用于控制鋰動力電池的電池管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請涉及一種具有電池管理系統(tǒng)的智能可再充電電池組，所述電池管理系統(tǒng)用于監(jiān)測并控制電池的充電和放電。所述電池管理系統(tǒng)包括初級和次級保護電路，用于監(jiān)測電池的充電和放電。構(gòu)成所述電池組的獨立電池通過主總線連接到連接器以便連接至電池充電器或待供電的設備，并且通過所述電池管理系統(tǒng)控制的開關(guān)可中斷所述主總線以防止電池在充電或放電期間受到損壞。
【專利說明】用于控制鋰動力電池的電池管理系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉參考
[0002]本申請要求于2011年8月10日提交的美國臨時申請第61/522，192號和于2011年4月28日提交的美國臨時申請第61/480，286號的優(yōu)先權(quán)。
[0003]本申請關(guān)聯(lián)以下申請:序列號為_、標題為〃Latch Mechanism For Battery
Retention (用于電池保持的閂鎖機構(gòu))〃、于_提交的美國申請；序列號為_、
標題為〃Battery Management System With MOSFET Boost System (具有 MOSFET 升壓系
統(tǒng)的電池管理系統(tǒng))〃、于_提交的美國申請；序列號為_、標題為"System and
Method For Automatic Detection Of Battery Insertion(用于電池插入的自動檢測系統(tǒng)
及方法)〃、于_提交的美國申請；序列號為_、標題為"System and Method For
Tracking And Archiving Battery Performance Data (用于追蹤和存檔電池性能數(shù)據(jù)的
系統(tǒng)及方法)〃、于—提交的美國申請；序列號為_、標題為〃Viral Distribution of
Data, Operating Parameters and Software Using A Battery As A Carrier (使用電池
作為載體的數(shù)據(jù)病毒發(fā)送、操作參數(shù)及軟件)"、于__提交的美國申請。通過引用方式
將以上申請整體包含在此以供參考。
【技術(shù)領域】
[0004]本發(fā)明涉及一種向設備供電的電池組。更具體地，本發(fā)明涉及一種電池組和電池管理系統(tǒng)，用于管理電池組的充電和放電從而使得在使用時可從設備獲得的功率量最大并且使得以延長電池使用壽命的方式給電池再充電。
【背景技術(shù)】
[0005]心肺復蘇(CPR)是一種公知的且有價值的急救方法，用于使遭受心臟驟停的人復蘇。CPR要求反復按壓胸部以擠壓心臟和胸腔從而泵送血液流過身體。人工呼吸，例如嘴對嘴呼吸或袋式面罩設備，用于向肺供應空氣。當施救者有效地進行人工胸部按壓時，在身體里的血流量約為正常血流量的25%到30%。然而，即使是經(jīng)驗豐富的護理人員也不能維持長時間的充足的胸部按壓。請見作者為Hightower等人的Decay In Quality Of ChestCompressions Over Time (過長時間胸部按壓效果衰退),發(fā)表在Ann.Emerg.Med.(急救醫(yī)療年鑒)第26期，第300頁(1995年9月)。因此，CRP不能常常成功地維持或者復蘇病人。然而，如果能夠保持充足的胸部按壓，則心臟驟停的受害者可以維持更長的時間。偶爾也有延長的(45到90分鐘)CPR效果被報道，且受害者最終獲救于冠狀動脈搭橋手術(shù)。參見Tovar等人的，Successful Myocardial Revascularization and Neurologic Recovery (成功的心肌血管再造及神經(jīng)康復)，Texas Heart J (德州心臟期刊)第22期第271頁(1995)。
[0006]為了提供更好的血流量并提高旁邊的人在復蘇努力方面的效果，多種用于執(zhí)行CPR的醫(yī)療設備已經(jīng)被提出。在這些設備的一個變型中，帶狀件被環(huán)繞病人胸部周圍放置，并且自動胸部按壓設備收緊帶狀件以實現(xiàn)胸部按壓。我們自己的專利=Mollenauer等人的Resuscitation device having a motor driven belt to constrict/compress the chest(具有馬達驅(qū)動帶以緊縮/按壓胸部的復蘇裝置)，美國專利第6，142，962號(2000年11月7日)；Bystrom等人的Resuscitation and alert system (復蘇與警報系統(tǒng))，美國專利第6，090，056 號(2000 年 7 月 18 日)；Sherman 等人的 Modular CPR assist device (模塊化CPR救助裝置)，美國專利第6，066，106號(2000年5月23日);以及Sherman等人的ModularCPR assist device (模塊化CPR救助裝置)，美國專利第6，398，745號(2002年6月4日)；以及我們在2001年5月25日提交的序列號為第09/866，377號的申請，我們在2002年7月10日提交的序列號為第10/192,771號的申請和我們在2010年3月17日提交的申請序列號為第12/726，262號的申請，這些申請描述使用帶狀件按壓病人胸部的胸部按壓設備。所有這些專利或申請的內(nèi)容通過引用方式被整體包含于此以供參考。
[0007]由于急救期間分秒必爭，任何CPR設備都應當易于使用且便于快速布置在病人身上。我們自己的設備易于快速布置并且能夠顯著增加病人生存的機會。
[0008]這種設備的一個重要的方面是需要小巧、功率大且可靠的電源為設備供電。然而，這種需求不限制于上述的機械按壓設備。許多醫(yī)療設備都需要重量輕的電源，典型地是電池，其必須能夠在延長的時間段內(nèi)向設備供應充足的能量。另外，電源必須是相對重量輕的，以提高醫(yī)療設備的便攜性，電池也必須在沒有顯著的電壓或電流下降的情況下在延長的時間段內(nèi)供應它的電力以保證設備使用期間的操作的穩(wěn)定性。
[0009]現(xiàn)代的電池典型地需要額外的電子電路或者電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)被設計為用于管理電池的操作。這種電池管理系統(tǒng)應該能夠監(jiān)測電池的操作(包括在不會顯著增加電池的內(nèi)阻的同時電池的充電和放電)。另外，電池管理系統(tǒng)也應該能夠隨著電池技術(shù)發(fā)展而適應不同電池化學成分。為此，電池管理系統(tǒng)也需要具有充足的處理能力和存儲容量以記錄在電池壽命期間發(fā)生的事件，并且能夠分析與這些情況有關(guān)的數(shù)據(jù)和/或?qū)⑦@些數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊惺交蚍植际椒掌飨到y(tǒng)中以用于分析。該電池管理系統(tǒng)也將包括多種安全相關(guān)系統(tǒng)，其被設計成用以保護電池、待由電池供電的設備以及電池或被供電的設備的用戶免于多種環(huán)境或操作因素的傷害。本發(fā)明滿足這些以及其他需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在一個最一般的方面中，本發(fā)明提供一種能夠在較長時間段可靠地提供高功率和電流以給設備供電的高性能電池組。另外，該電池組包括監(jiān)測并控制電池操作(包括電池的充電和放電)的所有方面的電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)也能夠記錄電池組充電和放電期間發(fā)生的事件，并傳輸這些事件以供隨后分析。電池管理系統(tǒng)也能夠被更新而具有增強的或改進的操作參數(shù)，并且能夠管理多種電池化學成分以提供向前和向后的兼容性。
