当前进行平衡的所有电池单元，而不需要处理器来有效地刷新它们。
图7示出了如下方法和电路：该方法和电路用于将信号链接在一起，以使得源于Cell 1处的刷新信号可以经过用于平衡装置上的每个电池单元的所有平衡电路，而不管它们是否进行平衡。注意，未示出实际的平衡电路。如果相对于Cell 1而拉低R10A，则Q4A导通，这又使Q5A导通。这拉低了R10B，从而使Q4B导通，以及使Q5B导通。该信号将向上传送，以使得每个电路均具有可以用于刷新接通的电池单元的信号。注意，可以用FET或者其他开关装置来替代所涉及的晶体管。此外，可以使用提供电压转换的其他装置来将该信号向上传送到电池堆。
图8示出了图5中的平衡电路与图7中示出的信号链技术的组合。S1、S2、C1、Q3、Q2以及Q1如上所述的那样起作用，从而允许接通、切断电路，并且允许电路当保持接通时自动地实现超时。Q4和Q5可以用于将信号从一个电池单元传送到另一电池单元直至整个电池堆。当发送信号时，如果Q1导通，则Q6的基极被拉低并且Q6将导通。Q4将导通，这是因为它的基极通过来自下面的电池单元的刷新信号而被拉低。这将拉高Q6的集电极，这对C1再充电，就像S1闭合一样。当没有发送刷新信号时，Q4将关断，并且Q6将不能对C1再充电。如果Q1关断，则Q6将不会导通，并且将不对C1再充电。对于该电路，刷新平衡电路所需的唯一动作是以持续时间非常短的脉冲使用于底部电池单元的Q4A导通。
图9示出了光耦合器U1，该光耦合器U1可以用于将来自底盘参考电位的信号传送到电池单元参考信号链的底部。
图10示出了光耦合器U1，其中使用在底盘部分上可用的电源来向光耦合器U1供电。给底盘部分完全上电以激活链。在该电路中，VR1是电压调节器，该电压调节器不仅向U1供电，而且也向监控电路供电。尽管期望在脉冲期间接通U1，但是也期望接通刷新平衡脉冲不需要的所有其他电路，这样做将汲取不必要的电流。主控制器可以向所有的从装置发送脉冲。该脉冲长到足以给VR1上电并且接着接通U1。功率去往U1，并且去往在调节的VR1输出上的所有装置。存在有被标有禁用逻辑(Disable Logic)的可选引脚，该引脚可以确保当从装置完全接通时可以禁用U1；这确保了刷新信号不会干扰与使用图8中的S2开关来关闭平衡的能力。然而，如果使在图8中晶体管的大小适当，以使来自S2的信号超过通过Q6的刷新信号，则将不需要禁用逻辑。
图11示出了光耦合器U1，该光耦合器U1直接由从装置的电源断电。这允许主控制器向所有从装置的电源引脚发送脉冲。该脉冲不再需要足够长的持续时间来给VR1上电，仅需要足够长的持续时间来给U1上电。此外，如果使R1A的大小适当，则可以在较宽范围的输入电压内给U1上电。这些输入电压中的一些可以足够低，以使得VR1根本不能被上电。这使得在仅向U1供电的电源引脚上发送脉冲。通过给较少的电路供电，并且通过给电路供电较短的持续时间，12V系统消耗较少的电流。
这种想法的变型可以给予U1本身较低电压调节器，以使得较低的电压脉冲可以给U1上电，而无需给板的剩余部分上电。
图12示出了相同的电路，但是单独的引脚设置在从电路上，以使得主装置可以仅仅给单独的总线线路上的电压提供脉冲以保持装置醒着。
图13示出了用于脉冲输入和脉冲输出的单独引脚。这使得脉冲输入引脚和脉冲输出引脚能够串联用于不同的从装置。这意味着，对于多个从装置，电流将流入一个U1，并且接着流入串联的下一个U1，因此电流不叠加起来。多个从装置所需的电流与单个从装置所需的电流相同。因而，可以基于系统电压和系统中的从装置的数量而使每个从装置上的多个R1A大小合适。
对于方法2，如同方法1一样，可以计算平均电流：
I_avg＝I_on＊T_On/Period。
对于方法2，T_on大大减小，这是因为短脉冲可以刷新所有电容器，而无需唤醒并初始化在方法1中所需的存储器以及逻辑装置，方法1必须单独地刷新每个电池单元。在方法2中，短持续时间脉冲可以刷新所有电池单元。
