CN102761142A - 并联电池电流不平衡值调整方法及并联电池用的阻抗调整器 - Google Patents
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Abstract
一种并联电池电流不平衡值调整方法，主要是在其中的一并联电池线路上串联一阻抗调整器，使该电池的总和串联阻抗可被控制；经由调整该阻抗调整器以控制该串联阻抗，使得该并联电池的不平衡值为0，使该并联电池的不平衡值被消除。以此为基础，进而设计出一低压侧及一高压侧的阻抗调整器。本发明的并联电池电流不平衡值调整方法以及并联电池用的阻抗调整器，将可使得并联的电池的电流保持相同，以增加并联电池组的使用寿命。
Description
技术领域
本发明关于一种阻抗调整器，尤指一种利用于并联电池中使电流不平衡值为0的阻抗调整器。
背景技术
在移动的电机或电子设备中，必需使用电池提供电力。由于电池的制造是依据标准规格而定，如要增加电流，则必需将电池并联以提高电流值。
然而，由于每一个电池在制造时的差异，或者电池在经使用后产生的差异，并联的多个电池会发生提供的电流不平衡，产生电流不平衡值。这个电流不平衡值会造成电池温度异常升高，进而影响了电池的使用寿命。尤其在使用造价昂贵的锂电池时，此种缺点将造成相当的花费，实有待改善。
发明内容
缘此，本发明的目的在于提供一种并联电池电流不平衡值调整方法及并联电池用的阻抗调整器，其可以消除并联电池的电流不平衡值。
本发明的并联电池电流不平衡值调整方法，主要是在其中的一并联电池线路上串联一阻抗调整器，使该电池的总和串联阻抗可被控制；经由调整该阻抗调整器以控制该串联阻抗，使得该并联电池的不平衡值为0，使该并联电池的不平衡值被消除。
其中，该阻抗调整器包括一个功率元器件、一个电流侦测电阻及一个微控制器及其外设；一个控制电压是来自该微控制器及其外设的控制讯号，用以控制该功率元器件的阻抗，其控制量由输入该微控制器的该电池电流反馈信号所决定，而该反馈信号大小正比于该电流。
其中，该阻抗调整器可以设置于该电池的低压侧。该低压侧阻抗调整器的功率元器件是一个或多个串接的N-通道场效晶体管或绝缘栅双极晶体管。该功率元器件控制在半导通状态，其阻抗控制范围介于场效晶体管的VD/I与场效晶体管的漏极源极间导通电阻之间，其中VD是场效晶体管伴生二极管的压降，I为电流。可以使用多个串接功率元器件，以达到所需阻抗范围。
其中，该阻抗调整器可以设置于该电池的高压侧。该高压侧阻抗调整器的功率元器件是一个或多个串接的P-通道场效晶体管。该功率元器件控制在半导通状态，其阻抗控制范围介于场效晶体管的VD/I与场效晶体管的漏极源极间导通电阻之间，其中VD是场效晶体管伴生二极管的压降，I为电流。可以使用多个串接功率元器件，以达到所需阻抗范围。
本发明的并联电池用的阻抗调整器，被设置在其中的一并联电池线路上，使该电池的总和串联阻抗可被控制；经由调整该阻抗调整器以控制该串联阻抗，使得该并联电池的不平衡值为0，使该并联电池的不平衡值被消除。
其中，该阻抗调整器包括一个功率元器件、一个电流侦测电阻及一个微控制器及其外设；一个控制电压是来自该微控制器及其外设的控制讯号，用以控制该功率元器件的阻抗，其控制量由输入该微控制器的该电池电流反馈信号所决定，而该反馈信号大小正比于该电流。
其中，该阻抗调整器可以设置于该电池的低压侧。该低压侧阻抗调整器的功率元器件是一个或多个串接的N-通道场效晶体管或绝缘栅双极晶体管。该功率元器件控制在半导通状态，其阻抗控制范围介于场效晶体管的VD/I与场效晶体管的漏极源极间导通电阻之间，其中VD是场效晶体管伴生二极管的压降，I为电流。可以使用多个串接功率元器件，以达到所需阻抗范围。
其中，该阻抗调整器可以设置于该电池的高压侧。该高压侧阻抗调整器的功率元器件是一个多个串接的P-通道场效晶体管。该功率元器件控制在半导通状态，其阻抗控制范围介于场效晶体管的VD/I与场效晶体管的漏极源极间导通电阻之间，其中VD是场效晶体管伴生二极管的压降，I为电流。可以使用多个串接功率元器件，以达到所需阻抗范围。
本发明的有益效果在于，提供了一种并联电池电流不平衡值调整方法，主要在其中的一并联电池线路上串联一阻抗调整器，使该电池的总和串联阻抗可被控制；经由调整该阻抗调整器以控制该串联阻抗，使得该并联电池的不平衡值为0，使该并联电池的不平衡值被消除。
本发明的并联电池电流不平衡值调整方法以及并联电池用的阻抗调整器，将可使得并联的电池的电流保持相同，以增加并联电池组的使用寿命。
以下，将依据图面所示的实施例而详加说明本发明的原理及设计特点。
附图说明
图1：代表一个电池的电路图，其中(A)代表一个电池，(B)代表一个电池的低频等效线路电路图，
图2：代表两个并联电池与一负载R的等效线路电路图，
图3：代表本发明的电路示意图，其中一个阻抗调整器连接于其中的一电池线路上，
图4：代表本发明的一种低压侧阻抗调整器的电路图，
图5：代表图4中本发明中功率元器件的另一种实施例电路图，为多个串接的N-CH MOSFET或IGBT，
图6：代表本发明的一种高压侧阻抗调整器的电路图，
图7：代表图6中本发明中功率元器件的另一种实施例电路图，为多个串接的P-CH MOSFET。
具体实施方式
请参见图1至图3，为本发明原理说明。
在图1(A)中，一个电池C的低频等效线路，可被简化成一个电压源V与其戴维南(Thevenin)等效电阻r串联而成，如图1(B)所示。
