CN102074766B - 电池组和感测电池组的电压的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了电池组和感测电池组的电压的方法。该电池组具有的电池单元多于单个单元电压感测单元所能够感测其电压的电池单元。使用多单元电压感测单元和数字处理来感测附加的电池单元。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年11月23日提交的韩国专利申请No.10-2009-0113135的优先权及权益，该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
技术领域涉及电池组和感测电池组的电压的方法。
背景技术
一般来说，电池组包括多个电池单元、单元电压感测单元以及控制单元，单元电压感测单元被配置为感测电池单元的电压，而控制单元被配置为利用从单元电压感测单元获得的信息防止对电池单元过充电或过放电以及计算电池单元的容量。
单元电压感测单元一般被形成为单个集成电路(即，单个半导体芯片)，并且被设计成感测串联连接的1至4个电池单元的电压。并且，控制单元被形成为单个集成电路(即，单个半导体芯片)，并且被设计成与单元电压感测单元通信。单元电压感测单元一般被称为模拟前端，而控制单元一般被称为微处理单元。
单个单元电压感测单元所允许的电池单元的最大数量的范围为1至4个。然而，近年来需要配备有串联连接的5个或更多个电池单元的电池组。例如，安装在高容量大功率的电动工具上的电池组需要串联连接的5到6个电池单元。因此，为了允许5个电池单元，应当提供附加的昂贵的单元电压感测单元，或者应当设计附加的复杂的电路，因为如上所述单个电池电压感测单元所允许的电池单元的最大数量仅仅是4个。
发明内容
一个方面是一种电池组，其包括：串联连接的n+1个电池单元；单个单 元电压感测单元，其被配置成感测所述n+1个电池单元中的n个电池单元各自的电压；多单元电压感测单元，其被配置成感测所述n+1个电池单元的电压；以及计算单元，其被配置成将从单个单元电压感测单元获得的各个电压相加以确定n个电池单元的电压。该计算单元还被配置成从自多单元电压感测单元获得的n+1个电池单元的电压中减去n个电池单元的电压，以确定第n+1个电池单元的电压。
另一方面是一种电池组，其包括串联连接的n+2个电池单元。该电池组还包括：单个单元电压感测单元，其被配置成感测所述n+2个电池单元中的n个电池单元各自的电压；多单元电压感测单元，其被配置成感测n+1个电池单元的电压和n+2个电池单元的电压；以及计算单元，其被配置成将从单个单元电压感测单元获得的各个电压相加以确定n个电池单元的电压。该计算单元还被配置成从自多单元电压感测单元获得的n+1个电池单元的电压中减去n个电池单元的电压以确定第n+1个电池单元的电压，并且其被配置成从自多单元电压感测单元获得的n+2个电池单元的电压中减去n+1个电池单元的电压以确定第n+2个电池单元的电压。
另一方面是一种感测电池组的电压的方法。该方法包括：感测n个电池单元各自的电压；感测n+1个电池单元的电压；将n个电池单元中每一个的电压相加以确定n个电池单元的电压；以及从n+1个电池单元的电压中减去n个电池单元的电压以确定第n+1个电池单元的电压。
另一方面是一种感测电池组的电压的方法。该方法包括：感测n个电池单元各自的电压；感测n+1个电池单元的总体电压；感测n+2个电池单元的总体电压；将n个电池单元各自的电压相加以确定n个电池单元的总体电压；从n+1个电池单元的总体电压中减去n个电池单元的总体电压以确定第n+1个电池单元的电压；以及从n+2个电池单元的总体电压中减去n+1个电池单元的总体电压以确定第n+2个电池单元的电压。
附图说明
通过以下参照附图对特定示范性实施例的描述，对于本领域普通技术人员而言上述和其他特征及优点将变得更加清楚。附图中：
图1是根据一些实施例示出电池组的配置的框图；
图2是根据一些实施例示出电池组的配置的框图；
图3是根据一些实施例示出感测电池组的电压的方法的流程图；
图4是示出图3的方法的正常模式操作的流程图；以及
图5是根据一些实施例示出感测电池组的电压的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例实施例。然而，各个实施例可以以不同的方式来实现，并且各个实施例不应被解释为将本发明限制为这里所阐述的示例性实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开充分和完备。
