CN111864280B - 控制器及电池管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制器及电池管理方法。该控制器包括：采集端口，与参数采集电路耦合，采集指示电池包的电池参数的值；检测端口，与检测电路耦合，用于当电池参数的值满足休眠条件时，发出使能信号，以使检测电路检测电池包与负载和/或充电器之间的连接情况；休眠条件判断电池包能否进入休眠状态；接收端口，与检测电路耦合，用于接收检测电路的检测结果；控制器根据该检测结果，控制电池包进入多个休眠模式中的一种休眠模式；控制端口，发出控制信号，以导通或断开充电开关和/或放电开关；控制信号是控制器根据检测结果产生。本发明通过根据电池包所处的状态，控制电池包进入休眠状态中的不同休眠模式，降低功耗，延长电池包待机时间。

Description

控制器及电池管理方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种控制器及电池管理方法。

背景技术

随着生活质量的提高，可移动的电子设备已逐步走进人们的生活中，如扫地机、吸尘器等。而这些电子设备均需要电池为其工作提供电能。目前最常用的电池为锂离子电池。一般情况下，锂离子电池能够进行300～500次的充放电，使用寿命大概为2～3年。在使用过程中，锂离子电池可能会出现破坏其内部结构的过温、过压、过流等异常状况，从而降低锂离子电池的使用寿命。因此，电池管理系统便应运而生。电池管理系统可对锂离子电池进行管理，以防止或避免异常状况发生。但是，目前的电池管理系统可防止或避免锂离子电池在使用过程中发生异常状况，却无法管理自身的耗电情况，从而额外消耗了锂离子电池所储存的电量，进而缩短了待机时间。

发明内容

本发明提供了一种控制器。该控制器用于管理电池包。该控制器包括：

采集端口，与参数采集电路耦合，用于采集指示电池包的电池参数的值；

检测端口，与检测电路耦合，用于当电池参数的值满足休眠条件时，发出使能信号，以使检测电路检测电池包与负载和/或充电器之间的连接情况；其中，休眠条件用于判断电池包能否进入休眠状态；休眠状态包括多个休眠模式；

接收端口，与检测电路耦合，用于接收检测电路的检测结果；其中，检测结果是电池包与负载和/或充电器之间的连接情况；控制器根据检测结果，控制电池包进入多个休眠模式中的一种休眠模式；及

控制端口，用于发出控制信号，以导通或断开充电开关和/或放电开关；其中，控制信号是控制器根据检测结果产生。

本发明还提供了一种电池管理方法。该电池管理方法用于管理电池包。该电池包包括控制器和检测电路。该电池管理方法包括：

当电池插入电池包后，控制器采集指示电池包的电池参数的值；

当电池参数的值满足进入休眠状态的休眠条件后，控制器发出使能信号，其中，休眠状态包括多种休眠模式；

根据使能信号，检测电路检测电池包与负载和/或充电器之间的连接情况，得到检测结果；及

根据检测结果，控制器控制电池包进入多种休眠模式中的一种休眠模式。

本发明提供的控制器和电池管理方法，可根据电池包所处的状态，控制电池包进入不同的休眠模式，从而降低电池包的功耗，进而延长电池包的待机时间。

附图说明

以下通过结合本发明的一些实施例及其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。

图1所示为根据本发明一个实施例的电池包的方框示意图；

图2所示为根据本发明一个实施例的控制器的具体电路图；

图3所示为根据本发明一个实施例的电池管理方法的流程图；

图4所示为根据本发明一个实施例的电池管理方法的流程图；及

图5所示为根据本发明一个实施例的电池管理方法的流程图。

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细。描述，以便于凸显本发明的主旨。

图1所示为根据本发明一个实施例的电池包100的方框示意图。该电池包100包括电池101、控制器102及与控制器102耦合的外围电路。另外，该电池包100还包括端口PACK+和端口PACK-。其中，端口PACK+代表电池包100的最高电势，端口PACK-代表电池包100的最低电势。在端口PACK-与电池101的负极之间还连接有充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。在充电开关Q_CHG导通时，充电器可为电池包100充电。在放电开关Q_DSG导通时，电池包100可为负载供电。在端口PACK+与电池101的正极之间连接有保险丝。该保险丝可在紧急情况(如，永久性电压高故障)，实现断开电池包100与充电器和/或负载的连接，从而保护电池包100。

该电池包100的工作模式有功率模式、休眠状态、关机模式及挂起模式。该休眠状态包括多种休眠模式。该多种休眠模式包括负载休眠模式、充电休眠模式和空载休眠模式。在不同的模式下，该电池包100的功耗也不相同。更重要的是，即使处于休眠状态下，根据电池包100与负载和/或充电器之间的连接情况，控制器102也可控制电池包100进入相应的休眠模式，既可保证电池包100的正常工作，又可最大程度的减少电池包100的功耗，从而延长电池101的待机时间。

电池101包括一个或多个单体电池。单体电池CELL1、单体电池CELL2、……、单体电池CELLn依次串联耦合。其中，单体电池可以是锂离子电池。在一实施例中，单个锂离子电池的工作电压为2.5V～4.2V。在其他实施例中，单个锂离子电池的工作电压也可以是其他电压范围。

该外围电路中的监测电阻RFi和滤波电容CFi共同构成低通滤波器。其中，该监测电阻RFi和滤波电容CFi与对应的单体电池CELLi耦合。该低通滤波器耦合于电池101与控制器102之间。该低通滤波器用于滤除所对应的单体电池CELLi所提供的电压中的高频成分，从而消除不需要的噪声成分。i＝1，2，……，n。