如图2所示，并联两个不同电池C1及C2，将导致两个不同的电流I1及I2。总电流I为I1+I2，两个电流的不平衡值可以ΔI/I来表示，并可得以下公式：
从上列的ΔI/I公式中，不平衡值与ΔV/V，Δr/r及R/r三个比值有关。如我们能控制Δr/r与(ΔV/V)〔(2R/r)+1〕相同亦即(ΔV/V)〔(2R/r)+1〕-Δr/r＝0，不平衡值就能被完全消除。
参见图3所示，本发明所提供的一种并联电池用的阻抗调整器(ImpedanceModulator)IM，被加在电池C2线路上，因此电池C2的总和串联阻抗r’将可以被控制。如果调整阻抗调整器IM以控制串联阻抗r’，使得(r’-r)/r＝(ΔV/V)〔(2R/r)〕+1，由不平衡值ΔI/I的公式得知ΔI/I将为0，亦即不平衡值将完全被消除。
由以上所述的原理，可设计出本发明并联电池用的阻抗调整器的基本形式，可分为低压侧与高压侧两种，参考图4至图7所示。
如图所示，阻抗调整器IM由一个功率元器件(Power Device)PD、一个电流侦测电阻(Sensing Resistor)SR与一个微控制器MCU及其外设(Microcontroller with its peripherals)所组成。
图面中，控制电压Vc是来自微控制器MCU及其外设的控制讯号，用以控制功率元器件PD的阻抗，其控制量由反馈信号K所决定；而K是输入微控制器MCU的电流反馈信号，其大小正比于电流I。
在图4所示的低压侧阻抗调整器的功率元器件PD可以是一个N-通道场效晶体管N-CH MOSFET(或绝缘栅双极晶体管Isolation Gate Bipolar Transistor，IGBT)，或多个串接的N-通道场效晶体管N-CH MOSFET(或绝缘栅双极晶体管Isolation Gate Bipolar Transistor，IGBT)，如图5所示。功率元器件PD是MOSFET(IGBT)时，控制在半导通状态，其阻抗控制范围介于场效晶体管MOSFET的VD/I(其中VD是场效晶体管MOSFET伴生二极管的压降，I为电流)与场效晶体管MOSFET的漏极源极间导通电阻(Resistance Drain Source)RDS(on)之间。如果一个功率元器件PD的阻抗控制范围不够大，可以使用多个串接功率元器件PD1～PDN，以达到所需阻抗范围。
在图6所示的高压侧阻抗调整器的功率元器件PD可以是一个P-通道场效晶体管P-CH MOSFET，或串接的P-通道场效晶体管P-CH MOSFET如图7所示。功率元器件PD是场效晶体管MOSFET时，控制在半导通状态，其阻抗控制范围介于P-通道场效晶体管MOSFET的VD/I(其中VD是MOSFET伴生二极管的压降，I为电流)与场效晶体管MOSFET的漏极源极间导通电阻(Resistance Drain Source)RDS(on)之间。如果一个功率元器件P D的阻抗控制范围不够大，可以使用多个串接功率元器件PD1～PDN，以达到所需阻抗范围。
由上所述，本发明所提供的并联电池用的阻抗调整器，将可使得并联的两个电池电流相同，以增加电池的使用寿命。
综上所陈，本发明完全符合专利的新颖性及进步性要件。所以申明的，图面所示，仅为较佳实施例，但凡依据本发明技术思想所为的简易或等效改变，仍为本发明专利保护范围中。
Claims (28)
1.一种并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，主要是在其中的一并联电池线路上串联一阻抗调整器，使该电池的总和串联阻抗可被控制；经由调整该阻抗调整器以控制该串联阻抗，使得该并联电池的不平衡值为0，使该并联电池的不平衡值被消除。
2.依据权利要求1所述的并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，该阻抗调整器包括一个功率元器件、一个电流侦测电阻及一个微控制器及其外设；一个控制电压是来自该微控制器及其外设的控制讯号，用以控制该功率元器件的阻抗，其控制量由输入该微控制器的该电池电流反馈信号所决定，而该反馈信号大小正比于该电流。
3.依据权利要求2所述的并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，该阻抗调整器设置于该电池的低压侧。
4.依据权利要求3所述的并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，该低压侧阻抗调整器的功率元器件是至少一个N-通道场效晶体管。
5.依据权利要求4所述的并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，该低压侧阻抗调整器的功率元器件是多个串接的N-通道场效晶体管。
6.依据权利要求3所述的并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，该低压侧阻抗调整器的功率元器件是一个绝缘栅双极晶体管。
7.依据权利要求6所述的并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，该低压侧阻抗调整器的功率元器件是多个串接的绝缘栅双极晶体管。
