CN101183798A - 带有智能低电压控制电路的电池单元均衡的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用智能低电压控制电路进行电池单元均衡的系统和方法。电池单元均衡系统包括多个电池单元；包括一组用于各电池单元的外部旁路通道；包括一组用于各电池单元的内部旁路通道；包括一个输入引脚，用于为各电池单元接收使能信号；包括一个输入引脚，用于为各电池单元接收选择信号；并且包括一个电池均衡单元，用于生成可导通外部旁路通道或内部旁路通道的配置信号。使能信号为各电池单元导通一个旁路电流；选择信号用于选择外部或内部旁路通道；电池均衡单元用于接收源自各输入引脚的信号，并生成一个用于控制外部旁路通道或内部旁路通道的导通的配置信号。

Description

带有智能低电压控制电路的电池单元均衡的系统和方法

技术领域

本发明是关于一种用于电池单元均衡的电路，尤其是关于一种用于在充电过程中对多个电池单元或多节串联电池进行均衡的电路及方法。

背景技术

现有技术图1阐述了一种现有的用于均衡电池22中的电池单元的典型系统。此系统包括了一个用于各电池单元21的与电阻23相联接的继电器24，以及一个用于电池22的电压监控电路25。电压监控电路25监控每个电池单元21上的电压。如果电池22中某个电池单元21的电压高于其他电池单元，将开启继电器24以释放相应电池单元21的电量。当电池单元21处于均衡状态时，继电器24将被关闭。然而，继电器消耗了大量能量并且其开关速率较低，尤其是与其它器件相比，继电器的体积较大，需要占用较多地PCB板空间。

选择方法之一是采用能量开关代替继电器以均衡电池单元。然而，此解决方法需要更多复杂的高电压控制电路，从而需要更大的芯片面积，尤其是对于多个电池单元进行电压均衡。此外，此解决方法采用一种固定的控制模式，将不能进行灵活的电池单元均衡控制。

现有技术图2阐述了另一种用于均衡锂离子电池组10的电池单元电压的系统。用于每个电池单元10-1、10-2和10-3的电池单元均衡电路包括一个电阻20，一个晶体管22和一个控制电路24。电阻20和晶体管22串联连接，他们的引脚分别与电池单元10-1、10-2和10-3的两端相连。每个控制电路24控制晶体管22的导通状态。这样即可实现电池单元10-1、10-2和10-3的两端通过电阻22进行短路放电。

现有技术图3阐述了控制电路24的详细电路结构。控制电路24包括一个振荡电路30，一个比较器26，2个分别连接相应的电池单元10-1、10-2和10-3的正负极的输入引脚28和32，以及1个与相应的晶体管22的栅极相联接的输出引脚34。

振荡器30生成一个振荡于预定电压范围的锯齿波电压。振荡器30将输出一个等于锯齿波电压和引脚32(电池单元10-1、10-2或10-3的负极)电压值总和的电压。比较器26用于比较引脚28(电池单元10-1、10-2或10-3的正极)的电压值和振荡器30的输出电压值的大小，并输出一个比较信号以表示电池单元10-1、10-2或10-3上的电压值是否超过了振荡器30的预定电压范围。若电池单元10-1、10-2或10-3上的电压值超过了振荡器30的预定电压范围，来自比较器26的控制输出34，作为一种脉宽调制信号，将开启对应的晶体管22从而导通旁路电流。

然而，前述现有技术图3中的均衡模式由设定于振荡器的预定电压范围所确定。因此，这个现有方法缺乏灵活性以适应不同种类的电池的预定电压范围。此外，在现有技术图3中，需要昂贵的高精度比较器以实现良好的电池单元均衡。

发明内容

本发明提供了一个在充电时均衡电池单元的系统和方法。依照本发明的一个实施例，一个电池单元均衡系统包括含多个电池单元；包括一组个用于各电池单元的外部旁路通道；包括一组个用于各电池单元的内部旁路通道；包括一个用于为各电池单元接收使能信号的输入引脚；包括一个用于为各电池单元接收选择信号的输入引脚；并且包括以及一个用于产生配置信号的电池均衡单元，以导通各电池单元的外部旁路通道或内部旁路通道。使能信号用于为各电池单元导通旁路电流，选择信号用于选择外部旁路通道或内部旁路通道。电池均衡单元用于接收来自输入引脚的信号，并且产生一个配置信号以控制外部旁路通道或内部旁路通道的导通状态。