对于方法2，也可以相当大地减小I_on。图11至图13示出了如下方法：该方法减小刷新系统所需的电流，以使得在将脉冲仅发送到所需电路时，大部分从装置可以保持断电。
控制器4可以被配置成在不同的时间点以高功率模式和低功率模式工作。当在高功率模式下时，控制器4可产生控制信号以接通开关S1或者S2(图8)。为了减少所使用的功率量，控制器4可以进入低功率模式一段时间。在低功率模式下，控制器4不需要生成控制信号以接通开关S1，从而使得能够对电池单元充电和/或放电。然而，如上所述，系统可以被配置成当控制器4处于低功率模式时向电路提供刷新信号来保持电池单元平衡。刷新信号可以由任何适合的电路(诸如，定时器电路或其他电路)生成。将方法2与方法1相比，在相同的时间段内，方法2具有更低的平均功耗。
时间段和电路复杂性或成本之间存在权衡。为了在图5和图6中具有较长的时间段，将会需要更大的电容器。使用方法2可以实现低功耗，甚至对于更短的时间段。更短的时间段将允许使用较小的电容器或成本不高的超时解决方案。
方法3：
方法3是方法2的变型，方法3使用了线性技术LTC6802IC或包含监视器(watchdog)超时以自动地禁用平衡的任何相似电池管理IC。LTC6802IC被设计成可堆叠的，并且它们具有电压变换拓扑，其使得IC串联布置。与第一LTC6802IC的通信发生，并且接着其传送电平以连接到第二LTC6802，该第二LTC6802又可以连接到另一个LTC6802IC等。LTC6802包括监视器定时器，使得如果在2.5秒内与IC没有发生通信，则其将禁用所有平衡。可替换地，该LTC 6802可以置于低功率非监控模式，同时其继续平衡电池单元，只要监视器没有终止。LTC6802使用4条线来进行遵循串行外围接口(SPI)通信方案的通信。包括有片选、时钟、用于从主装置到从装置的传输的数据线：主出从进(MOSI)以及用于从从装置到主装置的传输的数据线：主进从出(MISO)。为了刷新平衡命令，可以每隔2.5秒切换时钟线一次。有几个图示出了如何连接LTC6802以监控数据单中的多个电池，然而，以前描述的所有系统被设置成全部接通或全部关断。在之前没有公开有在保持大部分系统关断的同时保持刷新监视器定时器的系统。
可以每隔2.5秒唤醒板一次以与LTC6802通信。然而，与方法2中使用的方法类似的方法可以用来仅给板的小型子设备上电。
LTC6802IC要求4条SPI线在不使用时全部保持高电平，以使得单元保持处于可能的最低功率模式。
图14示出了按照LTC6802的数据单利用执行睡眠平衡的额外能力将LTC6802连接成基于底盘的通信的方法。它具有刷新平衡信号的能力，同时保持LTC6802在接通时具有快速通信的能力，并且同时满足具有非常低的平均关断电流的平衡要求的能力。至LTC6802的通信线被标记为MOSI、MISO、CLK以及CS，并且在页面的右手部分示出。未示出LTC6802。在页面的左手部分上的信号将是底盘参考信号，该底盘参考信号将到达微处理器以便于与LTC6802通信。U26是数字隔离电路，并且U1至U3是光耦合器。
当装置关闭时，U1、U2以及U3断开。断开的U2使GND从U26断开，因此U26的所有引脚关闭并且处于LTC6802VCC，这确保了U26没有汲取功率并且LTC6802处于低功率模式。
在正常操作下，U2接通，以使U26接通，U3作为片选，该片选可以慢于时钟和数据线，并且U26用于与用于较快时钟和数据线路的LTC6802通信。禁用U1，以使得其不干扰用于LTC6802的时钟信号。由于片选线相比于其他线较不频繁地改变状态，所以具有比其他线慢的片选线是可接受的。
