電池模塊、電流平衡方法以及電路的制作方法

電池模塊、電流平衡方法以及電路的制作方法
【專利摘要】本發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：用第一消耗電流來操作電池模塊的第一控制單元，其中，電池模塊還包括多個電池模組和多個對應的控制電路；用第二消耗電流來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信號；基于檢測信號生成補償電流；以及重復生成檢測信號和基于檢測信號生成補償電流的步驟直至電池模塊進入平衡工作狀態，其中，在平衡工作狀態下沒有電流流經電池模組與對應的控制電路之間的多個路徑。采用本發明的技術能夠使多個控制電路消耗相同的總電流，確保沒有非期望的電流流經電池模組和對應的控制電路之間的多個路徑。
【專利說明】電池模塊、電流平衡方法以及電路

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電池領域，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】
[0002] 電池包通常包含多個串聯的電池單元來向電子設備(例如，電動車、便攜式計算 機、數碼相機等)供電。電池包通常配備有多個控制電路來監測每個電池單元的狀態用于容 量計算和電池單元保護。
[0003] 圖1所示為現有技術的電池管理系統100的結構示意圖。如圖所示，電池管理系 統100包含電池包102,在電池組102中，電池模組104、106、以及108串聯，其中每個電池 模組進一步包括多個電池單元。電池管理系統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。控制電路114和116通過第一路徑125耦合到電池模 組104和106。控制電路116和118通過第二路徑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，則將會有非期望的電流流經第一路徑125和第二路徑 127,這可能導致電池模組之間的失衡并且可能縮短電池包壽命。


【發明內容】

[0004] 本發明要解決的技術問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，沒有不希望的電流流經電池和控制電路之間的路徑。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明提供了一種電池模塊，該電池模塊包含：包括多個電 池模組的電池包和對應于所述多個電池模組的多個控制電路，其中，每個控制電路進一步 包括：控制單元，用于管理對應的電池模組，該控制單元由對應的消耗電流來操作；以及補 償單元，耦合到控制單元，用于生成對應的補償電流，以使對應的消耗電流和對應的補償電 流的總和等于目標總電流，其中，多個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果生 成第一補償電流，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果生成第二補 償電流。
[0006] 本發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 消耗電流來操作電池模塊的第一控制單元，其中，電池模塊還包括多個電池模組和多個對 應的控制電路；用第二消耗電流來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信號；基于檢測信號生成補償電流；以及重復生成檢測信號和 基于檢測信號生成補償電流的步驟直至電池模塊進入平衡工作狀態，其中，在平衡工作狀 態下沒有電流流經所述電池模組與對應的控制電路之間的多個路徑。
[0007] 本發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的第二電池模組的第二控制電路， 其中，第一控制電路進一步包括：用第一消耗電流來操作的第一控制單元；以及耦合到第 一控制單元的第一補償單元，用于生成第一補償電流，以使第一消耗電流和第一補償電流 的總和等于目標總電流，第二控制電路進一步包括：用第二消耗電流來操作的第二控制單 元；以及耦合到第二控制單元的第二補償單元，用于生成第二補償電流，以使第二消耗電流 和第二補償電流的總和等于目標總電流，其中，第一控制電路基于第一消耗電流和第二消 耗電流的比較結果生成第一補償電流，第二控制電路基于第一消耗電流和第二消耗電流的 比較結果生成第二補償電流。
