CN101331644A - 多电池组系统、其控制方法和使用其的电池组 - Google Patents

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Abstract

一种由多个电池组组成的多电池组系统。主电池组从每个从电池组接收总电压，并且每当经过预定的时间周期就使用主电池组的总电压及所有从电池组的总电压计算目标总电压，发送所计算的目标总电压到每个从电池组，比较该目标总电压与该主电池组的总电压，然后依据比较结果连接或者断开主电池组的单元电池组和输出端子。从电池组包括至少一个从电池组，其按照主电池组的请求发送该从电池组的总电压，从该主电池组接收目标总电压，比较该目标总电压与该从电池组的总电压，然后按照比较结果连接或者断开从电池组的单元电池组和输出端子。

Description

多电池组系统、其控制方法和使用其的电池组
技术领域
本发明涉及电池组，并且更特别地涉及由多个电池组组成的多电池组系统及其控制方法和使用其的电池组。
背景技术
一般地，诸如蜂窝电话、笔记本计算机或者数码相机的便携电子装置采用包括多个可充电电池的电池组作为电源。近年来，已经提出了具有多个并联连接的电池组的多电池组系统，其提供了如此充足的容量以确保便携电子装置的稳定操作并允许应用到多种便携电子装置。
但是，该多电池组系统具有难于控制的问题，因为其被配置使得其中所包括的电池组的数量是可改变的。
为了解决该问题，已经提出了多种方案。例如，日本专利No.3405526公开了一种多电池组电源单元。在该多电池组电源单元中，多电池组中的每一个包括多个单元电池和用于检测充/放电状态及控制充/放电的电路，其中，一个电池组被设置为主电池组，其它电池组被设置为从电池组。主电池组请求通过通信向从电池组发送用于指示充/放电状态的数据、管理全部数据、确定充/放电状态、发送指令、并控制充/放电。同时，从电池组依据数据请求发送用于指示充/放电状态的数据、接收指令、并执行充/放电。
依据上述的文献，主电池组控制多个从电池组的充/放电。因此，随着从电池组的数量的增加，更多的负荷被施加到设置为主的电池组。
因此，急需一种多电池组系统，其能够允许控制多个从电池组，而不增加主电池组上的负荷。
发明内容
技术问题
本发明被设计以解决现有技术的问题，因此，本发明的目的是提供一种多电池组及其控制方法和使用其的电池组，该多电池组能够允许控制多个从电池组，而不增加多电池组系统中的主电池组上的负荷。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供了多电池组系统，其包括：主电池组，主电池组从每个从电池组接收总电压，并且每当经过预定的时间周期，使用主电池组的总电压和所有的从电池组的总电压计算目标总电压，发送所计算的目标总电压到每个从电池组，比较目标总电压与主电池组的总电压，然后依据比较结果连接或者断开主电池组的单元电池组和输出端子；及至少一个从电池组，其依据主电池组的请求发送从电池组的总电压，从主电池组的接收目标总电压，比较目标总电压与从电池组的总电压，然后依据比较结果连接或者断开从电池组的单元电池组和输出端子。
在本发明中，每当经过预定的时间周期，多电池组系统的主电池组接收多个从电池组的TTLV(总电压)，依据充电或者放电模式计算TGTTLV(目标总电压)，并且发送TGTTLV到多个从电池组，同时接收TGTTLV的多个从电池组本身根据TTLV和TGTTLV连接多个单元电池和输出端子，用以充电或放电。
如上所述，本发明允许仅通过向多个从电池组提供TGTTLV来控制被提供到多电池组系统的多个电池组，由此虽然增加了从电池组的数目，但未施加负荷到主电池组上。
附图说明
依据下面参考附图对于实施例的描述，本发明的其它目的和方面将变得清楚明了，在附图中：
图1是示出依据本发明的优选实施例的多电池组系统的示意图；
图2是示出依据本发明的优选实施例的电池组的电路图；
图3是说明依据本发明的优选实施例的控制主电池组的过程的流程图；
图4是说明依据本发明的优选实施例的控制从电池组的过程的流程图；
