CN115917916A - 用于电池管理***的保护电路 - Google Patents

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林伟伟
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Abstract

提供了用于具有保护电路的电池管理***(BMS)的***和方法。在一个示例中，一种车辆电池***可以包括：BMS，所述BMS包括切断电路，所述切断电路耦合到短路保护电路；以及电池组，其中所述短路保护电路可以包括二极管阵列，所述二极管阵列的阴极耦合到所述电池组的正极接线柱，并且所述二极管阵列的阳极耦合到所述电池组的负极接线柱。在一些示例中，所述切断电路可以进一步耦合到反向偏压保护电路，所述反向偏压保护电路包括布置在所述切断电路的控制输入与所述切断电路的输出之间的可切换电流路径。通过这种方式，可以经由BMS重定向和耗散过量电流离开切断电路来保护车辆电池***免受意外电压状况的影响。

Description

用于电池管理***的保护电路
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年6月8日提交的名称为“用于电池管理***的保护电路(PROTECTION CIRCUIT FOR BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)”的美国临时申请号63/036,346和2020年6月23日提交的名称为“用于电池管理***的保护电路(PROTECTION CIRCUIT FORBATTERY MANAGEMENT SYSTEM)”的美国临时申请号63/042,963中的每一个的优先权。上述申请中的每一个的全部内容针对所有目的通过引用方式并入本文。
技术领域
本说明书总体上涉及一种包括保护电路的电池管理***，具体地涉及用于车辆中的电池组的电池管理***。
背景技术和发明内容
锂离子二次(可再充电)电池通常用于电动和混合动力电动车辆的起动和供电。根据电力需求和应用，可以将多个锂离子电池组装成电池组。例如，48V电池组可以安装在电池辅助混合动力车辆(BAHV)中，以便在具有低发动机负载的操作(诸如滑行、制动和怠速)期间向BAHV提供电力。
在某些状况下，诸如在短路事件期间，可能在电池组或在电耦合到电池组的电池管理***(BMS)中生成相对较高的电流(例如，高达1700A的电流)。如此高的电流可能导致电压尖峰，这可能损坏BMS中所包括的电子元件，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和/或其他开关和继电器。
因此，已经开发了保护电路来减少这种电压尖峰。作为一个示例，可以在BMS中施用电流检测电路以检测短路事件的较高电流特性，从而使得BMS在有接收较高电流的风险时及时关断给定的MOSFET。然而，即使及时检测到较高的电流以成功地关断BMS中的MOSFET，在电感元件中(诸如在电负载中)或在耦合电池***部件的电线中积累的能量也可能导致MOSFET导通(即，达到击穿电压)并进入雪崩模式(avalanche mode)。因此，即使关断，MOSFET也可能存在劣化的风险。
发明人已经认识到上述问题并已经确定用于至少部分地解决这些问题的解决方案。在一个示例中，提供了一种车辆电池***，所述车辆电池***包括：电池管理***(BMS)，所述BMS包括电耦合到短路保护电路的切断电路；以及电池组，其中所述电池组的正极电源线电耦合到所述切断电路，并且所述电池组的接地回线电耦合到所述短路保护电路，其中，所述短路保护电路包括二极管阵列，所述二极管阵列的阴极直接电耦合到所述电池组的正极接线柱，并且所述二极管阵列的阳极直接电耦合到所述电池组的负极接线柱。通过这种方式，可以通过重定向和耗散由不期望的电压状况导致的电流而保护车辆电池***免受劣化。
在一个示例中，提供了一种车辆电池***，所述车辆电池***具有耦合到BMS的电池组。具体地，电池组的正极电源线可以电耦合到包括在BMS中的MOSFET的漏极端子，并且电池组的接地回线可以电耦合到二极管阵列。此外，MOSFET的栅极端子和源极端子可以电耦合到反向偏压保护电路，所述源极端子进一步电耦合到二极管阵列。因此，在伴随着反向偏压电压的施加或短路事件的较高电流环境中，MOSFET的栅源电压(VGS)可以通过将电流引导到反向偏压保护电路中的低漏电流晶体管而维持在阈值电压(Vth)以下。因而，即使在施加反向偏压电压时或在短路事件期间，反向偏压保护电路也可以在MOSFET中维持断开状态。
当MOSFET由于反向偏压电压或短路情况而关断时，二极管阵列可以为电流耗散提供额外的低电阻路径。具体地，二极管阵列可以耦合在电池组的正极接线柱和负极接线柱之间，使得电流可以循环经过电负载和二极管阵列，由此耗散在车辆电池***中积累的能量。因而，反向偏压保护电路和二极管阵列可以串联作用以重定向和耗散在车辆电池***中生成的过量电流，由此阻止MOSFET接通和在关断时超过击穿电压。
应当理解，提供上述发明内容是为了以简化形式介绍在详细描述中进一步描述的概念选择。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，所述主题的范围是由详细描述之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文提及或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1A示出了示例性电池组组件的示意图。
图1B示出了示例性电池组组件的示意图，其中外部壳体的至少一部分被移除，从而暴露多个堆叠电池单元。
图2示出了包括电池管理***的车辆电池***的概括框图。
图3A示出了包括在电池管理***中的反向偏压保护电路的电路***的示意图。
图3B示出了短路保护电路的电路***的示意图。
图4示出了用于在反向偏压电压状况期间管理电流流动的方法的流程图。
图5A示出了BMS的第一示例性操作序列和第二示例性操作序列。
图5B示出了BMS的第三示例性操作序列。
图6示出了用于实施电池管理***的示例性印刷电路板组件的示意图。
具体实施方式
以下描述涉及用于电池组(例如，用于为电动或混合动力电动车辆供电的锂离子电池组)的保护电路的***和方法。锂离子电池组可以包括以堆叠配置组装的多个锂离子电池单元。作为一个示例，锂离子电池组可以是用于起动电池辅助混合动力车辆(BAHV)或向其提供电力的48V电池组。此外，保护电路可以包括在耦合到锂离子电池组的电池管理***(BMS)中。
具体地，保护电路可以在例如由于反极性事件而施加意外的反向偏压电压时将切断电路维持在断开状态。切断电路可以包括场效应晶体管(FET)中的一个或多个，诸如金属氧化物半导体FET(MOSFET)、结型栅FET(JFET)等、其他类型的晶体管，或它们的组合。在一个示例中，切断电路可以是单个MOSFET。在附加或替代示例中，保护电路可以包括低漏电流晶体管，诸如双极结型晶体管(BJT)，其可以通过在将反向偏压电压施加到MOSFET的源极端子时维持接近零的集电极--发射极电压(VCE)来将MOSFET的栅源电压(VGS)维持在阈值电压(Vth)以下。
保护电路可以进一步保护切断电路以免在被关断时(例如，当BMS在短路事件期间检测到电压尖峰时)达到击穿电压并导通。具体地，保护电路可以包括耦合到MOSFET的源极端子的二极管阵列，其中二极管阵列的阴极和阳极还可以耦合到电负载，所述电负载耦合到电池组和BMS中的每一个。在一个示例中，二极管阵列可以包括多个回扫或续流二极管。因此，在电压尖峰之前或期间积累的能量可以在二极管阵列和电负载两端循环和耗散。通过这种方式，可以保护切断电路进而保护BMS和锂离子电池组免受反极性情况和短路情况引起的电压尖峰的影响，其中，反极性情况诸如由于负电噪声或正负引线误耦合到锂离子电池组的接线柱导致，短路情况可能使MOSFET进入雪崩模式。此外，由本公开提供的保护电路可以保护BMS免受相对较高的电流(例如，高达1700A)、甚至相对较高的温度(例如，高达140℃)的影响，并且可以延长可接受的寿命劣化，使得BMS可以在其中包括的各个硬件部件的预期寿命内继续运行。
如本文所使用，当指代电路的两个部件时，除非另有说明，否则“耦合”可以指代“电耦合”。因此，当指代电路的两个部件时，“直接耦合”可以指代这两个部件电耦合，且除了电导体(诸如导线和/或母线)之外没有任何电部件(例如，电阻器、晶体管、电容器等)设置在这两个部件之间。另外，被描述为“导通”的晶体管允许电流流过晶体管，而被描述为“断开”的晶体管阻止或基本上限制电流流过晶体管(“基本上”在本文中可以用作限定词，意思是“有效地”)。
图1A描绘了用于车辆***的示例性电池组组件。图1B描绘了外部壳体的至少一部分被移除使得包括多个堆叠的锂离子电池单元的电池组被暴露的电池组组件。电池组可以包括在图2的示例性车辆电池***中，其中电池组可以耦合到BMS。BMS可以包括保护电路，其示例性电路***在图3A和3B中描绘。在一些示例中，保护电路可以被配置为在没有接收到接通请求时将BMS的切断电路维持在断开状态。在附加或替代示例中，保护电路可以被配置为即使接收到接通请求仍将切断电路的至少一个部件维持在断开状态，使得可以阻止电流从多个堆叠的锂离子电池单元中的一个或多个流到电负载。然而，在此类示例中，应当理解，车辆电池***中积累的能量可以循环通过电负载。因此，在图4中提供了一种用于管理通过切断电路的电流流动的方法，例如，所述方法可以包括将切断电路维持在断开状态并耗散任何积累的能量。在图5A和5B中提供了用于管理通过切断电路和保护电路的电流流动的BMS的示例性操作序列。图6提供了用于实施包括保护电路的BMS的一种示例性印刷电路板组件(PCBA)，其中PCBA可以包括用于耦合车辆电池***中的各种部件并降低寄生电感的多条母线。
现在参考图1A，示出了描绘电池组组件102的示意图100。电池组组件102可以被配置用于起动车辆(诸如电动车辆或混合动力电动车辆)或为车辆供电。例如，电池组组件102可以包括48V电池组，所述电池组包括多个锂离子电池单元(如下面参考图1B详细描述的)。
多个锂离子电池单元可以以堆叠配置布置并且可移除地封闭在外部壳体104内。因此，外部壳体104可以由具有低电导率的材料(诸如塑料或其他聚合物)构成，以便减少车辆内的短路事件。外部壳体104(其在图1A中被描绘为矩形棱柱)可以被模制为配合到车辆中的空隙(clearance)，使得电池组组件102可以与车辆的一个或多个部件(诸如一个或多个发动机部件)进行面共享接触。