[0008] 有利的是，本發明提供的電流平衡系統和電流平衡方法能夠通過使用補償單元而 使控制電路消耗相同的總電流并且沒有電流流經電池與控制電路之間的多個路徑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 以下通過對本發明的一些實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解本發明的目 的、具體結構特征和優點，在附圖中類似的參考標號代表類似的元件，其中：
[0010] 圖1所示為一種現有技術的電池管理系統的結構示意圖；
[0011]圖2所示為根據本發明一個實施例的電池模塊的結構示意圖；
[0012] 圖3所示與本發明如圖2所示的電池模塊相關聯的一個實施例的信號波形示意 圖；
[0013] 圖4所示與根據本發明如圖2所示例的電池模塊相關聯的另一實施例的信號波形 示意圖；以及
[0014] 圖5所示為根據本發明一個實施例的電池模塊的電流平衡方法的流程示意圖。

【具體實施方式】
[0015] 以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。盡管本發明通過這些實施方式進行闡 述和說明，但需要注意的是本發明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，本發明涵蓋所附 權利要求所定義的發明精神和發明范圍內的所有替代物、變體和等同物。
[0016] 另外，為了更好的說明本發明，在下文的【具體實施方式】中給出了眾多的具體細節。 本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外一些實例中，對 于大家熟知的方法、手續、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發明的主旨。
[0017] 圖2所示為根據本發明一個實施例的電池模塊200的結構示意圖。如圖2所示， 電池模塊200包含具有多個電池模組(例如，電池模組202_1-202_3)的電池包202。為了 更好地說明本發明，在圖2中示例性地示出三個電池模組202_1-202_3,且每個電池模組中 進一步包括多個串聯的電池單元。然而，本發明并不限于此，電池包202可以包含不同數 量的電池模組。電池模組202_1-202_3中的每個電池模組具有對應的控制電路。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中的每個控制電路實時地監測對應電池模組的充電狀態（State Of Charge， 簡稱S0C)和健康狀態（State Of Health，簡稱SOH)。
[0018] 控制電路210_1和210_2通過包含檢測單元206_1的第一路徑PATH1耦合至電池 模組202_1和202_2。檢測單元206_1包含兩個二極管D1和D2,二極管D1和D2如圖2中 所示地反向并聯。二極管D1和D2的兩端分別耦合至節點A和節點B (對應地具有電壓值 VjP VB)。類似地，控制電路210_2和210_3通過包含檢測單元206_2的第二路徑PATH2耦 合至電池模組202_2和202_3。檢測單元206_2包含兩個二極管D3和D4,二極管D3和D4 如圖2中所示地反向并聯。二極管D3和D4的兩端分別耦合至節點C和節點D (對應地具 有電壓值VC和VD)。
[0019] 控制電路210_1包含控制單元211以及兩個補償分支221和222。補償分支221 包含運算放大器231和開關Q1 (例如，P溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管，P-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，簡稱 PM0SFET)。如圖 2 所不，運 算放大器231生成控制信號DRV1來控制開關Q1。例如，如果控制信號DRV1處于第一狀 態(例如，數字0)，則開關Q1接通。如果控制信號DRV1處于第二狀態(例如，數字1)，則開 關Q1斷開。補償分支222包含運算放大器232和開關Q2 (例如，N溝道金屬氧化物半導體 場效應晶體管，N-channel metal-〇xi de-semi conductor field-effect transistor，簡稱 NMOSFET)。如圖2所示，運算放大器232生成控制信號DRV2來控制開關Q2。例如，如果控 制信號DRV2處于第一狀態(例如，數字1 )，則開關Q2接通。如果控制信號DRV1處于第二狀 態中（例如，數字0)，則開關Q2斷開。
[0020] 運算放大器231具有內置電壓偏置(例如，10mV)，如果運算放大器231工作在非線 性區域且它的反相輸入等于它的非反相輸入，則將控制信號DRV1設置為第二狀態(例如， 數字1)。在一個實施例中，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DRV1變為第一狀態(例如，數字0)。類似地，運算放大器232具有內置 電壓偏置(例如，10mV)，如果運算放大器232工作在非線性區域且它的反相輸入等于它的 非反相輸入，則將控制信號DRV2設置為第二狀態(例如，數字0)。在一個實施例中，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DRV1變為第 一狀態(例如，數字1)。
