使用少量隔離元件發(fā)送二次保護信號和診斷信號的電池管理系統(tǒng)相關申請的交叉引用本申請要求2013年10月25日在大韓民國提交的韓國專利申請第10-2013-0127905號的優(yōu)先權，該申請的公開內(nèi)容通過引用而包含于本文。本申請要求2014年10月15日在大韓民國提交的韓國專利申請第10-2014-0139330號的優(yōu)先權，該申請的公開內(nèi)容通過引用而包含于本文。技術領域本公開涉及用于發(fā)送二次保護信號和診斷信號的電池管理系統(tǒng)(BMS)，更具體而言，涉及使用少量的隔離元件的用于發(fā)送二次保護信號和診斷信號的BMS。

背景技術：
因易于應用到各類產(chǎn)品的特性以及諸如高能量密度的電特性，二次電池不僅普遍應用于便攜設備，而且廣泛應用于電動車輛(EV)、混合動力電動車輛(HEV)或電機推動的能量存儲系統(tǒng)。二次電池正獲得關注，這是由于其顯著減少化石燃料的使用以及不產(chǎn)生來自于使用能量的副產(chǎn)物的主要優(yōu)點，這使其成為新的環(huán)境友好并且能量有效的能量源。二次電池可以通過元件之間的電化學反應來反復充電和放電，所述元件包括正極集流器、負極集流器、隔膜、活性材料、電解液等。舉例而言，廣泛使用的鋰聚合物二次電池具有在大約3.7V到大約4.2V的范圍內(nèi)的操作電壓。因此，為了得到用于電動車輛的高功率電池組，多個單位二次電池單元串聯(lián)連接以構造電池組。除了此基本結構，電池組進一步包括電池管理系統(tǒng)(BMS)，以便通過將用于電源控制的算法應用到諸如電機的驅(qū)動負載、測量諸如電流或電壓的電特性值、充電/放電控制、電壓均衡控制、充電狀態(tài)(SOC)估計等，監(jiān)控和控制二次電池的狀態(tài)。最近，隨著對于高容量結構以及作為能量存儲源的利用的需求上升，對于多模塊結構的電池組的需求也在上升，在所述多模塊結構的電池組中組裝了包括多個二次電池單元的多個電池模塊。因為多模塊結構的電池組包括多個二次電池單元，使用單個BMS控制全部二次電池單元或多個電池模塊的充電/放電狀態(tài)存在著限制。因此，最近引入了這樣的技術，其中電池管理單元(BMU)設置到了包括在電池組中的每個電池模塊，這些BMU稱為從單元，另外設置了主BMS以控制從單元，使得每個電池模塊的充電和放電以主-從模式得到控制。圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術的外部設備10與BMS100的連接狀態(tài)的框圖。參考圖1，設置了BMS100，其包括八個從單元210以及一個主單元211。而且，BMS100連接到了電池組110，電池組110包括多個串聯(lián)連接的二次電池單元111。BMS100控制電池組110的充電和放電，并且進一步地測量包括在電池組110中的二次電池單元111的電壓。BMS100從外部設備10接收與充電和放電相關聯(lián)的控制信號，并發(fā)送與二次電池單元111的狀態(tài)相關聯(lián)的數(shù)據(jù)。然而，如上所述，因為電池組110包括多個串聯(lián)連接的單位二次電池單元以獲取用于電動車輛等的高功率電池組，外部設備10需要從BMS100電隔開，以防止外部設備10由于高電壓而受損。為此目的，連接并使用了光耦合器，其能夠在電隔開外部設備10與BMS100的同時發(fā)送并接收電信號。光耦合器也稱為光電耦合器。光耦合器對應于包括光發(fā)射源(輸入)和光檢測器(輸出)的開關元件。一般而言，紅外發(fā)光二極管(LED)用作光發(fā)射源，響應于光開啟的光電二極管或光電晶體管用作光檢測器。從而，當電流流向輸入側(cè)時，光發(fā)射源發(fā)射光，然后輸出側(cè)元件，即光電二極管或光電晶體管開啟。這就是說，光耦合器是設計為通過光而非電耦合來開啟或關閉的開關元件。當光耦合器用于將外部設備10連接到BMS100時，優(yōu)點是外部設備10可以與BMS100電隔開。同樣，在發(fā)送數(shù)據(jù)信號時可以防止導致高電壓電流從電池組110輸入到外部設備10側(cè)的反向電流，并且可以減少在電池組110的充電和放電期間產(chǎn)生的電磁波的影響。當BMS以主-從模式運行時，為了提供對于可能出現(xiàn)在主單元211中的故障的防護，從單元210可以配置為將與二次電池單元111相關聯(lián)的信息直接遞送到外部設備10。圖1示出了每個從單元210發(fā)送到外部設備10以采取對于主單元211中的故障的防護的三種類型的數(shù)據(jù)。發(fā)送自從單元210的“2nd_PROT”信號指表示二次電池單元111過充電超過預設電壓的信號。發(fā)送自從單元210的“UnderVPROT”信號指表示二次電池單元111過放電低于預設電壓的信號。發(fā)送自從單元210的“Diag”信號指通過從單元210的自診斷表示是否出現(xiàn)異常的信號。如此，每個從單元210向外部設備10發(fā)送三種類型的數(shù)據(jù)，而當這樣的從單元210的數(shù)量是八個時，為將外部設備10連接到從單元210所需要的光耦合器的總數(shù)量是二十四個。光耦合器比其他電子或電元件更加昂貴，這是BMS制造成本上升的因素。因此，需要這樣的關于BMS的研究，其在保持BMS100與外部設備10的隔離的同時，將信號從包括在BMS10中的從單元210發(fā)送到外部設備10。