当在睡眠模式下发送脉冲时，U2断开，因此U26的GND引脚从LTC_GND断开。U3也断开，因此所有的线处于VCC。对U1提供脉冲将使时钟线路变为低电平，这重置了监视器定时器。电阻器R2限制当时钟被拉低时可以给U26反馈的电流。从U26的GND引脚(阳极)到U26上的时钟引脚(阴极)的CMOS保护二极管(未示出)可以用于进一步保护U26，从而确保U26的CLK线将不会被过分拉低到U26的GND引脚以下。如方法2一样，可以从在任何调节器之前或者之后的电源电路向U1馈电，或者通过与其他从装置并联或串联的单独线路由U1本身来向其馈电。如果使用电源引脚，则晶体管、FET或开关可以通过将U1的引脚1拉低至底盘接地电平来断开U1，以进行通信。
注意，这种方法可以使用用于所有4条线的数字隔离器，而不是使U3用于片选线。也可以使用用于所有通信线的光耦合器，而不是使用数字隔离器。虽然所示出的U26从LTC6802汲取功率，但是也可以通过DC‑DC转换器来给U26上电，只要U26在关闭时将所有引脚拉到LTCVCC而不是GND即可。对该方法的其他变型是可能的。
添加U1使得能够刷新LTC6802而无需给整个装置上电。添加U2确保了U26在装置休眠时不从电池单元汲取功率。
方法4：
在电池单元之间使用信号链和电平移位方面，方法4类似于方法2。方法4与方法2不同之处在于，信号链对于电池单元而言必须始终是激活的，以能够进行平衡。在这种方法中，使用锁存电路，该锁存电路一旦被接通就保持导通，而当被断开时就保持关断。信号链用于通过中断它们的功率或者通过在链被断开的情况下发送关断信号来促使锁存电路断开。电路在没有被刷新的情况下将自动地断开信号链。
图15示出了锁存电路，该锁存电路被设置成使得在链断开的情况下，功率从锁存电路去除并且锁存电路断开。R10、Q4、R11以及Q5构成从一个电池单元到下一个电池单元的链。在其他设计中，触发器、锁存器或简单的晶体管组合可以构成框图中所示的用于存储平衡命令的锁存电路。从Q4的发射极向锁存电路的VCC供电，其中该发射极在电位上通常略低于Cell1的正极。当该链断开时，Q4A将不再提供电流并且锁存电路将被禁用。
图16示出了用于确保在仅进行周期性刷新的情况下该链能够保持导通的技术。周期性地接通U1。这给C1充电，使得即使在U1断开后也保持R12和Q6接通。Q6又使R10A下拉，这使Q4A导通并且激活该链。如果U1没有被刷新，则C1将放电，这将禁用Q6，从而接着禁用Q4，并且整个链断开，从而禁用睡眠平衡。
总之，睡眠平衡可以在主从系统或者具有单个板上的整个电池管理系统的系统中起作用。它可以通过唤醒一个板上的整个电路以刷新平衡命令或者通过唤醒非常小的一部分电路，来进行操作。在主从系统中，整个主系统可以唤醒，或者小部分可以保持工作以发送周期性脉冲。同样，需要激活整个从系统或者微小部分以刷新平衡信号。该刷新可以包括：处理器接通所有的信号以保持它们导通(方法1)、将信号发出到链以刷新所有的平衡信号(方法2)或者以保持该链接通从而保持平衡使能(方法4)、或者将脉冲发送给集成电路以避免监视器定时器终止(方法3)。在所有的情况下，平衡电路可以从12V电池汲取非常低的功率，并且允许它在睡眠模式下工作相当长的一段时间，而没有使12V电池放电。例如，该系统当在操作中时可以汲取平均不超过100mA。在一些情况下，该系统可以汲取显著少的电流，例如平均不超过50mA或者平均不超过2mA。即使车辆最初休眠，该系统也使得所有的电池单元保持平衡。最后，如果移除12V电池，则平衡将在合理的时间量内停止，以确保电池单元不过放电。
另外的方面
尽管本文中已描述和示出了多种本发明的实施例，但是本领域的普通技术人员将容易想到用于执行本文中所述的功能和/或获得本文中所述的结果和/或本文中所述的一个或多个优点的多种其他装置和/或结构，并且每个这样的变型和/或修改均被视为落入本文中所述的本发明实施例的范围内。通常，本领域的技术人员将容易理解，本文中所述的所有参数、尺寸、材料以及配置都是示例性，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明的教导的具体应用。本领域的技术人员将会认识到或者能够确定仅仅使用常规实验、本文中所述的具体的本发明实施例的多种等同方案。