[0011 ] 在一方面中，本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)包括電路，該電路監(jiān)測電池組的每個電池的充電以防止電池之間電壓不平衡。該系統(tǒng)包括泄放電路，所述泄放電路被配置成用于泄放每個獨立電池中的過量充電。
[0012]在另一方面中，電池管理系統(tǒng)包括初級保護電路，所述初級保護電路監(jiān)測電池組中每個電池的充電和放電。若觀察到故障，初級保護電路提供信號，該信號驅(qū)動一個或多個n-FET設備的柵極從而打開電池的主總線以中斷來自電池的電流。
[0013]在又一方面中，電池管理系統(tǒng)包括災難性故障保護以監(jiān)測電池組的電池過電壓或過電流狀態(tài)。當感測到故障時，提供信號，該信號驅(qū)動一個或多個n-FET設備的柵極從而打開電池的主總線以中斷來自電池的電流。
[0014]在又一方面中，電池管理系統(tǒng)包括氣體壓力計功能，該功能監(jiān)測電池組的充電和放電，然后根據(jù)存儲的信息和當前的信息確定與估計的電池組可用電荷量相關(guān)的值。
[0015]在又一方面中，本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)包括電路，該電路被構(gòu)造成用將所提供的用以驅(qū)動一個或多個n-FET設備的柵極的電壓提高至完全導通，從而允許最大的電流通過n-FET設備。
[0016]在又一方面中，本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)也可包括電路，該電路被設計成，除非電池組被插入到充電器中或被插入到將要被電池供電的設備中，否則該電路都用以隔離電池組的端子。這種隔離使得當電池未插入到充電器中或未插入到將要被電池供電的設備中時，電池端子零跨接電壓，因此防止端子意外短路，意外短路會導致災難性的電池放電而且有可能對裝備或用戶造成危害。
[0017]在又一方面中，本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)可包括用于控制電池管理系統(tǒng)的多個功能的一個或多個處理器。在又一方面中，所述一個或多個處理器可被配置成與內(nèi)部和/或外部存儲器存儲或設備通信以用于存儲電池組的充電、放電和存儲期間發(fā)生的事件。在又一方面，處理器不僅可以被配置成與內(nèi)部或外部存儲介質(zhì)或設備通信，還可以被配置成通過網(wǎng)絡與其他處理器、存儲介質(zhì)或設備、或者甚至與其他電池或電池充電器通信。網(wǎng)絡可以是有線的或者無線的。
[0018]在另一方面中，本發(fā)明包括向設備供電的電池組，包括:具有正極和負極端子的可再充電電池；將可再充電電池的正極端子與電池組連接器的正連接器相連接并將可再充電電池的負極端子與電池組連接器的負連接器相連接的主總線；以及與可再充電電池電通信的電池管理系統(tǒng)，其包括用于監(jiān)測與電池的充電狀態(tài)相關(guān)的輸入的處理器、布置在位于電池正極端子與電池組的正連接器之間的前側(cè)總線中的開關(guān)，該開關(guān)對由處理器響應于與電池的充電狀態(tài)相關(guān)的輸入而產(chǎn)生的信號起反應以控制電池的充電和放電。
[0019]在一個可選的方面中，開關(guān)是n-FET設備。另一個可選的方面還包括與第一可再充電電池串聯(lián)連接的第二可再充電電池；以及監(jiān)控電路，與處理器電通信，所述監(jiān)控電路監(jiān)測第一和第二可再充電電池的電壓并將每個可再充電電池的信號提供給處理器，信號代表在每個電池的正極和負極端子的之間所測量的電壓的等級，監(jiān)控電路包括將第一可再充電電池連接到第一泄放電路的第一開關(guān)，第一開關(guān)響應于來自處理器的過電壓信號而閉合第一開關(guān)以防止第一可再充電電池的過充電，監(jiān)控電路還包括將第二可再充電電池連接到第二泄放電路的第二開關(guān)，第二開關(guān)響應于來自處理器的過電壓信號而閉合第二開關(guān)以防止第二可再充電電池的過充電。
[0020]又一方面還包括溫度監(jiān)測電路，該溫度檢測電路用于監(jiān)測電池組的溫度并用于向處理器提供與電池組的溫度相關(guān)的信號；并且其中所述處理器接收并分析溫度信號以確定電池組的溫度是否在預先選定的溫度范圍之內(nèi)，并且如果電池組的溫度不在預先選定的溫度范圍之內(nèi)，則處理器提供信號至開關(guān)以使電池的正極端子與電池組的正連接器斷開連接。
[0021 ] 又一方面還包括充電狀態(tài)監(jiān)測電路，該充電狀態(tài)監(jiān)測電路用于提供向設備供電的電池組的可用電量指示。又一方面還包括與處理器電通信的電池組隔離電路，該電池隔離電路被配置成向處理器提供連接信號，所述連接信號指示電池組的連接器被連接到電池充電器或者待供電的設備；并且其中處理器通過向開關(guān)發(fā)送信號以閉合開關(guān)來響應連接信號，從而提供跨接連接器的正極和負極端子的電壓。
[0022]在又一方面中，電池組隔離電路包括機械開關(guān)，該機械開關(guān)在電池組的電池連接器連接到電池充電器或者待供電的設備時具有閉合狀態(tài)；并且其中處理器響應機械開關(guān)的閉合狀態(tài)從而提供跨接連接器的正極和負極端子的電壓。
[0023]又一方面包括通信總線，所述通信總線將處理器連接到連接器及連接到電池管理系統(tǒng)的其他組件，通信總線被配置成在處理器和電池管理系統(tǒng)的其他組件之間提供通信，并向電池組外部的其他系統(tǒng)、處理器、網(wǎng)絡或存儲介質(zhì)提供通信。
[0024]又一方面包括安裝在電池組外部的指示器裝置，該指示器裝置提供與電池的操作相關(guān)的信息的可視指示。在一個可選方面中，指示器裝置是至少一個發(fā)光二極管。
[0025]在又一方面中，本發(fā)明包括智能電池組，該智能電池組包括:殼體；連接器，被安裝在殼體一端并且構(gòu)造成接合布置在待供電的設備中或上的連接器；多個可再充電電池，每個電池具有正極和負極端子，并且每個電池通過主總線串聯(lián)連接，該主總線的正極側(cè)連接到連接器的正極端子，負極側(cè)連接到連接器的負極端子，該多個電池布置在殼體內(nèi)部；開關(guān)，布置在主總線的位于連接器的正極端子與多個電池之間的正極側(cè)；處理器，用于控制電池組的操作；初級保護電路，與處理器電通信，該初級保護電路包括:電通信的多個監(jiān)控電路，該多個監(jiān)控電路中的每一個都用于監(jiān)測與多個電池中的每個獨立電池的充電狀態(tài)相關(guān)的參數(shù)，以及多個泄放電路,該多個泄放電路中的每一個連接到電池中每個獨立電池,從而響應于被連接到該電池的監(jiān)控電路所測量的電池參數(shù)對該電池進行泄放，防止電池過電壓；次級保護電路，用于保護電池組防止短路；電池管理系統(tǒng)，與連接器、開關(guān)和多個監(jiān)控電路電通信，該電池管理系統(tǒng)構(gòu)造成監(jiān)測電池的充電和放電并且構(gòu)造成如果檢測到故障時則提供信號給開關(guān)以將該開關(guān)打開；充電狀態(tài)監(jiān)測電路，包括用于確定流過主總線的電流量的傳感器、與該傳感器電通信的充電狀態(tài)處理器、與充電狀態(tài)處理器電通信的充電狀態(tài)存儲器，該存儲器用于存儲與電池相關(guān)的和與流過主總線的電流量相關(guān)的信息，其中充電狀態(tài)處理器根據(jù)存儲在充電狀態(tài)存儲器中的信息和來自傳感器的輸入而確定電池的可用電流量；以及與連接器、處理器、初級保護電路、次級保護電路、電池管理系統(tǒng)和充電狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)電通信的通信總線，用于提供連接器、處理器、初級保護電路、次級保護電路、電池管理系統(tǒng)和充電狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)之間的通信。
[0026]在可選的方面中，開關(guān)是η-溝道場效應晶體管。在又一個可選方面中，初級保護電路包括構(gòu)造成監(jiān)測電池的充電和放電的初級保護處理器。在又一可選方面中，初級保護電路包括構(gòu)造成控制電池的充電和放電的初級保護處理器。