附图说明

以下附图中类似标号表示类似组件，后文具体实施方式结合以下附图进行，将使得本发明之特性和优点显而易见。

图1为一种依照现有技术进行电池均衡的系统的方块图。

图2为一种依照现有技术进行锂离子电池均衡的系统的方决图

图3为一种图2中控制电路的详细电路构造图

图4所示为一个本发明实施例的系统方块图，该系统通过采用低电压电池均衡单元以均衡锂离子电池单元。

图5所示为图4中低电压电池均衡单元的一个详细电路结构图。

图6所示为一个本发明实施例的具有过电压保护的M-stage选择电路的电路图。

图7所示为本发明一个实施例的另一种系统方块图，该系统通过采用低电压电池均衡单元以均衡锂离子电池单元。

图8所示为图7中低电压电池均衡单元的一种详细电路结构图。

图9所示为一个本发明实施例的采用电池单元均衡系统的示例性监控和均衡系统的方块图。

具体实施方式

以下将对本发明即采用智能低电压控制电路进行电池单元均衡的系统和方法的实施例给出详细的参考。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，本发明涵盖后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。

另外，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。在另外的一些实例中，对于大家熟知的方法、手续、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明之主旨。

根据本发明的一个实施例，图4举例说明了一个采用低电压电池均衡单元130以均衡锂离子电池单元110、112和114的系统400的方块图。本系统400由分别均衡电池单元110、112和114的电路490A、490B和490C组成。本领域技术人员将公认系统400中可包含任意数量的电池单元。

通常来说，当电池单元110、112或114出现某种非均衡状态(例如电池单元上的电压超过了某一预定阈值)，其对应电路490A、490B或490C将通过导通旁路电流从而控制电池单元110、112或114恢复电池单元均衡状态。由于电池单元110、112和114所对应的电路490A、490B和490C具有相似性，本发明仅详述电池单元110的电路490C已明确其结构。

电路490C包括一个外部旁路通道122，一个内部旁路通道132，一个形如电池均衡单元130的驱动电路，一个输入引脚150和输入引脚312。

电路490C中的外部旁路通道122由串联的电阻121和晶体管120组成。此外，外部旁路通道122耦合于电池单元110的正级314和负极316。

电路490C中的内部旁路通道132同样耦合于电池单元110的正级314和负极316。并且，内部旁路通道132处于作为电池均衡单元130的驱动电路中。

根据本发明的一个实施例，电路490C中的输入引脚150接收一个表示是否为电池单元110导通旁路电流的使能信号。

根据本发明的一个实施例，电路490C中的引脚312接收一个本地选择信号，该信号用于为电池单元110选择采用外部旁路通道或是内部旁路通道。引脚312处的本地选择信号由输入引脚170所接收的全局选择信号所控制。

在电路490C中，电池均衡单元130用于接收输入引脚150和312的信号，并且产生一个配置信号以控制外部旁路通道122或内部旁路通道132的导通状态。

根据本发明的一个实施例，其优点是发送给电路490C中输入引脚150的使能信号是一个低电压信号，接收于如图9所述的数字控制电路或混合信号电路中的微处理器。图9中的微处理器决定了电池单元110、112和114中的任一电池单元是否需要导通旁路电流。同样的，电路490B中的输入引脚152和电路490A中的输入引脚154也接收来自于数字控制电路或微处理器的低电压信号。

电路490C也包含一个晶体管124和与之串联的一个电流源160。晶体管124的珊极耦合于输入引脚150。一旦输入引脚150接收了一个来自数字控制电路或微处理器的表示电池单元110需要导通旁路电流的高位使能信号，晶体管124将被导通。电流源160在电池均衡单元130的引脚318产生一个偏置电流，用于导通电池单元110的旁路电流。

同样的，发送至输入引脚170的选择信号也是一个来自于如图9所述的数字控制电路或微处理器的低电压信号。图9中的微处理器同样决定了是否采用外部旁路通道或是内部旁路通道。位于引脚170的选择信号控制图4中所有的电池均衡单元130。因此，所有的电池均衡单元130仅能接收来自于数字控制电路或微处理器的低电压信号。这样，本发明将不再需要从低位到高位的电平转换器。

此外，系统400还包括一个栅极耦合于输入引脚170的晶体管126和一个电流源164。如上所述，输入引脚170的信号用于控制图4中所有的电池均衡单元130。一旦输入引脚170接收了一个来自于数字部分或微处理器的表示为所有电池单元110、112和114选择外部旁路通道122的高位选择信号，晶体管126将被导通。这样，电流源164通过引脚312向所有电池均衡单元130提供了一个偏置电流。如电路490C中的电池均衡单元130在输出引脚320产生一个配置信号以选择外部旁路通道122。同样的，电路490A和电路490B中的电池均衡单元130在输出引脚320也产生一个配置信号以选择外部旁路通道122。

