專(zhuān)利名稱(chēng)：電池單元均衡電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種電池保護(hù)系統(tǒng)，尤其是關(guān)于一種電池單元均衡系統(tǒng)。
技術(shù)背景在多個(gè)電池單元的電池組中，各個(gè)電池單元會(huì)因?yàn)槔匣潭然螂姵販囟炔煌a(chǎn) 生差異。隨著充/放電循環(huán)次數(shù)的增加會(huì)導(dǎo)致電池單元之間的電壓差異，從而造成電 池單元不均衡以及電池壽命縮短。當(dāng)電池組在一段時(shí)間內(nèi)以一個(gè)相對(duì)高的電流放電時(shí)，如果電池單元的不均衡達(dá)到 一個(gè)特定的極限值，電池包中容量最小的電池單元產(chǎn)生的極性反向會(huì)造成該電池單元 的永久性損壞。因此，當(dāng)電池組電池單元出現(xiàn)不均衡時(shí)，需要一種電路和方法對(duì)電池組進(jìn)行均衡處理。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種電池單元均衡電路，其包括具有第一電壓的第一電池單元； 與第一電池單元串聯(lián)且具有第二電壓的第二電池單元，所述第二電壓大于所述第一電壓；以及與第二電池單元并聯(lián)的旁路，當(dāng)所述第二電壓和所述第一電壓之間的 電壓差值大于預(yù)設(shè)均衡臨界值時(shí)，導(dǎo)通所述旁路，并產(chǎn)生流經(jīng)所述旁路的旁路電流， 所述旁路電流持續(xù)的均衡時(shí)間與所述電壓差值成比例。本發(fā)明還提供一種電池單元均衡電路，其包括與第一電池單元并聯(lián)的第一旁 路，用于產(chǎn)生所述第一電池單元對(duì)應(yīng)的第一旁路電流；與第二電池單元并聯(lián)的第二旁 路，用于產(chǎn)生所述第二電池單元對(duì)應(yīng)的第二旁路電流，所述第二電池單元與所述第一 電池單元串聯(lián)；其中，當(dāng)所述第一電池單元和所述第二電池單元都處于非均衡狀態(tài)時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生所述第一旁路電流和所述第二旁路電流，且持續(xù)一段預(yù)設(shè)均衡時(shí)間。本發(fā)明又提供一種電池單元均衡電路，其包括邏輯控制單元，用于測(cè)量第一電 池單元的第一荷電態(tài)和與所述第一電池單元串聯(lián)的第二電池單元的第二荷電態(tài)，其 中，所述第二荷電態(tài)大于所述第一荷電態(tài)；與所述第二電池單元并聯(lián)的旁路，用于當(dāng) 所述第一荷電態(tài)和所述第二荷電態(tài)之間的差值大于預(yù)設(shè)均衡臨界值時(shí)產(chǎn)生所述第二 電池單元的旁路電流，且持續(xù)一段均衡時(shí)間。本發(fā)明再提供一種電池單元均衡方法，其包括測(cè)量第一電池單元的第一荷電態(tài); 測(cè)量與所述第一電池單元串聯(lián)的第二電池單元的第二荷電態(tài)，所述第二荷電態(tài)大于所 述第一荷電態(tài)；當(dāng)所述第二荷電態(tài)和所述第一荷電態(tài)的差值大于一個(gè)預(yù)設(shè)均衡臨界值 時(shí)，產(chǎn)生所述第二電池單元的旁路電流，且持續(xù)一段均衡時(shí)間。本發(fā)明還提供一種電池單元均衡電路，其包括與電池組中一節(jié)電池單元并聯(lián)的 旁路；及與所述電池組耦合的充電均衡控制器，當(dāng)所述電池單元的電壓達(dá)到預(yù)設(shè)最大 充電電壓時(shí)，產(chǎn)生充電終止信號(hào)以中斷對(duì)所述電池組充電，以及當(dāng)所述電池單元的電 壓達(dá)到低于所述預(yù)設(shè)最大充電電壓的預(yù)設(shè)均衡臨界值時(shí)，產(chǎn)生電池單元均衡信號(hào)，導(dǎo) 通對(duì)應(yīng)電池單元的旁路，產(chǎn)生旁路電流。通過(guò)采用本發(fā)明所述的電池均衡電路和方法，即便經(jīng)過(guò)多次充放電，電池之間的 不均衡都能得以減小或消除，從而提高電池組性能并延長(zhǎng)電池壽命。


以下附圖中類(lèi)似標(biāo)號(hào)表示類(lèi)似組件，后文具體實(shí)施方式
結(jié)合以下附圖進(jìn)行，將使 得本發(fā)明之特性和優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)。圖1所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所述的電池單元均衡電路的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所述的電池單元均衡電路的操作流程圖； 圖3所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的電池單元均衡電路的操作流程圖； 圖4所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的電池單元均衡電路的操作流程圖； 圖5A所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的電池單元均衡電路的結(jié)構(gòu)框圖； 圖5B所示為圖5A中的充電均衡控制器的示例性電路圖。
