CN101771280B - 电池充电控制器及电池平衡充电控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电池充电控制器以实现电池的平衡充电。上述的电池平衡充电控制器包含了一电池参考电压产生装置、一电压平衡模块以及一平衡判断电路，利用该电池参考电压产生装置提供的一参考电压来判断电池模块中哪个电池单元的电池电压较不足，并以该平衡判断电路控制该电压平衡模块，使较低电压的电池单元的充电电流较高电压的电池单元的充电电流大，而使充饱电时，各电池的电池电压一致。

Description

电池充电控制器及电池平衡充电控制器

技术领域

本发明涉及一种电池充电控制器及电池平衡充电控制器，尤指一种用以平衡电池充电的电池平衡充电控制器及应用该电池平衡充电控制器的电池充电控制器。

背景技术

随着可携式电子产品的发展，可充电式电池的需求也随之而起。充电式电池包括了公知的镍镉电池、后续开发的镍氢电池、锂离子电池以及最新发展的锂聚合物(Li-Polymer)电池。不同种类的可充电式电池所提供的电压也不尽相同，而可携式电子产品所需的操作电压也有所不同。因此，电池制造商会配合可携式电子产品的操作电压，将数个电池串联成电池模块以提供所需的电压。

电池模块在电池的电能耗尽时，需以充电器再充满电以供下次使用。然而，电池会因制造或使用而造成蓄电量有所不同。举例来说，7.4V锂电池模块由两个3.7V的锂电池串联组成。在出厂时，两个电池的蓄电量分别是80％及70％。由于锂电池过充会损害电池本身，因此，锂电池充电器在任一个锂电池充饱时即停止充电，此时，两个电池的蓄电量分别为100％(电池充电的最上限)及90％。而使用时，只要任一电池蓄电量降至0％(电池放电的最下限)，电池模块即无法使用，因此，这两个电池的蓄电量降至分别为10％及0％时，即须再充电才能使用。

由上述例子可知，当电池模块的电池的蓄电量有所不同时，电池模块的实际可使用电能将由蓄电量最低的电池所决定。而除了上述出厂时电池模块的各电池蓄电量可能不同外，电池在未使用时，也会自放电，在每个电池自放电速率不同的情况下，也会造成电池间蓄电量逐渐不平衡，使电池模块实际可使用电能会随着电池使用时间而逐渐变少，造成电池模块的使用效率低落，使用时间也变短。

请参考图1，为Intersil在其ISL9208的产品规格表(Datasheet)中所公开的数字电池平衡控制器。一数字电池平衡控制器10包含一电池平衡微处理器5及晶体管开关S1-S7。晶体管开关S1-S7分别通过电阻R1-R7与电池BAT1-BAT7并联。电池BAT1-BAT7的电压经模拟/数字转换器(A/DConverter)转换成数字信号，该电池平衡控制微处理器5根据电池BAT1-BAT7的电压数字信号，经内建的演算法比较出其中电压较高的电池，并导通该较高电压的电池并联的晶体管开关，使各电池的充电电流可根据各电池的电压调整而达到平衡充电的功能。

然而电池电压需经模拟/数字转换器转换成数字信号后，数字的电池平衡微处理器5才得以处理，而模拟/数字转换器会大幅增加该数字电池平衡控制器10的芯片面积，成本相当高是其缺点。另外，数字的电池平衡微处理器5会受限于当初设计，例如：ISL9208仅能支持5到7个电池所组成的电池模块，其可应用的范围也会因其受限。

发明内容

鉴于公知的数字电池平衡控制器成本过高的问题，本发明使用模拟的电池充电控制器实现电池的平衡充电。由于模拟的判断电路相较于模拟/数字转换器，其芯片面积相当小，因此成本上具有相当的优势，而且可任意搭配不同的电池数量所组成的电池模块，可应用的范围相当广。

为实现上述优点，本发明提供了一种电池平衡充电控制器，用以平衡一第一电池及一第二电池的充电，其中该第一电池的一负端与该第二电池的一正端电性连接以形成一连接点，该第一电池的一正端形成一第一端，该第二电池的一负端形成一第二端。该电池平衡充电控制器包含一电池参考电压产生装置、一电压平衡模块以及一平衡判断电路。该电池参考电压产生装置耦接于该第一端及该第二端之间，以提供一上参考电位、一下参考电位，该上参考电位高于该下参考电位。该电压平衡模块包含一第一平衡电流单元及一第二平衡电流单元，该第一平衡电流单元耦接该第一端与该连接点，该第二平衡电流单元耦接该第二端与该连接点。该平衡判断电路耦接该连接点、该电池参考电压产生装置及该电压平衡模块，该平衡判断电路根据该连接点电位、该上参考电位及该下参考电位以判断该第一电池及该第二电池的电压是否平衡，在判断该第一电池及该第二电池的电压不平衡时，该电压平衡模块经该第一平衡电流单元或该第二平衡电流单元提供一平衡电流至该第一电池及该第二电池中电压的较低者。

