CN111344583B - 电池单体监控系统 - Google Patents

电池单体监控系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111344583B
CN111344583B CN201880073164.3A CN201880073164A CN111344583B CN 111344583 B CN111344583 B CN 111344583B CN 201880073164 A CN201880073164 A CN 201880073164A CN 111344583 B CN111344583 B CN 111344583B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cell
voltage
current
battery
active semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880073164.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111344583A (zh
Inventor
唐纳德·伦波斯基
杰奎琳·德多
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ivell Mobile Ltd
Neapco Intellectual Property Holdings LLC
Original Assignee
Ivell Mobile Ltd
Neapco Intellectual Property Holdings LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ivell Mobile Ltd, Neapco Intellectual Property Holdings LLC filed Critical Ivell Mobile Ltd
Publication of CN111344583A publication Critical patent/CN111344583A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111344583B publication Critical patent/CN111344583B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/569—Constructional details of current conducting connections for detecting conditions inside cells or batteries, e.g. details of voltage sensing terminals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

提供了一种电池单体监控系统和操作该系统的方法。该系统包括多条感测线和多个单体感测单元，每个单体感测单元包括电耦合到感测线的有源半导体器件，用于基于施加到其上的输入器件电压来传输偏置电压的器件电流特性。单体感测读取器单元包括电压生成器，用于以交替的方式穿过每条感测线，将输入电压输出到单体感测单元。单体感测读取器单元包括电流测量装置，用于在输入器件电压被交替时，对从有源半导体器件输出的器件电流进行采样。单体感测读取器单元计算偏置电压，并确定多个电池单体中的每一个的单体电压，多个电池单体中的每一个均连接到一个单体感测单元。

Description

电池单体监控系统
相关申请交叉参考
本实用新型申请要求2017年10月16日提交的美国临时申请No.62/572,657和2018年10月15日提交的美国实用新型申请No.16/160,034的权益。上述申请的全部公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明大体上涉及一种用于具有多个电池单体的电池的电池单体监控系统。本发明还涉及一种操作电池单体监控系统的方法。
这部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
电池通常用于从便携式电子设备到电动和混合动力车辆的大量不同的应用中。例如，车辆电池包括多个电池单体，并且可以包括电池监控系统。典型的电池监控系统监控总体电池温度、电压和电流，并且有时将监控“模块”水平上的这些参数。模块是以可以针对模块单独测量参数的方式被连接的电池中的多个电池单体的子集。
然而，在电池水平或模块水平上的监控没有给出对电池中每个单个单体的性能的最佳了解。当模块或电池中的电池单体的数量较大时，尤其如此。当大量单体的参数组合在一起进行批量测量时，单个单体的微小变化是很难辨别的。因此，仍然需要一种改进的电池单体监控系统。
发明内容
该部分提供了本公开的一般概述，并且不是其全部范围或其所有特征和优点的全面公开。
本发明的一个目的是提供一种解决和克服上述缺点的电池单体监控系统。
因此，本公开的一个方面是提供一种用于具有多个电池单体的电池的电池单体监控系统。电池单体监控系统包括多条正感测线和多条负感测线。此外，电池单体监控系统包括多个单体感测单元，每个单体感测单元包括有源半导体器件，用于基于施加到其上的输入器件电压来传输偏置电压的器件电流特性。每一有源半导体器件电耦合到所述多个电池单体中的一个电池单体和所述多条正感测线中的一条正感测线以及所述多条负感测线中的一条负感测线。该电池单体监控系统还包括单体感测读取器单元，该单体感测读取器单元电耦合到该多条正感测线和该多条负感测线，并且被配置为计算与由所述有源半导体器件传输的采样器件电流相对应的偏置电压，以及基于所计算的偏置电压来确定所述多个电池单体中的每一个电池单体的单体电压。