该外围电路中的参数采集电路103采集指示电池包100电池参数的值。具体地，参数采集电路103包括电流采集电路104和温度采集电路105。电流采集电路104感应流过电池包100的电池电流I_BAT以产生指示该电池电流I_BAT的感应电压V_SEN。其中，电流采集电路104包括电流感应器R_SEN。电池电流I_BAT包括充电电流I_CHG和放电电流I_DSG。为便于区分，在本实施例中，若电池电流I_BAT为正值，且高于充电电流阈值I_{C_SET}，则视为充电电流I_CHG；若电池电流I_BAT为负值，且电池电流I_BAT的绝对值高于放电电流阈值I_{D_SET}的绝对值，则视为放电电流I_DSG。温度采集电路105感应电池包100的电池温度T_BAT以产生指示该电池温度T_BAT的感应电压V_THM。其中，该温度采集电路105包括热敏电阻。

该外围电路中的检测电路106接收到控制器102发出的使能信号后，检测电池包100与负载和/或充电器之间的连接情况，得到检测结果。其中，该检测电路106包括负载接入检测电路107和充电器接入检测电路108。具体地，负载接入检测电路107在接收到控制器102发出的使能信号后，检测电池包100是否与负载连接。当电池包100与负载连接时，负载接入检测电路107向控制器102发送低电平信号。在电池包100未与负载连接时，负载接入检测电路107向控制器102发送高电平信号。因此，可通过负载接入检测电路107所发出的高/低电平信号来判断电池包100是否与负载连接。充电器接入检测电路108检测电池包100是否与充电器连接。当电池包100与充电器连接时，充电器接入检测电路108向控制器102发送低电平信号。当电池包100未与充电器连接时，充电器接入检测电路108向控制器102发送高电平信号。因此，通过该充电器接入检测电路108所发出的高/低电平信号可判断电池包100是否与充电器连接。

控制器102包括采集端口109、检测端口110、接收端口111和控制端口112。具体地，采集端口109采集指示电池包100电池参数的值。当该电池参数的值满足休眠条件时，检测端口110发出使能信号。根据该使能信号，检测电路106检测电池包100与负载和/或充电器之间的连接情况，并将检测结果发送至接收端口111。接收端口111接收该检测结果。根据该检测结果，控制器102产生控制信号，并通过控制端口112发出该控制信号，以导通或断开充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。同时，控制器102根据该检测结果控制电池包100进入多种休眠模式中的一种休眠模式，以节省功耗。其中，休眠条件用于判断电池包100能否进入休眠状态。该休眠状态包括多种休眠模式。控制信号包括导通充电开关Q_CHG和/或放电开关Q_DSG的第一电压信号(如，高电平)和断开充电开关Q_CHG和/或放电开关Q_DSG的第二电压信号(如，低电平)。

该外围电路还包括开关控制电路113。该开关控制电路113分别与充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG耦合。该开关控制电路113接收并转换控制端口112发出的控制信号，得到指示导通或断开的电压信号。那么，指示导通的电压信号可导通充电开关Q_CHG和/或放电开关Q_DSG，指示断开的电压信号可断开充电开关Q_CHG和/或放电开关Q_DSG。

该外围电路还包括关机与唤醒电路114。该控制器102还包括电源端口VCC和端口GPIO1。该关机与唤醒电路114分别与电源端口VCC和端口GPIO1耦合。该关机与唤醒电路114可将电池101的电能通过电源端口VCC传递至控制器102，从而为控制器102的正常工作提供电能。另外，在充电器连接至电池包100时，该关机与唤醒电路114可接收到充电器接入检测电路108发出的指示充电器接入的信号，并根据该信号，唤醒控制器102。该关机与唤醒电路114还可接收端口GPIO1发出的指示关机的信号，并根据该信号，停止为控制器102提供电能。

另外，外围电路还包括熔断控制电路115。该熔断控制电路115与控制器102的端口GPIO2耦合，可接收该端口GPIO2发出的熔断信号，从而根据该熔断信号，熔断保险丝，保护电池包100。

图2所示为根据本发明一个实施例的控制器102的具体电路图。图2将结合图1进行介绍。控制器102的采集端口109包括电压采集端口201、温度采集端口202和电流采集端口203。该控制器102还包括电平位移及均衡单元204、多路选择器205、第一模数转换器206、第二模数转换器207及控制单元208。

电压采集端口201接收指示每个单体电池电池电压V_BAT的指示电压V_IN。具体地，电压采集端口201包括端口BAT1、端口BAT2、……、端口BATn。端口BAT1与单体电池CELL1耦合，端口BAT2与单体电池CELL2耦合，……，端口BATn与单体电池CELLn耦合。端口BATn接收指示相对应的单体电池CELLn的电池电压V_BAT的指示电压V_IN，其中，n＝1，2，……。

温度采集端口202接收温度采集电路105所采集的指示该电池包100电池温度T_BAT的感应电压V_THM。具体地，温度采集端口202包括端口THM。该端口THM接收温度采集电路105所采集的指示该电池包100电池温度T_BAT的感应电压V_THM。另外，该温度采集端口202还可包括端口THM1(图中未标出)。温度采集电路105还可采集指示充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG温度的电压，该端口THM1接收该电压。

电流采集端口203接收电流采集电路104所采集的指示电池包100电池电流I_BAT的感应电压V_SEN。具体地，电流采集端口203包括端口SM和端口SP。端口SM和端口SP之间耦合有电流采集电路104(如，电流感应器R_SEN)。端口SM和端口SP接收电流感应器R_SEN两端的电压，并转换为电压差。其中，该电压差即为指示该电池包100电池电流I_BAT的感应电压V_SEN。