以下将参照附图具体描述实施例。
图1是根据一些实施例示出电池组的配置的框图。
参照图1，电池组100包括多个电池单元110、单个单元电压感测单元120、多单元电压感测单元130、模数转换器140和计算单元150。此外，电池组100可以包括控制单元160和过充电防止单元170。此外，电池组100还包括组正端P+、充电端TH和组负端P-。也就是说，通过组正端P+和组负端P-将电池组100放电，并且通过充电端TH和组负端P-利用充电源对电池组充电。
电池单元110包括串联连接的n+1个电池单元111、112、113、114和115。电池单元110可以是一般的锂离子电池、锂聚合物电池及其等效物之一，但是实施例不局限于此。这里，n是自然数。n个电池单元111、112、113和114的电压由单个单元电压感测单元120感测，而第n+1个电池单元115不由单个单元电压感测单元120感测。也就是说，单个单元电压感测单元120被形成为集成电路，该集成电路一般被连接成感测n个电池单元111、112、113和114的电压。因此，单个单元电压感测单元120不能感测附加的第n+1个电池单元115的电压。n+1个电池单元111、112、113、114和115中的每一个包括单元正端B+和单元负端B-。当然，可以向n+1个电池单元111、112、113、114和115中的每一个并联连接电池单元。
单个单元电压感测单元120通过感测线121、122、123和124连接到n个电池单元111、112、113和114中的每一个，以感测n个电池单元111、112、113和114的电压。例如，n个电池单元111、112、113和114需要n个感测线121、122、123和124。由于单个单元电压感测单元120一般被形成为集成电路并处理模拟信号，因此单个单元电压感测单元120可以被称为模拟前 端。
多单元电压感测单元130包括第一电阻器131和第二电阻器132，用来感测n+1个电池单元111、112、113、114和115的单元电压(即，跨越n+1个电池单元111、112、113、114和115的电压)。在本实施例中，多单元电压感测单元130的第一电阻器131和第二电阻器132相互串联连接在具有最低电势的电池单元111的负端B-和具有最高电势的电池单元115的正端B+之间。此外，分压线133被连接到第一电阻器131和第二电阻器132之间的节点以输出分压。分压线133连接到模数转换器140。
模数转换器140电连接到单个单元电压感测单元120和多单元电压感测单元130。模数转换器140将从单个单元电压感测单元120施加的n个电池单元111、112、113和114的模拟电压转换成数字值，并输出该数字值。此外，模数转换器140将从多单元电压感测单元130施加的n+1个电池单元111、112、113、114和115的模拟电压转换成数字值，并输出该数字值。
计算单元150电连接到模数转换器140。计算单元150从模数转换器140接收n个电池单元111、112、113和114中每一个的电压信息。此外，计算单元150从模数转换器140接收n+1个电池单元111、112、113、114和115的电压信息。计算单元150将n个电池单元111、112、113和114中每一个的电压相加以确定n个电池单元111、112、113和114的电压。然后，计算单元150从n+1个电池单元111、112、113、114和115的电压中减去n个电池单元111、112、113和114的电压以确定第n+1个电池单元115的电压。因此，根据一些实施例，无需附加电路(例如快速电容(fly capacitor)电路和电荷泵电路)来附加感测单个单元电压感测单元120的电压或第n+1个电池单元115的电压，使用软件或固件就能准确地感测和确定第n+1个电池单元115的电压。当单个单元电压感测单元120被连接为仅仅感测n个电池单元111、112、113和114的电压时，这种方法特别有用。因此，当电池组制造商设计的电池组100包括n+1个电池单元111、112、113、114和115时，仅仅通过修改软件或固件、无需添加附加的电压感测电路，就能够有效地感测和确定第n+1个电池单元115的电压。
