CN110431724A - 使用平衡电阻器的过电压保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于防止电池过电压的系统和方法，并且更具体地，涉及一种用于防止电池过电压的系统和方法，其被配置成准备应对由于各种原因导致过电压不能首先和通常地被阻止并且电池的过电压继续发生的情况，使用电池平衡电路来二次防止产生过电压的危险原因。

Description

使用平衡电阻器的过电压保护系统

技术领域

本发明涉及一种用于防止电池过电压的系统，并且更具体地，涉及一种使用现有平衡电路来防止电池过电压的系统。

背景技术

通常，应用/安装到需要可再充电的蓄电装置的诸如移动电子设备或电动车辆的设备的二次电池由串联或并联连接的多个单体(cell)配置而成。

在对包括这样的多个单体的二次电池进行充电的过程中，即使当多个单体当中的甚至任何一个单体以等于或大于特定电压的电压充电时，可能出现诸如爆炸或点火的危险问题。这种单体过充电通常是单体过电压的原因并影响除了过电压单体之外的其他单体，并且因此导致诸如性能下降或故障发生的问题。

因此，单体过电压是导致各种问题的高风险的原因，并且因此防止这些问题对于二次电池的安全性、性能等是重要的。

为了解决这样的问题，已经使用用于切断作为过电压的主要原因的充电电流的流入的方案来防止单体过充电。详细地，当通过电池监测IC测量单体的电压时，微控制器单元(MCU)将由电池监测IC测量的单体电压值与恒定的参考电压值进行比较，以确定每个单体是否被过充电。当多个单体当中的至少一个单体被确定为是过电压时，MCU控制使得通过其充电电流流向二次电池(电池)的路径被切断，并防止由过电压引起的危险问题的发生。

然而，当仅使用上述现有方案防止单体过电压时，可能由于各种原因出现未防止由单体过充电引起的问题发生的情况，各种原因诸如例如由于MCU的故障错误判断过电压的情况、通过其充电电流流向二次电池——即，电池——没有被正常地切断的情况、或者过充电不是由对二次电池的充电电流引起的情况。

发明内容

技术问题

本发明的目的是仅使用现有方案解决由防止二次电池中的过电压发生引起的问题。

技术解决方案

根据本发明的实施例的用于防止电池过电压的系统，电池中设置一个或多个单体，该系统包括：电压测量单元，该电压测量单元被配置成测量每个单体的电压；第一控制单元，该第一控制单元被配置成：当由电压测量单元测量的至少一个单体的第一测量电压值等于或大于规定的第一参考电压值时，输出用于切断充电电流流入的切断信号；切断单元，该切断单元被配置成：接收来自第一控制单元的切断信号，以切断充电电流的流入；单体平衡单元，该单体平衡单元被配置成：比较单体之间的电压差以执行单体平衡；以及第二控制单元，该第二控制单元被配置成将由电压测量单元测量的至少一个单体的第二测量电压值与规定的第二参考电压值进行比较，以基于比较结果控制单体平衡单元。

单体平衡单元的特征可以在于，包括：平衡场效应晶体管(FET)，该平衡FET被配置成根据来自第二控制单元的控制而被导通/截止控制；和平衡电阻器，其中通过平衡FET被导通来对单体电流进行放电。

另一方面，第二控制单元的特征可以在于，包括：电压比较单元，该电压比较单元被配置成：将由电压测量单元测量的第二测量电压值与规定的第二参考电压值进行比较；和过电压确定单元，该过电压确定单元被配置成：当根据电压比较单元的比较结果第二测量电压值等于或大于规定的第二参考电压值时，向平衡FET输出导通信号。