电平位移及均衡单元204，与电压采集端口201耦合，接收该电压采集端口201所接收到的指示电压V_IN，并将该指示电压V_IN转换为电池电压V_BAT。其中，指示电压V_IN为单体电池CELLn的正极相对于地的电压，电池电压V_BAT为单体电池CELLn的正极相对于单体电池CELLn-1的正极的电压。具体地，电平位移及平衡单元分别与端口BAT1、端口BAT2、……、端口BATn耦合，从而接收各个端口发送的指示电压V_IN，并将该指示电压V_IN转换为所对应的单体电池的电池电压V_BAT。例如，对于单体电池CELL3而言，指示电压V_IN3＝V_CELL1+V_CELL2+V_CELL3，对于单体电池CELL2而言，指示电压V_IN2＝V_CELL1+V_CELL2，则单体电池CELL3的电池电压V_BAT＝V_IN3-V_IN2＝V_CELL3。另外，该电平位移及均衡单元204还可接收控制单元208所发出的均衡信号，并根据该均衡信号对相应的单体电池执行均衡操作。

多路选择器205分别与电平位移及均衡单元204和温度采集端口202耦合。该多路选择器205接收电平位移及均衡单元204发出的各个单体电池的电池电压V_BAT和温度采集端口202发出的感应电压V_THM，并将该电池电压V_BAT和感应电压V_THM传递至第一模数转换器206。

第一模数转换器206接收该电池电压V_BAT和感应电压V_THM，并将其转换为用数字信号表示的电池电压V_BAT和电池温度T_BAT。第二模数转换器207接收电流采集端口203发出的感应电压V_SEN，并将其转换为用数字信号表示的电池电流I_BAT。其中，用数字信号表示的电池电压V_BAT、电池温度T_BAT和电池电流I_BAT即为用数字信号表示的电池参数的值。其中，在功率模式下，第一模数转换器206和第二模数转换器207以固定频率接收电池参数的值并进行转换。在其他模式下，第一模数转换器206和第二模数转换器207停止工作，以减少电池包100的功耗。

控制单元208分别与第一模数转换器206和第二模数转换器207耦合。该控制单元208接收该用数字信号表示的电池参数的值，并判断该电池参数的值是否满足休眠条件。当该电池参数的值满足休眠条件时，控制单元208生成使能信号，发送至检测端口110，以使检测电路106检测电池包100与负载和/或充电器之间的连接情况。其中，该休眠条件可以由设计者指定或者由用户设置。在一实施例中，该休眠条件为电池包100不存在电池电流I_BAT，同时电池参数的值既不满足故障条件，也不满足异常条件，且电池电压V_BAT不满足均衡条件。

其中，为了更清楚的说明电池包100可进入休眠状态的休眠条件，下面将逐一介绍在休眠条件中所涉及到故障条件、异常条件、均衡条件等。

故障条件用于判断电池包100的故障情况。例如，当存在某一单体电池的电池电压V_BAT大于等于高电压阈值V_HIGH，即V_BAT≥V_HIGH，判断出电池包100出现永久性电压高故障。当存在某一单体电池的电池电压V_BAT小于等于低电压阈值V_LOW，即V_BAT≤V_LOW，判断出电池包100出现永久性电压低故障。单体电池中的最低电池电压V_LOWEST大于等于预设电压值V_SET，即V_LOWEST≥V_SET，且单体电池中的最高电池电压与最低电池电压的差值ΔV大于等于预设差值ΔV_SET，即ΔV≥ΔV_SET，判断出电池包100出现永久性电压不均衡故障。只要出现以上三种故障中的任一故障，即可判断电池包100出现永久性故障。其中，该故障条件可以由设计者指定或者由用户设置。另外，在发生永久性电压高故障时，控制单元208还可发出熔断信号，使得熔断控制电路115熔断保险丝，从而断开电池包100与充电器和/或负载之间的连接，以免电池包100被损坏。

异常条件用于判断电池包100的过压、欠压、过流、过温及欠温情况。例如，当存在任一单体电池的电池电压V_BAT大于等于过压阈值V_OV，或低于欠压阈值V_UV，即V_BAT≥V_OV或V_BAT＜V_UV，判断出电池包100存在过压或欠压情况。在电池电流I_BAT为充电电流I_CHG，当充电电流I_CHG高于过流阈值I_OC，即I_CHG＞I_OC，判断出电池包100存在充电过流情况。在电池电流I_BAT为放电电流I_DSG，当放电电流I_DSG的绝对值高于过流阈值I_OC'，即|I_DSG|＞I_OC'，判断出电池包100存在放电过流情况。当电池电流I_BAT的绝对值高于短路电流阈值I_SC，即|I_BAT|＞I_SC，判断出电池包100存在短路情况。当电池包100的电池温度T_BAT大于等于过温阈值T_OT或小于等于欠温阈值T_UT，即T_BAT≥T_OT或T_BAT≤T_UT，或者当充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG中任一个的温度T_FET大于等于过温阈值T_OT'或小于等于低温阈值T_UT'时，即T_FET≥T_OT'或T_FET≤T_UT'，判断出电池包100存在过温或欠温情况。只要出现以上异常情况中的任一种，即可判断电池包100出现异常。其中，该异常条件可以由设计者指定或者由用户设置。

均衡条件用于判断是否需要对电池包100中的单体电池进行均衡操作。例如，各单体电池中的最低电池电压V_LOWEST高于预设电压值V_SET'，即V_LOWEST＞V_SET'，且各单体电池中的最高电池电压与最低电池电压的差值ΔV高于预设差值ΔV_SET'，即ΔV＞ΔV_SET'，判断出各单体电池的电池电压存在不均衡。其中，该均衡条件可以由设计者指定或者由用户设置。

控制器102的控制端口112包括端口CHG_EN和端口DSG_EN。端口CHG_EN和端口DSG_EN分别与开关控制电路113耦合。具体地，端口CHG_EN将控制单元208所发送指示导通或断开充电开关Q_CHG的控制信号传输至开关控制电路113。经开关控制电路113对该控制信号转换后，变为高/低电压信号，从而导通或断开充电开关Q_CHG。端口DSG_EN将控制单元208所发送的指示导通或断开放电开关Q_DSG的控制信号传输至开关控制电路113。经开关控制电路113对该控制信号转换后，变为高/低电压信号，从而导通或断开放电开关Q_DSG。