控制单元160从计算单元150接收n个电池单元111、112、113和114中的每一个的电压信息、第n+1个电池单元115的电压信息以及n+1个电池单元111、112、113、114和115的电压信息。当n个电池单元111、112、113 和114的电压、第n+1个电池单元115的电压以及n+1个电池单元111、112、113、114和115的电压中的任何一个大于参考电压时，控制单元160输出充电停止信号。
模数转换器140、计算单元150和控制单元160可以被称为微处理单元，并且可以被形成为单个集成电路。此外，模拟前端和微处理单元可以被形成为单个集成电路，例如，被形成为单个半导体芯片。在图1中，模拟前端和微处理单元被图示为单个半导体芯片。
过充电防止单元170包括熔丝171、加热电阻器172和开关173。熔丝171连接在具有最高电势的电池单元115的正端B+和充电端TH之间。加热电阻器172连接到熔丝171。开关173连接在加热电阻器172和具有最低电势的电池单元111的负端B-之间。开关173由控制单元160控制。因此，当控制单元160输出充电停止信号时，开关173导通。然后，电流通过熔丝171、加热电阻器172和开关173从充电端TH或具有最高电势的电池单元115的正端B+流向组负端P-或具有最低电势的电池单元111的负端B-。因此，从加热电阻器172产生大量热量，该热量切断熔丝171，从而防止了对n+1个电池单元111、112、113、114和115过充电。
电流感测器180感测从n+1个电池单元111、112、113、114和115流出的电流。电流感测器180电连接(未示出)到模拟前端和微处理单元中的至少一个，从而模拟前端和微处理单元中的至少一个能够感测从n+1个电池单元111、112、113、114和115流出的电流。由于电流感测器180及其操作为本领域技术人员所熟知，因此将省略对它们的描述。
图2是根据一些实施例示出电池组的配置的框图。
如图2中所示，电池组200具有与电池组100相似的配置。因此，将描述电池组100和200之间的差别。
参照图2，电池单元210包括串联连接的n+2个电池单元211、212、213、214、215和216。这里，n个电池单元211、212、213和214的电压由单个单元电压感测单元120感测，而第n+1个电池单元215和第n+2个电池单元216不由单个单元电压感测单元120感测。也就是说，单个单元电压感测单元120被连接为感测n个电池单元211、212、213和214的电压。因此，单个单元电压感测单元120不能感测第n+1个电池单元215和第n+2个电池单元216的电压。n+2个电池单元211、212、213、214、215和216中的每一 个包括单元正端B+和单元负端B-。电池单元可以并联连接到n+2个电池单元211、212、213、214、215和216中的每一个。
单元电压感测单元230包括三端开关230a、第一电阻器231和第二电阻器232，用来感测n+2个电池单元211、212、213、214、215和216的电压。三端开关230a连接到第n+1个电池单元215的正端B+、第n+2个电池单元216的正端B+以及第一电阻器231。三端开关230a的一端总是连接到第一电阻器231，并且所述的一端被开关有选择地短路到第n+1个电池单元215的正端B+或第n+2个电池单元216的正端B+。第一电阻器231连接到三端开关230a，并且第二电阻器232连接在第一电阻器231和具有最低电势的电池单元211的负端B-之间。分压线233连接到第一电阻器231和第二电阻器232之间的节点以输出分压。分压线233连接到模数转换器140。
控制单元160控制三端开关230a。也就是说，为了感测n+1个电池单元211、212、213、214和215的电压，控制单元160输出第一开关控制信号以使三端开关230a将第n+1个电池单元215的正端B+连接到第一电阻器231。n+1个电池单元211、212、213、214和215的电压被第一电阻器231和第二电阻器232转换成分压，并且该分压通过分压线233被输入到模数转换器140。此后，为了感测n+2个电池单元211、212、213、214、215和216的电压，控制单元160输出第二开关控制信号，以使三端开关230a将第n+2个电池单元216的正端B+连接到第一电阻器231。然后，n+2个电池单元211、212、213、214、215和216的电压被第一电阻器231和第二电阻器232转换成分压，并且该分压通过分压线233被输入到模数转换器140。
计算单元150从模数转换器140接收n个电池单元210中每一个的电压信息。n个电池单元210中每一个的电压信息被从单个单元电压感测单元120传送给模数转换器140。