[0027]在又一方面中，處理器也被構(gòu)造成通過通信總線將信息傳輸?shù)匠潆姞顟B(tài)處理器，充電狀態(tài)處理器使用該信息來確定電池的可用電流量并且將所確定的可用電流量存儲在充電狀態(tài)存儲器中。
[0028]又一方面包括溫度監(jiān)測電路以確定電池組的溫度，該溫度監(jiān)測電路將電池組的溫度傳輸?shù)匠跫壉Ｗo電路；并且其中初級保護電路構(gòu)造成，如果電池組的溫度不在預先選定的溫度值范圍內(nèi)則初級保護電路發(fā)送信號到開關(guān)以打開該開關(guān)。
[0029]在又一方面中，智能電池組還包括與處理器電通信的電池組隔離電路，該電池組隔離電路構(gòu)造成提供連接信號至處理器，該連接信號指示電池組的連接器連接到電池充電器或者待供電的設備；并且其中處理器通過發(fā)送信號到開關(guān)以閉合該開關(guān)來響應連接信號，從而提供跨接連接器的正極和負極端的電壓。
[0030]在又一個可選方面中，本發(fā)明包括由上述電池組或智能電池組供電的設備。在一個可選方面中，該設備是醫(yī)療設備。在另一個可選方面，該設備是機械按壓設備。在又一的方面中，電池組或智能電池組構(gòu)造成向機械按壓設備供電至少30分鐘。在又一方面中，電池組或智能電池組構(gòu)造成在機械按壓設備被用于治療大于普通體型的病人時向機械按壓設備供電至少20分鐘。在又一方面，電池組或智能電池組
[0031]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢將從以下結(jié)合附圖的詳細描述中變得顯而易見，其中附圖以實例的方式圖示出了本發(fā)明的特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1圖示出了通過使用機械胸部按壓設備實施胸部按壓的方法。
[0033]圖2是圖1的機械胸部按壓設備的透視圖，示出了設備的底部和前側(cè)。
[0034]圖3是圖1的機械胸部按壓設備的透視圖，示出了底部和后蓋板被移除。
[0035]圖4A是根據(jù)本發(fā)明的電池組的透視圖，示出了布置在電池組前側(cè)的電池閂鎖。
[0036]圖4B是圖4A的電池組的透視圖，示出了布置在電池組后側(cè)的連接器、指示器和按鈕。
[0037]圖5是示出了本發(fā)明的電池組的一個實施方式的多種組件的分解透視圖。
[0038]圖6是根據(jù)本發(fā)明的原理的電池管理系統(tǒng)的一個實施方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0039]本發(fā)明的多種實施方式旨在提供用于向移動設備(尤其是醫(yī)療設備)供電的可再充電電池。在電池需要在可預見時間段內(nèi)提供較大的電流量時本發(fā)明的實施方式是尤其有利的。另外，本發(fā)明的實施方式包括控制電池操作的所有方面的電池管理系統(tǒng)，也包括存儲器，在該存儲器中存儲了與電池相關(guān)的、在電池使用壽命期間發(fā)生的事件。另外，電池管理系統(tǒng)的實施方式包括與使用不同電池化學成分的電池適應的能力，并且也能夠通過通信端口被更新。
[0040]雖然本發(fā)明的多個實施方式是參照機械按壓設備進行描述的，但本領域技術(shù)人員將立即理解到這些實施方式不局限于只向這樣的設備供電。實際上，所述用途僅僅是示范性的，并且根據(jù)本發(fā)明的多個實施方式的電池可以用于為任意設備供電，尤其是為醫(yī)療設備供電，其中設備的設計要求通過這樣的電池的性能被滿足。
[0041]當根據(jù)本發(fā)明的多個實施方式的電池與機械按壓設備一起使用時，電池必須能夠在足夠長的時間內(nèi)向機械按壓設備供電，從而不僅可以在發(fā)病現(xiàn)場治療病人，而且還可以在將病人從發(fā)病現(xiàn)場運輸?shù)阶o理中心的期間治療病人。然而經(jīng)驗已經(jīng)表明，病人的體型和重量是決定電池在治療期間的電流消耗的因素。因此，治療體型大于普通病人的病人會引起更大的電池電流消耗。
[0042]例如，研究已發(fā)現(xiàn)，胸深度、胸寬度和胸周長是影響向機械按壓設備供電的電池的電流消耗量的因素。其他研究已觀察到普通成年男性人類的平均胸深度是9.4英寸、平均胸寬度是12.2英寸及平均胸周長是39.7英寸。參見Young, JW，RF Chandler, CCSnow, KM Robinette, GF Zehner, MS Lofberg, Anthropometric and Mass DistributionCharacteristics of the Adult Female (成年女性的人體測量特性與質(zhì)量分布特性)，F(xiàn)AA Civil Aeromedical Institute (美國聯(lián)邦航空局民用航空醫(yī)學研究所)，Okalhomacity (俄克拉荷馬城)，OK,報告號 FAA-AM-83-16,1983 年；Anthropometry and MassDistribution for Human Analogues (用于模擬人的人體測量學和質(zhì)量分布):第一卷:Military Male Aviators (軍事男性飛行員)，報告號第 USAFSAM-TR-88-6 號，1988 年 3 月；Haslegrave, CM, "Characterizing the anthropometric extremes of the population(描述人口的人體測量極限)〃，Ergonomics (人機工程學)，29: 2，第281-301頁，1986年；Diffrient, N, AR Tilley, JC Bardagy, Human Scale (人的比例)1/2/3, The MIT Press (MIT出版社),Cambridge (劍橋),MA, 1974 年；以及 PeopleSize Pro Software (人體尺寸專業(yè)軟件)，Open Ergonomics Ltd.(人機工程學公開公司)，34Bakewell Road, Loughborough, Leicestershire, LE115QY, United Kingdom (英國，LE115QY,萊斯特郡,拉夫堡，Bakewell 路34號)，以上內(nèi)容通過引用被全部包含在此以供參考。有利地，對于普通體型病人來說電池能夠保持機械按壓設備的操作至少30分鐘，而對于體型大于普通體型的病人能夠保持機械按壓設備的操作至少20分鐘。
[0043]現(xiàn)在詳細地參考附圖，其中相同的數(shù)字標號在幾個圖中表示相似的或相同的元件，圖1中示出了胸部按壓帶適配在病人I身上。胸部按壓設備2借助帶3實施按壓，所述帶具有右邊帶部分3R和左邊帶部分3L。胸部按壓設備2包括帶驅(qū)動臺4和按壓帶盒5(其包含帶)。帶驅(qū)動臺4包括機架6供病人在上面休息，緊固帶的裝置、處理器和用戶界面被布置在機架上。帶包括拉帶18和19以及位于帶兩端處的寬負載分配部件16和17。緊固帶的裝置包括附接至驅(qū)動卷軸的馬達，在使用時帶圍繞著該驅(qū)動卷軸纏繞并且繃緊。如在這里示出的，胸部按壓設備的設計允許獲得輕量的機電胸部按壓設備。完全組裝的胸部按壓設備僅重29磅，并且因此可以長距離的手提。設備自身的重量約為22.0至23.0磅，在本發(fā)明的至少一個實施方式中，具有的電池重量在2至5.0磅之間，優(yōu)選地約為3磅。帶盒約重0.8磅，用于固定病人的帶約重1.6磅。
[0044]圖2示出了從上方觀察到的胸部按壓設備的后側(cè)23。在圖2的透視圖中，普通體型的病人臀部和大腿后側(cè)將會延伸穿過下面的緩沖器40。設備構(gòu)造在堅固的槽鋼41周圍，槽鋼41相對機架是橫向定向的。槽鋼支撐設備承受按壓期間產(chǎn)生的力。槽鋼也充當著帶盒可附接至其上的結(jié)構(gòu)。
[0045]槽鋼41形成了延伸穿過設備的橫向?qū)挾鹊牟?。在按壓期間，帶布置在槽內(nèi)并沿著槽移動。帶被附接至跨越槽的驅(qū)動卷軸42。
[0046]圖3示出了胸部按壓設備2的內(nèi)部組件。電動機79可被操作以通過離合器80和齒輪箱81提供扭矩到驅(qū)動卷軸42。附接到電動機上側(cè)的制動器82可被操作以制動驅(qū)動卷軸的運動。制動轂被直接連接到電動機的轉(zhuǎn)子軸。
[0047]電動機79和制動器82被處理器單元83、電動機控制器84和配電控制器控制，三者全部安裝在前蓋板60的內(nèi)部。處理器單元包括計算機處理器、非易失性存儲設備和顯示器。
[0048]處理器單元具有用于控制電源控制器和電動機控制器的軟件。處理器單元、電源控制器和電動機控制器在一起組成了能夠精確控制電動機的操作的控制系統(tǒng)。因此，對于不同體型的病人來說，可以自動并精確地控制按壓的時間和力度。
[0049]圖2和3還示出了靠近病人頭部的電池倉121的位置。電池組和電池倉的位置和設計允許快速更換電池。除非電池組完全地并正確地插入倉中，否則倉的后部中的彈簧會將電池組推出。在電池組被插入電池倉時，位于電池組一端上的閂鎖與電池倉121中的接收件接合以將電池組保持在電池倉內(nèi)。凹陷部分120指示電池倉121內(nèi)的彈簧的位置。位于電池倉端部的塑料架122加強了凹陷部分。
[0050]圖4A和4B是電池組200的透視圖，分別示出了電池組的前側(cè)和后側(cè)205，210。在電池組插入電池倉121時，電池組的前側(cè)205朝外并且對用戶是可見的(圖3)。如圖4A中所示，前側(cè)205包括閂鎖215，閂鎖與電池倉121內(nèi)的接收件接合以將電池組200保持在電池倉內(nèi)。在圖4A中還示出了布置在電池組前端的頂側(cè)上的一對凸片217。這些凸片與閂鎖配合以通過防止電池頂部在電池插入期間向上拱，來確保電池被正確地固定在電池倉中，迫使閂鎖與電池閂鎖接收件或電池倉的邊緣正確地接合。
[0051]如圖4B中所示，電池組的后側(cè)210包括連接器220，連接器連接至電池倉121內(nèi)的連接器以使得機械按壓設備的控制器或處理器與電池組200能夠電通信。該連接器不僅允許從電池組流出的電流向機械按壓設備提供電力，它還在電池組和處理器或控制機械按壓設備操作的計算機之間提供數(shù)據(jù)流、編程指令和其他信息，比如電池充電狀態(tài)、放電率、放電前的持續(xù)時間等。類似地，連接器220可被配置以連接到電池充電器內(nèi)的連接器因而對電池組的電池充電，也可以在充電器和電池組之間提供數(shù)據(jù)流、軟件程序或指令和/或其他信息。還可以設想到的是連接器220可用于將電池組連接到通信網(wǎng)絡，該通信網(wǎng)絡將允許在電池組和同樣連接到網(wǎng)絡的其他計算機、服務器、處理器或設備之間信息的流動。應當理解的是，網(wǎng)絡可以是有線網(wǎng)絡，如以太網(wǎng)(Ethernet)，或者網(wǎng)絡可以是無線網(wǎng)絡。網(wǎng)絡可以是本地網(wǎng)絡，或者網(wǎng)絡可以是廣域網(wǎng)，如WLAN或因特網(wǎng)(Internet)。
[0052]狀態(tài)指示器225 (例如可以是一個或多個發(fā)光二極管(LED)或類似的設備)也布置在電池組200的后端210上以提供可視指示，可視指示為例如電池組的充電/放電狀態(tài)、任何會影響電池組操作的故障的出現(xiàn)、或者其他可能對電池的用戶有用的信息。也包括按鈕230 ;按鈕230例如可用于啟動電池組的重置?？蛇x的，按鈕230可用于啟動診斷測試，診斷測試的結(jié)果通過狀態(tài)指示器225指示。在其他實施方式中，按下按鈕230可以啟動處理器在電池組內(nèi)的其他功能，包括，例如但不限于，確定電池的剩余容量、通過使用狀態(tài)指示器225顯示故障代碼等。
[0053]圖5是電池組200的分解透視圖。該分解圖中的電池組200相對于圖4A和4B的視圖反轉(zhuǎn)。電池組具有底部外殼234和頂部外殼232。具有電池閂鎖236、桿支座238及桿閂鎖240的電池閂鎖組件安裝在當電池組插入電池倉時電池組的朝外的一側(cè)處，電池閂鎖組件被底部外殼和頂部外殼固定在位。桿R鎖240具有翼241,翼241被插入在形成于電池閂鎖236面上的凹槽或槽中，并且桿支座238安裝在底部外殼上以將桿閂鎖240樞軸地保持在外殼中。壓縮彈簧254布置在電池閂鎖236的底端和頂部外殼232之間。凸起部分255布置在電池閂鎖238的頂端，并構(gòu)造成突出穿過槽251，所述槽延伸穿過底部外殼234的厚度。以這種方式，電池閂鎖236可以由被用戶操作以使凸起部分255與位于機械按壓設備內(nèi)的閂鎖接收件接合或脫離從而將電池組插入電池倉或者將電池組從電池倉121釋放以移除電池組。[0054]電池輸入板242布置在電池組的后端210處，連接器220、指示器225和按鈕230被安裝至電池輸入板242 (圖4B)。使用一個或多個螺釘250將輸入板256安裝至底部外殼232。也可使用一個或多個螺釘256將輸入板緊固至頂部外殼252。在有些實施方式中，防水墊片262可用于抵御液體侵入電池組內(nèi)部。另外，標簽260可用于向用戶提供與指示器225提供的多種指不有關(guān)的彳目息。
[0055]使用螺釘或其他緊固件258將電池管理板244安裝至電池組件246，處理器、存儲器和用于管理電池的多種操作的電路(將在下文詳細描述)被安裝至電池管理板244。電池組件246包括一個或多個電池248。電池248可以是利用多種電池化學成分(例如鎳金屬氫化物、氫化鋰、鋰離子等)的電池。電池管理板244和電池組件246也可包括安裝在電池組件246左側(cè)和右側(cè)上的一對防干擾板266，以保護每個電池248的端子免于與組件的其他部分意外接觸，因此提供了阻止電池短路的防護。
[0056]電池組200也包括布置在頂部外殼中的至少一個排氣孔264，如圖所示，以允許電池組的排氣，防止在電池組充電或放電期間由電池248產(chǎn)生的潛在易燃或爆炸性氣體的聚集。盡管示出為布置在頂部外殼中，本領域技術(shù)人員將會理解的是排氣孔可以被布置為穿過電池組的任意壁或側(cè)面。排氣孔264可以是延伸穿過電池組的壁或側(cè)面的單個孔?；蛘撸艢饪?64可包括過濾裝置265，如篩子或疏水膜，以防止顆?；蛄黧w或濕氣入侵電池組內(nèi)部。這種排氣孔的額外的優(yōu)點是，該一個或多個排氣孔在電池組的內(nèi)部和外部之間提供了壓力的平衡，比如這會出現(xiàn)在電池組運輸?shù)礁呋蚋偷暮０螘r。
[0057]操作上述機械按壓設備需要穩(wěn)定的電源。在緊急的情況下給病人提供復蘇救治，要求設備使用30分鐘或更久不是不常見的。機械按壓設備的電動機的扭矩和功率需求在進行按壓期間需要高達70安培的峰值電流。如果不能通過電池向控制按壓的電動機供應充足的電流，則電壓會降低并且電動機可能不能夠產(chǎn)生充足的扭矩以確保完成病人的胸部的按壓。
[0058]本發(fā)明的
【發(fā)明者】已經(jīng)意識到當電池在恒定功率消耗條件下時，確保更久和穩(wěn)定的電池操作的關(guān)鍵是具有非常低的內(nèi)部總電阻。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在需要高功率的設備中是有用的這樣一種電池化學成分是使用鋰離子化學成分的電池，如在A123系統(tǒng)公司中可獲得的ANR26650M1型或ANR26650M1-B型鋰離子電池。
[0059]圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的電池組300的一個實施方式的示意圖。電池組300包括11個鋰離子化學電池，如上述的ANR26650M1型或ANR26650M1-B型鋰離子電池。每個電池提供3.3伏的電壓，并且11個電池串聯(lián)連接以提供36.3伏的總電壓。使用這種電池，可以制造出根據(jù)本發(fā)明的原理的電池組的一種實施方式，該電池組重約3磅。觀察已表明這種電池提供1550瓦至2000瓦的功率，并且優(yōu)選地提供1800瓦的峰值功率。這提供了預期的重量功率比。另外，還發(fā)現(xiàn)了能夠供應略小于100瓦/時的能量的實施方式。盡管在這個示范性實施方式中使用了 11個電池，但根據(jù)待供電的設備的需求可以使用更多或更少的電池。
[0060]為了提供操作按壓設備的電動機所需的電流量，
【發(fā)明者】已發(fā)現(xiàn)使電池組的內(nèi)部電阻最小化是相當重要的。因此，使用的鋰離子(L1-離子)電池應該具有較低的內(nèi)部DC (直流)電阻，優(yōu)選地每個電池低于15毫歐，并且更優(yōu)選地低于12.5毫歐。