相反的，如果输入引脚170接收了一个来自于数字控制电路或微处理器的低位选择信号，开关126将关闭。因此，引脚312将接收不到任何信号。由于接收不到来自电流源164的偏置电流，所有的电池均衡单元130将选择内部旁路通道132。图5将对此情况进行详述。

系统400还包括一个串联控制总线140以连接来自电路490A、490B和490C的所有电池均衡单元130。当输入引脚170接收到一个高位选择信号，由电流源164提供的偏置电流将通过串联控制总线140流向所有的电池均衡单130，从而选择外部旁路通道122。更确切地说，串联控制总线140联结于节点312和310之间。偏置电流通过串联控制总线140从电池单元114的正极310流向电流源164。

操作中，每个输入引脚150、152或154接收一个表示对应的电池单元110、112和114是否需要导通偏置电流的使能信号。由于电池单元110、112和114的电路490A、490B和490C具有相似性，本发明仅详述电池单元110的电路490C以明确其结构。

当电池单元110出现某种非均衡状态时，如电池单元110的电压高于额定阈值(例如3.9V)，或电池单元110与其他电池单元(例如电池单元112或电池单元114)间的压差高于另一额定阈值(如0.05V)，将导通旁路电流。

在操作中，输入引脚150接收一个表示对应的电池单元110是否需要导通旁路电流的使能信号。如果引脚150收到一个高位使能信号，表示对应的电池单元110处于一种非均衡状态，因此电池单元110需要导通旁路电流。如果引脚150收到一个低位使能信号，表示对应的电池单元110处于正常状态，不需要导通旁路电流。

如果引脚150接收到一个高位使能信号，开关124将被导通。因此，电流源提供一个偏置电流(例如1微安)可以从对应低电压电池均衡单元130流向电流源160。

引脚170处的选择信号表示为所有电池单元110、112和114针对外部旁路通道122或内部旁路通道132进行的全局选择。若引脚170的选择信号为高位，将为所有电池单元110、112和114选择外部旁路通道122。因此开关126将被开启。由电流源164提供的偏置电流(如1微安)将通过串联控制总线140沿着所有的电池均衡单元130从电池单元114的正极310流向电流源164。由此，每个电池单元的引脚312都将接收到一个偏置电流，从而允许所有的电池单元110、112和114选择外部旁路通道122。

相反的，若引脚170的选择信号为低位，将为所有电池单元110、112和114选择内部旁路通道132。因此将没有偏置电流流经串行控制总线140。若串行控制总线140中没有出现偏置电流，将选择内部旁路通道。

通常情况下，电路490C中的低电压电池均衡单元130将基于引脚312和312上的偏置电流产生一个配置信号以导通外部旁路通道122或内部旁路通道132。图5将对此情况进行详述。由于电路490A和490B的操作与电路490C具有相似性，因此不再分别对他们进行详细说明。

根据本发明的一个实施例，图5详细示出了图4中的低电压电池均衡单元130的电路图。与图4中具有相同标记的单元因功能相似，在此将不再详细描述。

如图5所示，电池均衡单元130包括一个选择电路508和一个内部旁路通道132。选择电路508包括一个串行控制总线140a。内部旁路通道132由串行联接的晶体管338，电阻342和电阻344组成。串行控制总线140a由串行联接的晶体管330和电阻340组成，其中通过对电阻340并联一个晶体管332从而进行过电压保护。

本方法采用晶体管334和336建立一个镜像电流源。因此，实施例中均默认晶体管334和336是完全匹配的。

低电压电池均衡单元130还包括一个耦合于晶体管338的或非门350和一个耦合于320的或非门352。其中或非门350用于控制图4中所示的内部旁路通道132的导通，或非门352用于控制图4中所示的外部旁路通道122的导通。

在操作过程中，如果图4中所示的引脚150接收到一个高位使能信号，表示相应的电池单元处于非均衡状态，此时该电池单元需要导通旁路电流。这样，将通过引脚318向电池均衡单元130提供一个偏置电流。如图5所示，偏置电流流经镜像电流源的晶体管334，同时镜像电流源的输出引脚在输入信号线386上生成一个高位使能信号EN。或非门350的输出决定了图4中所示的内部旁路通道132的导通状态，或非门352的输出决定了图4中所示的外部旁路通道122的导通状态，此部分内容将在下一段进行阐述。