技術實現(xiàn)要素：
技術問題本公開設計為解決現(xiàn)有技術的問題，因此本公開致力于提供一種用于使用少量隔離元件的發(fā)送二次保護信號和診斷信號的電池管理系統(tǒng)(BMS)。技術方案為達到該目的，根據(jù)本公開的電池管理系統(tǒng)是管理電池組的系統(tǒng)，并且包括：N個電池管理單元，電池管理單元配置為管理包括在電池組中的二次電池，其中N是大于或等于2的自然數(shù)；N個通信線路，通信線路電連接到每個電池管理單元以便向控制電池管理系統(tǒng)的外部設備發(fā)送數(shù)據(jù)；隔離元件，隔離元件配置為在電隔開外部設備和電池管理系統(tǒng)的同時發(fā)送信號；以及信號混合器，信號混合器電連接到N個通信線路以混合通過N個通信線路接收的信號，其中，每個電池管理單元通過時間分割發(fā)送至少兩段數(shù)據(jù)。根據(jù)本公開的隔離元件可以是光耦合器根據(jù)本公開的電池管理系統(tǒng)可以進一步包括電平位移器，該電平位移器連接在每個電池管理單元與通信線路之間。根據(jù)本公開的示例性實施例，每個電池管理單元可以使用ADSYNC通過時間分割發(fā)送至少兩段數(shù)據(jù)，ADSYNC改變在數(shù)據(jù)發(fā)送準備區(qū)段和數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段的起始點的信號的邏輯電平。在該實例中，包括在ADSYNC的數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段中的至少兩段數(shù)據(jù)可以具有相同的每個數(shù)據(jù)的寬度，而且遠離數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段的起始點的數(shù)據(jù)的寬度可以寬于接近起始點的數(shù)據(jù)的寬度。在后一種情況下，遠離數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段的起始點的數(shù)據(jù)的寬度可以比接近數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段的起始點的數(shù)據(jù)的寬度寬至少5％。而且，在ADSYNC的數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段中可以包括指示數(shù)據(jù)之間的邊界的脈沖。根據(jù)本公開的示例性實施例，N個電池管理單元可以進一步包括同步線路，以建立用于與相鄰的其他電池管理單元的同步的電連接。在該實例中，N個電池管理單元可以通過ADSYNC執(zhí)行同步。N個電池管理單元可以分別輸出自由運行ADSYNC并且可以同步到輸出的自由運行ADSYNC中的任意一個，而且N個電池管理單元可以同步到N個電池管理單元所輸出的自由運行ADSYNC之中具有最窄的數(shù)據(jù)發(fā)送準備區(qū)段寬度和最窄的ADSYNC周期寬度的自由運行ADSYNC。有益效果根據(jù)本公開，使用少量隔離元件就可以將電池管理系統(tǒng)連接到外部設備。附圖說明所附附圖示出了本公開的優(yōu)選實施方式，并且連同上述公開用于提供本公開的技術精神的進一步理解，從而，本公開不應解釋為限于附圖。其中圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術的外部設備與電池管理系統(tǒng)(BMS)的連接狀態(tài)的框圖。圖2至6是示出根據(jù)本公開的BMS的架構的框圖。圖7是示出ADSYNC的配置的波形圖。圖8是示出根據(jù)本公開的從電池管理單元(BMU)輸出的自由運行ADSYNC的波形圖。圖9是示出根據(jù)本公開的示例性實施例的已同步的自由運行ADSYNC的波形圖。具體實施方式下文中，將參考所附附圖具體描述本公開的優(yōu)選實施方式。在描述之前，應當理解，說明書和所附權利要求中使用的術語不應當被理解為受限于一般的和字典的含義，而是應當基于發(fā)明人為了最好的闡釋而允許適當?shù)叵薅ㄐg語的原則，基于對應于本公開的技術領域的含義和概念進行解釋。