TW201431247A - 電池管理系統及控制電池組充電的方法 - Google Patents

電池管理系統及控制電池組充電的方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201431247A
TW201431247A TW102133340A TW102133340A TW201431247A TW 201431247 A TW201431247 A TW 201431247A TW 102133340 A TW102133340 A TW 102133340A TW 102133340 A TW102133340 A TW 102133340A TW 201431247 A TW201431247 A TW 201431247A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
battery
battery cells
threshold
charging
cell
Prior art date
Application number
TW102133340A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI533560B (zh
Inventor
薛衛東
肖安全
湯小虎
鞏小飛
Original Assignee
凹凸科技股份有限公司
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 凹凸科技股份有限公司 filed Critical 凹凸科技股份有限公司
Publication of TW201431247A publication Critical patent/TW201431247A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI533560B publication Critical patent/TWI533560B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • 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
    • 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
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302—Overcharge protection
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

一種電池管理系統，包括：檢測電路，檢測電池組中多個電池單元的多個單元電壓；以及控制電路，耦接至檢測電路，交替工作於正常狀態和充電禁止狀態，其中，在正常狀態時，多個電池單元的充電被激活並且多個單元電壓增加，並且當多個電池單元中的一個電池單元的單元電壓超過預設的過充臨限值，控制電路轉換到充電禁止狀態，且其中在充電禁止狀態時，多個電池單元的充電被禁止，當多個電池單元中至少有一個電池單元的單元電壓小於平衡臨限值，電池單元的單元電壓減小，當單元電壓降至預設的過充釋放臨限值，控制電路轉換至正常狀態，同時多個電池單元的充電被激活。

Description

電池管理系統及控制電池組充電的方法
本發明係有關電池管理領域，特別關於一種用於管理電池單元的平衡和充電的電池管理系統及控制電池組充電的方法。
電池組(例如，鋰離子電池組、鉛酸電池組等)通常包括多個串聯耦接的電池單元。當對電池單元充電至電壓大於過充電壓時，電池組的特性會下降並且電池組的安全性會减弱。當電池組中的一個或多個電池單元的單元電壓超過平衡臨限值時，電池單元之間不平衡，電池組的性能受到影響。因此，需要一個管理電池組的電池管理系統，用來充分保證電池組的特性、安全性和性能。對於電池管理系統本身來說，高效率是必须的。
本發明的目的為提供一種電池管理系統，包括：一檢測電路，檢測一電池組中多個電池單元的多個單元電壓；以及一控制電路，耦接至該檢測電路，交替工作於一正常狀態和一充電禁止狀態，其中，在該正常狀態時，該多個電池單元的充電被激活並且該多個單元電壓增加，並且當該多個電池單元中的一電池單元的一單元電壓超過一預設的過充臨限值，該控制電路轉換到一充電禁止狀態，且其中在該充電禁止狀態時，該多個電池單元的充電被禁止，當該多個電池單元中至少有一個電池單元的一單元電壓小於一平衡臨限值，該電池單元的該單元電壓减小，當該單元電壓降至一預設的過充釋放臨限值，該控制電路轉換至該正常狀態，同時該多個電池單元的充電被激活。
本發明還提供一種控制電池組充電的方法，包括：檢測該電池組中多個電池單元的多個單元電壓；控制該電池組中多個電池單元交替 地工作於一正常狀態和一充電禁止狀態；在該正常狀態時激活該多個電池單元的充電；當該多個電池單元中的一電池單元的一單元電壓大於一預設的過充臨限值，轉換到該充電禁止狀態；在該充電禁止狀態時禁止該多個電池單元的充電：當該多個電池單元中至少有一電池單元的一單元電壓小於一平衡臨限值，减小該電池單元的該單元電壓；以及當該電池單元的該單元電壓降至一預設的過充釋放臨限值，從該充電禁止狀態轉換到該正常狀態。
100A‧‧‧電池管理系統
102_1~102_N‧‧‧電池單元
104‧‧‧檢測電路
106‧‧‧控制電路
100B‧‧‧電池管理系統
108、110‧‧‧電位轉換器
112‧‧‧比較器
114‧‧‧充電控制單元
116‧‧‧電壓選擇器
118_1~118_3‧‧‧比較器
120_1~120_3‧‧‧及閘
122‧‧‧平衡電路
124‧‧‧平衡禁止單元
126‧‧‧參考源
128‧‧‧開關
200‧‧‧單元電壓時序圖
300‧‧‧電池管理系統
302‧‧‧第一模組
304‧‧‧第二模組
306‧‧‧開關
400‧‧‧流程圖
402~414‧‧‧步驟
