电池组及控制电池组的方法
【专利摘要】一种电池组及控制电池组的方法。该电池组包括：第一电池模块，包括至少一个电池单元；第二电池模块，包括电连接至所述第一电池模块的至少一个电池单元；充电/放电控制单元，断开或连接所述第一电池模块和所述第二电池模块中每个电池模块的充电/放电路径；第一电池管理单元，控制所述第一电池模块；以及第二电池管理单元，通过参考所述第二电池模块的状态产生用于控制所述充电/放电控制单元中包括的开关的信号，其中所述第一电池管理单元和所述第二电池管理单元并联连接至所述充电/放电控制单元。
【专利说明】电池组及控制电池组的方法
[0001]优先权声明
[0002]本申请引用于2012年10月16日在韩国知识产权局较早提交的并在那里正式分配序列号 10-2012-0115030 的申请“BATTERY PACK AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME
(电池组及控制电池组的方法)”，将该申请合并于此，并且要求从该申请中获得的所有权.、
Mo
【技术领域】
[0003]本发明的一个或多个实施例涉及一种电池组及控制电池组的方法。
【背景技术】
[0004]随着诸如移动电话、数码相机和笔记本电脑之类的便携式电子设备已被广泛使用，已积极开发为操作这种便携式电子设备而供电的电池。
[0005]电池被提供作为包括电池单元和保护电路的电池组，保护电路包括用于控制电池单元的充电/放电的电池管理单元。在电池组中，电池单元或保护电路可能在充电或放电过程中出故障。因此，保护电路包括稳定地控制电池单元的充电/放电的各种设备。
【发明内容】
[0006]本发明的一个或多个实施例包括一种电池组及控制电池组的方法，该电池组包括可以控制附加电池单元的充电/放电的保护电路。
[0007]附加方面将部分地在下面的描述中阐述并且将部分地从描述中显而易见，或者可以通过所提供实施例的实践来认识。
[0008]根据本发明的方面，一种电池组包括:第一电池模块，包括至少一个电池单元；第二电池模块，包括电连接至所述第一电池模块的至少一个电池单元；充电/放电控制单元，断开或连接所述第一电池模块和所述第二电池模块中每个电池模块的充电/放电路径；第一电池管理单元，控制所述第一电池模块；以及第二电池管理单元，通过参考所述第二电池模块的状态产生用于控制所述充电/放电控制单元中包括的开关的信号，其中所述第一电池管理单元和所述第二电池管理单元并联连接至所述充电/放电控制单元。
[0009]所述充电/放电控制单元中包括的所述开关可以包括充电控制开关和放电控制开关。
[0010]所述第一电池管理单元可以通过检测所述第一电池模块的状态，产生用于控制所述充电/放电控制单元中包括的所述充电控制开关或所述放电控制开关的信号。
[0011]所述第一电池管理单元可以通过参考所述第一电池模块的状态，产生用于直接控制所述充电控制开关或所述放电控制开关的信号，并且所述第二电池管理单元可以通过参考所述第二电池模块的所述状态，产生用于通过连接至所述第二电池管理单元的开关元件控制所述充电控制开关或所述放电控制开关的信号。
[0012]所述第二电池管理单元可以包括:单电池控制单元，通过检测所述第二电池模块中包括的至少一个电池单元中每个电池单元的状态，确定是否存在过充电的风险或过放电的风险；以及第一开关和第二开关，通过从所述单电池控制单元接收信号来操作。
[0013]当在所述第二电池模块中包括的至少一个电池单元中存在过放电的风险时，所述第二电池管理单元可以产生用于接通所述第一开关的信号。
[0014]当所述第一开关被接通时，连接至所述第一开关并且包括在所述充电/放电控制单元中的第三开关可以被接通，并且连接至所述第三开关的所述放电控制开关可以被关闭。
[0015]当在所述第二电池模块中包括的至少一个电池单元中存在过充电的风险时，所述第二电池管理单元可以产生用于接通所述第二开关的信号。
[0016]当所述第二开关被接通时，连接至所述第二开关并且包括在所述充电/放电控制单元中的第四开关可以被接通，并且连接至所述第四开关的所述充电控制开关可以被关闭。
[0017]当所述第二电池模块中包括的至少一个电池单元处于没有过充电和过放电的风险的正常状态时，所述第二电池管理单元可以产生用于关闭所述第一开关和所述第二开关的信号。
[0018]当所述第一开关被关闭时，连接至所述第一开关并且包括在所述充电/放电控制单元中的第三开关可以被关闭，并且连接至所述第三开关的所述放电控制开关可以被接通。
[0019]当所述第二开关被关闭时，连接至所述第二开关并且包括在所述充电/放电控制单元中的第四开关可以被关闭，并且连接至所述第四开关的所述充电控制开关可以被接通。
[0020]所述单电池控制单元通过将所述第二电池模块中包括的所述至少一个电池单元中每个电池单元的充电状态(SOC)与参考SOC相比较，可以确定在所述第二电池模块中包括的至少一个电池单元中是否存在过充电或过放电的风险。
[0021]当需要数量超过所述第一电池管理单元能够管理的电池单元的数量的电池单元时，所述第二电池模块可以是增加至所述第一电池模块的一组盈余的电池单元。
[0022]所述第一电池管理单元可以包括:模拟前端，将关于所述第一电池模块的状态的模拟值转换成数字值；微处理器，向所述充电/放电控制单元传输信号；存储器，存储所述微处理器的设置值。