此外，计算单元150从模数转换器140接收n+1个电池单元211、212、213、214和215的电压信息以及n+2个电池单元211、212、213、214、215和216的电压信息。
计算单元150将n个电池单元211、212、213和214中每一个的电压相加以确定n个电池单元211、212、213和214的电压。
计算单元150从n+1个电池单元211、212、213、214和215的电压减去n个电池单元211、212、213和214的电压，以确定第n+1个电池单元215 的电压。
此外，计算单元150从n+2个电池单元211、212、213、214、215和216的电压减去n+1个电池单元211、212、213、214和215的电压，以确定第n+2个电池单元216的电压。
因此，根据当前实施例，三端开关230a是硬件，并且可以修改软件或固件来准确感测和确定第n+1个电池单元215的电压和第n+2个电池单元216的电压。
通过上述方式，能够感测和确定n+m个电池单元各自的电压。这里2≤m，并且在一些实现方式中，m≤n-1，其中n和m是自然数。也就是说，当n为4时，附加的两个、三个或更多个电池单元的电压能够使用具有相应最小数目端子的开关来感测。在一些实施例中，当在n为4的状态下添加4个电池单元时，可以添加单个单元电压感测单元以取代当前实施例。
图3是根据一些实施例示出感测电池组的电压的方法的流程图。
参照图3，感测电池组100的电压的方法包括：在操作S110感测n个电池单元各自的电压，在操作S120感测n+1个电池单元的电压，在操作S130将n个电池单元各自的电压相加以确定n个电池单元的电压，以及在操作S140从n+1个电池单元的电压中减去n个电池单元的电压以确定第n+1个电池单元的电压。在一些实施例中，当确定电池单元电压时电池组可以处于测量模式，并且在操作S140之后电池组可以在操作S150切换到正常模式。
操作S110、S120、S130、S140和S150由计算单元150和控制单元160执行。也就是说，由计算单元150和单个单元电压感测单元120执行各种计算。多单元电压感测单元130和模数转换器140由控制单元160控制。操作S110、S120、S130、S140和S150的顺序可以改变。
当在操作S110中感测n个电池单元各自的电压时，连接到n个电池单元111、112、113和114的单个单元电压感测单元120和n个感测线121、122、123和124用来感测n个电池单元111、112、113和114各自的电压。利用模数转换器140将n个电池单元111、112、113和114各自的电压转换成数字值。
当在操作S120中感测n+1个电池单元的电压时，多单元电压感测单元130被用于感测n+1个电池单元111、112、113、114和115的电压。利用模数转换器140将n+1个电池单元111、112、113、114和115的电压转换成数 字值。
当在操作S130中将n个电池单元各自的电压相加以确定n个电池单元的电压时，将通过模数转换器140输入的n个电池单元111、112、113和114的各自的电压相加以确定n个电池单元111、112、113和114的电压。
当在操作S140中确定第n+1个电池单元的电压时，从n+1个电池单元111、112、113、114和115中减去n个电池单元111、112、113和114的电压以确定第n+1个电池单元115的电压。
在操作S140之后，在操作S150，设备可以进入正常模式。
图4是示出图3的方法的正常模式操作的流程图。
参照图4，正常模式包括在操作S151确定电池单元电压是否大于参考电压，以及在操作S152输出充电停止电压。操作S151和S152由控制单元160执行。
当在操作S151中确定电池单元电压是否大于参考电压时，确定n+1个电池单元111、112、113、114和115各自的电压是否大于参考电压(例如大约4.3V)。当n+1个电池单元111、112、113、114和115的各自的电压申的一个或多个大于参考电压时，向开关173输出充电停止电压。结果，开关173导通，并且连接在第n+1个电池单元115的正端B+与充电端TH之间的熔丝171被开路，从而防止对n+1个电池单元111、112、113、114和115过充电。
图5是根据另一实施例示出感测电池组的电压的方法的流程图。