以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：圖1A所示為根据本發明一個實施例之的電池管理系統的結構示意圖；圖1B所示為根据本發明一個實施例之電池管理系統的電路示意圖；圖2所示為根据本發明一個實施例之與電池管理系統相關的單元電壓時序示意圖；圖3所示為根据本發明另一個實施例之電池管理系統的電路示意圖；以及圖4所示為根据本發明一個實施例之控制電池組充電的電池管理的方法的流程示意圖。
以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。
此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。
圖1A是根據本發明一實施例之電池管理系統100A的 結構示意圖。電池管理系統100A包括檢測電路104和控制電路106。電池管理系統100A管理電池單元102_1~電池單元102_N。在根據本發明一實施例中，電池管理系統100A與電池單元102_1~電池單元102_N整合於一個電池組中。電池單元102_1~電池單元102_N可以是鋰離子電池單元、鎳鎘電池單元、鉛酸電池單元或者太陽能電池單元，本發明並不以此為限。電池單元102_1~電池單元102_N串聯耦接。
檢測電路104耦接至電池單元102_1~電池單元102_N，用於檢測電池單元102_1~電池單元102_N的單元電壓V102_1~單元電壓V102_N。控制電路106耦接至檢測電路104，透過比較電池單元102_K(K=1、2、…、N)的單元電壓V102_K與預設的過充臨限值VOV和預設的過充釋放臨限值VOVR(VOVR<VOV)，交替地工作於正常狀態(或充電狀態)和充電禁止狀態。更為具體地，在正常狀態時，啟動對電池單元102_1~電池單元102_N的充電，電池單元102_1~電池單元102_N的單元電壓V102_1~單元電壓V102_N增加。如果電池單元102_K的電壓V102_K大於預設的過充臨限值VOV，控制電路106轉換到充電禁止狀態。在充電禁止狀態時，電池單元102_1~電池單元102_N的充電被禁止。在充電禁止狀態時，如果電池單元102_1~電池單元102_N不平衡，例如，電池單元102_1~電池單元102_N中至少有一個電池單元的單元電壓小於平衡臨限值VTH並且電池單元102_1~電池單元102_N中至少有一個電池單元的單元電壓大於平衡臨限值VTH，電池單元102_K的單元電壓V102_K減小；或者如果電池單元102_1~電池單元102_N平衡並且達到滿充，電池單元102_1~電池單元102_N的電壓保持不變。如果電池單元102_K的電壓V102_K降至預設的過充釋放臨限值VOVR，控制電路106轉換至正常狀態並且電池單元102_1~電池單元102_N的充電被啟動。在本發明一實施例中，預設的過充釋放臨限值VOVR小於預設的過充臨限值VOV且大於平衡臨限值VTH。
圖1B是根據本發明一實施例之電池管理系統100B的電路示意圖。圖1B中標號與圖1A中相同的元件具有同樣的功能，在 此不再贅述。圖1B將結合圖1A描述。本領域技術人員可以理解的是，在圖1B的示例中公開了電池單元102_1~電池單元102_3，然而，電池單元的數目可以不限於三個。
在根據本發明一個實施例中，控制電路106包括比較器112和充電控制單元114。比較器112的非反相輸入端耦接至檢測電路104，並從檢測電路104獲取電池單元102_1~電池單元102_3的單元電壓V102_1~單元電壓V102_N。比較器112的反相輸入端耦接至電壓選擇器116(例如，單刀雙擲開關或者兩開關多工器等等)的輸出端，選擇性地連接至VOV及VOVR。比較器112的輸出端耦接至充電控制單元114。充電控制單元114耦接至充電器(圖1B中未示)，控制電池單元102_1~電池單元102_3的充電。控制電路106還包括比較器118_1、比較器118_2、比較器118_3、及閘120_1、及閘120_2、及閘120_3、平衡電路122以及平衡禁止單元124。比較器118_1~比較器118_3的非反相輸入端耦接至檢測電路104並分別獲取電池單元102_1~電池單元102_3的單元電壓V102_1~單元電壓V102_3(例如，比較器118_1的非反相輸入端從檢測電路104獲取電池單元102_1的單元電壓V102_1)。比較器118_1~比較器118_3的反相輸入端耦接至參考源126。比較器118_1~比較器118_3的輸出端分別耦接至及閘120_1~及閘120_3的輸入端(例如，比較器118_1的輸出端耦接至及閘120_1的輸入端)。來自SB_IN端的信號也耦接至及閘120_1~及閘120_3的輸入端，並且透過電位轉換器110進行電位轉換後，透過SB_OUT端輸出，電位轉換器110可以將來自SB_IN端的信號轉換成可被利用的輸出電位信號。及閘120_1~及閘120_3的輸出端耦接至平衡電路122。比較器118_1~比較器118_3的輸出端還耦接至平衡禁止單元124的輸入端。平衡禁止單元124的輸出端耦接至SBC_OUT端。在根據本發明一個實施例中，平衡禁止單元124是一個及閘。
在根據本發明一個實施例中，參考源126產生平衡臨限值VTH至比較器118_1~比較器118_3的反相輸入端。比較器118_1~比較器118_3比較對應的電池單元的單元電壓與平衡臨限值VTH的大 小，例如，比較器118_1比較電池單元102_1的單元電壓V102_1與平衡臨限值VTH的大小。每個及閘接收比較器118_1~比較器118_3中對應比較器的輸出信號並接收來自SB_IN端的信號，例如，及閘120_1接收比較器118_1的輸出信號和來自SB_IN端的信號。平衡電路122接收及閘120_1~及閘120_3的輸出信號。在根據本發明的一個實施例中，如果及閘120_i(i=1、2、3)輸出邏輯高信號，即表示電池單元102_i的單元電壓V102_i大於平衡臨限值VTH，那麼平衡電路122透過閉合與電池單元102_i並聯耦接的旁路電路(圖1B中未示)平衡電池單元102_1~電池單元102_3。