此时，平衡FET的特征可以在于：放电至少一个单体的第二测量电压值的对应电压，并且平衡电阻器的特征可以在于：消耗放电的电压。

这里，第二参考电压值的特征可以在于：大于第一参考电压值。

一种用于防止电池过电压的1方法，电池中设置一个或多个单体，包括：第一电压测量步骤，用于测量每个单体的电压；第一过电压确定步骤，用于将在第一电压测量步骤中测量的至少一个单体的第一测量电压值与规定的第一参考电压进行比较以确定电池是否是过电压；切断信号输出步骤，用于当在第一过电压确定步骤中确定至少一个单体是过电压时，输出用于切断充电电流的流入的切断信号；第二电压测量步骤，用于测量在第一过电压确定步骤中已被确定为是过电压的至少一个单体的电压；第二过电压确定步骤，用于将在第二电压测量步骤中测量的至少一个单体的第二测量电压值与规定的第二参考电压值进行比较，以确定单体是否是过电压；平衡FET导通信号输出步骤，用于当在第二过电压确定步骤中确定至少一个单体是过电压时，向平衡FET输出导通信号；以及过电压放电步骤，在该过压放电步骤中至少一个单体的电压被放电，至少一个单体在第二过电压确定步骤中已经被确定为是过电压。

此时，在过电压放电步骤中，至少一个单体的电压的特征可以在于：通过平衡FET在平衡电阻器中放电。

这里，第二参考电压值的特征可以在于：大于第一参考电压值。

有利效果

本发明可以通过配置使得使用已经通常使用的方案首先防止过电压，并且然后使用先前实现的单体平衡电路防止过电压，以增强的精度和稳定性来防止由二次电池中的过电压引起的问题发生。

附图说明

图1图示典型的过电压保护系统。

图2图示根据本发明的实施例的过电压保护系统。

图3是根据本发明的实施例的过电压防止方法的框图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例，使得本领域的技术人员能够容易地实现本发明。本发明能够以各种方式实践，并且不限于本文描述的实施例。在附图中，省略与描述无关的部分以清楚地阐述本发明，并且在整个说明书中类似的附图标记表示类似的元件。

将会理解，尽管这里可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个组件与另一个组件。例如，在不脱离示例实施例的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。提供本文使用的术语仅用于解释本发明的具体实施例，而不是限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在包括复数形式。

另外，如果某些部件被描述为与其他部件“连接”，则它们不仅“直接连接”到其他部件，而且还通过其之间插入的任何其他设备而被“间接连接”到其他部件。另外，当元件被称为“包含”或“包括”组件时，其不排除其他组件，而是可以进一步包括另一组件，除非上下文另有明确说明。贯穿本发明的整个文件，术语“…的步骤”并不意指“用于…的步骤”。

尽管本说明书中使用的术语选自考虑到功能而当前且广泛使用的一般术语，但是它们可以根据参与相应领域、习惯、新技术的出现等的技术人员的意图而改变。有时，申请人可以任意选择一些术语。在这种情况下，任意选择的术语的含义应在详细说明的相关部分中定义。因此，应基于其独特含义和本发明的整个背景来理解本文使用的特定术语。

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。

图1图示典型的过电压保护系统。

当关于图1描述二次电池的过电压防止操作时，用于包括至少一个或多个电池单体Cell₁至Cell_n的电池的过电压防止电路主要包括电池监测IC 12、MCU 14、电流流入路径16、和由平衡场效应晶体管(FET)182和平衡电阻器184形成的平衡电路18。

当描述用于防止电池单体的过电压的典型方案时，首先，通过电池监测IC 12测量电池单体的每个电压。在测量每个电池单体的电压之后，每个电池单体的测量到的电压值(在下文中，测量电压值)被递送到MCU 14。已经接收到每个电池单体的测量电压值的MCU14通过与预设的参考电压值进行比较来确定电池单体是否是过电压。

作为比较结果，当电池单体的测量电压值当中的至少一个单体的测量电压值等于或大于预设的参考电压值时，MCU 14确定在对应的电池中发生过电压，输出用于切断通过其充电电流流向电池单体的路径的信号，以便于切断充电电流的进一步流入，即，防止过充电，并且控制电流流入路径16，如图1中所示。尽管在附图中被图示为路径类型，但是电流流入路径16可以由例如开关或FET等配置而成，其能够通过MCU 14的控制切断充电电流的流入。