具體實(shí)施方式
以下將對(duì)本發(fā)明即電池單元均衡的電路和方法的實(shí)施例給出詳細(xì)的參考。盡管本 發(fā)明通過(guò)這些實(shí)施方式進(jìn)行闡述和說(shuō)明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這 些實(shí)施方式。相反，本發(fā)明涵蓋后附權(quán)利要求所定義的發(fā)明精神和發(fā)明范圍內(nèi)的所有 替代物、變體和等同物。另外，為了更好的說(shuō)明本發(fā)明，在下文的具體實(shí)施方式
中給出了眾多的具體細(xì)節(jié)。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在另外一些實(shí)例 中，對(duì)于大家熟知的方法、手續(xù)、元件和電路未作詳細(xì)描述，以便于凸顯本發(fā)明的主匕曰o圖1所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所述的電池單元均衡電路的結(jié)構(gòu)框圖。在圖1的例 子中，電池單元均衡電路100包含一個(gè)由N個(gè)電池單元102—1 102_N組成的電池組。 為了簡(jiǎn)潔明了的表達(dá)，圖中省略了部分電池單元。電池單元102_1~102—N中的每一 個(gè)單元都有一個(gè)與之并聯(lián)的旁路。例如，電池單元102—1的旁路由電阻106_1,電阻 106—2以及開(kāi)關(guān)104_1組成；電池單元102—2的旁路由電阻106_2，電阻106_3以及 開(kāi)關(guān)104—2組成；電池單元102一N的旁路由電阻106—N，電阻106—N+l以及開(kāi)關(guān)104_N 組成。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電池單元均衡電路100還包括均衡控制器110、監(jiān)測(cè) 電路120以及邏輯控制單元130。均衡控制器110通過(guò)控制電池單元102_1~102—N的 對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)104—1 104一N的狀態(tài)來(lái)控制每個(gè)單元的旁路(注意為了簡(jiǎn)潔明了的表達(dá)， 圖1中省略了部分開(kāi)關(guān))。監(jiān)測(cè)電路120監(jiān)測(cè)電池單元102一1 102—N的電壓。邏輯控 制單元130讀取監(jiān)測(cè)電路120的監(jiān)測(cè)信號(hào)，并控制均衡控制器110。在一個(gè)實(shí)施例中， 邏輯控制單元130可以是處理器(比如微處理器)或者狀態(tài)機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)電路120包含一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在每一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換周期中， 模數(shù)轉(zhuǎn)換器監(jiān)測(cè)電池單元102一1 102—N的電壓，邏輯控制單元130讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器 的監(jiān)測(cè)信號(hào)，并由此判斷哪一個(gè)電池單元處于非均衡的狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)在于，如果有一個(gè) 電池單元處于非均衡的狀態(tài)，則導(dǎo)通該電池單元對(duì)應(yīng)的旁路，產(chǎn)生流經(jīng)對(duì)應(yīng)旁路的旁 路電流(或稱(chēng)均衡電流)。圖2所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的電池單元均衡電路100的操作流程圖200。圖2將結(jié)合圖l進(jìn)行描述。在一個(gè)實(shí)施例中，電池組包括具有第一電壓的第一電池單元；與第一電池單 元串聯(lián)且具有第二電壓的第二電池單元，第二電壓大于第一電壓；以及與第二電池單元并聯(lián)的旁路，當(dāng)?shù)诙妷汉偷谝浑妷旱牟钪荡笥谝粋€(gè)預(yù)設(shè)均衡臨界值時(shí)，
導(dǎo)通第二電池單元的旁路，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的旁路電流。優(yōu)點(diǎn)在于，旁路電流(或均衡電 流)的持續(xù)時(shí)間(即第二電池單元的均衡時(shí)間)與第二電壓和第一電壓的差值成比例。在步驟202中，監(jiān)測(cè)電池單元102_1~102—N的電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)電 路120耦合于電池單元102—1 102一N，用于監(jiān)測(cè)該電池單元102—1~102—N的電壓， 并產(chǎn)生一個(gè)反映電池電壓的監(jiān)測(cè)信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，該監(jiān)測(cè)信號(hào)被送到邏輯控制 單元130。