[0061]盡管鋰離子電池能夠提供在延長的時間段操作機械按壓設備所需的電壓和電流，但在電池的再充電階段和放電階段期間必須小心以確保電池在其預期壽命內(nèi)繼續(xù)工作。眾所周知鋰離子電池不應該被過充電，也不應該被過放電。因此，本發(fā)明的多個實施方式包括檢測并控制電池的放電及再充電循環(huán)的能力。這些實施方式將在下文詳細描述。
[0062]如前所述，11個鋰離子電池310通過主電源總線320串聯(lián)。總線320具有正極側(cè)和負極側(cè)或接地側(cè)，對于DC電路這是典型的?？偩€320通過接口 330將電池提供的直流電傳遞至負載(在此實例中，為機械按壓設備)。如在圖6中所示，接口 330是具有7個連接插針的針連接器?？蛇x地，可以使用插口，或者插針與插口的組合，使用多于或少于7個插針或插口。
[0063]總線320的正極側(cè)連接至接口 330的插針7。類似地，總線320的負極側(cè)連接至接口 330的插針6。接口的插針1-5用于傳輸涉及電池組檢測和控制的多種信號，也傳輸至待供電的設備，使得在電池組和待供電設備之間能夠交換信息和控制信號。在下文中將對包括這些特征的本發(fā)明的多個示范性實施方式進行詳細地描述。
[0064]再次回到圖6，總線320的正極側(cè)包括保險絲342以保護電路免受過流的情況。保險絲342可以是，例如，30安培的保險絲。在這種情況下，大于30安培的持續(xù)電流流過保險絲342將導致保險絲開路，使總線320產(chǎn)生的電路斷路并且停止電流從電池的流出。盡管未示出，也存在有監(jiān)測保險絲的熔斷絲檢測電路，并且，如果保險絲已熔斷，熔斷絲檢測電路會向組控制器提供保險絲熔斷的信號。電池組控制器然后提供指示電池不適合使用的信號。該信號例如可以是LED顏色的變化，或者一些其他狀態(tài)指示器的激活或去激活?？蛇x地，電池組控制可以向由電池供電的裝備提供信號，然后電池組控制可以向用戶提供電池未準備好投入使用的指示。
[0065]主總線320的正極側(cè)也包括多個n-溝道場效應晶體管(n_FET) 340,350和360。這些n-FET提供電路的切換和控制。使用n-FET是因為它們提供了電阻非常低的開關(guān)，符合使得電池的內(nèi)部總電阻最小化的設計要求。n-FET另一個獨特的性能是它們能夠傳導高電流負載，而不會損壞且也不會產(chǎn)生過多的熱量。已發(fā)現(xiàn)的適合用在本發(fā)明的多種實施方式中的n-FET的一個實例是可從Dig1-Key公司獲得的IRLS3036型。
[0066]在典型的設計中，p-FET設備可用作開關(guān)并且可被放置在主總線的高壓側(cè)。然而，P-FET的電阻是n-FET設備的電阻的兩倍或更多倍。因此，為了處理和n_FET設備一樣的電流，將需要多個并聯(lián)的P-FET。另外，多個p-FET的使用也需要使用散熱器以消散p-FET導通時產(chǎn)生的熱量。這在電池組內(nèi)空間有限的情況下是不利的。
[0067]類似地，n-FET設備會典型地用在主總線的低壓側(cè)，用于接通或斷開總線中的電流。然而，在這種情況下使用n-FET會斷開電池的接地，這導致電路中的噪聲并干涉電池管理系統(tǒng)電路的多個元件之間的通信。因此，本發(fā)明已將n-FET開關(guān)放置在主線的高壓側(cè)，這提供了有效的主線開關(guān)而不會產(chǎn)生在使用P-FET時可能產(chǎn)生的過多熱量。將n-FET放置在主線的高壓側(cè)也消除了電路接地斷開的問題。
[0068]在一些實施方式中，一個或多個電阻器(如電阻器370和380)可插入主總線電路的負極側(cè)(或低壓側(cè))。這些電阻器提供分接主總線的能力以監(jiān)控流經(jīng)電路的電流的多個方面。例如，在一個實施方式中，電阻器370跨接了電池平衡和初級保護電路的輸入線路，將在下文詳細描述。電阻器370的典型值是，例如，2.5毫歐。
[0069]在另一個實施方式中，電阻器380可以跨接充電狀態(tài)監(jiān)測器，也稱作“氣體壓力計”。在這個實施方式中，電阻器380的值可以是，例如，5毫歐。
[0070]在充電和放電期間每個電池310都是被單獨監(jiān)控的，從而分別地控制充電和放電的速率。在一個示范性實施方式中，如在圖6中所示，獨立的電池分接線390連接到每個電池及電池監(jiān)控和平衡電路400。
[0071]初級保護
[0072]在充電期間，獨立監(jiān)控每個電池的電壓以防止電池的過充電。在一個示范性實施方式中，在微芯片上的監(jiān)控系統(tǒng)可以是，例如，電池組保護和監(jiān)控集成電路(IC)410，如可從02Micro獲得的0Z890，該監(jiān)控系統(tǒng)用于控制多個電池的充電。在這種設置中，電池監(jiān)控線路390提供正信號到IC410的代表性插針輸入端。例如，使用IC410的輸入線路BCl監(jiān)控電池I，并如此類推直至電池11，使用IC410的輸入線路BCll監(jiān)控電池11。
[0073]如果IC410的控制電路檢測出電池中的不平衡，則IC410在適當?shù)耐獠啃狗趴刂凭€路CBl-CBll上提供信號。如在圖6中所示，當適當?shù)耐獠啃狗趴刂凭€路CBl-CBll上的信號被施加到n-FET420的柵極時，允許電流穿過n_FET420的源極和漏極，然后穿過電阻器430，這導致電流旁流過電池并且暫停電池的充電。從圖6可以看出，每個電池有其專用的電阻器和n-FET的組合，與IC410電通信以用于監(jiān)控每個電池并防止每個單獨的電池過充電。
[0074]在一些實施方式中，電池平衡和初級保護IC410也可用于監(jiān)控電池組的總電壓。例如，當所有電池都達到它們的最大電壓時，IC410可以發(fā)出低信號到n-FET350的柵極以打開n-FET350的源極和漏極之間的通道，并因此打開主總線電路320。這樣導致充電電流停止通過電池，并因此暫停充電過程。
[0075]類似地，在電池放電期間，IC410監(jiān)控電池的跨接電壓。當電池的跨接電壓下降到小于閾值水平(例如，21伏)時，IC410將線路450的信號驅(qū)動為較低的，這反過來閉合n-FET360，這中斷了主總線電路。這會防止由于去除了電池中的太多電荷而導致的電池損壞,去除太多電荷會導致減短電池壽命。
[0076]IC410也可包括并控制溫度測量性能，該性能被設計成監(jiān)控電池組和/或單獨的電池的溫度以防止過熱。在這個實施方式中，使用一個或多個熱敏電阻460以沿線路470給IC410提供溫度信號。如果IC410確定電池的溫度太高或者太低，則IC410可將n_FET350和360之一或兩者都驅(qū)動為較低的，打開主總線320并隔離電池組。應當理解的是，盡管為了清晰僅示出單獨的線路470，但是線路470包括適當數(shù)量的導體以監(jiān)控溫度監(jiān)控電路中使用的與IC410通信的所有熱敏電阻的功能。
[0077]IC410可通過在線路480提供故障信號(然后該被故障信號用于使得LED490點亮)，來額外提供故障狀態(tài)的可視指示。這種由初級保護電路感測的故障狀態(tài)的視覺信號表明了電池組已通過IC410呈現(xiàn)出非功能性，并且表明需要修復或維護電池組。
[0078]次級保護
[0079]本發(fā)明的一些實施方式也可包括針對災難性故障或過電壓保護的次級保護。這樣的次級保護可以由多個電路提供，所述電路被設計成監(jiān)控電池組的電壓和/或經(jīng)過主總線的電流，并設計成在超過電流或電壓的一定閾值時會采取措施。在一個實施方式中，這種保護可由集成電路500，例如，可從02Micro獲得的0Z8800提供。本領域技術(shù)人員將會理解的是，根據(jù)電池組中使用的電池數(shù)量，需要多于I個的IC500。例如，0Z8800次級電池保護集成電路可監(jiān)控3至7個單獨的電池。因此，當使用11個電池時需要2個0Z8800。
[0080]IC500通過監(jiān)控線路312來監(jiān)控每個電池的電壓。在一些實施方式中，可采用時間延遲，這允許存在臨時過電壓狀態(tài)。在由于電壓未回落到可接受范圍而導致超過時間閾值的情況下，IC500通過故障線路510發(fā)送低信號到n-FET340以關(guān)閉n_FET340。每個電池都由類似的電路監(jiān)控。