平衡禁止單元124接收比較器118_1~比較器118_3的輸出信號並透過電位轉換器108從SBC_IN端接收致能信號。開關128耦接至SB_IN端與地之間。開關128可以是金屬氧化物半導體場效電晶體，本發明並不以此為限。開關128的導通狀態由其本身的閘極-源極電壓決定，其中閘極-源極電壓由平衡禁止單元124的輸出信號決定。在根據本發明一個實施例中，如果平衡禁止單元124的輸出信號是邏輯高信號，開關128閉合。因此，及閘120_1~及閘120_3透過開關128接收到邏輯低信號並提供邏輯低信號給平衡電路122。就這點來說，如果平衡禁止單元124輸出邏輯高信號，電池單元102_1~電池單元102_3的平衡被禁止。
在圖1B的示例中，第一電壓參考源(圖1B中未示)產生預設的過充臨限值VOV，第二電壓參考源(圖1B中未示)產生預設的過充釋放臨限值VOVR，預設的過充臨限值VOV和預設的過充釋放臨限值VOVR提供給電壓選擇器116。電壓選擇器116選擇預設的過充臨限值VOV和預設的過充釋放臨限值VOVR中的一個提供給比較器112。在根據本發明一個實施例中，預設的過充釋放臨限值VOVR大於平衡臨限值VTH並小於預設的過充臨限值VOV(VTH<VOVR<VOV)。控制過程開始時，電壓選擇器116選擇預設的過充臨限值VOV提供給比較器112的反相輸入端。比較器112比較電池單元102_1~電池單元102_3的單元電壓V102_1、單元電壓V102_2和單元電壓V102_3與預設的過充臨限 值VOV的大小並產生輸出信號。充電控制單元114根據輸出信號控制電池單元102_1~電池單元102_3的充電。在根據本發明一個實施例中，如果電池單元102_A(A=1、2、3)的單元電壓V102_A大於預設的過充臨限值VOV，比較器112的輸出信號為邏輯高信號。電壓選擇器116選擇預設的過充臨限值VOVR提供給比較器112的反相輸入端，以回應來自比較器112的邏輯高輸出信號。另外，比較器112的輸出信號控制充電控制單元114來禁止電池單元102_1~電池單元102_3的充電。換言之，電池管理系統100B進入充電禁止狀態。
在充電禁止狀態，如果電池單元102_1~電池單元102_3中至少一個電池單元的電壓小於平衡臨限值VTH，那麼平衡電路122透過對單元電壓大於平衡臨限值VTH的電池單元(包括電池單元102_A)放電來平衡電池單元102_1~電池單元102_3。電池單元102_A的單元電壓V102_A減小。當單元電壓V102_A小於預設的過充釋放臨限值VOVR時，在一實施例中，比較器112輸出一邏輯低信號至充電控制單元114。充電控制單元114恢復電池單元102_1~電池單元102_3的充電。換句話說，電池管理系統100B進入了正常狀態。
在根據本發明一個實施例中，SBC_IN端接收輸入電壓VCC(如圖1B所示)。因此，平衡禁止單元124透過電位轉換器108從SBC_IN端接收邏輯高信號。平衡禁止單元124的輸出信號由比較器118_1~比較器118_3決定。比較器118_1~比較器118_3分別比較電池單元102_1~電池單元102_3的單元電壓V102_1，單元電壓V102_2和單元電壓V102_3與平衡臨限值VTH的大小。如果電池單元102_B的單元電壓V102_B(B=1、2、3)大於平衡臨限值VTH，比較器118_B輸出邏輯高信號，否則輸出邏輯低信號。在根據本發明一個實施例中，如果比較器118_1~比較器118_3中至少一個比較器輸出邏輯低信號，那麼平衡禁止單元124輸出邏輯低信號，因此電池單元102_1~電池單元102_3的平衡沒有被禁止。在根據本發明另一個實施例中，如果比較器118_1~比較器118_3全部輸出邏輯高信號，平衡禁止單元124輸出邏輯高信號，因此電池單元102_1~電池單元102_3的平衡被禁止。
操作時，在根據本發明一個實施例中，電池管理系統100B開始工作於正常狀態。正常狀態時，電池單元102_1~電池單元102_3被充電並且電池單元102_1~電池單元102_3的單元電壓V102_1、單元電壓V102_2和單元電壓V102_3增加。正常狀態開始時，電池單元102_1~電池單元102_3中的部分單元電壓小於平衡臨限值VTH，例如，比較器118_1~比較器118_3中的一個或多個比較器輸出邏輯低信號。因此，平衡禁止單元124輸出邏輯低信號。開關128打開，相應地從SB_IN端來的信號是邏輯高信號。因此，及閘120_1~及閘120_3的輸出信號分別由比較器118_1~比較器118_3的輸出信號決定。如果比較器118_B(B=1、2、3)輸出邏輯高信號，及閘120_B輸出邏輯高信號。當電池單元102_B在充電時，平衡電路122透過降低電池單元102_B的電壓增長率來平衡電池單元102_1~電池單元102_3，例如，透過閉合與電池單元102_B並聯的旁路電路。
在根據本發明一個實施例中，如果電池單元102_1~電池單元102_3的單元電壓V102_1、單元電壓V102_2和單元電壓V102_3都大於平衡臨限值VTH，那麼比較器118_1~比較器118_3都輸出邏輯高信號，這樣平衡禁止單元124輸出邏輯高信號。開關128閉合並且從SB_IN端來的信號被拉至邏輯低信號。因此，及閘120_1~及閘120_3的輸出信號全部是邏輯低信號。平衡電路122停止平衡電池單元102_1~電池單元102_3，也就是說，平衡禁止單元124禁止電池單元102_1~電池單元102_3的平衡。當電池單元102_1~電池單元102_3的平衡被禁止時，電池單元102_1~電池單元102_3的充電繼續進行直到電池單元102_1~電池單元102_3滿充為止。當電池單元102_1~電池單元102_3滿充時，電池單元102_1~電池單元102_3進入充電禁止狀態，也就是說，電池單元102_1~電池單元102_3的充電終止。