在歩驟204中，比較電池單元102一1 102—N的電壓，例如，使用邏輯控制 單元130來(lái)進(jìn)行比較。在一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行步驟206，如果電池單元的最大電壓和最小電壓的差值大 于預(yù)設(shè)均衡臨界值，流程圖200轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟210，否則流程圖200返回執(zhí)行步驟202。 例如，如果第一電池單元102—1的電壓為最小電壓Vcel1—min，第二電池單元102—2 的電壓為最大電壓Vcell_max，且Vcell—max和Vcell—min的差值大于預(yù)設(shè)均衡臨界 值，那么流程圖200轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟210。在步驟210中，設(shè)定一個(gè)與最大電壓Vcell—max和最小電壓Vcell_min的差值成 比例的均衡時(shí)間T—balancing。在一個(gè)實(shí)施例中，均衡時(shí)間T_balancing由控制器(例 如邏輯控制單元130)根據(jù)下式設(shè)定T—balancing=(Vcell—max- Vcell—min)*Tcd/VcelI_full (1)其中，Vcell—full表示電池單元在完全充電狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)電壓，Tcd表示處于完全 充電狀態(tài)下的電池單元完全放電所需的時(shí)間。如式(1)所示，均衡時(shí)間T_balancing 與Vcell—max和Vcell—min的差值成比例。在步驟212中，產(chǎn)生具有最大單元電壓Vcell一max的電池單元的旁路電流。具體 的說(shuō)，均衡控制器110能夠控制使具有最大單元電壓Vcell—max的電池單元所對(duì)應(yīng)的 開(kāi)關(guān)閉合，從而導(dǎo)通與該電池單元并聯(lián)的旁路，并持續(xù)導(dǎo)通一個(gè)均衡時(shí)間T—balancing。 在步驟214中，如果導(dǎo)通時(shí)間超過(guò)均衡時(shí)間T—balancing,流程圖200返回步驟202 開(kāi)始新的周期，否則流程圖200回到步驟214。因此，具有最大單元電壓Vcell—max的電池單元的旁路會(huì)被導(dǎo)通，并產(chǎn)生旁路電 流。在一個(gè)實(shí)施例中，旁路電流持續(xù)的時(shí)間(即均衡時(shí)間T_balancing)與最大電壓 Vcell—max和最小電壓Vcell—min的差值成比例的，這樣的設(shè)定能使具有最大電壓 Vcell_max的電池單元的電壓逐漸被調(diào)節(jié)到最小電壓Vcell—min。圖2所示的算法在電 池的充電、放電或者空閑階段均能使用。
圖3所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的電池單元均衡電路100的操作流程圖300。 圖3將結(jié)合圖l進(jìn)行描述。在一個(gè)實(shí)施例中，電池單元均衡電路100可以同時(shí)均衡2個(gè)或更多個(gè)電池單元。例如，與第一電池單元并聯(lián)的第一旁路，用于產(chǎn)生第一旁路(或均衡)電流；與第二 電池單元并聯(lián)的第二旁路，用于產(chǎn)生第二旁路電流；第二電池單元與第一電池單元串 聯(lián)。在一個(gè)實(shí)施例中，如果第一電池單元和第二電池單元都處于不均衡的狀態(tài)，則同 時(shí)產(chǎn)生第一旁路電流和第二旁路電流，并持續(xù)一個(gè)預(yù)設(shè)均衡時(shí)間。第一旁路電流流經(jīng) 第一旁路，第二旁路電流流經(jīng)第二旁路。在一個(gè)實(shí)施例中，如果第一電池單元的第一電壓大于預(yù)設(shè)均衡臨界值，且第二電 池單元的第二電壓也大于預(yù)設(shè)均衡臨界值，那么第一電池單元和第二電池單元都處于 非均衡狀態(tài)。在另一個(gè)實(shí)施例中，如果第一電池單元的第一電壓和第三電池單元的第 三電壓之間的差值大于預(yù)設(shè)均衡臨界值，且第二電池單元的第二電壓和第三電池單元 的第三電壓之間的差值也大于預(yù)設(shè)均衡臨界值，那么第一電池單元和第二電池單元都 處于非均衡狀態(tài)。在步驟302中，開(kāi)始執(zhí)行一個(gè)新的模數(shù)轉(zhuǎn)換周期。在步驟304中，選擇電池單元 102—i(i=l)。在步驟306中，如果所選電池單元102—i正處于均衡狀態(tài)(即與電池單元 102—i并聯(lián)的旁路導(dǎo)通，有旁路電流流過(guò))，流程圖300轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟310。在步驟310中，暫停均衡電池單元102—i以及與該電池單元102_i相鄰的電池單 元(也就是說(shuō)，暫時(shí)斷開(kāi)電池單元102一i以及與該電池單元102j相鄰的電池單元對(duì) 應(yīng)的旁路開(kāi)關(guān)，中斷對(duì)應(yīng)的旁路電流通過(guò))。