專利名稱：電池組以及用于為電池組充電的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池組以及用于為電池組充電的方法。
背景技術(shù)：
電子設(shè)備例如筆記本電腦或移動(dòng)電話以及車輛從電池接收能量。這樣的電池可被制造為包括電池單體和各種電路的電池組。關(guān)于電池組，電池單體由外部充電器充電,且電池組被重復(fù)放電來(lái)為外部負(fù)載例如電子設(shè)備或車輛供應(yīng)電壓和電流。在傳統(tǒng)的電池組中，電池單體被串聯(lián)耦合，并通過(guò)使用外部充電器來(lái)充電。在本實(shí)例中，單體電池可能不能均勻地充電或放電，并且充電偏差或放電偏差可能出現(xiàn)。電池組執(zhí)行單體電池平衡過(guò)程以便校正偏差，這占用了很多時(shí)間且增加了用于為電池組充電的時(shí)間。 在背景部分中公開(kāi)的上述信息僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的背景的理解，且因此它可包含不形成在這個(gè)國(guó)家對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。發(fā)明概述技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明努力提供一種電池組以及用于為電池組充電的方法，該電池組用于通過(guò)使用電池管理系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)和控制單體電池模塊、通過(guò)使用外部充電器給電池組快速充電使其具有預(yù)定能量以及通過(guò)使用單體電池模塊的單體電池充電器為每個(gè)電池單體充電，以從而在沒(méi)有單體電池之間的偏差的情況下為電池單體快速地完全充電。解決問(wèn)題的手段本發(fā)明的示范性實(shí)施方式提供了一種電池組，其包括多個(gè)單體電池模塊，其包括多個(gè)電池單體；以及電池管理系統(tǒng)，其用于基于由單體電池模塊發(fā)送的電池單體的狀態(tài)信息來(lái)將關(guān)于充電的控制信號(hào)發(fā)送到多個(gè)單體電池模塊中的至少一個(gè)，并且基于狀態(tài)信息控制由外部充電器供應(yīng)到單體電池模塊的電流，其中單體電池模塊結(jié)合外部充電器被充電到電池單體的預(yù)定容量，且根據(jù)控制信號(hào)被充電到電池單體的全容量。單體電池模塊還包括控制器和電池單體充電器，控制器用于監(jiān)測(cè)電池單體的狀態(tài)、將監(jiān)測(cè)到的狀態(tài)信息發(fā)送到電池管理系統(tǒng)以及接收控制信號(hào)，電池單體充電器用于通過(guò)控制器的控制為電池單體充電?？刂破鞅O(jiān)測(cè)電池單體的電壓、電流和溫度。電池組還包括位于根據(jù)極性串聯(lián)耦合的電池單體的一端和外部充電器的一端之間的開(kāi)關(guān)，其中電池管理系統(tǒng)控制開(kāi)關(guān)的接通/關(guān)斷。當(dāng)多個(gè)單體電池模塊中的一個(gè)達(dá)到參考電壓時(shí)，電池管理系統(tǒng)基于狀態(tài)信息控制開(kāi)關(guān)，以停止由外部充電器供應(yīng)到電池單體的電流。當(dāng)由外部充電器供應(yīng)到電池單體的電流停止時(shí)，電池管理系統(tǒng)基于狀態(tài)信息分析單體電池模塊的狀態(tài)并將控制信號(hào)發(fā)送到單體電池模塊，以便從外部充電器被單獨(dú)地充電
至全容量。
電池管理系統(tǒng)基于電壓、電流和溫度中的至少一個(gè)設(shè)定單體電池模塊的正常操作范圍，且當(dāng)單體電池模塊中的至少一個(gè)基于狀態(tài)信息不能滿足正常操作范圍時(shí)，電池管理系統(tǒng)控制開(kāi)關(guān)以停止由外部充電器供應(yīng)到電池單體的電流。電池管理系統(tǒng)管理由單體電池模塊提供的狀態(tài)信息，并檢查單體電池模塊的性能以確定更換。狀態(tài)信息包括溫度信息，而且電池管理系統(tǒng)基于狀態(tài)信息比較單體電池模塊的溫度與參考溫度，并將用于操作加熱墊的控制信號(hào)發(fā)送到具有低于參考溫度的溫度的單體電池模塊，以及當(dāng)存在具有高于參考溫度的溫度的單體電池模塊時(shí)操作冷卻裝置。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式提供了一種用于電池組的電池管理系統(tǒng)為包括多個(gè)電池單體的多個(gè)單體電池模塊充電的方法，其包括通過(guò)使用由外部充電器供應(yīng)的電流為電池單體充電；監(jiān)測(cè)單體電池模塊的狀態(tài)并確定單體電池模塊中的一個(gè)是否達(dá)到參考電壓；當(dāng)有一個(gè)單體電池模塊達(dá)到參考電壓時(shí)，停止充電過(guò)程；以及分析單體電池模塊的狀態(tài)信息，并將控制信號(hào)發(fā)送到單體電池模塊，使得單體電池模塊可被單獨(dú)充電到電池單體的全 容量?；谟蓡误w電池模塊提供的電池單體的電壓信息來(lái)執(zhí)行該確定。所述停止包括通過(guò)控制外部充電器來(lái)減小電流供應(yīng)，以及通過(guò)控制外部充電器和單體電池模塊之間的開(kāi)關(guān)來(lái)停止由外部充電器供應(yīng)到電池單體的電流。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，通過(guò)連接包括電池單體和單體電池充電器的單體電池模塊來(lái)制造電池組，因此每個(gè)單體電池模塊可以被更換，并且更換電池組中的壞的單體電池是容易的。另外，電池管理系統(tǒng)和單體電池模塊監(jiān)測(cè)單體電池模塊的狀態(tài)，并彼此發(fā)送和接收信息，而且單體電池模塊通過(guò)使用包括在單體電池模塊中的單體電池充電器而不是通過(guò)使用外部充電器來(lái)為單獨(dú)的電池單體充電。因此，無(wú)需執(zhí)行用于降低當(dāng)在外部充電或放電時(shí)出現(xiàn)的單體電池間的偏差的單體電池平衡，而且電池組在短時(shí)間內(nèi)被完全充電。附圖簡(jiǎn)述圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的電池組的框圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的單體電池模塊的框圖。圖3和圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的單體電池模塊的配置圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的電池組的透視圖。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的電池組的功率和控制信號(hào)的示意圖。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施方式的電池組的功率和控制信號(hào)的示意圖。圖8和圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的電池組的連接狀態(tài)。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的用于為電池組充電的方法的流程圖。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式在如下詳細(xì)描述中，只有某些示范性實(shí)施方式僅作為例證被示出和描述。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，所描述的實(shí)施方式可以以各種不同的方式被修改，而都不偏離發(fā)明性概念的精神或范圍。因此，附圖和描述應(yīng)被視為在本質(zhì)上是說(shuō)明性的而非限制性的。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，相似的參考數(shù)字指示相似的元件。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，除非明確地被相反地描述，詞“包括(comprise)”及其變體例如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”將被理解為暗示所陳述的元件的包括但不是任何其它元件的排除。現(xiàn)將參照附圖描述根據(jù)示范性實(shí)施方式的電池組以及用于為電池組充電的方法。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的電池組的框圖。參照?qǐng)D1，電池組100包括多個(gè)單體電池模塊200和一個(gè)電池管理系統(tǒng)(BMS)300。電池組100串聯(lián)地、并聯(lián)地或以串聯(lián)和并聯(lián)的組合連接單體電池模塊200，且相應(yīng)的單體電池模塊被連接到電池管理系統(tǒng)300。電池組100從外部充電器400接收電流來(lái)為電池單體充電，而且它將電流供應(yīng)到外部負(fù)載(未示出)，且然后被放電。電池組100還包括在外部充電器400和單體電池模塊200之間的開(kāi)關(guān)500、用于冷卻電池組100的冷卻裝置600以及用 于感測(cè)流到電池組100的電流的電流傳感器700。單體電池模塊200包括電池單體210、控制器230、單體電池充電器250、溫度傳感器270和加熱墊280。單體電池模塊200與電池管理系統(tǒng)300通信以將信號(hào)發(fā)送到電池管理系統(tǒng)300以及從電池管理系統(tǒng)300接收信號(hào)。單體電池模塊200接收功率以驅(qū)動(dòng)控制器230和單體電池充電器250，而且在本實(shí)例中，它可從外部充電器400接收功率。電池單體210是可再充電的。電池單體210可由從外部充電器400供應(yīng)的電流充電，并且它可由適合于電池單體210的狀態(tài)的、由單體電池充電器250供應(yīng)的電流單獨(dú)地充電。電池單體210可以以各種方式充電，并且例如，它可通過(guò)恒定電流/恒定電壓(CC/CV)方法或由電池管理系統(tǒng)300指定的方法充電?？刂破?30監(jiān)測(cè)電池單體210的狀態(tài)，且周期性地將狀態(tài)信息發(fā)送到電池管理系統(tǒng)300。在本實(shí)例中，控制器230監(jiān)測(cè)電池單體210的電壓、電流和溫度?？刂破?30基于由電池管理系統(tǒng)300發(fā)送的控制信號(hào)來(lái)控制單體電池充電器250。當(dāng)從電池管理系統(tǒng)300接收到用于為電池單體210充電的控制信號(hào)時(shí)，控制器230控制單體電池充電器250來(lái)為其余的電池單體210充電。在本實(shí)例中，根據(jù)電池單體210的狀態(tài)，控制器230控制單體電池充電器250以為電池單體210完全地充電。單體電池充電器250通過(guò)控制器230的控制為電池單體210充電。單體電池充電器250根據(jù)電池單體210的狀態(tài)為電池單體210完全地充電。在本實(shí)例中，單體電池充電器250使用從外部充電器400供應(yīng)的功率來(lái)為電池單體210充電。溫度傳感器270和加熱墊280用來(lái)在預(yù)定參考范圍內(nèi)操作電池單體210的溫度。溫度傳感器270測(cè)量電池單體210的溫度并將其發(fā)送到控制器230。加熱墊280由控制器230操作，而且升高電池單體210的溫度。在本實(shí)例中，溫度傳感器270可以是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的溫度傳感器——一種具有與溫度有關(guān)的電阻的裝置。電池管理系統(tǒng)300包括與單體電池模塊200通信的單體電池模塊接口 310、管理器330和外部接口 350。單體電池模塊接口 310與單體電池模塊200通信以從單體電池模塊200接收電池單體210的狀態(tài)信息，并將各種控制信號(hào)發(fā)送到單體電池模塊200。管理器330基于由單體電池模塊接口 310提供的信息來(lái)管理單體電池模塊200和各種連接裝置。
管理器330控制開(kāi)關(guān)500以控制由外部充電器400供應(yīng)的電流。例如，當(dāng)多個(gè)單體電池模塊中的一個(gè)達(dá)到作為充電停止電壓的參考電壓時(shí)，管理器330停止從外部充電器400到多個(gè)電池單體的電流供應(yīng)。管理器330基于單體電池模塊的狀態(tài)信息、電壓和電流確定單體電池模塊的充電方法。而且管理器330將用于為其余的單體電池單獨(dú)充電的控制信號(hào)發(fā)送到單體電池模塊。管理器330基于從單體電池模塊200發(fā)送的電池單體210的信息來(lái)監(jiān)測(cè)單體電池模塊200。管理器330將關(guān)于充電的控制信號(hào)發(fā)送到多個(gè)單體電池模塊中的至少一個(gè)。在本實(shí)例中，當(dāng)電池單體210的溫度高于參考溫度時(shí)，管理器330可以操作冷卻裝置600以冷卻電池組100。當(dāng)電池單體210的溫度低于參考溫度時(shí)，管理器330可以將用于操作加熱墊280的控制信號(hào)發(fā)送到相應(yīng)的單體電池模塊。管理器330通過(guò)電流傳感器700知道電池組100被過(guò)放電、過(guò)充電或不在適當(dāng)?shù)臏囟认?。也就是說(shuō)，當(dāng)從外部充電器400流到電池組100的電流或者從電池組100流到外部負(fù)載(未示出)的電流偏離安全范圍時(shí)，管理器330控制開(kāi)關(guān)500以保護(hù)電池組100。 另外，管理器330使用組裝的單體電池模塊的標(biāo)識(shí)號(hào)來(lái)管理相應(yīng)的單體電池模塊的歷史。管理器330在用于制造電池組100的過(guò)程期間執(zhí)行老化過(guò)程，基于電池單體的充電和放電容量評(píng)估電池單體，并確定低于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的壞的電池單體。管理器330基于使用中的電池單體的可用容量的變化、內(nèi)部電阻以及充電和放電的次數(shù)來(lái)計(jì)算電池單體的剩余壽命，然后顯示壽命期滿的電池單體的單體電池模塊的更換指示。外部接口 350可與電池組100的外部裝置通信。例如，外部接口 350可包括TCP/IP端口、USB端口、控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)通信端口和外部存儲(chǔ)器連接器。開(kāi)關(guān)500基于電池管理系統(tǒng)300的控制被斷開(kāi)或閉合。開(kāi)關(guān)500是功率可控元件，且它可以是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。開(kāi)關(guān)500可被實(shí)現(xiàn)為磁接觸器(MC)類型。電流傳感器700可以是霍爾傳感器或分流電阻器。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的單體電池模塊的框圖。參照?qǐng)D2，單體電池模塊200包括電池單體210、控制器230、單體電池充電器250、溫度傳感器270和加熱墊280。單體電池模塊200通過(guò)正電極連接端子290和負(fù)電極連接端子291連接到另一個(gè)電池單體或外部充電器。單體電池模塊200還包括用于與電池管理系統(tǒng)300通信的通信連接端子294、以及電源連接端子295，單體電池模塊200的電源連接到電源連接端子295。電池單體210可通過(guò)經(jīng)由正電極連接端子290和負(fù)電極連接端子291從外部充電器400接收電流來(lái)被充電，且它也可以通過(guò)從單體電池充電器250接收適合于電池單體210的狀態(tài)的電流來(lái)被單獨(dú)充電。控制器230測(cè)量電池單體210的充電的電壓和電流，并通過(guò)溫度傳感器270監(jiān)測(cè)溫度?？刂破?30周期性地將所監(jiān)測(cè)的狀態(tài)信息發(fā)送到電池管理系統(tǒng)300。在本實(shí)例中，當(dāng)電池單體210的溫度低于參考溫度時(shí)，控制器230操作加熱墊280以升高電池單體210的溫度。控制器230基于從電池管理系統(tǒng)300接收到的控制信號(hào)控制單體電池充電器250。當(dāng)從電池管理系統(tǒng)300接收到用于為電池單體210充電的控制信號(hào)時(shí)，控制器230控制單體電池充電器250來(lái)為電池單體210充電到全容量。單體電池充電器250根據(jù)控制器230的控制為電池單體210充電。單體電池充電器250根據(jù)電池單體210的狀態(tài)為電池單體210完全地充電。在本實(shí)例中，單體電池充電器250通過(guò)單體電池充電電源為電池單體210充電。單體電池充電器250通過(guò)電源連接端子295接收單體電池充電功率，并且單體電池充電功率可以是交流功率或直流功率。圖3和圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的單體電池模塊的配置圖。參照?qǐng)D3，單體電池模塊200包括實(shí)現(xiàn)有控制器230和單體電池充電器250的控制板292、電池單體210、溫度傳感器270以及設(shè)置在電池單體210上方或下方的、安裝在單體電池托盤293中的加熱墊280。單體電池托盤293還包括正電極連接端子290、負(fù)電極連接端子291、通信連接端子294和電源連接端子295。參照?qǐng)D4，單體電池模塊200包括實(shí)現(xiàn)有控制器230和單體電池充電器250的控制板292、電池單體210、溫度傳感器270以及設(shè)置在電池單體210上方或下方的、安裝在單體電池托盤293中的加熱墊280。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的電池組的透視圖。 參照?qǐng)D5，電池組100包括多個(gè)單體電池模塊200，其可以以串聯(lián)、并聯(lián)以及串聯(lián)和并聯(lián)的組合中的一種被連接，并且堆疊的單體電池模塊分別連接到電池管理系統(tǒng)300。單體電池模塊200可以以各種方式堆疊，且例如，如圖5所示，它們可以通過(guò)在一層中放一個(gè)單體電池模塊或通過(guò)在一層中堆疊至少兩個(gè)單體電池模塊來(lái)堆疊。當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)電池組被制造時(shí)，電池單體被組裝成各種電路連接到的一個(gè)組,所以更換壞的電池單體是困難的。然而，關(guān)于使用單體電池模塊200的電池組100，更換壞的單體電池是容易的。因此，通過(guò)更換壞的單體電池，用戶可以使用電池組100很長(zhǎng)時(shí)間。另外，由于單體電池模塊200被單獨(dú)地完全充電，所以電池組100不需要經(jīng)歷用于通過(guò)使用具有低電壓的電池單體執(zhí)行平衡過(guò)程來(lái)減小電池組的電壓的單體電池平衡過(guò)程。因此，電池組100用外部充電器400充電，且在不降低電壓的情況下，它被完全充電一直到電池組100的最大充電電壓，從而增加了電池組的可用容量。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的電池組的功率和控制信號(hào)的示意圖。
參照?qǐng)D6，電池組100通過(guò)單體電池模塊堆800和電池管理系統(tǒng)300來(lái)使電池單體充電和放電，單體電池模塊堆800通過(guò)堆疊單體電池模塊200來(lái)形成。電池管理系統(tǒng)300通過(guò)開(kāi)關(guān)510和530控制單體電池模塊堆800和外部充電器400之間的電流流動(dòng)。在本實(shí)例中，開(kāi)關(guān)530可以省略，取決于電路。當(dāng)外部充電器400連接到電池組100時(shí)，電流從外部充電器400供應(yīng)到單體電池模塊堆 800 (S510)。單體電池模塊堆800的相應(yīng)的單體電池模塊將電池單體的電壓、電流和溫度信息發(fā)送到電池管理系統(tǒng)300 (S520)。當(dāng)多個(gè)單體電池模塊中的一個(gè)達(dá)到參考電壓時(shí)，電池管理系統(tǒng)300將控制信號(hào)發(fā)送到開(kāi)關(guān)510，以便停止從外部充電器400供應(yīng)到電池單體的電流(S530)。在另一種方式中，在關(guān)斷開(kāi)關(guān)510之前，電池管理系統(tǒng)300可以將控制信號(hào)發(fā)送到外部充電器400，以便外部充電器400可減少所供應(yīng)的電流(S540)。電池管理系統(tǒng)300將控制信號(hào)發(fā)送到單體電池模塊堆800，以便基于單體電池模塊的狀態(tài)將電池單體單獨(dú)充電到全容量(S550)。電池管理系統(tǒng)300可以發(fā)送控制信號(hào)，以便根據(jù)CC/CV方法為其充電。
在本實(shí)例中，電池管理系統(tǒng)300接通開(kāi)關(guān)530以從外部充電器400為單體電池模塊供應(yīng)功率(S560)。單體電池模塊可串聯(lián)、并聯(lián)或以串聯(lián)和并聯(lián)的組合連接以通過(guò)開(kāi)關(guān)530接收功率。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示范性實(shí)施方式的電池組的功率和控制信號(hào)的示意圖。參照?qǐng)D7，當(dāng)外部負(fù)載900連接到電池組100時(shí)，電流從單體電池模塊堆800流到外部負(fù)載900 (S610)。電池管理系統(tǒng)300通過(guò)電流傳感器700監(jiān)測(cè)從單體電池模塊堆800流到外部負(fù)載900 的電流(S620)。當(dāng)由電流傳感器700感測(cè)到的電流偏離安全范圍時(shí)，電池管理系統(tǒng)300將控制信號(hào)發(fā)送到開(kāi)關(guān)510以控制電流(S630)。 