本发明也提供了一种电池充电控制器，用以对具有多个电池单元的一电池模块充电，该电池充电控制器耦接每一该电池单元的正端及负端。该电池充电控制器包含一电池充电控制单元及一电池平衡充电控制单元。该电池充电控制单元根据一电池电流检测信号及一电池电压检测信号控制该电池模块的一充电电流大小并产生一启动信号。该电池平衡充电控制单元耦接每一该电池单元的正端及负端及该电池充电控制单元，在接收该启动信号时根据N个串联的该电池单元的电压决定是否调整所述N个串联的该电池单元的充电电流大小，使其中最低电压的电池单元的充电电流大于最高电压的电池单元，其中N为整数且＞1。

本发明亦提供了一种电池平衡充电控制器，用以调整串联的多个电池单元的充电电流大小。该电池平衡充电控制器包含一电池参考电压产生装置、一电压平衡模块以及一平衡判断电路。该一电池参考电压产生装置耦接于该串联的多个电池单元的正端及负端，以提供多组的上参考电位、下参考电位，每组中的上参考电位高于下参考电位。该电压平衡模块耦接该电池模块的正端及负端及任两电池单元的多个连接点。该平衡判断电路耦接所述连接点、该电池参考电压产生装置及该电压平衡模块，该平衡判断电路根据所述连接点电位、所述上参考电位及所述下参考电位以决定是否调整各电池单元的充电电流大小。

以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的申请专利范围。而有关本发明的其他目的与优点，将在后续的说明与附图加以阐述。

附图说明

图1为公知的数字电池平衡控制器的电路示意图；

图2A为根据本发明的一较佳实施例的电池平衡充电控制器电路示意图；

图2B为根据本发明的又一较佳实施例的电池平衡充电控制器；

图3为本发明的平衡判断电路的判断信号示意图；

图4为根据本发明的再一较佳实施例的电池平衡充电控制器电路示意图；

图5为根据本发明的另一较佳实施例的电池平衡充电控制器电路示意图；

图6为内建本发明的电池平衡充电控制器的电池充电控制器电路示意图；

图7为另一内建本发明的电池平衡充电控制器的电池充电控制器电路示意图。

其中，附图标记：

电池平衡微处理器                    5

数字电池平衡控制器                  10

晶体管开关                          S1～S7

电阻                                R1～R7

电池                                BAT1～BAT7

电池平衡充电控制器                  100

处理单元                            F105

第一比较器                          110

第二比较器                          115

与非门                              120

与门                                125

第一多路复用器                      140

第二多路复用器                      145

电池参考电压产生装置                160、160’、160”

保护比较器                          170

平衡判断电路                        180、180’

平衡判断电路单元                    180a、180b

电压平衡模块                        190、190’

电压平衡单元                        190a、190b

电阻                                Ra、Rb、Rc、Rd、Re、Ri、Rii、

                                    Ra’、Rb’、Rc’、Rd’、Re’

上参考电位                          V+、V1+、V2+

下参考电位                          V-、V1-、V2-

上高参考电位                        V++

上低参考电位                        V+-

下高参考电位        V-+

下低参考电位        V--

平衡参考电位        V、V1、V2

第一开关            Q1

第二开关            Q2

电池                BAT1～BAT5

电阻                Rext、Rext1、Rext2、Rext3、Rext4

启动信号            EA

电压                Vr1

电压                Vr2

电压信号            DET、DET1、DET2、DET3、DET4

选择端              S

时间点              t0、t1、t2、t3

具体实施方式

请参考图2A，为根据本发明的-较佳实施例的电池平衡充电控制器。该电池平衡充电控制器100包含一第一电阻Ra、一第二电阻Rb、一第三电阻Rc、一平衡判断电路180及一电压平衡模块190。该第一电阻Ra耦接至一第一电池BAT1的正端，该第三电阻Rc耦接至一第二电池BAT2的负端，其中，该第二电阻Rb耦接该第一电阻Ra以产生一上参考电位V+，及耦接该第三电阻Rc以产生一下参考电位V-，该第一电阻Ra及该第三电阻Rc的阻抗值相等而该第二电阻Rb的阻抗值小于该第一电阻的阻抗值，较佳为Ra∶Rb∶Rc＝100∶1∶100。该电压平衡模块190包含一第一平衡电流单元及一第二平衡电流单元，该第一平衡电流单元耦接一第一端与一连接点，该第二平衡电流单元耦接一第二端与该连接点，用以提供一平衡电流流经该第一平衡电流单元或该第二平衡电流单元。其中该第一平衡电流单元包含一第一开关Q1，而该第二平衡电流单元包含一第二开关Q2，该第一开关Q1耦接至该第一电池BAT1的正端的该第一端与该第一电池BAT1及该第二电池BAT2的该连接点，而该第二开关Q2耦接至该第二电池BAT2的负端的该第二端与该连接点。为了限制流经该第一开关Q1或该第二开关Q2的电流大小，较佳为通过一电阻Rext连接至该连接点，如此可避免过大的充电电流而使电池毁损或电池平衡充电控制器100过热。