此外，如图4所述，若输入引脚170接收到一个高位选择信号，表示为所有电池单元110、112和114选择外部旁路通道。由此，将在引脚312向各电池均衡单元130提供一个偏置电流。图5中，通过引脚312的偏置电流将导通晶体管370。因此，电阻344上的电压将升高，从而触发晶体管372的导通。由此，信号线384上的选择信号SEL也呈高位，这样信号线386上的使能信号EN随之呈高位。所以或非门350的输出将为低位。这样一来，由于内部旁路通道132中的晶体管338的栅极耦合于或非门350的输出引脚，从而呈断路状态，内部旁路通道132将不能导通。由于信号EN和SEL都为高位，因此或非门352的输出为高位，该信号将开启图4中的开关120。因此，将导通图4中所示的外部旁路通道122。

此外，引脚312的偏置电流将通过串行控制总线140a中的电阻340和晶体管330流向所有其他的低电压电池均衡单元130。这样，所有的低电压电池均衡单元130将接收到相同大小的偏置电流。因此，所有的电池单元110、112和114都将选择外部旁路通道。晶体管332将被导通以旁路电阻340上的电流，进行过电压保护。这在图6中将会进行详述。

根据本发明的另一实施例，若图4中的引脚150接收到一个高位使能信号，并且图4中的引脚170接收到一个低位选择信号，信号线386上的使能信号EN将呈高位，同时信号线384上的选择信号SEL将呈低位。因此，或非门350的输出引脚呈高位并且或非门352的输入引脚呈低位。这样一来，内部旁路通道132将被导通。

根据本发明的一个实施例，图6是一种带过电压保护的M-阶选择电路508的电路图。图6、图4和图5中标注相同的单元因具有相似的功能，在此将不再进行详细说明。图6中包含M阶(M个电池单元)。

如图4所述，如果输入引脚170接收到一个高位选择信号，表示选择外部旁路通道。这样，将在引脚312向各电池均衡单元130提供一个偏置电流。偏置电流流经图6所示的串行控制总线140。更确切地说，此偏置电流流经晶体管330和电阻340。

若图6所示的M个电池单元是串联耦合，那么节点N和节点602间的电压差与M个串联电阻340上的电压相等。为了描述的明晰，晶体管330的栅源电压值由于非常小，在此实施例中可以忽略不计。因此，节点N上的电压V_N和节点602上的电压V₆₀₂间的压差是V_N-V₆₀₂＝I_bias*[M*R₃₄₀]，此处的I_bias表示偏置电流级，R₃₄₀表示电阻340的阻值。

基于系统能量需求，本发明的实施例能够适用于不同数量的电池单元。如果需要较少的电池单元，一部分电池单元即可被短路。例如，根据需要，如果这M个电池单元都处于短路状态，节点N上的电压值V_N与节点N-M上的电压值V_(N-M)相同。因此，节点N与节点602间的压差等于节点N-M与节点602间的压差(V_N-V₆₀₂＝V_(N-M)-V₆₀₂＝I_bias*[M*R₃₄₀])。如图6所示，节点N-M与节点602间的压差是晶体管370M的栅源电压，由此，晶体管370M的栅源电压等价于M个串联电阻340上的电压。

当电池单元M的数量增加时，晶体管370M上的栅源电压亦随之增大，如果栅源电压超过了晶体管370M的击穿电压，将导致晶体管370M被击穿。为了防止晶体管370M上的过电压情况，本实施例中采用一个晶体管332以旁路电阻340。特别是当多个电池单元短路时，晶体管332将被导通。由于晶体管332的内部阻值R₃₃₂远远小于电阻340的阻值R₃₄₀，电阻340将被旁路。而偏置电流流经晶体管330和晶体管332。所以晶体管370M的栅源电压等于I_bias*[M*R₃₃₂]。因为R₃₃₂远小于R₃₄₀，晶体管370M的栅源电压非常小。因此，通过旁路电阻340，即可有效避免过电压的情况发生。

根据本发明的另一个实施例，图7说明了另一个采用低电压电池均衡单元230以均衡锂离子电池单元110、112和114的系统700。系统700由分别用于均衡电池单元110、112和114的电路790A，790B和790C组成。本领域的技术人员应该认识到，根据本发明的一个实施例，系统700可以包含任何数量的电池单元。

通常情况下，当一个电池单元110、112或114出现某种非均衡状态时(例如，电池单元上的电压值超过了一个预定阈值)，其对应的电路790A、790B或790C将通过导通旁路电流从而控制该电池单元工作于均衡状态。因为应用于电池单元110、112和114的电路790A、790B和790C具有相似性，因此仅针对电池单元110的电路790C进行详述。