根据本公开的另一方面，还提供了一种用于电池的电池单体的电池单体监控系统的单体感测单元。单体感测单元包括用于耦合到单体感测读取器单元的正感测线和负感测线。单体感测单元还包括有源半导体器件，用于基于施加到其上的第二器件电压来传输第一器件电压的器件电流特性，并电耦合到正感测线和负感测线以及电池的电池单体。此外，单体感测单元包括第一阻断电容器，其具有第一阻断电容，并且电连接在正感测线和有源半导体器件之间，用于阻断来自电池的直流电。单体感测单元还包括第二阻断电容器，该第二阻断电容器具有第二阻断电容，并且电连接在电池的负感测线和负极端子之间，用于阻断来自电池的直流电。
根据本公开的又一方面，还提供了一种操作电池单体监控系统的方法。该方法开始于利用单体感测读取器单元的电压生成器以交替方式穿过多条正感测线和多条负感测线中的每一条，将输入电压输出到多个单体感测单元。该方法继续使用电耦合到所述多条正感测线中的一条正感测线和所述多条负感测线中的一条负感测线的所述多个单体感测单元中的每一个单体感测单元的有源半导体器件，基于施加的输入器件电压来传输偏置电压的装置电流特性。该方法的下一个步骤是，随着所述输入器件电压由所述电压生成器交替，使用所述单体感测读取器单元的电流测量装置，对由所述多个单体感测单元中的每一个单体感测单元的所述有源半导体器件所传输的所述器件电流进行采样。该方法继续计算与每个有源半导体器件的采样的器件电流相对应的偏置电压的步骤。该方法结束于，基于所计算的偏置电压来确定电连接到所述多个单体感测单元中的一个单体感测单元的多个电池单体中的每一个电池单体的单体电压。
进一步的应用领域将从本文提供的描述中变得显而易见。发明内容中的描述和具体示例仅出于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于说明所选择的实施例，而不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。
图1示出了根据本公开的多方面的电池监控系统；
图2示出了根据本公开的多方面的图1的电池单体监控系统的单体感测单元；
图3示出了根据本公开的多方面的单体感测单元的场效应晶体管的特性电流对电压曲线；
图4示出了根据本公开的多方面的图1的电池单体监控系统的单体感测单元；
图5示出了根据本公开的多方面的图1的电池单体监控系统的单体感测单元；和
图6和7示出了操作根据本公开的多方面的图1的电池单体监控系统的方法的步骤。
具体实施方式
在以下描述中，阐述细节以提供对本发明的理解。在一些情况下，为了不使本公开模糊，没有详细描述或示出某些电路，结构和技术。
总的来说，本发明涉及一种非常适合在许多应用中使用的类型的电池单体监控系统。将结合一个以上的示例实施例来描述本公开的电池单体监控系统及相关联的操作方法。然而，所公开的具体示例实施例仅被提供用于以足够清楚的方式描述本发明的概念，特征，优点和目的，以允许本领域技术人员理解和实践本公开。具体地，提供示例实施例以便本公开将是彻底的，并且将向本领域技术人员完全地传达范围。阐述了许多特定细节，例如特定部件、器件和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，不需要采用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式来实现，并且不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，不详细描述公知的处理、公知的器件结构和公知的技术。
参考附图，其中在几个视图中相同的数字表示相应的部件，用于具有多个电池单体24的电池22的电池单体监控系统20在图1和图2中示出。具体地，电池22是串联单体堆。电池单体监控系统20包括多条正感测线26和多条负感测线28。
多个单体感测单元30每个都包括有源半导体器件31,32,33(图2)，用于基于施加到其上的输入器件电压来传输偏置电压的器件电流特性。多个单体感测单元30中的每一个的有源半导体器件31,32,33电耦合到多条正感测线26之一以及多条负感测线28之一。根据一个方面，如图2所示，有源半导体器件31,32,33是场效应晶体管(FET)31，其具有电连接到电池单体24的正极端子36的栅极34和电连接到电池单体24的负极端子40的源极38以及电耦合到正感测线26的漏极42。
尽管在图1和2中所示的单体感测单元30中的有源半导体器件31,32,33是结型栅场效应晶体管31，但是应当理解，可以以类似的方式替代地使用多个其它有源半导体器件31,32,33。这些包括双极结型晶体管(BJT)32，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和可控硅整流器(SCR)33。可将这些有源半导体器件31、32、33定制为具有截止和阈值特性的单体监控任务，以匹配被监控的电池单体24的电压范围。
多个单体感测单元30中的每一个还包括第一阻断电容器46(即，耦合电容器)，其具有电连接在正感测线26和场效应晶体管31的漏极42之间的第一阻断电容，用于阻断来自电池22的直流电。类似地，具有第二阻断电容的第二阻断电容器48(即，耦合电容器)电连接在负感测线28和电池22的负极端子40之间，用于阻断来自电池22的直流电。
单体感测读取器单元50电耦合到多条正感测线26和多条负感测线28，并且包括电压生成器52，用于以交替的方式(例如，以100MHz的频率)穿过多条正感测线26和多条负感测线28中的每一个，将输入器件电压(例如，场效应晶体管31的Vds)输出到多个单元感测单元30。因此，场效应晶体管31的沟道特性基于由所监控的电池单体24施加到场效应晶体管31的栅极34的偏置电压或偏置电压(例如，Vgs)而改变。可通过将交流电压(例如，场效应晶体管31的输入器件电压Vds)施加到与(即，针对特定单体感测单元30的)电池单体24相关联的正感测线26和负感测线28来测量场效应晶体管31的沟道特性。