[0023]当所述充电/放电控制单元中包括的所述开关是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)时，所述充电/放电控制单元可以包括用于调整向所述开关的栅极施加的电压的电阻器。
[0024]所述充电/放电控制单元还可以包括:用于断开或连接所述第一电池模块的充电/放电路径的开关，以及用于断开或连接所述第二电池模块的充电/放电路径的开关。
[0025]根据本发明的另一方面，一种控制电池组的方法包括:确定包括电连接至第一电池模块的至少一个电池单元的第二电池模块的状态；以及当确定在所述第二电池模块中存在过充电或过放电的风险时，产生用于控制连接至充电控制开关或放电控制开关的开关元件的信号。
[0026]根据本发明的另一方面，一种电池组包括:第一电池模块，包括至少一个电池单元；第二电池模块，包括电连接至所述第一电池模块的至少一个电池单元；保护电路，控制所述第一电池模块和所述第二电池模块的充电/放电；以及端子单元，将所述第一电池模块和所述第二电池模块连接至外部设备，其中所述保护电路包括:充电/放电控制单元，断开或连接所述第一电池模块和所述第二电池模块中每个电池模块的充电/放电路径；第一电池管理单元，控制所述第一电池模块的所述充电/放电；以及第二电池管理单元，通过参考所述第二电池模块的状态，产生用于控制所述充电/放电控制单元中包括的开关的信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]通过参照以下结合附图考虑时的详细描述，本发明的更全面认识及其许多附加的优势将将容易显而易见，同时变得更好理解，在附图中相同的附图标记表示相同或相似的组件，其中:
[0028]图1是图示根据本发明实施例的包括电池组的系统的框图；
[0029]图2是图示根据本发明实施例的电池组的电路图；
[0030]图3是图示根据本发明另一实施例的电池组的电路图；
[0031]图4是图示根据本发明实施例的操作电池组的方法的流程图；以及
[0032]图5是图示根据本发明实施例的第二电池管理单元的操作的流程图。
【具体实施方式】
[0033]现在将参照示出本发明示例性实施例的附图更充分地描述本发明。详细地描述实施例，以使本领域普通技术人员能够制造和使用本发明。
[0034]应当理解，各个实施例是不同的，但不是排他的。例如，可以在实施例之间修改这里描述的特定形状、结构或特性，而不`背离本发明的范围。而且，应当理解，可以修改每个实施例中的单个元件的位置或布局，而不背离本发明的范围。因此，详细描述应当仅从描述性的意义上去考虑，而不是用于限制的目的，并且可以在这里进行形式和细节的各种变化，而不背离由所附权利要求限定的本发明一个或多个实施例的精神和范围。附图中，相同的附图标记在各个方面指代相同的元件。
[0035]现在将参照示出本发明示例性实施例的附图更充分地描述本发明，以使本领域普通技术人员能够容易地制造和使用本发明。在这里使用时，术语“和/或”包括相关联列出项目中的一个或多个项目的任意和所有组合。诸如“…中的至少一个”之类的表述在位于一列要素后时，修饰整列要素，而不修饰该列中的单个要素。
[0036]图1是图示根据本发明实施例的包括电池组10的系统的框图。
[0037]参照图1，电池组10包括电池保护电路100、电池模块200和端子单元300。电池组10可以连接至被供应有充足电力的充电器400。
[0038]根据电池组10是处于充电模式还是处于单独的放电模式，电池保护电路100控制电池模块200的充电和放电。例如，电池组10在连接至充电器400时处于充电模式，而在被连接以向外部设备供电时处于放电模式。
[0039]为了保护电池模块200，电池保护电路100可以执行过充电保护功能、过放电保护功能、过电流保护功能、过电压保护功能和过热保护功能。为此，电池保护电路100可以监控电池模块200中的一些电池单元的电压、电流、温度、剩余电力、寿命或充电状态(SOC)。
[0040]电池保护电路100可以包括第一电池管理单元110、第二电池管理单元120和充电/放电控制单元130。第一电池管理单元110是以数字方式控制电池单元的电池管理设备或电路，而第二电池管理单元120是以模拟方式控制电池单元的电池管理设备或电路。第一电池管理单元110和第二电池管理单元120通过使用充电/放电控制单元130来防止电池模块200的过充电或过放电。下面将详细地说明电池保护电路100的结构。
[0041]电池模块200是可再充电二次电池，并且向其他的设备(未示出)供应所存储的电力。在图1中，电池模块200可以与电池保护电路100分离。电池模块200可以是一组可再充电二次电池。
[0042]电池模块200包括第一电池模块210和第二电池模块220。第一电池模块210中包括的电池单元的数量等于或少于第一电池管理单元Iio可以控制的电池单元的数量。当需要数量超过第一电池管理单元110可以控制的电池单元的数量的电池单元时，第二电池模块220可以是增加至第一电池模块210的一组盈余的(surplus)电池单元。
[0043]而且，端子单元300可以将电池模块200连接至外部设备，并且充电器400可以向电池模块200供电来对电池模块200充电。
[0044]下面将说明电池组10的各个实施例。