电路790C由一个外部旁路通道122，一个内部旁路通道132，一个形如电池均衡单元230的驱动电路以及一个输入引脚150组成。

电路790C中的外部旁路通道122包括串行联接的电阻121和晶体管120。此外，外部旁路通道122耦合于电池单元110的正极410和负极412。

电路790C中的内部旁路通道132同样耦合于电池单元110的正极410和负极412。内部旁路通道处于作为电池均衡单元230的驱动电路中。

根据本发明的一个实施例，电路790C的输入引脚150接收一个表示是否需要导通电池单元110的旁路电流的使能信号。

根据本发明的另一个实施例，电路790C中的可变电流源260生成一个偏置电流，用于为电池单元110在外部旁路通道122和内部旁路通道132的组合中进行选择。

电路790C中电池均衡单元230用于接收来自输入引脚150的信号以及电流源260生成的偏置电流，并且控制对外部旁路通道122和内部旁路通道132的组合进行选择性导通。

根据本发明的一个实施例，其优点是发送给电路790C中的输入引脚150的使能信号是一个低电压信号，该信号来自如图9所示的数字控制电路或混合信号电路中的微处理器。图9中的微处理器决定了电池单元110、112或114中的任一电池单元是否需要导通旁路电流，以下将对此进行更完整地阐述。同样的，电路790B中的输入引脚152和电路790C中的输入引脚154也接收来自数字控制电路或微处理器的低电压信号。

电路790C还包括一个串连的晶体管124和电流源260。晶体管124的栅极耦合于输入引脚150。若输入引脚150接收到一个来自数字控制电路或微处理器的表示电池单元110需要导通旁路电流的高位使能信号，晶体管124将被开启。电流源260在电池均衡单元230的引脚414提供一个偏置电流，从而为电池单元110导通旁路电流。

如上所述，可变电流源生成一个可变偏置电流，用于为电池单元110在内部旁路通道132和外部旁路通道122的组合中进行选择。实施例中的选择组合包括外部旁路通道122或是内部旁路通道132或是外部旁路通道122和内部旁路通道132。换句话说，实施例中由电流源260基于其电流强度决定应选择外部旁路通道122或是内部旁路通道132或是两者皆选。

在某一示范的实施例中，如果电流源260的电流强度达到某一确定值(例如2微安)，将选择外部旁路通道122。而在又一示范的实施例中，若电流源260的电流强度达到了另一个确定值(如6微安)，那么外部旁路通道122和内部旁路通道132都将被选择。在另一示范的实施例中，若电流源260的电流强度达到某一确定值(例如2微安)，将选择内部旁路通道132。

在操作过程中，各电池单元110、112和114的输入引脚150、152或154用于接收一个表示相应电池单元是否需要导通旁路电流的使能信号。因为用于电池单元110、112和114的电路790A、790B和790C具有相似性，本发明仅详述电池单元110的电路790C以明确其结构。

在操作过程中，当电池单元110出现非均衡状态时，如电池单元110的电压超过了某一阈值(例如3.9V)，或电池单元110与其他电池单元(如电池单元112或电池单元114)之间的压差超过了另一阈值(例如0.05V)，将为电池单元110导通旁路电流。

在电路790C中，输入引脚150接收一个表示相应的电池单元110是否需要导通旁路电流的使能信号。若输入引脚150接收到一个高位使能信号，表示相应的电池单元110处于非均衡状态，需要导通旁路电流。如果输入引脚150接收到一个低位输入信号，表示该电池单元110处于正常状态，不需要导通旁路电流。

例如，如果输入引脚150上的使能信号为高位，这表示电池单元110需要进行电池均衡。这样，相应开关124将被开启。所以，低电压电池均衡单元230的引脚414将接收一个由可变电流源260生成的偏置电流(例如2微安-6微安)。更确切地说，偏置电流是从低电压电池均衡单元230流向电流源260。

基于来自引脚150的使能信号和来自电流源260的偏置电流强度，电池单元110的低电压电池均衡单元230将在内部旁路通道132和外部旁路通道122的组合中进行选择性导通。也就是说，在实施例中，可选择内部旁路通道132或外部旁路通道122或二者都被选择。例如，在低电压电池均衡单元230的引脚416生成的配置信号即可导通外部旁路通道122。此外，图7所示的系统700不包含如图4中所示的串行控制总线。