在根據本發明一個實施例中，正常狀態時，電壓選擇器116選擇預設的過充臨限值VOV提供給比較器112，同時比較器112比較電池單元102_1~電池單元102_3的單元電壓V102_1~單元電壓V102_3和預設的過充臨限值VOV的大小。如果電池單元102_A(A=1、2、3) 的單元電壓V102_A大於預設的過充臨限值VOV，比較器112輸出邏輯高信號至充電控制單元114。回應於這個邏輯高信號，充電控制單元114禁止對電池單元102_1~電池單元102_3的充電，同時電池管理系統100B進入了充電禁止狀態。充電禁止狀態時，電壓選擇器116選擇預設的過充釋放臨限值VOVR提供給比較器112，同時比較器112比較電池單元102_1~電池單元102_3的單元電壓V102_1~單元電壓V102_3與預設的過充釋放臨限值VOVR的大小。在充電禁止狀態期間，電池單元102_1~電池單元102_3的充電被禁止，平衡過程由平衡電路122繼續，電池單元102_A的單元電壓V102_A減小，例如，透過閉合與電池單元102_A並聯的旁路電路。當電池單元102_A的電壓V102_A減小至預設的過充釋放臨限值VOVR時，比較器112輸出邏輯低信號至充電控制單元114。回應於這個邏輯低信號，充電控制單元114重新啟動電池單元102_1~電池單元102_3的充電，電池管理系統100B進入正常狀態。
因此，電池管理系統100B，可以交替地工作於正常狀態或者充電禁止狀態。在正常狀態和充電禁止狀態期間，平衡電路122保持平衡電池單元102_1~電池單元102_3直到電池單元102_1~電池單元102_3之間互相平衡。在根據本發明一個實施例中，如果電池單元102_1~電池單元102_3的單元電壓V102_1~單元電壓V102_3大於平衡臨限值VTH，平衡電路122停止平衡電池單元102_1~電池單元102_3並且電池單元102_1~電池單元102_3之間實現了平衡。
有利的是，透過交替地工作於正常狀態或者充電禁止狀態，電池單元可以免於被過充；以及透過在正常狀態和充電禁止狀態平衡電池單元，電池單元之間可以達到平衡。
本領域技術人員可以理解的是，本發明實施例中所述的SBC_IN、SB_OUT、SB_IN、SBC_OUT均為硬體電路中的輸入或者輸出端子，本領域技術人員可以採用其他名稱對相應的端子進行命名。
圖2所示為根據本發明一個實施例之電池管理系統100A或電池管理系統100B的單元電壓時序示意圖200。圖2將結合 圖1A和圖1B描述。在根據本發明一個實施例中，電池單元102_1的單元電壓V102_1、電池單元102_2的單元電壓V102_2以及電池單元102_3的單元電壓V102_3與平衡臨限值VTH、預設的過充釋放臨限值VOVR和預設的過充臨限值VOV比較。在根據本發明一個實施例中，預設的過充釋放臨限值VOVR大於平衡臨限值VTH且小於預設的過充臨限值VOV(VTH<VOVR<VOV)。在圖2所示的實施例中，電池管理系統100A或電池管理系統100B在時間間隔T1~時間間隔T5和時間間隔T10~時間間隔T11內工作於正常狀態(或充電狀態)，以及在時間間隔T6~時間間隔T9內和時間間隔T11之後工作於充電禁止狀態。
更為具體地，如圖2所示，在時間間隔T1內，單元電壓V102_1、單元電壓V102_2以及單元電壓V102_3增加。電池單元102_1的單元電壓V102_1在接近時間間隔T1的末端時大於平衡臨限值VTH。因此，平衡電路122透過減小電池單元102_1的電壓增長率，例如，閉合與電池單元102_1並聯的旁路電路，來平衡電池單元102_1~電池單元102_3。
時間間隔T1之後，單元電壓V102_1、單元電壓V102_2以及單元電壓V102_3繼續增加。在時間間隔T4內，電池單元102_2的單元電壓V102_2增加至超過平衡臨限值VTH。響應於這種情況，平衡電路122減小電池單元102_2的電壓增長率。
在時間間隔T5的末端，電池單元102_1的單元電壓V102_1大於預設的過充臨限值VOV，因此充電控制單元114禁止對電池單元102_1~電池單元102_3的充電。時間間隔T5之後，電池單元102_3的單元電壓V102_3保持不變。另外，由於平衡電路122對電池單元102_1和電池單元102_2的放電，單元電壓V102_1和單元電壓V102_2減小。在時間間隔T8的末端，電池單元102_2的單元電壓V102_2減小到平衡臨限值VTH，平衡電路122停止對電池單元102_2放電。因此，在時間間隔T9內，電池單元102_2的單元電壓V102_2保持不變。電池單元102_1的單元電壓V102_1在時間間隔T9內繼續減小。當接近時間間隔T9末端時，電池單元102_1的單元電壓V102_1降至預設的過充釋放臨限值 VOVR，因此充電控制單元114再次啟動電池單元102_1~電池單元102_3的充電。在時間間隔T10內，單元電壓V102_1、單元電壓V102_2以及單元電壓V102_3繼續增加。平衡電路122透過減小電池單元102_1和電池單元102_2的電壓增長率來平衡電池單元102_1和電池單元102_2。
在時間間隔T10的末端，單元電壓V102_1、單元電壓V102_2以及單元電壓V102_3都大於平衡臨限值VTH，因此平衡電路122停止平衡電池單元102_1~電池單元102_3。由於電池單元102_1~電池單元102_3的充電過程繼續進行，因此單元電壓V102_1、單元電壓V102_2以及單元電壓V102_3繼續增加。在時間間隔T11的末端，電池單元102_1~電池單元102_3達到滿充，因此電池單元102_1~電池單元102_3的充電終止。
圖3所示為根據本發明一實施例之電池管理系統300的電路示意圖。圖3中標號與圖1A和圖1B中相同的元件具有同樣的功能，在此不再贅述。圖3將結合圖1A和圖1B描述。電池管理系統300包括串聯耦接的第一模組302和第二模組304。本領域技術人員可以理解的是，第一模組302和第二模組304的書面設置成兩個僅作示例性說明。然而，電池管理系統300可以包括其他數目的串聯耦接的模組。圖3中的第一模組302和第二模組304與圖1A中的電池管理系統100A或者圖1B中的電池管理系統100B類似。在根據本發明的一個實施例中，第一模組302可以整合為第一晶片以及第二模組304可以整合為第二晶片。在根據本發明的另一實施例中，第一模組302和第二模組304還可以整合到一個晶片。
如圖3所示，第一模組302的SBC_IN端接收電壓VCC。第一模組302的SB_OUT端耦接至地。第一模組302的SB_IN端耦接至第二模組304的SB_OUT端並且從第二模組304的SB_OUT端接收信號。第一模組302的SBC_OUT端耦接至第二模組304的SBC_IN端並提供信號給第二模組304的SBC_IN端。開關306耦接於第二模組304的SB_IN端和地之間。在根據本發明的一個實施例中，開關306可以是金屬氧化物半導體場效電晶體，本發明並不以此為限。開關306 的導通狀態由其自身的閘極-源極電壓決定，其中閘極-源極電壓由第二模組304的SBC_OUT端的信號決定。
操作時，如果由第一模組302和第二模組304管理的電池單元的單元電壓全部大於平衡臨限值VTH，那麼第一模組302的平衡電路122停止平衡第一模組302的電池單元。更為具體地，當第一模組302的電池單元的單元電壓全部大於平衡臨限值VTH時，第一模組302的SBC_OUT端輸出由平衡禁止單元124產生的邏輯高信號至第二模組304的SBC_IN端。當第二模組304的電池單元的單元電壓也大於平衡臨限值VTH時，第二模組304的SBC_OUT端輸出由第二模組304的平衡禁止單元124產生的邏輯高信號。因此，開關306閉合。第二模組304的SB_IN端拉至低電位。第二模組304的平衡電路122從第二模組304的及閘120接收邏輯低信號並停止平衡第二模組304的電池單元。同時，第一模組302的SB_IN端從第二模組304的SB_OUT端接收邏輯低信號。第一模組302的平衡電路122從第一模組302的及閘120接收邏輯低信號並停止平衡第一模組302的電池單元。
圖4所示為根據本發明一個實施例之控制電池組充電的方法的流程示意圖400，本發明實施例中的電池管理方法具體可以由圖1A中的電池管理系統100A或者圖1B中的電池管理系統100B來實現。圖4將結合圖1A、圖1B、圖2和圖3描述。儘管圖4公開了具體步驟，但這些步驟僅為示例性說明。也就是說，本發明也適用於執行其他步驟或與圖4中所示步驟等同的步驟。
步驟402中，檢測電路104檢測電池組中電池單元102_1~電池單元102_N的單元電壓。
步驟404中，控制電路106交替地工作於正常狀態和充電禁止狀態。
步驟406中，控制電路106在正常狀態下啟動電池單元102_1~電池單元102_N的充電。
步驟408中，如果電池單元102_K(K=1、2、…、N)的單元電壓V102_K大於預設的過充臨限值VOV，控制電路106轉換到充電 禁止狀態。
步驟410中，控制電路106在充電禁止狀態下禁止電池單元102_1~電池單元102_N的充電。
步驟412中，如果任一電池單元的單元電壓小於平衡臨限值VTH，控制電路106減小電池單元102_K的單元電壓V102_K。
步驟414中，如果任一電池單元的單元電壓小於預設的過充釋放臨限值VOVR，控制電路106從充電禁止狀態轉換到正常狀態。
本發明實施例提供了一種電池管理系統，用於控制電池單元的充電和平衡，以及用於保護電池單元免於過充。當電池單元充電時，電池管理系統提供過充保護臨限值VOV來檢測過充狀況。如果電池單元的單元電壓超過過充臨限值VOV，電池管理系統可以停止對所有電池單元的充電而且對部分具有高電壓的電池單元放電。當電池單元的單元電壓從過充臨限值VOV減小至過充釋放臨限值VOVR時，電池管理系統啟動電池單元的充電，這樣所有的單元電壓又開始增加。因此，電池單元可以免於被過充。而且，不管電池單元的充電啟動或者禁止，電池單元的平衡始終進行，所以電池單元的充電和平衡效率進一步得到了提高。
上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離後附申請專利範圍所界定的本發明精神和保護範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本技術領域中具有通常知識者應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附申請專利範圍及其合法均等物界定，而不限於先前之描述。
100A‧‧‧電池管理系統
102_1~102_N‧‧‧電池單元
104‧‧‧檢測電路
106‧‧‧控制電路

Claims (12)

  1. 一種電池管理系統，包括：一檢測電路，檢測一電池組中多個電池單元的多個單元電壓；以及一控制電路，耦接至該檢測電路，交替地工作於一正常狀態和一充電禁止狀態，其中，在該正常狀態時，該多個電池單元的充電被激活並且該多個單元電壓增加，當該多個電池單元中一個電池單元的一單元電壓超過一預設的過充臨限值，該控制電路轉換到該充電禁止狀態，且其中，在該充電禁止狀態時，該多個電池單元的充電被禁止，當該多個電池單元中至少有一個電池單元的一單元電壓小於一平衡臨限值，該電池單元的該單元電壓减小，當該單元電壓降至一預設的過充釋放臨限值，該控制電路轉換至該正常狀態，同時該多個電池單元的充電被激活。
  2. 如申請專利範圍第1項之電池管理系統，其中，該控制電路包括：一比較器，耦接至該檢測電路，比較該電池單元的該單元電壓與該预設的過充臨限值，並產生一輸出信號；以及一充電控制單元，耦接至該比較器，根據該輸出信號控制該多個電池單元的充電。
  3. 如申請專利範圍第2項之電池管理系統，其中，當該電池單元的該單元電壓大於該預設的過充臨限值，該輸出信號透過控制該充電控制單元禁止該多個電池單元的充電。
  4. 如申請專利範圍第1項之電池管理系統，其中，該控制電路包括： 一平衡電路，在該正常狀態時，當該電池單元的該單元電壓大於該平衡臨限值，該平衡電路透過减小該電池單元的一電壓增長率平衡該多個電池單元；以及一平衡禁止單元，耦接至該平衡電路，根據該多個電池單元的該多個單元電壓與該平衡臨限值的一比較結果控制該平衡電路。
  5. 如申請專利範圍第4項之電池管理系統，其中，在該充電禁止狀態時，當該電池單元的該單元電壓大於該平衡臨限值，該平衡電路對該電池單元放電。
  6. 如申請專利範圍第4項之電池管理系統，其中，該平衡禁止單元包括一邏輯閘，接收表示該比較結果的一資訊，且其中，當該多個電池單元的該多個單元電壓大於該平衡臨限值時，該邏輯閘禁止平衡該多個電池單元。