单体感测读取器单元50还包括电流测量装置44，用于当输入器件电压(例如，场效应晶体管31的Vds)由电压生成器52交替时，对从有源半导体器件31,32,33输出的器件电流(例如，场效应晶体管31的Ids)进行采样。在该测量中，例如，测量场效应晶体管31的电流相对电压关系或特性曲线(器件电流相对输入器件电压)。图3中示出了结型栅场效应晶体管31(JFET)的示例性特性曲线。单体感测读取器单元50被配置为计算与经采样的器件电流(例如，场效应晶体管31的Ids)相对应的偏置电压(例如，场效应晶体管31的Vgs)。单体感测读取器单元50还被配置为基于所计算的偏置电压(例如，场效应晶体管31的Vgs)来确定多个电池单体24中的每一个的单体电压，多个电池单体24中的每一个均电连接到所述多个单体感测单元30之一。具体地，根据对场效应晶体管32的特性的了解，计算(基于采样的器件电流)导致特定电流对电压特性的基极偏置电压(例如，场效应晶体管31的Vgs)。特别地，可以测量场效应晶体管32的线性区域中的电流相对电压特性曲线的斜率，并且也可以测量较高源电压下的饱和电流。在所公开的场效应晶体管31的布置中，偏置电压(例如，场效应晶体管31的Vgs)是单体电压。因此，所公开的电池单体监控系统20有利地允许单体参数(例如，单体电压)的相对快速的采样速率。当所确定的单体电压与单体电流和温度的知识相结合时，可以使用更有能力的单体模型来分析电池22。这包括使用诸如传质阻力的非传统参数的模型。
根据一个方面，如图4所示，多个单体感测单元30'中的每一个都包括可控硅整流器33，而不是图2的单体感测单元30中所示的场效应晶体管31。可控硅整流器33具有电连接到电池22的电池单体24的正极端子36的整流器栅极54和电连接到电池单体24的负极端子40的整流器阴极56以及电耦合到正感测线26的整流器阳极58。因此，与结型栅场效应晶体管31一样，多个单体感测单元30'中的每一个的可控硅整流器33通过第一阻断电容器46'和第二阻断电容器48'电耦合到多条正感测线26中的一个和多条负感测线28中的一个。具体地，第一阻断电容器46'电连接在正感测线26和可控硅整流器33的整流器阳极58之间，用于阻断来自电池单体24的直流电。类似地，第二阻断电容器48'电连接在负感测线28和电池单体24的负极端子40之间，用于阻断来自电池单体24的直流电。通过这种配置，可控硅整流器33的正向导通电压由电池单体24的单体电压确定。当超过导通电压时，电流将从正感测线26流到负感测线28。因此，作为整流器阳极58和整流器阴极56两端的电压的函数的该电流的开始是电池单体24的单体电压的指示。
在电池单体24上的小的连续电流消耗是可接受的情况下，可以使用BJT 32。因此，根据另一方面并如图5所示，多个单体感测单元30”中的每一个都包括双极结型晶体管32，其具有通过偏置电阻器62电连接到电池单体24的正极端子36的基极60和电连接到电池单体24的负极端子40的发射极64以及电耦合到正感测线26的集电极66。多个单体感测单元30”中的每一个通过第一阻断电容器46”和第二阻断电容器48”电耦合到多条正感测线26中的一个和多条负感测线28中的一个。更详细地，第一阻断电容器46”电连接在正感测线26和双极结型晶体管32的集电极66之间，用于阻断来自电池单体24的直流电。类似地，第二阻断电容器48'电连接在负感测线28和电池单体24的负极端子40之间，用于阻断来自电池单体24的直流电。在这种配置中，双极结型晶体管32的基极60被电池单体24的单体电压通过偏置电阻器62提供的小电流偏置。偏置电流(从基极60到发射极64)将随着电池单体24的单体电压的增加而增加。然后可以在正感测线26和负感测线28之间测量饱和集电极电流(从集电极66到发射极64)。
对于包括p型半导体材料和周期性正向偏置的n型半导体材料(例如，结型栅场效应晶体管31)之间的PN结或边界的有源半导体器件31,32,33，可以根据正向偏置时有源半导体器件31,32,33两端的电压降来估计有源半导体器件31,32,33的温度。有源半导体器件31,32,33两端的电压降通常随着温度的升高而降低。这允许测量电池单体24的温度并估计有源半导体器件31,32,33相对于电压的电性能，用于校准目的。此外，对于包括周期性地反向偏置的PN结的器件31,32,33，其中可以测量反向泄漏电流(以微安级)，可以从反向泄漏电流的幅度来计算有源半导体器件31,32,33的温度。如果包含PN结的有源半导体器件31,32,33热连接到电池单体24，则这形成单体温度测量。
电池单体监控系统20还可以包括其它方法，例如但不限于，对感测电容器充电或放电的选通时间，感测电路沿传输线的时域反射，以及通过共享线的时钟控制的桶队(bucket brigade)充电或电压传输。
如图6和7中最佳所示，此外，还提供了一种操作电池单体监控系统20的方法。该方法开始于100，利用单体感测读取器单元50的电压生成器52，以交替方式穿过多条正感测线26和多条负感测线28中的每一个，将输入器件电压输出到多个单体感测单元30，30’，30”。
该方法继续到102，使用电耦合到多条正感测线26中的一个和多条负感测线28中的一个的多个单体感测单元30，30’，30”中的每一个的有源半导体器件31,32,33(例如，结型栅场效应晶体管31)，基于施加的输入器件电压(例如，结型栅场效应晶体管31的Vds)传输偏置电压(例如，结型栅场效应晶体管31的Vgs)的器件电流特性。该方法的下一步骤是104，随着输入器件电压(例如，结型栅极场效应晶体管31的Vds)由电压生成器52交替，使用单体感测读取器单元50的电流测量装置44，对由多个单体感测单元30，30’，30”中的每一个的有源半导体器件31,32,33传输的器件电流(例如，结型栅极场效应晶体管31的Ids)进行采样。例如，对于双极结型晶体管32，该方法可以包括步骤106，测量从双极结型晶体管32的集电极66到发射极64的饱和集电极电流。对于可控硅整流器33，该方法可以包括步骤108，确定作为可控硅整流器33的整流器阳极58和整流器阴极56两端的电压的函数的电流。
