專利名稱：電池組充/放電系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種電池組充/放電技術，尤其涉及一種能夠保護電池組的電池組充 /放電系統及方法。
背景技術：
圖1描述了常規的電池系統100的結構示意圖。電池系統100包括電池組102、為 電池組102充電的充電器104以及由電池組102供電的負載106 (例如，電力工具或是電動 車輛中的馬達)。電池組102包括控制器112，用以在充電器104為電池組102充電時，對 充電過程進行控制及保護，以及在負載106對電池組102放電時，對放電過程進行控制及保 護。充電器104包括控制器114，并通過串行通信總線120與電池組102通信。電池組102 通過串行通信總線120向充電器104發送電池信息，例如電池溫度、電池充電狀態、電池電 流和電池識別等。類似地，充電器104可通過串行通訊總線120向電池組102發送充電器 信息，例如充電器認證/識別、充電電流、充電電壓等。負載106利用控制器116控制負載 106的操作，例如，控制器116可為馬達轉速控制器，用來控制電動車輛的馬達速度。但是，由于電池組102通過電源線140向負載106供電，負載106可能無法得知電 池組102中各電池的信息，諸如電池電壓和電池溫度。因此，當為負載106供電時，由于電 池組102中意外或錯誤情況的發生，電池組102可能遭受損壞，其中所述意外或錯誤情況例 如溫度過高或過低、欠壓甚至“負電壓”。電池組102包括充電開關和放電開關(圖中未示 出)，電池組102中的控制器112可控制這些開關，從而保護電池組102免受損壞。但是，控 制器112相對昂貴，并且充電開關和放電開關會在電池組102內部產生損害電池的熱量。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于提供一種電池組充/放電系統以及方法，其能夠克 服現有技術中因電池組無法與負載進行通信而導致電池組或負載受到損害的缺陷。本發明提供一種電池組充/放電系統，包括包括電池組、第一電接口和負載。所述 電池組用以提供電能，并至少包括監測器，用以監測所述電池組的電池狀態。所述第一電接 口，連接至所述電池組，用以傳送所述電能及所述電池狀態。所述負載通過所述第一電接口 連接至所述電池組，接收所述電能用以為所述電池組放電，并通過第一通信總線接收所述 電池狀態，并根據所述電池狀態控制所述電池組的放電。本發明還提供一種電池組充/放電系統，包括電池組、負載、充電器和傳送總線。 所述電池組至少包括監測器，所述監測器用以監測所述電池組的電池狀態。所述負載包括 第一控制器，當所述電池組連接至所述負載為所述負載放電時，所述第一控制器根據所述 電池狀態控制放電。所述充電器包括第二控制器，當所述電池組連接至所述充電器為所述 電池組充電時，所述第二控制器根據所述電池狀態控制充電。所述傳送總線，選擇性地連接 至所述負載或所述充電器，當所述電池組連接至所述負載時，所述傳送總線傳送放電電能 及所述電池狀態，當所述電池組連接至所述充電器時，所述傳送總線傳送充電電能及所述電池狀態。本發明還提供一種電池組充/放電方法，其包括監測所述電池組的電池狀態；選 擇性地將所述電池組連接至負載進行放電或連接至充電器進行充電；當連接所述電池組至 所述負載時，傳送放電電能及所述電池狀態；根據所述電池狀態控制所述放電電能的傳送； 當連接所述電池組至所述充電器時，傳送充電電能及所述電池狀態；和根據所述電池狀態 控制所述充電電能的傳送。與現有技術相比，本發明中的電池組可以將電池狀態通過第一通信總線與負載通 信，并通過第二通信總線與充電器進行通信。電池組中安裝價錢相對低廉的監測器，負載和 充電器可根據該電池組通過相應通信總線發送的監測到的電池狀態分別對電池組的充電 和放電進行控制。這樣，可以省略電池組中的控制器、充電開關以及放電開關，進而加強系 統的安全性及功能性，同時，通過將監測和控制部分分別安裝在電池組、負載和充電器中可 降低系統造價。
以下通過對本發明的一些實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解本發明的目 的、具體結構特征和優點。圖1是一個現有技術的電池系統的結構示意圖；圖2是根據本發明的一個實施例的電池組充/放電系統的結構示意圖；圖3是根據本發明的一個實施例的電接口的結構示意圖；圖4是根據本發明的另一實施例的監測器的結構示意圖；圖5是根據本發明的一個實施例的電池組充/放電方法的流程圖。