  7. 如申請專利範圍第1項之電池管理系統，其中，該預設的過充釋放臨限值小於該預設的過充臨限值並且大於該平衡臨限值。
  8. 一種控制電池組充電的方法，包括：檢測該電池組中多個電池單元的多個單元電壓；控制該電池組中多個電池單元交替地工作於一正常狀態和一充電禁止狀態；在該正常狀態時激活該多個電池單元的充電；當該多個電池單元中的一個電池單元的一單元電壓大於一预設的過充臨限值，轉換到該充電禁止狀態；在該充電禁止狀態時禁止該多個電池單元的充電；當該多個電池單元中至少有一個電池單元的一單元電壓小於一平衡臨限值，减小該電池單元的該單元電壓；以及 如果該電池單元的該單元電壓降至一預設的過充釋放臨限值，從該充電禁止狀態轉換到該正常狀態。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，還包括：比較該電池單元的該單元電壓與該預設的過充臨限值，產生一輸出信號；以及根據該輸出信號控制該多個電池單元的充電。
  10. 如申請專利範圍第8項之方法，還包括：在該正常狀態時，如果該電池單元的該單元電壓大於該平衡臨限值，透過减小該電池單元的一電壓增長率來平衡該多個電池單元；以及根據該多個電池單元的該多個單元電壓與該平衡臨限值的一比較結果控制該多個電池單元的平衡。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中，該控制該多個電池單元的平衡步驟包括：當該多個電池單元的該多個單元電壓大於該平衡臨限值，禁止該多個電池單元的平衡。
  12. 如申請專利範圍第8項之方法，其中，該預設的過充釋放臨限值小於該預設的過充臨限值並且大於該平衡臨限值。
TW102133340A 2013-01-24 2013-09-14 電池管理系統及控制電池組充電的方法 TWI533560B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310027806.5A CN103972930A (zh) 2013-01-24 2013-01-24 电池管理系统及控制电池包充电的方法、电池包

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201431247A true TW201431247A (zh) 2014-08-01
TWI533560B TWI533560B (zh) 2016-05-11

Family

ID=51207224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102133340A TWI533560B (zh) 2013-01-24 2013-09-14 電池管理系統及控制電池組充電的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9515508B2 (zh)
CN (1) CN103972930A (zh)
TW (1) TWI533560B (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10454077B2 (en) * 2014-11-04 2019-10-22 Cps Technology Holdings Llc Modular design of a 48-volt li-ion battery for ease of assembly and disassembly
US10110053B2 (en) * 2014-12-31 2018-10-23 Club Car Llc Battery powered system and method for charging
US9954260B2 (en) 2015-03-16 2018-04-24 Thunder Power New Energy Vehicle Development Company Limited Battery system with heat exchange device
US9533551B2 (en) 2015-03-16 2017-01-03 Thunder Power Hong Kong Ltd. Electric vehicle thermal management system with series and parallel structure
US10703211B2 (en) * 2015-03-16 2020-07-07 Thunder Power New Energy Vehicle Development Company Limited Battery pack, battery charging station, and charging method
US10173687B2 (en) 2015-03-16 2019-01-08 Wellen Sham Method for recognizing vehicle driver and determining whether driver can start vehicle
US9550406B2 (en) * 2015-03-16 2017-01-24 Thunder Power Hong Kong Ltd. Thermal dissipation system of an electric vehicle
US9499067B2 (en) 2015-03-16 2016-11-22 Thunder Power Hong Kong Ltd. Power management in electric vehicles
KR102633756B1 (ko) * 2016-04-28 2024-02-05 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 및 배터리 팩의 충전 방법