参照图5，感测电池组200的电压的方法包括：在操作S210感测n个电池单元各自的电压，在操作S220感测n+1个电池单元的电压，在操作S230感测n+2个电池单元的电压，在操作S240将n个电池单元各自的电压相加以确定n个电池单元的电压，在操作S250从n+1个电池单元的电压中减去n个电池单元的电压以确定第n+1个电池单元的电压，以及在操作S260从n+2个电池单元的电压中减去n+1个电池单元的电压以确定第n+2个电池单元的电压。
这里，操作S210、S220、S230、S240、S250和S260由计算单元150和控制单元160执行。也就是说，由计算单元150和单个单元电压感测单元120执行各种计算。多单元电压感测单元130和模数转换器140由控制单元160控制。操作S210、S220、S230、S240、S250和S260的顺序可以改变。
当在操作S210中感测n个电池单元各自的电压时，连接到n个电池单元 211、212、213和214的单个单元电压感测单元120和n个感测线121、122、123和124用来感测n个电池单元211、212、213和214各自的电压。当然，通过模数转换器140将n个电池单元211、212、213和214各自的电压转换成数字值。
当在操作S220中感测n+1个电池单元的电压时，多单元电压感测单元230被用于感测n+1个电池单元211、212、213、214和215的电压。也就是说，三端开关230a被用来将第n+1个电池单元215的正端B+连接到第一电阻器231，然后由于第一电阻器231和第二电阻器232产生的分压通过分压线233被传送到模数转换器140，从而感测n+1个电池单元211、212、213、214和215的电压。n+1个电池单元211、212、213、214和215的电压通过模数转换器140被转换成数字值。
当在操作S230中感测n+2个电池单元的电压时，多单元电压感测单元230被用于感测n+2个电池单元211、212、213、214、215和216的电压。也就是说，三端开关230a被用来将第n+2个电池单元216的正端B+连接到第一电阻器231，然后来自第一电阻器231和第二电阻器232的分压通过分压线233被传送到模数转换器140，从而感测n+2个电池单元211、212、213、214、215和216的电压。n+2个电池单元211、212、213、214、215和216的电压利用模数转换器140被转换成数字值。
当在操作S240中将n个电池单元各自的电压相加以确定n个电池单元的电压时，将通过模数转换器140输入的n个电池单元211、212、213和214的各自的电压相加以确定n个电池单元211、212、213和214的电压。
当在操作S250中确定第n+1个电池单元的电压时，从n+1个电池单元211、212、213、214和215的电压中减去n个电池单元211、212、213和214的电压以确定第n+1个电池单元215的电压。
当在操作S260中确定第n+2个电池单元的电压时，从n+2个电池单元211、212、213、214、215和216的电压中减去n+1个电池单元211、212、213、214和215的电压以确定第n+2个电池单元216的电压。
在一些实施例中，当确定电池单元电压时电池组可以处于测量模式中，并且在操作S140之后电池组可以在S150切换到正常模式。
在一些实施例中，当确定电池单元电压时电池组可以处于测量模式中，并且在操作S260之后电池组可以在S270切换到正常模式。在一些实施例中， 操作S270基本与操作S150相同。
根据图3的方法，感测n个电池单元各自的电压，感测n+1个电池单元的电压，然后从n+1个电池单元的电压中减去n个电池单元的电压，从而准确地检测第n+1个电池单元的电压。因此，无需添加附加的单元电压感测电路或者附加的复杂和/或昂贵的电路就能够感测和确定第n+1个电池单元的电压。
根据图5的方法，感测n个电池单元各自的电压，使用三端开关感测n+1个电池单元和n+2个电池单元的电压，从n+1个电池单元的电压中减去n个电池单元的电压从而感测第n+1个电池单元的电压，并且从n+2个电池单元的电压中减去n+1个电池单元的电压从而感测第n+2个电池单元的电压。因此，使用简单的三端开关就能够感测和确定第n+1个电池单元的电压和第n+2个电池单元的电压。
这里已经公开了实施例的示例性特征，并且尽管使用了特定的术语，但它们仅仅是在一般的、描述性意义上被使用，并非用于限制的目的，也应将从一般的、描述性意义上解释特定术语，不应将其解释为限制的目的。因此，本领域普通技术人员将会理解，可以对实施例的特征进行形式和细节上的各种改变。