單體電池模塊堆800的相應(yīng)單體電池模塊將電池單體的電壓、電流、溫度信息發(fā)送到電池管理系統(tǒng)300 (S640)。電池管理系統(tǒng)300基于由單體電池模塊堆800發(fā)送的信息分析單體電池模塊的狀態(tài)，并將控制信號(hào)發(fā)送到單體電池模塊堆800 (S650)。圖8和圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的電池組的連接狀態(tài)。參照?qǐng)D8，電池組100包括連接到外部裝置的多個(gè)端子110、120、130、140和150。端子110和120是電池組100的輸入端和輸出端，并被連接到外部充電器400或外部負(fù)載(未不出)。端子130與外部充電器400通信。電池管理系統(tǒng)300可通過(guò)端子140從外部接收功率，或從單體電池模塊堆800接收功率。根據(jù)本設(shè)計(jì)，電池管理系統(tǒng)300可從電池組100的內(nèi)部接收功率。電池管理系統(tǒng)300與外部裝置通信，并通過(guò)端子150將控制信號(hào)發(fā)送到外部裝置以及從外部裝置接收控制信號(hào)。電池管理系統(tǒng)300通過(guò)端子150與各種裝置例如外部逆變器通信，以發(fā)送和接收信號(hào)。此外，電池管理系統(tǒng)300將電池管理系統(tǒng)300的操作狀態(tài)和單體電池模塊的狀態(tài)發(fā)送到外部裝置。例如，電池管理系統(tǒng)300可將充電狀態(tài)(SOC)和健康狀態(tài)(S0H)、電池相關(guān)的信息發(fā)送到連接到端子150的外部裝置。電流傳感器700被設(shè)置在至少一條線路上，端子110和120及單體電池模塊連接到該線路。N (N是自然數(shù))個(gè)單體電池模塊200被連接，且單體電池模塊分別包括電池單體210和實(shí)現(xiàn)有控制器230和單體電池充電器250的控制板292。N個(gè)電池單體根據(jù)極性串聯(lián)耦合，串聯(lián)耦合的電池單體的負(fù)電極通過(guò)開(kāi)關(guān)510連接到端子110，而且串聯(lián)耦合的電池單體的正電極通過(guò)開(kāi)關(guān)510連接到端子120。另外，單體電池模塊被并聯(lián)耦合到端子110和120以接收功率。開(kāi)關(guān)530可以設(shè)置在單體電池模塊和端子(110/120)之間。單體電池模塊連接到電池管理系統(tǒng)300。單體電池充電器250接收功率來(lái)為電池單體210充電，模塊的單體電池充電功率是交流功率或直流功率，直流功率通過(guò)開(kāi)關(guān)530供應(yīng)到單體電池模塊，且單體電池充電器可通過(guò)交流功率(未示出)為電池單體完全地充電。電池管理系統(tǒng)300連接到N個(gè)單體電池模塊200、開(kāi)關(guān)510和530、電流傳感器700以及端子130、140和150并與N個(gè)單體電池模塊200、開(kāi)關(guān)510和530、電流傳感器700以及端子130、140和150通信。參照?qǐng)D9，電池組100包括連接到外部裝置、電池管理系統(tǒng)300和電流傳感器700的多個(gè)端子 110、120、130、140 和 150。NCN是自然數(shù))個(gè)單體電池模塊200被連接，并且單體電池模塊分別包括電池單體210、控制器230和單體電池充電器250。N個(gè)電池單體根據(jù)極性串聯(lián)耦合，串聯(lián)耦合的電池單體的負(fù)電極通過(guò)開(kāi)關(guān)510連接到端子110，且串聯(lián)耦合的電池單體的正電極通過(guò)開(kāi)關(guān)510連接到端子120。另外，單體電池模塊串聯(lián)耦合，串聯(lián)耦合的單體電池模塊的一端連接到端子110，且串聯(lián)耦合的單體電池模塊的另一端連接到端子120以接收功率。開(kāi)關(guān)530可設(shè)置在單體電池模塊和端子(110/120)之間。單體電池模塊連接到電池管理系統(tǒng)300。電池管理系統(tǒng)300連接到N個(gè)單體電池模塊200、開(kāi)關(guān)510和530、電流傳感器700以及端子130、140和150，并與N個(gè)單體電池模塊200、開(kāi)關(guān)510和530、電流 傳感器700以及端子130、140和150通信。