JP6883396B2 (ja) * 2016-08-25 2021-06-09 矢崎総業株式会社 急速充電装置
KR102474424B1 (ko) * 2017-10-31 2022-12-05 주식회사 엘엑스세미콘 마스터 콘트롤러와 슬레이브 콘트롤러들 간의 통신 방법, 그를 위한 슬레이브 콘트롤러, 및 그를 이용한 배터리 관리 시스템
WO2019167786A1 (ja) * 2018-03-01 2019-09-06 株式会社村田製作所 組電池
CN109037814B (zh) * 2018-09-05 2021-02-19 成都芯源系统有限公司 一种充电平衡管理电路和方法
CN112068017B (zh) * 2019-05-24 2023-04-18 凹凸电子（武汉）有限公司 电池管理系统及电池管理系统中的断线检测方法

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3291530B2 (ja) * 1992-09-17 2002-06-10 ソニー株式会社 バッテリー保護回路
US5754027A (en) 1996-07-08 1998-05-19 Motorola, Inc. Battery pack and associated charging system
TW472426B (en) 1998-10-06 2002-01-11 Hitachi Ltd Battery apparatus and control system therefor
TW502900U (en) * 1998-11-30 2002-09-11 Ind Tech Res Inst Battery charging equalizing device
US6114835A (en) * 1999-07-26 2000-09-05 Unitrode Corporation Multi-cell battery pack charge balancing circuit
TW542470U (en) 2000-07-11 2003-07-11 Ind Tech Res Inst Battery voltage balancer
JP3681624B2 (ja) * 2000-08-31 2005-08-10 富士通株式会社 充電回路、充放電回路、及び電池パック
US6285161B1 (en) 2000-09-11 2001-09-04 O2 Micro International Limited Battery cell charging system having voltage threshold and bleeder current generating circuits
EP1189325A3 (en) 2000-09-14 2005-06-22 Sony Corporation Electronic device protection circuit
US6377024B1 (en) * 2001-03-23 2002-04-23 The Boeing Company Method and system for charge equalization of lithium-ion batteries
CA2406500C (en) 2001-10-01 2008-04-01 Research In Motion Limited An over-voltage protection circuit for use in a charging circuit
CN1221880C (zh) 2001-11-23 2005-10-05 华邦电子股份有限公司 周边元件的电源启动电路
CN1512644A (zh) 2002-12-30 2004-07-14 广达电脑股份有限公司 充电式电位平衡装置
JP2005151720A (ja) 2003-11-17 2005-06-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd セルバランス補正装置、二次電池、セルバランス補正方法及びセルバランス補正プログラム
TWI276240B (en) 2003-11-26 2007-03-11 Ind Tech Res Inst Fuel cell power supply device
JP4065232B2 (ja) * 2003-12-11 2008-03-19 三洋電機株式会社 電池の充電方法
JP4148162B2 (ja) 2004-03-05 2008-09-10 株式会社デンソー 回路システム
CN2790010Y (zh) 2005-03-25 2006-06-21 苏州星恒电源有限公司 锂充电电池充放电均衡电路的执行电路
US8288999B2 (en) 2006-08-01 2012-10-16 Aeneas Energy Technology Co., Ltd. Charging circuit for balance charging serially connected batteries
US7466104B2 (en) 2006-10-13 2008-12-16 O2 Micro International Limited System and method for balancing cells in a battery pack with selective bypass paths
CN101277022A (zh) * 2007-03-28 2008-10-01 深圳市比克电池有限公司 一种充电均衡电路及充电装置
WO2008132857A1 (ja) * 2007-04-19 2008-11-06 Panasonic Ev Energy Co., Ltd. 蓄電装置の充電状態検出装置及び方法
US20090079391A1 (en) 2007-09-25 2009-03-26 O2Micro Inc. Systems and methods for cell balancing
US8461806B2 (en) * 2007-10-15 2013-06-11 O2Micro Inc Systems and methods for cell balancing
JP2009081989A (ja) 2007-09-25 2009-04-16 O2 Micro Inc セルバランスのためのシステムおよび方法
US7973514B2 (en) 2007-10-09 2011-07-05 O2Micro, Inc. Battery cell balancing systems using current regulators
JP5179851B2 (ja) 2007-11-30 2013-04-10 オーツー マイクロ， インコーポレーテッド 埋め込まれたセルモニタを備えるバッテリパック、電子システム、およびバッテリパックを監視するための方法
US8536824B2 (en) 2008-04-18 2013-09-17 Mi-Jack Canada, Inc. Lossless dynamic battery equalizer system and method
JP2010091520A (ja) * 2008-10-10 2010-04-22 Toshiba Corp 電池モジュール異常検出回路及びその検出方法
TWI379486B (en) 2009-02-17 2012-12-11 Green Solution Tech Co Ltd The battery charging controlling apparatus and battery balance charging controller
CN101867199B (zh) * 2009-04-15 2013-08-07 中兴通讯股份有限公司 一种实现光纤接入设备备电的装置及方法
CN101599658A (zh) * 2009-04-22 2009-12-09 北京华大智宝电子系统有限公司 锂电池组充电容量均衡控制方法及其保护装置
JP2011050143A (ja) * 2009-08-26 2011-03-10 Panasonic Corp 過充電保護回路、電池パック、及び充電システム
TWM433677U (en) 2012-01-10 2012-07-11 Green Solution Technology Co Ltd Battery balance circuit and battery module with battery balance function
CN102570551A (zh) * 2012-01-16 2012-07-11 安徽力高新能源技术有限公司 带散热功能的电池组均衡装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103972930A (zh) 2014-08-06
US20140203782A1 (en) 2014-07-24
US9515508B2 (en) 2016-12-06
TWI533560B (zh) 2016-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI533560B (zh) 電池管理系統及控制電池組充電的方法
JP4392103B2 (ja) 充放電制御回路および充電式電源装置
KR102052590B1 (ko) 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법
US9112370B2 (en) Rechargeable battery module and battery charging method
US8947052B2 (en) Charge-discharge control circuit, semiconductor integrated circuit, method of controlling charging and discharging
US9048672B2 (en) Semiconductor integrated circuit, protection circuit and battery pack
TWI751229B (zh) 控制裝置、控制系統、蓄電裝置以及電腦可讀取媒體
TWI403072B (zh) 充放電控制電路及充電式電源裝置
US8476869B2 (en) Battery voltage equalizer circuit and method for using the same
US20120112703A1 (en) System and Method for Managing a Battery
TWI474575B (zh) 電池組、控制電池單元的方法及其電子系統
JP6424944B1 (ja) 二次電池保護集積回路、二次電池保護装置及び電池パック
JP5301036B2 (ja) 車両用の搭載電気系統および搭載電気系統の制御装置
US20200389041A1 (en) Battery protection systems
JP6370137B2 (ja) 充放電制御回路及びバッテリ装置
US20160276848A1 (en) Buck pre-charger for series-connected battery modules
CN104201654A (zh) 一种电池组均衡保护系统及方法
JP2010273519A (ja) 充放電制御方法
JP5344104B1 (ja) 充放電制御回路及び充放電制御方法
JP2010233358A5 (zh)
KR20160125297A (ko) 배터리 장치
JP6477200B2 (ja) 電池保護システム、電池保護装置、及び電池保護方法
WO2013089113A1 (ja) 蓄電装置およびその充放電方法
KR20180062539A (ko) 철도차량용 축전지 보호 시스템
JP5265934B2 (ja) 充放電制御回路