[0021] 更具體地，由于運算放大器231工作在非線性區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DRV1 -直處于第二狀態(例如，數字1)且 開關Q1持續斷開。因此，流經開關Q1的電流Ibl持續為零。
[0022] 控制電路210_2包含控制單元212以及兩個補償分支223和224。補償分支223 包含運算放大器233和開關Q3 (例如，PM0SFET)。運算放大器233生成控制信號DRV3來 控制開關Q3。補償分支224包含運算放大器234和開關Q4(例如，NM0SFET)。運算放大器 234生成控制信號DRV4來控制開關Q4。
[0023] 控制電路210_3包含控制單元213以及兩個補償分支225和226。補償分支225 包含運算放大器235和開關Q5 (例如，PM0SFET)。運算放大器235生成控制信號DRV5來 控制開關Q5。補償分支226包含運算放大器236和開關Q6(例如，NM0SFET)。運算放大器 236生成控制信號DRV6來控制開關Q6。
[0024] 更具體地，由于運算放大器236工作在非線性區域且它的反相輸入端和它的非反 相輸入端都稱合至電池模組202_3的負極，控制信號DRV6 -直處于第二狀態(例如，數字0) 且開關Q6持續斷開。因此，流經開關Q6的電流Ib6持續為零。
[0025] 運算放大器232和233的反相輸入端都耦合至具有電壓VA的節點A。運算放大器 232和233的非反相輸入端都耦合到具有電壓V B的節點B。運算放大器234和235的反相 輸入端都耦合到具有電壓V。的節點C。運算放大器234和235的非反相輸入端都耦合到具 有電壓V D的節點D。控制電路210_1、210_2、以及210_3具有類似的結構和功能，在此不負 贅述。
[0026] 在操作中，假設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)來操作控制單元211。控制電路210_2用消耗電流Ic2 (例如，50mA) 來操作控制單元212。控制電路210_3用消耗電流Ic3 (例如，60mA)來操作控制單元213。 因此，最初會有非期望的電流流經第一路徑PATH1和第二路徑PATH2。更具體地，檢測單元 206_1通過檢測在二極管D1和D2上的電壓來生成檢測信號(未示出），該檢測信號表示兩個 相鄰控制單元211和212的消耗電流Icl和Ic2之差。在此示例中，檢測單元206_1指示 有流經二極管D1的電流IBA (例如，10mA，從節點B流到節點A)。類似地，檢測單元206_2 通過檢測在二極管D3和D4上的電壓來生成另一檢測信號(未示出），該檢測信號表示兩個 相鄰控制單元212和213的消耗電流Ic2和Ic3之差。在此示例中，檢測單元206_2會指 示有流經二極管D3的另一電流I DC (例如，10mA，從節點D流到節點C)。因此，在此示例中， vB大于vA，且VD大于vc。
[0027] 圖3所示與本發明如圖2所示的電池模塊200相關聯的一個實施例的信號波形示 意圖300,在本示例中，Icl為40mA、Ic2為50mA、且Ic3為60mA。圖3將結合圖2進行描 述。更具體地，圖3示出控制信號DRV1至DRV6、開關Q1至Q6的狀態、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] 對于控制電路210_3,如上所述，開關Q6持續斷開且流經開關Q6的電流Ib6持續 為零。基于以上示例，由于V D大于Vc，由運算放大器235生成的控制信號DRV5處于第二狀 態(例如，數字1)且開關Q5斷開。因此，流經開關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。對于控制電路210_2，基于 以上示例，由于V B大于VA，由運算放大器233生成的控制信號DRV3處于第二狀態(例如，數 字1)且開關Q3斷開。流經開關Q3的電流Ib3為零。此外，由于V D大于Vc，由運算放大器 234生成的控制信號DRV4處于第一狀態(例如，數字1)且開關Q4接通。流經開關Q4的電 流Ib4逐漸地從0增大到10mA。在時刻tl，電流Ib4達到10mA。在時刻t0與時刻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 此沒有電流流經第二路徑PATH2。
[0030] 對于控制電路210_1，如上所述，開關Q1持續斷開且流經開關Q1的電流Ibl持續 為零。在此示例中，由于V B大于VA，由運算放大器232生成的控制信號DRV2處于第一狀態 (例如，數字1)且開關Q2接通。流經開關Q2的電流Ib2逐漸地從0增大到20mA。在時刻 tl，電流Ib2達到10mA。在時刻t2,電流Ib2達到20mA。在時刻t0與時刻tl之間，電流 IBA保持在l〇mA。在時刻tl與時刻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 有電流流經第一路徑PATH1。
[0031] 理想地，如果沒有電流流經第一路徑PATH1和第二路徑PATH2,則VA等于V B且Vc等 于VD。然而，在實踐中，可能有電壓差VBA和V DC。二極管D1-D4工作在截止狀態。然后電池 模塊200進入平衡工作狀態，且運算放大器231、233、235、以及236工作在非線性區域。因 此，控制信號DRV1、DRV3、DRV5、以及DRV6使開關Q1、Q3、Q5、以及Q6持續斷開，且電流Ibl、 Ib3、Ib5、以及Ib6持續為零。
[0032] 不同于工作在非線性區域的那些運算放大器，運算放大器232和234工作在線性 區域且根據虛短虛斷原理來形成負反饋環。運算放大器232和234分別放大相應的電壓差 VBA和VDC。此外，運算放大器232和234將控制信號DRV2和DRV4設置為中間值，以使開關 Q2和Q4保持在臨界狀態。因此，在本示例中，在時刻t2之后，流經開關Q2的電流Ib2保持 在20mA，且在時刻tl之后，流經開關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)。控制電路210_2的總電流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4)保持在60mA (例 如，50mA+0+10mA)。控制電路210_3的總電流13 (例如，Ic3+Ib5+Ib6)保持在60mA (例如， 60mA+0+0)〇
[0034] 每個控制電路210_1-210_3可以包含補償單元(未圖示)，用于生成對應的補償電 流，以使對應的消耗電流和對應的補償電流的總和等于目標總電流。以控制電路210_1和 210_2作為示例。控制電路210_1的補償單元包含補償分支221和222,控制電路210_2的 補償單元包含補償分支223和224。通過比較消耗電流Icl和Ic2,控制電路210_1有條件 地生成第一補償電流Icompl (例如，Ibl+Ib2)且控制電路210_2有條件地生成第二補償電 流Icomp2 (例如，Ib3+Ib4)。第一補償電流Icompl和第二補償電流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生成第二補償 電流Icomp2 (例如，Ib3+Ib4)以使消耗電流Ic2和第二補償電流Icomp2的總和等于目標 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 償電流Icompl (例如，Ibl+Ib2)以使消耗電流Icl和第一補償電流Icompl的總和等于目 標總電流(例如，60mA)。
[0036] 有利地是，通過控制補償分支的開關和補償電流，所有的控制電路可以消耗相同 的總電流(例如，60mA)，因此將沒有電流流經第一路徑PATH1和第二路徑PATH2。
[0037] 作為示例，再次假設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)來操作控制單元211。控制電路210_2用消耗電流Ic2 (例如， 40mA)來操作控制單元212。控制電路210_3用消耗電流Ic3 (例如，60mA)來操作控制單 元213。因此，最初會有非期望的電流流經第一路徑PATH1和第二路徑PATH2。更具體地， 檢測單元206_1通過檢測在二極管D1和D2上的電壓來生成檢測信號（未示出），該檢測信 號表示兩個相鄰控制單元211和212的消耗電流Icl和Ic2之差。檢測單元206_1指示有 流經二極管D2的電流I BA (例如，-10mA，從節點A流到節點B的10mA)。類似地，檢測單元 206_2通過檢測在二極管D3和D4上的電壓來生成另一檢測信號(未示出），該檢測信號表示 兩個相鄰控制單元212和213的消耗電流Ic2和Ic3之差。檢測單元206_2指示有流經二 極管D3的電流I DC (例如，20mA，從節點D流到節點C)。因此，在此示例中，VA大于VB，并且 VD大于Vc。
[0038] 圖4所示與根據本發明如圖2所示例的電池模塊200相關聯的另一實施例的信號 波形示意圖，在本示例中，Icl為50mA、Ic2為40mA、且Ic3為60mA。以下將結合圖2來描 述圖4。更具體地，圖4示出控制信號DRV1至DRV6、開關Q1至Q6的狀態、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] 對于控制電路210_3,如上所述，開關Q6持續斷開且流經開關Q6的電流Ib6持續 為零。由于V D大于Vc，由運算放大器235生成的控制信號DRV5處于第二狀態(例如，數字 1)且開關Q5斷開。因此，流經開關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。對于控制電路210_2,在時刻to 與時刻tl之間，由于VA大于VB，由運算放大器233生成的控制信號DRV3處于第一狀態(例 如，數字0)且開關Q3接通。流經開關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，由運算放大器234生成的控制信號DRV4處于第一狀態(例如，數字1) 且開關Q4接通。流經開關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，本領域技術人員可以理解的是，所述第一值和第二值可以 被設置為其它值且第二值可以小于第一值。在時刻tl，電流Ib3達到4mA且電流Ib4達到 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（從節點A流到節點B)變為正（從節點B流到節點A)，且VB大于VA。因此，從時刻tl開 始，控制信號DRV3變為第二狀態(例如，數字1)且開關Q3斷開。流經開關Q3的電流Ib3 逐漸地從第一值(例如，4mA)減小到0。在時刻t2,電流Ib3達到0。在時刻tl與時刻t4 之間，電流Ib4繼續從6mA增大到20mA。在時刻t4,電流Ib4達到20mA。在時刻t0與時刻 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， 因此將沒有電流流經第二路徑PATH2。
[0041] 對于控制電路210_1，如上所述，開關Q1持續斷開且流經開關Q1的電流Ibl持續 為零。在時刻to與時刻tl之間，由于V A大于VB，由運算放大器232生成的控制信號DRV2 處于第二狀態(例如，數字〇)且開關Q2斷開。當V B與VA之間的電壓差大于電壓閾值(例 如，0. 7V)時，啟動運算放大器232且控制信號DRV2變為第一狀態(例如，數字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)，則啟動運算放大器232。在時刻t3,電流Ib4達到13mA，電流12達 到53mA，且電流IBA達到3mA。然后，控制信號DRV2變為第一狀態(例如，數字1)且開關Q2 接通。電流Ib2逐漸地從0增大到10mA。在時刻t4,電流Ib2達到7mA。在時刻t5,電流 Ib2達到10mA。在時刻t3與時刻t4之間，電流IBA保持3mA。在時刻t4與時刻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,因此將沒有電流流經第一路徑PATH1。
[0042] 如上所述，理想地，如果沒有電流流經第一路徑PATH1和第二路徑PATH2,則VA等 于V B，且V。等于VD。然而，在實踐中，可能有電壓差VBA和VDC。二極管D1-D4工作在截止狀 態。然后電池模塊200進入平衡工作狀態，且運算放大器231、233、235、以及236工作在非 線性區域。因此，控制信號DRV1、DRV3、DRV5、以及DRV6使開關Ql、Q3、Q5、以及Q6持續斷 開，且電流Ibl、Ib3、Ib5、以及Ib6持續為零。
[0043] 不同于工作在非線性區域的那些運算放大器，運算放大器232和234工作在線性 區域且根據虛短虛斷原理來形成負反饋環。運算放大器232和234分別放大相應的電壓差 VBA和VDC。此外，運算放大器232和234將控制信號DRV2和DRV4設置為中間值以使開關Q2 和Q4保持在臨界狀態。因此，在時刻t4之后，流經開關Q2的電流Ib2保持在10mA且在時 刻t5之后，流經開關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)。控制電路210_2的總電流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4)保持在60mA (例如， 40mA+0+20mA)。控制電路210_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，通過控制補償分支的開關和補償電流，所有的控制電路消耗相同的總 電流(例如，60mA)，因此將沒有電流流經第一路徑PATH1和第二路徑PATH2。