该方法继续进行步骤110，计算与每个有源半导体器件31,32,33的采样器件电流(例如，结型栅场效应晶体管31的Ids)相对应的偏置电压。对于结型栅场效应晶体管31，计算与每个有源半导体器件31,32,33的采样器件电流相对应的偏置电压的步骤110可以包括步骤112，测量在结型栅场效应晶体管31的欧姆区域之外的源极电压处的饱和电流，以确定偏置电压。该方法还可以包括以下步骤：114，测量线性区域中的结型栅场效应晶体管31的采样器件电流对输入器件电压特性曲线的斜率，以及116，使用结型栅场效应晶体管31的已知特性，基于采样器件电流来计算导致特定电流对电压特性的基极偏置电压(Vgs)。
该方法结束于118，基于所计算的偏置电压(例如，结型栅场效应晶体管31的Vgs)来确定电连接到多个单体感测单元30，30’，30”中的一个的多个电池单体24中的每一个的单体电压。
显然，可以对这里描述和说明的内容进行改变，而不脱离所附权利要求限定的范围。出于说明和描述的目的，已经提供了对实施例的上述描述。其并非旨在穷举或限制本公开。特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，但是，在适用的情况下，即使没有具体示出或描述，也可以互换并用于所选实施例中。其也可以以多种方式变化。这样的变化不应被认为偏离本公开，并且所有这样的修改旨在包括在本公开的范围内。本领域技术人员将认识到，与示例电池监控系统相关联地揭示的概念同样可实施于许多其它系统中，以控制一个以上的操作和/或功能。
提供示例实施例以使本公开将是彻底的，并且将向本领域技术人员完全传达范围。阐述了许多具体细节，例如特定元件，装置和方法的实例，以提供对本发明实施例的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，不需要采用特定的细节，示例性实施例可以以许多不同的形式来实现，并且不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施例中，不详细描述公知的处理，公知的装置结构和公知的技术。
这里使用的术语仅仅是为了描述特定的示例性实施例，而不是为了限制。如本文所用，单数形式“一个”、“一”和“该”也可旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。术语“包含”、“包括”、“含有”和“具有”是包含性的，因此指定所述特征、整体、步骤、操作、组件和/或元件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、组件、元件和/或组的存在或添加。除非特别标识为性能顺序，否则本文所述的方法步骤，处理和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或说明的特定顺序执行。还应当理解，可以采用附加的或替代的步骤。
当元件或层被称为“在另一个元件或层上”，“接合”，“连接到”或“耦合到”另一个元件或层时，它可以直接在另一个元件或层上，接合、连接或耦合到另一个元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”，“直接接合”，“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件或层时，可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其它词语应当以类似的方式来解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
尽管术语第一，第二，第三等在本文中可用于描述各种元件，组件，区域，层和/或部分，但这些元件，组件，区域，层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语可以仅用于将一个元件，组件，区域，层或部分与另一个区域，层或部分区分开。当在本文中使用时，术语如“第一”,“第二”和其它数字术语并不意味着序列或次序，除非上下文清楚地指出。因此，下面讨论的第一元件，组件，区域，层或部分可以被称为第二元件，组件，区域，层或部分，而不背离示例实施例的教导。

Claims (20)

1.一种用于具有多个电池单体的电池的电池单体监控系统，其特征在于，包括：
多条正感测线和多条负感测线；
多个单体感测单元，每个单体感测单元包括有源半导体器件，所述有源半导体器件具有器件电流和输入器件电压之间的已知关系，用于基于所述器件电流和所述输入器件电压之间的所述已知关系以及施加到其上的所述输入器件电压来传输偏置电压的器件电流特性，并且电耦合到所述多个电池单体中的一个电池单体和所述多条正感测线中的一条正感测线以及所述多条负感测线中的一条负感测线，并且被配置为根据所述多个电池单体中的每个电池单体的单体电压来传导所述器件电流，所述偏置电压由所述多个电池单体中的每个电池单体提供；
单体感测读取器单元，所述单体感测读取器单元电耦合到所述多条正感测线和所述多条负感测线，并且被配置为：
计算与由所述有源半导体器件传输的采样器件电流相对应的偏置电压，以及
基于所计算的偏置电压来确定所述多个电池单体中的每一个电池单体的所述单体电压。
2.根据权利要求1所述的电池单体监控系统，其特征在于，所述单体感测读取器单元包括电压生成器，所述电压生成器用于以交替的方式穿过所述多条正感测线和所述多条负感测线中的每一条，将输入电压输出到所述多个单体感测单元。
3.根据权利要求2所述的电池单体监控系统，其特征在于，所述单体感测读取器单元包括电流测量装置，随着所述输入器件电压由所述电压生成器交替，所述电流测量装置对从所述有源半导体器件输出的所述器件电流进行采样。
4.根据权利要求1所述的电池单体监控系统，其特征在于，所述有源半导体器件是场效应晶体管，所述场效应晶体管具有电连接到所述电池单体的正极端子的栅极和电连接到所述电池的负极端子的源极以及电耦合到所述正感测线的漏极。
5.根据权利要求4所述的电池单体监控系统，其特征在于，所述单体感测读取器单元进一步被配置为，使用结型栅场效应晶体管的所述器件电流和所述输入器件电压之间的所述已知关系，基于所述采样器件电流来计算导致特定电流对电压特性的基极偏置电压。