另外，该控制器102还包括电流比较器209。该电流比较器209耦合于电流采集端口203与控制单元208之间。该电流比较器209可快速的接收到电流采集端口203所传输的指示电池电流I_BAT的感应电压V_SEN，并与预设电压值相比较，且将比较结果发送至控制单元208。根据该比较结果，控制单元208可快速的判断出电池包100是否出现短路或过流状况，从而执行相应的保护操作(如断开充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG)。其中，该电流比较器209在各种模式下均保持工作状态。

该控制器102还包括积分电路210。在电池包100进入休眠状态后，该积分电路210自动使能，端口SM和端口SP所采集到的感应电压V_SEN并对其进行积分计算，从而得到预设时间内的电压值。当该电压值超过预设电压门限时，说明电池包100存在电池电流I_BAT，进而唤醒控制单元208。其中，该积分电路210在各种休眠模式下均保持工作状态。

该控制器102还包括计时器211。该计时器211与控制单元208耦合，可记录时间(如，异常情况持续的时间、延迟时间等)，从而使控制单元208根据该时间执行相应操作。例如，计时器211记录电池包100进入休眠状态的时间。

该控制器102还包括时钟(图中未标出)。该时钟以一定频率向控制器102发出时钟信号，以使控制器102内部协调有序的运行。其中，在功率模式下，该时钟的运行频率较高，如2MHz。在其他模式下，该时钟的运行频率变低，如64KHz。因此，通过在非功率模式下降低时钟的运行频率，可实现减少电池包100的功耗，从而延长电池101的待机时间。

控制器102的检测端口110包括端口EN_LOAD。端口EN_LOAD与负载接入检测电路107耦合，将控制器102产生的使能信号发送至负载接入检测电路107，以使负载接入检测电路107进行检测。

控制器102的接收端口111包括端口LOAD_OFF和端口CHG_OUT。端口LOAD_OFF与负载接入检测电路107耦合，接收负载接入检测电路107发送的检测结果，并将该检测结果传输至控制单元208。端口CHG_OUT与充电器接入检测电路108耦合，接收充电器接入检测电路108发送的检测结果，并将该检测结果发送至控制单元208。

控制单元208根据接收到的负载接入检测电路107和充电器接入检测电路108发送的检测结果，控制电池包100进入多种休眠模式中的一种休眠模式，同时也发出控制信号。根据该控制信号，开关控制电路113导通或断开充电开关Q_CHG和/或放电开关Q_DSG。可见，在不同的休眠模式下，充电开关Q_CHG和/或放电开关Q_DSG的导通或断开状态也不同。这种方式一方面可以降低电池包100的对外功耗，另一方面可以保证该电池包100随时进入功率模式。同时，控制器102内部一些元件停止工作，以减少电池包100的内部功耗。其中，多种休眠模式包括负载休眠模式、空载休眠模式和充电休眠模式。

具体地，当检测结果是电池包100未与负载连接，且电池包100未与充电器连接时，控制单元208控制电池包100进入空载休眠模式，同时还生成控制信号并发送至控制端口112。其中，该控制信号包括指示充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG断开的第二电压信号。开关控制电路113接收该第二电压信号，并将其转换为低电压信号，从而断开充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。在该空载休眠模式下，充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG均被断开，从而减少电池包100对外功耗。同时，控制器102内部只有积分电路210、电流比较器209和时钟保持工作，时钟由原来的高频运行转换为低频运行，进一步减少电池包100的内部功耗，进而延长电池101的待机时间。在空载休眠模式下，可在最大程度上降低该电池包100的功耗。

当检测结果是电池包100未与负载连接，电池包100与充电器连接，控制单元208控制电池包100进入充电休眠模式，同时还生成控制信号并发送至控制端口112，进而断开放电开关Q_DSG，导通充电开关Q_CHG。其中，该控制信号包括指示充电开关Q_CHG导通的第一电压信号和指示放电开关Q_DSG断开的第二电压信号。开关控制电路113接收第一电压信号，并将其转换为高电压信号，以导通充电开关Q_CHG。开关控制电路113接收第二电压信号，并将其转换为低电压信号，以断开放电开关Q_DSG。在充电休眠模式下，充电开关Q_CHG被导通，使得可随时对该电池包100充电，而放电开关Q_DSG被断开，可减少电池包100对外功耗。同时，控制器102内部只有积分电路210、电流比较器209和时钟保持工作，时钟由原来的高频运行转换为低频运行，从而减少电池包100的内部功耗，进而延长电池101的待机时间。

当检测结果是电池包100与负载连接，控制单元208控制电池包100进入负载休眠模式，同时还生成控制信号并发送至控制端口112，进而导通充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。其中，该控制信号包括指示充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG导通的第一电压信号。开关控制电路113接收该第一电压信号，并将其转换为高电压信号，以导通充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。其中，在负载休眠模式下，控制器102内部只有积分电路210、电流比较器209和时钟保持工作，同时时钟由原来的高频运行转换为低频运行，以减少电池包100的内部功耗，进而延长电池101的待机时间。另外，充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG均被导通，使得该电池包100可随时对外供电或被充电。

当电池参数的值满足故障条件时，控制单元208控制电池包100进入挂起模式，同时还生成控制信号并发送至控制端口112，以断开充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。其中，该控制信号包括指示充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG断开的第二电压信号。开关控制电路113接收该第二电压信号，并将其转换为低电压信号，以断开充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。其中，在挂起模式下，充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG均被断开，以减少电池包100的对外功耗，且控制器102内部只有积分电路210、电流比较器209和时钟保持工作，同时时钟由原来的高频运行转换为低频运行，从而减少电池包100的内部功耗，进而延长电池101的待机时间。