[0045]图2是图示根据本发明实施例的电池组10的电路图。
[0046]电池组10可以包括电池保护电路100、电池模块200和端子单元300，并且电池保护电路100包括第一电池管理单元110、第二电池管理单元120和充电/放电控制单元130。
[0047]第一电池模块210是可以与第一电池管理单元110通信的一组电池单元。第一电池模块210将所存储的电力供应给外部设备。当充电器400 (图1)连接至电池组10时，第一电池模块210可以被充有外部电力。
[0048]第一电池模块210可以包括至少一个电池单元。至少一个电池单元中的每个电池单元可以是可再充电二次电池，例如镍-镉电池、铅蓄电池、镍金属氢化物(NiMH)电池、锂离子电池或锂聚合物电池。在图2中，第一电池模块210中包括的电池单元的数量可以等于或少于四个。
[0049]第一电池模块210的充电/放电受第一电池管理单元110控制。第一电池模块210的充电量、温度或SOC由第一电池管理单元110测量。当检测到第一电池模块210的过充电或过放电时，第一电池管理单元110产生用于停止第一电池模块210的充电/放电的信号并且将该信号施加至充电/放电控制单元130。
[0050]接着，第二电池模块220是包括增加至第一电池模块210的盈余的电池单元的电池模块。第二电池模块220可以包括至少一个电池单元。至少一个电池单元中的每个电池单元可以是可再充电二次电池,例如镍-镉电池、铅蓄电池、NiMH电池、锂离子电池或锂聚合物电池。在图2中，第二电池模块220可以包括三个电池单元，即第一至第三电池单元221,222 和 223。
[0051]第二电池模块220中包括的第一至第三电池单元221、222和223分别连接至第二电池管理单元120的单电池控制单元121、122和123。也就是说，第二电池模块220中的第一至第三电池单元221、222和223的两端分别连接至单电池控制单元121、122和123。当第二电池模块220中存在过充电或过放电的风险时，第二电池管理单元120可以通过产生用于控制充电/放电控制单元130中包括的开关的信号来控制充电/放电。下面将通过描述电池保护电路100的结构来说明由第二电池管理单元120执行以控制第二电池模块220的充电/放电的方法。
[0052]参照图2，电池保护电路100包括第一电池管理单元110、第二电池管理单元120和充电/放电控制单元130。
[0053]第一电池管理单元110包括模拟前端(AFE) 111、微处理器112和存储器113。如上所述，第一电池管理单元110可以控制第一电池模块210的充电/放电和温度，并且可以与第一电池模块210通信。
[0054]第一电池管理单元110通过模拟前端(AFE) 111将关于第一电池模块210中的每个电池单兀的电压、电流和温度的信息传输给微处理器112。第一电池管理单兀110中的模拟前端(AFE)接收关于第一电池模块210中的每个电池单元的状态的信息。微处理器112分析该信息，并且在确定第一电池模块210中存在过充电或过放电的风险时，通过控制充电/放电控制单元130的充电控制开关FET6或放电控制开关FET5来断开充电/放电路径。
[0055]模拟前端(AFE)111接收与第一电池模块210的状态对应的值，并且将作为模拟值的该值转换成微处理器112可以处理的数字值。模拟前端(AFE) 111可以包括模-数转换器(ADC)(未不出)。与第一电池模块210的状态对应的值被模-数转换器转换,然后被传输至微处理器112。
[0056]微处理器112从模拟前端(AFE)111接收与第一电池模块210的状态对应的值，并且确定第一电池模块210的状态。当第一电池模块210的电压等于或大于充电限度或者等于或小于放电限度时，微处理器112确定第一电池模块210不处于正常状态。而且，当第一电池模块210中出现诸如过充电、过放电、过电流或异常温度之类的异常时，微处理器112根据预设值产生用于控制充电/放电控制单元130的信号。例如，当确定第一电池模块210处于过充电状态时，微处理器112产生并输出用于关闭充电控制开关FET6的信号。反之，当确定第一电池模块210处于过放电状态时,微处理器112产生并输出用于关闭放电控制开关FET5的信号。
[0057]详细地说，当充电控制开关FET6或放电控制开关FET5是η型金属氧化物半导体(NMOS)时，微处理器112可以产生用于关闭充电开关或放电开关的低电平信号。低电平信号可以是地电压。
[0058]而且，微处理器112可以将第一电池模块210的控制值存储在存储器113中。存储器113可以是电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或闪存。
[0059]电池单元的数量可以根据用于管理电池模块的电池管理单元的规格变化。在图2中，第一电池管理单元Iio可以管理的电池单元的数量可以是第一电池模块210中包括的电池单元的数量。也就是说，例如在图2中，第一电池管理单元110可以管理的电池单元的数量可以是四个。为了控制包括数量超过四个的电池单元的电池模块，需要适合的电池管理单元。然而，可以管理多个电池单元的适合的电池管理单元是昂贵的。因此，本发明提供一种可以在使用现有电池管理单元时进一步包括附加电池单元的电池组。
