电池模块、电流平衡方法以及电路的制作方法

电池模块、电流平衡方法以及电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种电池模块、电流平衡方法以及电路。所述电流平衡方法包括：用第一消耗电流来操作电池模块的第一控制单元，其中，电池模块还包括多个电池模组和多个对应的控制电路；用第二消耗电流来操作电池模块的第二控制单元；生成表示第一消耗电流与第二消耗电流之差的检测信号；基于检测信号生成补偿电流；以及重复生成检测信号和基于检测信号生成补偿电流的步骤直至电池模块进入平衡工作状态，其中，在平衡工作状态下没有电流流经电池模组与对应的控制电路之间的多个路径。采用本发明的技术能够使多个控制电路消耗相同的总电流，确保没有非期望的电流流经电池模组和对应的控制电路之间的多个路径。
【专利说明】电池模块、电流平衡方法以及电路

【技术领域】
[0001] 本发明涉及电池领域，特别是涉及一种电池模块、电流平衡方法以及电路。

【背景技术】
[0002] 电池包通常包含多个串联的电池单元来向电子设备(例如，电动车、便携式计算 机、数码相机等)供电。电池包通常配备有多个控制电路来监测每个电池单元的状态用于容 量计算和电池单元保护。
[0003] 图1所示为现有技术的电池管理系统100的结构示意图。如图所示，电池管理系 统100包含电池包102,在电池组102中，电池模组104、106、以及108串联，其中每个电池 模组进一步包括多个电池单元。电池管理系统100包含控制电路114、116、以及118用于分 别管理电池模组104、106、以及108。控制电路114和116通过第一路径125耦合到电池模 组104和106。控制电路116和118通过第二路径127耦合到电池模组106和108。如果 不同的控制电路消耗不同量的电流，则将会有非期望的电流流经第一路径125和第二路径 127,这可能导致电池模组之间的失衡并且可能缩短电池包寿命。


【发明内容】

[0004] 本发明要解决的技术问题在于提供一种电池模块、电流平衡方法以及电路，能够 使控制电路消耗相同的总电流，没有不希望的电流流经电池和控制电路之间的路径。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池模块，该电池模块包含：包括多个电 池模组的电池包和对应于所述多个电池模组的多个控制电路，其中，每个控制电路进一步 包括：控制单元，用于管理对应的电池模组，该控制单元由对应的消耗电流来操作；以及补 偿单元，耦合到控制单元，用于生成对应的补偿电流，以使对应的消耗电流和对应的补偿电 流的总和等于目标总电流，其中，多个控制电路至少包括第一控制电路和第二控制电路，第 一控制电路包括用第一消耗电流来操作的第一控制单元，第二控制电路包括用第二消耗电 流来操作的第二控制单元，第一控制电路基于第一消耗电流和第二消耗电流的比较结果生 成第一补偿电流，第二控制电路基于第一消耗电流和第二消耗电流的比较结果生成第二补 偿电流。
[0006] 本发明还提供了一种电流平衡方法，该电流平衡方法至少包括以下步骤：用第一 消耗电流来操作电池模块的第一控制单元，其中，电池模块还包括多个电池模组和多个对 应的控制电路；用第二消耗电流来操作电池模块的第二控制单元；生成表示第一消耗电流 与第二消耗电流之差的检测信号；基于检测信号生成补偿电流；以及重复生成检测信号和 基于检测信号生成补偿电流的步骤直至电池模块进入平衡工作状态，其中，在平衡工作状 态下没有电流流经所述电池模组与对应的控制电路之间的多个路径。
[0007] 本发明又提供了一种电流平衡电路，该电流平衡电路包括：耦合到电池包的第一 电池模组的第一控制电路和耦合到与第一电池模组串联的第二电池模组的第二控制电路， 其中，第一控制电路进一步包括：用第一消耗电流来操作的第一控制单元；以及耦合到第 一控制单元的第一补偿单元，用于生成第一补偿电流，以使第一消耗电流和第一补偿电流 的总和等于目标总电流，第二控制电路进一步包括：用第二消耗电流来操作的第二控制单 元；以及耦合到第二控制单元的第二补偿单元，用于生成第二补偿电流，以使第二消耗电流 和第二补偿电流的总和等于目标总电流，其中，第一控制电路基于第一消耗电流和第二消 耗电流的比较结果生成第一补偿电流，第二控制电路基于第一消耗电流和第二消耗电流的 比较结果生成第二补偿电流。