具體實施例方式本發明將在下文中配合附圖進行全面描述。本發明可能以一些不同的方式實施， 但不應理解為本發明被限制于說明書中介紹的某種具體的結構和功能。而應理解說明書提 供的描述能夠完全、充分的向本領域的技術人員傳達本發明所涵蓋的范圍。基于說明書的 描述，本領域的技術人員應當了解到本發明的范圍旨在涵蓋這里所揭示的本發明的所有實 施方案、獨立實施或者結合本發明的其他實施方案實施。比如，利用這里提出的任意數量的 實施例來實現一個裝置或者執行一種方法。另外，本發明的范圍還包括這樣一種裝置或者 方法。這種裝置或方法可以用其他的結構、功能來實現，或者是利用本發明這里提出的實施 方案和其他結構和功能一起實現，再或者是用不同于本發明這里提出的實施方案的結構和 功能實現。應當理解的是這里揭示的本發明的所有實施方案都可以由權利要求中的一個或 多個元件來實施。根據本發明的一個實施例，在一個電池系統中，電池組可以將電池狀態通過第一 通信總線與負載通信，并通過第二通信總線與充電器進行通信。有利的是，負載和充電器可 根據該電池組通過相應通信總線發送的監測到的電池狀態分別對電池組的充電和放電進 行控制。這樣，可以省略電池組中的控制器、充電開關以及放電開關。同時，通過將監測/ 控制元件分別安裝在電池組、負載和充電器中，從而增強系統的安全性及功能性。圖2描述了根據本發明一個實施例的電池系統200的結構示意圖。電池系統200包括電池組202，為電池組202充電的充電器204以及由電池組202供電的負載206 (例如， 電力工具或是電動車輛中的馬達)。在一個實施例中，電池組202包括一個或多個電池(圖 中未示出)。電池組202進一步包括監測器222，用以監測電池狀態。其中，該電池狀態包 括但不限于電池運行狀態，例如電池組/電池溫度、電池組/電池電壓、電池電流以及電池 組202的電池組/電池荷電態；以及電池組認證/識別信息。電池組202通過傳送總線220 與充電器204相連接。在一個實施例中，傳送總線220包括通信總線262和電力總線266。 電池組202通過通信總線262向充電器204傳送電池狀態，并通過電力總線266由充電器 204供電。充電器204包括控制器214，用來監測充電器狀態。其中，該充電器狀態包括但 不限于充電器認證/識別、充電電流及充電電壓。類似地，充電器204將監測到的充電器 狀態通過通信總線262向電池組202傳送。電池組202通過傳送總線230與負載206相連接。在一個實施例中，傳送總線230 包括通信總線260和電力總線264。電池組202通過通信總線260向負載206傳送電池狀 態，并通過電力總線264向負載206供電。負載206包括控制器216，用來監測負載狀態。 其中，該負載狀態包括但不限于負載認證/識別、放電電流、放電電壓以及馬達轉速(如果 負載206包括馬達)。因此，電池組202與負載206可通過通信總線260對監測到的電池狀 態以及負載狀態進行通信。有利的是，如果在電池組202向負載206充電時發生了諸如溫 度過高或過低、欠壓甚至“負電壓”等意外情況，監測器222通過監測電池狀態來檢測這些 意外情況并通知負載206。這樣，負載206可中斷放電，從而使電池組202和負載206免受 損壞。有利的是，因為電池組202、負載206以及充電器204分別利用監測器222、控制器 216以及控制器214來監測電池狀態、負載狀態以及充電器狀態，從而提高監測的準確率。 同時，因為電池組202使用價錢相對低廉的監測器222取代了圖1中所示現有技術中電池 組102中的控制器112，所以放電控制功能由負載206中的控制器216實現。本發明的控制 器216可以利用現有技術中負載106中的控制器116的硬件結構，但擴展其功能。因此，降 低系統總體造價，同時減小系統體積。在一個實施例中，監測器222監測到的電池狀態、控制器214監測到的充電器狀態 以及控制器216監測到的負載狀態可被轉換為數字信號。通信總線260和262可為串行通 信總線。在此，“串行通信”的意思是傳送信號的過程是通過通信頻道或總線一位一位地順 序傳送。串行通訊總線可以是但不限于串行外設接口(serial peripheralinterface，簡 稱SPI)總線、內部集成電路(inter-integrated circuit，簡稱I2C)總線和單(1-wire)總 線。通信總線260和262可以設計為遵從同樣的標準，例如I2C總線標準。