因此，本文所提出的描述只是用于說明目的的優(yōu)選示例，無意限定公開的范圍，因此應當理解，在不偏離本公開的精神和范圍的情況下可以對其作出其他等同形式或修改。圖2至6是示出根據(jù)本公開的電池管理系統(tǒng)(BMS)101-106的架構的框圖。下文中，在參考圖2至6的根據(jù)本公開的BMS101-106的描述中，應當理解，具有相同附圖標記的元件表示執(zhí)行相同功能的元件。從而，稍后將提供每個元件的具體描述，而下述描述基于每個實施例之間的差別作出。首先，描述圖2所示的根據(jù)本公開的第一實施例。為方便理解，根據(jù)本公開的第一實施例的BMS101與圖1所示的根據(jù)現(xiàn)有技術的BMS100一同描述。圖2所示的每個電池管理單元(BMU)310與每個通信線路330連接。這就是說，不似現(xiàn)有技術，通信線路的數(shù)量不隨著待發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)量增長而增長。第一實施例的特征在于，每個BMU310通過每個通信線路330向外部設備10發(fā)送數(shù)據(jù)。從而，每個BMU310通過時間分割發(fā)送至少兩段數(shù)據(jù)。同樣，每個BMU310通過隔離器元件一對一地連接到外部設備10。在本公開中，隔離器元件可以是光耦合器320。因為前文提供了光耦合器320的描述，所以在此省略了重復的描述。接下來，描述圖3所示的根據(jù)本公開的第二實施例。為方便理解，根據(jù)本公開的第二實施例的BMS102與圖2所示的根據(jù)本公開的第一實施例的BMS101一起描述。當比較根據(jù)本公開的第二實施例的BMS102與根據(jù)第一實施例的BMS101時，可見，在BMU310到外部設備10的連接中使用了一個光耦合器(上方描繪的320)。同樣，可見，引入了開關350和開關控制器340，以將BMU310選擇性地連接到外部設備10。同樣，可見，添加了光耦合器(下方描繪的320)，以控制開關控制器340。從而，光耦合器320的總數(shù)量是兩個。開關350用于通過開關控制器340的控制信號將通信線路330中的任何一個選擇性地連接到光耦合器320。在該實例中，開關控制器340通過光耦合器320連接到外部設備10，并且可以通過外部設備10進行控制。具有通信線路330的BMU310可以向外部設備10發(fā)送數(shù)據(jù)，通信線路330通過開關350連接到光耦合器320。接下來，描述圖4所示的根據(jù)本公開的第三實施例。為方便理解，根據(jù)本公開的第三實施例的BMS103與圖3所示的根據(jù)本公開的第二實施例的BMS102一起描述。根據(jù)本公開的第三實施例的BMS103包括代替開關350和開關控制器340的將BMU310連接到外部設備10的計算器360。計算器360可以自由地和選擇性地將BMU310連接到光耦合器320。計算器360的部件可以實施為包括邏輯電路的電子電路模塊。電子電路模塊的示例可以包括專用集成電路(ASIC)。然而，本公開不限于此。具有通信線路330的BMU310可以向外部設備10發(fā)送數(shù)據(jù)，通信線路330通過開關360連接到光耦合器320。接下來，描述圖5所示的根據(jù)本公開的第四實施例。為方便理解，根據(jù)本公開的第四實施例的BMS104與圖4所示的根據(jù)本公開的第三實施例的BMS103一起描述。根據(jù)本公開的第四實施例的BMS104包括代替計算器36的將BMU310連接到外部設備10的信號混合器370。信號混合器370是指把N個數(shù)據(jù)信號混合為一個并且輸出單一信號的設備。信號混合器370為本領域技術人員所熟知的元件，本文將省略其詳細描述。信號混合器370電連接到N個通信線路330中的每一個。同樣，信號混合器370將接收自每個BMU310的信號混合為一個。從而，從N個BMU310輸出的信號混合為一個并且發(fā)送到外部設備10。接下來，描述圖6所示的根據(jù)本公開的第五實施例。為方便理解，根據(jù)本公開的第五實施例的BMS105與圖5所示的根據(jù)本公開的第四實施例的BMS104一起描述。在根據(jù)本公開的第五實施例的BMS105中，可見，每個BMU310通過一個通信線路330電連接到信號混合器370。從而，信號混合器以相繼的順序接收從N個BMU310輸出的信號，將信號混合為一個，并且將單一信號發(fā)送到外部設備10。在根據(jù)本公開的示例性實施例的描述中，光耦合器320被示出為將外部設備10連接到BMS101-105的元件。光耦合器320是在發(fā)送信號的同時將外部設備10從BMS101-105電隔開的隔離元件的示例。從而，本公開的范圍不限于表現(xiàn)為隔離元件的示例的光耦合器320。在該實例中，根據(jù)本公開的BMS101-105可以進一步包括電平位移器390，其電連接在每個BMU310與通信線路330之間。