当电池电压V_BAT低于关机阈值，控制单元208控制电池包100进入关机模式，同时生成控制信号并发送至控制端口112，以断开充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。其中，该控制信号包括指示充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG断开的第二电压信号。开关控制电路113接收该第二电压信号，并将其转换为低电压信号，以断开充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。在关机模式下，电池101不再为电池包100提供电能，即控制器102和除充电器接入检测电路108以外的外围电路均停止工作，减少功耗。

图3所示为根据本发明一个实施例的电池管理方法的流程图300。图3将结合图1和图2进行介绍。该电池管理方法的流程图300包括：

步骤301，电池101插入电池包100后，电池包100上电。

步骤302，控制器102获取指示该电池包100电池参数的值。

步骤303，控制器102判断该电池参数中的电池电压V_BAT是否低于关机阈值VSHUT。若是，步骤303转至步骤304。否则，步骤303转至步骤309。在本实施例中，该关机阈值V_SHUT＝2850mV。

步骤304，充电器接入检测电路108检测充电器是否接入电池包100。当充电器未接入电池包100，步骤304转至步骤305。否则，步骤304转到步骤307。通过步骤304使得在电池电压V_BAT低于关机阈值V_SHUT且充电器接入电池包100时，可以避免电池包100进入关机模式后，由于充电器的接入而导致电池包100反复的关机与上电。

步骤305，控制器102控制电池包100进入关机模式，同时发出控制信号，以使开关控制电路113断开充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。其中，在关机模式下，电池101不再为电池包100提供电能，控制器102和除充电器接入检测电路108以外的外围电路均停止工作，不再消耗电池101的电能。换句话说，在该关机模式下，电池101的电量基本保持不变，从而延长电池101的待机时间。

步骤306，在电池包100处于关机模式时，充电器接入检测电路108检测到充电器接入电池包100后，电池包100再次上电，即转至步骤301。否则，电池包100仍处于关机模式，即返回步骤305。

步骤307，在充电器接入电池包100后，若电池参数中的电池电流I_BAT高于充电电流阈值I_{C_SET}，则视为电池包100中存在电池电流I_BAT，电池包100进入功率模式，即转至步骤316。若电池参数中的电池电流I_BAT不高于充电电流阈值I_{C_SET}，则视为电池包100不存在电池电流I_BAT，步骤307转至步骤308。

步骤308，若电池参数中的电池电压V_BAT小于等于低电压阈值V_LOW，步骤308转至步骤310。否则，步骤308转至步骤316。

步骤309，控制器102判断该电池参数中的电池电压V_BAT是否满足故障条件。其中，该故障条件用于判断电池包100的故障情况。若是，步骤309转至步骤310。否则，步骤309转至步骤313。

步骤310，控制器102控制电池包100进入挂起模式，同时发出控制信号，以使开关控制电路113断开充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。其中，在挂起模式下，充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG均被断开，以减少电池包100的对外功耗，且控制器102内部只有积分电路210、电流比较器209和时钟保持工作，同时时钟由原来的高频运行转换为低频运行，从而减少电池包100的内部功耗，进而延长电池101的待机时间。

步骤311，判断是否有外界设备(如上位机)访问控制器102所存储的数据。其中，所存储的数据为电池包100的异常情况、故障情况等。若是，步骤311转至步骤312。否则，电池包100仍处于挂起模式，即返回步骤310。

步骤312，外界设备获知电池包100处于故障状态，即处于挂起模式，从而可使工作人员对该电池包100进行故障解除操作。

步骤313，控制器102判断该电池参数的值是否满足休眠条件。其中，该休眠条件用于判断该电池包100能否进入休眠状态。该步骤313对满足休眠条件的具体判断过程，在图4中表示为步骤401、步骤402、步骤404、步骤406及步骤407均输出否，具体步骤将在图4中详细描述。若是，步骤313转至步骤314。否则，步骤313转至步骤316。

步骤314，控制器102控制电池包100进入休眠状态。休眠状态包括多个休眠模式。该多个休眠模式分别为负载休眠模式、空载休眠模式或充电休眠模式。根据电池包100与充电器和/或负载的连接情况，控制器102可控制电池包100进入负载休眠模式或空载休眠模式或充电休眠模式，具体描述请参考图4中的步骤410、步骤413及步骤414。其中，在各种不同的休眠模式下，控制器102可分别相应的控制充电开关Q_CHG和/或放电开关Q_DSG的导通或断开状态。这一方面可以降低电池包100的对外功耗，另一方面可以保证该电池包100随时进入功率模式。同时，控制器102内部一些元件停止工作，以减少电池包100的内部功耗。

步骤315，进入休眠状态后，如果电池包100中未发生任何触发事件，则返回至步骤314。如果电池包100中发生了触发事件，则步骤315转至步骤316。其中，对于处于不同休眠模式的电池包100而言，其触发事件也不同。

例如，若电池包100处于空载休眠模式，触发事件可以是负载接入检测电路107检测到有负载接入到电池包100；可以是充电器接入检测电路108检测到有充电器接入到电池包100；可以是计时器211所记录的电池包100进入空载休眠模式的时间超过预设休眠时间；还可以是有外界设备访问该控制器102。该触发事件可以由设计者指定或者由用户设置。

例如，若电池包100处于负载休眠模式，触发事件可以是电流比较器209比较出指示电池电流I_BAT的感应电压V_SEN高于预设电压值；可以是积分电路210对指示电池电流I_BAT的感应电压V_SEN进行积分并持续积分预设时间段，得到电压值，且该电压值高于预设电压门限，控制器102判断出电池包100存在电池电流I_BAT；可以是计时器211所记录的电池包100进入负载休眠模式的时间超过预设休眠时间；还可以是有外界设备访问该控制器102。该触发事件可以由设计者指定或者由用户设置。