[0008] 有利的是，本发明提供的电流平衡系统和电流平衡方法能够通过使用补偿单元而 使控制电路消耗相同的总电流并且没有电流流经电池与控制电路之间的多个路径。

【专利附图】

【附图说明】
[0009] 以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目 的、具体结构特征和优点，在附图中类似的参考标号代表类似的元件，其中：
[0010] 图1所示为一种现有技术的电池管理系统的结构示意图；
[0011]图2所示为根据本发明一个实施例的电池模块的结构示意图；
[0012] 图3所示与本发明如图2所示的电池模块相关联的一个实施例的信号波形示意 图；
[0013] 图4所示与根据本发明如图2所示例的电池模块相关联的另一实施例的信号波形 示意图；以及
[0014] 图5所示为根据本发明一个实施例的电池模块的电流平衡方法的流程示意图。

【具体实施方式】
[0015] 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。
[0016] 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、手续、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
[0017] 图2所示为根据本发明一个实施例的电池模块200的结构示意图。如图2所示， 电池模块200包含具有多个电池模组(例如，电池模组202_1-202_3)的电池包202。为了 更好地说明本发明，在图2中示例性地示出三个电池模组202_1-202_3,且每个电池模组中 进一步包括多个串联的电池单元。然而，本发明并不限于此，电池包202可以包含不同数 量的电池模组。电池模组202_1-202_3中的每个电池模组具有对应的控制电路。例如，电 池模块200包含控制电路210_1-210_3用于分别管理电池模组202_1-202_3。控制电路 210_1_210_3中的每个控制电路实时地监测对应电池模组的充电状态（State Of Charge， 简称S0C)和健康状态（State Of Health，简称SOH)。
[0018] 控制电路210_1和210_2通过包含检测单元206_1的第一路径PATH1耦合至电池 模组202_1和202_2。检测单元206_1包含两个二极管D1和D2,二极管D1和D2如图2中 所示地反向并联。二极管D1和D2的两端分别耦合至节点A和节点B (对应地具有电压值 VjP VB)。类似地，控制电路210_2和210_3通过包含检测单元206_2的第二路径PATH2耦 合至电池模组202_2和202_3。检测单元206_2包含两个二极管D3和D4,二极管D3和D4 如图2中所示地反向并联。二极管D3和D4的两端分别耦合至节点C和节点D (对应地具 有电压值VC和VD)。
[0019] 控制电路210_1包含控制单元211以及两个补偿分支221和222。补偿分支221 包含运算放大器231和开关Q1 (例如，P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，P-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，简称 PM0SFET)。如图 2 所不，运 算放大器231生成控制信号DRV1来控制开关Q1。例如，如果控制信号DRV1处于第一状 态(例如，数字0)，则开关Q1接通。如果控制信号DRV1处于第二状态(例如，数字1)，则开 关Q1断开。补偿分支222包含运算放大器232和开关Q2 (例如，N沟道金属氧化物半导体 场效应晶体管，N-channel metal-〇xi de-semi conductor field-effect transistor，简称 NMOSFET)。如图2所示，运算放大器232生成控制信号DRV2来控制开关Q2。例如，如果控 制信号DRV2处于第一状态(例如，数字1 )，则开关Q2接通。如果控制信号DRV1处于第二状 态中（例如，数字0)，则开关Q2断开。
