專利名稱：垂直總線電路、電池管理系統(tǒng)以及信號傳輸方法
技術領域：
本發(fā)明涉及垂直總線電路，尤指一種用于電池管理系統(tǒng)中信號通信的垂直總線電路。

背景技術：
現(xiàn)在，鋰電池被應用于環(huán)保汽車，例如，純電動汽車和混合動力汽車。一節(jié)鋰電池單元的工作電壓約為3到4伏，但純電動汽車和混合動力汽車通常需要高于100伏的電壓。通常采用串聯(lián)多個電池單元來驅動純電動汽車和混合動力汽車。
在電池管理中，將大量電池單元劃分為一個或多個電池包，一個模擬前端設備(Analog Front End device，AFE)耦合至每個電池包，用于獲得每個電池包或電池單元的狀態(tài)，例如，電壓和溫度。然后，將表示電池包或電池單元狀態(tài)的數字信號傳輸至微處理器，用于執(zhí)行不同功能，例如，電池保護。這樣，就需要建立微處理器和每個模擬前端設備之間的通信。
圖1是現(xiàn)有技術的光電隔離式垂直總線的電池管理系統(tǒng)100的示意圖。模擬前端設備122、124和126分別耦合至電池包112、114和116，用于獲得電池包中每個電池單元的狀態(tài)。光電隔離模塊132、134和136用于在模擬前端設備122、124和126與中央控制單元(central electronicscontrol unit，CECU)140之間建立通信總線。對于總線中的每條通路，即每個光電隔離模塊需要兩個光電隔離器。
由于光電隔離器價格較貴，且其需要幾百個毫安培的電流才能驅動，因此，現(xiàn)有技術的基于光電隔離器的垂直總線的電池管理系統(tǒng)100的成本高且功耗大。


發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)相較于現(xiàn)有技術而言，當通信的缺省路徑發(fā)生非期望情況時，能夠通過候補路徑進行通信。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種垂直總線電路，所述垂直總線電路包括一組總線模塊，所述一組總線模塊之間傳輸信號，其中，所述一組總線模塊共享一組共電壓電平，所述總線模塊進一步包括信號路徑和分別由第一電平和第二電平供電的兩個I/O設備，且所述信號路徑用于在所述兩個I/O設備之間傳輸信號，所述一組共電壓電平用于在所述一組總線模塊之間傳輸信號。
本發(fā)明還提供了一種電池管理系統(tǒng)，該電池管理系統(tǒng)包括一組設備，耦合至包括一組電池單元的電池，所述設備用于獲得所述電池單元的狀態(tài)，其中所述設備耦合至所述一組電池單元中的一組，所述一組設備使用不同的電壓；以及控制單元，耦合至所述一組設備的第一設備，經由所述控制單元、所述第一設備、所述一組設備的第一組設備與所述一組設備的目標設備通信，其中所述第一組設備所使用的電壓值介于所述第一設備所使用的電壓值和所述目標設備所使用的電壓值之間。
本發(fā)明進一步提供了一種信號傳輸方法，該方法至少包括下列步驟在一組總線模塊的第一總線模塊中的第一共電壓電平和第二共電壓電平之間傳輸信號；以及在所述一組總線模塊的所述第一總線模塊和第二總線模塊之間傳輸信號，其中所述第一總線模塊和所述第二總線模塊共享所述第二共電壓電平。
與現(xiàn)有技術相比，采用了本發(fā)明的垂直總線電路的電池管理系統(tǒng)的成本低且功耗小。



以下通過對本發(fā)明的一些實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解本發(fā)明的目的、具體結構特征和優(yōu)點。
圖1是傳統(tǒng)的基于光電隔離器的垂直總線的電池管理系統(tǒng)的結構示意圖； 圖2是根據本發(fā)明的一個實施例的垂直總線電路的結構示意圖； 圖3是根據本發(fā)明的一個實施例的垂直總線電路的結構示意圖； 圖4是根據本發(fā)明的一個實施例的電池管理系統(tǒng)的垂直總線電路的結構示意圖； 圖5是根據本發(fā)明的一個實施例的電池管理系統(tǒng)的垂直總線電路的結構示意圖； 圖6是根據本發(fā)明的一個實施例的電池管理系統(tǒng)的結構示意圖； 圖7是根據本發(fā)明的一個實施例的電池管理系統(tǒng)的結構示意圖； 圖8是根據本發(fā)明的一個實施例的電池管理系統(tǒng)的結構示意圖； 圖9是根據本發(fā)明的一個實施例的電池管理系統(tǒng)的結構示意圖；以及 圖10是根據本發(fā)明的一個實施例的在電池管理系統(tǒng)中信號傳輸方法的流程圖。

具體實施例方式 雖然本發(fā)明將結合以下實施例進行闡述，但應理解為這并非意指將本發(fā)明限定于這些實施例。相反，本發(fā)明旨在涵蓋由所附權利要求項所界定的本發(fā)明精神和范圍內所定義的各種可選項、可修改項和等同項。
此外，在以下對本發(fā)明的詳細描述中，為了提供針對本發(fā)明的完全的理解，闡明了大量的具體細節(jié)。然而，本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對于大家熟知的方案、流程、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明之主旨。
圖2是根據本發(fā)明的一個實施例的垂直總線電路200的結構示意圖。垂直總線電路200包括三個總線模塊220、230和240，以及多個電阻262、264、266和268。如圖2所示，總線模塊220、230和240的結構相似。雖然圖2出示了三個總線模塊，然而本發(fā)明并不局限于此。在其他的實施例中，垂直總線電路200可能包括更多或者更少數量的總線模塊。
總線模塊220、230和240可使用不同的電壓。以總線模塊220為例，從總線模塊220的輸入端212輸入一個總線信號，并傳輸至總線模塊230。在總線模塊220的輸入端212，低電平電壓為V0，高電平電壓為V1。當總線信號傳輸至總線模塊230的節(jié)點214，低電平電壓為V2，高電平電壓為V3，其中V2和V3分別不同于V0和V1。相似地，總線信號可以由總線模塊230傳輸至總線模塊240。
總線模塊220、230和240以向上的方向傳輸總線信號(參考圖2的方向)。例如，在垂直總線電路200中，總線模塊220為底部總線模塊，總線模塊240為頂部總線模塊。一個總線信號從總線模塊220的輸入端212輸入，并傳輸至總線模塊240，最后從總線模塊240的輸出端218輸出。
在一實施例中，總線模塊220包括上行信號路徑222、反相器272和294，以及晶體管284。在一實施例中，上行信號路徑222包括晶體管223、224、225、226、227和228，以及反相器229?？偩€模塊230包括上行信號路徑232、反相器274和296，以及晶體管286。上行信號路徑232包括晶體管233、234、235、236、237和238，以及反相器239?？偩€模塊240包括上行信號路徑242、反相器276和298，以及晶體管288。上行信號路徑242包括晶體管243、244、245、246、247和248，以及反相器249。
總線模塊220、230和240中的上行信號路徑222、232和242將總線信號從低電平傳遞到高電平。例如，總線模塊220中的上行信號路徑222將總線信號從低電平(VDD＝V1，GND＝V0)傳遞到高電平(VDD＝V3，GND＝V2)。
在一實施例中，總線模塊220中的反相器294和晶體管284、電阻264和總線模塊230中的反相器274將總線信號從總線模塊220傳遞到總線模塊230。相似地，總線模塊230中的反相器296和晶體管286、電阻266和總線模塊240中的反相器276將總線信號從總線模塊230傳遞到總線模塊240。
當輸入總線模塊220的輸入端212的總線信號為狀態(tài)高或輸入端212的總線信號的電壓為V1，晶體管227被關斷，晶體管228被打開，節(jié)點252的電壓被拉低。晶體管223的門極電壓被拉低，以打開晶體管223。這樣，在晶體管223在節(jié)點256的漏極電壓被拉高，以打開晶體管223，通過反相器294，晶體管284的門極電壓被拉低，以關斷晶體管284。晶體管284耦合至電阻264，在節(jié)點214輸出狀態(tài)為高(電壓為V3)的總線信號。
反之，當輸入端212的總線信號為狀態(tài)高或輸入端212的總線信號的電壓為V0，晶體管228被關斷，晶體管227被打開，節(jié)點256的電壓被拉低。晶體管284的門極電壓被拉高，以打開晶體管284。晶體管284耦合至電阻264，在節(jié)點214輸出狀態(tài)為低(電壓為V2)的總線信號。
在一實施例中，加入晶體管225和226可以降低對應的節(jié)點256和252的全擺動(full swing)。這樣，節(jié)點256和252的電壓的全擺動從V3到V2。所以，功耗可以降低，信號傳遞速度可以提高。
所以，總線信號可以從總線模塊220的輸入端212傳至節(jié)點214。相似地，總線信號可以從總線模塊230的節(jié)點214傳至節(jié)點216，然后，通過總線模塊240，在輸出端218輸出。換句話說，總線信號從低電壓電平(VDD＝V1，GND＝V0)傳至高電壓電平(VDD＝V7，GND＝V6)。這樣，當輸入端212輸入狀態(tài)為高的總線信號，則輸出端218輸出狀態(tài)為高的總線信號，即OUT＝1；當輸入端212輸入狀態(tài)為低的總線信號，輸出端218輸出狀態(tài)為低的總線信號，即OUT＝0。
圖3是根據本發(fā)明的一個實施例的垂直總線電路300的結構示意圖。垂直總線電路300包括三個總線模塊320、330和340，以及多個電阻362、364、366和368。如圖3所示，總線模塊320、330和340相似。雖然圖3出示了三個總線模塊，但本發(fā)明并不局限于此。
總線模塊320、330和340可能使用不同的電壓。以總線模塊320為例，從總線模塊320的輸入端312輸入一個總線信號，傳輸至總線模塊330。在總線模塊320的輸入端312，低電平電壓為V6，高電平電壓為V7。當總線信號傳輸至總線模塊330的節(jié)點314，低電平電壓為V4，高電平電壓為V5。相似地，總線信號可以由總線模塊330傳輸至總線模塊340。
總線模塊320、330和340以向下的方向傳輸總線信號(參考圖3的方向)。例如，在垂直總線電路300中，總線模塊320為頂部總線模塊，總線模塊340為底部總線模塊。從總線模塊320的輸入端312輸入一個總線信號，傳輸至總線模塊340，再從總線模塊340的輸出端318輸出。
在一實施例中，總線模塊320包括下行信號路徑322、反相器372和394，以及晶體管384。在一實施例中，下行信號路徑322包括晶體管323、324、325、326、327和328，以及反相器329?？偩€模塊330包括下行信號路徑332、反相器374和396，以及晶體管386。下行信號路徑332包括晶體管333、334、335、336、337和338，以及反相器339?？偩€模塊340包括下行信號路徑342、反相器376和398，以及晶體管388。下行信號路徑342包括晶體管343、344、345、346、347和348，以及反相器349。
總線模塊320、330和340中的下行信號路徑322、332和342將總線信號從高電平傳遞到低電平。例如，總線模塊320中的下行信號路徑322將總線信號從高電平(VDD＝V7，GND＝V6)傳遞到低電平(VDD＝V5，GND＝V4)。
在一實施例中，總線模塊320中的反相器394和晶體管384，電阻364和總線模塊330中的反相器374將總線信號從總線模塊320傳遞到總線模塊330。相似地，在一實施例中，總線模塊330中的反相器396和晶體管386，電阻366和總線模塊340中的反相器376將總線信號從總線模塊330傳遞到總線模塊340。
當輸入總線模塊320的輸入端312的總線信號的狀態(tài)為高(即IN＝1)或輸入端312的總線信號的電壓為V7，晶體管328被關斷，晶體管327被打開，節(jié)點356的電壓被拉低。晶體管384的門極電壓被拉低，以關斷晶體管384。晶體管384耦合至電阻364以在節(jié)點314輸出總線信號，且該總線信號的狀態(tài)為高(電壓為V5)。
相反地，當輸入至輸入端312的總線信號的狀態(tài)為低(即IN＝0)或輸入端312的總線信號的電壓為V6，晶體管327被關斷，晶體管328被打開，節(jié)點352的電壓被拉高。晶體管323的門極電壓被拉高，以打開晶體管323。這樣，在晶體管323在節(jié)點356的漏極電壓被拉低，通過反相器394將晶體管384的門極電壓被拉高，以打開晶體管384。晶體管384耦合至電阻364以在節(jié)點214輸出總線信號，且該總線信號的狀態(tài)為低(電壓為V4)。
在一實施例中，加入晶體管325和326以分別降低節(jié)點356和352的電壓的全擺動。這樣，節(jié)點356和352的電壓的全擺動為從V5到V4。所以，功耗降低，信號傳遞速度提高。
所以，總線信號通過總線模塊320從輸入端312傳遞至節(jié)點314。相似地，總線信號通過總線模塊330從節(jié)點314傳遞至節(jié)點316，然后通過總線模塊340從輸出端318輸出。這樣，當輸入端口312輸入狀態(tài)為高的總線信號，輸出端318輸出狀態(tài)為高的輸出信號，即OUT＝1；當輸入端312輸入狀態(tài)為低的總線信號，輸出端318輸出狀態(tài)為低的輸出信號，即OUT＝0。
圖4是根據本發(fā)明的一個實施例的電池管理系統(tǒng)的垂直總線電路400的結構示意圖。電池410包括三個電池包412、414和416。垂直總線電路400為單線，且包括三個總線模塊420、430和440，以及多個電阻462、464和466。在一實施例中，每個總線模塊420、430和440相同，可以為集成芯片。
雖然垂直總線電路400耦合至電池410，且用于在電池管理系統(tǒng)中傳輸信號，但本發(fā)明不僅限于此。雖然圖4出示了三個總線模塊，但本發(fā)明不僅限于此。
每個電池包412，414和416包括一組串聯(lián)的電池單元。模塊化的電池410提供八個電壓V0、V1、V2、V3、V4、V5、V6和V7。在一實施例中，V1和V0的壓差、V3和V2的壓差、V5和V4的壓差和V7和V6的壓差相等。壓差可能等于一個電池包中一個電池單元的電壓，或可能等于一個電池包中幾個電池單元的電壓之和。
總線模塊420包括信號路徑和I/O設備426和428。相似地，總線模塊430包括信號路徑和I/O設備436和438?？偩€模塊440包括信號路徑和I/O設備446和448。在一實施例中，總線模塊420中的信號路徑包括上行信號路徑422和下行信號路徑424。相似地，總線模塊430中的信號路徑包括上行信號路徑432和下行信號路徑434，總線模塊440中的信號路徑包括上行信號路徑442和下行信號路徑444。
在一實施例中，上行信號路徑422、432和442相似于圖2中的上行信號路徑222、232和242。在一實施例中，下行信號路徑424、434和444相似于圖3中的上行信號路徑322、332和342。
在另一實施例中，垂直總線電路400為雙線，每個總線模塊包括兩個上行信號路徑、兩個下行信號路徑和四個I/O設備。
有利的是，總線模塊420、430和440共享多個共電壓電平。此外，多個共電壓電平使能總線模塊420、430和440之間的信號傳輸。例如，總線模塊420中的I/O設備426和428分別由電平(VDD＝V1，GND＝V0)和電平(VDD＝V3，GND＝V2)供電?？偩€模塊430中的I/O設備436和438分別由電平(VDD＝V3，GND＝V2)和電平(VDD＝V5，GND＝V4)供電。所以，總線模塊420和430共享電平(VDD＝V3，GND＝V2)，該電平使能總線模塊420和430之間的信號傳輸。
在一實施例中，電池包中一個電池單元的電壓或電池包中幾個電池單元的電壓之和被用作共電壓電平。換句話說，一個電池包中的至少一個電池的電壓被用作共電壓電平。
如圖4所示的I/O設備426包括與圖2中的反相器272相似的反相器472、與圖3中的反相器398相似的反相器498以及與圖3中的晶體管388相似的晶體管488。I/O設備428、436、438、446以及448與I/O設備426相似，在此不贅述。有利的是，如圖2和圖3所對應的描述，每個總線模塊的信號路徑用于在總線模塊中的兩個I/O設備之間傳輸信號。
節(jié)點402、404和406作為總線模塊420、430和440的I/O端口。如前所述，每個節(jié)點的總線信號可以以上行和下行的方向傳輸。例如，節(jié)點402的總線信號可以傳輸至節(jié)點404和406，總線信號也可以從節(jié)點404和406傳輸至節(jié)點402。這樣，對于單線，每個總線模塊420、430和440使用兩個I/O端口(例如，總線模塊420的節(jié)點402和404)。在另一實施例中，對于雙線，總線模塊使用四個I/O端口(未圖示)。所以，總線模塊的集成芯片的管腳數減少。
I/O設備為開漏(open-drain)，這樣，I/O設備較多樣，可以為I2C、SPI或其他類型的總線。此外，垂直總線電路400在靜態(tài)時無功耗。垂直總線電路400的每個總線模塊里傳輸的總線信號為差分信號。例如，在上行信號路徑422，晶體管423的打開或關斷由節(jié)點452和節(jié)點456的電壓差決定。這樣，可以得到較高的信號傳輸速度和較好的容錯性。
如上所述，每個電池包412、414和416的一個或幾個電池的電壓被提供于使能總線模塊之間的信號傳輸。這樣，信號的全擺動在一個或幾個電池的電壓范圍內。有利的是，當幾個電池的電壓之和被用于使能總線模塊之間的信號傳輸時，信號的全擺動增大。這樣，獲得更好的信號容錯性。
由于每個節(jié)點的工作電壓在I/O設備的電壓范圍之內，節(jié)點402、404和406無須承受暫態(tài)過壓。如圖4所示，電壓范圍為一個電池單元的電壓。例如，節(jié)點402的工作電壓在電池包412中的電池單元482的電壓范圍內，從V0到V1。
圖5是根據本發(fā)明的一個實施例的電池管理系統(tǒng)的垂直總線電路500的結構示意圖。電池510包括三個電池包512、514和516。在圖5的實施例中，垂直總線電路500為單線，且包括三個總線模塊520、530和540，以及多個電阻562、564和566。在一實施例中，每個總線模塊520、530和540相同，可以為集成芯片。
雖然垂直總線電路500耦合至電池510，且用于在電池管理系統(tǒng)中傳輸信號，但本發(fā)明不僅限于此。雖然圖5出示了三個總線模塊，但本發(fā)明不僅限于此。
在圖5的實施例中，總線模塊520包括信號路徑，電壓調節(jié)器(例如，低壓差穩(wěn)壓器，Low Drop-out Regulator，LDO)552和I/O設備526和528。相似地，總線模塊530包括信號路徑，電壓調節(jié)器554和I/O設備536和538?？偩€模塊540包括信號路徑，電壓調節(jié)器556和I/O設備546和548。在一實施例中，總線模塊520的信號路徑包括上行信號路徑522和下行信號路徑524。相似的，總線模塊530的信號路徑包括上行信號路徑532和下行信號路徑534?？偩€模塊540的信號路徑包括上行信號路徑542和下行信號路徑544。
在另一實施例中，垂直總線電路500為雙線，每個總線模塊包括兩個上行信號路徑、兩個下行信號路徑和四個I/O設備。
有利的是，總線模塊520、530和540共享多個共電壓電平。此外，多個共電壓電平使能總線模塊520、530和540之間的信號傳輸。例如，總線模塊520中的I/O設備526和528分別由電平(VDD＝V1，GND＝V0)和電平(VDD＝V3，GND＝V2)供電。總線模塊530中的I/O設備536和538分別由電平(VDD＝V3，GND＝V2)和電平(VIDD＝V5，GND＝V4)供電。所以，總線模塊520和530共享電平(VDD＝V3，GND＝V2)，該電平使能總線模塊520和530之間的信號傳輸。
在一實施例中，每個共電壓電平由每個電池包中的一個電池單元的陽極電壓和電壓調節(jié)器的輸出電壓提供。例如，電壓V4為電池包514中電池單元594的陽極電壓，電壓V2為電池包512中電池單元592的陽極電壓。電壓V4被提供給總線模塊530的LDO 554，由LDO 554輸出一輸出電壓V3。這樣，電壓調節(jié)器的輸出電壓V3和電池單元的陽極電壓V2使能總線模塊530和520之間的總線信號傳輸。
有利的是，如圖2和3所述，每個總線模塊的信號路徑用于在總線模塊中的兩個I/O設備之間傳輸信號，在此不贅述。
LDO 552、554和556的輸出電壓提供較穩(wěn)定的電能，以使能總線信號在垂直總線電路500中傳輸。這樣，垂直總線電路500不受到快速充電或放電的導致電池單元電壓波動的影響，更具可靠性。
每個電池包512、514和516中電池單元的最大數量由耦合于電池包的總線模塊中晶體管允許的最大漏源電壓Vds和該總線模塊之上的總線模塊中LDO的輸出電壓決定。如圖5所示，總線模塊520中的晶體管525和527允許的最大漏源電壓Vds等于V3和V2之差加上電池包512提供的電壓，其中，V3和V2之差為總線模塊530中的LDO 554的輸出電壓。這樣，電池包512中的電池單元的最大數量由方程(1)表示如下 N＝(Vds-VLDO)/Vcell(1) 其中，N為電池包512中的電池單元的最大數量，Vds為晶體管525和527允許的最大漏源電壓Vds，VLDO為總線模塊530中的LDO 554的輸出電壓，Vcell為電池單元電壓。
圖6是根據本發(fā)明的一個實施例的電池管理系統(tǒng)的垂直總線拓撲600的結構示意圖。垂直總線拓撲600用于I2C總線應用。垂直總線拓撲600包括總線模塊620、630和640。總線模塊620、630和640分別耦合至電池包612、614和616。這樣，總線模塊620、630和640使用不同的電壓。
有利的是，總線模塊620、630和640共享多個共電壓電平。在一實施例中，每個電池包612、614和616中的一個電池單元的電壓被用作共電壓電平。例如，電池包612中的電池單元604的電壓被用作總線模塊620和630共享的共電壓電平。電池包614中的電池單元606的電壓被用作總線模塊630和640共享的共電壓電平。共電壓電平使能總線模塊620、630和640間的信號傳輸。例如，電池單元604的電壓使能總線模塊620和630間的信號傳輸。
如上所述，每個總線模塊620、630和640采用I2C總線協(xié)議與其他總線模塊通信。
雖然圖6出示了三個總線模塊，但本發(fā)明并不局限于此。
在另一實施例中，每個電池包612、614和616中的兩個或更多個電池單元的電壓之和被用作共電平，以使能信號傳輸，從而獲得更好的信號全擺動和更好的容錯性。
圖7是根據本發(fā)明的一個實施例的電池管理系統(tǒng)的垂直總線拓撲700的結構示意圖。垂直總線拓撲700用于I2C總線應用。垂直總線拓撲700包括總線模塊720、730和740。總線模塊720、730和740分別耦合至電池包712、714和716?？偩€模塊720、730和740中分別包括有電壓發(fā)生器。在一實施例中，多個電壓發(fā)生器可以為LDO 752、754和756。
雖然圖7出示了三個總線模塊，但本發(fā)明并不局限于此。
有利的是，總線模塊720、730和740共享多個共電壓電平。此外，共電壓電平使能總線模塊720、730和740間的信號傳輸。每個共電壓電平由每個電池包中的一個電池單元的陽極電壓和電壓調節(jié)器的輸出電壓提供。例如，電池包714中電池單元704的陽極電壓被提供至給LDO754，由LDO 754輸出一輸出電壓。這樣，LDO 754的輸出電壓和電池包712中的電池單元702的陽極電壓被用作總線模塊720和730共享的共電壓電平。如上所述，每個總線模塊720、730和740采用I2C總線協(xié)議與其他總線模塊通信。
圖8是根據本發(fā)明的一個實施例的電池管理系統(tǒng)800的結構示意圖。電池管理系統(tǒng)800包括電池810、模擬前端設備(analog front enddevice，AFE)820、830和840，以及中央控制器860。電池810包括電池包812、814和816。AFE設備820、830和840分別耦合至電池包812、814和816。耦合至電池810的AFE設備820、830和840獲取電池810中的電池單元的狀態(tài)。在這種情況，AFE設備820、830和840分別使用電池包812、814和816提供的電壓，即AFE設備820、830和840使用不同的電壓。
雖然圖8出示了三個總線模塊，但本發(fā)明并不局限于此。
在一實施例中，中央控制器860耦合至電池管理系統(tǒng)800中的底部的AFE設備820。有利的是，中央控制器860經由AFE設備820、AFE設備830和840中的一組設備和目標AFE設備通信。上述AFE設備820、830和840中的一組設備所使用的電壓值介于AFE設備820所使用的電壓值和目標AFE設備所使用的電壓值之間。例如，中央控制器860發(fā)出信號，則所述信號經過AFE設備820和AFE設備830傳至目標AFE設備840；AFE設備830所使用的電壓值介于AFE設備820所使用的電壓值和AFE設備840所使用的電壓值之間。
AFE設備820、830和840共享的共電壓電平使能AFE設備820、830和840的總線信號傳輸。在一實施例中，每個電池包812、814和816的一個電池單元的電壓被用作共電壓電平。例如，電池包812中的電池單元804的電壓被用作共電壓電平，并使能AFE設備820和AFE設備830間的信號傳輸。
或者，在另一實施例中，每個電池包812，814和816中的兩個或更多個電池單元的電壓之和被用作共電壓電平，以使能信號傳輸，從而獲得更好的信號全擺動和更好的容錯性。
在一實施例中，AFE設備820、830和840相同，可以為集成芯片。在圖8的實施例中，AFE設備820包括監(jiān)控模塊g22、總線模塊824、模數轉換器(analog to digital converter，ADC)826、總線引擎828以及I/O設備(未圖示)。相似地，AFE設備830包括監(jiān)控模塊832、總線模塊834、模數轉換器836、總線引擎838以及I/O設備(未圖示)。AFE設備840包括監(jiān)控模塊842、總線模塊844、模數轉換器846、總線引擎848以及I/O設備(未圖示)。在一實施例中，每個總線模塊824、834和844分別包括以上行方向傳輸總線信號的上行信號路徑(例如，圖4中的上行信號路徑422)，以及以下行方向傳輸總線信號的下行信號路徑(例如，圖4中的下行信號路徑424)。
AFE設備820、830和840用于監(jiān)控對應的電池包中每個電池單元的狀態(tài)，并通過垂直總線與中央控制器860通信。在一實施例中，該垂直總線由總線模塊824、834和844，總線引擎828、838和848，以及I/O設備(未圖示)構成。每個AFE設備中的I/O設備由不同的電平供電。每個AFE設備中的總線模塊在I/O設備之間傳輸信號。
在一實施例中，以AFE設備820為例，AFE設備820中的監(jiān)控模塊822選擇電池包812中的一個電池單元，將該電池單元的狀態(tài)提供給ADC826。AFE設備820的ADC 826將表示電池狀態(tài)的模擬信號轉換為數字信號，并將該數字信號傳輸至總線引擎828?？偩€引擎828作為AFE設備820中的控制器，能與中央控制器860通信。
每個AFE設備820、830和840可以主狀態(tài)或從狀態(tài)與中央控制器860通信。當AFE設備工作在主狀態(tài)時，AFE設備的總線引擎發(fā)出信號并與中央控制器860通信。例如，當AFE設備840工作在主狀態(tài)，總線引擎848發(fā)送報警信號給中央控制器860。該報警信號通過垂直總線傳輸至總線引擎838和828，然后再傳輸至中央控制器860。例如，當AFE設備840工作在從狀態(tài)時，來自中央控制器860的信號通過垂直總線傳輸至AEF設備820的總線引擎828，然后再傳輸至AFE設備840的總線引擎848。
當電池管理系統(tǒng)800采用雙線通信協(xié)議，則每個總線引擎采用三線，以獲得較好的容錯性。如圖8所示，總線引擎828的左側有三個端口A、B和C，右側有三個端口Ai、Bi和Ci。例如，若端口A、B，Ai和Bi為傳輸總線信號的缺省端口，且若端口B出錯，則端口C可以用作備用端口，以傳輸總線信號。這樣，可以獲得較好的容錯性。在一實施例中，當電池管理系統(tǒng)800采用單線通信協(xié)議，則每個總線引擎采用雙線，以獲得較好的容錯性。換句話說，當無法使用缺省路徑，每個總線引擎采用備用路徑代替缺省路徑。
在一實施例中，電池單元802、804和806為在線診斷(識別問題)和校正提供參考電壓。換句話說，AFE設備820、830和840共享的共電壓電平用于在線診斷和校正。更具體地說，在一實施例中，中央控制器860還包括精準的內部ADC(未圖示)，用于進行在線診斷和校正。這里，“精準的ADC”或“精準的轉換器”是指ADC/轉換器將一電壓轉換至一個值，其中該值和電壓真實值的差值小于一閥值。電池單元802的電壓被中央控制器860的精準的內部ADC和AFE設備820的ADC 826轉換。若兩個轉換結果不同，則校正ADC 826。相似地，電池單元804的電壓被校正后的ADC 826和AFE設備830中的ADC 836轉換，以診斷和校正ADC 836。所以，AFE設備820、830和840中的所有ADC都可以被診斷和校正。因此，在電池管理系統(tǒng)800中可以較容易地實現(xiàn)在線診斷和校正。
外部的精準參考電壓(未圖示)可被用作如上所述的參考電壓對ADC進行在線診斷和校正。
圖9是根據本發(fā)明的一個實施例的電池管理系統(tǒng)900的結構示意圖。電池管理系統(tǒng)900包括電池910、模擬前端設備(analog front enddevice，AFE)920、930和940，以及中央控制器960。電池910包括電池包912、914和916。耦合至電池910的AFE設備920、930和940獲得電池910中的電池單元的狀態(tài)。耦合至AFE設備920的中央控制器960同AFE設備920、930和940中的目標AFE設備通信。
雖然圖9出示了三個總線模塊，但本發(fā)明并不局限于此。
在一實施例中，AFE設備920、930和940相同，可以為集成芯片。在一實施例中，AFE設備920包括監(jiān)控模塊922、總線模塊924、ADC926、總線引擎828、電壓發(fā)生器952，以及I/O設備(未圖示)。相似地，AFE設備930包括監(jiān)控模塊932、總線模塊934、ADC 936、總線引擎938、電壓發(fā)生器954，以及I/O設備(未圖示)。AFE設備940包括監(jiān)控模塊942、總線模塊944、模數轉換器946、總線引擎948、電壓發(fā)生器956，以及I/O設備(未圖示)。在一實施例中，電壓發(fā)生器952、954和956為LDO。
在一實施例中，電池包912、914和916中的一個電池單元的陽極電壓和LDO 952、954和956的輸出電壓提供用于AFE設備920、930和940的總線信號傳輸的共電壓電平。例如，電池包912中的電池單元904的陽極電壓和總線模塊930中的LDO 954的輸出電壓提供用于在AFE設備920和930之間傳輸信號的共電壓電平。
在一實施例中，LDO 952、954和956為在線診斷和校正提供參考電壓。在一實施例中，中央控制器960還包括用于在線診斷和校正的精準的內部ADC(未圖示)。在這種情況，每個電壓發(fā)生器的輸出電壓被精準的內部ADC和AFE設備920、930和940中的ADC轉換，在此不贅述。
外部的精準參考電壓(未圖示)可被用作上述參考電壓對ADC進行在線診斷和校正。
圖10是根據本發(fā)明的一個實施例的電池管理系統(tǒng)的傳輸信號方法的流程圖。以下結合圖4對圖10進行描述。
在步驟1002，信號在電平(VDD＝V1，GND＝V0)和電平(VDD＝V3，GND＝V2)間傳輸?？偩€模塊420中的I/O設備426由電平(VDD＝V1，GND＝V0)供電?？偩€模塊420中的I/O設備428由電平(VDD＝V3，GND＝V2)供電。上行信號路徑422將信號從I/O設備426傳輸至I/O設備428。下行信號路徑424將信號從I/O設備428傳輸至I/O設備426。
在步驟1004，信號在總線模塊420和430間傳輸。總線模塊420和430共享的共電平電壓(VDD＝V3，GND＝V2)用于使能它們之間的信號傳輸。
上文具體實施方式
和附圖僅為本發(fā)明之常用實施例。顯然，在不脫離后附權利要求書所界定的本發(fā)明精神和保護范圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發(fā)明在實際應用中可根據具體的環(huán)境和工作要求在不背離發(fā)明準則的前提下在形式、結構、布局、比例、材料、元素、組件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用于說明而非限制，本發(fā)明之范圍由后附權利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。
權利要求
1.一種垂直總線電路，其特征在于，所述垂直總線電路至少包括
一組總線模塊，所述一組總線模塊之間傳輸信號，其中，所述一組總線模塊共享一組共電壓電平，所述總線模塊進一步包括信號路徑和分別由第一電平和第二電平供電的兩個I/O設備，且所述信號路徑用于在所述兩個I/O設備之間傳輸信號，所述一組共電壓電平用于在所述一組總線模塊之間傳輸信號。
2.根據權利要求1所述的垂直總線電路，其特征在于，所述信號路徑包括上行信號路徑和下行信號路徑，其中所述上行信號路徑和所述下行信號路徑共享所述兩個I/O設備。
3.根據權利要求1所述的垂直總線電路，其特征在于，所述總線模塊耦合至電池的一組電池單元，用于在電池管理系統(tǒng)中傳輸所述信號。
4.根據權利要求3所述的垂直總線電路，其特征在于，所述信號表示所述電池單元的狀態(tài)。
5.根據權利要求3所述的垂直總線電路，其特征在于，所述一組電池單元中的至少一個所述電池單元的電壓被用作所述共電壓電平。
6.根據權利要求3所述的垂直總線電路，其特征在于，每個總線模塊還包括電壓調節(jié)器，其中所述共電壓電平由所述一組電池單元中的一個電池單元的陽極電壓和所述電壓調節(jié)器的輸出電壓提供。
7.根據權利要求1所述的垂直總線電路，其特征在于，所述信號路徑包括差分電路，用于傳輸所述信號。
8.一種電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電池管理系統(tǒng)至少包括
一組設備，耦合至包括一組電池單元的電池，所述設備用于獲得所述電池單元的狀態(tài)，其中所述設備耦合至所述一組電池單元中的一組，所述一組設備使用不同的電壓；以及
控制單元，耦合至所述一組設備的第一設備，經由所述控制單元、所述第一設備、所述一組設備的第一組設備與所述一組設備的目標設備通信，其中所述第一組設備所使用的電壓值介于所述第一設備所使用的電壓值和所述目標設備所使用的電壓值之間。
9.根據權利要求8所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述一組設備由所述電池供電，其中所述第一設備中包括一由所述一組電池單元中最低電平的電池單元供電的設備。
10.根據權利要求8所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述一組設備共享一組共電壓電平，其中所述共電壓電平用于使能所述一組設備的第一設備和所述設備的第二設備的通信，且所述第一和第二設備共享所述共電壓電平。
11.根據權利要求10所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述設備包括兩個I/O設備，其中所述兩個I/O設備中的第一設備由所述一組共電壓電平的第一共電壓電平供電，所述兩個I/O設備中的第二設備由所述一組共電壓電平的第二共電壓電平供電。
12.根據權利要求11所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述設備包括用于在所述兩個I/O設備之間傳輸信號的總線模塊。
13.根據權利要求12所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述總線模塊包括上行信號路徑和下行信號路徑，其中所述上行信號路徑和所述下行信號路徑共享所述兩個I/O設備。
14.根據權利要求10所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述共電壓電平由所述一組電池單元的至少一個電池單元的電壓提供。
15.根據權利要求10所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述設備包括電壓調節(jié)器，其中所述共電壓電平由所述一組電池單元中的一個電池單元的陽極電壓和所述電壓調節(jié)器的輸出電壓提供。
16.根據權利要求8所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述一組設備還包括一組模數轉換器，其中所述共電壓電平用于診斷所述模數轉換器。
17.根據權利要求12所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述總線模塊包括差分電路，用于傳輸所述信號。
18.根據權利要求8所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述一組設備分別包括總線引擎，其中所述總線引擎使用缺省信號線進行信號傳輸，若無法使用所述缺省信號線，則使用備用信號線代替所述缺省信號線。
19.一種信號傳輸方法，其特征在于，所述信號傳輸方法至少包括下列步驟
在一組總線模塊的第一總線模塊中的第一共電壓電平和第二共電壓電平之間傳輸信號；以及
在所述一組總線模塊的所述第一總線模塊和第二總線模塊之間傳輸信號，其中所述第一總線模塊和所述第二總線模塊共享所述第二共電壓電平。
20.根據權利要求19所述的信號傳輸方法，其特征在于，所述信號傳輸方法還包括下列步驟
由控制單元發(fā)出所述信號；以及
在所述控制單元和所述第一總線模塊之間傳輸所述信號。
21.根據權利要求19所述的信號傳輸方法，其特征在于，所述信號傳輸方法還包括下列步驟
獲取電池中的電池單元的狀態(tài)；以及
使用轉換器將所述狀態(tài)轉換為所述信號。
22.根據權利要求19所述的信號傳輸方法，其特征在于，所述信號傳輸方法還包括下列步驟
使用精確的第一轉換器將第一參考電壓轉換為第一值；
使用第二轉換器將所述第一參考電壓轉換為第二值；以及
比較所述第一值和所述第二值，以診斷所述第二轉換器。
23.根據權利要求22所述的信號傳輸方法，其特征在于，所述信號傳輸方法還包括下列步驟
根據所述比較的結果，校正所述第二轉換器；
采用所述第二轉換器將第二參考電壓轉換為第三值；
采用第三轉換器將所述第二參考電壓轉換為第四值；以及
比較所述第三值和所述第四值，以診斷所述第三轉換器。
24.根據權利要求23所述的信號傳輸方法，其特征在于，所述第二參考電壓包括所述第二共電壓電平。
25.根據權利要求19所述的信號傳輸方法，其特征在于，所述第一共電壓電平用于向所述第一總線模塊中的第一I/O設備供電，所述第二共電壓電平用于向所述第一總線模塊中的第二I/O設備供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種垂直總線電路、電池管理系統(tǒng)以及信號傳輸方法。所述垂直總線電路包括一組總線模塊，所述一組總線模塊之間傳輸信號，其中，所述一組總線模塊共享一組共電壓電平，所述總線模塊進一步包括信號路徑和分別由第一電平和第二電平供電的兩個I/O設備，且所述信號路徑用于在所述兩個I/O設備之間傳輸信號，所述一組共電壓電平用于在所述一組總線模塊之間傳輸信號；與現(xiàn)有技術相比，采用了本發(fā)明的垂直總線電路的電池管理系統(tǒng)成本低且功耗小。
文檔編號G08C19/00GK101770685SQ201010002020
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月5日 優(yōu)先權日2009年1月6日
發(fā)明者栗國星, 劉柳勝 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司