换句话说，这是当确认存在被确定为是过电压的单体时通过切断充电电流流向电池单体来防止由于过电压引起的危险原因发生的典型方案。

然而，当仅使用如图1的典型方案时，例如，当由MCU 14的故障错误判断过电压状态时——该MCU 14仅使用单体的测量电压值确定单体是否是过电压，存在限制使得根据各种原因未防止由过电流引起的问题发生，各种原因包括尽管MCU 14输出用于切断充电电流的流入的切断信号但是电流流入路径16没有被正常地切断的情况，或者与过电压主要由过充电引起的通常情况相反，过电压不是由过充电引起的情况。

因此，本发明附加地提供一种用于防止过电压的电路，以增强防止电池中发生过电压的稳定性。

将参考图2提供详细描述，其中示意性地图示根据本发明的实施例的过充电保护系统。

关于图2，根据本发明的实施例的过充电保护系统包括多个电池单体Cell₁至Cell_n110；电压测量单元150；第一控制单元130；切断单元140；第二控制单元150；以及单体平衡单元160。

电压测量单元120可以测量每个电池单体的电压以计算每个单体的测量电压值。电压测量单元120通过以预设的恒定时段间隔测量每个单体的的电压来执行监测，并且这里，将通过参考在当前时段N中测量的电压值作为第一测量电压值，并且在当前时段N之后的下一个时段(N+1)中测量的电压值作为第二测量电压值来提供描述。

电压测量单元120可以将第一测量电压值递送给第一控制单元130，并且将第二测量电压值递送给第二控制单元150。

这里，电压测量单元120可以是用于执行与图1中所示的典型电池监测IC 12的功能相同的功能的相同组件。

第一控制单元130可以将从电压测量单元120递送的每个单体的第一测量电压值与规定的第一参考电压值进行比较，该规定的第一参考电压值是用于确定过电压的发生的参考。当电池单体当中的至少一个单体的第一测量电压值等于或大于规定的第一参考电压值时，可以确定在对应的单体中发生过电压。如上所述，当确定至少一个单体的第一测量电压值为过电压时，可以产生用于切断充电电流进一步流入电池单体的切断信号，以输出到切断单元140。

这里，第一控制单元130可以是用于执行与图1中所示的典型MCU 14的功能相同的功能的相同组件。

作为参考，如上所述，电压测量单元120和第一控制单元130分别是与在典型的过电压保护电路中形成的电池监测IC 12和MCU 14相同的组件，并且因此可以控制单体平衡单元160，即，典型方案中的单体平衡操作。

当从第一控制单元130接收切断信号时，切断单元140可以切断到电池单体的充电电流的流入。因此，切断充电电流通过其流入电池单体的路径，并且因此，可以切断电流对电池单体的充电。

切断单元140可以由例如开关或FET等形成，并且因此，切断信号可以意指用于控制切断单元140的导通/截止的信号。

另外，切断单元140可以是与图1中所示的电流流入路径16相同的组件。

另一方面，第二控制单元150可以包括电压比较单元152和过电压确定单元154。

电压比较单元152可以将由电压测量单元120测量的第二测量电压值与规定的第二参考电压值进行比较。

当作为来自电压比较单元152的比较结果，第二测量电压值等于或大于规定的第二参考电压值时，过电压确定单元154可以确定连续发生过电压。在这种情况下，过电压确定单元154可以将导通信号输出到单体平衡单元160的平衡FET 162，其将在后面描述。

换句话说，当第二测量电压值等于或大于规定的第二参考电压值时，可以确定第一控制单元130没有正常执行过电压防止或者过电压不是由过充电引起。

这里，当基于测量第二测量电压值的时间进行描述时，测量第一测量电压值的时间变为前一时段N。换句话说，第二测量电压值可以意指通过在当前时段(N+1)中再次测量来自于已经在先前时段N中测量的第一测量电压值当中的、已经被确定为是过电压的单体的电压来计算的值。