電平位移器390指以希望范圍的電勢值將輸入信號輸出的設備。電平位移器390為本領域技術人員所熟知的元件，本文將省略其詳細描述。根據(jù)本公開的BMS101-105包括N個BMU310。N個BMU310管理包括在電池組110中的二次電池111。BMU310對包括在電池組110中的二次電池111的管理代表執(zhí)行各種類型的普通水平上的可應用的控制，包括充電/放電電流、包括每個二次電池111的電壓或電流的電特性值的測量、充電/放電控制、電壓均衡控制、充電狀態(tài)(SOC)估計等。在該實例中，電池組110包括至少一個二次電池111，并且二次電池111不限于特定類型。每個二次電池可以包括可再沖并且需要考慮充電或放電電壓的鋰離子電池、鋰聚合物電池、Ni-Cd電池、Ni-MH電池以及Ni-Zn電池。同樣，包括在電池組110中的二次電池111的數(shù)量可以基于所需的輸出電壓或充電/放電容量來不同地設定。然而，本公開不受限于二次電池111的類型、輸出電壓和充電容量等。同樣，盡管圖2至6顯示了所有二次電池111串聯(lián)連接的實施例，本公開不受限于二次電池111的連接方法。不似現(xiàn)有技術，根據(jù)本公開的BMU310通過一個通信線路330發(fā)送至少兩段數(shù)據(jù)。從而，至少兩段數(shù)據(jù)通過時間分割輸出為數(shù)據(jù)信號。為此目的，根據(jù)本公開的BMU310可以使用ADSYNC通過時間分割發(fā)送至少兩段數(shù)據(jù)，ADSYNC在數(shù)據(jù)發(fā)送準備區(qū)段和數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段的起始點改變信號的邏輯電平。ADSYNC是一種用于BMU310與外部設備10之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的通信協(xié)議。這就是說，BMU310通過指定方法發(fā)送至少兩段數(shù)據(jù)，并且外部設備10通過指定方法接收和讀取該至少兩段數(shù)據(jù)。圖7是示出ADSYNC的配置的波形圖。一個ADSYNC周期包括數(shù)據(jù)發(fā)送準備區(qū)段和數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段。為區(qū)分數(shù)據(jù)發(fā)送準備區(qū)段和數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段，ADSYNC在數(shù)據(jù)發(fā)送準備區(qū)段和數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段的起始點改變信號的邏輯電平。數(shù)據(jù)發(fā)送準備區(qū)段允許作為高邏輯電平信號(H)的輸出，而數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段允許作為低邏輯電平信號(L)的輸出。高邏輯電平可以設定為5V而低邏輯電平可以設定為0V，但是本公開不限于該示例。在該實例中，容易認識到，附圖中示出的數(shù)據(jù)發(fā)送準備區(qū)段被解釋為預設最小寬度，而一個周期被解釋為ADSYNC周期的預設最小寬度。通過ADSYNC同步的BMU310和外部設備10可以在數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段期間在預設寬度內(nèi)發(fā)送和接收所收集的數(shù)據(jù)。從圖7所示的數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段的起始點，“2nd_PROT”、“UnderVPROT”和“Diag”可以以相繼順序發(fā)送。顯然，數(shù)據(jù)發(fā)送順序可以不同地設定。下文中，ADSYNC周期表示一個由數(shù)據(jù)發(fā)送準備區(qū)段和數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段組成的信號周期(ADSYNC周期＝數(shù)據(jù)發(fā)送準備區(qū)段+數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段)。包括在ADSYNC的數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段中的至少兩段數(shù)據(jù)可以具有相同的寬度或彼此不同的寬度。