[0060]图2中，在第二电池模块220被附加地提供至第一电池模块210的电池组10中，第二电池管理单元120被附加地提供以连接第二电池模块220而不增加第一电池管理单元110的规格。当第一电池管理单元110包括模拟前端(AFE)Ill并且以数字方式控制第一电池模块210的充电/放电时，第二电池管理单元120包括单电池控制单元121、122和123，并且以模拟方式通过使用开关元件来控制第二电池模块220的充电/放电。
[0061]如上所述，当附加地需要盈余的电池单元至第一电池模块210中包括的电池单元时，第二电池模块220可以使用。也就是说，第二电池模块220可以是除基本使用的第一电池模块210以外的一组电池单元，并且是一组可再充电二次电池。
[0062]参照图2，第二电池管理单元120可以包括单电池控制单元121、122和123，第一开关 FETl-1、FETl-2 和 FET1-3，以及第二开关 FET2-1、FET2-2 和 FET2-3。
[0063]单电池控制单元121、122和123分别监控第二电池模块220的第一至第三电池单元221、222和223的状态。单电池控制单元121、122和123分别监控第二电池模块220的分别连接至单电池控制单元121、122和123的第一至第三电池单元221、222和223是否处于过充电状态或过放电状态。单电池控制单元121、122和123中的每个可以通过使用VDD端子和VSS端子接收关于每个单电池的电压的信息。为了接收关于电压的准确信息，充当滤波器的电阻器R和电容器C可以分别连接在单电池控制单元121、122和123中的每个与第二电池模块220的第一至第三电池单元221、222和223中的每个之间。
[0064]当确定第一至第三电池单元221、222和223处于过充电或过放电状态时，单电池控制单元121、122和123产生用于接通第一开关FET1-1、FET1-2和FET1-3或第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3的信号。第一开关FETl-1、FET1-2和FET1-3以及第二开关FET2-UFET2-2和FET2-3可以是P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PM0SFET)。为了接通第一开关FETl-1、FET1-2和FET1-3以及第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3，当第一至第三电池单元221、222和223处于过充电或过放电状态时，单电池控制单元121、122和123通过输出端子Vl或V2产生低电平信号。
[0065]详细地说，当检测到电池单元221、222和223的过放电时，单电池控制单元121、122和123产生低电平信号、将低电平信号输出给Vl端子,并且将低电平信号施加至第一开关FET1-UFET1-2和FET1-3的栅极来接通第一开关FET1_1、FET1_2和FET1-3。而且，当检测到第一至第三电池单元221、222和223的过充电时，单电池控制单元121、122和123产生低电平信号、将低电平信号输出给V2端子,并且将低电平信号施加至第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3的栅极来接通第二开关FET2_1、FET2_2和FET2-3。反之，当第一至第三电池单元221、222和223处于正常状态时，单电池控制单元121、122和123产生高电平信号、将高电平信号输出给Vl端子和V2端子，并且将高电平信号施加至第一开关FET1-UFET1-2和FET1-3的栅极以及第二开关FET2-l、FET2-2和FET2-3的栅极来关闭第一开关FET1-1、FET1-2 和 FET1-3 以及第二开关 FET2-1、FET2-2 和 FET2-3。
[0066]例如，当检测到第二电池模块220中的第一电池单元221的过放电时，第一单电池控制单元121通过Vl端子输出低电平信号，因此连接至第一电池单元221的第一开关FETl-1被接通。
[0067]单电池控制单元121、122和123中的每个可以是通常的1_单电池(l_cell)控制集成电路(1C)。单电池控制单元121、122和123可以包括用于检测分别连接至单电池控制单元121、122和123的第一至第三电池单元221、222和223的电压的电压检测单元。而且，电压检测单元可以各自包括一个或多个比较器。每个比较器可以确定电池单元的实际电压是高于参考电压还是低于参考电压。通过参考在比较器将电池单元的实际电压与参考电压相比较时获得的结果，单电池控制单元121、122和123产生高电平信号或低电平信号。
[0068]预设的参考电压可以是第二电池模块220可以安全地操作的充电限度或放电限度。单电池控制单元121、122和123在第一至第三电池单元221、222和223的电压等于或大于充电限度时确定存在过充电的风险，而在第一至第三电池单元221、222和223的电压等于或小于放电限度时确定存在过放电的风险。