6.根据权利要求4所述的电池单体监控系统，其特征在于，还包括具有第一阻断电容的第一阻断电容器和具有第二阻断电容的第二阻断电容器，所述第一阻断电容器电连接在所述正感测线和所述场效应晶体管的所述漏极之间，用于阻断来自所述电池的直流电，所述第二阻断电容器电连接在所述负感测线和所述电池的所述负极端子之间，用于阻断来自所述电池的直流电。
7.根据权利要求1所述的电池单体监控系统，其特征在于，所述有源半导体器件是可控硅整流器，所述可控硅整流器具有整流器栅极、整流器阴极和整流器阳极，所述整流器栅极电连接到所述电池的所述多个电池单体中的所述一个电池单体的正极端子，所述整流器阴极电连接到所述多个电池单体中的所述一个电池单体的负极端子，所述整流器阳极电耦合到所述多条正感测线中的所述一条正感测线。
8.如权利要求7所述的电池单体监控系统，其特征在于，还包括第一阻断电容器和第二阻断电容器，所述第一阻断电容器电连接在所述多条正感测线中的所述一条正感测线和所述可控硅整流器的所述整流器阳极之间，用于阻断来自所述电池单体的直流电，所述第二阻断电容器电连接在所述多条负感测线中的所述一条负感测线和所述多个电池单体中的所述一个电池单体的负极端子之间，用于阻断来自所述多个电池单体中的一个电池单体的直流电。
9.根据权利要求1所述的电池单体监控系统，其特征在于，所述有源半导体器件是双极结型晶体管，所述双极结型晶体管具有通过偏置电阻器电连接到所述多个电池单体中的所述一个电池单体的正极端子的基极、电连接到所述多个电池单体中的所述一个电池单体的负极端子的发射极、以及电耦合到所述多条正感测线中的所述一条正感测线的集电极。
10.根据权利要求9所述的电池单体监控系统，其特征在于，还包括第一阻断电容器和第二阻断电容器，所述第一阻断电容器电连接在所述多条正感测线中的所述一条正感测线和所述双极结型晶体管的所述集电极之间，用于阻断来自所述多个电池单体中的所述一个电池单体的直流电，所述第二阻断电容器电连接在所述多条负感测线中的所述一条负感测线和所述多个电池单体中的所述一个电池单体的负极端子之间，用于阻断来自所述多个电池单体中的所述一个电池单体的直流电。
11.一种用于电池的电池单体的电池单体监控系统的单体感测单元，其特征在于，包括：
用于耦合到单体感测读取器单元的正感测线和负感测线；
有源半导体器件，所述有源半导体器件具有器件电流和第二器件电压之间的已知关系，用于基于所述器件电流和所述第二器件电压之间的所述已知关系以及施加到其上的所述第二器件电压来传输第一器件电压的器件电流特性，并且电耦合到所述正感测线和所述负感测线以及所述电池的所述电池单体，并且被配置为根据所述电池单体的单体电压来传导所述器件电流；
第一阻断电容器，所述第一阻断电容器具有第一阻断电容，所述第一阻断电容器电连接在所述正感测线和所述有源半导体器件之间，用于阻断来自所述电池的直流电；和
第二阻断电容器，所述第二阻断电容器具有第二阻断电容，所述第二阻断电容器电连接在所述负感测线和所述电池的负极端子之间，用于阻断来自所述电池的直流电，
所述第一器件电压是偏置电压。
12.根据权利要求11所述的单体感测单元，其特征在于，所述有源半导体器件是场效应晶体管，所述场效应晶体管具有电连接到所述电池单体的正极端子的栅极和电连接到所述电池的负极端子的源极以及电耦合到所述正感测线的漏极。
13.根据权利要求11所述的单体感测单元，其特征在于，所述有源半导体器件是可控硅整流器，所述可控硅整流器具有电连接到所述电池单体的正极端子的整流器栅极和电连接到所述电池单体的负极端子的整流器阴极、以及电耦合到所述正感测线的整流器阳极。
14.根据权利要求11所述的单体感测单元，其特征在于，所述有源半导体器件是双极结型晶体管，所述双极结型晶体管具有通过偏置电阻器电连接到所述电池单体的正极端子的基极、电连接到所述电池单体的负极端子的发射极、以及电耦合到所述正感测线的集电极。
15.一种操作电池单体监控系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用单体感测读取器单元的电压生成器，以交替的方式穿过多条正感测线和多条负感测线中的每一条，将输入电压输出到多个单体感测单元；
使用电耦合到所述多条正感测线中的一条正感测线和所述多条负感测线中的一条负感测线的所述多个单体感测单元中的每一个单体感测单元的有源半导体器件，基于施加的输入器件电压来传输偏置电压的器件电流特性，所述有源半导体器件具有器件电流和所述输入器件电压之间的已知关系，并且被配置为根据多个电池单体中的每个电池单体的单体电压来传导所述器件电流，所述偏置电压由所述多个电池单体中的每个电池单体提供；
随着所述输入器件电压由所述电压生成器交替，使用所述单体感测读取器单元的电流测量装置，对由所述多个单体感测单元中的每一个单体感测单元的所述有源半导体器件所传输的所述器件电流进行采样；
计算与每个有源半导体器件的采样器件电流相对应的偏置电压；和
基于所计算的偏置电压来确定电连接到所述多个单体感测单元中的一个单体感测单元的所述多个电池单体中的每一个电池单体的所述单体电压。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述有源半导体器件是结型栅场效应晶体管，并且计算与每个有源半导体器件的采样的器件电流相对应的偏置电压的步骤包括以下步骤：使用所述结型栅场效应晶体管的所述器件电流和所述输入器件电压之间的所述已知关系，基于所述采样器件电流来计算导致特定电流对电压特性的基极偏置电压。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括测量线性区域中的所述结型栅场效应晶体管的采样的器件电流对输入器件电压特性曲线的斜率的步骤。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括测量在所述结型栅场效应晶体管的欧姆区域之外的源极电压处的饱和电流以确定所述偏置电压的步骤。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述有源半导体器件是双极结型晶体管，并且其中随着所述输入器件电压由所述电压生成器交替、使用所述单体感测读取器单元的电流测量装置对由所述多个单体感测单元中的每一个单体感测单元的所述有源半导体器件所传输的所述器件电流进行采样的步骤包括：测量从双极结型晶体管的集电极到发射极的饱和集电极电流的步骤。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述有源半导体器件是可控硅整流器，并且其中，并且其中随着所述输入器件电压由所述电压生成器交替、使用所述单体感测读取器单元的电流测量装置对由所述多个单体感测单元中的每一个单体感测单元的所述有源半导体器件所传输的所述器件电流进行采样的步骤包括：确定作为可控硅整流器的所述整流器阳极和整流器阴极两端的电压的函数的电流。