[0081]從圖6中可以明顯看出，除非向每個n-FET的柵極施加正電壓，否則上述n-FET均處于正常閉合狀態(tài)。因此，導致電壓減小到低于柵極處的n-FET的閾值水平的任何故障都會引起n-FET打開，因此提供對電池和電池管理電路的額外保護。
[0082]氣體壓力計
[0083]本發(fā)明的另一個實施方式包括“氣體壓力計”功能，該功能監(jiān)控電池組中剩余的可用電量。這種氣體壓力計功能可以由經(jīng)設計成執(zhí)行不同的任務(如根據(jù)電池的使用時間、放電速率和溫度計算用于使用狀態(tài)和用于待機狀態(tài)的剩余電池容量)的集成電路來提供。這種電路也可確定在從接近滿充電狀態(tài)到接近完全放電狀態(tài)的放電循環(huán)過程中的真實電池容量。
[0084]圖6示出這種氣體壓力計電路600的一個實例。使用集成電路610(如可從TexasInstruments公司的獲取的bq2060A)以實現(xiàn)電池組的監(jiān)控。IC610與外部EEPR0M620協(xié)同工作。EEPR0M620為IC610存儲配置信息，如電池中使用的化學成分、電池的自放電速率、多種速率補償因素、測量校準、以及電池設計電壓和容量。所有的這些設置都可以改變從而允許系統(tǒng)使用多種電池類型。另外，IC610可通過后側(cè)總線電路630與中央處理器和存儲器通信。如此，可使用來自中央處理器的控制信號將IC610和EEPR0M620配置成適應不同類型的電池，這些電池由系統(tǒng)內(nèi)的其他電路檢測并識別，或者由用戶手動識別。在可選實施方式中，IC610也可與電池組控制器配合以使用嵌入到軟件中的適當控制指令來增加氣體壓力計在低電流消耗狀態(tài)下的報告精度，所述控制指令控制電池組控制器和氣體壓力計的操作的中以執(zhí)行實施該功能需要的算法。
[0085]通常，通過IC610與IC800的結(jié)合使用來實施氣體壓力計功能，以通過監(jiān)控輸入到電池中或從電池移出的電荷量來及時地確定滿充電的電池容量和在任意點的剩余容量。另夕卜，當跨接電阻器380進行檢測時，IC610測量電池電壓、電池溫度和電流。在有些實施方式中，IC610也可估計電池的自放電速率，并且也監(jiān)控電池的低壓閾值。如上所述，IC610通過監(jiān)控跨接電阻器380的電壓而測量電池的充電量和放電量，其中所述電阻器位于(串聯(lián)連接的電池中的)第一電池310的負極端子和電池組的負極端子之間。通過這個測得的電壓及根據(jù)環(huán)境和操作狀態(tài)校正測量，可以確定可用電池電荷。
[0086]IC610也可測量電池組的溫度從而實施上述估計和調(diào)節(jié)。在一個實施方式中，熱敏電阻640以夠測量電池組的一個電池或多個電池的溫度的方式與電池組的所述一個電池或多個電池相鄰安裝。在測量所述一個電池或多個電池溫度的同時，IC610通過用線路660提供適當?shù)男盘枌-FET650的柵極驅(qū)動為高，從而將偏置電壓源連接到熱敏電阻640。一旦測量結(jié)束，IC610將n-FET650的柵極驅(qū)動為低，打開n_FET并因此使熱敏電阻640從偏壓源斷開。
[0087]在每次電池充電時IC610可被重置，以使得所報告的電池中的剩余電荷量是精確的。電池組管理電路或電池組控制器800 (在下文中更詳細地描述)用重置線路670提供信號以將n-FET680的柵極驅(qū)動為高。這樣導致電流通過n_FET680，使得重置信號被提供給IC610從而重置IC610的電池容量計數(shù)器。
[0088]在另一個實施方式中，IC610可包括密封/解封功能，該功能防止未經(jīng)授權(quán)地訪問存儲在IC610或EEPR0M620中的參數(shù)。電池組控制器800可以用線路680發(fā)送信號將n-FET690的柵極驅(qū)動為高，該操作閉合了 n_FET690從而允許指令和數(shù)據(jù)在IC610與EEPR0M630之間流動。該數(shù)據(jù)可包括，例如，更新了的校準信息等。在可選實施方式中，僅使用來自電池組控制器的軟件指令來控制IC610和EEPR0M630，而不需要控制n_FET690，就可控制IC610和EEPR0M630之間的數(shù)據(jù)流動。
[0089]電池鉬控制器
[0090]在本發(fā)明的另一個實施方式中，電池管理系統(tǒng)包括電池組控制器800，電池組控制器充當由電池管理系統(tǒng)實施的多個功能的整體管理器。取決于在電池組界限內(nèi)的可用空間量，電池組控制器800典型地是集成電路，盡管可以使用實施相同功能的分立電路。
[0091]例如，電池組控制器800可以是低或超低功率微控制器，如可從TexasInstruments公司獲取的MSP430F2418混合信號控制器。這種控制器可包括存儲器，如隨機存取存儲器或閃存以提供電池管理系統(tǒng)的多個功能的快速且高效地執(zhí)行。電池組控制器800還具有通過一條或多條通信總線，如后側(cè)總線630和前側(cè)總線810與外圍設備、電路或存儲器通信的性能。通信總線典型地使用如I2C總線(Philips公司的商標)或系統(tǒng)管理總線(SMBus)的通信協(xié)議。在下文中對SMBus更詳細地描述。
[0092]適當?shù)能浖噶钣糜趯﹄姵亟M控制器800的功能編程。這種軟件包括配置通信協(xié)議接口(例如，SMBus接口)的指令。該軟件也可配置電池組控制器以監(jiān)控關(guān)鍵電池組參數(shù)，該軟件通過通信線路810、820、822、后側(cè)總線630、前側(cè)總線810和檢測線路824，以及其他未示出的通信線路或?qū)⒃谝院筇砑拥木€路獲得這些參數(shù)。
[0093]當適當?shù)鼐幊讨?，電池組控制器800也和一個或多個存儲設備，例如事件檔案庫EEPR0M900通信。這種檔案庫具有，盡管例如，但不限制于此，64千字節(jié)(64K)的存儲器，可用于存儲電池組的充電和放電周期中發(fā)生的多種事件的歷史，例如總充電量、卸放的能量總量、電池溫度、任何發(fā)生的故障，或者與獨立電池和/或用于管理和控制電池的操作所采用的多種電路相關(guān)的其他信息。
[0094]電池組控制器800也可通過編程與存儲器和/或處理器通信，例如，EEPR0M1000。在圖6示出的示范性實施方式中，EEPR0M1000可以位于由電池組供電的機械按壓設備中，或者它可以被納入電池組并且被配置成可以通過由電池供電的設備訪問。在這個實例中，電池組控制器800通過前側(cè)總線810與機械按壓設備中的EEPR0M1000和/或處理器通信，前側(cè)總線通過連接器330接觸機械按壓設備中的相似總線。如此，在電池組與由電池組供電的設備之間建立雙向通信連接以允許在電池組與被供電的設備之間交換信息。例如，在電池組與被供電的設備進行通信時，更新的操作參數(shù)或指令(包括更新的軟件)可以從被供電的設備加載到電池組。類似地，包含在事件檔案庫EEPR0M900中的信息可從電池組中存在的任意存儲器傳輸?shù)紼EPR0M1000，或者傳輸?shù)綐?gòu)造成通過后側(cè)總線810通信的任意其他存儲器(如便攜式存儲設備)。
[0095]應當理解的是，這種通信能力也允許電池與除將要由電池供電的設備以外的其他設備通信。例如，典型地，電池組將與被供電的設備分離以進行再充電。當電池組連接到電池充電器時，電池充電器可用于通過前側(cè)總線810從電池組的一個或多個存儲器中得到信息，和/或?qū)⒏潞蟮臄?shù)據(jù)、信息、編程指令或軟件傳輸至電池。這種通信過程將典型地使用用于通訊的通信協(xié)議(例如SMBus協(xié)議)中闡述的能夠在位于充電器中或其他設備中的處理器與電池組的電池組控制器800之間進行交換的多種信息交換和通信對話來管理。在有些實施方式中，當電池插入待供電的設備中時也可以進行涓流充電，其中被充電的設備也連接到外部電源。