因此，需要理解的是，前述的实施例仅作为示例而呈现，并且在所附权利要求及其等同物的保护范围内，除了具体描述并要求保护的本发明实施例之外，还可以通过其它方式来实践本发明实施例。本公开内容的本发明实施例针对本文中所述的每个单独特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，在这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法相互一致的情况下，两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合均包括在本公开内容的发明范围内。
例如，可以使用硬件、软件或其组合来实现控制器(诸如控制器4)的实施例。当以软件来实现时，可以在任何适合的硬件处理器或硬件处理器的集合上执行软件代码，而不管是设置在单个计算机中还是分布在多个计算机中。应当理解，通常可以将执行上述功能的任何部件或部件的集合当作控制上述功能的一个或多个控制器。可以以多种方式来实现一个或多个控制器，诸如利用专用硬件，或者利用被编程为执行上述功能的通用硬件(例如一个或多个处理器)。
此外，应当理解，计算机可以以多种形式中的任何一种来实现，诸如，机架安装式计算机、台式计算机、膝上型计算机或平板计算机。此外，计算机还可以嵌入一般不视为计算机但具有适当的处理能力的装置中，包括个人数字助理(PDA)、智能手机或任何其他适合的便携式或固定式电子装置。
这样的计算机可以通过为任何适合形式的一个或多个网络而互连，包括局域网或广域网，诸如企业网以及智能网(IN)或因特网。这样的网络可以基于任何适合的技术，可以根据任何适合的协议进行操作，并且可以包括无线网络、有线网络或光纤网络。
在此列举的各种方法或过程可以被编码成可在一个或多个处理器上执行的软件，该一个或多个处理器采用多种操作系统或平台中的任一个。此外，可以使用多种适合的编程语言和/或编程或脚本工具中的任何一种来编写这样的软件，并且还可以将这样的软件编译成可执行机器语言代码或在架构机或虚拟机上执行的中间代码。
在这方面，各种发明构思可以被实现为用一个或多个程序编码的计算机可读存储介质(或多个计算机可读存储介质)(例如，计算机存储器、一个或多个软盘、压缩盘、光盘、磁带、闪存、现场可编程门阵列或其他半导体器件形式的电路配置、或者其它非暂时性介质或有形的计算机存储介质)，其中，该一个或多个程序当在一台或多台计算机或其它处理器上运行时，执行实现上述本发明的各种实施例的方法。计算机可读介质可以是可传输的，以使得存储在其上的程序可以装载到一台或多台不同的计算机或其它处理器上以实现以上讨论的本发明的各个方面。
本文中使用的术语“程序”或“软件”在一般意义上是指任何类型的计算机代码或计算机可执行指令集，其可以用于对计算机或其它处理器进行编程以实现以上讨论的实施例的各个方面。此外，应当理解，根据一个方面，当被执行时实现本发明的方法的一个或多个计算机程序不必存在于单个计算机或处理器中，而是可以以模块化的方式分布在多个不同的计算机或处理器中以实现本发明的各个方面。
计算机可执行指令可以为一台或多台计算机或其他装置执行的多种形式，诸如程序模块。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。典型地，可以如在各个实施例中所期望的一样组合或分布程序模块的功能。
另外，数据结构可以以任何适合的形式存储在计算机可读介质中。为了简化说明，数据结构可以被示为具有通过数据结构中的位置而相关的字段。这样的关系同样可以通过为字段的存储分配计算机可读介质中传送字段之间的关系的位置来实现。然而，可以使用任何适合的机构来建立数据结构的字段中的信息之间的关系，包括通过使用指针、标签或建立数据元素之间的关系的其它机构。