CN201880073164.3A 2017-10-16 2018-10-16 电池单体监控系统 Active CN111344583B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762572657P 2017-10-16 2017-10-16
US62/572,657 2017-10-16
US16/160,034 US11264653B2 (en) 2017-10-16 2018-10-15 Battery cell monitoring system
US16/160,034 2018-10-15
PCT/US2018/055982 WO2019079228A1 (en) 2017-10-16 2018-10-16 BATTERY CELL MONITORING SYSTEM

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111344583A CN111344583A (zh) 2020-06-26
CN111344583B true CN111344583B (zh) 2023-08-08

Family

ID=66097600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880073164.3A Active CN111344583B (zh) 2017-10-16 2018-10-16 电池单体监控系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11264653B2 (zh)
CN (1) CN111344583B (zh)
DE (1) DE112018004547T5 (zh)
WO (1) WO2019079228A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11223074B2 (en) * 2017-10-16 2022-01-11 Neapco Intellectual Property Holdings, Llc Battery cell monitoring system
CN110907056A (zh) * 2018-09-14 2020-03-24 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池组温度检测系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5302902A (en) * 1991-04-26 1994-04-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Abnormal battery cell voltage detection circuitry
US5587916A (en) * 1994-08-15 1996-12-24 B.E.L.-Tronics Limited Low voltage sensing circuits for battery powered devices having a micro-processor
CN101499671A (zh) * 2008-02-01 2009-08-05 凹凸电子（武汉）有限公司 电池电压转换系统、方法及电池管理系统
CN102109570A (zh) * 2009-12-28 2011-06-29 中国科学院微电子研究所 多偏置下场效应晶体管栅源电容的测量方法
CN102331561A (zh) * 2011-09-16 2012-01-25 深圳桑达国际电子器件有限公司 一种电池电压检测电路及电池管理系统

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1843320A (en) 1926-01-28 1932-02-02 Kenneth H Goode Electric meter
US3500372A (en) 1967-07-17 1970-03-10 Allis Chalmers Mfg Co Electrochemical battery monitoring system
US3487295A (en) 1968-01-08 1969-12-30 Westinghouse Electric Corp Static battery monitor and voltage reference level switch therefor
GB1475841A (en) 1974-04-24 1977-06-10 Suwa Seikosha Kk Electronic timepiece
GB2093303B (en) 1981-01-20 1985-05-22 Citizen Watch Co Ltd Voltage sensing circuit
US5099211A (en) 1990-03-26 1992-03-24 Nowak Dieter K Battery voltage measurement system
