電池系統(tǒng)和電池充電方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電池系統(tǒng)和電池充電方法，該電池系統(tǒng)包含具有多個(gè)電池單元電壓的多個(gè)電池單元和耦合于多個(gè)電池單元的均衡模塊，該均衡模塊用于根據(jù)多個(gè)電池單元在恒流充電模式下的充電電流的值設(shè)置第一電壓閾值，并當(dāng)多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓不滿足第一電壓閾值的要求時(shí)，啟動(dòng)對(duì)多個(gè)電池單元的均衡檢查。本發(fā)明的電池系統(tǒng)提高了電池均衡控制的精確性。
【專利說(shuō)明】電池系統(tǒng)和電池充電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，特別涉及一種電池系統(tǒng)和電池充電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一個(gè)電池系統(tǒng)包括多個(gè)電池單元，例如，鋰離子電池，電池系統(tǒng)通常為手機(jī)、筆記本電腦或電動(dòng)車供電。電池均衡器廣泛應(yīng)用于電池系統(tǒng)中，以最大化電池單元的容量和增加電池的壽命。如果電池系統(tǒng)中的電池單元發(fā)生不均衡的情況，電池均衡器通過(guò)消耗電荷最高的電池單元上的能量或通過(guò)將電荷最高的電池單元上的能量轉(zhuǎn)移到電荷最低的電池單元，以對(duì)電池單元進(jìn)行均衡。
[0003]圖1所示為鋰離子電池充電過(guò)程的充電電流與電池單元電壓的波形圖100。鋰離子電池的充電過(guò)程經(jīng)歷了多個(gè)模式，比如，恒流充電模式和恒壓充電模式。在時(shí)刻to，電池單元具有電壓值Vltl，并由一充電電流進(jìn)行充電。在時(shí)間段t0-t3，電池單元工作在恒流充電模式，在此期間充電電流恒定，電池單元電壓從Vltl增加到\。在時(shí)間段t3-t4，電池單元進(jìn)入恒壓充電模式，在此期間充電電流逐漸減小，電池單元電壓保持恒定。例如，電池單元電壓在時(shí)間段t3-t4保持為VM。在時(shí)刻t4，充電電流降到低于一個(gè)電流閾值。相應(yīng)地，電池充電過(guò)程結(jié)束。
[0004]電池單元電壓在恒流充電模式的一個(gè)時(shí)間段(這個(gè)時(shí)間段被稱為平臺(tái)電壓區(qū)域)中具有一個(gè)相對(duì)低的增長(zhǎng)速率。例如，在時(shí)間段tl-t2，電池單元電壓的增長(zhǎng)速率低于一個(gè)速率閾值。由于充電電流恒定，電池單元電量的增長(zhǎng)速率在恒流充電模式的任意時(shí)間段應(yīng)該保持恒定。所以，在平臺(tái)電壓區(qū)域，電池單元電壓具有較低的增長(zhǎng)速率，不能精確的反映電池單元電量的變化。
[0005]因此，對(duì)一個(gè)包含多個(gè)電池單元的電池組，電池均衡器可能在所有電池單元都處于平臺(tái)電壓區(qū)域時(shí)進(jìn)行均衡操作。由于電池單元電壓不能準(zhǔn)確反映電池單元電量，電池均衡器難以通過(guò)監(jiān)測(cè)電池單元的電池單元電壓準(zhǔn)確地檢測(cè)到不均衡情況。例如，通過(guò)均衡，雖然電荷最高的電池單元的電量降到與電荷最低的電池單元的電量相等，但是電池單元的電壓并沒(méi)有隨電池單元的電量的改變而改變。所以，電池均衡器的均衡控制可能并不精確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種電池系統(tǒng)和電池充電方法，能夠?qū)﹄姵氐某潆娺^(guò)程進(jìn)行精確的均衡控制。
[0007]本發(fā)明提供了一種電池系統(tǒng)。該電池系統(tǒng)包含多個(gè)電池單元和均衡模塊。所述多個(gè)電池單元具有多個(gè)電池單元電壓；所述均衡模塊耦合于所述多個(gè)電池單元，所述均衡模塊用于根據(jù)所述多個(gè)電池單元在恒流充電模式下的充電電流的值設(shè)置第一電壓閾值，并當(dāng)所述多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓不滿足第一電壓閾值的要求時(shí)，啟動(dòng)對(duì)所述多個(gè)電池單元的均衡檢查。
[0008]本發(fā)明還提供了一種電池充電方法。該電池充電方法包含以下步驟:由充電電流為多個(gè)電池單元充電，所述多個(gè)電池單元具有多個(gè)電池單元電壓；根據(jù)恒流充電模式下充電電流的值，設(shè)置第一電壓閾值；當(dāng)所述多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓不滿足所述第一電壓閾值的要求時(shí)，啟動(dòng)對(duì)所述多個(gè)電池單元的均衡檢查。