在圖8和圖9中，并聯(lián)和串聯(lián)連接被描述，并且根據(jù)本設(shè)計(jì)，多個(gè)單體電池模塊可以按串聯(lián)和并聯(lián)的組合來(lái)連接。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施方式的用于為電池組充電的方法的流程圖。參照?qǐng)D10，電池組100的電池管理系統(tǒng)300通過(guò)由外部充電器400供應(yīng)的電流為多個(gè)電池單體充電(S810)。在本實(shí)例中，電池單體同時(shí)被充電。電池管理系統(tǒng)300接通開(kāi)關(guān)510，使得電流可以從外部充電器400供應(yīng)到電池單體。電池管理系統(tǒng)300可通過(guò)CC/CV方法為電池單體充電。電池管理系統(tǒng)300從單體電池模塊接收狀態(tài)信息(S820)。狀態(tài)信息包括電池單體的電壓、電流和溫度信息。電池管理系統(tǒng)300確定多個(gè)單體電池模塊中的一個(gè)是否達(dá)到參考電壓(S830)。當(dāng)有一個(gè)單體電池模塊達(dá)到參考電壓時(shí)，電池管理系統(tǒng)300控制外部充電器400以減少所供應(yīng)的電流(S840)。電池管理系統(tǒng)300可以設(shè)定不同量的供應(yīng)的電流，其根據(jù)單體電池模塊的最大充電電流來(lái)減少。因此，電池管理系統(tǒng)300防止首次被充電的電池單體的電壓被增大到大于參考電壓的值，且因此保護(hù)電池單體。電池管理系統(tǒng)300關(guān)斷外部充電器400和多個(gè)單體電池模塊之間的開(kāi)關(guān)510，以停止從外部充電器400供應(yīng)到電池單體的電流(S850)。在另一種方式中，當(dāng)有一個(gè)單體電池模塊達(dá)到參考電壓時(shí)，電池管理系統(tǒng)300可控制外部充電器400以減少所供應(yīng)的電流或關(guān)斷開(kāi)關(guān)510以阻止從外部充電器400供應(yīng)到電池單體的電流。電池管理系統(tǒng)300將控制信號(hào)發(fā)送到單體電池模塊，使得相應(yīng)的單體電池模塊可以基于由單體電池模塊發(fā)送的狀態(tài)信息單獨(dú)地對(duì)電池單體的剩余容量充電(S860)。電池管理系統(tǒng)300分析單體電池模塊的電壓、電流和溫度信息，以確定適合于單體電池模塊的充電方法，并將控制信號(hào)發(fā)送到相應(yīng)的單體電池模塊。單體電池充電器250根據(jù)由電池管理系統(tǒng)300提供的控制信號(hào)為電池單體單獨(dú)充電。在本實(shí)例中，單體電池模塊監(jiān)測(cè)電池單體的電壓、充電電流和溫度，并且它根據(jù)電池單體的狀態(tài)被完全地充電。因此，電池組100不需要經(jīng)歷用于通過(guò)使用低電壓電池單體執(zhí)行平衡過(guò)程來(lái)減小電池組的電壓的單體電池平衡過(guò)程，并且它被完全地充電一直到電池組100的最大充電電壓以因而增加電池組的可用容量。 雖然已結(jié)合目前被認(rèn)為是實(shí)際的示范性實(shí)施方式描述了本發(fā)明，應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施方式，而相反旨在涵蓋包括在所附的權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效形式。
權(quán)利要求
1.一種電池組，包括 多個(gè)單體電池模塊，其包括多個(gè)電池單體；以及 電池管理系統(tǒng)，其用于基于由所述單體電池模塊發(fā)送的電池單體的狀態(tài)信息來(lái)將關(guān)于充電的控制信號(hào)發(fā)送到所述多個(gè)單體電池模塊中的至少一個(gè)，并基于所述狀態(tài)信息控制由外部充電器供應(yīng)到所述單體電池模塊的電流，其中 所述單體電池模塊結(jié)合所述外部充電器被充電到所述電池單體的預(yù)定容量，且根據(jù)所述控制信號(hào)被單獨(dú)充電到所述電池單體的全容量。
2.如權(quán)利要求I所述的電池組,其中 所述單體電池模塊還包括 控制器，其用于監(jiān)測(cè)所述電池單體的狀態(tài)、將監(jiān)測(cè)到的狀態(tài)信息發(fā)送到所述電池管理系統(tǒng)以及接收所述控制信號(hào)，以及 單體電池充電器，其用于通過(guò)所述控制器的控制為所述電池單體充電。
3.如權(quán)利要求2所述的電池組，其中 所述控制器監(jiān)測(cè)所述電池單體的電壓、電流和溫度。