[0020] 运算放大器231具有内置电压偏置(例如，10mV)，如果运算放大器231工作在非线 性区域且它的反相输入等于它的非反相输入，则将控制信号DRV1设置为第二状态(例如， 数字1)。在一个实施例中，如果反相输入与非反相输入之间的电压差大于电压阈值(例如， 0. 7V)，则将控制信号DRV1变为第一状态(例如，数字0)。类似地，运算放大器232具有内置 电压偏置(例如，10mV)，如果运算放大器232工作在非线性区域且它的反相输入等于它的 非反相输入，则将控制信号DRV2设置为第二状态(例如，数字0)。在一个实施例中，如果非 反相输入与反相输入之间的电压差大于电压阈值(例如，〇. 7V)，则将控制信号DRV1变为第 一状态(例如，数字1)。
[0021] 更具体地，由于运算放大器231工作在非线性区域且它的反相输入端和非反相输 入端都耦合至电池模组202_1的正极，控制信号DRV1 -直处于第二状态(例如，数字1)且 开关Q1持续断开。因此，流经开关Q1的电流Ibl持续为零。
[0022] 控制电路210_2包含控制单元212以及两个补偿分支223和224。补偿分支223 包含运算放大器233和开关Q3 (例如，PM0SFET)。运算放大器233生成控制信号DRV3来 控制开关Q3。补偿分支224包含运算放大器234和开关Q4(例如，NM0SFET)。运算放大器 234生成控制信号DRV4来控制开关Q4。
[0023] 控制电路210_3包含控制单元213以及两个补偿分支225和226。补偿分支225 包含运算放大器235和开关Q5 (例如，PM0SFET)。运算放大器235生成控制信号DRV5来 控制开关Q5。补偿分支226包含运算放大器236和开关Q6(例如，NM0SFET)。运算放大器 236生成控制信号DRV6来控制开关Q6。
[0024] 更具体地，由于运算放大器236工作在非线性区域且它的反相输入端和它的非反 相输入端都稱合至电池模组202_3的负极，控制信号DRV6 -直处于第二状态(例如，数字0) 且开关Q6持续断开。因此，流经开关Q6的电流Ib6持续为零。
[0025] 运算放大器232和233的反相输入端都耦合至具有电压VA的节点A。运算放大器 232和233的非反相输入端都耦合到具有电压V B的节点B。运算放大器234和235的反相 输入端都耦合到具有电压V。的节点C。运算放大器234和235的非反相输入端都耦合到具 有电压V D的节点D。控制电路210_1、210_2、以及210_3具有类似的结构和功能，在此不负 赘述。
[0026] 在操作中，假设不同控制电路消耗不同量的电流，例如，控制电路210_1用消耗电 流Icl (例如，40mA)来操作控制单元211。控制电路210_2用消耗电流Ic2 (例如，50mA) 来操作控制单元212。控制电路210_3用消耗电流Ic3 (例如，60mA)来操作控制单元213。 因此，最初会有非期望的电流流经第一路径PATH1和第二路径PATH2。更具体地，检测单元 206_1通过检测在二极管D1和D2上的电压来生成检测信号(未示出），该检测信号表示两个 相邻控制单元211和212的消耗电流Icl和Ic2之差。在此示例中，检测单元206_1指示 有流经二极管D1的电流IBA (例如，10mA，从节点B流到节点A)。类似地，检测单元206_2 通过检测在二极管D3和D4上的电压来生成另一检测信号(未示出），该检测信号表示两个 相邻控制单元212和213的消耗电流Ic2和Ic3之差。在此示例中，检测单元206_2会指 示有流经二极管D3的另一电流I DC (例如，10mA，从节点D流到节点C)。因此，在此示例中， vB大于vA，且VD大于vc。
[0027] 图3所示与本发明如图2所示的电池模块200相关联的一个实施例的信号波形示 意图300,在本示例中，Icl为40mA、Ic2为50mA、且Ic3为60mA。图3将结合图2进行描 述。更具体地，图3示出控制信号DRV1至DRV6、开关Q1至Q6的状态、电流Ibl至Ib6、电流 IBA和IDC、控制电路210_1的总电流II、控制电路210_2的总电流12、以及控制电路210_3 的总电流13。
[0028] 对于控制电路210_3,如上所述，开关Q6持续断开且流经开关Q6的电流Ib6持续 为零。基于以上示例，由于V D大于Vc，由运算放大器235生成的控制信号DRV5处于第二状 态(例如，数字1)且开关Q5断开。因此，流经开关Q5的电流Ib5为零且控制电路210_3的 总电流 13 (例如，Ic3+Ib5+Ib6)为 60mA。
