專利名稱：用于電池包的電池管理系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可重復(fù)充電的電池領(lǐng)域，特別是涉及一種用于電池單元充放電控制的電池單元電壓檢測電路。
背景技術(shù)：
在過去幾十年中，人們對電子設(shè)備(例如，用于各種應(yīng)用的電源)有著越來越濃的興趣。電源需求的增長導(dǎo)致了對電池包(例如，可重復(fù)充電的電池包)研究的進(jìn)一步深入。電池包包括多個(gè)串聯(lián)連接的電池單元。當(dāng)其中一個(gè)電池單元受損時(shí)，整個(gè)電池包的壽命將會(huì)縮短。而且任意兩個(gè)電池單元之間的不均衡也將會(huì)縮短電池包的壽命。圖I是 現(xiàn)有鉛酸電池包100的示意圖。由于其結(jié)構(gòu)簡單，鉛酸電池包100主要應(yīng)用于低耗設(shè)備中。除此之外，電池包也可以使用鋰離子電池。電池包100包括多個(gè)串聯(lián)連接的電池模塊101-104。每個(gè)電池模塊101-104還可以包括六個(gè)電池單元111-116和兩個(gè)電極120和129。電池包中每個(gè)電池單元的電壓都需要進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)控。這樣的監(jiān)控可以更精確地控制電池單元的充電和放電,而且當(dāng)電池單元的電流電壓處于過壓(Over Voltage，簡稱為0V)狀況或低壓(Under Voltage，簡稱為UV)狀況時(shí)，可以阻止電池單元充電或放電。當(dāng)電池單元電壓過低時(shí)，尤其是鋰離子電池，會(huì)有類似內(nèi)部短路的故障發(fā)生。因此，當(dāng)電池單元的電壓值過低時(shí)，理想的充放電控制電路會(huì)阻止進(jìn)一步的充電或放電。同時(shí),如果電池單元的輸出電壓過高，應(yīng)當(dāng)停止對過壓電池單元的進(jìn)一步充電，從而預(yù)防過壓電池單元受損或爆炸?，F(xiàn)有技術(shù)采用復(fù)雜的帶有放大器和電壓感應(yīng)電阻的電壓轉(zhuǎn)換器或者可選的，通過直接利用MOSFET的閾值電壓來檢查電池單元的電壓是否過低。這種現(xiàn)有技術(shù)成本高，功耗高。另外，現(xiàn)有技術(shù)由于過于簡單而不適合設(shè)計(jì)需求。而且更進(jìn)一步，當(dāng)使用MOSFET的閾值電壓來檢查單個(gè)電池單元的輸出電壓時(shí)，MOSFET的閾值電壓不夠靈活，不能滿足多種需求。而且MOSFET的閾值電壓會(huì)隨著工藝的變化和溫度的變化等等而變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于電池包的電池管理系統(tǒng)及方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于電池包的電池管理系統(tǒng)，包括電池模塊；以及耦合至一個(gè)或多個(gè)所述電池模塊的控制器，所述控制器包括電壓/電流轉(zhuǎn)換器，用于將所述電池模塊的輸出電壓轉(zhuǎn)換成電流；一個(gè)或多個(gè)邏輯器件，所述一個(gè)或多個(gè)邏輯器件的輸入電壓取決于所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器的輸出電流和閾值電流；所述控制器用來根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)邏輯器件的輸出信號對所述電池模塊的充電和放電中的至少一種進(jìn)行控制。本發(fā)明所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，所述電池模塊包括多個(gè)電池單元。本發(fā)明所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，所述一個(gè)或多個(gè)邏輯器件還用于接收多個(gè)輸入電壓，其中，所述多個(gè)輸入電壓分別取決于所述閾值電流和與多個(gè)電池單元中每個(gè)電池單元的輸出電壓相對應(yīng)的來自所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器的輸出電流。本發(fā)明所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。本發(fā)明所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，所述電池包包括多個(gè)電池模塊，其中所述多個(gè)電池模塊的充電和放電由多個(gè)分別對應(yīng)的控制器控制。本發(fā)明所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，所述電池包包括多個(gè)電池模塊，其中所述多個(gè)電池模塊的充電和放電由單個(gè)控制器控制。本發(fā)明所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，所述閾值電流是過壓閾值電流、低壓閾值電流和充電允許閾值電流中的一種。