8.依据权利要求4所述的并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，该功率元器件控制在半导通状态，其阻抗控制范围介于场效晶体管的VD/I与场效晶体管的漏极源极间导通电阻之间，其中VD是场效晶体管伴生二极管的压降，I为电流。
9.依据权利要求8所述的并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，使用多个串接功率元器件，以达到所需阻抗范围。
10.依据权利要求2所述的并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，该阻抗调整器设置于该电池的高压侧。
11.依据权利要求10所述的并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，该高压侧阻抗调整器的功率元器件是至少一个P-通道场效晶体管。
12.依据权利要求11所述的并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，该高压侧阻抗调整器的功率元器件是多个串接的P-通道场效晶体管。
13.依据权利要求11所述的并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，该功率元器件控制在半导通状态，其阻抗控制范围介于场效晶体管的VD/I与场效晶体管的漏极源极间导通电阻之间，其中VD是场效晶体管伴生二极管的压降，I为电流。
14.依据权利要求13所述的并联电池电流不平衡值调整方法，其特征在于，使用多个串接功率元器件，以达到所需阻抗范围。
15.一种并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，其被设置在其中的一并联电池线路上，使该电池的总和串联阻抗可被控制；经由调整该阻抗调整器以控制该串联阻抗，使得该并联电池的不平衡值为0，使该并联电池的不平衡值被消除。
16.依据权利要求15所述的并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，该阻抗调整器包括一个功率元器件、一个电流侦测电阻及一个微控制器及其外设；一个控制电压是来自该微控制器及其外设的控制讯号，用以控制该功率元器件的阻抗，其控制量由输入该微控制器的该电池电流反馈信号所决定，而该反馈信号大小正比于该电流。
17.依据权利要求16所述的并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，该阻抗调整器设置于该电池的低压侧。
18.依据权利要求17所述的并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，该低压侧阻抗调整器的功率元器件是至少一个N-通道场效晶体管。
19.依据权利要求18所述的并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，该低压侧阻抗调整器的功率元器件是多个串接的N-通道场效晶体管。
20.依据权利要求16所述的并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，该低压侧阻抗调整器的功率元器件是一个绝缘栅双极晶体管。
21.依据权利要求20所述的并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，该低压侧阻抗调整器的功率元器件是多个串接的绝缘栅双极晶体管。
22.依据权利要求18所述的并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，该功率元器件控制在半导通状态，其阻抗控制范围介于场效晶体管的VD/I与场效晶体管的漏极源极间导通电阻之间，其中VD是场效晶体管伴生二极管的压降，I为电流。
23.依据权利要求22所述的并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，使用多个串接功率元器件，以达到所需阻抗范围。
24.依据权利要求16所述的并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，该阻抗调整器设置于该电池的高压侧。
25.依据权利要求24所述的并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，该高压侧阻抗调整器的功率元器件是至少一个P-通道场效晶体管。
26.依据权利要求25所述的并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，该高压侧阻抗调整器的功率元器件是多个串接的P-通道场效晶体管。
27.依据权利要求24所述的并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，该功率元器件控制在半导通状态，其阻抗控制范围介于场效晶体管的VD/I与场效晶体管的漏极源极间导通电阻之间，其中VD是场效晶体管伴生二极管的压降，I为电流。
28.依据权利要求27所述的并联电池用的阻抗调整器，其特征在于，使用多个串接功率元器件，以达到所需阻抗范围。
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