该平衡判断电路180耦接于该电池参考电压产生装置及该电压平衡模块190之间，包含一第一比较器110、一第二比较器115、一与非门120及一与门125。该第一比较器110的非反向端耦接该第二电阻Rb及该第三电阻Rc的连接点，反向端耦接该第一电池BAT1及该第二电池BAT2的连接点。该第二比较器115的反向端耦接该第二电阻Rb及该第一电阻Ra的连接点，非反向端耦接该第一电池BAT1及该第二电池BAT2的连接点。

为了确保电池平衡充电控制器100可以正常操作，电池平衡充电控制器100可以更包含一处理单元105，该处理单元105可包含一过温保护单元、一电压过低锁定单元及一启动检测电路。该过温保护单元用以检测电池平衡充电控制器100的温度，在该温度超过一过温保护温度后，该过温保护单元产生一过温保护信号，以避免电池平衡充电控制器100过热毁损。该电压过低锁定单元耦接该第一电池BAT1的正端及该第二电池BAT2的负端，当这两端电位差低于一预定启动电压时，该电压过低锁定单元产生一电压过低信号，以避免操作电压不足时，电池平衡充电控制器100不正常动作。该启动检测电路在接收一高电平的启动信号EA后启动该电池平衡充电控制器100，以确保电池平衡充电控制器100在该第一电池BAT1及该第二电池BAT2进入充电状态时才动作。因此，当未有启动信号EA(或启动信号EA为低电平)时，电池平衡充电控制器100内为关闭(Off)状态，电池平衡充电控制器100几乎不耗电。所以，在电池的非充电状态时，电池平衡充电控制器100不会耗损电池的电力而有相当好的节能的优点。

该与非门120耦接该处理单元105及该第一比较器110，以根据该处理单元105及该第一比较器110所输出的信号控制该第一开关Q1的切换，而为了避免该与非门120所输出的信号电平过低而损害该第一开关Q1，该与非门120可连接于一高于该第二电池BAT2负端电压的电压Vr1，以避免输出过低电平的信号。该与门125耦接该处理单元105及该第二比较器115，以根据该处理单元105及该第二比较器115所输出的信号控制该第二开关Q2的切换，而为了避免该与门125所输出的信号电平过高而损害该第二开关Q2，该与门125可连接于一低于该第一电池BAT1正端电压的操作电压Vr2，以避免输出过高电平的信号。为避免该第一开关Q1及该第二开关Q2同时导通，流经大电流而毁损该第一开关Q1及该第二开关Q2，电池平衡充电控制器100可以包含一时间延迟单元，耦接该平衡判断电路180及该电压平衡模块190，使该第一开关Q1及该第二开关Q2的任一导通的时间点晚于另一截止的时间点一预定时间长度以上，以避免该第一开关Q1及该第二开关Q2同时导通的问题。

接下来，说明电池平衡充电控制器100的操作。当启动信号EA为高电平，代表该电池模块的该第一电池BAT1及该第二电池BAT2进入充电状态时，该处理单元105会判断该电池模块的第一端(即第一电池的正端)以及第二端(即第二电池的负端)的电压差是否低于预定启动电压以及电池平衡充电控制器100的温度是否过高等异常状态。若一切正常则该处理单元105发出高电平信号使电池平衡充电控制器100开始工作，否则发出低电平信号停止电池平衡充电控制器100的运作。

假设待充电的该第一电池BAT1及该第二电池BAT2均为锂电池，额定电压为3.7V，充满电时电压为4.2V，而目前该第一电池BAT1及该第二电池BAT2的电压分别为2.8V及2.5V。当该电池模块置于充电座充电时，该电池模块提供的电压为5.3V(＝2.8V+2.5V)，因此该上参考电位V+为5.3V×(Rb+Rc)/(Ra+Rb+Rc)≈2.663V，该下参考电位V-为5.3V×Rc/(Ra+Rb+Rc)≈2.639V，其中，Ra∶Rb∶Rc＝100∶1∶100。此时，该第一电池BAT1与该第二电池BAT2的连接点的电压信号DET为2.5V，因此该第一比较器110输出高电平的一第一比较信号而该第二比较器115输出低电平的一第二比较信号。在没有任何异常状态下，该处理单元105亦输出一高电平信号，如此，该与门125输出低电平信号使该第二开关Q2(在本实施例为N型金属氧化物半导体场效应晶体管)截止，而该与非门120输出低电平信号使该第一开关Q1(在本实施例为P型金属氧化物半导体场效应晶体管)导通，使一平衡充电电流流经该第一开关Q1。如此，较低电池电压的该第二电池BAT2将较较高电池电压的该第一电池BAT1的充电电流多了一平衡充电电流，故充电过程将可逐渐拉近两个电池的电池电压。上述例子为该连接点的电压信号DET的电位低于该下参考电位V-时，该平衡充电电流会流经该第一开关Q1，而当该连接点的电压信号DET的电位高于该上参考电位V+时，代表该第一电池的电池电压较低，该平衡充电电流会流经该第二开关Q2。

由于本发明利用电阻的分压，依电阻的阻抗值的比例产生参考电位来判断是否需该平衡充电电流来平衡充电，故当该第一电池BAT1及该第一电池BAT2的电池电压的差接近至一预定百分比后，电池平衡充电控制器100将截止该第一开关Q1及该第二开关Q2，在上述例子，该预定百分比为1％。

当该第一电池BAT1与该第二电池BAT2的电池电压在充电过程，因该平衡充电电流流经该电压平衡模块190或其他因素造成电池平衡充电控制器100的温度高于预定的过温保护温度时、电路异常使电池平衡充电控制器100的操作电压低于预定启动电压或启动信号EA转变成低电平等状态，该处理单元105将输出一低电平信号停止该电池平衡充电控制器直至上述状态解除。由于电路上的一些噪声可能使该连接点的电压信号DET的电位低于该下参考电位V-且同时高于该上参考电位V+，而造成该第一开关Q1及该第二开关Q2同时导通。因此，电池平衡充电控制器100可增加由一第一时间延迟器130及一第二时间延迟器135所组成的时间延迟单元来避免该第一开关Q1及该第二开关Q2同时导通的问题。当该与非门120输出低电平信号使该第一开关Q1导通的同时，将使该与门125输出低电平信号使该第二开关Q2截止，直至该与非门120输出高电平使该第一开关Q1截止并经该第一时间延迟器130的一预定延迟时间后，该与门125才可能输出高电平信号使该第二开关Q2导通。相同地，当该与门125输出高电平信号使该第二开关Q2导通的同时，将使该与非门120输出高电平信号使该第一开关Q1截止，直至该与门125输出低电平使该第一开关Q1截止并经该第二时间延迟器135的预定延迟时间后，该与非门120才可能输出低电平信号使该第一开关Q1导通。如此，即可确保该第一开关Q1及该第二开关Q2的任一导通的时间点将晚于另一截止的时间点一预定时间长度以上而避免同时导通的问题。

另外，为了能使每个电池的储存电力更为接近，请参考图2B，为根据本发明的又一较佳实施例的电池平衡充电控制器。与图2A的实施例相比，该电池平衡充电控制器100可以更包含第一多路复用器140及第二多路复用器145。另外，增加一第四电阻Rd与一第五电阻Re，与该第一电阻Ra、该第二电阻Rb、该第三电阻Rc构成一电池参考电压产生装置160。该第四电阻Rd与该第五电阻Re串联于该第一电池BAT1的正端及第二电池BAT2的负端之间，并在耦接点产生一平衡参考电位V，而第四电阻Rd与该第五电阻Re的阻抗值相同，故平衡参考电位V等于第一电池BAT1及第二电池BAT2的平均电压电位。

上参考电位V+及平衡参考电位V分别传送到该第二多路复用器145的输入端，而下参考电位V-及平衡参考电位V分别传送到该第一多路复用器140的输入端。该第二多路复用器145的选择端S接收该与门125的输出端，而输出端耦接至第二比较器115的反向端。该第二多路复用器145在该与门125所输出的信号为高电平时，选择输出平衡参考电位V；在该与门125所输出的信号为低电平时，选择上参考电位V+。该第一多路复用器140的选择端S接收该与非门120的输出端，而输出端耦接至第一比较器110的非反向端。该第一多路复用器140在该与非门120所输出的信号为高电平时，选择输出平衡参考电位V；在该与非门120所输出的信号为低电平时，选择下参考电位V-。

在电池平衡充电控制器100工作时，若连接点的电压信号DET高于上参考电位V+，则第二开关Q2导通使平衡电流流经第二开关Q2，而第二多路复用器145选择输出平衡参考电位V。因此，第二比较器115比较接收平衡参考电位V及电压信号DET，直至电压信号DET降至平衡参考电位V的电平。当电压信号DET降至平衡参考电位V的电平后，第二多路复用器145选择输出上参考电位V+，第二比较器115恢复成比较接收上参考电位V+及电压信号DET。

反之，在电池平衡充电控制器100工作时，若连接点的电压信号DET低于下参考电位V-，则第一开关Q1导通使平衡电流流经第一开关Q1，而第一多路复用器140选择输出平衡参考电位V。因此，第一比较器110比较接收平衡参考电位V及电压信号DET，直至电压信号DET升至平衡参考电位V的电平。当电压信号DET升至平衡参考电位V的电平后，第一多路复用器140选择输出下参考电位V-，第一比较器110恢复成比较接收下参考电位V-及电压信号DET。

为更清楚说明图2B所示实施例的电路工作，请参考图3，为本发明的平衡判断电路的判断信号示意图，其中以黑实线代表电池平衡充电控制器100操作时的判断参考电位。当在时间点t0，电池平衡充电控制器100启动，此时电池电压判断的上下参考电位分别为上参考电位V+及下参考电位V-。由于初始的电压信号DET低于下参考电位V-，故上下参考电位变成上参考电位V+及平衡参考电位V。随后，电压信号DET因平衡充电而逐渐上升，并在时间点t1升至平衡参考电位V，此时电池平衡充电控制器100停止平衡充电，上下参考电位恢复为上参考电位V+及下参考电位V-。然而，由于电池充电过程并不平衡，导致电压信号DET逐渐上升，并于时间点t2升至上参考电位V+。此时，电池平衡充电控制器100再度进行平衡充电，并且上下参考电位变成平衡参考电位V及下参考电位V-。电压信号DET因平衡充电而往平衡参考电位V接近，直至时间点t3回到平衡参考电位V，此时电池平衡充电控制器100再度停止平衡充电，上下参考电位恢复为上参考电位V+及下参考电位V-。

因此，如上述，当连接点的电压信号DET高于上参考电位V+或低于下参考电位V-，则电池平衡充电控制器100进入第一状态(即第一电池BAT1与第二电池BAT2的电压高于预定百分比)，电池平衡充电控制器100导通一平衡电流至第一电池BAT1与第二电池BAT2中电压较低者，使电池电压较低者的充电电流大于电池电压较高者的充电电流，直至两者的电池电压相同为止。当连接点的电压信号DET介于上参考电位V+与下参考电位V-之间，则电池平衡充电控制器100进入第二状态(即第一电池BAT1与第二电池BAT2的电压在预定百分比之内)，电池平衡充电控制器100停止产生平衡电流。

上述实施例中，第一电池BAT1与第二电池BAT2充电平衡的判断依据分别为上参考电位V+与平衡参考电位V(第一组电池平衡判断信号)，以及平衡参考电位V与下参考电位V-(第二组电池平衡判断信号)，其中第一组电池平衡判断信号与第二组电池平衡判断信号共用了平衡参考电位V。实际应用上，第一组电池平衡判断信号与第二组电池平衡判断信号亦可以不共用参考电位而可避免一些电路上的误判。

请参考图4，为根据本发明的再一较佳实施例的电池平衡充电控制器电路示意图。相较于图2的实施例，第一组电池平衡判断信号为上高参考电位V++及上低参考电位V+-，而第二组电池平衡判断信号为下高参考电位V-及下低参考电位V--，其中上高参考电位V++高于上低参考电位V+-，下高参考电位V-+高于下低参考电位V--。较佳的情况为上低参考电位V+-亦高于下高参考电位V-+。电池参考电压产生装置160’包含了电阻Ra’、Rb’、Rc’、Rd’、Re’，用以产生该上高参考电位V++、该上低参考电位V+-、该下高参考电位V-+及该下低参考电位V--。第一多路复用器140的输入端接收该下高参考电位V-+及该下低参考电位V--，选择端耦接该与非门120的输出端，输出端耦接至第一比较器110的非反向端，而第一比较器110的反向端接收该电压信号DET，在电压信号DET低于下低参考电位V--时，使第一开关Q1导通一平衡电流至该第二电池BAT2直至该电压信号DET上升至该下高参考电位V-+为止。第二多路复用器145的输入端接收该上高参考电位V++及该上低参考电位V+-，选择端耦接该与门125的输出端，输出端耦接至第二比较器115的反向端，而第二比较器115的非反向端接收该电压信号DET，在电压信号DET高于上高参考电位V++，使第二开关Q2导通一平衡电流至该第一电池BAT1直至该电压信号DET下降至该上低参考电位V+-为止。

本发明的电池平衡充电控制器不仅可用在两串联的电池平衡充电之用，也可同时应用至三个或以上串联的电池平衡充电之用。当对于(N+1)个以串联形式连接的电池单元时，可使用N个电池平衡充电控制器，使任两相连接的电池单元均有一组平衡判断电路，并由电池参考电压产生装置160产生对应的多组电池平衡判断信号，以判断是否进行平衡充电以及控制电压平衡模块来达到平衡充电，而每组电池平衡判断信号至少包含一平衡判断信号，或多个平衡判断信号，亦可如上述般为两个平衡判断信号，且每组电池平衡判断信号间也可有部分信号共用。

请参考图5，为根据本发明的另一较佳实施例的电池平衡充电控制器的电路示意图。电池平衡充电控制器包含一电池参考电压产生装置160”、一平衡判断电路180’及一电压平衡模块190’，用以平衡三个串联第一电池单元BAT1、第二电池单元BAT2、第三电池单元BAT3的充电。电池参考电压产生装置160”耦接于第一电池单元BAT1的正端、第三电池单元BAT3的负端、第一电池BAT1及第二电池BAT2的连接点的电压信号DET1以及第二电池BAT2及第三电池BAT3的连接点的电压信号DET2，并由两个电阻Ri、两个电阻Rii串联的方式分别构成第一电阻组及第二电阻组，其中电阻Ri的电阻值大于电阻Rii的电阻值(例如：Ri∶Rii＝100∶1)。第一电阻组连接于第一电池单元BAT1的正端及第二电池BAT2及第三电池BAT3之间，以提供一第一上参考电位V1+、一第一下参考电位V1-、一第一平衡参考电位V1，第二电阻组连接于第一电池BAT1及第二电池BAT2的连接点及第三电池单元BAT3的负端之间，以提供一第二上参考电位V2+、一第二下参考电位V2-以及一第二平衡参考电位V2。其中，第一上参考电位V1+及第一平衡参考电位V1为第一组电池平衡判断信号，第一下参考电位V1-及第一平衡参考电位V1为第二组电池平衡判断信号，第二上参考电位V2+及第二平衡参考电位V2为第三组电池平衡判断信号，第二下参考电位V2-及第二平衡参考电位V2为第四组电池平衡判断信号。该平衡判断电路180’包含一第一平衡判断电路单元180a以及一第二平衡判断电路单元180b。该电压平衡模块190’  包含一第一电压平衡单元190a以及一第二电压平衡单元190b。第一电压平衡单元190a耦接于第一电池单元BAT1的正端及第二电池BAT2及第三电池BAT3的连接点之间，并通过电阻Rext1耦接至第一电池单元BAT1及第二电池单元BAT2的连接端。而第二电压平衡单元190b耦接于第一电池BAT1及第二电池BAT2的连接点及第三电池单元BAT3的负端之间，并通过电阻Rext2耦接至第二电池单元BAT2及第三电池单元BAT3的连接端。

该第一平衡判断电路单元180a耦接第一电池单元BAT1的正端及第二电池BAT2及第三电池BAT3的连接点，并根据所接收的第一上参考电位V1+、第一下参考电位V1-、第一平衡参考电位V1，来控制第一电压平衡单元190a，以决定是否通过电阻Rext1导通平衡电流至第一电池单元BAT1或第二电池单元BAT2。该第二平衡判断电路单元180b耦接第一电池BAT1及第二电池BAT2的连接点及第三电池单元BAT3的负端，并根据所接收的第二上参考电位V2+、第二下参考电位V2-、第二平衡参考电位V2，来控制第一电压平衡单元190b，以决定是否通过电阻Rext2导通平衡电流至第二电池单元BAT2或第三电池单元BAT3。因此，经平衡判断电路180’判断并控制电压平衡模块190’对较低电压的电池单元多了平衡电流充电，使三个电池单元中的电压最低者的充电电流将大于三个电池单元BAT1、BAT2、BAT3中的电压最高者直至三个电池单元的电压在一预定百分比之内。

另外，电池平衡充电控制器100可更包含一保护比较器170，该保护比较器170的非反向输入端接收电压信号DET2，反向端接收一参考电压Vref。该参考电压Vref为0V以上但小于一般电池可能的最小电压，例如0.5V。如此，只要将电压信号DET2的脚位接地时，即可停止电池平衡充电控制器100的运作。

本发明的电池平衡充电控制器亦可内建于一般的电池充电控制器内。请参考图6，为内建本发明的电池平衡充电控制器的电池充电控制器电路示意图，其耦接每一该电池单元的正端及负端以对具有多个电池单元的一电池模块充电。电池模块包含了串联的一第一电池单元BAT1、一第二电池单元BAT2、一第三电池单元BAT3、一第四电池单元BAT4以及一第五电池单元BAT5。电池充电控制器200包含了一电池平衡充电控制单元100’及电池充电控制单元210，在此实施例中，电池平衡充电控制单元100’包含了多个如图5的电池平衡充电控制器，分别为一第一电池平衡充电控制器100a、一第二电池平衡充电控制器100b以及一第三电池平衡充电控制器100c。该第一电池平衡充电控制器100a用以平衡第一电池单元BAT1、第二电池单元BAT2与第三电池单元BAT3的充电，该第二电池平衡充电控制器100b用以平衡第三电池单元BAT3、第四电池单元BAT4与第五电池单元BAT5的充电，而第三电池平衡充电控制器100c并未使用，故将其接地而使其不工作。

电池充电控制单元210可以为一般常见的电池充电控制器，利用检测电池模块电压的电压检测电路220所产生的一电压检测信号Vse及检测电池模块充电电流的电流检测电阻Rse所产生的一电流检测信号Ise来控制充电的过程。常见的充电方式包含定电压定电流(CV/CC)充电、定电流定电压(CC/CV)充电或其他充电方式。这些充电方式大致可区分成快充的第一充电模式及精充的第二充电模式，在第一充电模式为了快速对电池模块进行充电，会提供平均高于第二充电模式的充电电流进行充电。以定电压定电流(CV/CC)充电方式为例，第一充电模式为定电压充电模式，该第二充电模式为定电流充电模式；而若为定电流定电压(CC/CV)充电方式，则该第一充电模式为定电流充电模式，该第二充电模式为定电压充电模式。

电池充电控制单元210在充电过程会根据状态产生平衡充电的一启动信号EA，使电池平衡充电控制单元100’开始运作，而当充电过程有过热、短路、开路等电路异常状态，可以停止产生该启动信号EA而停止电池平衡充电控制单元100’的运作。另外，电池充电控制单元210亦可根据不同的充电方式于不同阶段的充电特性，设计在特定充电模式，例如：第一充电模式或第二充电模式，才产生该启动信号EA。

在接收该启动信号EA时，该第一电池平衡充电控制器100a及该第二电池平衡充电控制器100b开始进行平衡充电，在各自所检测的串联的多个电池单元中一有最高电压的电池单元与最低电压的电池单元电压差超过一预定百分比时，开始调整充电电流，使最低电压的电池单元的充电电流大于最高电压的电池单元，直至最低电压的电池单元直至上升至与最高电压相等时停止调整充电电流。由于在本实施例中，该第一电池平衡充电控制器100a及该第二电池平衡充电控制器100b共同检测了第三电池单元BAT3，故可使第一电池单元BAT1、第二电池单元BAT2、第三电池单元BAT3、第四电池单元BAT4以及第五电池单元BAT5之间均可达到平衡充电的作用。当然，若电池平衡充电控制器间无共同对应的电池单元，依然可各自达到平衡充电的效果，故实际电路设计可根据实际的应用调整而不受本发明的实施例所限制。

另外，图6所示的电池充电控制器电路欲对有串联四个的电池单元BAT1、BAT2、BAT3、BAT4的电池模块充电时，可如图7所示的电池充电控制器电路示意图，让该第一电池平衡充电控制器100a及该第二电池平衡充电控制器100b共同检测了第二电池单元BAT2及第三电池单元BAT3。也就是说，本发明的各电池平衡充电控制器间所各自对应的多个电池单元中，有一个或以上电池单元为相同时，或者说电池模块中至少一电池单元对应到两个电池平衡充电控制器时，即可使这些电池平衡充电控制器达到共同平衡充电的效果。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种电池平衡充电控制器，用以平衡一第一电池及一第二电池的充电，该第一电池的一负端与该第二电池的一正端电性连接以形成一连接点，该第一电池的一正端形成一第一端，该第二电池的一负端形成一第二端，其特征在于，该电池平衡充电控制器包含：

一电池参考电压产生装置，耦接于该第一端及该第二端之间，以提供一第一组电池平衡判断信号及一第二组电池平衡判断信号，该第一组电池平衡判断信号包含一上高参考电位及一上低参考电位，而该第二组电池平衡判断信号包含一下低参考电位及一下高参考电位，其中该上高参考电位高于该下低参考电位，该上高参考电位高于该上低参考电位，该下高参考电位高于该下低参考电位；

一电压平衡模块，包含一第一平衡电流单元及一第二平衡电流单元，该第一平衡电流单元耦接该第一端与该连接点，该第二平衡电流单元耦接该第二端与该连接点；以及

一平衡判断电路，耦接该连接点、该电池参考电压产生装置及该电压平衡模块，该平衡判断电路根据该连接点电位、该第一组电池平衡判断信号及该第二组电池平衡判断信号以判断该第一电池及该第二电池的电压是否平衡，在判断该第一电池及该第二电池的电压处于电压不平衡时，该电压平衡模块提供一平衡电流至该第一电池及该第二电池中电压的较低者。

2.根据权利要求1所述的电池平衡充电控制器，其特征在于，该平衡判断电路在该连接点电位高于该上高参考电位或低于该下低参考电位时进入一第一状态，在该连接点电位低于该上低参考电位或高于该下高参考电位时进入一第二状态。

3.根据权利要求1所述的电池平衡充电控制器，其特征在于，该第一平衡电流单元包含一第一开关，及该第二平衡电流单元包含一第二开关，该第一开关耦接该第一端与该连接点，该第二开关耦接该第二端与该连接点。

4.根据权利要求3所述的电池平衡充电控制器，其特征在于，该平衡判断电路包含一第一比较器及一第二比较器，该第一比较器接收该连接点的电位及接收一第一多路复用器选择输出的该下低参考电位或该下高参考电位，以输出一第一比较信号，该第二比较器接收该连接点的电位及接收一第二多路复用器选择输出的该上高参考电位或该上低参考电位，以输出一第二比较信号，该平衡判断电路根据该第一比较信号及该第二比较信号产生一第一控制信号及一第二控制信号以控制该第一开关及该第二开关，当该连接点的电位低于该下低参考电位时，该平衡电流流经该第一开关，而该连接点的电位高于该上高参考电位时，该平衡电流流经该第二开关。

5.根据权利要求4所述的电池平衡充电控制器，其特征在于，一电阻耦接该连接点及该电压平衡模块。

6.根据权利要求4所述的电池平衡充电控制器，其特征在于，还包含一时间延迟单元，耦接该平衡判断电路及该电压平衡模块，使该第一开关及该第二开关的任一导通的时间点将晚于另一截止的时间点一预定时间长度以上。

7.根据权利要求1所述的电池平衡充电控制器，其特征在于，该电池参考电压产生装置包含串联的一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻、一第四电阻及一第五电阻，该第一电阻耦接该第一端，该第五电阻耦接该第二端，该第二电阻耦接该第一电阻以产生该上高参考电位及该第三电阻耦接该第二电阻以产生该上低参考电位，该第四电阻耦接该第三电阻以产生该下高参考电位，该第五电阻耦接该第四电阻以产生该下低参考电位。

8.根据权利要求1所述的电池平衡充电控制器，其特征在于，该平衡判断电路在该连接点电位高于该上高参考电位或低于该下低参考电位时进入一第一状态，在该连接点电位低于该上低参考电位或高于该下高参考电位时进入一第二状态，该上高参考电位高于该上低参考电位，该下高参考电位高于该下低参考电位，以及该上低参考电位高于该下高参考电位。

9.一种电池充电控制器，用以对具有多个电池单元的一电池模块充电，该电池充电控制器耦接每一该电池单元的正端及负端，其特征在于，该电池充电控制器包含：

一电池充电控制单元，根据一电池电流检测信号及一电池电压检测信号控制该电池模块的一充电电流大小并产生一启动信号；以及

一电池平衡充电控制单元，耦接每一该电池单元的正端及负端及该电池充电控制单元，在接收该启动信号时根据该电池模块中任N个串联的该电池单元的电压决定是否调整该N个串联的该电池单元的充电电流大小，使该N个串联的该电池单元中的最低电压的电池单元的充电电流大于最高电压的电池单元，其中N为整数且＞1；

其中该电池平衡充电控制单元具有多个电池平衡充电控制器，该电池平衡充电控制器包括：

一电池参考电压产生装置，提供一第一组电池平衡判断信号及一第二组电池平衡判断信号，该第一组电池平衡判断信号包含一上高参考电位及一上低参考电位，而该第二组电池平衡判断信号包含一下低参考电位及一下高参考电位，其中该上高参考电位高于该下低参考电位，该上高参考电位高于该上低参考电位，该下高参考电位高于该下低参考电位；

一电压平衡模块，包含一第一平衡电流单元及一第二平衡电流单元，用以提供一平衡电流流经该第一平衡电流单元或第二平衡电流单元；以及

一平衡判断电路，耦接该电池参考电压产生装置及该电压平衡模块，该平衡判断电路根据该第一组电池平衡判断信号及该第二组电池平衡判断信号以判断该多个电池单元中相邻的两个之间的电压是否平衡，并于判断不平衡时，该电压平衡模块提供该平衡电流至相邻的两个电池单元中的电压的较低者。

10.根据权利要求9所述的电池充电控制器，其特征在于，该电池平衡充电控制单元于该N个串联的该电池单元中最高电压的电池单元与最低电压的电池单元电压差超过一预定百分比时，开始调整充电电流。

11.根据权利要求10所述的电池充电控制器，其特征在于，该电池平衡充电控制单元于该N个串联的该电池单元中最低电压的电池单元的电压与最高电压的电池单元的电压相等时停止调整充电电流。

12.根据权利要求9所述的电池充电控制器，其特征在于，该电池充电控制单元包含一第一充电模式及一第二充电模式，在该第一充电模式时该充电电流的平均电流大小大于该第二充电模式的平均电流大小。

13.根据权利要求12所述的电池充电控制器，其特征在于，该电池充电控制单元仅在该第一充电模式或该第二充电模式时，产生该启动信号。

14.根据权利要求12所述的电池充电控制器，其特征在于，该第一充电模式为定电流充电模式，该第二充电模式为定电压充电模式；或者该第一充电模式为定电压充电模式，该第二充电模式为定电流充电模式。

15.根据权利要求10至14其中之一所述的电池充电控制器，其特征在于，至少二电池平衡充电控制器分别对应控制N个串联的电池单元的平衡充电。

16.根据权利要求15所述的电池充电控制器，其特征在于，该电池模块中至少一电池单元对应到两个电池平衡充电控制器。

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