[0029] 下面，将基于图3的示例描述在电池模块200的操作。对于控制电路210_2，基于 以上示例，由于V B大于VA，由运算放大器233生成的控制信号DRV3处于第二状态(例如，数 字1)且开关Q3断开。流经开关Q3的电流Ib3为零。此外，由于V D大于Vc，由运算放大器 234生成的控制信号DRV4处于第一状态(例如，数字1)且开关Q4接通。流经开关Q4的电 流Ib4逐渐地从0增大到10mA。在时刻tl，电流Ib4达到10mA。在时刻t0与时刻tl之 间，电流I DC从10mA减小到零，并且控制电路210_2的总电流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4)从 50mA增大到60mA。然后控制电路210_2的总电流12等于控制电路210_3的总电流13,因 此没有电流流经第二路径PATH2。
[0030] 对于控制电路210_1，如上所述，开关Q1持续断开且流经开关Q1的电流Ibl持续 为零。在此示例中，由于V B大于VA，由运算放大器232生成的控制信号DRV2处于第一状态 (例如，数字1)且开关Q2接通。流经开关Q2的电流Ib2逐渐地从0增大到20mA。在时刻 tl，电流Ib2达到10mA。在时刻t2,电流Ib2达到20mA。在时刻t0与时刻tl之间，电流 IBA保持在l〇mA。在时刻tl与时刻t2之间，由于控制电路210_2的总电流12保持在60mA， 电流I BA从10mA减小到零，并且控制电路210_1的总电流II (例如，Icl+Ibl+Ib2)从50mA 增大到60mA。然后控制电路210_1的总电流II等于控制电路210_2的总电流12,因此没 有电流流经第一路径PATH1。
[0031] 理想地，如果没有电流流经第一路径PATH1和第二路径PATH2,则VA等于V B且Vc等 于VD。然而，在实践中，可能有电压差VBA和V DC。二极管D1-D4工作在截止状态。然后电池 模块200进入平衡工作状态，且运算放大器231、233、235、以及236工作在非线性区域。因 此，控制信号DRV1、DRV3、DRV5、以及DRV6使开关Q1、Q3、Q5、以及Q6持续断开，且电流Ibl、 Ib3、Ib5、以及Ib6持续为零。
[0032] 不同于工作在非线性区域的那些运算放大器，运算放大器232和234工作在线性 区域且根据虚短虚断原理来形成负反馈环。运算放大器232和234分别放大相应的电压差 VBA和VDC。此外，运算放大器232和234将控制信号DRV2和DRV4设置为中间值，以使开关 Q2和Q4保持在临界状态。因此，在本示例中，在时刻t2之后，流经开关Q2的电流Ib2保持 在20mA，且在时刻tl之后，流经开关Q4的电流Ib4保持在10mA。
[0033] 因此，在此示例中，控制电路210_1的总电流II (例如，Icl+Ibl+Ib2)保持在60mA (例如，40mA+0+20mA)。控制电路210_2的总电流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4)保持在60mA (例 如，50mA+0+10mA)。控制电路210_3的总电流13 (例如，Ic3+Ib5+Ib6)保持在60mA (例如， 60mA+0+0)〇
[0034] 每个控制电路210_1-210_3可以包含补偿单元(未图示)，用于生成对应的补偿电 流，以使对应的消耗电流和对应的补偿电流的总和等于目标总电流。以控制电路210_1和 210_2作为示例。控制电路210_1的补偿单元包含补偿分支221和222,控制电路210_2的 补偿单元包含补偿分支223和224。通过比较消耗电流Icl和Ic2,控制电路210_1有条件 地生成第一补偿电流Icompl (例如，Ibl+Ib2)且控制电路210_2有条件地生成第二补偿电 流Icomp2 (例如，Ib3+Ib4)。第一补偿电流Icompl和第二补偿电流Icomp2都大于或等于 0mA 〇