例如，如果選擇電池單元102—1，則暫 停均衡電池單元102—1和電池單元102_2;如果選擇電池單元102—2，則暫停均衡電 池單元102一1、電池單元102—2和電池單元102—3;如果選擇電池單元102_N，則暫 停均衡電池單元102—N-l、電池單元102—N。在步驟312中，監(jiān)測(cè)電路120讀取所選電池單元102_i的電壓。具體地說(shuō)，在一 個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)電路120中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器會(huì)把從電池單元102_i上得到的模擬電壓 信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后傳給邏輯控制單元130。在步驟314中，恢復(fù)均衡電池單 元102一i以及與該電池單元102_i相鄰的電池單元，然后使流程圖300轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟 316。返回步驟306，如果沒(méi)有均衡所選電池單元102—i，流程圖300轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟308。
監(jiān)測(cè)電路120讀取所選電池單元102j的電壓。具體地說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)電 路120中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器會(huì)把從電池單元102_i上得到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號(hào)，然后傳給邏輯控制單元130。最后流程圖300轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟316。在步驟316中，如果i小于電池組中電池單元的總數(shù)N，則流程圖300轉(zhuǎn)至執(zhí)行 步驟318。在步驟318中，使i增加l，則下一個(gè)電池單元將被選中。然后流程圖300 返回執(zhí)行步驟306。步驟306以后的流程在前面已經(jīng)做過(guò)詳細(xì)描述，這里不再贅述。在步驟316中，如果i大于或等于電池組中電池單元的總數(shù)N，則流程圖300轉(zhuǎn) 至執(zhí)行步驟320。在一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行步驟320，邏輯控制單元130比較電池單元 102—1~102_N的電壓。在步驟322中，暫停均衡所有的電池單元102—1 102_N。在步 驟324中，邏輯控制單元130檢査是否有電池單元處于非均衡狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中， 如果有一個(gè)電池單元的電壓大于預(yù)設(shè)均衡臨界值，那么該電池單元處于非均衡狀態(tài)。 在另一個(gè)實(shí)施例中，如果同一個(gè)電池組中的一個(gè)電池單元的電壓和另一個(gè)電池單元的 電壓之間的差值大于預(yù)設(shè)均衡臨界值，該電池單元處于非均衡狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)在于，電池 單元均衡電路100能一次均衡一個(gè)電池單元，也能夠同時(shí)均衡2個(gè)或多個(gè)電池單元。 例如，如果一個(gè)電池有N個(gè)電池單元，那么電池單元均衡電路100能同時(shí)均衡最多 N-l個(gè)電池單元；也就是說(shuō)，電池單元均衡電路能同時(shí)產(chǎn)生最多N-1個(gè)電池單元的旁 路電流。在一個(gè)實(shí)施例中，能夠同時(shí)均衡電池單元的數(shù)目由邏輯控制單元130和(/或) 用戶預(yù)先設(shè)置(或編程)來(lái)確定。在步驟324中，如果有1個(gè)或多個(gè)電池單元處于非均衡狀態(tài)，流程圖300轉(zhuǎn)至執(zhí) 行步驟326。在步驟326中，如果有1個(gè)或多個(gè)電池單元處于非均衡狀態(tài)，則產(chǎn)生該 電池單元對(duì)應(yīng)的旁路電流。在經(jīng)過(guò)一個(gè)延時(shí)以后(步驟328)，流程圖300返回執(zhí)行步 驟302，開(kāi)始一個(gè)新的模數(shù)轉(zhuǎn)換周期。在步驟328中，延時(shí)長(zhǎng)短可以預(yù)先設(shè)定，也可 以設(shè)定為O。在步驟324中，如果所有的電池單元都處于均衡狀態(tài)，流程圖300直接 轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟302，開(kāi)始一個(gè)新的模數(shù)轉(zhuǎn)換周期。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，在一個(gè)實(shí)施例中，電池單元均衡電路IOO能通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)電 池組102的電池單元的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡電池單元。每一次均衡調(diào)節(jié)持續(xù)一段預(yù)設(shè)時(shí) 間。均衡結(jié)束以后，電池均衡電路IOO會(huì)再次監(jiān)測(cè)電池組102中電池單元的電壓，判 斷是否有電池單元處于非均衡狀態(tài)。均衡調(diào)節(jié)持續(xù)的預(yù)設(shè)時(shí)間由模數(shù)轉(zhuǎn)換的周期決 定，比如，預(yù)設(shè)時(shí)間可以小于模數(shù)轉(zhuǎn)換周期。均衡調(diào)節(jié)持續(xù)的預(yù)設(shè)時(shí)間也可以由用戶