另外，通信總線 260和262也可是并行通信總線。在此，“并行通信”的意思是通過多條并行頻道以多條線 路同時傳送信號。在一個實施例中，電池組202進一步包括連接至監測器222或集成在其中的存儲 器224。存儲器224存儲電池202的使用歷史，例如，該使用歷史包括電池組202每次運行 的電池狀態。有利的是，該存儲器224中的使用歷史可通過計算機獲取，以便進行分析。在一個實施例中，負載206進一步包括由控制器216控制的放電開關236。負載 206根據監視器222發送的電池狀態利用放電開關236控制放電過程。如果所述電池狀態 指示電池組202處于意外或是錯誤狀態，例如欠壓等，負載206通過關斷放電開關236結束放電過程。類似地，充電器204進一步包括由控制器214控制的充電開關234。負載206根據 監視器222發送的電池狀態利用充電開關234控制充電過程。如果所述電池狀態指示電池 組202處于意外或是錯誤狀態，例如溫度過高或過低以及欠壓等，負載206通過關斷充電開 關234結束充電過程。這樣，負載206和充電器204通過控制放電開關236和充電開關234分別控制放 電過程和充電過程。有利的是，可以省略圖1電池組102中的控制器、充電開關以及放電開 關。因此，減小電池組202的體積，并降低造價。在一個實施例中，電池組202通過電接口與負載206以及充電器204分別連接。所 述電接口在圖3中進行描述。在一個實施例中，電池組202和負載206之間的電接口與電 池組202和充電器204之間的電接口標準相同。這樣，電池組202可包括一個由負載206 和充電器204共享的電接口 ；或者，電池組202可包括兩個相同的電接口，允許負載206和 充電器204同時與電池組202相連接。在另一個實施例中，電池組202和負載206之間的 電接口與電池組202和充電器204之間的電接口標準不同，這樣的情況下，電池組包括兩個 不同的電接口，分別對應負載206和充電器204。圖3描述了根據本發明一個實施例的電池組202與負載206之間或者電池組202 和充電器204之間的電接口 300的結構示意圖。圖3結合圖2中的電池系統200進行描 述。電接口 300包括電源端(例如正端302和負端304)，以及通信端306。正端302和負 端304用于傳送充/放電電能，并支持電力總線264和266。在圖2所示實施例中，正端302 連接至負載206或是充電器204的正極。類似地，在圖2所示實施例中，負端304連接至負 載206或充電器204的負極；或者，負端304可以接地。通信端306用于傳送指示電池狀態的數字信號，并支持圖2所示的通信總線260 及262。例如，電池202、負載206和充電器204分別利用相同的電接口 300。在充電時，充 電器204通過電力總線266經正端302以及負端304向電池組202充電，并通過通信總線 262經通信端306與電池組202通信。電池組202可通過圖2所示的電力總線264經正端 302以及負端304向負載206供電，并通過圖2所示的通信總線260經通信端306發送電池 組202的電池狀態。圖4描述了根據本發明一個實施例的電池組202中的監測器400的結構示意圖。 圖4結合圖2和圖3進行描述。監測器400包括電池監測單元402、模數轉換器(analogto digital convertor,簡稱A/D轉換器)404、電池認證/識別406和通信單元408。電池監測單元402連接至電池組202中的每個電池，用以分別監測電池并生成指 示電池狀態的監測信號410，例如電池組/電池溫度、電池組/電池電壓、電池電流以及電池 組202的電池組/電池充電狀態。在一個實施例中，監測信號410為模擬信號，A/D轉換器 404將其轉換成數字信號412。電池認證/識別406存儲在圖2所示的存儲器224中，并輸 出數字信號414。通信單元408接收表示電池狀態的數字信號412和表示電池認證/識別 的數字信號414，并經圖3所示的由通信端306將電池狀態傳送給負載206的控制器216和 充電器204的控制器214。圖5為根據本發明一個實施例的電池組充/放電方法流程圖500。盡管在圖5中 揭示了具體的步驟，這些步驟僅為示例性的，也即，本發明可執行其他步驟或圖5中步驟的變形。以下結合圖2和圖3對圖5進行說明。在步驟510中，監測電池組202的電池狀態，所述電池狀態包括但不限于電池組/ 電池溫度、電池組/電池電壓、電池電流、電池組202的電池組/電池充電狀態以及電池認