[0096]本發(fā)明的又一些實施方式可包括如下能力:在電池組插入電池充電器或插入待供電的設備(例如機械按壓設備)時，由電池組控制器800管理的識別能力。例如，電池組控制器800可被配置成使用適當?shù)能浖?或硬件指令以提供信號到IC410和IC500從而提供高信號到n-FET340、350和360的柵極以關(guān)閉這些開關(guān)，并因此僅當檢測電路1100通過線路824發(fā)送適當?shù)男盘?該信號指示電池組正確安裝在待供電的設備中)到電池組控制器800中時，才在連接器330的正極插針和負極插針處提供全電池電壓。
[0097]在一個實施方式中，電池組控制器800監(jiān)控連接到機械開關(guān)或聯(lián)鎖的線路，當電池正確插入充電器或待供電的設備中時所述機械開關(guān)或聯(lián)鎖被強制關(guān)閉。在另一個實施方式中，電池組控制器800監(jiān)控連接到電池連接器的一個或多個插針的信號線。當通過該信號線接收到適當?shù)男盘枙r，電池組控制器800確定電池已正確地插入充電器或待供電的設備中，并且電池組控制器800提供高信號到上述n-FET340、350和360的柵極。該實施方式特別有利，因為電池組控制器800可編程為僅當接收到特殊信號時才進行響應，確保在向n-FET340、350和360的柵極提供高信號之前，電池已插入到被設計成容納電池的特定類型或者構(gòu)成的充電器或待供電的設備中。
[0098]這些實施方式是有利的，因為在連接器330的正極和負極端子之間發(fā)生意外短路的情況下阻止了電池的放電。根據(jù)存儲在電池組的電池中的能量，這樣的放電可能是災難性的。因此，在這個實施方式中，在電池組未連接至充電器或待供電的設備(如上述機械按壓設備)時，除非電池組正確安裝在構(gòu)造成提供適當?shù)男盘栔翙z測電路1100的設備中，否則電池組的連接器330的正極和負極端子之間沒有電壓，因此提供了電池組安全的處理、存儲和運輸。
[0099]電池組控制器800也可被編程以提供密碼訪問以允許改變存儲在EEPR0M900和620中的設置和參數(shù)，并在發(fā)生故障時提供適當?shù)男盘杹眚?qū)動LED490。也可包括額外的性能，被配置成使用適當?shù)能浖?或硬件指令向電池管理系統(tǒng)提供額外的功能。例如，這類功能可包括驅(qū)動能指示電池中的總剩余電量等的顯示器。在可從Texas Instruments公司獲取的一篇標題為 “MSP430F241x，MSP430F261x Mixed Signal Microcontroller(MSP430F241x、MSP430F261x 型混合信號微控制器)”、SLAS541F_2007 年 6 月-2009 年 12 月修訂的文獻中，給出了可納入組控制器800 (尤其當組控制器800是MSP430F2418 (或這種控制器系列的其他成員)時)中的多種性能的更全面的描述，以上內(nèi)容通過引用被全部包括在此以供參考。
[0100]智能總線通信
[0101]顯然，包含在本發(fā)明的多個實施方式中的多種處理器和集成電路以及邏輯系統(tǒng)，由于它們可以通過前側(cè)總線320和后側(cè)總線630相互通信，使得它們能夠作為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)運行。在有些實施方式中，使用系統(tǒng)管理總線(SMBus)規(guī)范執(zhí)行通過這些總線進行的通信。SMBus是雙線接口，通過雙線接口，在其它電路之中，多種系統(tǒng)組件芯片，如IC410、IC610、次級保護系統(tǒng)500、事件檔案庫900、EEPR0M1000和電池組控制器800可以相互通信并且可與系統(tǒng)的其余部分通信。與SMBus規(guī)范相關(guān)的進一步的信息包含在“SystemManagement Bus (SMBus) Specification Version 2.0 (系統(tǒng)管理總線(SMBus)規(guī)范 2.0版)”，SBS Implementers Forum (SBS工具論壇)，2000年8月3日，以上內(nèi)容通過引用被全部包括在此以供參考。
[0102]升壓電路
[0103]
【發(fā)明者】已觀察到，在本發(fā)明的有些實施方式中，驅(qū)動n-FET閉合所需的電壓超過了電池組的可用電壓。例如，在使用要求偏置電壓為10伏的n-FET時，為了充分地驅(qū)動n-FET以允許適當?shù)碾妷和ㄟ^n-FET從而對電池充電或放電，該n_FET需要的驅(qū)動電壓是偏置電壓再加上電池電壓。因此，包括電壓升高電路以升高供應到n-FET的柵極的電壓從而驅(qū)動n-FET傳導電池供應的電流。
[0104]本領域技術(shù)人員將會理解的是，在本發(fā)明中使用n-FET導致需要復雜的電路，如升壓電路。這種復雜性可以通過使用P-FET消除。然而，發(fā)現(xiàn)使用p-FET是不利的，因為將需要多個P-FET來處理能夠由一個單獨的n-FET處理的相同電流。另外，使用多個p_FET產(chǎn)生的熱量可能需要額外一個或多個散熱器來消散，這需要在緊湊型電池中具有比可用空間更大的空間。此外，眾所周知P-FET的電阻至少是n-FET電阻的兩倍，這會增加電池組的整體內(nèi)部電阻。
[0105]盡管已經(jīng)圖示出并說明了本發(fā)明的幾個具體形式，顯然，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可作出多種修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于向設備供電的電池組，包括: 可再充電電池，具有正極端子和負極端子； 主總線，連接所述可再充電電池的所述正極端子與電池組連接器的正連接器并連接所述可再充電電池的所述負極端子與所述電池組連接器的負連接器；以及 電池管理系統(tǒng)，與所述可再充電電池電通信，所述電池管理系統(tǒng)包括: 處理器，用于監(jiān)測與所述電池的充電狀態(tài)相關(guān)的輸入； 開關(guān)，布置在位于所述電池的正極端子與所述電池組的所述正連接器之間的前側(cè)總線中，所述開關(guān)對由所述處理器響應于與所述電池的所述充電狀態(tài)相關(guān)的所述輸入而產(chǎn)生的信號起反應以控制所述電池的充電或放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中，所述開關(guān)是n-FET設備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，進一步包括: 第二可再充電電池，與第一可再充電電池串聯(lián)；以及 監(jiān)控電路，與所述處理器電通信，所述監(jiān)控電路監(jiān)測所述第一可再充電電池和所述第二可再充電電池的電壓并將用于每個可再充電電池的信號提供給所述處理器，所述信號代表跨接每個電池的正極端子與負極端子所測得電壓的等級，所述監(jiān)控電路包括將所述第一可再充電電池連接到第一泄放電路的第一開關(guān)，所述第一開關(guān)對來自所述處理器的過電壓信號起反應以閉合所述第一開關(guān)從而防止所述第一可再充電電池的過充電，所述監(jiān)控電路還包括將所述第二可再充電電池連接到第二泄放電路的第二開關(guān)，所述第二開關(guān)對來自所述處理器的過電壓信號起反應以閉合所述第二開關(guān)從而防止所述第二可再充電電池的過充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，進一步包括: 溫度監(jiān)測電路，用于監(jiān)測所述電池組的溫度并向所述處理器提供與所述電池組的溫度相關(guān)的信號；并且其中所述處理器接收并分析溫度信號以確定所述電池組的溫度是否在預先選定的溫度范圍之內(nèi)，并且若所述電池組的溫度不在所述預先選定的溫度范圍之內(nèi)，所述處理器提供信號到所述開關(guān)從而將所述電池的正極端子與所述電池組的正連接器斷開連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，進一步包括: 充電狀態(tài)監(jiān)測電路，提供來自用于向設備供電的所述電池組的可用電量的指示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，進一步包括: 電池組隔離電路，與所述處理器電通信，所述電池隔離電路構(gòu)造成用于向所述處理器提供連接信號，所述連接信號指示所述電池組的連接器連接到電池充電器或者待被供電的設備；并且 其中所述處理器通過向所述開關(guān)發(fā)送信號以閉合所述開關(guān)來響應所述連接信號，從而提供跨接所述連接器的正極端子和負極端子的電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池組，其中，所述電池組隔離電路包括機械開關(guān)，在所述電池組的電池連接器連接到電池充電器或者待被供電的設備時所述機械開關(guān)具有閉合狀態(tài)；并且 其中，所述處理器響應于所述機械開關(guān)的閉合狀態(tài)以提供跨接所述連接器的正極端子和負極端子的電壓 。