外部壳体104可以被进一步配置为包括用于电池组组件102的接口部件的开口或腔。例如，外部壳体104可以被配置为暴露正极接线柱106和负极接线柱108，例如，它们可以各自是无引线端子。即，正极接线柱106和负极接线柱108可以嵌件模制在外部壳体104上的适当位置。在车辆内，正极接线柱106和负极接线柱108可以分别电耦合到正极引线和负极引线，使得电池组组件102可以与车辆的电负载形成闭合电路，从而可以将电力提供给车辆。
正极接线柱106和负极接线柱108可以被配置有不同的颜色、形状、符号等，以便指示接线柱106、108中的哪个接线柱是正极，哪个接线柱是负极。例如，正极接线柱106可以为红色并用加号(+)表示，负极接线柱108可以为黑色并且用减号(-)表示。然而，在一些情况下，正极引线和负极引线可能错误地误耦合，使得正极引线可能耦合到负极接线柱108，负极引线可能耦合到正极接线柱106。在这种情况下，可能导致施加的电位差的反向偏压，并且电池组组件102可能会在没有任何保护的情况下意外放电。因此并且如下面参考图2和图3A所讨论的，电池组组件102可以包括具有反向偏压保护电路的BMS，其中BMS可以耦合到多个锂离子电池单元和电负载。通过这种方式，BMS的MOSFET可以在施加反向偏压电压期间维持关断，使得可以降低各个电池单元和BMS的劣化。
在一些示例中，外部壳体104可以被配置为暴露网络管理接口110。在一个示例中，网络管理接口110可以经由有线或无线连接通信地耦合到车辆的本地互连网络(LIN)112。因此，在一些示例中，网络管理接口110可以包括物理连接器以用于与固定到从LIN总线延伸的导线的互补连接器匹配。
在一些示例中，外部壳体104可以包括可移除地固定到外壳底座114b的顶盖114a。因而，可以暂时移除顶盖114a以更换或诊断多个锂离子电池单元中的一个或多个。
现在参考图1B，示出了描绘电池组152的示意图150。在一些示例中，电池组152可以包括在图1A的电池组组件102中，其中顶盖114a已从电池组组件102移除，从而暴露可移除地固定到外壳底座114b的多个锂离子电池单元154。因此，应当理解，每个锂离子电池单元154可以表示基本单元，由此可以构造任意大小、任意功率且具有任意数量的锂离子电池单元154的电池组。还应当理解，在图1B中未描绘的其他实施方案可以包括仅具有一个锂离子电池单元的电池组。
在一些示例中，多个锂离子电池单元154可以被布置成堆叠配置，其中多个锂离子电池单元154中的每一个可以是棱柱袋电化学电池。因而，多个锂离子电池单元154中的每一个可以包括浸没在液体电解质中的正电极和负电极，其中正电极、负电极和电解质中的每一个可以被气密袋封闭。
此外，多个锂离子电池单元154中的每一个可以暴露正电极接线片156和负电极接线片158，它们可以被配置为分别耦合到正电极和负电极。因此，多个锂离子电池单元154中的每一个可以电耦合到上面参考图1A详细描述的正极接线柱106和负极接线柱108。在一些示例中，多个锂离子电池单元154可以通过一条或多条母线(图1B中未示出)彼此串联和/或并联电耦合，其中所述一条或多条母线可以各自电耦合到多个锂离子电池单元154上的多个电极接线片156、158。一条或多条母线可以进一步电耦合到接线柱106、108中的一个，使得多个锂离子电池单元154可以电耦合到接线柱106、108，由此为***(例如，车辆)提供电力。
电池组152的每个锂离子电池单元154可以彼此相同。此外，锂离子电池单元154的总数和电池组152的电耦合配置(例如，并联计数和串联计数)中的每一个可以定义其电特性和性能额定值。作为一个示例，电池组152可以被配置为‘4S4P’配置，其在四个子组中具有16个锂离子电池单元154，其中所述子组可以串联电耦合，并且每个子组中的4个锂离子电池单元154可以并联电耦合。在一些示例中，锂离子电池单元154的总数可以是奇数。在其他示例中，锂离子电池单元154的总数可以是偶数。
多个锂离子电池单元154可以通过带160保持在堆叠配置中。如图所示，一个或多个带160可以包围多个锂离子电池单元154，以便阻止各个锂离子电池单元154相对于彼此移位。
现在参考图2，示出了描绘车辆电池***202的概括框图200。车辆电池***202可以包括电池组204(诸如图1B的电池组152)，电池组204包括一个或多个锂离子电池单元222。如图所示，正极电源线252可以将电池组204的正极端经由BMS 208耦合到电负载206(例如，带集成式起动机/发电机、集成式起动机/发电机等)，接地回线254可以将电负载206耦合到电池组204的负极端。具体地，电池组204的正极电源线252可以耦合到切断电路210的输入256a，切断电路210的输出256c可以耦合到电负载206。此外，切断电路210的控制输入256b可以经由保护电路214耦合到BMS 208的驱动器集成电路(IC)212。因此，驱动器IC212可以可通信地耦合到控制器272，所述控制器可以将机器可读指令存储在非暂时性存储装置上，所述机器可读指令可由控制器272执行以启用BMS 208的各种功能，诸如接收和传输开关请求、监测车辆电池***202等。例如，经由节点270耦合到正极电源线252的电流检测电路232可以将传递到切断电路210的电流的测量值传输到控制器272，其中控制器272可以被启用以响应于在此处接收到的测量值而生成开关请求并调整电池***操作状况。应当理解，尽管控制器272在图2中被描绘为包括在驱动器IC 212内，但是在其他示例中，控制器272可以定位于驱动器IC 212的外部。
如图进一步所示，正极接线柱216可以耦合到将BMS 208耦合到电负载206的线路，负极接线柱218可以耦合到将电负载206耦合到电池组204的线路(接地回线254)【另外或者替代地，正极接线柱216和负极接线柱218可以经由相应的母线(图2中未示出)耦合到BMS208】。因此，应当理解，电负载206可以位于电池组204的外部。二极管阵列234可以进一步耦合到正极接线柱216和负极接线柱218中的每一个，其中二极管阵列234中的每个二极管的阳极可以直接耦合到负极接线柱218，二极管阵列234中的每个二极管的阴极可以直接耦合到正极接线柱216。分流电阻器262可以进一步沿着将电池组204耦合到负极接线柱218的接地回线254定位。
切断电路210可以经由输入256a、控制输入256b和输出256c耦合到车辆电池***202中的其他部件。因而，控制输入256b处的电压相对于输出256c处的电压可以控制切断电路210的操作状态。例如，如果控制输入256b和输出256c两端的相对电压小于阈值操作电压，则切断电路210可以处于断开状态。相反，如果控制输入256b和输出256c两端的相对电压大于或等于阈值操作电压，则切断电路210可以处于导通状态。通过这种方式，切断电路210可以充当开关，以根据施加到控制输入256b的电压而选择性地允许电流从输入256a流到输出256c。
切断电路210可以包括FET中的一个或多个，诸如MOSFET或JFET、其他类型的晶体管，或者它们的组合。在一些示例中，切断电路210可以是单个MOSFET，诸如n沟道增强型MOSFET、p沟道增强型MOSFET等。在这样的示例中，输入256a可以是漏极端子，控制输入256b可以是栅极端子，输出256c可以是源极端子。因此，作为示例性实施方案，切断电路210的操作可以在下文中被描述为具有漏极端子256a、栅极端子256b和源极端子256c的MOSFET 210的操作。
具体地，MOSFET 210可以在零栅源电压(VGS)下处于断开状态。因此，将MOSFET 210切换到导通状态可取决于栅极端子256b处的电压(VG)相对于源极端子256c处的电压(VS)，即，VGS。如果VGS高于MOSFET210的Vth，则MOSFET 210可以从断开状态切换到导通状态。当处于导通状态时，MOSFET 210可以允许电流从漏极端子256a流到源极端子256c。相反，当处于断开状态时，MOSFET 210可以阻止或限制(例如，基本上限制)电流流过其中。
在电池操作期间，驱动器IC 212可以接收接通请求，并且可以输出VGS(大于Vth)以将MOSFET 210切换到导通状态。然而，在一些情况下，MOSFET 210可能在没有来自驱动器IC212的任何反馈的情况下意外地从断开状态切换到导通状态。例如，较高的电流或短路电压分布可能由反极性事件、车辆电池***202中的负电噪声等生成。
具体地，MOSFET 210的意外切换可能由会生成显著负VS的任何事件引起，因为负VS可能导致正VGS，如公式(1)所暗示的：
VGS＝VG-VS          (1)
仅作为一个示例，如果VG为零且VS为负值，则VGS为正值，并且如果VGS的正值大于Vth，则MOSFET 210可以接通。
因此，本文提供了一种用于在车辆电池***中的意外电压尖峰期间将MOSFET维持在断开状态的保护电路。例如，保护电路214可以被包括在BMS 208中以通过在短路或高电流情况期间耗散在车辆电池***202中积累的能量来保护MOSFET 210免于意外接通。因此，保护电路214可以通过维持VG和VS接近零或基本上为零来控制MOSFET 210的栅极端子256b和源极端子256c，使得VGS的幅度可以被维持在较低值并且不超过Vth。
对于不包括本文所述的反向偏压保护电路的电路，驱动器IC 212中包括的电荷泵处的电流可能泄放以补偿反向偏压状况期间MOSFET 210处的漏电流。因此，车辆电池***202可能失去电荷泵处的累积电荷，使得驱动器IC 212可能无法有效地向车辆电池***202的各个部分供应电流(例如，当实际接收到接通请求时无法接通MOSFET 210)。因此，当在MOSFET 210处突然生成负VS时，从电荷泵中汲取电流可能不期望地加剧。
相反，在本公开中，一旦检测到负VS高于阈值VS，保护电路214就阻止电荷泵泄放。具体地，如下面参考图3A详细讨论的，可以经由一对串联二极管在保护电路214中提供电流路径以允许电流流到MOSFET 210的栅极端子256b。
为了维持VGS小于Vth，保护电路214还可以包括布置在栅极端子256b与源极端子256c之间的可切换电流路径。可切换电流路径可以包括晶体管或开关装置，诸如BJT，其可以响应于检测到意外的负VS而维持降低MOSFET 210处的VGS以维持MOSFET 210处于断开状态。因此，通过减少电荷泵处的电流消耗并阻止MOSFET 210在没有任何接通请求的情况下接通，保护电路214可以降低BMS 208和电池组204中的一个或多个锂离子电池单元220的劣化，由此允许BMS 208继续预期的功能，诸如保护电池组204免于深度放电。