當包括在ADSYNC的數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段中的至少兩段數(shù)據(jù)具有彼此不同的寬度時，遠離數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段的起始點的數(shù)據(jù)的寬度寬于接近數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段的起始點的數(shù)據(jù)的寬度。例如，遠離數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段的起始點的數(shù)據(jù)的寬度比接近數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段的起始點的數(shù)據(jù)的寬度寬5％。當數(shù)據(jù)接收側(cè)，即外部設備10側(cè)，或數(shù)據(jù)發(fā)送側(cè)102使用電阻器-電容器(RC)振蕩器來檢測或發(fā)送信號時，在發(fā)送和接收之間可能出現(xiàn)大約5％或更多的誤差。顯然，誤差隨著RC振蕩器性能的提升而減小，但是隨著性能變得更高，RC振蕩器的成本變高。從而，當做出發(fā)送至少兩段數(shù)據(jù)的嘗試時，考慮到可能的誤差，通過增加每個數(shù)據(jù)的寬度，例如增加5％，而在不使用高性能RC振蕩器的情況下能夠支持數(shù)據(jù)的通信。當誤差為-5％～+5％而且發(fā)送具有預定寬度時，可發(fā)送和可接收數(shù)據(jù)的數(shù)量限制為九個或更少。如圖7所示，可見，以每個數(shù)據(jù)的漸增的寬度來發(fā)送數(shù)據(jù)。而且，在ADSYNC的數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段中可以包括指示數(shù)據(jù)之間的邊界的脈沖。在該實例中，當在實際使用的系統(tǒng)中期待的誤差較大時，數(shù)據(jù)的增加寬度可以在寬度上增加。而且，根據(jù)本公開的BMU310可以進一步包括同步線路，以建立用于與相鄰的其他BMU同步的電連接。在該實例中，BMU310通過ADSYNC執(zhí)行同步。當每個BMU測量電壓或進行自診斷的定時存在差別時，電壓測量會不正確地執(zhí)行或者電壓測量獲得的數(shù)據(jù)可能對外部設備10沒有幫助。從而，BMS101-106需要執(zhí)行全部BMU310的同步操作并發(fā)送數(shù)據(jù)。為此目的，自由運行ADSYNC通過在BMU310之間互聯(lián)的同步線路得以輸出。在此使用的自由運行ADSYNC指用于BMU310之間的同步的預備信號。圖8是示出根據(jù)本公開的從BMU310輸出的自由運行ADSYNC的波形圖。參考圖8，可見，從BMU單元1到單元8輸出的自由運行ADSYNC在數(shù)據(jù)發(fā)送準備區(qū)段的寬度上和ADSYNC周期的寬度上不同。每個BMU310的自由運行ADSYNC可以用于通過同步線路來識別全部BMU310。在該實例中，根據(jù)本公開的BMU310同步到輸出的自由運行ADSYNC中的任意一個。根據(jù)本公開的示例性實施例，BMU310同步到從多個BMU310輸出的自由運行ADSYNC之中具有最窄的數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)段寬度和最窄的ADSYNC周期寬度的自由運行ADSYNC。圖9是示出根據(jù)本公開的示例性實施例的已同步的自由運行ADSYNC的波形圖。一同參考圖8和9，圖8中可見，單元8的數(shù)據(jù)發(fā)送準備區(qū)段的寬度最窄而且一個周期的自由運行ADSYNC最早。從而，根據(jù)本公開的示例性實施例，圖9中可見，單元1和單元2的自由運行ADSYNC與單元8的自由運行ADSYNC同步。隨后，每個BMU310根據(jù)已同步的ADSYNC周期測量二次電池111的電壓或進行故障診斷。而且，當每個BMU310向外部設備10發(fā)送數(shù)據(jù)時，BMU310可以確定其數(shù)據(jù)的發(fā)送順序。根據(jù)本公開，可以使用少量隔離元件來連接BMS和外部設備。同時，在本公開的描述中，應當理解，圖2至6中所示的本公開的每個元件或部件是在邏輯上區(qū)分的而不是在物理上區(qū)分的。這就是說，每個元件或部件對應于實現(xiàn)本公開的技術精神的邏輯元件或部件，因此，應當理解，盡管每個元件或部件是整合的或分開的，如果本公開的邏輯元件或部件執(zhí)行的功能可以被實現(xiàn)，其落入本公開的范圍，并且如果其是執(zhí)行一致的或相似的功能的元件或部件，不論名稱是否一致其都落入本公開的范圍。盡管本公開是以有限數(shù)量的實施例和附圖相關地在上文描述的，但是本公開不限于此，應當理解，本領域技術人員可以在本發(fā)明的技術精神和所附權利要求的等同形式的范圍內(nèi)做出各種修改和改變。