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，進一步包括: 通信總線，將所述處理器連接到所述連接器并連接到所述電池管理系統(tǒng)的其他組件，所述通信總線構(gòu)造成在所述處理器與所述電池管理系統(tǒng)的所述其他組件之間提供通信，并向所述電池組的外部的其他系統(tǒng)、處理器、網(wǎng)絡或存儲介質(zhì)提供通信。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，進一步包括: 指示器裝置，安裝在所述電池組的外部，所述指示器裝置提供與所述電池的操作相關(guān)的信息的可視指示。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組，其中，所述指示器裝置是至少一個發(fā)光二極管。
11.一種智能電池組,包括: 殼體； 連接器，安裝在所述殼體的一端上，并且構(gòu)造成與布置在待被供電的設備內(nèi)部或上面的連接器接合； 多個可再充電電池，所述電池中的每個都具有正極端子和負極端子，并且所述電池中的每個都通過主總線串聯(lián)連接，所述主總線具有與所述連接器的正極端子連接的正極側(cè)以及與所述連接器的負極端子連接的負極側(cè)，所述多個電池布置在所述殼體的內(nèi)部； 開關(guān)，布置在所述主總線的位于所述連接器的正極端子與所述多個電池之間的正極側(cè)中； 處理器，用于控制所述電池組的操作； 初級保護電路，與所述處理器電通信，所述初級保護電路包括: 電通信的多個監(jiān)控電路，所述多個監(jiān)控電路中的每一個用于監(jiān)測與所述多個電池中的獨立電池的充電狀態(tài)相關(guān)的參數(shù)，以及 多個泄放電路,所述多個泄放電路中的每一個連接到所述多個電池中的獨立電池，以響應于通過連接到該電池的所述監(jiān)控電路所監(jiān)測的所述電池的參數(shù)而對所述電池進行泄放，從而防止所述電池的過充電； 次級保護電路，用于保護電池組防止短路； 電池管理系統(tǒng)，與所述連接器、所述開關(guān)和所述多個監(jiān)控電路電通信，所述電池管理系統(tǒng)構(gòu)造成用于監(jiān)測所述電池的充電和放電并且如果檢測到故障則提供信號到所述開關(guān)以將所述開關(guān)打開； 充電狀態(tài)監(jiān)測電路，包括用于確定流過所述主總線的電流量的傳感器、與所述傳感器電通信的充電狀態(tài)處理器、與所述充電狀態(tài)處理器電通信的充電狀態(tài)存儲器，所述存儲器用于存儲與所述電池以及與流過所述主總線的電流量相關(guān)的信息，其中所述充電狀態(tài)處理器根據(jù)存儲在所述充電狀態(tài)存儲器中的信息和來自所述傳感器的輸入而確定來自所述電池的可用電流量；以及 通信總線，與所述連接器、所述處理器、所述初級保護電路、所述次級保護電路、所述電池管理系統(tǒng)和所述充電狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)電通信，用于在所述連接器、所述處理器、所述初級保護電路、所述次級保護電路、所述電池管理系統(tǒng)和所述充電狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)之間提供通信。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的智能電池組，其中，所述開關(guān)是η-溝道場效應晶體管。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的智能電池組，其中，所述初級保護電路包括初級保護處理器，所述初級保護處理器構(gòu)造成用于監(jiān)測所述電池的充電和放電。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的智能電池組，其中，所述初級保護電路包括初級保護處理器，所述初級保護處理器構(gòu)造成用于控制所述電池的充電和放電。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的智能電池組，其中，所述處理器還構(gòu)造成用于通過所述通信總線將信息傳輸?shù)剿龀潆姞顟B(tài)處理器，所述充電狀態(tài)處理器使用所述信息來確定來自所述電池的可用電流量并且將所確定的可用電流量存儲在所述充電狀態(tài)存儲器中。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的智能電池組，進一步包括: 溫度監(jiān)測電路，用來確定所述電池組的溫度，所述溫度監(jiān)測電路將所述電池組的溫度傳輸?shù)剿龀跫壉Ｗo電路；并且 其中，所述初級保護電路構(gòu)造成，如果所述電池組的溫度不在預先選定的溫度值范圍內(nèi)時發(fā)送信號到所述開關(guān)以將所述開關(guān)打開。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的智能電池組，進一步包括: 電池組隔離電路，與所述處理器電通信，所述電池組隔離電路構(gòu)造成提供連接信號到所述處理器，所述連接信號指示所述電池組的連接器連接到電池充電器或者待被供電的設備；并且 其中，所述處理器通過發(fā)送信號到所述開關(guān)以將所述開關(guān)閉合來響應所述連接信號，從而提供跨接所述連接器的正極端子和負極端子的電壓。
18.一種由權(quán)利要求1所述的電池組供電的設備。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設備，其中，所述設備是醫(yī)療設備。
20.一種由權(quán)利要求11所述的智能電池組供電的設備。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設備，其中，所述設備是醫(yī)療設備。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設備，其中，所述設備是機械按壓設備。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設備，其中，所述設備是機械按壓設備。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中，所述電池組構(gòu)造成向機械按壓設備供電至少30分鐘。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中，所述電池組構(gòu)造成，在所述機械按壓設備用于治療體型大于普通體型的病人時向機械按壓設備供電至少20分鐘。
26.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池組，其中，所述電池組構(gòu)造成向機械按壓設備供電至少30分鐘。
27.根據(jù)權(quán)利要 求11所述的電池組，其中，所述電池組構(gòu)造成，在所述機械按壓設備用于治療體型大于普通體型的病人時向機械按壓設備供電至少20分鐘。
【文檔編號】H01M10/44GK103814499SQ201280031713
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月28日
【發(fā)明者】奧蘭多·鮑諾什, 戴維·迪姆, 理查德·史密斯 申請人:佐爾循環(huán)公司