[0069]第二电池管理单元120通过第一开关FET1-UFET1-2和FET1-3以及第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3连接至充电/放电控制单元130。详细地说，第一开关FET1-1、FET1-2和FET1-3连接至充电/放电控制单元130中的第三开关FET3，并且第二开关FET2-l、FET2-2和FET2-3连接至充电/放电控制单元130中的第四开关FET4。详细地说，第一开关FET1-1、FET1-2和FET1-3的漏极连接至第三开关FET3的栅极，并且第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3的漏极连接至第四开关FET4的栅极。充电/放电控制单元130中的第三开关FET3和第四开关FET4可以是NM0S，如图2中所示。
[0070]如图2中所示，一个或多个电阻器Rl和R2可以连接至连接第一开关FET1-1、FET1-2和FET1-3以及第三开关FET3的线路，并且一个或多个电阻器R7和R8可以连接至连接第二开关FET2-l、FET2-2和FET2-3以及第四开关FET4的线路。当第一开关FETl-1、FET1-2和FET1-3或第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3的漏极的值被直接施加至第三开关FET3或第四开关FET4的栅极时，在第三开关FET3或第四开关FET4中存在过载的风险。因此，为了将电压值分配至栅极，可以适当地布置电阻器Rl和R2以及R7和R8。而且，虽然图2中未示出，但是可以进一步布置附加电阻器来使每个MOSFET在正常状态下操作。
[0071]当第一开关FETl-1、FETl-2和FET1-3被关闭时，连接至第一开关FET1_1、FET1_2和FET1-3的第三开关FET3被关闭。也就是说，当第二电池模块220的每个电池单元处于正常状态时，第三开关FET3被关闭。反之，当第二电池模块220的每个电池单元处于过放电状态时，第三开关FET3被接通。
[0072]而且，当第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3被关闭时，连接至第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3的第四开关FET4被关闭。也就是说，当第二电池模块2220中的每个电池单元处于正常状态时，第四开关FET4被关闭。反之，当第二电池模块220的每个电池单元处于过充电状态时，第四开关FET4被接通。
[0073]参照图2，充电/放电控制单元130的第三开关FET3的漏极连接至放电控制开关FET5的栅极，并且第四开关FET4的漏极连接至充电控制开关FET6的栅极。充电控制开关FET6和放电控制开关FET5可以是如上所述的NM0S。也就是说，充电控制开关FET6和放电控制开关FET5在施加高电平信号时被接通，而在施加低电平信号时被关闭。而且，参照图2，电阻器R3和R4以及R5和R6可以被布置以将等于或低于额定电压的电压施加至充电控制开关FET6和放电控制开关FET5的栅极。
[0074]详细地说，当第三开关FET3被关闭时，放电控制开关FET5被接通。当第三开关FET3被关闭时，由于电阻器R3和R4之间的配电电压成为放电控制开关FET5的栅极电压，因此高电平信号被施加至放电控制开关FET5的栅极。而且，当第三开关FET3被接通时，由于放电控制开关FET5的栅极电压与接地状态GND连接，因此施加有低电平信号的放电控制开关FET5被关闭。
[0075]同样地，当第四开关FET4被关闭时，充电控制开关FET6被接通。当第四开关FET4被关闭时，由于电阻器R5和电阻器R6之间的配电电压成为充电控制开关FET6的栅极电压，因此高电平信号被施加至充电控制开关FET6的栅极。而且，当第四开关FET4被接通时，由于充电控制开关FET6的栅极电压与接地状态GND连接，因此施加有低电平信号的充电控制开关FET6被关闭。
[0076]总而言之，当第二电池模块220的第一至第三电池单元221、222和223处于正常状态时，高电平信号被施加至第一开关FET1-1、FET1-2和FET1-3以及第二开关FET2-1、FET2-2 和 FET2-3。由于第一开关 FET1_1、FET1_2 和 FET1-3 以及第二开关 FET2_1、FET2_2和FET2-3是PM0S，因此一旦高电平信号被施加至第一开关FET1-1、FET1-2和FET1-3以及第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3，第一开关FETl-1、FET1-2和FET1-3以及第二开关FET2-UFET2-2和FET2-3就被关闭。当第一开关FETl-1、FET1_2和FET1-3以及第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3被关闭时，低电平信号被施加至第三开关FET3和第四开关FET4的栅极，并且第三开关FET3和第四开关FET4被关闭。因此，高电平信号被施加至充电控制开关FET6和放电控制开关FET5的栅极，并且充电控制开关FET6和放电控制开关FET5被接通。也就是说，当第二电池模块220的第一至第三电池单元221、222和223处于正常状态时，充电控制开关FET6和放电控制开关FET5被接通。
[0077]即使当第二电池模块220处于正常状态并且第一电池模块210处于过放电状态时，也由于微处理器112向放电控制开关FET5的栅极施加地电压，因此放电控制开关FET5被关闭。同样地，即使当第二电池模块220处于正常状态并且第一电池模块210处于过充电状态时，也由于微处理器112向充电控制开关FET6的栅极施加地电压，因此充电控制开关FET6被关闭。
[0078]反之，当第二电池模块220的第一至第三电池单元221、222和223处于过放电状态时，低电平信号被施加至第一开关FET1-1、FET1-2和FET1-3。由于第一开关FET1-1、FET1-2和FET1-3是PM0S，因此一旦低电平信号被施加至第一开关FETl-1、FET1-2和FET1-3,第一开关 FET1-1、FET1-2 和 FET1-3 就被接通。当第一开关 FET1-1、FET1-2 和FET1-3被接通时，高电平信号被施加至作为NMOS的第三开关FET3的栅极，并且第三开关FET3被接通。因此，低电平信号被施加至放电控制开关FET5的栅极，并且放电控制开关FET5被关闭。也就是说，当第二电池模块220的第一至第三电池单元221、222和223处于过放电状态时，放电控制开关FET5被关闭。
[0079]而且，当第二电池模块220的第一至第三电池单元221、222和223处于过充电状态时，低电平信号被施加至第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3。由于第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3是PM0S，因此一旦低电平信号被施加至第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3，第二开关 FET2-1、FET2-2 和 FET2-3 就被接通。当第二开关 FET2-1、FET2-2 和FET2-3被接通时，高电平信号被施加至作为NMOS的第四开关FET4的栅极，并且第四开关FET4被接通。因此，低电平信号被施加至充电控制开关FET6的栅极，并且充电控制开关FET6被关闭。也就是说，当第二电池模块220的第一至第三电池单元221、222和223处于过充电状态时，充电控制开关FET6被关闭。
[0080]以这种方式，在不在第二电池模块220中提供包括ADC的附加电池管理单元的情况下，可以检测第二电池模块220的第一至第三电池单元221、222和223中每个电池单元的过充电或过放电状态，并且可以控制充电控制开关FET6和放电控制开关FET5。[0081]如上所述，对用于检测电池单元的过充电或过放电状态的第一电池管理单元110可以管理的电池单元的数量存在限制。图2中，第一电池管理单元110可以以数字方式管理的电池单元的数量可以是四个。第一电池管理单元110通过接收每个电池单元的状态、将该状态从模拟信号转换成数字信号并且输出对应的充电/放电控制信号，而以数字方式控制每个电池单元的充电/放电。因此，当第一电池管理单元110可以以数字方式管理的电池单元的数量等于或大于预定的数量时，高容量电池管理单元被附加地需要。
[0082]然而，代替提供高容量电池管理单元来控制盈余的电池单元的充电/放电，根据本实施例，第一电池管理单元110被使用，并且以模拟方式控制电池单元的第二电池管理单元120控制盈余的电池单元的充电/放电，从而防止电池单元的过充电或过放电。
[0083]端子单元300连接至外部设备，例如电子设备或作为有线充电器的充电器400。端子单元300包括阳极端子310和阴极端子320。端子单元300并联连接至电池模块200，并且连接至外部设备来对电池模块200充电或放电。端子单元300和电池模块200之间的路径是用作充电/放电路径(即充电或放电路径)的高电流路径。相对大的电流流经高电流路径。
[0084]图3是图示根据本发明另一实施例的电池组10的电路图。
[0085]图3是图2的修改，因此将不给出重复的说明。
[0086]图3中，用于控制第一电池模块210的充电/放电的开关和用于控制第二模块220的充电/放电的开关被提供。
[0087]参照图3，与图2中不同，用于直接控制充电控制开关FET6和放电控制开关FET5的连接线从第一电池管理单元110的微处理器112中被省略。相反，微处理器112与附加的充电控制开关FET7和附加的放电控制开关FET8通信。
[0088]因此，与图2中相同，第二电池模块220的充电/放电通过使用充电控制开关FET6和放电控制开关FET5被控制，并且第一电池模块210的充电/放电通过使用附加的充电控制开关FET7和附加的放电控制开关FET8被控制。
[0089]图4是图示根据本发明实施例的操作电池组10的方法的流程图。
[0090]在操作Sll中，第一电池管理单元110以数字方式监控第一电池模块210的状态。
[0091]在操作S12中，确定在第一电池模块210中是否存在过充电或过放电的风险。当在操作S12中确定在第一电池模块210中存在过充电或者过放电的风险时，方法继续至操作S13。在操作S13中，产生用于控制充电控制开关FET6或放电控制开关FET5的信号。当在操作S12中确定在第一电池模块210中不存在过充电或过放电的风险时，方法返回至操作SI I，在操作Sll中，第一电池管理单元110连续地监控第一电池模块210的状态。在操作S14中，第二电池管理单元120通过使用单电池控制单元121、122和123以模拟方式监控第二电池模块220的第一至第三电池单元221、222和223中每个电池单元的状态。