例如，若电池包100处于充电休眠模式，触发事件可以是电流比较器209比较出指示电池参数中的电池电流I_BAT的感应电压V_SEN高于预设电压值；可以是积分电路210对指示电池参数中的电池电流I_BAT的感应电压V_SEN进行积分并持续积分预设时间段，得到电压值，且该电压值超过预设电压门限；可以是计时器211记录的电池包100进入充电休眠模式的时间达到预设休眠时间；还可以是有外界设备访问该控制器102。该触发事件可以由设计者指定或者由用户设置。

步骤316，控制器102控制电池包100进入功率模式。在功率模式下，控制器102和外围电路均保持正常工作。一方面，电池包100可对外放电也可被充电；另一方面，控制器102可继续获取该电池包100的电池参数的值，即返回步骤302，从而判断是否由功率模式转变为其他模式。

图4所示为根据本发明一个实施例的电池管理方法的流程图400。图4将结合图1和图3进行介绍。该电池管理方法的流程图400包括：

步骤401，根据电池参数中的电池电流I_BAT，控制器102判断电池包100与充电器之间是否存在充电电流I_CHG及电池包100与负载之间是否存在放电电流I_DSG。具体来说，电池电流I_BAT包括充电电流I_CHG和放电电流I_DSG。为便于区分，若所接收到电池电流I_BAT为正值，则为充电电流I_CHG。那么，当该充电电流I_CHG高于充电电流阈值I_{C_SET}，则视为存在充电电流I_CHG，反之，则视为不存在充电电流I_CHG。若所接收到的电池电流I_BAT为负值，则为放电电流I_DSG。那么，当该放电电流I_DSG的绝对值高于放电电流阈值I_{D_SET}的绝对值，则视为存在放电电流I_DSG，反之，则视为不存在放电电流I_DSG。因此，当I_CHG≥I_{C_SET}或|I_DSG|≥|I_{D_SET}|，步骤401转至步骤408。否则，步骤401转至步骤402。在本实施例中，I_{C_SET}＝100mA，I_{D_SET}＝-100mA。

步骤402，根据该电池参数中的电池电压V_BAT，控制器102判断该电池电压V_BAT是否满足故障条件，进而判断电池包100是否出现故障。在一实施例中，当任一单体电池的电池电压V_BAT大于等于高电压阈值V_HIGH，或者任一单体电池的电池电压V_BAT小于等于低电压阈值V_LOW，或者单体电池中的最低电池电压V_LOWEST大于等于预设电压值V_SET，即V_LOWEST≥V_SET，且单体电池中的最高电池电压与最低电池电压的差值ΔV大于等于预设差值ΔV_SET，即ΔV≥ΔV_SET，则判断出该电池包100出现故障，步骤402转至步骤403。否则，步骤402转至步骤404。在本实施例中，V_HIGH＝4500mV，V_LOW＝1500mV，V_SET＝3500mV，ΔV_SET＝500mV。

步骤403，控制器102控制电池包100进入挂起模式，同时发出控制信号，以断开充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。

步骤404，控制器102判断该电池参数的值是否满足异常条件，进而判断电池包100是否出现异常。在一实施例中，当任一单体电池的电池电压V_BAT大于等于过压阈值V_OV或者低于欠压阈值V_UV，则判断该电池包100出现异常。或者当流过电池包100的电池电流I_BAT的绝对值高于过流阈值I_OC或高于短路阈值I_SC，则判断该电池包100出现异常。或者当电池包100的电池温度T_BAT大于等于过温阈值T_OT或小于等于欠温阈值T_UT，则判断该电池包100也出现异常情况，步骤404转至步骤405。否则，步骤404转至步骤406。

步骤405，控制器102再次判断该异常情况是否只有欠压异常(如，V_BAT＜V_UV)，若是，步骤405转至步骤406。否则，步骤405转至步骤408。

步骤406，控制器102判断该电池参数的值是否满足均衡条件，进而判断是否需要对单体电池进行均衡操作。具体来说，任一单体电池的电池电压V_BAT高于均衡电压阈值V_UB且单体电池中的最大电池电压与最小电池电压的差值ΔV_BAT高于预设值ΔV'，则判断各单体电池不满足均衡条件，步骤406转至步骤407。否则，步骤406转至步骤408。在本实施例中，V_UB＝3500mV，ΔV’＝50mV。

步骤407，控制器102判断外界设备(如，上位机)是否访问控制器102内部所存储的数据。若是，步骤407转至步骤408。否则，步骤407转至步骤409。

步骤408，电池包100进入功率模式。在功率模式下，电池包100可对外供电或者被充电，控制器102和外围电路均保持正常工作，继续获取电池包100的电池参数的值，并根据该电池参数的值判断电池包100是否需要转为其他模式。

步骤409，控制器102判断出该电池参数的值满足进入休眠模式的休眠条件，发出使能信号，以使负载接入检测电路107检测电池包100与负载之间的连接情况。

步骤410，负载接入检测电路107检测电池包100与负载之间的连接情况，并将检测结果发送至控制器102。当控制器102接收到低电平信号，则判断出电池包100与负载连接，步骤410转至步骤411。否则，步骤410转至步骤413。

步骤411，控制器102控制电池包100进入负载休眠模式，同时发出控制信号，以使开关控制电路113导通放电开关Q_DSG，导通充电开关Q_CHG。其中，在该负载休眠模式下，控制器102内部只有积分电路210、电流比较器209和时钟保持工作，同时时钟由原来的高频运行转换为低频运行，以减少电池包100的内部功耗，进而延长电池101的待机时间。另外，充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG均被导通，使得该电池包100可随时对外供电或被充电。