[0046] 上述具體描述僅為本發明公開的實施例，本領域技術人員可以理解的是，控制電 路210_1到210_3的消耗電流可以設置為不同值且不限于圖3和圖4所示的實施例。此 夕卜，有關的補償過程和時間點（例如，t〇-t2、t〇-t5)可以由運算放大器(例如，運算放大器 231-236)的帶寬和轉換速率來確定。
[0047] 表1所示為不同條件下的補償分支電流。為簡明起見，表1只示出當電池模塊200 處于平衡工作狀態時的每個補償分支電流的最終值。從表1中可以看出，對于每個條件，動 態補償過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。
[0048] 表 1
[0049]

【權利要求】
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電池模組；以及 對應于所述多個電池模組的多個控制電路，其中，每個控制電路進一步包括： 控制單元，用于管理對應的電池模組，所述控制單元由對應的消耗電流來操作；以及 補償單元，耦合到所述控制單元，用于生成對應的補償電流，以使所述對應的消耗電流 和所述對應的補償電流的總和等于目標總電流， 其中，所述多個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 結果生成第一補償電流，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 比較結果生成第二補償電流。
2. 根據權利要求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償電流以使所述第二消耗電流和所述第 二補償電流的總和等于所述目標總電流。
3. 根據權利要求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償電流以使所述第一消耗電流和所述第 一補償電流的總和等于所述目標總電流。
4. 根據權利要求1所述的電池模塊，其特征在于，其中，每個補償單元進一步包括： 第一補償分支，用于生成第一分支電流，所述第一補償分支包括第一運算放大器和由 所述第一運算放大器的輸出來控制的第一開關；以及 第二補償分支，用于生成第二分支電流，所述第二補償分支包括第二運算放大器和由 所述第二運算放大器的輸出來控制的第二開關， 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應補償電流。
5. 根據權利要求4所述的電池模塊，其特征在于，其中，所述第一開關為P溝道金屬氧 化物半導體場效應晶體管，如果所述第一運算放大器的所述輸出處于第一狀態，則接通所 述第一開關，如果所述第一運算放大器的所述輸出處于第二狀態，則斷開所述第一開關；以 及 所述第一開關具有內置電壓偏置，如果所述第一運算放大器工作在非線性區域且所述 第一運算放大器的反相輸入等于它的非反相輸入，則所述內置電壓偏置將所述第一運算放 大器的所述輸出設置為所述第二狀態。
6. 根據權利要求4所述的電池模塊，其特征在于，其中，所述第一開關為P溝道金屬氧 化物半導體場效應晶體管，如果所述第一運算放大器的所述輸出處于第一狀態，則接通所 述第一開關，如果所述第一運算放大器的所述輸出處于第二狀態，則斷開所述第一開關，且 如果所述第一運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 一運算放大器的所述輸出變為所述第一狀態。
7. 根據權利要求4所述的電池模塊，其特征在于，其中，所述第二開關為N溝道金屬氧 化物半導體場效應晶體管，如果所述第二運算放大器的所述輸出處于第一狀態，則接通所 述第二開關，如果所述第二運算放大器的所述輸出處于第二狀態，則斷開所述第二開關；以 及 所述第二開關具有內置電壓偏置，如果所述第二運算放大器工作在非線性區且所述第 二運算放大器的反相輸入等于它的非反相輸入，則所述內置電壓偏置將所述第二運算放大 器的所述輸出設置為所述第二狀態。
8. 根據權利要求4所述的電池模塊，其特征在于，其中，所述第二開關為N溝道金屬氧 化物半導體場效應晶體管，如果所述第二運算放大器的所述輸出處于第一狀態，則接通所 述第二開關，如果所述第二運算放大器的所述輸出處于第二狀態，則斷開所述第二開關，且 如果所述第二運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 二運算放大器的所述輸出變為所述第一狀態。
9. 根據權利要求1所述的電池模塊，其特征在于，所述電池模塊還包括： 多個檢測單元，其中，每個檢測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信號， 其中，所述第一控制電路和所述第二控制電路通過所述檢測單元耦合到所述對應的電 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信號分別生成對應的所 述第一補償電流和所述第二補償電流。