US5153496A (en) 1990-09-27 1992-10-06 Baxtrer International Inc. Cell monitor and control unit for multicell battery
JPH06233473A (ja) 1993-01-28 1994-08-19 Toyo Commun Equip Co Ltd スイッチング型充電回路の電圧検出装置
JPH06233474A (ja) 1993-02-01 1994-08-19 Toyo Commun Equip Co Ltd スイッチング型充電回路の電圧検出装置
US5546003A (en) 1994-03-07 1996-08-13 Polytronics Engineering Ltd. Multi-cell battery monitoring system with single sensor wire
JP2003308030A (ja) * 2002-02-18 2003-10-31 Sanyo Electric Co Ltd 表示装置
JP2004157077A (ja) 2002-11-08 2004-06-03 Sanyo Electric Co Ltd 電池電圧の検出方法と検出装置
US8436583B2 (en) 2004-06-09 2013-05-07 Icc-Nexergy, Inc. Multiple cell battery charger configured with a parallel topology
JP3874772B2 (ja) 2004-07-21 2007-01-31 株式会社日立製作所 生体関連物質測定装置及び測定方法
KR100624944B1 (ko) 2004-11-29 2006-09-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩의 보호회로
TW200716999A (en) 2005-06-16 2007-05-01 Agilent Technologies Inc Method for measuring FET characteristics
US7626362B2 (en) * 2005-09-30 2009-12-01 International Components Corporation Rapid charge lithium ion battery charger
US7466145B2 (en) 2005-10-12 2008-12-16 Hioki Denki Kabushiki Kaisha Voltage measuring apparatus and power measuring apparatus
JP4503636B2 (ja) * 2007-08-28 2010-07-14 レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド 電池パックおよび充電方法
JP4803228B2 (ja) * 2008-09-03 2011-10-26 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 電圧検出装置
JP5297729B2 (ja) 2008-09-09 2013-09-25 矢崎総業株式会社 電圧検出装置
EP2413152A4 (en) 2009-03-25 2016-12-28 Toshiba Kk SECONDARY BATTERY AND VEHICLE
US8629679B2 (en) 2009-12-29 2014-01-14 O2Micro, Inc. Circuits and methods for measuring cell voltages in battery packs
US9261539B2 (en) 2010-03-18 2016-02-16 Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag & Co Kg Method for measuring an electrical current and apparatus for this purpose
JP5584927B2 (ja) * 2010-06-04 2014-09-10 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池制御装置および蓄電装置
FR2976407B1 (fr) * 2011-06-10 2014-04-11 Commissariat Energie Atomique Dispositif de surveillance de la tension delivree par les cellules d'un generateur electrochimique
JP5606997B2 (ja) * 2011-07-27 2014-10-15 株式会社東芝 電池セル監視回路、電池セルモジュール、電池セルモジュールを備えた自動車
JP2014197805A (ja) * 2013-03-29 2014-10-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池システム
JP6026371B2 (ja) 2013-08-23 2016-11-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池監視装置
US9612290B2 (en) 2014-10-15 2017-04-04 NDSL, Inc. Reducing or avoiding noise in measured signals of a tested battery cell(s) in a battery power system used to determine state of health (SOH)