4.如權(quán)利要求I所述的電池組，還包括 開(kāi)關(guān)，其位于根據(jù)極性串聯(lián)耦合的所述電池單體的一端和所述外部充電器的一端之間，其中 所述電池管理系統(tǒng)控制所述開(kāi)關(guān)的接通或關(guān)斷。
5.如權(quán)利要求4所述的電池組，其中 當(dāng)所述多個(gè)單體電池模塊中的一個(gè)達(dá)到參考電壓時(shí)，所述電池管理系統(tǒng)基于所述狀態(tài)信息控制所述開(kāi)關(guān)以停止由所述外部充電器供應(yīng)到所述電池單體的電流。
6.如權(quán)利要求5所述的電池組，其中 當(dāng)由所述外部充電器供應(yīng)到所述電池單體的電流被停止時(shí)，所述電池管理系統(tǒng)基于所述狀態(tài)信息分析所述單體電池模塊的狀態(tài)并將控制信號(hào)發(fā)送到所述單體電池模塊，以便被單獨(dú)充電至全容量。
7.如權(quán)利要求4所述的電池組，其中 所述電池管理系統(tǒng)基于所述電壓、所述電流和所述溫度中的至少一個(gè)設(shè)定所述單體電池模塊的正常操作范圍，且當(dāng)所述單體電池模塊中的至少一個(gè)基于所述狀態(tài)信息不能滿足所述正常操作范圍時(shí)，所述電池管理系統(tǒng)控制所述開(kāi)關(guān)以停止由所述外部充電器供應(yīng)到所述電池單體的電流。
8.如權(quán)利要求I所述的電池組，其中 所述電池管理系統(tǒng)管理由所述單體電池模塊提供的所述狀態(tài)信息，并檢查所述單體電池模塊的性能以確定更換。
9.如權(quán)利要求I所述的電池組，其中 所述狀態(tài)信息包括溫度信息，以及 所述電池管理系統(tǒng)基于所述狀態(tài)信息比較所述單體電池模塊的溫度與參考溫度，并將用于操作加熱墊的控制信號(hào)發(fā)送到具有低于所述參考溫度的溫度的所述單體電池模塊，以及當(dāng)存在具有高于所述參考溫度的溫度的單體電池模塊時(shí)操作冷卻裝置。
10.一種用于電池組的電池管理系統(tǒng)以為包括多個(gè)電池單體的多個(gè)單體電池模塊充電的方法，包括 通過(guò)使用由外部充電器供應(yīng)的電流為所述電池單體充電； 監(jiān)測(cè)所述單體電池模塊的狀態(tài)并確定所述單體電池模塊中的一個(gè)是否達(dá)到參考電壓； 當(dāng)有一個(gè)單體電池模塊達(dá)到所述參考電壓時(shí)，停止充電過(guò)程；以及分析所述單體電池模塊的狀態(tài)信息，并將控制信號(hào)發(fā)送到所述單體電池模塊，使得相應(yīng)的單體電池模塊能夠被單獨(dú)充電到所述電池單體的全容量。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中 所述確定基于由所述單體電池模塊提供的所述電池單體的電壓信息而被執(zhí)行。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中 所述停止包括 通過(guò)控制所述外部充電器來(lái)減少電流供應(yīng)；以及 通過(guò)控制所述外部充電器和所述單體電池模塊之間的開(kāi)關(guān)來(lái)停止由所述外部充電器供應(yīng)到所述電池單體的電流。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電池組，其包括多個(gè)單體電池模塊，多個(gè)單體電池模塊中的每一個(gè)嵌有多個(gè)電池單體；以及電池維護(hù)系統(tǒng)，其基于關(guān)于從多個(gè)單體電池模塊接收到的電池單體的狀態(tài)的信息來(lái)將關(guān)于充電的控制信號(hào)發(fā)送到多個(gè)單體電池模塊中的至少一個(gè)，并且基于電池狀態(tài)信息來(lái)控制從外部充電器供應(yīng)到多個(gè)單體電池模塊的電流，其中多個(gè)單體電池模塊連接到外部充電器，外部充電器根據(jù)控制信號(hào)來(lái)為嵌入的電池單體的預(yù)定部分同時(shí)充電并為嵌入的電池單體的剩余部分單獨(dú)充電，以便在沒(méi)有單體電池平衡過(guò)程的情況下快速且完全地為電池組充電。
文檔編號(hào)G01R31/36GK102859784SQ201180021037
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者鄭潤(rùn)珥 申請(qǐng)人:鄭潤(rùn)珥