应注意，可以使用分立的电子元件、集成电路或者整个系统的大部分或全部在具体针对该应用的单个专用集成电路(ASIC)上的构造来实现实际的实施例。
此外，各种发明构思可以被实施为一种或多种方法，已提供该一种或多种方法的示例。可以以任何适合的方式来对作为方法的一部分而执行的动作进行排序。因此，可以构造以不同于所示顺序的顺序来执行动作的实施例，这可以包括同时执行一些动作，即使在说明性的实施例中示为顺序动作。
本文中限定和使用的所有定义均应当理解成包括词典定义、通过参考而并入的文献中的定义和/或所定义的术语的普通含义。
除非明确地相反规定，否则本文在说明书和权利要求书中所使用的不定冠词“一个(a或an)”应当被理解成是指“至少一个”。
本文在说明书和权利要求书中所使用的用语“和/或”应当被理解为是指如此连结的元件中的“两者之一或两者”，即，在一些情况下结合存在而在其它情况下分离地存在的元件。以“和/或”列举的多个元件应当以相同的方式进行理解，即，如此连结的“一个或多个”元件。除了由“和/或”分句具体标识的元件之外，还可以可选地存在其它元件，而不管与那些被具体标识的元件是相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，对“A和/或B”的引用当与开放式语言(诸如，“包括”)结合使用时，在一个实施例中可以仅是指A(可选地，包括除B以外的元件)；在另一个实施例中，仅是指B(可选地，包括除A以外的元件)；在又一个实施例中，是指A和B两者(可选地，包括其它元件)等。
如本文在说明书和权利要求书中所使用的，“或者”应当被理解成具有与以上定义的“和/或”相同的含义。例如，当在区分列表中的项时，“或”或者“和/或”应当被解释为是包括在内的，即，包括多个元件或元件列表中的至少一个以及多于一个，以及可选地包括另外未列出的项。仅明确相反规定(诸如，“仅其中一个”或“正好其中一个”)或当在权利要求书中使用时(“由......组成(consisting of)”)的用语是指仅仅包括多个元件或元件列表中的一个元件。通常，本文中所使用的用语“或”当在排他性用语(诸如，“二者之一”、“其中之一”、“仅其中之一”或“正好其中之一”)后时应当被解释为表示排他性的替代用语(即，“一个或另一个而不是两者”)。“基本上由......组成”当在权利要求书中所使用时具有其如在专利法领域中使用的普通含义。
本文在说明书和权利要求中所使用的，短语“至少一个”在对一个或多个元件的列表的引用中应当被理解成是指从该元件列表中的任一个或多个元件中选择的至少一个元件，但不一定包括在该元件列表中具体列出的每个具体元件中的至少一个，并且不排除在该元件列表中的元件的任意组合。这种定义还允许除了元件列表中具体标识的、短语“至少一个”所指的元件之外的元件可以可选地存在，而不管与具体标识的那些元件相关还是不相关。因此，作为非限制性的示例，“A和B中的至少一个”(或等同地，“A或B中的至少一个”，或者等同地“A和/或B中的至少一个”)在一个实施方式中可以是指至少一个(可选地，包括多于一个)A而没有B(以及可选地，包括除B之外的元件)；在另一个实施例中，可以是指至少一个(可选地，包括多于一个)B而没有A(以及可选地，包括除A之外的元件)；在又一个实施例中，可以是指至少一个(可选地，包括多于一个)A以及至少一个(可选地，包括多于一个)B(以及可选地，包括其它部件)等。
在权利要求书以及上述说明书中，所有的连接词(诸如，“包括(comprising、including或composed of)”、“载有(carrying)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”、“容纳(holding)”等应被理解为开放式的，即，意味着包括但不限于。只有连接词“由...组成(consisting of)”以及“基本上由....组成(consisting essentially of)”应分别被理解成封闭或半封闭式连接词。