CN101877496A - 电池单元自动均衡的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池单元自动均衡的系统和方法。自动均衡系统包括多个电池单元；包括和电池单元的个数成比例且串联在电池串两端的一组电阻；包括和电池单元个数成比例的均衡子模块，每个子模块包括电池单元跟踪对应参考电压所需要的比较逻辑电路和能量转移电路。电阻串为每一个电池单元提供一个和电池串所有单元的平均电压成比例的电压参考，每个电池单元跟踪对应的电压参考，当一个电池单元的两端电压高于电池串所有单元的平均电压时候，通过能量转移来实现自动均衡。

Description

电池单元自动均衡的系统和方法

技术领域

本发明是关于用于可充电电池的电池单元均衡电路，尤其是关于用在多个电池单元或多节串联电池进行自动均衡的电路及方法。

背景技术

如图1所示是目前一般所用的电池单元电压检测和均衡的方法。系统对每一节的电池电压进行检测，如果某节电池的电压高于其他的电池单元，就合并与该节电池相并联的继电器K，通过电阻R来释放能量，降低该电池单元的电压。此方法白白的消耗能量，降低系统的效率。

一个比较好的办法是有通过能量转移的方式将高电压的电池单元上的能量转移到低电压的电池上去，该方式需要比较复杂的控制电路。

上述现有技术，在检测各节电池电压来比较的时候，需要有个共同的参考地。这样在检测某节电池单元电压的时候，比较电路带有个很高的共谋电压，相对图中的系统参考地，最高的共模电压发生在检测电池单元21，共模电压是所有其他电池单元的串联电压和。高的共模电压影响测量的精度，限制了元器件的的选择。

要消除高的共模电压，一种现有技术是每一节电池单元为一个小系统，如图2所示，每一节电池单元有独立的检测电路，参考地位该电池单元的负极，检测出来的信号通过隔离器件，比如数字光偶等传递到控制器。有时候可以用变压器代替数字光耦来隔离传信号。

这种方法，每一节电池都需要比较复杂的控制电路，昂贵的器件，比如模拟数字转换器，微处理器，数字光偶或者信号变压器。。

发明内容

本发明提供了一种电池单元自动均衡的系统和方法。自动均衡系统包括多个电池单元；包括和电池单元的个数成比例且串联在电池串两端的一组电阻；包括和电池单元个数成比例的均衡子模块，每个子模块包括电池单元跟踪对应参考电压所需要的比较逻辑电路和能量转移电路。电阻串为每一个电池单元提供一个和电池串所有单元的平均电压成比例的电压参考，每个电池单元跟踪对应的电压参考，当一个电池单元的两端电压高于电池串所有单元的平均电压时候，通过能量转移来实现自动均衡。。

附图说明

以下附图中类似的标号表示类似组件，后问具体实施方式结合以下的附图进行，使得本发明的特性和优点显而易见。

图1为目前技术进行电池单元电压检测和均衡控制的系统方块图。

图2为目前技术电池单元电压检测的系统方块图。

图3为一个本发明的实施案例的系统方块图，该系统让每个电池单元跟踪电电池串所有单元的平均电压的方式实现自动均衡。

图4为一个本发明的实施案例的系统方块图，该系统让高于电池串所有单元的平均电压的电池串，通过以功率转换器，对整串电池充电，来转移高于平均的能量，实现自动均衡。功率转换器可以直接并联。

图5为本发明为某个电池单元电压检测和供电回路的一个基本实施案例，该案例通过电阻串分压为对应位置某个电池单元提供电压参考，一个电阻对应一个电池单元；通过差分信号处理器的输出来让此电池单元电压去跟踪参考电压，该差分信号处理器的供电由该电池单元联合上下各一电池单元一起供电，确保差分信号的输出范围不超过供电电压的范围。

图6为某个电池单元电压检测和供电回路的一个实施案例，该案例通过上下电池单元的联合供电来确保参考电压的比例放大可以正常工作。

图7为本发明为某个电池单元电压检测和供电回路的一个实施案例，该案例增加串联的电阻的个数确保参考电压的比例放大器可以正常工作的电路结构图。

图8为一个电池单元控制方块图，使每个单元的能量消耗或转移装置可以有条件的控制。

具体实施方式

以下对本发明即自动电池单元均衡电路的系统和方法给出详细的参考。尽管本发明同多对这些实施方式进行阐述和说明，但本发明不仅仅指局限于这些实施方式。本发明涵盖权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有的替代物，变体和等同物。

本领域的技术人员将理解，即使没有下文的具体实施方式中给出的从多具体细节，本发明同样可以实施。在另外的一些实例中，对于大家熟悉的方法、手续、元件和电路未作详细描叙，比便显示本发明的主旨。