通过这种方式，BMS 208可以被配置为在切断电路210的输出256c处(例如，MOSFET210的源极端子256c处)检测到反向偏压电压时使电流流过保护电路214的可切换电流路径。BMS 208还可以被配置为响应于在切断电路210的输出256c处(例如，在MOSFET 210的源极端子256c处)不存在反向偏压电压而阻止电流通过可切换电流路径。
应当理解，尽管在图2中描绘了单个MOSFET 210，但是BMS 208可以包括MOSFET阵列。因此，本公开的各方面可以应用于MOSFET阵列中的每个MOSFET，使得可以保护MOSFET阵列中的每个MOSFET免于意外接通。
BMS 208还可以被启用以将MOSFET 210从先前请求的导通状态关断。例如，在短路事件期间，电压尖峰(例如，超过阈值电压的电压的幅度变化、大于电池组电压的电压等)可能导致电负载206部分旁路，从而生成过量电流，所述过量电流可以沿着正极电源线252传递到MOSFET210。因此，为了阻止过量电流使MOSFET 210劣化，可以施用电流检测电路232来检测过量电流，从而使得驱动器IC 212能够执行关断请求并断开MOSFET 210。
因此，在一个示例中，电流检测电路232可以在节点270处电耦合到正极电源线252。然而，应当理解，在其他示例中，电流检测电路232可以耦合到车辆电池***202的其他线路或部件，诸如接地回线254。电流检测电路232还可以经由驱动器IC 212包括的控制器272可通信地耦合到驱动器IC 212。电流检测电路232可以检测和获得通过节点270的电流的测量值，其中可以将测量值传输到驱动器IC 212。此时，控制器272可以生成驱动器IC212的开关请求。通过这种方式，BMS可以保护MOSFET和车辆电池***的其他部件免受可能由于短路事件导致的非期望电流的影响。
另外，可以降低即使MOSFET 210被关断也达到MOSFET 210的击穿电压的可能性。具体地，在电压尖峰之前或期间积累的较少能量可以被传递到MOSFET 210，使得MOSFET210不会进入雪崩模式，从而存在MOSFET 210劣化的风险。在BMS 208中，二极管阵列234可以提供用于耗散积累能量的低电阻路径。
具体地，二极管阵列234可以包括多个回扫或续流二极管，其中多个续流二极管中的每一个的阳极可以直接耦合到负极接线柱218，多个续流二极管中的每一个的阴极可以直接耦合到正极接线柱216。当MOSFET 210响应于短路事件而被关断时，此时正极接线柱216可能具有较低电势，使得负极接线柱218可能具有比正极接线柱216更高的电势。因此，当在电负载206处积累的过量电流沿着接地回线254传递到负极接线柱218时，在正极接线柱216与负极接线柱218之间生成的电势差可以消耗二极管阵列234两端的电流。由于在将MOSFET 210关断时生成的电位差，应当理解，电流可以在MOSFET 210关断之后基本上立即开始流过二极管阵列234。具体地，多个续流二极管的特征可以在于快速的正向响应时间，从而导致低电阻路径。如图所示，可以施用分流电阻器262以进一步引导电流流经由二极管阵列234提供的低电阻路径。
由于保护电路214可以将MOSFET 210维持为断开，因此传递经过二极管阵列234的电流可以进一步传递通过电负载206以在负极接线柱218处再次被接收。通过这种方式，过量电流可以循环经过电负载和二极管阵列中的每一个。随着电流循环，能量可以(例如，经由热量)从车辆电池***202耗散，直到(逐渐衰减的感应)电流降低到可由MOSFET 210管理的阈值电流以下。此后，驱动器IC 212可以响应于由控制器272、外部控制器或车辆电池***202的操作员生成的接通请求而再次接通MOSFET 210。然而，应当理解，只要MOSFET 210被关断，由二极管阵列234提供的低电阻路径就可以允许电流循环经过该低电阻路径。即，在一些示例中，只要MOSFET 210被关断，低电阻路径就可以循环和消耗高达1700A的电流。例如，当车辆电池***202按预期断电时，低电阻路径可以循环并消耗200A至300A的电流，并且在短路事件期间和之后循环并消耗大于1000A的电流。通过这种方式，无论BMS是响应于操作员请求还是短路事件而关断MOSFET，在车辆电池***断电时，二极管阵列可以重定向和耗散积累的能量。
现在参考图3A，示出了描绘包括在BMS 308中的反向偏压保护电路314的一个示例的电路***的示意图300。在一些示例中，参考图3A描述的一个或多个部件可以被替换到上面参考图2描述的车辆电池***202中。例如，图2的BMS 208和图3A的BMS 308可以是相同的或等效的电路。图3A的电路中的部件编号与它们结合于图3A中一致。
如图3A所示，BMS 308还可以包括切断电路310(例如，MOSFET或其他已知晶体管)和驱动器IC 312，它们各自耦合到反向偏压保护电路314。MOSFET 310可以包括漏极端子356a(输入)、栅极端子356b(控制输入，其可以控制MOSFET 310的操作状态)和源极端子356c(输出)。漏极端子或输入356a可以经由正极电源线352直接耦合到电池组(图3A中未示出)的正极端子。栅极端子或控制输入356b可以通过反向偏压保护电路314耦合到驱动器IC312。源极端子或输出356c可以直接耦合到反向偏压保护电路314。源极端子356c还可以直接耦合到正极电池输出端子316(本文也称为正极端子316)，并且正极端子316直接耦合到(外部)电负载306。电负载306也可以经由接地回线354直接耦合到电池组的负电池输出端子。应当理解，电负载306可以位于电池组外部(即，电负载306可以不是电池组的一部分)。如图进一步所示，两个或更多个电导体或导线的各种接头可以分别由节点370a、370b、370c、370d、370e、370f、370g、370h、370i、370j和370k表示。如下文所述，虚线方向箭头382描绘了在正常电路操作期间MOSFET 310的预期接通期间的示例性电流流动。即，方向箭头382描绘了在正极端子316处不存在反向偏压时当MOSFET 310处于导通状态并且反向偏压保护电路314的低漏电流晶体管358处于断开状态时的示例性电流流动。
MOSFET 310还可以包括体二极管356d。在一些情况下，例如，在反极性事件期间或者当电池***中已经累积了显著的负电噪声并且反向偏压保护电路314不存在时，当MOSFET 310处于断开状态时，可以在体二极管356d两端施加反向偏压电压。然后可以触发体二极管356d，从而意外地将MOSFET 310从断开状态切换到导通状态。
在施加反向偏压电压并且不存在反向偏压保护电路314的此类事件期间，电池***中可能会形成较高的电流分布。因此，可能积累大量能量，并且所积累的能量可以经由电池***中的最弱(即，阻力最小)通道耗散。例如，在没有反向偏压保护电路314的情况下，较高电流可能通过体二极管356d到达接地，因此使MOSFET 310过载。因此，本文提供反向偏压保护电路314以用于控制这种高电流。如下文详细讨论的并且如上面参考图2所例示的，反向偏压保护电路314可以通过将MOSFET 310的VG和VS中的每一个维持接近或基本上处于0V来保护MOSFET 310免受反向偏压电压的影响。因此，虚线方向箭头384描绘在反向偏压电压状况期间的示例性电流流动，其中电流可以被重定向通过反向偏压保护电路314，如下文所述。即，方向箭头384描绘了当MOSFET 310处于断开状态并且反向偏压保护电路314的低漏电流晶体管358处于导通状态时的示例性电流流动。因此，电流路径被示为从接地366开始，并且该电流路径通过二极管364a和364b、通过电阻器362a和362b、通过二极管364d、通过电阻器362c、通过晶体管358、通过节点370e，并在电负载306处结束。
如图所示，驱动器IC 312可以被设置有三个管脚368a、368b和368c，使得可以改变其输出的时序。具体地，管脚368a可以用于接通MOSFET310，管脚368b可以用于关断MOSFET310，管脚368c可以用作用于控制MOSFET 310的VGS的参考管脚。因而，管脚368a可以提供可被输送到MOSFET 310的栅极端子356b以将MOSFET 310接通的电压(例如，5V)，管脚368b可以将VG拉至接地，管脚368c可以耦合到MOSFET 310的源极端子356c以参考VS。在一些示例中，管脚368a的开关机构可能比368b的开关机构慢。即，耦合在管脚368a与MOSFET 310之间的电阻器362a的电阻可以高于耦合在管脚368b与MOSFET 310之间的电阻器362b的电阻。
在没有反向偏压保护电路314的情况下，当施加显著的负VS时，VGS可以增加到高于MOSFET 310的Vth的正值。然而，反向偏压保护电路314可以通过将VG和VS维持接近或基本上处于0V来保护MOSFET 310，由此维持MOSFET 310的断开状态。可以提供反向偏压保护电路314的两个主要特征来保护BMS 308的各种部件，由此保护整个电池***的各种部件：二极管364a、364b和364f从接地366馈送电流，以及低漏电流晶体管358将MOSFET 310的VGS维持在Vth以下(如方向箭头384所示)。
例如，当施加反向偏压电压时，二极管364f可以阻止过量电流经由耦合在管脚368c与MOSFET 310的源极端子356c之间的电阻器362g从所述管脚汲取到所述源极端子。具体地，电流可以替代地经由二极管364f从接地366馈送，如方向箭头384所示。如图所示，在一些示例中，二极管364f可以是肖特基二极管，因为肖特基二极管可以具有相对较低的正向电压降，使得二极管364f可以更接近接地366。此外，当MOSFET310被可控地切换到导通状态时，将二极管364f配置为如图所示定向可以阻止电流流回接地366。另外，电阻器362f和362g可以并联设置以限制来自管脚368c的电流，从而当检测到负VS时维持管脚368c的电压接近零并且在预期的电池操作期间维持所述电压接近参考值。当MOSFET 310断开时，由于电负载306的电感特征，电流可以继续通过正极端子316流到电负载306。因此，节点370j可以具有负电压。为了维持电流流到电负载306并且不从管脚368c汲取电流，提供二极管364f和节点370i以形成新的电路路径以向电负载306提供电流。