通過(guò)在步驟328中設(shè)定的延時(shí)來(lái)決定。圖4所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的電池單元均衡電路100的一種操作流程圖 400。圖4將結(jié)合圖l進(jìn)行描述。在一個(gè)實(shí)施例中，電池單元均衡電路100能通過(guò)監(jiān)測(cè)電池單元102—1 102—N的 荷電態(tài)(state of charge, SOC)來(lái)均衡電池單元。在一個(gè)實(shí)施例中，邏輯控制單元130 測(cè)量第一電池單元的第一荷電態(tài)；同時(shí)，邏輯控制單元130測(cè)量第二電池單元的第二 荷電態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，第二荷電態(tài)大于第一荷電態(tài)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)?shù)诙?荷電態(tài)與第一荷電態(tài)的差值大于預(yù)設(shè)均衡臨界值時(shí)，導(dǎo)通與第二電池單元并聯(lián)的旁 路，開(kāi)始均衡第二電池單元。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)通第二電池單元的旁路持續(xù)一段均 衡時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，均衡時(shí)間與第二荷電態(tài)和第一荷電態(tài)之間的差值成比例。 在另一個(gè)實(shí)施例中，均衡時(shí)間與預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)一致。在步驟402中，電池組102處于充電階段。在步驟404中，邏輯控制單元130判 斷是否有電池單元正處于均衡階段。在一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行步驟406，即如果沒(méi)有任 一電池單元正處于均衡階段，邏輯控制單元130讀取在上一個(gè)充/放電周期中記錄下 的每一個(gè)電池單元102—1 102—N的完全充電容量。在一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行步驟410，如果有1個(gè)或多個(gè)電池單元正處于均衡階段， 則使邏輯控制單元130檢查決定均衡時(shí)間的計(jì)時(shí)器。在步驟412中，如果計(jì)時(shí)器沒(méi)有 超時(shí)，流程圖400返回執(zhí)行步驟404。在步驟412中，如果計(jì)時(shí)器超時(shí)，流程圖400 轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟414。在一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行步驟414，停止均衡，然后流程圖400轉(zhuǎn) 至執(zhí)行步驟408。在步驟408中，邏輯控制單元130能計(jì)算出電池組102中每個(gè)電池單元 102—1 102一N的荷電態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè)電池單元的荷電態(tài)由該電池單元的 當(dāng)前容量和完全充電容量(FCC)的比值決定。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)計(jì)算荷電態(tài)， 電池單元均衡電路100能夠判斷哪些電池單元需要均衡。在步驟416中，比較所有電池單元的荷電態(tài)，例如，邏輯控制單元130進(jìn)行所述 比較。在一個(gè)實(shí)施例中，邏輯控制單元130能夠査找出電池組102中具有最大和最小 的荷電態(tài)的電池單元。在步驟418中，如果最大荷電態(tài)和最小荷電態(tài)之間的差值大于 預(yù)設(shè)均衡臨界值，則流程圖400轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟420;否則，流程圖400返回執(zhí)行步驟 408。由于步驟408以后的流程在前面己經(jīng)作過(guò)詳細(xì)描述，這里不再贅述。