换句话说，对于已经在前一时段N中测量的第一测量电压值当中的、已经被确定为是过电压的对应单体，根据第一控制单元130的控制切断其充电电流的流入以主要防止过电压的危险原因。然后，在当前时段(N+1)中再次测量第一测量电压值当中的、已经被确定为过充电的对应单体的电压，并且确定是否已经正常地防止过电压的危险原因。当第二测量电压值也被确定为是过电压时，将二次对应地防止过电压的危险原因。

单体平衡单元160可以包括平衡FET 162，根据第二控制单元150的控制来控制其导通/截止；和平衡电阻器164，其中通过被导通的平衡FET 162流动的单体电流被放电。

平衡FET 162可以根据从第二控制单元150的过电压确定单元154输出的导通信号而被导通。因此，当平衡FET 162被导通时，到与已经由过电压确定单元154确定为是过电压的第二测量电压值相对应的单体的电流可以被允许流过平衡电阻器164。

平衡电阻器164可以是其中单体电流被放电的组件，单体电流根据平衡FET 162的导通而流动。换句话说，平衡FET 162放电与已被确定为是过电压的第二测量电压值相对应的电压，并且平衡电阻器164消耗所放电的电压，并且因此，可以防止由于过电压引起的危险原因。

这里，当在第一控制单元130中没有正常地防止过电压时，第二控制单元150可以是用于二次防止过电压的组件。

因此，作为用于通过第二控制单元150的过电压确定单元154确定单体是否是过电压的参考的第二参考电压值可以优选地设置为大于作为用于通过第一控制单元130确定单体是否是过电压的参考的第一参考电压值的值。

图3是表示使用根据本发明的上述实施例的过电压防止系统防止电池过电压的方法的框图。

关于图3，根据本发明的实施例的防止过电压的方法包括第一电压测量步骤S100、第一过电压确定步骤S200、切断信号输出步骤S300、第二电压测量步骤S400、第二过电压确定步骤S500、平衡FET导通信号输出步骤S600、以及过电压放电步骤S700。

第一电压测量步骤S100是用于测量多个电池单体的每个电压的步骤。测量每个电池单体的电压以计算每个单体的电压值。此时，将每个单体的所计算的电压值称为第一测量电压值，并且将会提供其描述。

第一电压测量步骤S100可以是由电压测量单元120执行的步骤。如上面关于图2所述，可以以预设的恒定时段间隔执行每个单体电压测量。

换句话说，由第一电压测量步骤S100计算的第一测量电压值意指在当前时段N中测量的电压值。

第一过电压确定步骤S200可以是用于将在第一电压测量步骤S100中测量的每个单体的第一测量电压值与规定的第一参考电压值进行比较，以通过比较结果确定单体是否是过电压的步骤。作为比较结果，当第一测量电压值等于或大于规定的第一参考电压值时，确定对应的单体过电压。

第一过电压确定步骤S200可以由第一控制单元130执行，如上面参考图2所述。

切断信号输出步骤S300可以是用于输出用于切断通过其电流充电的路径的切断信号以便于切断到电池单体的充电电流的流入的步骤。根据切断信号的输出，通过其充电电流流入电池单体的路径——即，充电电流的流入——可以通过切断单元140切断，如参考图2所述。因此，可以切断向电池单体充电的电流。

第二电压测量步骤S400可以是用于测量在第一过电压确定步骤S200中已被确定为是过电压的至少一个或多个单体的电压的步骤。

与第一电压测量步骤S100类似，第二电压测量步骤S400也可以由电压测量单元120执行。

换句话说，当基于执行第二电压测量步骤S400的时间进行描述时，第二电压测量步骤S400是用于再次测量来自于在先前时段N中已经测量的第一测量电压当中的、已经被确定为是过电压的至少一个或多个单体的电压的步骤，并且此时计算的电压值被称为第二测量电压值。

第二过电压确定步骤S500可以是用于将在第二电压测量步骤S400中测量的至少一个或多个单体的第二测量电压值与规定的第二参考电压值进行比较，以通过比较结果确定单体是否是过电压的步骤。