WO2017155272A1 (ko) 2016-03-08 2017-09-14 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 이용한 배터리 과충전 방지 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5302902A (en) * 1991-04-26 1994-04-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Abnormal battery cell voltage detection circuitry
US5587916A (en) * 1994-08-15 1996-12-24 B.E.L.-Tronics Limited Low voltage sensing circuits for battery powered devices having a micro-processor
CN101499671A (zh) * 2008-02-01 2009-08-05 凹凸电子（武汉）有限公司 电池电压转换系统、方法及电池管理系统
CN102109570A (zh) * 2009-12-28 2011-06-29 中国科学院微电子研究所 多偏置下场效应晶体管栅源电容的测量方法
CN102331561A (zh) * 2011-09-16 2012-01-25 深圳桑达国际电子器件有限公司 一种电池电压检测电路及电池管理系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
彭飞 等.新型无均衡管理光伏锂电储能发电模组及其MPPT控制策略.电力自动化设备.2017,第37卷(第37期),73-81. *

Also Published As

Publication number Publication date
US11264653B2 (en) 2022-03-01
DE112018004547T5 (de) 2020-05-28
WO2019079228A1 (en) 2019-04-25
US20190115636A1 (en) 2019-04-18
CN111344583A (zh) 2020-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3492937A1 (en) Real-time online prediction method for semiconductor power device dynamic junction temperature
EP3049779B1 (en) Method and apparatus for determining an actual junction temperature of an igbt device
US11320481B2 (en) High voltage interlock circuit and detection method
CN108270197B (zh) 电子开关及其操作方法
EP2995965B1 (en) Semiconductor inspection apparatus
EP2933646B1 (en) Precision measurement of voltage drop across a semiconductor switching element
US7397264B2 (en) Method for testing power MOSFET devices
CN103207303A (zh) 功率晶体管中的电流测量
CN111344583B (zh) 电池单体监控系统
WO2019167548A1 (en) Method and system for estimating degradation of a wire-bonded power semiconductor module
CN112740052B (zh) 分析功率半导体器件的操作
EP2843426B1 (en) Negative voltage measurement
KR101715742B1 (ko) 전압 검측 장치, 배터리 및 전압 검측 방법
US10809777B2 (en) Energy estimation for thermal management
US10955297B2 (en) Systems and methods for monitoring junction temperature of a semiconductor switch
CN106533322B (zh) 马达控制中的mosfet开关温度的计算
CN101978281A (zh) 用于大容量以及大电流的电迁移测试器
CN112731091A (zh) SiC MOSFET功率循环试验方法
Etoz et al. Impact of threshold voltage shifting on junction temperature sensing in GaN HEMTs
JP2004534238A (ja) 電気的構成素子の動作温度を測定するための装置および方法
JP2007195351A (ja) 蓄電池装置
CN111044873A (zh) 一种基于共享串联电阻的自热效应测试方法和电路
Guo et al. Junction Temperature Measurement Method for Thermal Resistance Testing of SiC MOSFET Module
CN219041424U (zh) 充电保护电路和电子设备
KR20180059222A (ko) 반도체 재료의 소수 캐리어 특성 측정장치 및 이를 이용한 반도체 재료의 소수 캐리어 특성 측정방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant