電池模塊、電流平衡方法以及電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種電池模塊、電流平衡方法以及電路。所述電流平衡方法包括：用第一消耗電流來(lái)操作電池模塊的第一控制單元，其中，電池模塊還包括多個(gè)電池模組和多個(gè)對(duì)應(yīng)的控制電路；用第二消耗電流來(lái)操作電池模塊的第二控制單元；生成表示第一消耗電流與第二消耗電流之差的檢測(cè)信號(hào)；基于檢測(cè)信號(hào)生成補(bǔ)償電流；以及重復(fù)生成檢測(cè)信號(hào)和基于檢測(cè)信號(hào)生成補(bǔ)償電流的步驟直至電池模塊進(jìn)入平衡工作狀態(tài)，其中，在平衡工作狀態(tài)下沒(méi)有電流流經(jīng)電池模組與對(duì)應(yīng)的控制電路之間的多個(gè)路徑。采用本發(fā)明的技術(shù)能夠使多個(gè)控制電路消耗相同的總電流，確保沒(méi)有非期望的電流流經(jīng)電池模組和對(duì)應(yīng)的控制電路之間的多個(gè)路徑。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電池模塊、電流平衡方法以及電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，特別是涉及一種電池模塊、電流平衡方法以及電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 電池包通常包含多個(gè)串聯(lián)的電池單元來(lái)向電子設(shè)備(例如，電動(dòng)車(chē)、便攜式計(jì)算 機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等)供電。電池包通常配備有多個(gè)控制電路來(lái)監(jiān)測(cè)每個(gè)電池單元的狀態(tài)用于容 量計(jì)算和電池單元保護(hù)。
[0003] 圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的電池管理系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，電池管理系 統(tǒng)100包含電池包102,在電池組102中，電池模組104、106、以及108串聯(lián)，其中每個(gè)電池 模組進(jìn)一步包括多個(gè)電池單元。電池管理系統(tǒng)100包含控制電路114、116、以及118用于分 別管理電池模組104、106、以及108?？刂齐娐?14和116通過(guò)第一路徑125耦合到電池模 組104和106?？刂齐娐?16和118通過(guò)第二路徑127耦合到電池模組106和108。如果 不同的控制電路消耗不同量的電流，則將會(huì)有非期望的電流流經(jīng)第一路徑125和第二路徑 127,這可能導(dǎo)致電池模組之間的失衡并且可能縮短電池包壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種電池模塊、電流平衡方法以及電路，能夠 使控制電路消耗相同的總電流，沒(méi)有不希望的電流流經(jīng)電池和控制電路之間的路徑。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種電池模塊，該電池模塊包含：包括多個(gè)電 池模組的電池包和對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)電池模組的多個(gè)控制電路，其中，每個(gè)控制電路進(jìn)一步 包括：控制單元，用于管理對(duì)應(yīng)的電池模組，該控制單元由對(duì)應(yīng)的消耗電流來(lái)操作；以及補(bǔ) 償單元，耦合到控制單元，用于生成對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流，以使對(duì)應(yīng)的消耗電流和對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電 流的總和等于目標(biāo)總電流，其中，多個(gè)控制電路至少包括第一控制電路和第二控制電路，第 一控制電路包括用第一消耗電流來(lái)操作的第一控制單元，第二控制電路包括用第二消耗電 流來(lái)操作的第二控制單元，第一控制電路基于第一消耗電流和第二消耗電流的比較結(jié)果生 成第一補(bǔ)償電流，第二控制電路基于第一消耗電流和第二消耗電流的比較結(jié)果生成第二補(bǔ) 償電流。
[0006] 本發(fā)明還提供了一種電流平衡方法，該電流平衡方法至少包括以下步驟：用第一 消耗電流來(lái)操作電池模塊的第一控制單元，其中，電池模塊還包括多個(gè)電池模組和多個(gè)對(duì) 應(yīng)的控制電路；用第二消耗電流來(lái)操作電池模塊的第二控制單元；生成表示第一消耗電流 與第二消耗電流之差的檢測(cè)信號(hào)；基于檢測(cè)信號(hào)生成補(bǔ)償電流；以及重復(fù)生成檢測(cè)信號(hào)和 基于檢測(cè)信號(hào)生成補(bǔ)償電流的步驟直至電池模塊進(jìn)入平衡工作狀態(tài)，其中，在平衡工作狀 態(tài)下沒(méi)有電流流經(jīng)所述電池模組與對(duì)應(yīng)的控制電路之間的多個(gè)路徑。
[0007] 本發(fā)明又提供了一種電流平衡電路，該電流平衡電路包括：耦合到電池包的第一 電池模組的第一控制電路和耦合到與第一電池模組串聯(lián)的第二電池模組的第二控制電路， 其中，第一控制電路進(jìn)一步包括：用第一消耗電流來(lái)操作的第一控制單元；以及耦合到第 一控制單元的第一補(bǔ)償單元，用于生成第一補(bǔ)償電流，以使第一消耗電流和第一補(bǔ)償電流 的總和等于目標(biāo)總電流，第二控制電路進(jìn)一步包括：用第二消耗電流來(lái)操作的第二控制單 元；以及耦合到第二控制單元的第二補(bǔ)償單元，用于生成第二補(bǔ)償電流，以使第二消耗電流 和第二補(bǔ)償電流的總和等于目標(biāo)總電流，其中，第一控制電路基于第一消耗電流和第二消 耗電流的比較結(jié)果生成第一補(bǔ)償電流，第二控制電路基于第一消耗電流和第二消耗電流的 比較結(jié)果生成第二補(bǔ)償電流。
[0008] 有利的是，本發(fā)明提供的電流平衡系統(tǒng)和電流平衡方法能夠通過(guò)使用補(bǔ)償單元而 使控制電路消耗相同的總電流并且沒(méi)有電流流經(jīng)電池與控制電路之間的多個(gè)路徑。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 以下通過(guò)對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的目 的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中類(lèi)似的參考標(biāo)號(hào)代表類(lèi)似的元件，其中：
[0010] 圖1所示為一種現(xiàn)有技術(shù)的電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖3所示與本發(fā)明如圖2所示的電池模塊相關(guān)聯(lián)的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)波形示意 圖；
[0013] 圖4所示與根據(jù)本發(fā)明如圖2所示例的電池模塊相關(guān)聯(lián)的另一實(shí)施例的信號(hào)波形 示意圖；以及
[0014] 圖5所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池模塊的電流平衡方法的流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 以下將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例給出詳細(xì)的說(shuō)明。盡管本發(fā)明通過(guò)這些實(shí)施方式進(jìn)行闡 述和說(shuō)明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實(shí)施方式。相反，本發(fā)明涵蓋所附 權(quán)利要求所定義的發(fā)明精神和發(fā)明范圍內(nèi)的所有替代物、變體和等同物。
[0016] 另外，為了更好的說(shuō)明本發(fā)明，在下文的【具體實(shí)施方式】中給出了眾多的具體細(xì)節(jié)。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在另外一些實(shí)例中，對(duì) 于大家熟知的方法、手續(xù)、元件和電路未作詳細(xì)描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
[0017] 圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池模塊200的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示， 電池模塊200包含具有多個(gè)電池模組(例如，電池模組202_1-202_3)的電池包202。為了 更好地說(shuō)明本發(fā)明，在圖2中示例性地示出三個(gè)電池模組202_1-202_3,且每個(gè)電池模組中 進(jìn)一步包括多個(gè)串聯(lián)的電池單元。然而，本發(fā)明并不限于此，電池包202可以包含不同數(shù) 量的電池模組。電池模組202_1-202_3中的每個(gè)電池模組具有對(duì)應(yīng)的控制電路。例如，電 池模塊200包含控制電路210_1-210_3用于分別管理電池模組202_1-202_3。控制電路 210_1_210_3中的每個(gè)控制電路實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)電池模組的充電狀態(tài)（State Of Charge， 簡(jiǎn)稱(chēng)S0C)和健康狀態(tài)（State Of Health，簡(jiǎn)稱(chēng)SOH)。
[0018] 控制電路210_1和210_2通過(guò)包含檢測(cè)單元206_1的第一路徑PATH1耦合至電池 模組202_1和202_2。檢測(cè)單元206_1包含兩個(gè)二極管D1和D2,二極管D1和D2如圖2中 所示地反向并聯(lián)。二極管D1和D2的兩端分別耦合至節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B (對(duì)應(yīng)地具有電壓值 VjP VB)。類(lèi)似地，控制電路210_2和210_3通過(guò)包含檢測(cè)單元206_2的第二路徑PATH2耦 合至電池模組202_2和202_3。檢測(cè)單元206_2包含兩個(gè)二極管D3和D4,二極管D3和D4 如圖2中所示地反向并聯(lián)。二極管D3和D4的兩端分別耦合至節(jié)點(diǎn)C和節(jié)點(diǎn)D (對(duì)應(yīng)地具 有電壓值VC和VD)。
[0019] 控制電路210_1包含控制單元211以及兩個(gè)補(bǔ)償分支221和222。補(bǔ)償分支221 包含運(yùn)算放大器231和開(kāi)關(guān)Q1 (例如，P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，P-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，簡(jiǎn)稱(chēng) PM0SFET)。如圖 2 所不，運(yùn) 算放大器231生成控制信號(hào)DRV1來(lái)控制開(kāi)關(guān)Q1。例如，如果控制信號(hào)DRV1處于第一狀 態(tài)(例如，數(shù)字0)，則開(kāi)關(guān)Q1接通。如果控制信號(hào)DRV1處于第二狀態(tài)(例如，數(shù)字1)，則開(kāi) 關(guān)Q1斷開(kāi)。補(bǔ)償分支222包含運(yùn)算放大器232和開(kāi)關(guān)Q2 (例如，N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體 場(chǎng)效應(yīng)晶體管，N-channel metal-〇xi de-semi conductor field-effect transistor，簡(jiǎn)稱(chēng) NMOSFET)。如圖2所示，運(yùn)算放大器232生成控制信號(hào)DRV2來(lái)控制開(kāi)關(guān)Q2。例如，如果控 制信號(hào)DRV2處于第一狀態(tài)(例如，數(shù)字1 )，則開(kāi)關(guān)Q2接通。如果控制信號(hào)DRV1處于第二狀 態(tài)中（例如，數(shù)字0)，則開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi)。
[0020] 運(yùn)算放大器231具有內(nèi)置電壓偏置(例如，10mV)，如果運(yùn)算放大器231工作在非線(xiàn) 性區(qū)域且它的反相輸入等于它的非反相輸入，則將控制信號(hào)DRV1設(shè)置為第二狀態(tài)(例如， 數(shù)字1)。在一個(gè)實(shí)施例中，如果反相輸入與非反相輸入之間的電壓差大于電壓閾值(例如， 0. 7V)，則將控制信號(hào)DRV1變?yōu)榈谝粻顟B(tài)(例如，數(shù)字0)。類(lèi)似地，運(yùn)算放大器232具有內(nèi)置 電壓偏置(例如，10mV)，如果運(yùn)算放大器232工作在非線(xiàn)性區(qū)域且它的反相輸入等于它的 非反相輸入，則將控制信號(hào)DRV2設(shè)置為第二狀態(tài)(例如，數(shù)字0)。在一個(gè)實(shí)施例中，如果非 反相輸入與反相輸入之間的電壓差大于電壓閾值(例如，〇. 7V)，則將控制信號(hào)DRV1變?yōu)榈?一狀態(tài)(例如，數(shù)字1)。
[0021] 更具體地，由于運(yùn)算放大器231工作在非線(xiàn)性區(qū)域且它的反相輸入端和非反相輸 入端都耦合至電池模組202_1的正極，控制信號(hào)DRV1 -直處于第二狀態(tài)(例如，數(shù)字1)且 開(kāi)關(guān)Q1持續(xù)斷開(kāi)。因此，流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q1的電流Ibl持續(xù)為零。
[0022] 控制電路210_2包含控制單元212以及兩個(gè)補(bǔ)償分支223和224。補(bǔ)償分支223 包含運(yùn)算放大器233和開(kāi)關(guān)Q3 (例如，PM0SFET)。運(yùn)算放大器233生成控制信號(hào)DRV3來(lái) 控制開(kāi)關(guān)Q3。補(bǔ)償分支224包含運(yùn)算放大器234和開(kāi)關(guān)Q4(例如，NM0SFET)。運(yùn)算放大器 234生成控制信號(hào)DRV4來(lái)控制開(kāi)關(guān)Q4。
[0023] 控制電路210_3包含控制單元213以及兩個(gè)補(bǔ)償分支225和226。補(bǔ)償分支225 包含運(yùn)算放大器235和開(kāi)關(guān)Q5 (例如，PM0SFET)。運(yùn)算放大器235生成控制信號(hào)DRV5來(lái) 控制開(kāi)關(guān)Q5。補(bǔ)償分支226包含運(yùn)算放大器236和開(kāi)關(guān)Q6(例如，NM0SFET)。運(yùn)算放大器 236生成控制信號(hào)DRV6來(lái)控制開(kāi)關(guān)Q6。
[0024] 更具體地，由于運(yùn)算放大器236工作在非線(xiàn)性區(qū)域且它的反相輸入端和它的非反 相輸入端都稱(chēng)合至電池模組202_3的負(fù)極，控制信號(hào)DRV6 -直處于第二狀態(tài)(例如，數(shù)字0) 且開(kāi)關(guān)Q6持續(xù)斷開(kāi)。因此，流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q6的電流Ib6持續(xù)為零。
[0025] 運(yùn)算放大器232和233的反相輸入端都耦合至具有電壓VA的節(jié)點(diǎn)A。運(yùn)算放大器 232和233的非反相輸入端都耦合到具有電壓V B的節(jié)點(diǎn)B。運(yùn)算放大器234和235的反相 輸入端都耦合到具有電壓V。的節(jié)點(diǎn)C。運(yùn)算放大器234和235的非反相輸入端都耦合到具 有電壓V D的節(jié)點(diǎn)D?？刂齐娐?10_1、210_2、以及210_3具有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)和功能，在此不負(fù) 贅述。
[0026] 在操作中，假設(shè)不同控制電路消耗不同量的電流，例如，控制電路210_1用消耗電 流Icl (例如，40mA)來(lái)操作控制單元211?？刂齐娐?10_2用消耗電流Ic2 (例如，50mA) 來(lái)操作控制單元212?？刂齐娐?10_3用消耗電流Ic3 (例如，60mA)來(lái)操作控制單元213。 因此，最初會(huì)有非期望的電流流經(jīng)第一路徑PATH1和第二路徑PATH2。更具體地，檢測(cè)單元 206_1通過(guò)檢測(cè)在二極管D1和D2上的電壓來(lái)生成檢測(cè)信號(hào)(未示出），該檢測(cè)信號(hào)表示兩個(gè) 相鄰控制單元211和212的消耗電流Icl和Ic2之差。在此示例中，檢測(cè)單元206_1指示 有流經(jīng)二極管D1的電流IBA (例如，10mA，從節(jié)點(diǎn)B流到節(jié)點(diǎn)A)。類(lèi)似地，檢測(cè)單元206_2 通過(guò)檢測(cè)在二極管D3和D4上的電壓來(lái)生成另一檢測(cè)信號(hào)(未示出），該檢測(cè)信號(hào)表示兩個(gè) 相鄰控制單元212和213的消耗電流Ic2和Ic3之差。在此示例中，檢測(cè)單元206_2會(huì)指 示有流經(jīng)二極管D3的另一電流I DC (例如，10mA，從節(jié)點(diǎn)D流到節(jié)點(diǎn)C)。因此，在此示例中， vB大于vA，且VD大于vc。
[0027] 圖3所示與本發(fā)明如圖2所示的電池模塊200相關(guān)聯(lián)的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)波形示 意圖300,在本示例中，Icl為40mA、Ic2為50mA、且Ic3為60mA。圖3將結(jié)合圖2進(jìn)行描 述。更具體地，圖3示出控制信號(hào)DRV1至DRV6、開(kāi)關(guān)Q1至Q6的狀態(tài)、電流Ibl至Ib6、電流 IBA和IDC、控制電路210_1的總電流II、控制電路210_2的總電流12、以及控制電路210_3 的總電流13。
[0028] 對(duì)于控制電路210_3,如上所述，開(kāi)關(guān)Q6持續(xù)斷開(kāi)且流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q6的電流Ib6持續(xù) 為零?；谝陨鲜纠?，由于V D大于Vc，由運(yùn)算放大器235生成的控制信號(hào)DRV5處于第二狀 態(tài)(例如，數(shù)字1)且開(kāi)關(guān)Q5斷開(kāi)。因此，流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q5的電流Ib5為零且控制電路210_3的 總電流 13 (例如，Ic3+Ib5+Ib6)為 60mA。
[0029] 下面，將基于圖3的示例描述在電池模塊200的操作。對(duì)于控制電路210_2，基于 以上示例，由于V B大于VA，由運(yùn)算放大器233生成的控制信號(hào)DRV3處于第二狀態(tài)(例如，數(shù) 字1)且開(kāi)關(guān)Q3斷開(kāi)。流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q3的電流Ib3為零。此外，由于V D大于Vc，由運(yùn)算放大器 234生成的控制信號(hào)DRV4處于第一狀態(tài)(例如，數(shù)字1)且開(kāi)關(guān)Q4接通。流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q4的電 流Ib4逐漸地從0增大到10mA。在時(shí)刻tl，電流Ib4達(dá)到10mA。在時(shí)刻t0與時(shí)刻tl之 間，電流I DC從10mA減小到零，并且控制電路210_2的總電流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4)從 50mA增大到60mA。然后控制電路210_2的總電流12等于控制電路210_3的總電流13,因 此沒(méi)有電流流經(jīng)第二路徑PATH2。
[0030] 對(duì)于控制電路210_1，如上所述，開(kāi)關(guān)Q1持續(xù)斷開(kāi)且流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q1的電流Ibl持續(xù) 為零。在此示例中，由于V B大于VA，由運(yùn)算放大器232生成的控制信號(hào)DRV2處于第一狀態(tài) (例如，數(shù)字1)且開(kāi)關(guān)Q2接通。流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q2的電流Ib2逐漸地從0增大到20mA。在時(shí)刻 tl，電流Ib2達(dá)到10mA。在時(shí)刻t2,電流Ib2達(dá)到20mA。在時(shí)刻t0與時(shí)刻tl之間，電流 IBA保持在l〇mA。在時(shí)刻tl與時(shí)刻t2之間，由于控制電路210_2的總電流12保持在60mA， 電流I BA從10mA減小到零，并且控制電路210_1的總電流II (例如，Icl+Ibl+Ib2)從50mA 增大到60mA。然后控制電路210_1的總電流II等于控制電路210_2的總電流12,因此沒(méi) 有電流流經(jīng)第一路徑PATH1。
[0031] 理想地，如果沒(méi)有電流流經(jīng)第一路徑PATH1和第二路徑PATH2,則VA等于V B且Vc等 于VD。然而，在實(shí)踐中，可能有電壓差VBA和V DC。二極管D1-D4工作在截止?fàn)顟B(tài)。然后電池 模塊200進(jìn)入平衡工作狀態(tài)，且運(yùn)算放大器231、233、235、以及236工作在非線(xiàn)性區(qū)域。因 此，控制信號(hào)DRV1、DRV3、DRV5、以及DRV6使開(kāi)關(guān)Q1、Q3、Q5、以及Q6持續(xù)斷開(kāi)，且電流Ibl、 Ib3、Ib5、以及Ib6持續(xù)為零。
[0032] 不同于工作在非線(xiàn)性區(qū)域的那些運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器232和234工作在線(xiàn)性 區(qū)域且根據(jù)虛短虛斷原理來(lái)形成負(fù)反饋環(huán)。運(yùn)算放大器232和234分別放大相應(yīng)的電壓差 VBA和VDC。此外，運(yùn)算放大器232和234將控制信號(hào)DRV2和DRV4設(shè)置為中間值，以使開(kāi)關(guān) Q2和Q4保持在臨界狀態(tài)。因此，在本示例中，在時(shí)刻t2之后，流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q2的電流Ib2保持 在20mA，且在時(shí)刻tl之后，流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q4的電流Ib4保持在10mA。
[0033] 因此，在此示例中，控制電路210_1的總電流II (例如，Icl+Ibl+Ib2)保持在60mA (例如，40mA+0+20mA)?？刂齐娐?10_2的總電流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4)保持在60mA (例 如，50mA+0+10mA)?？刂齐娐?10_3的總電流13 (例如，Ic3+Ib5+Ib6)保持在60mA (例如， 60mA+0+0)〇
[0034] 每個(gè)控制電路210_1-210_3可以包含補(bǔ)償單元(未圖示)，用于生成對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電 流，以使對(duì)應(yīng)的消耗電流和對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流的總和等于目標(biāo)總電流。以控制電路210_1和 210_2作為示例?？刂齐娐?10_1的補(bǔ)償單元包含補(bǔ)償分支221和222,控制電路210_2的 補(bǔ)償單元包含補(bǔ)償分支223和224。通過(guò)比較消耗電流Icl和Ic2,控制電路210_1有條件 地生成第一補(bǔ)償電流Icompl (例如，Ibl+Ib2)且控制電路210_2有條件地生成第二補(bǔ)償電 流Icomp2 (例如，Ib3+Ib4)。第一補(bǔ)償電流Icompl和第二補(bǔ)償電流Icomp2都大于或等于 0mA 〇
[0035] 更具體地，如果消耗電流Icl大于消耗電流Ic2,則控制電路210_2生成第二補(bǔ)償 電流Icomp2 (例如，Ib3+Ib4)以使消耗電流Ic2和第二補(bǔ)償電流Icomp2的總和等于目標(biāo) 總電流(例如，60mA)。如果消耗電流Ic2大于消耗電流Icl，則控制電路210_1生成第一補(bǔ) 償電流Icompl (例如，Ibl+Ib2)以使消耗電流Icl和第一補(bǔ)償電流Icompl的總和等于目 標(biāo)總電流(例如，60mA)。
[0036] 有利地是，通過(guò)控制補(bǔ)償分支的開(kāi)關(guān)和補(bǔ)償電流，所有的控制電路可以消耗相同 的總電流(例如，60mA)，因此將沒(méi)有電流流經(jīng)第一路徑PATH1和第二路徑PATH2。
[0037] 作為示例，再次假設(shè)不同控制電路消耗不同量的電流，例如，控制電路210_1用消 耗電流Icl (例如，50mA)來(lái)操作控制單元211?？刂齐娐?10_2用消耗電流Ic2 (例如， 40mA)來(lái)操作控制單元212?？刂齐娐?10_3用消耗電流Ic3 (例如，60mA)來(lái)操作控制單 元213。因此，最初會(huì)有非期望的電流流經(jīng)第一路徑PATH1和第二路徑PATH2。更具體地， 檢測(cè)單元206_1通過(guò)檢測(cè)在二極管D1和D2上的電壓來(lái)生成檢測(cè)信號(hào)（未示出），該檢測(cè)信 號(hào)表示兩個(gè)相鄰控制單元211和212的消耗電流Icl和Ic2之差。檢測(cè)單元206_1指示有 流經(jīng)二極管D2的電流I BA (例如，-10mA，從節(jié)點(diǎn)A流到節(jié)點(diǎn)B的10mA)。類(lèi)似地，檢測(cè)單元 206_2通過(guò)檢測(cè)在二極管D3和D4上的電壓來(lái)生成另一檢測(cè)信號(hào)(未示出），該檢測(cè)信號(hào)表示 兩個(gè)相鄰控制單元212和213的消耗電流Ic2和Ic3之差。檢測(cè)單元206_2指示有流經(jīng)二 極管D3的電流I DC (例如，20mA，從節(jié)點(diǎn)D流到節(jié)點(diǎn)C)。因此，在此示例中，VA大于VB，并且 VD大于Vc。
[0038] 圖4所示與根據(jù)本發(fā)明如圖2所示例的電池模塊200相關(guān)聯(lián)的另一實(shí)施例的信號(hào) 波形示意圖，在本示例中，Icl為50mA、Ic2為40mA、且Ic3為60mA。以下將結(jié)合圖2來(lái)描 述圖4。更具體地，圖4示出控制信號(hào)DRV1至DRV6、開(kāi)關(guān)Q1至Q6的狀態(tài)、電流Ibl至Ib6、 電流IBA和IDC、控制電路210_1的總電流II、控制電路210_2的總電流12、以及控制電路 210_3的總電流13。
[0039] 對(duì)于控制電路210_3,如上所述，開(kāi)關(guān)Q6持續(xù)斷開(kāi)且流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q6的電流Ib6持續(xù) 為零。由于V D大于Vc，由運(yùn)算放大器235生成的控制信號(hào)DRV5處于第二狀態(tài)(例如，數(shù)字 1)且開(kāi)關(guān)Q5斷開(kāi)。因此，流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q5的電流Ib5為零且控制電路210_3的總電流13 (例 如，Ic3+Ib5+Ib6)為 60mA。
[0040] 以下將基于圖4的示例描述電池模塊200的操作。對(duì)于控制電路210_2,在時(shí)刻to 與時(shí)刻tl之間，由于VA大于VB，由運(yùn)算放大器233生成的控制信號(hào)DRV3處于第一狀態(tài)(例 如，數(shù)字0)且開(kāi)關(guān)Q3接通。流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q3的電流Ib3逐漸地從0增大到第一值(例如，4mA)。 此外，由于V D大于Vc，由運(yùn)算放大器234生成的控制信號(hào)DRV4處于第一狀態(tài)(例如，數(shù)字1) 且開(kāi)關(guān)Q4接通。流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q4的電流Ib4逐漸地從0增大到第二值(例如，6mA)。盡管上文 的描述代表第一值小于第二值，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，所述第一值和第二值可以 被設(shè)置為其它值且第二值可以小于第一值。在時(shí)刻tl，電流Ib3達(dá)到4mA且電流Ib4達(dá)到 6mA，因此控制電路210_2的總電流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4)從40mA增大到50mA。在時(shí)刻 tl，控制電路210_2的總電流12等于控制電路210_1的總電流II，且在時(shí)刻tl之后，控制 電路210_2的總電流12大于控制電路210_1的總電流II。在12大于II之后，電流I BA從 負(fù)（從節(jié)點(diǎn)A流到節(jié)點(diǎn)B)變?yōu)檎◤墓?jié)點(diǎn)B流到節(jié)點(diǎn)A)，且VB大于VA。因此，從時(shí)刻tl開(kāi) 始，控制信號(hào)DRV3變?yōu)榈诙顟B(tài)(例如，數(shù)字1)且開(kāi)關(guān)Q3斷開(kāi)。流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q3的電流Ib3 逐漸地從第一值(例如，4mA)減小到0。在時(shí)刻t2,電流Ib3達(dá)到0。在時(shí)刻tl與時(shí)刻t4 之間，電流Ib4繼續(xù)從6mA增大到20mA。在時(shí)刻t4,電流Ib4達(dá)到20mA。在時(shí)刻t0與時(shí)刻 t4之間，電流IDC從20mA減小到0,并且控制電路210_2的總電流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4) 從40mA增大到60mA。然后控制電路210_2的總電流12等于控制電路210_3的總電流13， 因此將沒(méi)有電流流經(jīng)第二路徑PATH2。