[0035] 更具体地，如果消耗电流Icl大于消耗电流Ic2,则控制电路210_2生成第二补偿 电流Icomp2 (例如，Ib3+Ib4)以使消耗电流Ic2和第二补偿电流Icomp2的总和等于目标 总电流(例如，60mA)。如果消耗电流Ic2大于消耗电流Icl，则控制电路210_1生成第一补 偿电流Icompl (例如，Ibl+Ib2)以使消耗电流Icl和第一补偿电流Icompl的总和等于目 标总电流(例如，60mA)。
[0036] 有利地是，通过控制补偿分支的开关和补偿电流，所有的控制电路可以消耗相同 的总电流(例如，60mA)，因此将没有电流流经第一路径PATH1和第二路径PATH2。
[0037] 作为示例，再次假设不同控制电路消耗不同量的电流，例如，控制电路210_1用消 耗电流Icl (例如，50mA)来操作控制单元211。控制电路210_2用消耗电流Ic2 (例如， 40mA)来操作控制单元212。控制电路210_3用消耗电流Ic3 (例如，60mA)来操作控制单 元213。因此，最初会有非期望的电流流经第一路径PATH1和第二路径PATH2。更具体地， 检测单元206_1通过检测在二极管D1和D2上的电压来生成检测信号（未示出），该检测信 号表示两个相邻控制单元211和212的消耗电流Icl和Ic2之差。检测单元206_1指示有 流经二极管D2的电流I BA (例如，-10mA，从节点A流到节点B的10mA)。类似地，检测单元 206_2通过检测在二极管D3和D4上的电压来生成另一检测信号(未示出），该检测信号表示 两个相邻控制单元212和213的消耗电流Ic2和Ic3之差。检测单元206_2指示有流经二 极管D3的电流I DC (例如，20mA，从节点D流到节点C)。因此，在此示例中，VA大于VB，并且 VD大于Vc。
[0038] 图4所示与根据本发明如图2所示例的电池模块200相关联的另一实施例的信号 波形示意图，在本示例中，Icl为50mA、Ic2为40mA、且Ic3为60mA。以下将结合图2来描 述图4。更具体地，图4示出控制信号DRV1至DRV6、开关Q1至Q6的状态、电流Ibl至Ib6、 电流IBA和IDC、控制电路210_1的总电流II、控制电路210_2的总电流12、以及控制电路 210_3的总电流13。
[0039] 对于控制电路210_3,如上所述，开关Q6持续断开且流经开关Q6的电流Ib6持续 为零。由于V D大于Vc，由运算放大器235生成的控制信号DRV5处于第二状态(例如，数字 1)且开关Q5断开。因此，流经开关Q5的电流Ib5为零且控制电路210_3的总电流13 (例 如，Ic3+Ib5+Ib6)为 60mA。
[0040] 以下将基于图4的示例描述电池模块200的操作。对于控制电路210_2,在时刻to 与时刻tl之间，由于VA大于VB，由运算放大器233生成的控制信号DRV3处于第一状态(例 如，数字0)且开关Q3接通。流经开关Q3的电流Ib3逐渐地从0增大到第一值(例如，4mA)。 此外，由于V D大于Vc，由运算放大器234生成的控制信号DRV4处于第一状态(例如，数字1) 且开关Q4接通。流经开关Q4的电流Ib4逐渐地从0增大到第二值(例如，6mA)。尽管上文 的描述代表第一值小于第二值，本领域技术人员可以理解的是，所述第一值和第二值可以 被设置为其它值且第二值可以小于第一值。在时刻tl，电流Ib3达到4mA且电流Ib4达到 6mA，因此控制电路210_2的总电流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4)从40mA增大到50mA。在时刻 tl，控制电路210_2的总电流12等于控制电路210_1的总电流II，且在时刻tl之后，控制 电路210_2的总电流12大于控制电路210_1的总电流II。在12大于II之后，电流I BA从 负（从节点A流到节点B)变为正（从节点B流到节点A)，且VB大于VA。因此，从时刻tl开 始，控制信号DRV3变为第二状态(例如，数字1)且开关Q3断开。流经开关Q3的电流Ib3 逐渐地从第一值(例如，4mA)减小到0。在时刻t2,电流Ib3达到0。在时刻tl与时刻t4 之间，电流Ib4继续从6mA增大到20mA。在时刻t4,电流Ib4达到20mA。在时刻t0与时刻 t4之间，电流IDC从20mA减小到0,并且控制电路210_2的总电流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4) 从40mA增大到60mA。然后控制电路210_2的总电流12等于控制电路210_3的总电流13， 因此将没有电流流经第二路径PATH2。