根据本发明的一个实施例，图8示一个图7中低电压电池均衡单元230的详细电路图。图8和图7中具有相同标记的单元具有相似的功能，因此图8中不再分别对这些单元进行详细阐述。

低电压电池均衡单元230包括一个内部旁路通道132，一个镜像电流源426，一个与电阻460耦合的晶体管432，以及一个与电阻462耦合的晶体管430。其中，内部旁路通道132包括串行耦合的电阻464和晶体管452。

电流源426包括晶体管420、422和424。本领域的技术人员应认识到，镜像电流源426中的晶体管420、422和424在实施例中是完全匹配的。晶体管432用于控制图7中所示的外部旁路通道122的导通。晶体管430用于控制图7中所示的内部旁路通道132的导通。

在操作过程中，若图7中所示的引脚150接收到一个高位使能信号，表示相应的电池单元处于非均衡状态，并且该电池单元必须导通旁路电流。这样，将在电池均衡单元230的引脚414提供一个偏置电流。如图7所述，这个偏置电流将通过引脚414流经镜像电流源426的晶体管420。镜像电流源426将生成2个输出信号DRV_EXT和DRV_INT。DRV_EXT表示电阻460上的电压，DRV_INT则表示电阻462上的电压。

例如，在某一个示范的实施例中，如果晶体管432和430是完全匹配的，并且电阻460的阻抗R₄₆₀大于电阻462的阻抗R₄₆₂。(例如，R₄₆₀/R₁₆₂的比值为3)，即可通过配置电阻460和462从而使DRV_EXT大于晶体管的阈值电压，同时使DRV_INT小于晶体管的阈值电压。在此情况下，晶体管432将被导通，而晶体管430仍然截止。由此晶体管440和442将被导通。所以引脚416将生成一个能导通如图7所示的晶体管120的高位电压信号，并且图7中所示的外部旁路通道122随之被导通。

通过增大偏置电流(例如增大到6微安)，即可导通晶体管430和432。因为晶体管430被导通，晶体管450将被导通。因此内部旁路通道132中的晶体管452随之被导通。在此情况下，不仅外部旁路通道122被导通，同时内部旁路通道也被导通。

如图8所述，当引脚414处的偏置电流达到某一阈值(如2微安)时，外部旁路通道122将被导通。而当引脚414处的偏置电流达到另一阈值(如6微安)时，外部旁路通道和内部旁路通道都将被导通。

为了实现仅导通内部旁路通道132，在实施例中，因为外部旁路通道122处在外部，外部旁路通道122可以临时性断开。当引脚414上的偏置电流达到某一阈值(如6微安)时，可同时导通内部和外部旁路通路。此时用户可以通过手动方式断开外部旁路通道122，即可实现仅导通内部旁路通道132。

在另一实施例中，通过配置图8中的电阻460和462，即可使信号DRV_INT大于晶体管的阈值电压，同时使DRV_EXT的值小于晶体管的阈值电压。这样，当引脚414上的偏置电流达到某一阈值(如2微安)时，仅导通内部旁路通路132。

图9所示一个应用了本发明中的电池单元均衡系统940的示范监控和均衡系统900的方块图。系统900通常由一个包含电池单元910-1、910-2和910-3的电池组910，一个监控电路920，一个微处理器930，和一个电池单元均衡系统940组成。监控电路920监控电池单元910-1、910-2和910-3上的电压。微处理器接收由监控电路920提供的监控信息，并决定以下2种情况。

本实施例中，电池单元均衡系统940与图4所述的电池单元均衡系统400相类似。由于之前已对电池单元均衡系统400进行详细阐述，在此将不再对系统940进行详细阐述。通过采用电池单元均衡系统400，本实施例中的电池单元910-1、910-2和910-3即可通过选择外部旁路通道或内部旁路通道以导通旁路电流，参照图4和图5中的详述。

此外，本实施例中的电池单元均衡系统940与图7所述的电池单元均衡系统700相类似。由于之前已对电池单元均衡系统700进行详细阐述，在此将不再进行重复的详细阐述。通过采用电池单元均衡系统700，本实施例中的电池单元910-1、910-2和910-3即可通过选择外部旁路通道或内部旁路通道或二者皆选以导通旁路电流，参照图7和图8中的详述。

由微处理器定义的第一种情况是任一电池单元910-1、910-2和910-3上的电压高于某一电压阈值。例如，一个典型的锂离子电池的电压阈值是3.9V。由微处理器930定义的第二种情况是电池组910中的任意2个电池单元910-1、910-2和910-3间的压差高于一个最大压差(如0.05V)。