[0041] 對(duì)于控制電路210_1，如上所述，開(kāi)關(guān)Q1持續(xù)斷開(kāi)且流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q1的電流Ibl持續(xù) 為零。在時(shí)刻to與時(shí)刻tl之間，由于V A大于VB，由運(yùn)算放大器232生成的控制信號(hào)DRV2 處于第二狀態(tài)(例如，數(shù)字〇)且開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi)。當(dāng)V B與VA之間的電壓差大于電壓閾值(例 如，0. 7V)時(shí)，啟動(dòng)運(yùn)算放大器232且控制信號(hào)DRV2變?yōu)榈谝粻顟B(tài)(例如，數(shù)字1)。在圖4 的示例中，如果12與II之差(例如，I BA)大于電流閾值(例如，3mA)以使VB與VA之差大于 電壓閾值(例如，〇. 7V)，則啟動(dòng)運(yùn)算放大器232。在時(shí)刻t3,電流Ib4達(dá)到13mA，電流12達(dá) 到53mA，且電流IBA達(dá)到3mA。然后，控制信號(hào)DRV2變?yōu)榈谝粻顟B(tài)(例如，數(shù)字1)且開(kāi)關(guān)Q2 接通。電流Ib2逐漸地從0增大到10mA。在時(shí)刻t4,電流Ib2達(dá)到7mA。在時(shí)刻t5,電流 Ib2達(dá)到10mA。在時(shí)刻t3與時(shí)刻t4之間，電流IBA保持3mA。在時(shí)刻t4與時(shí)刻t5之間， 由于控制電路210_2的總電流12保持在60mA，電流I BAW3mA減小到0,且控制電路210_1 的總電流II (例如，Icl+Ibl+Ib2)從57mA增大到60mA。然后控制電路210_1的總電流II 等于控制電路210_2的總電流12,因此將沒(méi)有電流流經(jīng)第一路徑PATH1。
[0042] 如上所述，理想地，如果沒(méi)有電流流經(jīng)第一路徑PATH1和第二路徑PATH2,則VA等 于V B，且V。等于VD。然而，在實(shí)踐中，可能有電壓差VBA和VDC。二極管D1-D4工作在截止?fàn)?態(tài)。然后電池模塊200進(jìn)入平衡工作狀態(tài)，且運(yùn)算放大器231、233、235、以及236工作在非 線(xiàn)性區(qū)域。因此，控制信號(hào)DRV1、DRV3、DRV5、以及DRV6使開(kāi)關(guān)Ql、Q3、Q5、以及Q6持續(xù)斷 開(kāi)，且電流Ibl、Ib3、Ib5、以及Ib6持續(xù)為零。
[0043] 不同于工作在非線(xiàn)性區(qū)域的那些運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器232和234工作在線(xiàn)性 區(qū)域且根據(jù)虛短虛斷原理來(lái)形成負(fù)反饋環(huán)。運(yùn)算放大器232和234分別放大相應(yīng)的電壓差 VBA和VDC。此外，運(yùn)算放大器232和234將控制信號(hào)DRV2和DRV4設(shè)置為中間值以使開(kāi)關(guān)Q2 和Q4保持在臨界狀態(tài)。因此，在時(shí)刻t4之后，流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q2的電流Ib2保持在10mA且在時(shí) 刻t5之后，流經(jīng)開(kāi)關(guān)Q4的電流Ib4保持在20mA。
[0044] 這樣，控制電路210_1的總電流II (例如，Icl+Ibl+Ib2)保持在60mA (例如， 50mA+0+10mA)?？刂齐娐?10_2的總電流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4)保持在60mA (例如， 40mA+0+20mA)?？刂齐娐?10_3的總電流13 (例如，Ic3+Ib5+Ib6)保持在60mA (例如， 60mA+0+0)〇
[0045] 有利地是，通過(guò)控制補(bǔ)償分支的開(kāi)關(guān)和補(bǔ)償電流，所有的控制電路消耗相同的總 電流(例如，60mA)，因此將沒(méi)有電流流經(jīng)第一路徑PATH1和第二路徑PATH2。
[0046] 上述具體描述僅為本發(fā)明公開(kāi)的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，控制電 路210_1到210_3的消耗電流可以設(shè)置為不同值且不限于圖3和圖4所示的實(shí)施例。此 夕卜，有關(guān)的補(bǔ)償過(guò)程和時(shí)間點(diǎn)（例如，t〇-t2、t〇-t5)可以由運(yùn)算放大器(例如，運(yùn)算放大器 231-236)的帶寬和轉(zhuǎn)換速率來(lái)確定。
[0047] 表1所示為不同條件下的補(bǔ)償分支電流。為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，表1只示出當(dāng)電池模塊200 處于平衡工作狀態(tài)時(shí)的每個(gè)補(bǔ)償分支電流的最終值。從表1中可以看出，對(duì)于每個(gè)條件，動(dòng) 態(tài)補(bǔ)償過(guò)程可以確保控制電路201_1的總電流11(例如，Icl+Ibl+Ib2)、控制電路201_2的 總電流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4)、以及控制電路201_3的總電流13 (例如，Ic3+Ib5+Ib6)全 部彼此相等且保持電池模塊200處于平衡工作狀態(tài)。
[0048] 表 1
[0049]

【權(quán)利要求】