类似地，如图进一步所示，二极管364a和364b可以串联耦合，以阻止经由耦合在驱动器IC 312内的电荷泵320与MOSFET 310的栅极端子356b之间的管脚368a和电阻器362a从所述电荷泵向所述栅极端子汲取过量电流。具体地，当意外检测到负VS时，电流可以替代地经由二极管364a和364b从接地366馈入，如方向箭头384所示。因而，二极管364a和364b可以是低漏电流二极管，从而在意外的电池操作期间提供低漏电流。通过这种方式，可以保护驱动器IC 312对电池***的可控性，进而保护BMS 308。此外，当电荷泵320响应于驱动器IC312处的接通请求而提供电流时，将二极管364a和364b配置为如图所示定向可以阻止电流流回接地366，如方向箭头382所示。
在一些示例中，如图进一步所示，驱动器IC 312可通信地耦合到控制器372，所述控制器可以将机器可读指令存储在非暂时性存储装置上，所述机器可读指令可由控制器372执行以启用BMS 308的各种功能，诸如接收和传输开关请求、监测电池***等。应当理解，尽管控制器372在图3A中被描绘为包括在驱动器IC 312内，但是在其他示例中，控制器372可以定位于驱动器IC 312的外部。
当在MOSFET 310的源极端子356c处检测到反向偏压电压(即，负VS)时，所生成的电流可以通过二极管364f(例如，经由电阻器362f)从接地366向节点370f和低漏电流晶体管358馈送。在一些示例中，二极管364e可以是齐纳二极管或瞬态电压抑制(TVS)二极管，使得二极管364e可以将其两端的电压钳位在设定值，诸如8.5V。
在一些示例中，低漏电流晶体管358可以是BJT，其包括输入(例如，集电极)端子360a、控制输入(例如，基极)端子360b和输出(例如，发射极)端子360c。可以经由二极管364e在节点370f处生成相对于源极电压VS大约8.5伏的电压，该电压可以经由通过电阻器362e和362d形成的分压器降低，从而允许电流流入基极端子360b，由此将晶体管358从断开状态切换到导通状态。
如图所示，二极管364e的阳极可以耦合到发射极端子360c，二极管364e的阴极可以直接耦合到节点370f。因而，二极管364e的阳极可以具有比发射极端子360c更高的电压，并且二极管364e可以用于稳定低漏电流晶体管358的基极-发射极电压(VBE)。
因此，当意外生成负VS时，低漏电流晶体管358可以经由负VS接通，从而增加其VBE。因此，低漏电流晶体管358可以被认为是允许电流如方向箭头384所示从二极管364a和364b流向源极端子356c的开关。电流可以通过电阻器362a流到电阻器362b，然后流到二极管364d，然后流到电阻器362c，然后流过晶体管358，之后到达直接耦合到源极端子356c的节点370k。电流允许VG接近VS，由此阻止MOSFET 310接通。
具体地，一旦低漏电流晶体管358导通，MOSFET 310的VG就可以被快速地拉低至低漏电流晶体管358的发射极电压(VE)。由于发射极端子360c可以耦合到MOSFET 310的源极端子356c，因此MOSFET 310的VGS可以经由低漏电流晶体管358的VCE来维持。因此，当集电极端子360a和发射极端子360c两端的VCE下降到例如小于1V时，VGS可以维持在小于Vth的值，并且MOSFET 310可以保持在断开状态。
另一方面，在预期的电池操作期间，低漏电流晶体管358可以被关断，并且管脚368a可以供应电压以提高MOSFET 310的VG，从而将MOSFET 310接通。当MOSFET 310接通时，电流可以从漏极端子356a流到源极端子356c并流到电负载306。MOSFET 310可以经由管脚368b关断。当MOSFET 310被切换到导通时，可以阻止电流从漏极端子356a流到源极端子356c。通过这种方式，包括低漏电流晶体管358的可切换电流路径可以电耦合到MOSFET310，所述可切换电流路径布置在MOSFET 310的栅极端子356b与MOSFET 310的源极端子356c之间。
在一些示例中，二极管364c和364d可以进一步被提供作为阻流二极管，以维持电流分别经由管脚368b流向驱动器IC 312和经由电阻器362c流向低漏电流晶体管358的方向。因此，如图所示，当MOSFET 310被可控地关断时，二极管364c可以定向在电流经由管脚368b传递到驱动器IC312的期望方向上，二极管364d可以定向在电流经由电阻器362c传递到低漏电流晶体管358的期望方向上，以保护MOSFET 310免受传递到源极端子356c的意外反向偏压电压的影响。在一个示例中，二极管364c和364d中的每一个可以是具有相对较低的正向电压降的二极管，诸如肖特基二极管。
通过这种方式，电流可以响应于负VS施加到节点370e而从耦合到MOSFET 310的栅极端子356b的节点370b和370c流到耦合到MOSFET 310的源极端子356c的节点370d和370e，而跨栅极端子356b流到源极端子356c的电流被阻止。因此，源极端子356c处的负电压可以阻止MOSFET 310接通。这种电流可以通过激活设置在节点370b和370c与节点370d和370e之间的低漏电流晶体管358来实现。在一些示例中，电流可以从接地366通过二极管364a和364b流到节点370b和370c。然而，响应于没有向节点370e施加负VS，电流可能无法从节点370b和370c流到节点370d和370e。
在一些示例中，即使接收到接通请求，由示意图300描绘的电路***也可以在车辆电池***中施用以阻止MOSFET 310接通。作为一个示例，MOSFET 310可以是布置成阵列的多个MOSFET中的一个。MOSFET 310中的一个可以电耦合到电池组中的多个锂离子电池单元中的一个。在一些示例中，当接收到接通请求时，锂离子电池单元的一部分可以用于向车辆电池***提供电力，并且剩余部分可以通过反向偏压保护电路314保持断开。
如方向箭头382和384所示，响应于负VS施加到节点370e，无论MOSFET 310是接通还是关断，电流都可以沿着线路394经过正极端子316和电负载306中的每一个传递到接地回线354，从该接地回线，电流可以沿着线路386循环返回。如下面参考图3B进一步描述的，接地回线354和线路386中的每一个可以耦合到二极管阵列。具体地，二极管阵列可以与电负载306一起形成短路保护电路，当MOSFET 310由反向偏压保护电路314维持断开时，所述短路保护电路可以使车辆电池***中的积累电流循环并耗散。
现在参考图3B，示出了描绘短路保护电路390的一个示例的电路***的示意图350。应当理解，短路保护电路390的部件可以包括在上面参考图3A描述的BMS 308中或耦合到BMS 308。因此，在一些示例中，参考图3B描述的一个或多个部件可以被替换到上面参考图2描述的车辆电池***中。图3B的电路中的部件编号与它们结合于图3B中一致。
如图3B中所示，短路保护电路390可以包括二极管阵列334。二极管阵列334可以是并联布置的回扫或续流二极管阵列。如图所示，二极管阵列334中的所有二极管的阳极可以直接耦合在一起，二极管阵列334中的所有二极管的阴极可以直接耦合在一起。尽管在示意图350中示出四个单独的二极管包括在二极管阵列334内，但是应当理解，图3B描绘了示例性实施方案，并且应当被理解为非限制性的。因此，二极管阵列334中的二极管总数可以小于、等于或大于四。
以电感374a和电阻362h为特征的电负载306可以经由正极电池输出端子316和负极电池输出端子318(在本文中也被称为负极端子318)耦合到二极管阵列。具体地，二极管阵列334可以经由线路386电耦合到正极端子316并且经由线路388电耦合到负极端子318。此外，电负载306可以经由线路392耦合到正极端子316并且经由接地回线354耦合到负极端子318，使得短路保护电路390可以形成在二极管阵列334与电负载306之间。
虚线方向箭头396描绘了在正常电路操作期间在MOSFET 310(上面参考图3A描述)预期接通之后的示例性电流流动。具体地，电流可以从MOSFET 310的源极端子356c(上面参考图3A描述)经由线路394流到正极端子316，电流可以从正极端子316流经电负载306以向电池供电***供电。电流可以从电负载306沿着接地回线354从电负载306流到负极端子318，然后继续流到电池组(图3B中未示出)。通过这种方式，在正常电路操作期间，电池组、MOSFET和电负载之间可以形成闭合电路。
虚线方向箭头398描绘了短路状况期间的示例性电流流动，其中MOSFET 310(上面参考图3A描述)断开或关断。在这样的状况期间，电流可能无法流到电池组，而是可能循环经过电负载306和二极管阵列334。即，方向箭头398描绘了当MOSFET 310由反向偏压保护电路314(上面参考图3A描述)维持在断开状态时的电流流动。电流可以从反向偏压保护电路314经由线路394流到正极端子316，电流可以从正极端子316流到电负载306。具体地，电流可以从接地366流到在正极端子316处形成的较低电压。当MOSFET 310断开时可以生成较低的电压。例如，当MOSFET 310断开以使电流停止流到电负载306时，电感374a试图经由在MOSFET 310闭合或导通时感应与正极端子316和负极端子318的电压极性相反的电压来维持电流流动。电流可以从电负载306沿着接地回线354流到负极端子318。
因为电负载306的电感374a试图经由感应极性相反的电压来维持电流流动，所以二极管阵列334变为正向偏压，由此允许电流从负极端子318流到正极端子316。因此，响应于短路状况，可以由二极管阵列334提供低电阻路径，其可以使过量电流在电负载306内再循环。通过这种方式，通过将MOSFET的源极端子耦合到包括续流二极管阵列、正极端子、电负载和负极端子的短路保护电路，可以保护MOSFET免于劣化(例如，由于在MOSFET在断开状态下导通时进入雪崩模式)，因为过量电流可能被短路保护电路重定向。
如图进一步所示，线路386、388可以分别以寄生电感374b、374c为特征。如下面参考图6详细描述的，寄生电感374b、374c可以经由分别将正极端子316耦合到线路386和将负极端子318耦合到线路388的母线(图3B中未示出)至少部分地降低。因此，通过经由母线减少寄生电感374b、374c，电流可以更容易地沿着方向箭头398并经过二极管阵列334重定向。在一些示例中，分流电阻器(未在图3B中示出)可以进一步沿着接地回线354设置在电池组与负极端子318之间，以进一步帮助电流沿着方向箭头398并经过二极管阵列334重定向。