根据本发明的一个实施案例，图3举例说明了多个电阻串联来提供参考电压给对应的电池单元。本领域的技术人员将认可系统中可以包含任意数量的电池单元。电阻的个数和电池单元的个数成比例，本领域的技术人员将认可，此目的是为了给对应的电池单元提供参考电压，因此比例可以是任意的数值，也可以用别的可以串联分压的器件比如电容。在此实例中，为方便说明，假定电阻的个数和电池的个数一样多，为N个(N)2)，而且所有的电阻的阻值的都相等。

假设电池串的总电压是V，那么任何一个电阻两端的电压就都是V/N，也就是电池单元需要均衡到的目标电压值，当对应的电池两端的电压高于V/N时，差分信号处理器就输出一个信号，给点出均衡控制器，电池控制器是均衡电路工作，释放多余的能量。

本发明的重要一点在于，电阻串联的目的是为了得到N个参考电压V/N，既电池串所有单元得平均电压。每一个电池单都有一个对应的降低了共模电压(比如以电池串的负极作为参考)的跟踪目标电压。所以即使用不同的阻值的电阻串联，来构造N个V/N参考电压，或者与V/N成比例的一个电压参考，也是本发明所覆盖的范围。

根据本发明的一个实施案例，图4举例说明一个通过转移功率来提高能源效率的系统框图。双差分处理器输出一个信号来控制一个脉冲宽度调制器，当电池单元的电压大于参考电压V/N是时，功率转换器开始工作，功率转换器有电池单元供电，输出是接回到整个电池串的两端，对整个电池串充电，从来摆能量转移给别的电池单元。输出为恒流输出控制时，使得每个电池的功率变换器的输出可以直接并联。

因为上述的实施案例3是将能量直接消耗，电路简单，元器件少，但是能量损失多；实施案例34都是将能量传递给其它电池单元，控制稍微复杂，但节约能源。

两个实施案例都是个闭环的系统，因此任何一个电池单元，当单元两端电压高于参考电压V/N话，会自动跟踪到参考电压。

图3和图4所表示的差分信号处理器，图5给出了一实施的方法。如图5所示，分别对某个电池单元两端的电压和对应的参考电压，按比例缩放，然后再将此两个比较器的输出再作为第三个比较电路的输入。这种差分信号处理器可以集成到一芯片中。

根据本发明的一个实施案例，图6表示了图4和图5中的双差分处理器的供电图，因为开始每个电池单元的电压可能会不完全均衡，因此，如果以整个电池串的负极为电平参考的话，电池单元的202的负极可能高于电阻212的低电压端，或者电池电池单元的202的正极可能低于电阻212的高电压端，如果直接用电池单元202的两端电压给差分信号处理器供电，有可能使该处理器的输入某个引脚的电平在供电电源的范围之外，从而使比较器不能正常工作。图6用电池单元201的正极和电池单元203的负极，来提供更宽的供电电压范围，确保放大器的所有的引脚的电平都在此供电范围之内。

根据本发明的一个实施案例，图7表示了比较器供电的一方式，用多个电阻串联来对参考电压分压，使得输入到比较处理器时，两个引脚的电平都在供电单元的范围之内。

根据本发明的一个实施案例，图9表示了对均衡控制器可以提供更多的逻辑控制，比如电池单元欠压保护，监控电池单元两端的电压，当此单元的电压低于指定的值时候，不再进行均衡的动作；也可以根据系统的指示来开启或者关闭能量消耗或者转换。

因此，本发明提供一个可以让每节电池单元的电压自动跟踪所有电池串所有单元的平均电池，因此是能够支持电池单元自动均衡。本发明中巧妙的构造了的单节电池单元的目标电压参考，所用的器件简单，数目少，成本低，不受串联电池的节数限制。针对某一电池单元的均衡电路，不受其它电池单元影响，也不受电池单元个数的影响，可以很方便的模块化。

上文具体实时方式和附图仅为本发明的常用实施案例，在后附权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域的技术人员应该理解，本发明在实际应用中可以根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。

Claims (4)

1.一种电池单元的自动均衡电路，其特征在于：

一组和电池串所含电池单元个数成比例的器件，串联起来起来连接在电池串两端，并与电池单元配对，提供电池单元提供均衡需要的电压参考；高于所有电池平均电压的单元，通过消耗能量或转移能量给其它的电池单元，来跟踪此电压参考，达到电池单元电压的自动均衡。

2.根据权利要求1所述的电池均衡电路，其特征在于，还包括：

电池串任一电池单元电压跟踪对应的参考电压所需逻辑电路的供电，可直接由此电池单元本身或者联合相邻的不限个数的电池单元联合供电。

3.根据权利要求1所述的电池单元均衡电路，其特征在于，还包括：

高于所有电池的平均电压的电池单元可通过一个电源转换器，对其它电池单元转移能量，实现均衡。

4.根据权利3所述的电池均衡电路，其特征在于，还包括：

每个电池单元都拥有一个输出恒流控制的电源转换器，使得所有的电源转换器可以直接并联工作。

Images