本發(fā)明所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器的所述金屬氧 化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的開關(guān)參考電壓包括過壓閾值電壓、低壓閾值電壓和充電允許閾值電壓，所述過壓閾值電壓、所述低壓閾值電壓和所述充電允許閾值電壓分別用來產(chǎn)生可選的過壓閾值電流、低壓閾值電流和充電允許閾值電流。本發(fā)明所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器的所述金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的開關(guān)參考電壓用來產(chǎn)生多個(gè)閾值電流，其中所述閾值電流不受工藝變化或溫度變化的影響。本發(fā)明所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，所述一個(gè)或多個(gè)邏輯器件包括或非門和與非門中的至少一種。本發(fā)明所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，當(dāng)所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器的所述輸出電流大于所述閾值電流時(shí)，所述一個(gè)或多個(gè)邏輯器件的輸入是邏輯高輸入信號，以及當(dāng)所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器的所述輸出電流小于所述閾值電流時(shí)，所述一個(gè)或多個(gè)邏輯器件的輸入是邏輯低輸入信號。本發(fā)明還提供一種用于控制電池包的電池管理方法，包括將電池模塊的輸出電壓轉(zhuǎn)換成輸出電流；將所述輸出電流與閾值電流比較；對輸入信號實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，其中所述輸入信號取決于所述輸出電流與所述閾值電流的比較結(jié)果；以及根據(jù)所述邏輯運(yùn)算的輸出信號對所述電池模塊的充電和放電中的至少一種進(jìn)行控制。本發(fā)明所述的用于控制電池包的電池管理方法，所述電池模塊包括多個(gè)電池單
J Li ο本發(fā)明所述的用于控制電池包的電池管理方法，所述輸入信號取決于所述輸出電流與所述閾值電流的比較結(jié)果更具體為所述多個(gè)輸入信號分別取決于所述閾值電流和與多個(gè)電池單元中每個(gè)電池單元的輸出電壓對應(yīng)的輸出電流的比較結(jié)果。本發(fā)明所述的用于控制電池包的電池管理方法，所述電池包包括多個(gè)電池模塊，其中所述多個(gè)電池模塊的充電和放電由多個(gè)分別對應(yīng)的控制器控制。本發(fā)明所述的用于控制電池包的電池管理方法，所述電池包包括多個(gè)電池模塊，其中所述多個(gè)電池模塊的充電和放電由單個(gè)控制器控制。本發(fā)明所述的用于控制電池包的電池管理方法，所述閾值電流是過壓閾值電流、低壓閾值電流和充電允許閾值電流中的一種。本發(fā)明所述的用于控制電池包的電池管理方法，所述方法還包括選擇閾值電流，其中可選的閾值電流是過壓閾值電流、低壓閾值電流和充電允許閾值電流中的一種。本發(fā)明所述的用于控制電池包的電池管理方法，所述選擇的閾值電流不受工藝變化或溫度變化的影響。本發(fā)明所述的用于控制電池包的電池管理方法，所述邏輯運(yùn)算包括或非門和與非門中的至少一種。本發(fā)明所述的用于控制電池包的電池管理方法，當(dāng)所述輸出電流大于所述閾值電流時(shí)，所述邏輯運(yùn)算的輸入信號是邏輯高輸入信號，以及當(dāng)所述輸出電流小于所述閾值電流時(shí)，所述邏輯運(yùn)算的輸入信號是邏輯低輸入信號。本發(fā)明提供了用于電池包的電池管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電壓/電流轉(zhuǎn)換器及一個(gè)或多個(gè)邏輯器件等等。通過將電池單元的電壓轉(zhuǎn)換成電流，并將轉(zhuǎn)換電流與預(yù)設(shè)閾值電流進(jìn)行比較，從而確定邏輯器件的輸入信號，根據(jù)邏輯器件的輸出信號來控制電池包的充電和放電。其中閾值電流包括過壓閾值、低壓閾值和充電允許閾值。這樣可以更靈活地檢測 多種閾值情況，而且每個(gè)保護(hù)閾值都可以得到精確的控制，且不受溫度變化，工藝變化等等的影響。
以下結(jié)合附圖
對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明，以使本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)更為明顯。圖I是一種現(xiàn)有技術(shù)的電池包簡化示意圖；圖2是一種現(xiàn)有技術(shù)的電池單元電壓檢測和放電控制電路簡化示意圖；圖3是一種現(xiàn)有技術(shù)的電池單元電壓檢測和充電控制電路簡化示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的帶有電池充放電控制電路的電池單元電壓檢測電路簡化不意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的帶有可變電壓閾值的電池單元電壓檢測電路的部分簡化示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式以下將對本發(fā)明的實(shí)施例給出詳細(xì)的說明。