Claims (15)
1.一种电池组，包括：
串联连接的n+1个电池单元；
单个单元电压感测单元，其被形成为集成电路，并被配置成只感测所述n+1个电池单元中的n个电池单元各自的电压，不感测附加的第n+1个电池单元的电压；
多单元电压感测单元，其被配置成感测所述n+1个电池单元的电压；以及
计算单元，其被配置成将从单个单元电压感测单元获得的各个电压相加以确定n个电池单元的电压，并且其被配置成从自多单元电压感测单元获得的n+1个电池单元的电压中减去n个电池单元的电压，以确定第n+1个电池单元的电压。
2.如权利要求1所述的电池组，其中，n是自然数。
3.如权利要求1所述的电池组，其中，所述单个单元电压感测单元和多单元电压感测单元分别连接到模数转换器，该模数转换器被配置成将模拟电压值转换成数字电压值。
4.如权利要求3所述的电池组，其中，所述模数转换器被配置成将n个电池单元各自的电压值和n+1个电池单元的电压值传送到所述计算单元。
5.如权利要求3所述的电池组，其中，
所述多单元电压感测单元包括第一电阻器和第二电阻器，该第一电阻器和第二电阻器串联连接在具有最高电势的电池单元的正端与具有最低电势的电池单元的负端之间，并且，
将通过该第一电阻器和第二电阻器得到的n+1个电池单元的电压的分压输入到模数转换器。
6.一种电池组，包括：
串联连接的n+2个电池单元；
单个单元电压感测单元，其被形成为集成电路，并被配置成只感测所述n+2个电池单元中的n个电池单元各自的电压，不感测附加的第n+1个电池单元、第n+2个电池单元的电压；
多单元电压感测单元，其被配置成感测n+1个电池单元的电压和n+2个电池单元的电压；以及
计算单元，其被配置成将从单个单元电压感测单元获得的各个电压相加以确定n个电池单元的电压，其被配置成从自多单元电压感测单元获得的n+1个电池单元的电压中减去n个电池单元的电压以确定第n+1个电池单元的电压，并且其被配置成从自多单元电压感测单元获得的n+2个电池单元的电压中减去n+1个电池单元的电压以确定第n+2个电池单元的电压。
7.如权利要求6所述的电池组，其中，n是自然数。
8.如权利要求6所述的电池组，其中，所述单个单元电压感测单元和多单元电压感测单元分别连接到模数转换器，该模数转换器被配置成将模拟电压值转换成数字电压值。
9.如权利要求8所述的电池组，其中，所述模数转换器被配置成将n个电池单元各自的电压值、n+1个电池单元的电压值以及n+2个电池单元的电压值传送到所述计算单元。
10.如权利要求8所述的电池组，其中，
所述多单元电压感测单元包括第一电阻器和第二电阻器，该第一电阻器和第二电阻器相互串联连接在具有最高电势的电池单元的正端与具有最低电势的电池单元的负端之间，并且，
将来自该第一电阻器和第二电阻器的n+1个电池单元的电压的分压和n+2个电池单元的电压的分压输入到模数转换器。
11.如权利要求10所述的电池组，其中：
三端开关被连接到第n+1个电池单元的正端、第n+2个电池单元的正端以及第一电阻器，并且
该三端开关由控制单元控制。
12.如权利要求11所述的电池组，其中，所述控制单元控制所述三端开关将第n+1个电池单元的正端连接到第一电阻器以感测n+1个电池单元的电压。
13.如权利要求11所述的电池组，其中，所述控制单元控制所述三端开关将第n+2个电池单元的正端连接到第一电阻器以感测n+2个电池单元的电压。
14.一种感测电池组的电压的方法，该方法包括：
通过被形成为集成电路的单个单元电压感测单元只感测n个电池单元各自的电压，不感测附加的第n+1个电池单元的电压；
感测n+1个电池单元的电压；
将n个电池单元中每一个的电压相加以确定n个电池单元的电压；以及
从n+1个电池单元的电压中减去n个电池单元的电压以确定第n+1个电池单元的电压。
15.一种感测电池组的电压的方法，该方法包括：
通过被形成为集成电路的单个单元电压感测单元只感测n个电池单元各自的电压，不感测附加的第n+1个电池单元、第n+2个电池单元的电压；
感测n+1个电池单元的总体电压；
感测n+2个电池单元的总体电压；
将n个电池单元各自的电压相加以确定n个电池单元的总体电压；
从n+1个电池单元的总体电压中减去n个电池单元的总体电压以确定第n+1个电池单元的电压；以及
从n+2个电池单元的总体电压中减去n+1个电池单元的总体电压以确定第n+2个电池单元的电压。
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