步骤412，进入负载休眠模式后，如果电池包100中未发生触发事件，则返回至步骤411。如果电池包100中发生了触发事件，则步骤412转至步骤408。其中，在负载休眠模式下，该触发事件可以是电流比较器209比较出指示电池电流I_BAT的感应电压V_SEN高于预设电压值；可以是积分电路210对指示电池电流I_BAT的感应电压V_SEN进行积分并持续积分预设时间段，得到电压值，且该电压值高于预设电压门限，控制器102判断出电池包100存在电池电流I_BAT；可以是计时器211所记录的电池包100进入负载休眠模式的时间达到预设休眠时间；还可以是有外界设备访问该控制器102。该触发事件可以由设计者指定或者由用户设置。

步骤413，充电器接入检测电路108检测电池包100与充电器之间的连接情况，并将检测结果发送至控制器102。当控制器102接收到低电平信号，则判断出电池包100与充电器连接，步骤413转至步骤414。否则，步骤413转至416。

步骤414，控制器102控制电池包100进入充电休眠模式，同时发出控制信号，以使开关控制电路113导通充电开关Q_CHG，断开放电开关Q_DSG。其中，在该充电休眠模式下，充电开关Q_CHG被导通，使得可随时对该电池包100充电，而放电开关Q_DSG被断开，可减少电池包100对外功耗。同时，控制器102内部只有积分电路210、电流比较器209和时钟保持工作，时钟由原来的高频运行转换为低频运行，从而减少电池包100的内部功耗，进而延长电池101的待机时间。

步骤415，进入充电休眠模式后，如果电池包100未发生触发事件，则返回至步骤414。如果电池包100发生了触发事件，则步骤415转至步骤408。其中，在充电休眠模式下，该触发事件可以是电流比较器209比较出指示电池参数中的电池电流I_BAT的感应电压V_SEN高于预设电压值；可以是积分电路210对指示电池参数中的电池电流I_BAT的感应电压V_SEN进行积分并持续积分预设时间段，得到电压值，且该电压值超过预设电压门限，控制器102判断出电池包100存在电池电流I_BAT；可以是计时器211所记录的电池包100进入充电休眠模式的时间达到预设休眠时间；还可以是有外界设备访问该控制器102。该触发事件可以由设计者指定或者由用户设置。

步骤416，若经过步骤410和步骤413的判断，电池包100未与负载连接且也未与充电器连接，则控制器102控制电池包100进入空载休眠模式，同时发出控制信号，以使开关控制电路113断开充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。在该空载休眠模式下，充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG均被断开，从而减少电池包100对外功耗。同时，控制器102内部只有积分电路210、电流比较器209和时钟保持工作，时钟由原来的高频运行转换为低频运行，进一步减少电池包100的内部功耗，进而延长电池101的待机时间。在空载休眠模式下，可实现最大程度上降低该电池包100的功耗。

步骤417，如果电池包100中未发生触发事件，则返回至步骤416。如果电池包100中发生了触发事件，则步骤417转至步骤408，即电池包100进入功率模式。在空载休眠模式，触发事件可以是负载接入检测电路107检测到有负载接入到电池包100；可以是充电器接入检测电路108检测到有充电器接入到电池包100；可以是计时器211所记录的电池包100进入空载休眠模式的时间达到预设休眠时间；还可以是有外界设备访问该控制器102。

图5所示为根据本发明一个实施例的电池管理方法的流程图500。图5将结合图1进行介绍。该电池管理方法的流程图500包括：

步骤501，当电池插入电池包100后，控制器102获取指示电池包100的电池参数的值。

步骤502，当电池参数的值满足进入休眠状态的休眠条件后，控制器102发出使能信号。其中，休眠状态包括多种休眠模式。其中，休眠条件用于判断电池包100能否进入休眠状态。在一实施例中，该休眠条件为电池包100不存在电池电流I_BAT，同时电池参数的值既不满足故障条件，也不满足异常条件，且电池电压V_BAT不满足均衡条件。

步骤503，根据使能信号，检测电路106检测电池包100与负载和/或充电器之间的连接情况，得到检测结果，再将检测结果发送至控制器102。具体地，负载接入检测电路107检测电池包100与负载之间的连接情况，得到检测结果，并将检测结果发送至控制器102。充电器接入检测电路108检测电池包100与充电器之间的连接情况，得到检测结果，并将检测结果发送至控制器102。

步骤504，根据检测结果，控制器102控制电池包100进入多种休眠模式中的一种休眠模式。具体地，当检测结果是电池包100未与负载连接、且电池包100未与充电器连接，控制器102控制电池包100进入空载休眠模式，同时发出控制信号，以断开充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。当检测结果是电池包100未与负载连接，但电池包100与充电器连接，控制器102控制电池包100进入充电休眠模式，同时发出控制信号，以导通充电开关Q_CHG，断开放电开关Q_DSG。当检测结果是电池包100与负载连接，控制器102控制电池包100进入负载休眠模式，同时发出控制信号，以导通充电开关Q_CHG和放电开关Q_DSG。根据电池包100与充电器和/或负载之间的连接情况，控制器102控制电池包100进入不同的休眠模式，可最大程度的降低功耗，同时又保证电池包100可正常工作。

上文具体实施方式和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。

Claims (17)

1.一种控制器，用于管理电池包；其特征在于，所述控制器包括：

采集端口，与参数采集电路耦合，用于采集指示电池包的电池参数的值；

检测端口，与检测电路耦合，用于当所述电池参数的值满足休眠条件时，发出使能信号，以使所述检测电路检测所述电池包与负载和/或充电器之间的连接情况；其中，所述休眠条件用于判断所述电池包能否进入休眠状态，所述休眠状态包括多个休眠模式；及

接收端口，与所述检测电路耦合，用于接收所述检测电路的检测结果；其中，所述检测结果是所述电池包与所述负载和/或所述充电器之间的连接情况；所述控制器根据所述检测结果，控制所述电池包进入所述多个休眠模式中的一个休眠模式，