在以下對本發(fā)明的詳細(xì)描述中，為了提供一個(gè)針對本發(fā)明的完全的理解，闡明了大量的具體細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在另外的一些實(shí)例中，對于大家熟知的方案、流程、元件和電路未作詳細(xì)描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。本發(fā)明提供了一種用于電池單元充放電控制的單個(gè)電池單元電壓檢測的解決方案。本發(fā)明公開的多個(gè)實(shí)施例提供了用于電池單元充放電控制的電池單元電壓檢測方法。如下所述，這樣的檢測和控制提供了不僅靈活而且準(zhǔn)確的可控閾值，而且該值不受工藝變化或溫度漂移的影響。傳統(tǒng)的低壓檢測方法是將各個(gè)電池單元的輸出電壓與預(yù)先設(shè)定的參考電壓進(jìn)行比較。如果電池單元電壓小于參考電壓，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)邏輯信號來阻止進(jìn)一步的充電或放電。這種方法要求額外的功耗，而且當(dāng)目標(biāo)電池單元電壓已經(jīng)很低時(shí)，參考電壓可能出現(xiàn)錯(cuò)誤或者比較器不能正常工作，從而失去控制。另外一種方法是使用金屬氧化物半導(dǎo)體(Metal Oxide Semiconductor,簡稱為M0S)晶體管的閾值電壓作為電池單元的低壓閾值。當(dāng)任意電池單元電壓低于MOS晶體管的閾值電壓時(shí)，就會(huì)做出低壓報(bào)告。如圖2所示，當(dāng)電池單元電壓(例如電池單元202a)小于PMOS晶體管204a的閾值時(shí)，電阻206上的壓降是零，并且產(chǎn)生一個(gè)低壓控制信號。類似地，如圖3所示，當(dāng)電池單元(例如，電池單元302)的電壓小于PMOS晶體管306的閾值電壓或電池單元304的電壓小于NMOS晶體管308的閾值電壓時(shí)，圖3中的電壓檢測和控制電路將報(bào)告電池單元為低壓狀況，并阻止對低壓電池單元進(jìn)一步的充電或放電。采用上述任何一種方法都存在諸多不足。因?yàn)镸OS晶體管的閾值電壓是固定的而且由工藝決定，所以滿足不了低壓充放電保護(hù)的要求。而且MOS晶體管閾值電壓隨溫度的變化而變化。所以，當(dāng)電池單元電壓大于MOS晶體管的閾值電壓時(shí)，需要一個(gè)很大的上拉/下拉電阻來控制功耗。在一個(gè)實(shí)施例中，檢測電路包括電壓/電流轉(zhuǎn)換單元(V/I單元)和作為電池包中每個(gè)電池單元閾值的電流源。根據(jù)MOSFET管有效區(qū)漏電流等式，電壓/電流轉(zhuǎn)換單元的輸出電流可以(相對給定的電池單元輸入電壓)由下式得到
權(quán)利要求
1.用于電池包的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 電池模塊； 耦合至一個(gè)或多個(gè)所述電池模塊的控制器，所述控制器包括 電壓/電流轉(zhuǎn)換器，用于將所述電池模塊的輸出電壓轉(zhuǎn)換成電流； 一個(gè)或多個(gè)邏輯器件，所述一個(gè)或多個(gè)邏輯器件的輸入電壓取決于所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器的輸出電流和閾值電流； 所述控制器用來根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)邏輯器件的輸出信號對所述電池模塊的充電和放電中的至少一種進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電池模塊包括多個(gè)電池單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)邏輯器件還用于接收多個(gè)輸入電壓，其中，所述多個(gè)輸入電壓分別取決于所述閾值電流和與多個(gè)電池單元中每個(gè)電池單元的輸出電壓相對應(yīng)的來自所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器的輸出電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電池包包括多個(gè)電池模塊，其中所述多個(gè)電池模塊的充電和放電由多個(gè)分別對應(yīng)的控制器控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電池包包括多個(gè)電池模塊，其中所述多個(gè)電池模塊的充電和放電由單個(gè)控制器控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述閾值電流是過壓閾值電流、低壓閾值電流和充電允許閾值電流中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器的所述金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的開關(guān)參考電壓包括過壓閾值電壓、低壓閾值電壓和充電允許閾值電壓，所述過壓閾值電壓、所述低壓閾值電壓和所述充電允許閾值電壓分別用來產(chǎn)生可選的過壓閾值電流、低壓閾值電流和充電允許閾值電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器的所述金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的開關(guān)參考電壓用來產(chǎn)生多個(gè)閾值電流，其中所述閾值電流不受工藝變化或溫度變化的影響。