[0092]在操作S15中，确定在第二电池模块220中是否存在过充电或过放电的风险。当在操作S15中确定在第二电池模块220中存在过充电或者过放电的风险时，方法继续至操作S16。在操作S16中，第二电池管理单元120产生待施加至第一开关FET1-1、FET1-2和FET1-3或者第二开关FET2-1、FET2-2和FET2-3的信号。在操作S17中，通过使用施加至充电控制开关FET6或放电控制开关FET5的栅极的信号，来控制充电控制开关FET6或放电控制开关FET5。[0093]当在操作S15中确定在第二电池模块220中不存在过充电或过放电的风险时，方法返回至操作S14，在操作S14中，第二电池管理单元120监控第二电池模块220的状态。
[0094]图5是图示根据本发明实施例的第二电池管理单元120的操作的流程图。
[0095]在操作S21中，第二电池管理单元120监控第二电池模块220的第一至第三电池单元221、222和223中每个电池单元的状态。
[0096]在操作S22中，确定在第二电池模块220中是否存在过充电或过放电的风险。
[0097]当在操作S22中确定在第二电池模块220中存在过放电的风险时，方法继续至操作S23。在操作S23中，第二电池管理单元120将低电平信号施加至对应的第一开关。在操作S24中，接通对应的第一开关。在操作S25中，接通对应的第三开关FET3。在操作S26中，关闭放电控制开关FET5。在操作S27中，由于放电控制开关FET5被关闭，因此停止放电。
[0098]当在操作S22中确定在第二电池模块220中存在过充电的风险时，方法继续至操作S28。在操作S28中，第二电池管理单元120将低电平信号施加至对应的第二开关。在操作S29中，接通对应的第二开关。在操作S30中，接通第四开关FET4。在操作S31中，关闭充电控制开关FET6。在操作S32中，由于充电控制开关FET6被关闭，因此停止充电。
[0099]而且，当在操作S22中确定第二电池模块220处于没有过充电和过放电的风险的正常状态时，方法继续至操作S33。在操作S33中，第二电池管理单元120将高电平信号施加至对应的第一开 关和对应的第二开关。在操作S34中，关闭对应的第一开关和对应的第二开关。在操作S35中，关闭第三开关FET3和第四开关FET4。在操作S36中，接通充电控制开关FET6和放电控制开关FET5。在操作S37中，由于充电控制开关FET6和放电控制开关FET5被接通，因此充电或放电继续。
[0100]如上所述，根据本发明一个或多个实施例的电池组及控制电池组的方法，由于可以控制附加电池单元的充电/放电的保护电路被使用，因此成本可以被降低。
[0101]这里示出和描述的特定实施方式是本发明的例示性示例，而不旨在另外以任何方式限制本发明的范围。为了简洁起见，传统电子设备、控制系统、系统的软件开发和其它功能方面(以及系统的单独操作组件的组件)可以不详细地描述。此外，在所呈现的各幅图中示出的连接线或连接器旨在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理联接或逻辑联接。应当注意，在实际设备中可以存在多种可替代的或附加的功能关系、物理连接或逻辑连接。另外，没有项目或组件对本发明的实践来说是必不可少的，除非要素被特定地描述为“必要的”或“至关重要的”。
[0102]在描述本发明的上下文中(尤其是在所附权利要求的上下文中)，术语“一”和“该”以及类似指称的使用应当被解释为涵盖单数和复数两者。此外，这里值的范围的记载仅旨在用作单独引用落入该范围内的每个单独的值的速记方法，除非这里另外指出，并且每个单独的值包含在本说明书中，仿佛其在这里是单独地记载的一样。最后，这里描述的所有方法的步骤可以以任何适合的顺序执行，除非这里另外指出或者另外与上下文明显地矛盾。这里提供的任一示例和所有示例或者示例性语言(例如“诸如……之类”)的使用仅旨在更好地阐释本发明，并且不对本发明的范围造成限制，除非另外声明。多种修改和调整对本领域技术人员来说将是容易显而易见的，而不背离本发明的精神和范围。尽管已经通过使用特定术语参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是实施例和术语仅用来说明本发明而不应被解释为限制由权利要求限定的本发明的范围。示例性实施例应当仅从描述性的意义上去考虑而不用于限制的目的。
[0103]因此，本发明的范围不由本发明的详细描述限定，而由所附权利要求限定，并且在该范围内的所有差异应当被解释为包括在本发明内。
【权利要求】
1.一种电池组包括: 第一电池模块，包括至少一个电池单元； 第二电池模块，包括电连接至所述第一电池模块的至少一个电池单元； 充电/放电控制单元，断开或连接所述第一电池模块和所述第二电池模块中每个电池模块的充电/放电路径； 第一电池管理单元，控制所述第一电池模块；以及 第二电池管理单元，通过参考所述第二电池模块的状态产生用于控制所述充电/放电控制单元中包括的开关的信号， 其中所述第一电池管理单元和所述第二电池管理单元并联连接至所述充电/放电控制单兀。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中所述充电/放电控制单元中包括的所述开关包括充电控制开关和放电控制开关。