其中，若所述检测结果是所述电池包未与所述负载连接、所述电池包未与所述充电器连接，所述控制器控制所述电池包进入所述多个休眠模式中的空载休眠模式，

若所述检测结果是所述电池包未与所述负载连接，所述电池包与所述充电器连接，所述控制器控制所述电池包进入所述多个休眠模式中的充电休眠模式，

若所述检测结果是所述电池包与所述负载连接，所述控制器控制所述电池包进入所述多个休眠模式中的负载休眠模式。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，当有触发事件发生时，所述控制器控制所述电池包由所述多个休眠模式中的一个休眠模式进入功率模式。

3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述触发事件用于将所述电池包从所述休眠状态切换至所述功率模式。

4.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述控制器包括计时器、积分电路和电流比较器；当所述电池包处于所述负载休眠模式时，所述触发事件包括：所述计时器记录的所述电池包进入所述负载休眠模式的时间超过预设休眠时间；所述电流比较器比较出指示所述电池参数中的电池电流的感应电压高于预设电压值；所述积分电路对指示所述电池参数中的电池电流的感应电压进行积分并持续积分预设时间段，得到电压值，且所述电压值超过预设电压门限；及有外界设备访问所述控制器中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述控制器包括计时器、积分电路和电流比较器；当所述电池包处于所述充电休眠模式时，所述触发事件包括：所述计时器记录的所述电池包进入所述充电休眠模式的时间超过预设休眠时间；所述电流比较器比较出指示所述电池参数中的电池电流的感应电压高于预设电压值；所述积分电路对指示所述电池参数中的电池电流的感应电压进行积分并持续积分预设时间段，得到电压值，且所述电压值超过预设电压门限；及有外界设备访问所述控制器中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述控制器包括计时器；在所述电池包处于所述空载休眠模式时，所述触发事件包括：所述计时器记录的所述电池包进入所述空载休眠模式的时间超过预设休眠时间；所述检测电路检测到有负载和/或充电器接入所述电池包；以及有外界设备访问所述控制器中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：

控制端口，用于发出控制信号，

其中，若所述检测结果是所述电池包未与所述负载连接、所述电池包未与所述充电器连接，所述控制器还产生所述控制信号，以断开充电开关和放电开关。

8.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：

控制端口，用于发出控制信号，

其中，若所述检测结果是所述电池包未与所述负载连接，且所述电池包与所述充电器连接，所述控制器还产生所述控制信号，以导通充电开关和断开放电开关。

9.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：

控制端口，用于发出控制信号，

其中，若所述检测结果是所述电池包与所述负载连接，所述控制器还产生所述控制信号，以导通充电开关和放电开关。

10.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：

控制端口，用于发出控制信号，

所述控制器包括控制单元；如果所述电池参数的值满足故障条件，所述控制单元控制所述电池包进入挂起模式，并产生所述控制信号以断开充电开关和放电开关；其中，所述故障条件用于判断所述电池包的故障情况。

11.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：

控制端口，用于发出控制信号，

所述控制器包括控制单元；如果所述电池参数中的电池电压低于关机阈值，所述控制单元控制所述电池包进入关机模式，并产生所述控制信号以断开充电开关和放电开关。

12.一种电池管理方法，用于管理电池包，其特征在于，所述电池包包括控制器和检测电路，所述电池管理方法包括：

当电池插入所述电池包后，所述控制器采集指示所述电池包的电池参数的值；

当所述电池参数的值满足进入休眠状态的休眠条件后，所述控制器发出使能信号，其中，所述休眠状态包括多种休眠模式；

根据所述使能信号，所述检测电路检测所述电池包与负载和/或充电器之间的连接情况，得到检测结果；及

根据所述检测结果，所述控制器控制所述电池包进入所述多种休眠模式中的一种休眠模式，

其中，若所述检测结果是所述电池包未与所述负载连接、所述电池包未与所述充电器连接，所述控制器控制所述电池包进入所述多种休眠模式中的空载休眠模式，

若所述检测结果是所述电池包未与所述负载连接，所述电池包与所述充电器连接，所述控制器控制所述电池包进入所述多种休眠模式中的充电休眠模式，

若所述检测结果是所述电池包与所述负载连接，所述控制器控制所述电池包进入所述多种休眠模式中的负载休眠模式。

13.根据权利要求12所述的电池管理方法，其特征在于，还包括：

若所述检测结果是所述电池包未与所述负载连接、所述电池包未与所述充电器连接，所述控制器还产生控制信号，以断开充电开关和放电开关。

14.根据权利要求12所述的电池管理方法，其特征在于，还包括：

若所述检测结果是所述电池包未与所述负载连接、所述电池包与所述充电器连接，所述控制器还产生控制信号，以导通充电开关和断开放电开关。

15.根据权利要求12所述的电池管理方法，其特征在于，还包括：

若所述检测结果是所述电池包与所述负载连接，所述控制器还产生控制信号，以导通充电开关和放电开关。

16.根据权利要求12所述的电池管理方法，其特征在于，所述当电池插入所述电池包后，所述控制器采集所述电池包的电池参数的值的步骤之后，所述电池管理方法还包括：

当所述电池参数中的电池电压低于关机阈值时，所述控制器控制所述电池包进入关机模式，并产生控制信号以断开充电开关和放电开关。

17.根据权利要求12所述的电池管理方法，其特征在于，所述当电池插入所述电池包后，所述控制器采集所述电池包的电池参数的值的步骤之后，所述电池管理方法还包括：

当所述电池参数的值满足故障条件时，所述控制器控制所述电池包进入挂起模式，并产生控制信号以断开充电开关和放电开关；其中，所述故障条件用于判断所述电池包的故障情况。

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