当第二测量电压值等于或大于规定的第二参考电压值时，这意指通过步骤S100至S300已经执行的过电压防止过程未正常执行，或者在与第一测量电压值相对应的至少一个或者多个单体中过电压继续发生以及其中过电压发生不是由过充电引起的。

因此，为了降低被确定为是过电压的至少一个或多个单体的电压，可以通过平衡FET导通输出步骤S600控制平衡FET以被导通。

如参考图2所述，此过程可以由过电压确定单元154执行。当导通信号被输出到平衡FET 162时，与被确定为是过电压的第二测量电压值相对应的至少一个或多个单体的电流可以流向平衡电阻器164。因此，通过执行其中在平衡电阻器164中过电压被放电——即，过电压能量被放电——的过电压放电步骤S700，并且然后电压被减少，可以防止由于过电压引起的危险原因。

已经使用优选实施例描述本发明。然而，要理解的是，本发明的范围不限于所公开的实施例。另外，应理解，从权利要求的定义和范围及其等同物推导的所有变化或修改都落入本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种用于防止电池过电压的系统，在所述电池中设置一个或多个单体，所述系统包括：

电压测量单元，所述电压测量单元被配置成测量每个单体的电压；

第一控制单元，所述第一控制单元被配置成：当由所述电压测量单元测量的至少一个单体的第一测量电压值等于或大于规定的第一参考电压值时，输出用于切断充电电流流入的切断信号；

切断单元，所述切断单元被配置成：接收来自所述第一控制单元的所述切断信号，以切断所述充电电流的流入；

单体平衡单元，所述单体平衡单元被配置成：比较所述单体之间的电压差以执行单体平衡；以及

第二控制单元，所述第二控制单元被配置成：将由所述电压测量单元测量的所述至少一个单体的第二测量电压值与规定的第二参考电压值进行比较，以基于比较结果控制所述单体平衡单元。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述单体平衡单元的特征在于，包括：

平衡场效应晶体管(FET)，所述平衡FET被配置成根据来自所述第二控制单元的控制而被导通/截止控制；和

平衡电阻器，在所述平衡电阻器中通过所述平衡FET被导通来对单体电流进行放电。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第二控制单元的特征在于，包括：

电压比较单元，所述电压比较单元被配置成：将由所述电压测量单元测量的所述第二测量电压值与规定的第二参考电压值进行比较；和

过电压确定单元，所述过电压确定单元被配置成：当根据所述电压比较单元的比较结果所述第二测量电压值等于或大于所述规定的第二参考电压值时，向所述平衡FET输出导通信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述平衡FET的特征在于：放电所述至少一个单体的所述第二测量电压值的对应电压，并且所述平衡电阻器的特征在于：消耗所放电的电压。

5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第二参考电压值的特征在于：大于所述第一参考电压值。

6.一种用于防止电池过电压的方法，在所述电池中设置一个或多个单体，所述方法包括：

第一电压测量步骤，用于测量每个单体的电压；

第一过电压确定步骤，用于将在所述第一电压测量步骤中测量的至少一个单体的第一测量电压值与规定的第一参考电压进行比较以确定所述单体是否是过电压；

切断信号输出步骤，用于当在所述第一过电压确定步骤中确定所述至少一个单体是过电压时，输出用于切断充电电流的流入的切断信号；

第二电压测量步骤，用于测量在所述第一过电压确定步骤中已被确定为是过电压的所述至少一个单体的电压；

第二过电压确定步骤，用于将在所述第二电压测量步骤中测量的至少一个单体的第二测量电压值与规定的第二参考电压值进行比较，以确定所述单体是否是过电压；

平衡FET导通信号输出步骤，用于当在所述第二过电压确定步骤中确定所述至少一个单体是过电压时，向所述平衡FET输出导通信号；以及

过电压放电步骤，在所述过电压放电步骤中所述至少一个单体的电压被放电，所述至少一个单体在所述第二过电压确定步骤中已经被确定为是过电压。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述过电压放电步骤中，所述至少一个单体的所述电压的特征在于：通过所述平衡FET在所述平衡电阻器中放电。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二参考电压值的特征在于：大于所述第一参考电压值。