在实施例中，当且仅当满足第一种情况时，微处理器930用于向电池单元均衡系统940发送一个表示该电池单元需要导通旁路电流的高位使能信号。例如，如果电池单元910-1、910-2和910-3上的电压分别为3.94V，3.87V和3.91V，微处理器930将发送一个高位使能信号至电池单元均衡系统940，该信号表示电池单元910-1和电池单元910-3需要导通旁路电流。

本实施例的优点之一是仅当同时满足第一种和第二种情况时，微处理器930才可以向电池单元均衡系统940发送一个表示相应的电池单元需要导通旁路电流的高位使能信号。例如，如果电池单元910-1、910-2和910-3上的电压分别为3.94V，3.87V和3.91V，微处理器930将发送一个高位使能信号至电池单元均衡系统940，该信号表示电池单元910-1需要导通旁路电流。由于无论是电池单元910-3和电池单元910-1间的压差，还是电池单元910-3和电池单元910-2间的压差均未超过最大压差(如0.05V)，因此电池单元910-3将接收一个来自微处理器930的低位使能信号，该信号表示电池单元910-3不需要导通旁路电流。

微处理器也将向电池单元均衡系统940发送一个用于电池单元910-1、910-2和910-3的选择信号。该选择信号决定了应选择内部旁路通道还是外部旁路通道。

因此，本发明提供了一个能够支持外部和内部电池单元均衡的低损耗电池单元均衡系统。本发明中的电池单元均衡系统采用由微处理器或者数字控制模块控制的灵活算法，可支持同时均衡多个电池单元。

上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离后附权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。

Claims (26)

1.一种电池单元均衡电路，其特征在于，包括：

第一电池单元；

用于第一电池单元的第一旁路通道；

用于第一电池单元的第二旁路通道；

第一输入，接收用于导通第一电池单元的旁路电流的第一信号；

第二输入，接收用于为第一电池单元选择采用第一旁路通道或是第二旁路通道的第二信号；以及

第一驱动电路，用于接收第一信号和第二信号，并且该驱动电路提供第三信号，用于为第一电池单元选择性导通第一旁路通道或是第二旁路通道。

2.根据权利要求1所述的电池单元均衡电路，其特征在于，还包括：

一个与前述第一电池单元串行连接的第二电池单元；

一个用于第二电池单元的第三旁路通道；

一个用于第二电池单元的第四旁路通道；

第三输入，接收用于导通第二电池单元的旁路电流的第四信号；

第四输入，接收用于为第二电池单元选择采用第三旁路通道或是第四旁路通道的第五信号；以及

第二驱动电路，用于接收第四信号和第五信号，并且该驱动电路提供第六信号，用于为第一电池单元选择性导通第三旁路通道或是第四旁路通道。

3.根据权利要求1所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述的第一信号是一个接收于某一处理器的低电压信号，其中所述的处理器决定了上述第一电池单元是否需要导通旁路电流。

4.根据权利要求3所述的电池单元均衡电路，其特征在于，还包括一个由上述第一信号选择性接通的第一开关；及一个耦合于第一开关的第一电流源，该电流源用于向上述第一驱动电路选择性提供第一偏置电流，其中第一偏置电流用于导通上述第一电池单元的旁路电流。

5.根据权利要求3所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述第二信号是一个接收于前述处理器的低电压信号，其中所述处理器决定选择上述第一旁路通道或是第二旁路通道。

6.根据权利要求4所述的电池单元均衡电路，其特征在于，也包括一个由上述第二信号选择性接通的第二开关；及一个耦合于第二开关的第二电流源，该电流源用于向上述第一驱动电路选择性提供第二偏置电流，其中第二偏置电流用于为第一电池单元选择上述第一旁路通道或是第二旁路通道。

7.根据权利要求2所述的电池单元均衡电路，其特征在于，也包括一个连接上述第一驱动电路和第四输入的串行控制总线，其中所述的总线向第四输入传送上述第五信号。

8.根据权利要求7所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述串行控制总线包括一个用于进行过电压保护的第五旁路通道。

9.一个电池单元均衡电路，其特征在于，包括：

一个电池组中的多个电池单元；

一条内部旁路通道，用于前述多个电池单元中的每个电池单元；

一条外部旁路通道，用于前述多个电池单元中的每个电池单元；

一个输入，用于为前述多个电池单元中的每个电池单元接收使能信号的，其中使能信号用于为前述多个电池单元中的每个电池单元导通一个旁路电流；

一个用于前述多个电池单元中的每个电池单元的电流源，该电流源用于提供一个可变偏置电流，其中偏置电流为前述多个电池单元中的每个电池单元在前述的内部旁路通道和外部旁路通道的组合中进行选择；以及一个驱动电路，用于为前述多个电池单元中的每个电池单元接收前述使能信号和偏置电流，并且，该驱动电路为前述多个电池单元中的每个电池单元提供一个配置信号从而为前述多个电池单元中的每个电池单元在前述的内部和外部旁路通道的组合中进行选择性导通。