1. 一種電池模塊，其特征在于，所述電池模塊至少包括： 電池包，所述電池包包括多個(gè)電池模組；以及 對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)電池模組的多個(gè)控制電路，其中，每個(gè)控制電路進(jìn)一步包括： 控制單元，用于管理對(duì)應(yīng)的電池模組，所述控制單元由對(duì)應(yīng)的消耗電流來(lái)操作；以及 補(bǔ)償單元，耦合到所述控制單元，用于生成對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流，以使所述對(duì)應(yīng)的消耗電流 和所述對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流的總和等于目標(biāo)總電流， 其中，所述多個(gè)控制電路至少包括第一控制電路和第二控制電路，所述第一控制電路 包括用第一消耗電流來(lái)操作的第一控制單元，所述第二控制電路包括用第二消耗電流來(lái)操 作的第二控制單元，所述第一控制電路基于所述第一消耗電流和所述第二消耗電流的比較 結(jié)果生成第一補(bǔ)償電流，所述第二控制電路基于所述第一消耗電流和所述第二消耗電流的 比較結(jié)果生成第二補(bǔ)償電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其特征在于，如果所述第一消耗電流大于所述第 二消耗電流，則所述第二控制電路生成所述第二補(bǔ)償電流以使所述第二消耗電流和所述第 二補(bǔ)償電流的總和等于所述目標(biāo)總電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其特征在于，如果所述第二消耗電流大于所述第 一消耗電流，則所述第一控制電路生成所述第一補(bǔ)償電流以使所述第一消耗電流和所述第 一補(bǔ)償電流的總和等于所述目標(biāo)總電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其特征在于，其中，每個(gè)補(bǔ)償單元進(jìn)一步包括： 第一補(bǔ)償分支，用于生成第一分支電流，所述第一補(bǔ)償分支包括第一運(yùn)算放大器和由 所述第一運(yùn)算放大器的輸出來(lái)控制的第一開(kāi)關(guān)；以及 第二補(bǔ)償分支，用于生成第二分支電流，所述第二補(bǔ)償分支包括第二運(yùn)算放大器和由 所述第二運(yùn)算放大器的輸出來(lái)控制的第二開(kāi)關(guān)， 其中，所述第一分支電流和所述第二分支電流的總和等于所述對(duì)應(yīng)補(bǔ)償電流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池模塊，其特征在于，其中，所述第一開(kāi)關(guān)為P溝道金屬氧 化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，如果所述第一運(yùn)算放大器的所述輸出處于第一狀態(tài)，則接通所 述第一開(kāi)關(guān)，如果所述第一運(yùn)算放大器的所述輸出處于第二狀態(tài)，則斷開(kāi)所述第一開(kāi)關(guān)；以 及 所述第一開(kāi)關(guān)具有內(nèi)置電壓偏置，如果所述第一運(yùn)算放大器工作在非線(xiàn)性區(qū)域且所述 第一運(yùn)算放大器的反相輸入等于它的非反相輸入，則所述內(nèi)置電壓偏置將所述第一運(yùn)算放 大器的所述輸出設(shè)置為所述第二狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池模塊，其特征在于，其中，所述第一開(kāi)關(guān)為P溝道金屬氧 化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，如果所述第一運(yùn)算放大器的所述輸出處于第一狀態(tài)，則接通所 述第一開(kāi)關(guān)，如果所述第一運(yùn)算放大器的所述輸出處于第二狀態(tài)，則斷開(kāi)所述第一開(kāi)關(guān)，且 如果所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入與它的非反相輸入的電壓差大于電壓閾值，則所述第 一運(yùn)算放大器的所述輸出變?yōu)樗龅谝粻顟B(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池模塊，其特征在于，其中，所述第二開(kāi)關(guān)為N溝道金屬氧 化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，如果所述第二運(yùn)算放大器的所述輸出處于第一狀態(tài)，則接通所 述第二開(kāi)關(guān)，如果所述第二運(yùn)算放大器的所述輸出處于第二狀態(tài)，則斷開(kāi)所述第二開(kāi)關(guān)；以 及 所述第二開(kāi)關(guān)具有內(nèi)置電壓偏置，如果所述第二運(yùn)算放大器工作在非線(xiàn)性區(qū)且所述第 二運(yùn)算放大器的反相輸入等于它的非反相輸入，則所述內(nèi)置電壓偏置將所述第二運(yùn)算放大 器的所述輸出設(shè)置為所述第二狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池模塊，其特征在于，其中，所述第二開(kāi)關(guān)為N溝道金屬氧 化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，如果所述第二運(yùn)算放大器的所述輸出處于第一狀態(tài)，則接通所 述第二開(kāi)關(guān)，如果所述第二運(yùn)算放大器的所述輸出處于第二狀態(tài)，則斷開(kāi)所述第二開(kāi)關(guān)，且 如果所述第二運(yùn)算放大器的非反相輸入與它的反相輸入的電壓差大于電壓閾值，則所述第 二運(yùn)算放大器的所述輸出變?yōu)樗龅谝粻顟B(tài)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其特征在于，所述電池模塊還包括： 多個(gè)檢測(cè)單元，其中，每個(gè)檢測(cè)單元耦合在所述第一控制電路與所述第二控制電路之 間，用于生成表示所述第一消耗電流與所述第二消耗電流之差的檢測(cè)信號(hào)， 其中，所述第一控制電路和所述第二控制電路通過(guò)所述檢測(cè)單元耦合到所述對(duì)應(yīng)的電 池模組，并且所述第一控制電路和所述第二控制電路基于所述檢測(cè)信號(hào)分別生成對(duì)應(yīng)的所 述第一補(bǔ)償電流和所述第二補(bǔ)償電流。