[0041] 对于控制电路210_1，如上所述，开关Q1持续断开且流经开关Q1的电流Ibl持续 为零。在时刻to与时刻tl之间，由于V A大于VB，由运算放大器232生成的控制信号DRV2 处于第二状态(例如，数字〇)且开关Q2断开。当V B与VA之间的电压差大于电压阈值(例 如，0. 7V)时，启动运算放大器232且控制信号DRV2变为第一状态(例如，数字1)。在图4 的示例中，如果12与II之差(例如，I BA)大于电流阈值(例如，3mA)以使VB与VA之差大于 电压阈值(例如，〇. 7V)，则启动运算放大器232。在时刻t3,电流Ib4达到13mA，电流12达 到53mA，且电流IBA达到3mA。然后，控制信号DRV2变为第一状态(例如，数字1)且开关Q2 接通。电流Ib2逐渐地从0增大到10mA。在时刻t4,电流Ib2达到7mA。在时刻t5,电流 Ib2达到10mA。在时刻t3与时刻t4之间，电流IBA保持3mA。在时刻t4与时刻t5之间， 由于控制电路210_2的总电流12保持在60mA，电流I BAW3mA减小到0,且控制电路210_1 的总电流II (例如，Icl+Ibl+Ib2)从57mA增大到60mA。然后控制电路210_1的总电流II 等于控制电路210_2的总电流12,因此将没有电流流经第一路径PATH1。
[0042] 如上所述，理想地，如果没有电流流经第一路径PATH1和第二路径PATH2,则VA等 于V B，且V。等于VD。然而，在实践中，可能有电压差VBA和VDC。二极管D1-D4工作在截止状 态。然后电池模块200进入平衡工作状态，且运算放大器231、233、235、以及236工作在非 线性区域。因此，控制信号DRV1、DRV3、DRV5、以及DRV6使开关Ql、Q3、Q5、以及Q6持续断 开，且电流Ibl、Ib3、Ib5、以及Ib6持续为零。
[0043] 不同于工作在非线性区域的那些运算放大器，运算放大器232和234工作在线性 区域且根据虚短虚断原理来形成负反馈环。运算放大器232和234分别放大相应的电压差 VBA和VDC。此外，运算放大器232和234将控制信号DRV2和DRV4设置为中间值以使开关Q2 和Q4保持在临界状态。因此，在时刻t4之后，流经开关Q2的电流Ib2保持在10mA且在时 刻t5之后，流经开关Q4的电流Ib4保持在20mA。
[0044] 这样，控制电路210_1的总电流II (例如，Icl+Ibl+Ib2)保持在60mA (例如， 50mA+0+10mA)。控制电路210_2的总电流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4)保持在60mA (例如， 40mA+0+20mA)。控制电路210_3的总电流13 (例如，Ic3+Ib5+Ib6)保持在60mA (例如， 60mA+0+0)〇
[0045] 有利地是，通过控制补偿分支的开关和补偿电流，所有的控制电路消耗相同的总 电流(例如，60mA)，因此将没有电流流经第一路径PATH1和第二路径PATH2。
[0046] 上述具体描述仅为本发明公开的实施例，本领域技术人员可以理解的是，控制电 路210_1到210_3的消耗电流可以设置为不同值且不限于图3和图4所示的实施例。此 夕卜，有关的补偿过程和时间点（例如，t〇-t2、t〇-t5)可以由运算放大器(例如，运算放大器 231-236)的带宽和转换速率来确定。
[0047] 表1所示为不同条件下的补偿分支电流。为简明起见，表1只示出当电池模块200 处于平衡工作状态时的每个补偿分支电流的最终值。从表1中可以看出，对于每个条件，动 态补偿过程可以确保控制电路201_1的总电流11(例如，Icl+Ibl+Ib2)、控制电路201_2的 总电流12 (例如，Ic2+Ib3+Ib4)、以及控制电路201_3的总电流13 (例如，Ic3+Ib5+Ib6)全 部彼此相等且保持电池模块200处于平衡工作状态。
[0048] 表 1
[0049]

【权利要求】