现在参考图4，示出了描绘用于向电池切断电路提供反向偏压和短路保护的方法400的流程图。反向偏压和短路保护可以经由图2至图3B所示的电路***来提供。通常，在车辆电池***中施加反向偏压电压期间，诸如由于意外的反极性事件或累积的负电噪声，切断电路可能处于意外接通的风险中。在切断电路是MOSFET的特定示例中，如果MOSFET的VGS(例如，经由足够的负VS)增加到MOSFET的Vth以上，则MOSFET可能会意外接通，从而潜在地放电并使车辆电池***劣化。此外，即使MOSFET被关断，如果由于短路状况而达到MOSFET的击穿电压并且MOSFET可能进入雪崩模式，则MOSFET仍可能导通，从而潜在地使MOSFET劣化并由此使车辆电池***劣化。因此，本文提供的方法可以检测短路状况，将MOSFET关断，确认MOSFET通过使电流流过反向偏压保护电路而断开，并且通过短路保护电路耗散积累的能量。
下面关于图1A至图3B中描绘的***和部件描述了方法400。例如，在一些示例中，方法400可以在图2的BMS 208或图3A(和图3B)的BMS 308中实施。在这样的示例中，方法400的步骤或其一部分可以表示在物理世界中经由硬件装置(诸如BMS 208或BMS 308的一个或多个部件)采取的动作。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，方法400可以用其他***和部件来实施。还应当理解，参考方法400讨论的各个步骤可以在本公开的范围内添加、移除、替换或互换。
方法400可以开始于图4的402处，其中方法400可以包括对在正极电池端子处检测到反向偏压电压或对切断电路的意外接通作出响应。如果未检测到反向偏压电压或意外接通，则可以进行期望的电池操作。具体地，方法400可以前进到404，其中方法400可以包括确定是在驱动器IC处还是在耦合到驱动器IC的控制器处接收到接通请求。具体地，接通请求可以是用于将BMS的切断电路从断开状态切换到导通状态的命令。如果未接收到接通请求，则方法400可以返回到402。
如果接收到接通请求，则方法400可以前进到406，其中方法400可以包括通过接通BMS的切断电路和闭合车辆电池***的电池电路来接通电池组以向车辆供电。具体地，正极电源线可以将来自电池组的电力提供给车辆的(外部)电负载。然而，应当理解，即使接收到接通请求，例如当车辆电池***中积累负电噪声时，反向偏压保护电路也可以降低车辆电池***的劣化。
在408处，方法400可以包括确定由BMS的电流检测电路检测到的电流是否大于阈值电流。在一些示例中，可以选择阈值电流以维持切断电路的预期寿命。具体地，阈值电流可以小于或等于切断电路可在不对切断电路造成过度劣化(例如，超出在切断电路的整个寿命期间由于正常电池操作导致的预期劣化的劣化)的情况下管理的最大电流。在一些示例中，电流可以是沿着电池组与切断电路之间的正极电源线流动的第一电流。
如果检测到的电流被确定为小于或等于阈值电流，则方法400可以前进到410以维持车辆电池***的当前操作状况。具体地，车辆电池***可以继续向车辆提供电力，直到接收到关断请求。方法400然后可以结束。
如果在408处检测到的电流被确定为大于阈值电流，或者如果在402处检测到反向偏压电压或意外接通，则可以进行电池操作保护。具体地，反向偏压保护电路可以阻止切断电路将电池单元耦合到电负载，由此降低车辆电池***的劣化。此外，短路保护电路可以循环并耗散外部负载上的积累能量，以通过阻止切断电路达到击穿电压来进一步降低车辆电池***的劣化。
方法400可以前进到412，其中方法400可以包括经由反向偏压保护电路中的低漏电流晶体管向切断电路的输出馈送电流(例如，来自接地的第二电流)。在一些示例中，低漏电流晶体管可以是BJT，并且切断电路可以是MOSFET，使得BJT的集电极端子可以耦合到MOSFET的栅极端子(控制输入)并且BJT的发射极端子可以耦合到MOSFET的源极端子(输出)。低漏电流晶体管的发射极端子可以进一步耦合到齐纳二极管的阳极，低漏电流晶体管的基极端子可以耦合到齐纳二极管的阴极。在其他示例中，可以采用TVS二极管。
在414处，方法400可以包括经由齐纳二极管增加低漏电流晶体管的VBE以接通低漏电流晶体管。此外，通过将齐纳二极管的阴极和阳极分别耦合到低漏电流晶体管的基极端子和发射极端子，可以将VBE钳位到设定值，例如小于8.5V。
在416处，方法400可以包括经由减小低漏电流晶体管的VCE来将切断电路维持在断开状态。具体地，一旦低漏电流晶体管接通，集电极端子与发射极端子两端的电压(即，VCE)可能会降低到低值并维持处于低值，例如小于1V。因此，通过将切断电路的控制输入耦合到低漏电流晶体管的集电极端子并将切断电路的输出耦合到低漏电流晶体管的发射极端子，可以相应地维持切断电路的控制输入与切断电路的输出之间的电压差。在切断电路是MOSFET的示例中，MOSFET的栅极端子可以耦合到低漏电流晶体管的集电极端子，MOSFET的源极端子可以耦合到低漏电流晶体管的发射极端子。VGS可以经由激活晶体管来维持。通过这种方式，VGS可以维持在MOSFET的Vth以下，使得MOSFET可以维持在断开状态。
在418处，方法400可以包括使电流(例如，第一电流和第二电流中的每一个)循环经过外部负载和短路保护电路中的二极管阵列。具体地，低漏电流晶体管的发射极端子还可以耦合到二极管阵列，其中二极管阵列可以包括多个回扫或续流二极管，以提供用于将电流重定向离开MOSFET的漏极端子的低电阻路径。
在420处，方法400可以包括确定是否已经耗散过量电流。在一个示例中，过量电流可以是车辆电池***中超过阈值电流的电流量。如果过量电流没有被耗散，则方法400可以返回到418。如果过量电流已被耗散，则方法400可以返回到402。应当理解，即使过量电流已经被耗散，电流也可能继续循环经过外部负载和二极管阵列，直到接收到接通请求(例如，在404处)。
现在参考图5A，示出了描绘图1A至图3B的车辆电池***的第一示例性操作序列和第二示例性操作序列的时间线500。具体地，车辆电池***可以被配置有耦合到一个或多个保护电路的一个或多个切断电路，诸如一个或多个MOSFET。给定的切断电路可以响应于由车辆电池***接收到的接通请求而接通，这可以允许电流流过给定的切断电路以向可以施用车辆电池***的车辆供电。然而，在一些示例中，当反向偏压电压被施加到给定的切断电路的输出时，给定的切断电路可能处于断开状态。在这样的示例中，耦合到给定的切断电路的保护电路可以包括低漏电流晶体管，诸如双极结型晶体管(BJT)。当接通时，低漏电流晶体管可以被配置为维持施加在给定的切断电路的控制输入和输出两端的电压，使得给定的切断电路不会被意外地接通。通过这种方式，保护电路可以通过降低切断电路***意外激活的可能性来降低车辆电池***的劣化。在一些示例中，车辆电池***可以包括上面分别参考图2和图3A描述的BMS 208或BMS 308。
时间线500在实线曲线501和503处描绘了切断电路状态，在实线曲线511和513处描绘了施加到切断电路的输出(例如，源极)的电压，在实线曲线521和523处描绘了切断电路的控制输入和输出之间的电压差，在实线曲线531和533处描绘了低漏电流晶体管状态，在实线曲线541和543处描绘了低漏电流晶体管的VBE，并且在实线曲线551和553处描绘了低漏电流晶体管的VCE。另外，虚线曲线522和524表示施加在控制输入和输出两端的电压的第一阈值电压，此时，切断电路状态可以在断开状态与导通状态之间切换。应当理解，当切断电路包括MOSFET时，施加到输出的电压(曲线511和513)可以是MOSFET的VS，控制输入和输出两端的电压差(曲线521和523)可以是MOSFET的VGS，并且第一阈值电压(曲线522和524)可以是MOSFET的Vth。
所有曲线都随时间描绘并沿横坐标绘制，其中时间从横坐标的左到右增加。此外，由上面讨论的每条曲线表示的因变量沿着相应的纵坐标绘制，其中因变量从给定纵坐标的底部到顶部增加(除非另有说明或示出)。
在t1处，车辆电池***的第一示例性操作序列可以开始。在t1与t2之间，切断电路状态(曲线501)和低漏电流晶体管状态(曲线531)中的每一个可以是断开状态。在t2处，例如，由于反向偏压电压状况，可以在切断电路的输出(曲线511)处检测到负电压。响应于在输出处检测到负电压，可以将电流重定向到耦合到低漏电流晶体管的齐纳二极管(或TVS二极管)。
在t3处，低漏电流晶体管可以从断开状态切换到导通状态(曲线531)。电流因此可以流过低漏电流晶体管而不是切断电路，因为低漏电流晶体管可以耦合到电阻比切断电路低的电流路径。
因此，在t3之后，VCE可以从第一值显著降低到第二值，然后维持在第二值(曲线551)。例如，VCE可以从约12V降低到小于1V(例如，接近或基本上等于0V)，然后维持在该值。此外，VBE可能在小于由齐纳二极管钳位的值处增加并趋于平稳(曲线541)。例如，VBE可以增加到约0.7V。此外，在与所描绘示例相对应的车辆电池***中，切断电路的控制输入可以耦合到低漏电流晶体管的集电极端子，切断电路的输出可以耦合到低漏电流晶体管的发射极端子。因此，可以维持控制输入和输出两端的电压差(曲线521)，例如，小于第一阈值电压(曲线522)。例如，控制输入和输出两端的电压差可以相应地维持在小于1V(例如，接近或基本上为0V)。通过这种方式，保护电路可以阻止控制输入和输出两端的电压差达到第一阈值电压，使得切断电路可以保持在断开状态(曲线501)。在t3与t4之间，延长的时间间隔由横坐标中的中断指示，在此期间，切断电路的输出处的负电压的原因(诸如反向偏压电压状况)可以结束。
在t4处，车辆电池***的第二示例性操作序列可以开始。因此，在t4与t5之间，切断电路状态(曲线503)和低漏电流晶体管状态(曲线533)中的每一个都可以为断开状态。
在t5处，车辆电池***可以接收到针对切断电路的接通请求，并且可以将电压施加到切断电路的控制输入。因此，在t5与t6之间，切断电路的控制输入和切断电路的输出两端的电压差可能增加(曲线523)，直到在t6处达到第一阈值电压(曲线524)并且切断电路从断开状态切换到导通状态。控制输入和输出两端的电压差可能继续增加到恒定电压值。相应地，在t6之后，施加到切断电路的输出的电压可以增加到恒定(正)电压值(曲线513)。
在第二示例性操作序列期间，低漏电流晶体管的VBE和VCE中的每一个保持在接近或基本上处于0V的恒定电压值(分别为曲线543和553)。因此，在第二示例性操作序列期间VBE没有达到第二阈值电压(曲线544)，并且低漏电流晶体管保持处于断开状态(曲线533)。通过这种方式，在一些示例中，保护电路可以不响应于车辆电池***接收到对切断电路的接通请求而被激活。
现在参考图5B，示出了描绘图1A至图3B的车辆电池***的第三示例性操作序列的时间线550。具体地，车辆电池***可以被配置有耦合到一个或多个保护电路的一个或多个切断电路，诸如一个或多个MOSFET。给定的切断电路可以响应于由车辆电池***接收到的接通请求而接通，这可以允许电流流过给定的切断电路以向可以施用车辆电池***的车辆供电。然而，在一些示例中，给定的切断电路可以响应于检测到短路状况而被切换到断开状态。在这样的示例中，耦合到给定的切断电路的保护电路可以包括低漏电流晶体管，诸如BJT。当接通时，低漏电流晶体管可以被配置为减小并维持施加在给定的切断电路的控制输入和输出处的电压，使得给定的切断电路不会被意外地接通。保护电路还可以包括耦合到低漏电流晶体管和外部负载中的每一个的二极管阵列，诸如回扫或续流二极管阵列。通过这种方式，保护电路可以通过使二极管阵列和外部负载两端的电流循环和耗散同时将切断电路维持在断开状态来降低短路状况期间车辆电池***的劣化。在一些示例中，车辆电池***可以包括上面参考图2描述的BMS 208或上面参考图3A(和图3B)描述的BMS 308。
时间线550在实线曲线506处描绘了切断电路状态，在实线曲线566处描绘了由BMS检测到的电流，在实线曲线576处描绘了切断电路的输入和输出之间的电压差，在实线曲线586处描绘了二极管阵列两端的电压差(即，续流二极管阵列的阴极和阳极之间的电压差)，在实线曲线536处描绘了低漏电流晶体管状态，在实线曲线546处描绘了低漏电流晶体管的VBE，并且在实线曲线556处描绘了低漏电流晶体管的VCE。另外，虚线曲线567表示阈值电流，在所述阈值电流处可以为切断电路生成关断，并且虚线曲线577表示切断电路的击穿电压，在所述击穿电压之上，切断电路可能进入雪崩模式。应当理解，当切断电路包括MOSFET时，输入和输出两端的电压差(曲线576)可以是MOSFET的漏源电压(VDS)。
所有曲线都随时间描绘并沿横坐标绘制，其中时间从横坐标的左到右增加。此外，由上面讨论的每条曲线表示的因变量沿着相应的纵坐标绘制，其中因变量从给定纵坐标的底部到顶部增加(除非另有说明或示出)。
在t7处，车辆电池***的第三示例性操作序列可以开始。在t7与t8之间，切断电路状态(曲线506)可以为导通状态并且低漏电流晶体管状态(曲线536)可以为断开状态。恰好在t8之前，由于车辆电池***中的短路状况，检测到的电流(曲线566)可能朝向阈值电流(曲线567)增加。伴随而来的是，切断电路的输入和输出两端的电压差(曲线576)可能会增加。
响应于检测到的电流(曲线566)达到阈值电流(曲线567)，在t8处，切断电路可以从导通状态切换到断开状态(曲线506)以阻止电流流经该切断电路并降低检测到的电流。此外，响应于切断电路关断，电流可以从接地重定向到耦合到低漏电流晶体管的齐纳二极管(或TVS二极管)。
如在t8处进一步所示，二极管阵列两端的电压差可能减小并下降到0V以下(曲线586)，从而使得二极管阵列提供电阻低于切断电路的第一电流路径。因此，由于短路状况而积累在车辆电池***中的过量电流可能被重定向到第一电流路径。通过这种方式，在切断电路被关断之后，电流可以在二极管阵列和耦合到该二极管阵列的外部负载两端循环和耗散。
在t9处，低漏电流晶体管可以从断开状态切换到导通状态(曲线536)。因为低漏电流晶体管可以耦合到电阻比切断电路低的第二电流路径，因此电流可以流过低漏电流晶体管而不流过切断电路。然后电流可以继续从低漏电流晶体管流到二极管阵列。
在t9之后，VCE可显著降低(曲线556)，例如，从约12V降低到小于1V、接近0V或基本上为0V。此外，VBE可增加并在由齐纳二极管钳位的值处趋于平稳(曲线546)。例如，VBE可以增加到约0.7V。此外，在与所描绘示例相对应的车辆电池***中，切断电路的控制输入可以耦合到低漏电流晶体管的集电极端子，切断电路的输出可以耦合到低漏电流晶体管的发射极端子。相应地，控制输入和输出两端的电压差可能在幅度上减小到小于1V、接近0V或基本为0V。通过这种方式，保护电路可以阻止控制输入和输出两端的电压差达到第一阈值电压，使得切断电路可以保持在断开状态(曲线506)。
此外，由于由二极管阵列和外部负载提供的电流重定向和耗散，切断电路的输入和输出两端的电压差(曲线576)可能趋于平稳。另外，由于切断电路处于断开状态(曲线506)，因此二极管阵列两端的电压差(曲线586)也可能在正值处趋于平稳(尽管电流可能继续从低漏电流晶体管流到二极管)。具体地，因为通过经由第二电流路径将电流重定向到低漏电流晶体管而使切断电路维持断开，并且通过经由第一电流路径将电流重定向到二极管阵列而将切断电路的输入和输出两端的电压差维持在击穿电压(曲线577)以下，所以来自电池组的附加电流被限制(例如，基本上限制)流经切断电路，并且二极管阵列两端的电压差稳定。通过这种方式，保护电路可以阻止切断电路的输入和输出两端的电压差达到击穿电压，由此阻止切断电路在关断时进入雪崩模式。
现在参考图6，示出了描绘印刷电路板组件(PCBA)624的示意图600。PCBA 624可以包括印刷电路板(PCB)626，所述PCB 626具有被印刷、焊接或以其他方式固定在其上的各种电子部件。在一个示例中，PCBA 624可以实现BMS，诸如上面参考图2描述的BMS 208或上面参考图3A(和图3B)描述的BMS 308。因而，PCBA 624可以包括可操作以监测电池***的各种电路和电子部件。例如，PCBA 624可以包括由MOSFET 610的阵列形成的切断电路，其中MOSFET 610的输入和输出可以分别耦合到第一母线628a和第二母线628b。PCBA 602还可以包括回扫或续流二极管634的阵列，其中续流二极管634的阴极和阳极可以分别耦合到第二母线628b和第三母线628c。还应当理解，附加的电子部件可以被印刷、焊接或以其他方式固定在PCB 626的与图6中描绘的PCB 626的一侧相对的一侧。作为非限制性示例，续流二极管634的阵列可以包括位于PCB 626的一侧的两个续流二极管(如图6所示)和位于PCB 626的相对侧的两个续流二极管(图6中未示出)。
如图所示，母线628a、628b、628c可以分别包括耦合器630a、630b、620c。耦合器630a、630b、630c可以独立地被配置为将母线628a、628b、628c(直接或经由电导体)耦合到电池***的电池端子(例如，电极接线片、接线柱等，图6中未示出)。作为第一示例，第一母线628a可以经由耦合器630a将电池组的正极电源线耦合到MOSFET 610的阵列的输入。作为第二示例，第二母线628b可以经由耦合器630b将正极接线柱耦合到MOSFET 610的阵列的输出中的每一个和续流二极管634的阵列的阴极中的每一个。作为第三示例，第三母线628c可以经由耦合器630c将负极接线柱耦合到续流二极管634的阵列的阳极中的每一个。第一母线628a和第二母线628b中的每一个可以耦合到MOSFET 610的阵列中的一个或多个MOSFET610，使得当一个或多个MOSFET 610被接通时，给定的一对电池端子之间的电路可以闭合。
母线628a、628b、628c还可以分别包括管脚636a、636b、636c。管脚636a、636b、636c可以分别将母线628a、628b、628c耦合到PCBA 624中包括的各种电子部件。作为第一示例，管脚636a可以独立地将第一母线628a直接耦合到MOSFET 610的阵列的输入中的每一个。作为第二示例，管脚636b可以独立地将第二母线628b直接耦合到MOSFET 610的阵列的输出中的每一个和续流二极管634的阵列的阴极。作为第三示例，管脚636c可以独立地将第三母线628c直接耦合到续流二极管634的阵列的阳极中的每一个。管脚636a、636b、636c还可以用作分流器以分配电流并且可以分别使母线628a、628b、628c在结构上稳定。
虚线方向箭头696描绘了当切断电路处于导通状态时的示例性电流流动。具体地，如方向箭头696所示，BMS可以被配置为当切断电路处于导通状态时使电流从第一母线628a依次流到第二母线628b，再流到第三母线628c，使得电流可以经过电负载引导到电池组，而不是被引导到续流二极管634的阵列。
此外，虚线方向箭头698描绘了当切断电路处于断开状态时的示例性电流流动。具体地，如方向箭头698所示，BMS可以被配置为当切断电路处于断开状态时使电流从第三母线826c流到第二母线628b，使得电流可以被重定向经过续流二极管634的阵列。
母线628a、628b、628c可以被进一步配置为减少电池***中存在的寄生电感。作为第一示例，第一母线628a可以被配置为减少电池组与MOSFET 610的阵列之间的寄生电感。作为第二示例，第二母线628b可以被配置为减小续流二极管634的阵列的阴极与正极接线柱之间的寄生电感。作为第三示例，第三母线628c可以被配置为减小续流二极管634的阵列的阳极与负极接线柱之间的寄生电感。通过这种方式，电池***可以包括多条母线以用于在电池***的预期和非预期操作期间重定向和分配电流。
因此，提供了一种车辆电池***，所述车辆电池***包括电池组，所述电池组耦合到电池管理***(BMS)，其中BMS可以包括反向偏压保护电路以用于在意外电压状况期间将切断电路维持在断开状态，并且包括短路保护电路的至少一些部件以用于使经由意外电压状况生成的过量电流循环和耗散。BMS还可以包括电流检测电路以用于检测指示意外电压状况的过量电流或异常电流。在一些示例中，切断电路可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。具体地，反向偏压保护电路可以将MOSFET的栅源电压(VGS)维持在阈值电压(Vth)以下，除非由电流检测电路检测到的电流都已经由短路保护电路耗散并且在BMS处接收到接通请求。在一些示例中，短路保护电路可以包括耦合在电池组的正极接线柱和负极接线柱之间的二极管阵列，使得二极管阵列可以进一步耦合到车辆电池***的电负载。因此，二极管阵列可以通过允许电流循环经过该二极管阵列和电负载来提供用于电流耗散的低电阻路径。提供反向偏压保护电路和短路保护电路两者的技术效果是，在施加反向偏压电压期间或在短路事件期间，MOSFET可以维持断开并被阻止进入雪崩模式。因此，可以保护MOSFET以及由此整个车辆电池***免于在意外电压状况期间劣化。
在一个示例中，一种车辆电池***包括：电池管理***，所述电池管理***包括MOSFET；电池组，所述电池组具有多个堆叠电池单元，所述电池组的正极电源线耦合到所述MOSFET；以及反向偏压保护电路，所述反向偏压保护电路耦合到所述MOSFET，所述反向偏压保护电路包括低漏电流晶体管，所述低漏电流晶体管被配置为将所述MOSFET的栅源电压(VGS)维持在所述MOSFET的阈值电压(Vth)以下。
在另一个示例中，一种车辆电池***包括：电池管理***(BMS)，所述BMS包括切断电路，所述切断电路电耦合到反向偏压保护电路；以及电池组，所述电池组具有多个堆叠电池单元，所述电池组的正极电源线电耦合到所述切断电路，并且所述反向偏压保护电路包括电耦合到所述切断电路的控制输入的输入、电耦合到所述切断电路的输出的输出和电耦合到所述切断电路的所述输出的控制输入中的每一个。所述车辆电池***的第一示例还包括其中所述反向偏压保护电路的输入、所述反向偏压保护电路的输出和所述反向偏压保护电路的控制输入包括在所述反向偏压保护电路的可切换电流路径中，所述可切换电流路径布置在所述切断电路的控制输入与所述切断电路的输出之间。所述车辆电池***的第二示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例)还包括其中所述BMS被配置为在所述切断电路的输出处检测到反向偏压电压时使电流流过所述可切换电流路径，并且所述BMS被进一步配置为响应于在所述切断电路的输出处不存在所述反向偏压电压而阻止电流流过所述可切换电流路径。所述车辆电池***的第三示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例和第二示例中的一个或多个)还包括其中所述反向偏压保护电路包括一个或多个二极管，所述一个或多个二极管被配置为在检测到所述反向偏压电压时将所述电流馈送到所述可切换电流路径。所述车辆电池***的第四示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例至第三示例中的一个或多个)还包括其中所述反向偏压保护电路的输入、所述反向偏压保护电路的输出以及所述反向偏压保护电路的控制输入包括在耦合到齐纳二极管的低漏电流晶体管中，所述齐纳二极管被配置为通过增加所述低漏电流晶体管的基极-发射极电压(VBE)来接通所述低漏电流晶体管。所述车辆电池***的第五示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例至第四示例中的一个或多个)还包括其中所述低漏电流晶体管和所述切断电路被配置为使得当所述低漏电流晶体管接通时，所述低漏电流晶体管的集电极--发射极电压(VCE)减小所述切断电路的控制输入和所述切断电路的输出两端的电压。所述车辆电池***的第六示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例至第五示例中的一个或多个)还包括其中当所述低漏电流晶体管接通时，所述低漏电流晶体管的VCE降低到并维持小于1V。所述车辆电池***的第七示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例至第六示例中的一个或多个)还包括其中所述BMS包括驱动器集成电路，所述驱动器集成电路经由三个管脚电耦合到所述反向偏压保护电路。所述车辆电池***的第八示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例至第七示例中的一个或多个)还包括其中所述三个管脚包括：第一管脚，所述第一管脚被配置为将所述切断电路切换到导通状态；第二管脚，所述第二管脚被配置为将所述切断电路切换到断开状态；以及第三管脚，所述第三管脚被配置为参考管脚以用于控制所述切断电路的控制输入和所述切断电路的输出两端的电压。
在又另一个示例中，一种电池管理***包括：保护电路，所述保护电路包括低漏电流结型晶体管；以及MOSFET，所述MOSFET包括漏极端子、栅极端子和源极端子，所述漏极端子直接耦合到具有多个电池单元的电池组的正极电源线，所述源极端子直接耦合到电负载和所述低漏电流结型晶体管中的每一个，并且所述栅极端子耦合到所述低漏电流结型晶体管，其中所述保护电路被配置为响应于反向偏压电压施加到所述源极端子而将所述MOSFET维持在断开状态。所述电池管理***的第一示例还包括其中所述低漏电流结型晶体管包括集电极端子、基极端子和发射极端子，其中所述低漏电流结型晶体管的集电极端子经由第一电阻器和第一二极管中的每一个耦合到所述MOSFET的栅极端子，并且其中所述低漏电流结型晶体管的发射极端子直接耦合到所述MOSFET的源极端子。所述电池管理***的第二示例(任选地包括所述电池管理***的第一示例)还包括其中所述保护电路包括第二二极管，其中所述第二二极管是齐纳二极管，其中所述发射极端子进一步耦合到所述第二二极管的阳极，其中所述基极端子经由第二电阻器耦合到所述第二二极管的阴极，并且其中所述第二二极管被配置为响应于所述反向偏压电压施加到所述源极端子通过增加所述低漏电流结型晶体管的基射极间电压(VBE)来将所述低漏电流结型晶体管切换到导通状态。所述电池管理***的第三示例(任选地包括所述电池管理***的第一示例和第二示例中的一个或多个)还包括其中所述第一二极管耦合到所述集电极端子以响应于所述反向偏压电压施加到所述源极端子而维持流向所述低漏电流结型晶体管的电流方向。所述电池管理***的第四示例(任选地包括所述电池管理***的第一示例至第三示例中的一个或多个)还包括其中降低和维持所述MOSFET处于所述断开状态包括维持所述低漏电流结型晶体管的集电极--发射极电压(VCE)，所述MOSFET通过相应地维持所述MOSFET的栅源电压(VGS)低于所述MOSFET的阈值电压(Vth)而维持在所述断开状态。所述电池管理***的第五示例(任选地包括所述电池管理***的第一示例至第四示例中的一个或多个)还包括其中降低和维持所述低漏电流结型晶体管的VCE包括将所述VCE降低到1V以下并将所述VCE维持在1V以下。所述电池管理***的第六示例(任选地包括所述电池管理***的第一示例至第五示例中的一个或多个)还包括驱动器集成电路，所述驱动器集成电路耦合到所述保护电路，其中所述驱动器集成电路被配置为响应于接收到经由耦合到所述驱动器集成电路的控制器生成的接通请求而将所述MOSFET切换到导通状态。所述电池管理***的第七示例(任选地包括所述电池管理***的第一示例至第六示例中的一个或多个)还包括其中所述驱动器集成电路包括第一输出、第二输出和第三输出，其中所述第一输出被配置为上拉所述栅极端子的电压(VG)，所述第二输出被配置为将所述VG拉至接地，并且所述第三输出被配置为调节所述源极端子的电压(VS)。所述电池管理***的第八示例(任选地包括所述电池管理***的第一示例至第七示例中的一个或多个)还包括其中两个二极管耦合到所述驱动器集成电路的第一输出以响应于所述反向偏压电压施加到所述源极端子而将电流馈送到所述栅极端子。所述电池管理***的第九示例(任选地包括所述电池管理***的第一示例至第八示例中的一个或多个)还包括其中二极管耦合到所述驱动器集成电路的第二输出以在所述VG被拉至接地时维持流向所述驱动器集成电路的电流方向。所述电池管理***的第十示例(任选地包括所述电池管理***的第一示例至第九示例中的一个或多个)还包括其中二极管耦合到所述驱动器集成电路的第三输出以响应于所述反向偏压电压施加到所述源极端子而将电流馈送到所述源极端子。
在又另一个示例中，一种用于管理通过电池组切断电路的电流流动的方法包括使电流从耦合到所述电池组切断电路的控制输入的第一节点流到耦合到所述电池组切断电路的输出的第二节点，同时响应于负电压施加到所述第二节点而阻止电流经过所述控制输入流到所述输出。所述方法的第一示例还包括响应于在所述第二节点处不存在所述负电压而不使所述电流从所述第一节点流到所述第二节点。所述方法的第二示例(任选地包括所述方法的第一示例)还包括其中通过激活晶体管来实现所述电流从所述第一节点流到所述第二节点。所述方法的第三示例(任选地包括所述方法的第一示例和第二示例中的一个或多个)还包括其中所述电流通过流过两个二极管而从接地流到所述晶体管。
在又另一个示例中，一种车辆电池***包括：电池管理***(BMS)，所述BMS包括电耦合到短路保护电路的切断电路；以及电池组，所述电池组任选地具有多个堆叠电池单元，其中所述电池组的正极电源线电耦合到所述切断电路，并且其中所述电池组的接地回线电耦合到所述短路保护电路，其中所述短路保护电路包括二极管阵列，其中所述二极管阵列的阴极直接电耦合到所述电池组的正极接线柱，并且其中所述二极管阵列的阳极直接电耦合到所述电池组的负极接线柱。所述车辆电池***的第一示例还包括其中所述切断电路进一步电耦合到反向偏压保护电路，其中所述反向偏压保护电路包括可切换电流路径，所述可切换电流路径布置在所述切断电路的控制输入与所述切断电路的输出之间。所述车辆电池***的第二示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例)还包括其中所述BMS被配置为响应于所述车辆电池***中的短路状况而关断所述切断电路，并且其中所述BMS被进一步配置为通过使电流流过所述可切换电流路径并使所述电流循环经过所述二极管阵列来将所述切断电路维持在断开状态。所述车辆电池***的第三示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例和第二示例中的一个或多个)还包括其中电负载电耦合到所述二极管阵列的阴极和阳极，并且其中使所述电流循环经过所述二极管阵列还包括使所述电流循环经过所述电负载。所述车辆电池***的第四示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例至第三示例中的一个或多个)还包括其中所述二极管阵列包括并联电耦合的多个回扫二极管。所述车辆电池***的第五示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例至第四示例中的一个或多个)还包括：第一母线，所述第一母线将所述正极电源线电耦合到所述切断电路的输入；第二母线，所述第二母线将所述正极接线柱电耦合到所述切断电路的输出和所述二极管阵列的阴极中的每一个；以及第三母线，所述第三母线将所述负极接线柱电耦合到所述二极管阵列的阳极。所述车辆电池***的第六示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例至第五示例中的一个或多个)还包括其中所述BMS被配置为当所述切断电路处于导通状态时使所述电流从所述第一母线依次流到所述第二母线，再流到所述第三母线，并且其中所述BMS被进一步配置为当所述切断电路处于断开状态时使所述电流从所述第三母线流到所述第二母线。所述车辆电池***的第七示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例至第六示例中的一个或多个)还包括其中所述第二母线被配置为减小所述二极管阵列与所述正极接线柱之间的第一寄生电感，并且其中所述第三母线被配置为减小所述二极管阵列与所述负极接线柱之间的第二寄生电感。所述车辆电池***的第八示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例至第七示例中的一个或多个)还包括其中所述BMS还包括驱动器集成电路，所述驱动器集成电路经由三个管脚电耦合到所述切断电路。所述车辆电池***的第九示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例至第八示例中的一个或多个)还包括其中所述三个管脚包括：第一管脚，所述第一管脚被配置为将所述切断电路切换到所述导通状态；第二管脚，所述第二管脚被配置为将所述切断电路切换到所述断开状态；以及第三管脚，所述第三管脚被配置为参考管脚以用于控制所述切断电路的控制输入和所述切断电路的输出两端的电压。所述车辆电池***的第十示例(任选地包括所述车辆电池***的第一示例至第九示例中的一个或多个)还包括分流电阻器，所述分流电阻器将所述电池组电耦合到所述二极管阵列。
在又另一个示例中，一种电池管理***包括：保护电路，所述保护电路包括低漏电流结型晶体管和续流二极管阵列；以及MOSFET，所述MOSFET包括漏极端子、栅极端子和源极端子，其中所述漏极端子直接耦合到具有多个电池单元的电池组的正极电源线，其中所述源极端子直接耦合到所述低漏电流结型晶体管，所述源极端子进一步耦合到所述续流二极管阵列，并且其中所述栅极端子耦合到所述低漏电流结型晶体管，其中所述保护电路被配置为响应于检测到电压大于所述电池组的电压而将所述MOSFET从导通状态切换到断开状态并维持所述断开状态。所述电池管理***的第一示例还包括其中所述低漏电流结型晶体管包括集电极端子、基极端子和发射极端子，其中所述低漏电流结型晶体管的集电极端子经由电阻器和二极管耦合到所述MOSFET的栅极端子，并且其中所述低漏电流结型晶体管的发射极端子直接耦合到所述MOSFET的源极端子。所述电池管理***的第二示例(任选地包括所述电池管理***的第一示例)还包括其中响应于检测到所述电压大于所述电池组的所述电压，所述二极管维持流向所述低漏电流结型晶体管的电流方向。所述电池管理***的第三示例(任选地包括所述电池管理***的第一示例和第二示例中的一个或多个)还包括其中所述低漏电流结型晶体管的发射极端子经由母线耦合到所述续流二极管阵列，以响应于检测到所述电压大于所述电池组的电压而维持流向所述续流二极管阵列的电流方向。所述电池管理***的第四示例(任选地包括所述电池管理***的第一示例至第三示例中的一个或多个)还包括驱动器集成电路，所述驱动器集成电路经由所述保护电路耦合到所述MOSFET，其中所述驱动器集成电路被配置为响应于接收到经由耦合到所述驱动器集成电路的控制器生成的开关请求而断开或闭合所述MOSFET。所述电池管理***的第五示例(任选地包括所述电池管理***的第一示例至第四示例中的一个或多个)还包括电流检测电路，所述电流检测电路电耦合到所述MOSFET并且可通信地耦合到所述驱动器集成电路，其中所述电流检测电路被配置为获得流向所述MOSFET的电流的测量值并将所述测量值传输到所述控制器，所述控制器被配置为基于所述测量值检测所述电压大于所述电池组的所述电压。
在又另一个示例中，一种用于管理流过电池组的切断电路的电流流动的方法，所述方法包括：当所述切断电路闭合时，使电流从第一电池端子流向外部负载并阻止电流从第二电池端子流向所述第一电池端子；以及当所述切断电路断开时使所述电流从所述第二电池端子流向所述第一电池端子。所述方法的第一示例还包括：响应于检测到所述电池组与所述切断电路之间的电流大于阈值电流，使所述电流从耦合到所述切断电路的控制输入的第一节点流到耦合到所述切断电路的输出的第二节点，同时阻止电流经过所述控制输入流向所述输出；以及响应于检测到所述电池组与所述切断电路之间的电流小于或等于所述阈值电流，不使所述电流从所述第一节点流向所述第二节点。所述方法的第二示例(任选地包括所述方法的第一示例)还包括响应于检测到所述电流大于所述阈值电流，断开所述切断电路以限制流经其中的电流。
以下权利要求特别指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一种”元件或“第一”元件或其等同物。此类权利要求应当被理解为包括一个或多个此类元件的引入，从而既不要求也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过本权利要求的修订或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而被要求保护。此类权利要求与原权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (15)

1.一种车辆电池***，包括：
电池管理***BMS，所述BMS包括电耦合到短路保护电路的切断电路；以及
电池组，其中，所述电池组的正极电源线电耦合到所述切断电路，并且所述电池组的接地回线电耦合到所述短路保护电路，
其中，所述短路保护电路包括二极管阵列，所述二极管阵列的阴极直接电耦合到所述电池组的正极接线柱，并且所述二极管阵列的阳极直接电耦合到所述电池组的负极接线柱。
2.根据权利要求1所述的车辆电池***，其中，所述切断电路进一步电耦合到反向偏压保护电路，所述反向偏压保护电路包括可切换电流路径，所述可切换电流路径布置在所述切断电路的控制输入与所述切断电路的输出之间。
3.根据权利要求2所述的车辆电池***，其中，所述BMS被配置为响应于所述车辆电池***中的短路状况而关断所述切断电路，并且
所述BMS被进一步配置为通过使电流流过所述可切换电流路径并使所述电流循环经过所述二极管阵列来将所述切断电路维持在断开状态，
任选地其中电负载电耦合到所述二极管阵列的所述阴极和所述阳极，并且使所述电流循环经过所述二极管阵列还包括使所述电流循环经过所述电负载。
4.根据前述权利要求中任一项所述的车辆电池***，其中，所述二极管阵列包括并联电耦合的多个回扫二极管，或者
所述车辆电池***还包括分流电阻器，所述分流电阻器将所述电池组电耦合到所述二极管阵列。
5.根据前述权利要求中任一项所述的车辆电池***，还包括：
第一母线，所述第一母线将所述正极电源线电耦合到所述切断电路的输入；
第二母线，所述第二母线将所述正极接线柱电耦合到所述切断电路的所述输出和所述二极管阵列的所述阴极中的每一个；以及
第三母线，所述第三母线将所述负极接线柱电耦合到所述二极管阵列的所述阳极。
6.根据权利要求5所述的车辆电池***，其中，所述BMS被配置为当所述切断电路处于导通状态时使所述电流从所述第一母线依次流到所述第二母线，再流到所述第三母线，并且所述BMS被进一步配置为当所述切断电路处于所述断开状态时使所述电流从所述第三母线流到所述第二母线，或者
所述第二母线被配置为减小所述二极管阵列与所述正极接线柱之间的第一寄生电感，并且所述第三母线被配置为减小所述二极管阵列与所述负极接线柱之间的第二寄生电感。
7.根据前述权利要求中任一项所述的车辆电池***，其中，所述BMS还包括驱动器集成电路，所述驱动器集成电路经由三个管脚电耦合到所述切断电路。
8.根据权利要求7所述的车辆电池***，其中，所述三个管脚包括：
第一管脚，所述第一管脚被配置为将所述切断电路切换到所述导通状态；
第二管脚，所述第二管脚被配置为将所述切断电路切换到所述断开状态；以及
第三管脚，所述第三管脚被配置为参考管脚以用于控制所述切断电路的所述控制输入和所述切断电路的所述输出两端的电压。
9.一种电池管理***，包括：
保护电路，所述保护电路包括低漏电流结型晶体管和续流二极管阵列；以及
MOSFET，所述MOSFET包括漏极端子、栅极端子和源极端子，其中
所述漏极端子直接耦合到电池组的正极电源线，
所述源极端子直接耦合到所述低漏电流结型晶体管，所述源极端子进一步耦合到所述续流二极管阵列，并且
所述栅极端子耦合到所述低漏电流结型晶体管，
其中，所述保护电路被配置为响应于检测到电压大于所述电池组的电压而将所述MOSFET从导通状态切换到断开状态并维持所述断开状态。
10.根据权利要求9所述的电池管理***，其中，所述低漏电流结型晶体管包括集电极端子、基极端子和发射极端子，
其中，所述低漏电流结型晶体管的所述集电极端子经由电阻器和二极管耦合到所述MOSFET的所述栅极端子，并且
所述低漏电流结型晶体管的所述发射极端子直接耦合到所述MOSFET的所述源极端子。
11.根据权利要求10所述的电池管理***，其中，响应于检测到所述电压大于所述电池组的所述电压，所述二极管维持流向所述低漏电流结型晶体管的电流方向，或者
所述低漏电流结型晶体管的所述发射极端子经由母线耦合到所述续流二极管阵列，以响应于检测到所述电压大于所述电池组的所述电压而维持流向所述续流二极管阵列的电流方向。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的电池管理***，还包括驱动器集成电路，所述驱动器集成电路经由所述保护电路耦合到所述MOSFET，
其中所述驱动器集成电路被配置为响应于接收到由耦合到所述驱动器集成电路的控制器生成的开关请求而断开或闭合所述MOSFET。
13.根据权利要求12所述的电池管理***，还包括电流检测电路，所述电流检测电路电耦合到所述MOSFET并且可通信地耦合到所述驱动器集成电路，
其中所述电流检测电路被配置为获得流向所述MOSFET的电流的测量值并将所述测量值传输到所述控制器，所述控制器被配置为基于所述测量值检测所述电压大于所述电池组的所述电压。
14.一种用于管理通过电池组的切断电路的电流流动的方法，所述方法包括：
当所述切断电路闭合时，使电流从第一电池端子流向外部负载并阻止电流从第二电池端子流向所述第一电池端子；以及
当所述切断电路断开时，使所述电流从所述第二电池端子流向所述第一电池端子。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
响应于检测到所述电池组与所述切断电路之间的所述电流大于阈值电流，使所述电流从耦合到所述切断电路的控制输入的第一节点流到耦合到所述切断电路的输出的第二节点，同时阻止电流经过所述控制输入流向所述输出，任选地包括断开所述切断电路以限制流经所述切断电路的电流；以及
响应于检测到所述电池组与所述切断电路之间的所述电流小于或等于所述阈值电流，不使所述电流从所述第一节点流向所述第二节点。
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