證/識別信息。在步驟512中，電池組202選擇性地與負載或充電器相連接。在一個實施例中，電 池組202包括一個如圖3所示的電接口 300，用以將電池組202連接至負載206或者充電器 204，該電接口 300可由負載206和充電器204共享。在另一個實施例中，電池組202和負 載206之間的電接口與電池組202和充電器204之間的電接口標準不同，這樣的情況下，電 池組包括兩個不同的電接口。在步驟514中，當連接所述電池組至所述負載時，將放電電能以及代表電池組202 電池狀態的數字信號傳送至負載206。放電電能可通過圖3所示的電接口 300中的電源端 302和304傳送。在一個實施例中，負載206包括控制器216，用以監控負載206的負載狀 態。其中，所述負載狀態包括但不限于負載認證/識別、放電電流、放電電壓以及馬達轉速 (如果負載206包括馬達)。在步驟516中，控制器216根據電池狀態控制放電電能的傳送。同時，控制器216 也可根據負載狀態控制放電電能的傳送。在步驟524中，當連接所述電池組至所述充電器時，將充電電能以及代表電池組 202電池狀態的數字信號傳送至電池組202。充電電能可通過圖3所示的電接口 300經電 源端302及304由充電器204向電池組202進行傳送，電池組202的電池狀態可通過電接 口 300經通信端306進行傳送。在一個實施例中，充電器204包括控制器214，用以監控充 電器204的充電器狀態。其中，所述充電器狀態包括但不限于充電器認證/識別、充電電 流及充電電壓。在步驟526中，控制器214根據電池狀態控制充電電能的傳送。同時，控制器214 可根據充電器狀態控制充電電能的傳送。最后應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明而并非限制，盡管參照較佳實施 例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明進行修改或 者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
一種電池組充/放電系統，其特征在于，所述電池組充/放電系統至少包括電池組，用以提供電能，所述電池組至少包括監測器，所述監測器用以監測所述電池組的電池狀態；第一電接口，連接至所述電池組，用以傳送所述電能及所述電池狀態；和負載，通過所述第一電接口連接至所述電池組，接收所述電能用以為所述電池組放電，并通過第一通信總線接收所述電池狀態，并根據所述電池狀態控制所述電池組的放電。
2.根據權利要求1所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述負載至少包括控制器，用以監測所述負載的負載狀態，并通過所述第一通信總線將所述負載狀態傳 送至所述電池組。
3.根據權利要求2所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述負載還包括 放電開關，由所述控制器控制，通過關斷所述放電開關以結束所述放電。
4.根據權利要求1所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述電池組還包括 存儲器，所述存儲器連接至所述監測器，用以存儲所述電池狀態。
5.根據權利要求4所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述存儲器中存儲的所述 電池狀態由計算機獲取。
6.根據權利要求1所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述電池組充/放電系統 還包括充電器，用以為所述電池組充電，其中所述充電器通過第二通信總線接收所述電池狀 態，并根據所述電池狀態控制所述充電。
7.根據權利要求6所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述充電器至少包括 控制器，用以監測所述充電器的充電器狀態，并通過所述第二通信總線將所述充電器狀態傳送至所述電池組。
8.根據權利要求7所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述充電器還包括 充電開關，由所述控制器控制，通過關斷所述充電開關以結束所述充電。