1. 一种电池模块，其特征在于，所述电池模块至少包括： 电池包，所述电池包包括多个电池模组；以及 对应于所述多个电池模组的多个控制电路，其中，每个控制电路进一步包括： 控制单元，用于管理对应的电池模组，所述控制单元由对应的消耗电流来操作；以及 补偿单元，耦合到所述控制单元，用于生成对应的补偿电流，以使所述对应的消耗电流 和所述对应的补偿电流的总和等于目标总电流， 其中，所述多个控制电路至少包括第一控制电路和第二控制电路，所述第一控制电路 包括用第一消耗电流来操作的第一控制单元，所述第二控制电路包括用第二消耗电流来操 作的第二控制单元，所述第一控制电路基于所述第一消耗电流和所述第二消耗电流的比较 结果生成第一补偿电流，所述第二控制电路基于所述第一消耗电流和所述第二消耗电流的 比较结果生成第二补偿电流。
2. 根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，如果所述第一消耗电流大于所述第 二消耗电流，则所述第二控制电路生成所述第二补偿电流以使所述第二消耗电流和所述第 二补偿电流的总和等于所述目标总电流。
3. 根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，如果所述第二消耗电流大于所述第 一消耗电流，则所述第一控制电路生成所述第一补偿电流以使所述第一消耗电流和所述第 一补偿电流的总和等于所述目标总电流。
4. 根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，其中，每个补偿单元进一步包括： 第一补偿分支，用于生成第一分支电流，所述第一补偿分支包括第一运算放大器和由 所述第一运算放大器的输出来控制的第一开关；以及 第二补偿分支，用于生成第二分支电流，所述第二补偿分支包括第二运算放大器和由 所述第二运算放大器的输出来控制的第二开关， 其中，所述第一分支电流和所述第二分支电流的总和等于所述对应补偿电流。
5. 根据权利要求4所述的电池模块，其特征在于，其中，所述第一开关为P沟道金属氧 化物半导体场效应晶体管，如果所述第一运算放大器的所述输出处于第一状态，则接通所 述第一开关，如果所述第一运算放大器的所述输出处于第二状态，则断开所述第一开关；以 及 所述第一开关具有内置电压偏置，如果所述第一运算放大器工作在非线性区域且所述 第一运算放大器的反相输入等于它的非反相输入，则所述内置电压偏置将所述第一运算放 大器的所述输出设置为所述第二状态。
6. 根据权利要求4所述的电池模块，其特征在于，其中，所述第一开关为P沟道金属氧 化物半导体场效应晶体管，如果所述第一运算放大器的所述输出处于第一状态，则接通所 述第一开关，如果所述第一运算放大器的所述输出处于第二状态，则断开所述第一开关，且 如果所述第一运算放大器的反相输入与它的非反相输入的电压差大于电压阈值，则所述第 一运算放大器的所述输出变为所述第一状态。
7. 根据权利要求4所述的电池模块，其特征在于，其中，所述第二开关为N沟道金属氧 化物半导体场效应晶体管，如果所述第二运算放大器的所述输出处于第一状态，则接通所 述第二开关，如果所述第二运算放大器的所述输出处于第二状态，则断开所述第二开关；以 及 所述第二开关具有内置电压偏置，如果所述第二运算放大器工作在非线性区且所述第 二运算放大器的反相输入等于它的非反相输入，则所述内置电压偏置将所述第二运算放大 器的所述输出设置为所述第二状态。
8. 根据权利要求4所述的电池模块，其特征在于，其中，所述第二开关为N沟道金属氧 化物半导体场效应晶体管，如果所述第二运算放大器的所述输出处于第一状态，则接通所 述第二开关，如果所述第二运算放大器的所述输出处于第二状态，则断开所述第二开关，且 如果所述第二运算放大器的非反相输入与它的反相输入的电压差大于电压阈值，则所述第 二运算放大器的所述输出变为所述第一状态。
9. 根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块还包括： 多个检测单元，其中，每个检测单元耦合在所述第一控制电路与所述第二控制电路之 间，用于生成表示所述第一消耗电流与所述第二消耗电流之差的检测信号， 其中，所述第一控制电路和所述第二控制电路通过所述检测单元耦合到所述对应的电 池模组，并且所述第一控制电路和所述第二控制电路基于所述检测信号分别生成对应的所 述第一补偿电流和所述第二补偿电流。