在步驟420中，均衡時(shí)間T由邏輯控制單元130確定。在一個(gè)實(shí)施例中，均衡時(shí) 間與最大荷電態(tài)和最小荷電態(tài)之間的差值成比例。在步驟422中，均衡具有最大荷電 態(tài)的電池單元(例如，導(dǎo)通該電池單元的旁路，產(chǎn)生旁路電流)，并啟動(dòng)對(duì)應(yīng)計(jì)時(shí)器。 流程圖400返回執(zhí)行步驟404，開(kāi)始一個(gè)新的循環(huán)周期。優(yōu)點(diǎn)在于，電池單元均衡電 路IOO是以每個(gè)電池單元的荷電態(tài)作為判斷哪一個(gè)電池單元需要均衡的依據(jù)，不同于 前面實(shí)施例使用的以每個(gè)電池單元的電壓作為依據(jù)。圖5A所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的電池單元均衡電路的示意圖。圖5A和 圖1中具有相同標(biāo)記的單元具有相似的功能，因此圖5A中不再分別對(duì)這些單元進(jìn)行 詳細(xì)闡述。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，電池單元均衡電路500A會(huì)在電池單元達(dá)到預(yù)設(shè)最大充電電 壓(完全充電電壓)之前就開(kāi)始均衡調(diào)節(jié)。例如，在電池單元電壓達(dá)到最大充電電壓 的90%的時(shí)候，導(dǎo)通旁路，產(chǎn)生旁路電流，開(kāi)始均衡調(diào)節(jié)。在一個(gè)實(shí)施例中，如果在 電池單元電壓達(dá)到最大充電電壓之前開(kāi)始均衡，那么處于非均衡狀態(tài)的電池單元就需 要更長(zhǎng)的均衡時(shí)間，這樣的結(jié)果能延長(zhǎng)電池的壽命。在一個(gè)實(shí)施例中，圖5A所示的 電池單元均衡電路500A不僅適用于電池組的充電過(guò)程，還適用于其他應(yīng)用情形。電池單元均衡電路500A包括一組與電池組102的電池單元102—1~102—N所對(duì)應(yīng) 的充電均衡控制器510J 510一N。為了使圖片簡(jiǎn)潔明了，圖500A省略了部分充電均 衡控制器。在一個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè)充電均衡控制器510_1~510—N監(jiān)測(cè)與之對(duì)應(yīng)的 電池單元102J 102—N的電壓，并產(chǎn)生均衡控制信號(hào)控制與之對(duì)應(yīng)的電池單元 102—1 102一N。每一個(gè)充電均衡控制器510_1~510—N接收一個(gè)代表電池單元預(yù)設(shè)最大 充電電壓(完全充電電壓)的參考電壓522和一個(gè)代表電池單元預(yù)設(shè)均衡臨界值的參 考電壓520，參考電壓520通常小于參考電壓522，例如，參考電壓520等于參考電 壓522的90%。另外，每一個(gè)充電均衡控制器510J 510一N還會(huì)讀取與之對(duì)應(yīng)的電 池單元102一1~102—N的電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)一個(gè)電池單元電壓達(dá)到預(yù)設(shè)最大充電電壓時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的充 電均衡控制器510J 510一N (為了使圖片簡(jiǎn)潔明了，圖5A省略了部分元件)產(chǎn)生一 個(gè)充電終止信號(hào)540一1~540—N (為了使圖片簡(jiǎn)潔明了，圖5A省略了部分元件)，停 止對(duì)電池組102充電。在一個(gè)實(shí)施例中，或門(mén)540接收充電終止信號(hào)540J 540—N。 在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)任意一個(gè)充電終止信號(hào)540—1 540—N為高電平的時(shí)候，或門(mén)540
產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)542，停止對(duì)電池組102充電。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)某個(gè)電 池單元對(duì)應(yīng)的單元電壓達(dá)到預(yù)設(shè)均衡臨界值時(shí)，充電均衡控制器510—1~510_N產(chǎn)生 均衡對(duì)應(yīng)電池單元的信號(hào)，導(dǎo)通該電池單元的旁路，產(chǎn)生旁路電流，開(kāi)始均衡調(diào)節(jié)。 預(yù)設(shè)均衡臨界值小于同一電池單元的預(yù)設(shè)最大充電電壓。旁路電流是通過(guò)閉合對(duì)應(yīng)開(kāi) 關(guān)104—1 104—N實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖5B所示為充電均衡控制器的電路圖。圖5B和圖 5A中具有相同標(biāo)記的單元具有相似的功能，因此圖5B中不再分別對(duì)這些單元進(jìn)行詳 細(xì)闡述。在圖5A中，每一個(gè)充電均衡控制器510—1 510—N都具有如圖5B所示的結(jié)構(gòu)。 