9.根據權利要求6所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述電池組充/放電系統 還包括第二電接口，連接于所述充電器與所述電池組之間。
10.根據權利要求9所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述第二電接口至少包括通信端，用以通過所述第二通信總線由所述電池組向所述充電器傳送所述電池狀態。
11.根據權利要求1所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述第一電接口進一步 包括電源端，用以從所述電池組向所述負載傳送所述電源。
12.根據權利要求1所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述第一電接口進一步 包括通信端，用以支持所述第一通信總線。
13.根據權利要求1所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述監測器進一步包括電池監測單元，與所述電池組中多個電池分別連接，用以監測所述多個電池并生成指示所述多個電池的狀態的多個監測信號；模數轉換器，連接至所述電池監測單元，用以將所述多個監測信號分別轉換為對應的 多個數字信號；和通信單元，連接至所述模數轉換器，用以根據所述多個數字信號生成所述電池狀態，并 傳送所述電池狀態。
14.一種電池組充/放電系統，其特征在于，所述電池組充/放電系統至少包括 電池組，其至少包括監測器，所述監測器用以監測所述電池組的電池狀態；負載，包括第一控制器，當所述電池組連接至所述負載為所述負載放電時，所述第一控 制器根據所述電池狀態控制放電；充電器，包括第二控制器，當所述電池組連接至所述充電器為所述電池組充電時，所述 第二控制器根據所述電池狀態控制充電；和傳送總線，選擇性地連接至所述負載或所述充電器，當所述電池組連接至所述負載時， 所述傳送總線傳送放電電能及所述電池狀態，當所述電池組連接至所述充電器時，所述傳 送總線傳送充電電能及所述電池狀態。
15.根據權利要求14所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述傳送總線包括 電力總線，選擇性地傳送所述充電電能或所述放電電能；和通信總線，用以將所述電池組的所述電池狀態傳送至所述負載和所述充電器。
16.根據權利要求15所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述通信總線為串行通 信總線。
17.根據權利要求14所述的電池組充/放電系統，其特征在于，所述電池組充/放電系 統還包括存儲器，連接至所述監測器，用以存儲所述電池狀態。
18.—種電池組充/放電方法，其特征在于，所述電池組充/放電方法至少包括 監測所述電池組的電池狀態；選擇性地將所述電池組連接至負載進行放電或連接至充電器進行充電； 當連接所述電池組至所述負載時，傳送放電電能及所述電池狀態； 根據所述電池狀態控制所述放電電能的傳送； 當連接所述電池組至所述充電器時，傳送充電電能及所述電池狀態；和 根據所述電池狀態控制所述充電電能的傳送；
19.根據權利要求18所述電池組充/放電方法，其特征在于，所述電池組充/放電方法 還包括監測所述負載的負載狀態；和根據所述負載狀態控制所述放電電能的傳送。
20.根據權利要求18所述電池組充/放電方法，其特征在于，所述電池組充/放電方法 還包括監測所述充電器的充電器狀態；和 根據所述充電器狀態控制所述充電電能的傳送。
全文摘要
本發明公開了一種電池組充/放電系統及方法，所述系統包括電池組、第一電接口和由電池組供電的負載；所述電池組用以提供電能，并至少包括監測器，用以監測所述電池組的電池狀態；所述第一電接口，連接至所述電池組，用以傳送所述電能及所述電池狀態；所述負載通過所述第一電接口連接至所述電池組，接收所述電能用以為所述電池組放電，并通過第一通信總線接收所述電池狀態，并根據所述電池狀態控制所述電池組的放電；采用本發明的電池組充/放電系統及方法能夠克服現有技術中因電池組無法與負載進行通信而導致電池組或負載受到損害的缺陷。
文檔編號H02J7/00GK101908773SQ20101019197
公開日2010年12月8日 申請日期2010年6月3日 優先權日2009年6月4日
發明者威廉·丹森 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司