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池模塊，其特征在于，所述每個(gè)檢測(cè)單元包括反向并聯(lián)連 接的兩個(gè)二極管。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池模塊，其特征在于，所述每個(gè)檢測(cè)單元通過(guò)檢測(cè)所述 兩個(gè)二極管上的電壓來(lái)生成所述檢測(cè)信號(hào)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其特征在于，如果所述電池模塊進(jìn)入平衡工作狀 態(tài)，則沒(méi)有電流流經(jīng)多個(gè)所述電池模組與對(duì)應(yīng)的控制電路之間的路徑。
13. -種電流平衡方法，其特征在于，所述電流平衡方法至少包括以下步驟： 用第一消耗電流來(lái)操作電池模塊的第一控制單元，所述電池模塊還包括多個(gè)電池模組 和多個(gè)對(duì)應(yīng)的控制電路； 用第二消耗電流來(lái)操作所述電池模塊的第二控制單元； 生成檢測(cè)信號(hào)，所述檢測(cè)信號(hào)表示所述第一消耗電流與所述第二消耗電流之差； 基于所述檢測(cè)信號(hào)生成補(bǔ)償電流；以及 重復(fù)所述生成檢測(cè)信號(hào)的步驟和所述基于所述檢測(cè)信號(hào)生成補(bǔ)償電流的步驟，直至所 述電池模塊進(jìn)入平衡工作狀態(tài)，其中，在所述平衡工作狀態(tài)下沒(méi)有電流流經(jīng)所述電池模組 與對(duì)應(yīng)的多個(gè)控制電路之間的多個(gè)路徑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電流平衡方法，其特征在于，所述基于所述檢測(cè)信號(hào)生成 補(bǔ)償電流的步驟進(jìn)一步包括，如果所述檢測(cè)信號(hào)指示所述第二消耗電流大于所述第一消耗 電流，則第一控制電路生成第一補(bǔ)償電流，以使所述第一消耗電流和所述第一補(bǔ)償電流的 總和等于目標(biāo)總電流。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電流平衡方法，其特征在于，所述基于所述檢測(cè)信號(hào)生成 補(bǔ)償電流的步驟進(jìn)一步包括，如果所述檢測(cè)信號(hào)指示所述第一消耗電流大于所述第二消耗 電流，則第二控制電路生成第二補(bǔ)償電流，以使所述第二消耗電流和所述第二補(bǔ)償電流的 總和等于目標(biāo)總電流。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電流平衡方法，其特征在于，所述生成檢測(cè)信號(hào)的步驟進(jìn) 一步包括，通過(guò)耦合在所述第一控制電路與所述第二控制電路之間的檢測(cè)單元生成所述檢 測(cè)信號(hào)，其中，所述檢測(cè)單元包括反向并聯(lián)連接的兩個(gè)二極管。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電流平衡方法，其特征在于，所述生成檢測(cè)信號(hào)的步驟進(jìn) 一步包括，通過(guò)檢測(cè)所述兩個(gè)二極管上的電壓來(lái)生成所述檢測(cè)信號(hào)。
18. -種電流平衡電路，其特征在于，所述電流平衡電路至少包括： 第一控制電路，耦合到電池包的第一電池模組，所述第一控制電路進(jìn)一步包括： 用第一消耗電流來(lái)操作的第一控制單元；以及 耦合到所述第一控制單元的第一補(bǔ)償單元，用于生成第一補(bǔ)償電流，以使所述第一消 耗電流和所述第一補(bǔ)償電流的總和等于目標(biāo)總電流，以及 第二控制電路，耦合到與所述第一電池模組串聯(lián)的第二電池模組，所述第二控制電路 進(jìn)一步包括： 用第二消耗電流來(lái)操作的第二控制單元；以及 耦合到所述第二控制單元的第二補(bǔ)償單元，用于生成第二補(bǔ)償電流，以使所述第二消 耗電流和所述第二補(bǔ)償電流的總和等于所述目標(biāo)總電流， 其中，所述第一控制電路基于所述第一消耗電流和所述第二消耗電流的比較結(jié)果生成 所述第一補(bǔ)償電流，所述第二控制電路基于所述第一消耗電流和所述第二消耗電流的比較 結(jié)果生成所述第二補(bǔ)償電流。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的電流平衡電路，其特征在于，其中，所述第一補(bǔ)償單元和所 述第二補(bǔ)償單元中的每個(gè)補(bǔ)償單元進(jìn)一步包括： 第一補(bǔ)償分支，用于生成第一分支電流，所述第一補(bǔ)償分支包括第一運(yùn)算放大器和由 所述第一運(yùn)算放大器的輸出來(lái)控制的第一開(kāi)關(guān)；以及 第二補(bǔ)償分支，用于生成第二分支電流，所述第二補(bǔ)償分支包括第二運(yùn)算放大器和由 所述第二運(yùn)算放大器的輸出來(lái)控制的第二開(kāi)關(guān)， 其中，所述第一分支電流和所述第二分支電流的總和等于所述對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的電流平衡電路，其特征在于，其中，所述第一控制電路和所 述第二控制電路通過(guò)檢測(cè)單元與所述第一電池和所述第二電池耦合，其中，所述檢測(cè)單元 用于生成表示所述第一消耗電流與所述第二消耗電流之間的差別的檢測(cè)信號(hào)，且所述第一 控制電路基于所述檢測(cè)信號(hào)來(lái)生成所述第一補(bǔ)償電流，所述第二控制電路基于所述檢測(cè)信 號(hào)來(lái)生成所述第二補(bǔ)償電流。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104283248SQ201310292280
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】栗國(guó)星, 李巖, 薛衛(wèi)東, 肖安全 申請(qǐng)人:凹凸電子（武漢）有限公司