10. 根據權利要求9所述的電池模塊，其特征在于，所述每個檢測單元包括反向并聯連 接的兩個二極管。
11. 根據權利要求10所述的電池模塊，其特征在于，所述每個檢測單元通過檢測所述 兩個二極管上的電壓來生成所述檢測信號。
12. 根據權利要求1所述的電池模塊，其特征在于，如果所述電池模塊進入平衡工作狀 態，則沒有電流流經多個所述電池模組與對應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： 用第一消耗電流來操作電池模塊的第一控制單元，所述電池模塊還包括多個電池模組 和多個對應的控制電路； 用第二消耗電流來操作所述電池模塊的第二控制單元； 生成檢測信號，所述檢測信號表示所述第一消耗電流與所述第二消耗電流之差； 基于所述檢測信號生成補償電流；以及 重復所述生成檢測信號的步驟和所述基于所述檢測信號生成補償電流的步驟，直至所 述電池模塊進入平衡工作狀態，其中，在所述平衡工作狀態下沒有電流流經所述電池模組 與對應的多個控制電路之間的多個路徑。
14. 根據權利要求13所述的電流平衡方法，其特征在于，所述基于所述檢測信號生成 補償電流的步驟進一步包括，如果所述檢測信號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償電流，以使所述第一消耗電流和所述第一補償電流的 總和等于目標總電流。
15. 根據權利要求13所述的電流平衡方法，其特征在于，所述基于所述檢測信號生成 補償電流的步驟進一步包括，如果所述檢測信號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償電流，以使所述第二消耗電流和所述第二補償電流的 總和等于目標總電流。
16. 根據權利要求13所述的電流平衡方法，其特征在于，所述生成檢測信號的步驟進 一步包括，通過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單元生成所述檢 測信號，其中，所述檢測單元包括反向并聯連接的兩個二極管。
17. 根據權利要求16所述的電流平衡方法，其特征在于，所述生成檢測信號的步驟進 一步包括，通過檢測所述兩個二極管上的電壓來生成所述檢測信號。
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一步包括： 用第一消耗電流來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償單元，用于生成第一補償電流，以使所述第一消 耗電流和所述第一補償電流的總和等于目標總電流，以及 第二控制電路，耦合到與所述第一電池模組串聯的第二電池模組，所述第二控制電路 進一步包括： 用第二消耗電流來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償單元，用于生成第二補償電流，以使所述第二消 耗電流和所述第二補償電流的總和等于所述目標總電流， 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果生成 所述第一補償電流，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 結果生成所述第二補償電流。
19. 根據權利要求18所述的電流平衡電路，其特征在于，其中，所述第一補償單元和所 述第二補償單元中的每個補償單元進一步包括： 第一補償分支，用于生成第一分支電流，所述第一補償分支包括第一運算放大器和由 所述第一運算放大器的輸出來控制的第一開關；以及 第二補償分支，用于生成第二分支電流，所述第二補償分支包括第二運算放大器和由 所述第二運算放大器的輸出來控制的第二開關， 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應的補償電流。
20. 根據權利要求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檢測單元與所述第一電池和所述第二電池耦合，其中，所述檢測單元 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信號，且所述第一 控制電路基于所述檢測信號來生成所述第一補償電流，所述第二控制電路基于所述檢測信 號來生成所述第二補償電流。
【文檔編號】H02J7/00GK104283248SQ201310292280
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月12日 優先權日:2013年7月12日
【發明者】栗國星, 李巖, 薛衛東, 肖安全 申請人:凹凸電子（武漢）有限公司