3.根据权利要求2所述的电池组，其中所述第一电池管理单元通过检测所述第一电池模块的状态，产生用于控制所述充电/放电控制单元中包括的所述充电控制开关或所述放电控制开关的信号。
4.根据权利要求3所述的电池组，其中所述第一电池管理单元通过参考所述第一电池模块的状态，产生用于直接控制`所述充电控制开关或所述放电控制开关的信号，并且 所述第二电池管理单元通过参考所述第二电池模块的状态，产生用于通过连接至所述第二电池管理单元的开关元件控制所述充电控制开关或所述放电控制开关的信号。
5.根据权利要求2所述的电池组，其中所述第二电池管理单元包括: 单电池控制单元，通过检测所述第二电池模块中包括的至少一个电池单元中每个电池单元的状态，确定是否存在过充电的风险或过放电的风险；以及 第一开关和第二开关，通过从所述单电池控制单元接收信号来操作。
6.根据权利要求5所述的电池组，其中当在所述第二电池模块中包括的至少一个电池单元中存在过放电的风险时，所述第二电池管理单元产生用于接通所述第一开关的信号。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中当所述第一开关被接通时，连接至所述第一开关并且包括在所述充电/放电控制单元中的第三开关被接通，并且连接至所述第三开关的所述放电控制开关被关闭。
8.根据权利要求5所述的电池组，其中当在所述第二电池模块中包括的至少一个电池单元中存在过充电的风险时，所述第二电池管理单元产生用于接通所述第二开关的信号。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中当所述第二开关被接通时，连接至所述第二开关并且包括在所述充电/放电控制单元中的第四开关被接通，并且连接至所述第四开关的所述充电控制开关被关闭。
10.根据权利要求5所述的电池组，其中当所述第二电池模块中包括的至少一个电池单元处于没有过充电和过放电的风险的正常状态时，所述第二电池管理单元产生用于关闭所述第一开关和所述第二开关的信号。
11.根据权利要求10所述的电池组，其中当所述第一开关被关闭时，连接至所述第一开关并且包括在所述充电/放电控制单元中的第三开关被关闭，并且连接至所述第三开关的所述放电控制开关被接通。
12.根据权利要求10所述的电池组，其中当所述第二开关被关闭时，连接至所述第二开关并且包括在所述充电/放电控制单元中的第四开关被关闭，并且连接至所述第四开关的所述充电控制开关被接通。
13.根据权利要求5所述的电池组，其中所述单电池控制单元通过将所述第二电池模块中包括的所述至少一个电池单元中每个电池单元的充电状态与参考充电状态相比较，来确定在所述第二电池模块中包括的所述至少一个电池单元中是否存在过充电或过放电的风险。
14.根据权利要求3所述的电池组，其中当需要数量超过所述第一电池管理单元能够管理的电池单元的数量的电池单元时，所述第二电池模块是被增加至所述第一电池模块的一组盈余的电池单元。
15.根据权利要求1所述的电池组，其中所述第一电池管理单元包括: 模拟前端，将关于所述第一电池模块的状态的模拟值转换成数字值； 微处理器，向所述充电/放电控制单兀传输信号； 存储器，存储所述微处理器的设置值。
16.根据权利要求1所述的电池组，其中当所述充电/放电控制单元中包括的所述开关是金属氧化物半导体场效应晶体管时，所述充电/放电控制单元包括用于调整向所述开关的栅极施加的电压的电阻器。
17.根据权利要求1所述的电池组，其中所述充电/放电控制单元还包括:用于断开或连接所述第一电池模块的充电/放电路径的开关，以及用于断开或连接所述第二电池模块的充电/放电路径的开关。
18.一种控制电池组的方法，所述电池组具有:包括至少一个电池单元的第一电池模块、包括电连接至所述第一电池模块的至少一个电池单元的第二电池模块，以及断开或连接所述第一电池模块和所述第二电池模块中每个电池模块的充电/放电路径的充电/放电控制单元，所述方法包括: 确定所述第二电池模块的状态；以及 当确定在所述第二电池模块中存在过充电或过放电的风险时，产生用于控制连接至所述充电/放电控制单元中的充电控制开关或放电控制开关的开关元件的信号。
19.一种电池组包括: 第一电池模块，包括至少一个电池单元； 第二电池模块，包括电连接至所述第一电池模块的至少一个电池单元； 保护电路，控制所述第一电池模块和所述第二电池模块的充电/放电；以及 端子单元，将所述第一电池模块和所述第二电池模块连接至外部设备，其中所述保护电路包括: 充电/放电控制单元，断开或连接所述第一电池模块和所述第二电池模块中每个电池模块的充电/放电路径； 第一电池管理单元，控制所述第一电池模块的所述充电/放电；和 第二电池管理单元，通过参考所述第二电池模块的状态，产生用于控制所述充电/放电控制单元中包括的开关的信号。
【文档编号】H01M10/42GK103730699SQ201310172307
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年5月10日 优先权日:2012年10月16日
【发明者】金奉永, 申基镐 申请人:三星Sdi株式会社