10. 根据权利要求9所述的电池模块，其特征在于，所述每个检测单元包括反向并联连 接的两个二极管。
11. 根据权利要求10所述的电池模块，其特征在于，所述每个检测单元通过检测所述 两个二极管上的电压来生成所述检测信号。
12. 根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，如果所述电池模块进入平衡工作状 态，则没有电流流经多个所述电池模组与对应的控制电路之间的路径。
13. -种电流平衡方法，其特征在于，所述电流平衡方法至少包括以下步骤： 用第一消耗电流来操作电池模块的第一控制单元，所述电池模块还包括多个电池模组 和多个对应的控制电路； 用第二消耗电流来操作所述电池模块的第二控制单元； 生成检测信号，所述检测信号表示所述第一消耗电流与所述第二消耗电流之差； 基于所述检测信号生成补偿电流；以及 重复所述生成检测信号的步骤和所述基于所述检测信号生成补偿电流的步骤，直至所 述电池模块进入平衡工作状态，其中，在所述平衡工作状态下没有电流流经所述电池模组 与对应的多个控制电路之间的多个路径。
14. 根据权利要求13所述的电流平衡方法，其特征在于，所述基于所述检测信号生成 补偿电流的步骤进一步包括，如果所述检测信号指示所述第二消耗电流大于所述第一消耗 电流，则第一控制电路生成第一补偿电流，以使所述第一消耗电流和所述第一补偿电流的 总和等于目标总电流。
15. 根据权利要求13所述的电流平衡方法，其特征在于，所述基于所述检测信号生成 补偿电流的步骤进一步包括，如果所述检测信号指示所述第一消耗电流大于所述第二消耗 电流，则第二控制电路生成第二补偿电流，以使所述第二消耗电流和所述第二补偿电流的 总和等于目标总电流。
16. 根据权利要求13所述的电流平衡方法，其特征在于，所述生成检测信号的步骤进 一步包括，通过耦合在所述第一控制电路与所述第二控制电路之间的检测单元生成所述检 测信号，其中，所述检测单元包括反向并联连接的两个二极管。
17. 根据权利要求16所述的电流平衡方法，其特征在于，所述生成检测信号的步骤进 一步包括，通过检测所述两个二极管上的电压来生成所述检测信号。
18. -种电流平衡电路，其特征在于，所述电流平衡电路至少包括： 第一控制电路，耦合到电池包的第一电池模组，所述第一控制电路进一步包括： 用第一消耗电流来操作的第一控制单元；以及 耦合到所述第一控制单元的第一补偿单元，用于生成第一补偿电流，以使所述第一消 耗电流和所述第一补偿电流的总和等于目标总电流，以及 第二控制电路，耦合到与所述第一电池模组串联的第二电池模组，所述第二控制电路 进一步包括： 用第二消耗电流来操作的第二控制单元；以及 耦合到所述第二控制单元的第二补偿单元，用于生成第二补偿电流，以使所述第二消 耗电流和所述第二补偿电流的总和等于所述目标总电流， 其中，所述第一控制电路基于所述第一消耗电流和所述第二消耗电流的比较结果生成 所述第一补偿电流，所述第二控制电路基于所述第一消耗电流和所述第二消耗电流的比较 结果生成所述第二补偿电流。
19. 根据权利要求18所述的电流平衡电路，其特征在于，其中，所述第一补偿单元和所 述第二补偿单元中的每个补偿单元进一步包括： 第一补偿分支，用于生成第一分支电流，所述第一补偿分支包括第一运算放大器和由 所述第一运算放大器的输出来控制的第一开关；以及 第二补偿分支，用于生成第二分支电流，所述第二补偿分支包括第二运算放大器和由 所述第二运算放大器的输出来控制的第二开关， 其中，所述第一分支电流和所述第二分支电流的总和等于所述对应的补偿电流。
20. 根据权利要求18所述的电流平衡电路，其特征在于，其中，所述第一控制电路和所 述第二控制电路通过检测单元与所述第一电池和所述第二电池耦合，其中，所述检测单元 用于生成表示所述第一消耗电流与所述第二消耗电流之间的差别的检测信号，且所述第一 控制电路基于所述检测信号来生成所述第一补偿电流，所述第二控制电路基于所述检测信 号来生成所述第二补偿电流。
【文档编号】H02J7/00GK104283248SQ201310292280
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】栗国星, 李岩, 薛卫东, 肖安全 申请人:凹凸电子（武汉）有限公司