图5是示出依据本发明的优选实施例的数据格式的示意图；
图6是示出依据本发明的优选实施例的放电方法的流程图；
图7是示出依据本发明的优选实施例的充电方法的流程图；
图8是示出依据本发明的优选实施例的目标总电压(TGTTLV)的波形的图表。
具体实施方式
下文中将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。在描述之前，应当明白，在该说明书和所附权利要求中使用的术语不应当被解释为限于普通含义和词典含义，而是在允许发明人适当地定义术语以获得最佳解释的原则的基础上，基于对应于本发明的技术方面的含义和构思进行解释。因此，在此给出的描述仅仅是用于说明目的优选实例，并非意图限定本发明的范围，因此应当明白在不偏离本发明的精神和范围的情况中可以对于其进行其它的等同替代和变型。
图1示出了依据本发明的优选实施例的多电池组系统。
参考图1，多电池组系统包括主电池组100和第1个到第N个从电池组102～10N+2。
主电池组100和第1个到第N个从电池组102～10N+2并联地连接到电源输出端子V+、V-，并输出预定功率到电源输出端子V+、V-。
每当经过预定的时间周期，主电池组100向第1个到第N个从电池组102～10N+2请求总电压(TTLV)。然后，如果第1个到第N个从电池组102～10N+2按照请求提供TTLV，则主电池组100根据其本身的TTLV和第1个到第N个从电池组102～10N+2的TTLV计算目标总电压(TGTTLV)，并向第1个到第N个从电池组102～10N+2发送TGTTLV。
其后，主电池组100比较TGTTLV与其本身的TTLV，然后依据比较结果连接或者断开单元电池组和输出端子。特别地，主电池组100依据充电或者放电模式选择性地控制开关单元的开关元件。
另外，如果从主电池组100提供TGTTLV，则第1个到第N个从电池组102～10N+2比较TGTTLV与其本身的TTLV，然后依据比较结果连接或者断开单元电池组和输出端子。特别地，第1个到第N个从电池组102～10N+2依据充电或者放电模式选择性地控制开关单元的开关元件。
在此，当主电池组100和第1个到第N个从电池组102～10N+2的开关单元将单元电池组与输出端子V+、V-连接时，每个电池组基于输出端子V+、V-而并联连接。
主电池组100和第1个到第N个从电池组102～10N+2具有相同的配置，但是它们的不同仅在于他们的作为主或者从的操作，因此下面参考图2来详细说明仅一个电池组。
参考图2，当被设置为主时，电池组的控制器200从第1个到第N个从电池组102～10N+2接收TTLV，并从单元电池电压和电流检测电路202接收其本身的TTLV。然后，控制器200计算整个电池组的TGTTLV，并且与依据TGTTLV控制开关单元206一起向第1个到第N个从电池组102～10N+2发送所计算的TGTTLV。
特别地，被设置为主的控制器200在充电模式的情况中基于整个电池组的最小电压来计算整个电池组的TGTTLV，而它在放电模式的情况中基于整个电池组的最大电压来计算整个电池组的TGTTLV。在此，依据下述因素确定充电模式或者放电模式的TGTTLV：最大负载电流；每个电池组的开关电流容量；电池组温度；电流；每个电池组的TTLV；电池的内部电阻；和电池的特性。
另外，当被设置为从时，控制器200按照主电池组100的请求发送其本身的TTLV，并依据从主电池组100提供的TGTTLV控制开关单元206。
另外，控制器200使用驱动信号进行操作，并且控制器200经由通信路径连接到另一个电池组以执行符合RS 232的串行通信。
在本发明中使用的通信格式由1个起始位、8个数据位、和1个结束位组成，且通信速率为9600[bps]，如图5的(a)中所示。在此，虽然本发明的优选实施例仅示例了符合RS 232的串行通信，但是可以采用诸如IIC的各种通信方法，这对于本领域技术人员是显而易见的。
控制器200可以在通信格式的数据区域上承载由从电池组的地址和指令组成的TTLV请求消息，然后将其发送到任何一个从电池组，或者其可以承载针对TTLV请求消息的由其本身的最大和最小电压组成的TTLV响应消息至主电池组100，如图5(b)内所示。
另外，如图5的(c)中所示，控制器200可以发送TGTTLV通知消息，其由指令、指示全部第1个到第N个从电池组102～10N+2的地址和TGTTLV的最大和最小电压组成。
同时，控制器200从单元电池电压和电流检测电路202接收所检测的包括在单元电池组204中的多个单元电池Cell1～Cell8中的的每一个的电压，然后累加所检测的电压以计算其本身的TTLV。
另外，在控制器200的TTLV不同于TGTTLV的情况中，控制器200控制开关单元206以连接单元电池组204的两端到输出端子V+、V-，在单元电池组204中多个单元电池Cell1～Cell8串联连接。
开关单元206包括：串联连接在单元电池组204和输出端子V+之间的充电开关元件(CFET)和放电开关元件(DFET)；及，开关元件控制器208。开关元件控制器208在控制器200的控制下控制CFET和DFET。即，开关元件控制器208在充电模式的情况中接通CFET，并在放电模式的情况中接通DFET。如上所述配置的开关单元206在电池组领域中是为人所熟知的，已经公开在日本专利公开H10-321535中，在此未作详细描述。
单元电池电压和电流检测电路212检测多个单元电池Cell1～Cell8中的每一个的电压和电流，并输入该电压和电流至控制器200的AD端子。特别地，在单元电池组204和输出端子V-之间串联电流感测电阻R，且单元电池电压和电流检测电路202使用在电流感测电阻R的两端处的电压来感测电流。
单元电池组204包括多个串联连接的可充电电池Cell1～Cell8。
现在，将参考流程图更详细地说明依据本发明的优选实施例的多电池组的操作。
图3是说明由依据本发明的优选实施例的主电池组进行的计算TGTTLV的过程的流程图。
参考图3，主电池组100控制器通过使用内部定时器(未示出)检查是否经过了预定的时间周期(步骤300)。在此，预定的时间周期可以确定为几十毫秒或几秒。每当经过预定的时间周期，主电池组100的控制器通过通信路径发送TTLV请求消息到与其连接的第1个到第N个从电池组102～10N+2中的每一个(步骤302)。
如果第1个到第N个从电池组102～10N+2发送针对TTLV请求消息的TTLV响应消息(步骤304的是)，则主电池组100的控制器通过其本身的单元电池电压和电流检测电路来检测其本身的TTLV(步骤306)。因此，控制器获得所有的电池组100、102～10N+2的TTLV，并使用所有的电池组100、102～10N+2的TTLV来计算TGTTLV(步骤308)。特别地，控制器在充电模式的情况中基于所有电池组的最小电压来计算所有电池组的TGTTLV，并在放电模式的情况中基于所有电池组的最大电压来计算所有电池组的TGTTLV。然后，控制器将TGTTLV存储在存储器(未示出)内。
如果计算了TGTTLV，则主电池组100的控制器将TGTTLV配置进TGTTLV通知消息内，然后发送TGTTLV通知消息至第1个到第N个从电池组102～10N+2(步骤310)。
图4是说明从电池组在与主电池组的通信中发送其本身的TTLV、并接收和存储TGTTLV的流程图。在此，第1个到第N个从电池组102～10N+2以相同的方式处理，因此将仅解释一个从电池组。
参见图4，如果从主电池组100接收到TTLV请求消息(步骤400的是)，则从电池组的控制器使用单元电池电压和电流检测电路检测其本身的TTLV(步骤402)，然后将所检测的TTLV配置进入TTLV响应消息内，并且发送TTLV响应消息至主电池组100(步骤404)。
其后，如果从主电池组100接收到TGTTLV消息(步骤406的是)，则从电池组的控制器在存储器(未示出)中存储所接收的TGTTLV(步骤408)。
按照图3和4，每当经过预定的时间周期，主电池组根据所有电池组100、102～10N+2的TTLV确定TGTTLV。因此，如果所有电池组100、102～10N+2的TTLV依据充电或者放电而改变，则TGTTLV也被改变。从而，任何具有不对应于TGTTLV的TTLV的电池组变成对应于TGTTLV。
现在，将参考附图解释依据TGTTLV的电池组的操作。
首先，参照图6的流程图描述在放电模式中的操作。
在放电模式的情况中(步骤600的是)，主或从电池组的控制器使用单元电池电压和电流检测电路检测其本身的TTLV(步骤306)，然后比较所检测的TTLV与先前存储的TGTTLV以检查两个电压是否相互对应(步骤602)。在此，当TTLV等于或大于TGTTLV时，两个电压相互对应。
如果所检测的TTLV对应于先前存储的TGTTLV(步骤602的是)，则主或者从电池组的控制器控制开关单元以连接输出端子V+、V-和单元电池组(步骤604)。因而，在单元电池组内的单元电池的充电电压通过输出端子V+、V-放电。
现在，参照图7描述在充电模式中的操作。
在充电模式的情况中(步骤700的是)，主或者从电池组的控制器使用电池电压和电流检测电路检测其本身的TTLV(步骤306)，然后比较所检测的TTLV与先前存储的TGTTLV以检查两个电压是否相互对应(步骤702)。在此，当TTLV小于或等于TGTTLV时，两个电压相互对应。
如果所检测的TTLV对应于先前存储的TGTTLV(步骤702的是)，则主或者从电池组的控制器控制开关单元以连接输出端子V+、V-和单元电池组(步骤704)。因而，在单元电池组内的单元电池依据通过输出端子V+、V-输入的功率放电。
现在，参照图8再一次解释依据本发明的优选实施例的电池组的操作。
每当经过预定的时间周期，主电池组100基于所有电池组100、102～10N+2的TTLV确定TGTTLV，因此TGTTLV也按照充电或放电而被改变。由于TGTTLV按照充电或者放电而改变，并联的用于充电或放电的从电池组也被改变。
参照图8的(a)更详细地查看放电模式，当仅对应于初始目标总电压TGTTLV的预定电池组A连接到输出端子时，进行放电过程，因此预定电池组A的TTLV下降。
与预定电池组A的电压下降相关联，所有电池组100、102～10N+2的TTLV的平均值也下降，因此，基于所有电池组100、102～10N+2的TTLV而计算的目标总电压也下降(TGTTLV1→TGTTLV2)。例如，如果在一定时间点处获得的所有电池组100、102～10N+2的TTLV的平均值减小到低于在前一时间点处计算的TTLV的平均值，且低于的量大于给定的标准值，则TTLV下降到在当前时间点处计算的TTLV的平均值和最大TTLV之间的水平。但是，本发明不限于此。因此，对于本领域技术人员显而易见的，可以进行多种修改，例如，可以周期性地减少TGTTLV的水平，并预先设置TTLV的下降水平。
当TGTTLV下降时，具有比预定的电池组A更低的TTLV的电池组B并联地连接到输出端子。因此，电池组A和B同时放电。另外，如果随着时间的过去，TGTTLV再次从TGTTLV2向TGTTLV3降低，则电池组A、B和C主动地连接到输出端子，且然后同时放电。
如上所述，在本发明中，TGTTLV依据由放电引起的电压改变而可以改变，多个电池组的每一个依据TGTTLV的改变而自我查看其连接能力，并按照结果建立到输出端子的连接。
参照图8的(b)更详细地查看充电模式，在仅对应于初始目标总电压TGTTLV6的预定电池组D连接到输出端子时，进行充电处理，因此提高了预定电池组D的TTLV。
与预定电池组D的TTLV提高相关联，所有电池组100、102～10N+2的TTLV的平均值也被提高，因此，也提高了基于所有电池组100、102～10N+2的TTLV而计算的目标总电压(TGTTLV6→TGTTLV5)。例如，如果在一定时间点处获得的所有电池组100、102～10N+2的TTLV的平均值被增加到高于在先前的时间点处计算的TTLV的平均值，且增加量大于给定的标准值，则TTLV被增加到在最小TTLV和当前时间点处计算的TTLV的平均值之间的水平。但是，本发明不限于此。因此，对于本领域内的技术人员显然，各种修改是可能的，例如，可以定期提高TGTTLV水平，并且预先设置TTLV的提高水平。对于本领域技术人员显而易见的，可以进行多种修改，例如，可以周期性地增加TGTTLV的水平，并预先设置TTLV的增加水平。
当如上所述地提高TGTTLV时，具有比预定的电池组D更高的TTLV的电池组E也并联连接到输出端子。因此，电池组D和E同时放电。另外，如果随时间的过去，TGTTLV再次从TGTTLV5向TGTTLV4增加，则电池组D、E和F主动地连接到输出端子，并同时放电。
如上所述，在本发明中，TGTTLV依据由充电引起的电压改变而可以改变，多个电池组的每一个依据TGTTLV的改变而自我检查其本身的连接能力，并按照结果建立到输出端子的连接。
如上所述的本发明的实施例也包括计算机可读介质，其包括用于执行由各个计算机实现的操作的程序指令。计算机可读介质可以包括单个或组合的程序指令、数据文件、数据结构等。该介质的程序指令可以是为本发明专有地设计、或者在本领域公知并可以从市场获得。
产业上的应用
在本发明的一个方面，本发明的多电池组系统可以控制多个从电池组，而不增加在主电池组上的负荷。
在本发明的另一个方面，主电池组不直接地控制从电池组，由此保证易于安装和拆卸从电池组。
已经详细描述了本发明。但是，应当明白，详细描述和具体实例在指示本发明的优选实施例的同时仅仅是用于说明，因为根据本详细描述，在本发明的精神和范围内的各种改变和修改对于本领域内的技术人员是显而易见的。

Claims (19)

1.一种具有多个单元电池的电池组，其包括：
单元电池组，包括多个串联连接的单元电池；
电压检测电路，用于感测所述多个单元电池中的每一个的电压并输出总电压；
开关单元，用于连接或者断开所述单元电池组和输出端子；以及
控制器，用于接收至少一个从电池组的总电压和从所述电压检测电路输出的总电压以计算目标总电压，发送所计算的目标总电压到每一个从电池组，比较所计算的目标总电压与其本身的总电压，然后依据比较结果控制所述开关单元。
2.如权利要求1所述的电池组，
其中，在充电模式的情况中，基于所有电池组的最小电压而计算所述目标总电压作为所有电池组的目标总电压，并且
其中，在放电模式的情况中，基于所有电池组的最大电压而计算所述目标总电压作为所有电池组的目标总电压。
3.如权利要求2所述的电池组，
其中，在充电模式中，随着时间的过去，所述目标总电压逐步地提高，并且
其中，在放电模式中，随着时间的过去，所述目标总电压逐步地降低。
4.如权利要求1所述的电池组，其中，所述开关单元包括：
充电开关元件，用于连接所述单元电池组与所述输出端子以使所述单元电池组充电；
放电开关单元，用于连接所述单元电池组与所述输出端子以使所述单元电池组放电；以及
开关元件控制器，用于控制所述充电和放电开关元件，
其中，所述控制器按照所述充电模式和所述放电模式控制所述开关元件控制器。
5.如权利要求1所述的电池组，
其中，所述控制器接收至少一个从电池组的总电压和从所述电压检测电路输出的总电压，并且每当经过预定的时间周期，计算目标总电压。
6.一种具有多个单元电池的电池组，包括：
单元电池组，包括多个串联连接的单元电池；
电压检测电路，用于感测所述多个单元电池中的每一个的电压并输出总电压；
开关单元，用于连接或者断开所述单元电池组和输出端子；以及
控制器，用于依据主电池组的请求接收从所述电压检测电路输出的总电压，并发送所述总电压到所述主电池组，所述控制器从所述主电池组接收目标总电压，并比较所述目标总电压与其本身的总电压，由此依据比较结果控制所述开关单元。
7.如权利要求6所述的电池组，其中，所述开关单元包括：
充电开关元件，用于连接所述单元电池组与所述输出端子以使所述单元电池组充电；
放电开关单元，用于连接所述单元电池组与所述输出端子以使所述单元电池组放电；以及
开关元件控制器，用于控制充电和放电开关元件，
其中所述控制器依据所述充电模式和放电模式控制所述开关元件控制器。
8.一种多电池组系统，其包括主电池组和多个从电池组，
其中，所述主电池组从每个从电池组接收总电压，并且每当经过预定的时间周期，使用所述主电池组的总电压和所有的从电池组的总电压计算目标总电压，发送所计算的目标总电压到每个从电池组，比较所述目标总电压与所述主电池组的总电压，然后依据比较结果连接或者断开主电池组的单元电池组和输出端子；以及其中，所述从电池组包括至少一个从电池组，其依据所述主电池组的请求而发送所述从电池组的总电压，从所述主电池组接收目标总电压，比较所述目标总电压与所述从电池组的总电压，然后按照比较结果连接或者断开从电池组的单元电池组和输出端子。
9.如权利要求8所述的多电池组系统，
其中，在充电模式的情况中，基于所有电池组的最小电压而计算所述目标总电压作为所有电池组的目标总电压，并且
其中，在放电模式的情况中，基于所有电池组的最大电压而计算所述目标总电压作为所有电池组的目标总电压。
10.如权利要求9所述的多电池组系统，
其中，在充电模式中，随着时间的过去，所述目标总电压逐步地提高，并且
其中，在放电模式中，随着时间的过去，所述目标总电压逐步地降低。
11.一种用于多电池组系统的控制方法，所述多电池组系统包括主电池组和至少一个与所述主电池组通信的从电池组，所述控制方法包括：
每当经过预定的时间周期，所述主电池组从每个从电池组接收电池组的总电压，并使用所述主电池组的总电压和所接收的总电压计算目标总电压，然后发送所述目标总电压到每个从电池组；以及
所述主和从电池组比较所述目标总电压与所述主和从电池组的总电压，然后依据比较结果连接或断开其单元电池组和输出端子。
12.如权利要求11所述的多电池组系统的控制方法，
其中，在充电模式的情况中，基于所有电池组的最小电压而计算所述目标总电压作为所有电池组的目标总电压，并且
其中，在放电模式的情况中，基于所有电池组的最大电压而计算所述目标总电压作为所有电池组的目标总电压。
13.如权利要求12所述的多电池组系统的控制方法，
其中，在充电模式中，随着时间的过去，所述目标总电压逐步地提高，并且
其中，在放电模式中，随着时间的过去，所述目标总电压逐步地降低。
14.一种用于主电池组的控制方法，所述主电池组能够与至少一个从电池组通信，所述控制方法包括：
每当经过预定的时间周期，从每个从电池组接收电池的总电压，并且感测所述主电池组的总电压；
使用所接收的每个从电池组的总电压和所感测的主电池组的总电压计算目标总电压；并发送所计算的目标总电压到每个从电池组，比较所述目标总电压与所述主电池组的总电压，然后依据比较结果连接或者断开其单元电池组和输出端子。
15.如权利要求14所述的用于主电池组的控制方法，
其中，在充电模式的情况中，基于所有电池组的最小电压而计算所述目标总电压作为所有电池组的目标总电压，并且
其中，在放电模式的情况中，基于所有电池组的最大电压而计算所述目标总电压作为所有电池组的目标总电压。
16.如权利要求15所述的用于主电池组的控制方法
其中，在充电模式中，随着时间的过去，所述目标总电压逐步地提高，并且
其中，在放电模式中，随着时间的过去，所述目标总电压逐步地降低。
17.一种用于多电池组系统中的从电池组的控制方法，所述多电池组系统包括多个连接到主电池组并与主电池组通信的从电池组，所述主电池组使用所有电池组的总电压计算目标总电压，所述控制方法包括：
依据所述主电池组的请求感测总电压，并且每当经过预定的时间周期，发送所述总电压到所述主电池组；
从所述主电池组接收所述目标总电压；以及
比较所述目标总电压与所述从电池组的总电压，并依据比较结果连接或者断开其单元电池组和输出端子。
18.如权利要求17所述的用于从电池组的控制方法，
其中，在充电模式的情况中，基于所有电池组的最小电压而计算所述目标总电压作为所有电池组的目标总电压，并且
其中，在放电模式的情况中，基于所有电池组的最大电压而计算所述目标总电压作为所有电池组的目标总电压。
19.如权利要求18所述的用于从电池组的控制方法，
其中，在充电模式中，随着时间的过去，所述目标总电压逐步地提高，并且
其中，在放电模式中，随着时间的过去，所述目标总电压逐步地降低。
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