在一個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè)充電均衡控制器510—1 510—N都包括一個(gè)比較器504，用于 比較電池單元電壓和電池單元預(yù)設(shè)最大充電電壓522，并根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生充電終止 信號(hào)540。每一個(gè)充電均衡控制器510J 510—N還包括一個(gè)比較器502，用于比較電 池單元電壓和預(yù)設(shè)均衡臨界值(例如，預(yù)設(shè)均衡臨界值等于預(yù)設(shè)最大充電電壓的 90%),并根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生電池單元均衡信號(hào)534。信號(hào)Vcell+和Vcdl-分別耦合于 對(duì)應(yīng)電池單元的正、負(fù)端。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種電池單元均衡電路。本發(fā)明中的電池 單元均衡電路能根據(jù)不同電池單元均衡算法實(shí)現(xiàn)均衡電池組，減輕電池單元的不均 衡，從而延長(zhǎng)電池的壽命。上文具體實(shí)施方式
和附圖僅為本發(fā)明之常用實(shí)施例。顯然，在不脫離權(quán)利要求書(shū)所界定的本發(fā)明精神和發(fā)明范圍的前提下可以有各種增補(bǔ)、修改和替換。本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)該理解，本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)具體的環(huán)境和工作要求在不背離發(fā)明準(zhǔn)則 的前提下在形式、結(jié)構(gòu)、布局、比例、材料、元素、組件及其它方面有所變化。因此， 在此披露之實(shí)施例僅用于說(shuō)明而非限制，本發(fā)明之范圍由后附權(quán)利要求及其合法等同 物界定，而不限于此前之描述。
權(quán)利要求
1. 一種電池單元均衡電路，其特征在于，包括具有第一電壓的第一電池單元；與所述第一電池單元串聯(lián)且具有第二電壓的第二電池單元，所述第二電壓大于所述第一電壓；及與所述第二電池單元并聯(lián)的旁路，當(dāng)所述第二電壓和所述第一電壓之間的電壓差值大于預(yù)設(shè)均衡臨界值時(shí)，導(dǎo)通所述旁路，并產(chǎn)生流經(jīng)所述旁路的旁路電流，所述旁路電流持續(xù)的均衡時(shí)間與所述電壓差值成比例。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池單元均衡電路，其特征在于，還包括邏輯控制單元，用于接收第一監(jiān)測(cè)信號(hào)和第二監(jiān)測(cè)信號(hào)，并決定所述均衡時(shí)間， 其中，所述第一監(jiān)測(cè)信號(hào)指示所述第一電壓，所述第二監(jiān)測(cè)信號(hào)指示所述第二電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池單元均衡電路，其特征在于，還包括 均衡控制器，當(dāng)所述電壓差值大于所述預(yù)設(shè)均衡臨界值時(shí)，所述均衡控制器在所述一段均衡時(shí)間內(nèi)持續(xù)導(dǎo)通所述旁路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元均衡電路，其特征在于，還包括 監(jiān)測(cè)電路，用于監(jiān)測(cè)所述第一電壓和所述第二電壓。
5. —種電池單元均衡電路，其特征在于,包括第一旁路，與第一電池單元并聯(lián)，用于產(chǎn)生所述第一電池單元對(duì)應(yīng)的第一旁路電流；第二旁路，與第二電池單元并聯(lián)，用于產(chǎn)生所述第二電池單元對(duì)應(yīng)的第二旁路電 流，所述第二電池單元與所述第一電池單元串聯(lián)；其中，當(dāng)所述第一電池單元和所述第二電池單元都處于非均衡狀態(tài)時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生 所述第一旁路電流和所述第二旁路電流，且持續(xù)一段預(yù)設(shè)均衡時(shí)間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池單元均衡電路，其特征在于，所述第一旁路電流流經(jīng)所述第一旁路，所述第二旁路電流流經(jīng)所述第二旁路。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池單元均衡電路，其特征在于，當(dāng)所述第一電池單元的 第一電壓大于預(yù)設(shè)均衡臨界值，且所述第二電池單元的第二電壓也大于預(yù)設(shè)均衡臨界 值時(shí)，所述第一電池單元和所述第二電池單元都處于所述非均衡狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池單元均衡電路，其特征在于，當(dāng)所述第一電池單元的第一電壓和一第三電池單元的第三電壓之間的第一差值大于一預(yù)設(shè)均衡臨界值，且所 述第二電池單元的第二電壓和所述第三電池單元的第三電壓之間的第二差值也大于 所述預(yù)設(shè)均衡臨界值時(shí)，則所述第一電池單元和所述第二電池單元都處于所述非均衡狀態(tài)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池單元均衡電路，其特征在于，還包括監(jiān)測(cè)電路，用于監(jiān)測(cè)所述第一電池單元的第一電壓和所述第二電池單元的第二電壓。
10. —種電池單元均衡電路，其特征在于,包括邏輯控制單元，用于測(cè)量第一電池單元的第一荷電態(tài)和與所述第一電池單元串聯(lián) 的第二電池單元的第二荷電態(tài)，其中，所述第二荷電態(tài)大于所述第一荷電態(tài)；與所述第二電池單元并聯(lián)的旁路，用于當(dāng)所述第一荷電態(tài)和所述第二荷電態(tài)之間 的差值大于預(yù)設(shè)均衡臨界值時(shí)產(chǎn)生所述第二電池單元的旁路電流，且持續(xù)一段均衡時(shí)間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的電池單元均衡電路，其特征在于，所述均衡時(shí)間與所述差值成比例。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池單元均衡電路，其特征在于，所述均衡時(shí)間等于一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的電池單元均衡電路，其特征在于，所述第一荷電態(tài)由所 述第一電池單元的當(dāng)前容量和所述第一電池單元的完全充電容量的比值決定。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的電池單元均衡電路，其特征在于，所述第二荷電態(tài)由所 述第二電池單元的當(dāng)前容量和所述第二電池單元的完全充電容量的比值決定。
15. —種電池單元均衡方法，其特征在于，包括 測(cè)量第一電池單元的第一荷電態(tài)；測(cè)量與所述第一電池單元串聯(lián)的第二電池單元的第二荷電態(tài)，所述第二荷電態(tài)大 于所述第一荷電態(tài)；當(dāng)所述第二荷電態(tài)和所述第一荷電態(tài)的差值大于一個(gè)預(yù)設(shè)均衡臨界值時(shí)，產(chǎn)生所 述第二電池單元的旁路電流，且持續(xù)一段均衡時(shí)間。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池單元均衡方法，其特征在于，所述均衡時(shí)間與所述差值成比例。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池單元均衡方法，其特征在于，所述均衡時(shí)間等于一 個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池單元均衡方法，其特征在于，所述第一荷電態(tài)由所 述第一電池單元的當(dāng)前容量和所述第一電池單元的完全充電容量的比值決定。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池單元均衡方法，其特征在于，所述第二荷電態(tài)由所 述第二電池單元的當(dāng)前容量和所述第二電池單元的完全充電容量的比值決定。
20. —種電池單元均衡電路，其特征在于,包括 與電池組中一節(jié)電池單元并聯(lián)的旁路；及與所述電池組耦合的充電均衡控制器，當(dāng)所述電池單元的電壓達(dá)到預(yù)設(shè)最大充電 電壓時(shí)，產(chǎn)生充電終止信號(hào)以停止對(duì)所述電池組充電，以及當(dāng)所述電池單元的電壓達(dá)到低于所述預(yù)設(shè)最大充電電壓的預(yù)設(shè)均衡臨界值時(shí)，產(chǎn)生電池單元均衡信號(hào)，導(dǎo)通對(duì) 應(yīng)電池單元的旁路，產(chǎn)生旁路電流。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電池單元均衡電路，其特征在于，所述充電均衡控制器包括與所述電池單元耦合的第一比較器，用于比較所述電池單元電壓和所述預(yù)設(shè)最大 充電電壓，并產(chǎn)生所述充電終止信號(hào)；與所述電池單元耦合的第二比較器，用于比較所述電池單元電壓和所述預(yù)設(shè)均衡 臨界值，并產(chǎn)生所述電池單元均衡信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電池單元均衡的電路和方法，該電池單元均衡電路包括具有第一電壓的第一電池單元；具有第二電壓且與第一電池單元串聯(lián)的第二電池單元，第二電壓大于所述第一電壓；以及與第二電池單元并聯(lián)的旁路，當(dāng)?shù)诙妷汉偷谝浑妷旱牟钪荡笥陬A(yù)設(shè)均衡臨界值時(shí)，導(dǎo)通第二電池單元的旁路，產(chǎn)生旁路電流，且旁路電流持續(xù)的均衡時(shí)間(即第二電池單元的均衡時(shí)間)與第二電壓和第一電壓的差值成比例。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101399454SQ200810135408
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月25日
發(fā)明者康斯坦丁·布克, 曾曉軍, 法拉維斯·盧浦, 盛開(kāi)義, 肖安全 申請(qǐng)人:凹凸電子(武漢)有限公司