10.根据权利要求9所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述使能信号是一个接收于某一处理器的低电压信号，其中所述的处理器决定了前述多个电池单元中的每个电池单元是否需要导通前述旁路电流。

11.根据权利要求10所述的电池单元均衡电路，其特征在于，还包括一个由前述使能信号选择性接通的开关，其中所述的开关与前述电流源相连接从而向前述驱动电路选择性地提供前述偏置电流。

12.根据权利要求9所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述内部和外部旁路通道的组合包括前述内部旁路通道，或前述外部旁路通道，或前述内部旁路通道和前述外部旁路通道等组合形式。

13.根据权利要求10所述的电池单元均衡电路，其特征在于，当前述偏置电流达到第一预定级别时，将选择前述组合中的内部旁路通道。

14.根据权利要求13所述的电池单元均衡电路，其特征在于，当前述偏置电流达到第二预定级别时，将选择前述组合中的外部旁路通道。

15.根据权利要求14所述的电池单元均衡电路，其特征在于，当前述偏置电流达到第三预定级别时，将选择前述组合中的内部旁路通道和外部旁路通道。

16.一个用于均衡一个电池组的方法，其特征在于，包括：

为多个电池单元中的每个电池单元接收一个使能信号从而为该多个电池单元中的每个电池单元导通一个旁路电流；

为该多个电池单元中的每个电池单元接收一个选择信号从而为该多个电池单元中的每个电池单元在一条内部旁路通道和一条外部旁路通道的组合中进行选择；

为该多个电池单元中的每个电池单元生成一个配置信号从而为该多个电池单元中的每个电池单元在前述内部和外部旁路通道的组合中进行选择性导通；以及

为该多个电池单元中的每个电池单元导通前述组合中的某种通路。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：通过串行控制总线将前述选择信号传送给前述多个电池单元中的每个电池单元从而在前述组合中进行选择。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述组合包括前述内部旁路通道，或是前述外部旁路通道。

19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：生成一个为前述多个电池单元中的每个电池单元提供用于在前述组合中进行选择的前述选择信号的可变偏置电流。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述的组合包括前述内部旁路通道，或是前述外部旁路通道，或是前述内部旁路通道和前述外部旁路通道等组合形式。

21.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，也包括：当前述偏置电流达到第一预定级别时，选择前述内部旁路通道。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，也包括：当前述偏置电流达到第二预定级别时，选择前述外部旁路通道。

23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，也包括：当前述偏置电流达到第三预定级别时，选择前述内部旁路通道和前述外部旁路通道。

24.一个电子设备，其特征在于，包括：

一个电池组中的多个电池单元；

一个监控电路，用于监控前述多个电池单元中的各电池单元电平，并且为前述多个电池单元中的各电池单元提供一个用于代表其电平的监控信号；

一个用于接收各监控信号的处理器，并且为前述多个电池单元中的各电池单元提供一个使能信号和一个选择信号，其中所述的使能信号表示前述多个电池单元中的各电池单元电平大于第一预定阈值或上述各电平与各电平的最小值间的压差大于第二预定阈值；

及一个电池单元均衡电路，用于接收上述各使能信号和选择信号，并且均衡上述多个电池单元，该电池单元均衡电路包括：

用于上述多个电池单元中每个电池单元的内部旁路通道；

用于上述多个电池单元中每个电池单元的外部旁路通道；

第一输入接收上述使能信号，该信号来自为上述多个电池单元中的各电池单元导通旁路电流的微处理器；

第二输入接收上述选择信号，该信号来自为上述多个电池单元中的各电池单元在内部旁路通道和外部旁路通道的组合中进行选择的微处理器；以及

一个接收使能信号和选择信号的驱动电路，并且该电路提供一个配置信号用于为上述多个电池单元中的每个电池单元在上述外部和内部旁路通道的组合中进行选择性导通。

25.根据权利要求24所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述组合包括前述内部旁路通道，或是前述外部旁路通道，或是前述内部旁路通道和前述外部旁路通道等组合形式。

26.根据权利要求24所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述组合包括前述内部旁路通道或是前述外部旁路通道。

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