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)邏輯器件包括或非門和與非門中的至少一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于電池包的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器的所述輸出電流大于所述閾值電流時(shí)，所述一個(gè)或多個(gè)邏輯器件的輸入是邏輯高輸入信號，以及當(dāng)所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器的所述輸出電流小于所述閾值電流時(shí)，所述一個(gè)或多個(gè)邏輯器件的輸入是邏輯低輸入信號。
12.一種用于控制電池包的電池管理方法，其特征在于，所述方法包括 將電池模塊的輸出電壓轉(zhuǎn)換成輸出電流； 將所述輸出電流與閾值電流比較； 對輸入信號實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，其中所述輸入信號取決于所述輸出電流與所述閾值電流的比較結(jié)果；以及 根據(jù)所述邏輯運(yùn)算的輸出信號對所述電池模塊的充電和放電中的至少一種進(jìn)行控制。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于控制電池包的電池管理方法，其特征在于，所述電池模塊包括多個(gè)電池單元。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于控制電池包的電池管理方法，其特征在于，所述輸入信號取決于所述輸出電流與所述閾值電流的比較結(jié)果更具體為所述多個(gè)輸入信號分別取決于所述閾值電流和與多個(gè)電池單兀中每個(gè)電池單兀的輸出電壓對應(yīng)的輸出電流的比較結(jié)果。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于控制電池包的電池管理方法，其特征在于，所述電池包包括多個(gè)電池模塊，其中所述多個(gè)電池模塊的充電和放電由多個(gè)分別對應(yīng)的控制器控制。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于控制電池包的電池管理方法，其特征在于，所述電池包包括多個(gè)電池模塊，其中所述多個(gè)電池模塊的充電和放電由單個(gè)控制器控制。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于控制電池包的電池管理方法，其特征在于，所述閾值電流是過壓閾值電流、低壓閾值電流和充電允許閾值電流中的一種。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于控制電池包的電池管理方法，其特征在于，所述方法還包括 選擇閾值電流，其中可選的閾值電流是過壓閾值電流、低壓閾值電流和充電允許閾值電流中的一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于控制電池包的電池管理方法，其特征在于，所述選擇的閾值電流不受工藝變化或溫度變化的影響。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于控制電池包的電池管理方法，其特征在于，所述邏輯運(yùn)算包括或非門和與非門中的至少一種。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于控制電池包的電池管理方法，其特征在于，當(dāng)所述輸出電流大于所述閾值電流時(shí)，所述邏輯運(yùn)算的輸入信號是邏輯高輸入信號，以及當(dāng)所述輸出電流小于所述閾值電流時(shí)，所述邏輯運(yùn)算的輸入信號是邏輯低輸入信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于電池包的電池管理系統(tǒng)及方法。所述系統(tǒng)包括電池模塊和控制器?？刂破靼妷簷z測和控制電路以及電壓/電流轉(zhuǎn)換器。電池模塊中的電池單元電壓轉(zhuǎn)換成電流，并產(chǎn)生在一個(gè)或多個(gè)邏輯器件輸入端檢測的電壓。檢測的電壓值由電壓/電流轉(zhuǎn)換器的輸出電流和閾值電流決定?？刂破鹘邮找粋€(gè)或多個(gè)邏輯器件的輸出，并根據(jù)邏輯器件的輸出控制電池單元的充放電。本發(fā)明可以更靈活地檢測多種閾值情況，而且每個(gè)保護(hù)閾值都可以得到精確的控制，且不受溫度變化，工藝變化等等的影響。
文檔編號H02J7/00GK102832651SQ201110332019
公開日2012年12月19日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者栗國星 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司