[0009]本發(fā)明還提供了一種電池系統(tǒng)。該電池系統(tǒng)包含串聯(lián)的多個(gè)電池模塊和多個(gè)均衡模塊。所述多個(gè)電池模塊的每個(gè)電池模塊包括多個(gè)電池單元，所述多個(gè)電池單元具有多個(gè)電池單元電壓；所述多個(gè)均衡模塊分別耦合于所述多個(gè)電池模塊，其中，每個(gè)均衡模塊根據(jù)所述多個(gè)電池單元在恒流充電模式下的充電電流的值設(shè)置第一電壓閾值，并當(dāng)所述多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓不滿足第一電壓閾值要求時(shí)，啟動(dòng)對(duì)所述多個(gè)電池單元的均衡檢查。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的電池系統(tǒng)和電池充電方法，由于電池均衡都是在一個(gè)或多個(gè)電池單元不滿足第一電壓閾值條件時(shí)執(zhí)行，因此提高了電池均衡控制的精確性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]以下通過(guò)對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。
[0012]圖1所示為鋰離子電池充電過(guò)程的充電電流與電池單元電壓的波形圖；
[0013]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
[0014]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池單元在充電階段的電池單元電壓的波形圖；
[0015]圖4所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
[0016]圖5所示為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的電池系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
[0017]圖6所示為根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的電池系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
[0018]圖7所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池系統(tǒng)的均衡方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例給出詳細(xì)的參考。盡管本發(fā)明通過(guò)這些實(shí)施方式進(jìn)行闡述和說(shuō)明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實(shí)施方式。相反，本發(fā)明涵蓋所附權(quán)利要求所定義的發(fā)明精神和發(fā)明范圍內(nèi)的所有替代物、變體和等同物。
[0020]另外，為了更好的說(shuō)明本發(fā)明，在下文的【具體實(shí)施方式】中給出了眾多的具體細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在另外一些實(shí)例中，對(duì)于大家熟知的方法、手續(xù)、元件和電路未作詳細(xì)描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
[0021]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池系統(tǒng)200的系統(tǒng)框圖。電池系統(tǒng)200包括電池單元Cl、電池單元C2和電池單元C3，以及均衡模塊210。雖然圖2所示的實(shí)施例顯示了三個(gè)電池單元，但本發(fā)明不限于此，電池系統(tǒng)200可以包含其他數(shù)量的電池單元。在一個(gè)實(shí)施例中，電池單元C1-C3可以是鋰離子電池。電池單元C1-C3耦合于均衡模塊210。均衡模塊210，用于監(jiān)測(cè)電池單元C1-C3中每個(gè)電池單元的電池單元參數(shù)(例如，電池單元電壓、電池單元電流、電池單元溫度、電池單元電量等)，并判斷電池單元C1-C3是否產(chǎn)生了不均衡的情況。當(dāng)檢測(cè)到不均衡情況時(shí)，均衡模塊210對(duì)電池單元C1-C3進(jìn)行均衡。[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，電池單元C1-C3通過(guò)充電通路290與充電器205連接。充電通路290包含開(kāi)關(guān)S5。當(dāng)開(kāi)關(guān)S5接通時(shí)，電池單元C1-C3工作在充電模式(例如，恒流充電模式或恒壓充電模式)，此時(shí)，充電器205以充電電流1_^為電池單元C1-C3充電。當(dāng)開(kāi)關(guān)S5關(guān)斷或充電器205與電池單元C1-C3不連接時(shí)，電池單元C1-C3處于靜置模式或放電模式，此時(shí)充電過(guò)程結(jié)束。
[0023]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池單元在充電階段的電池單元電壓VeE&的波形圖300。圖3將結(jié)合圖2進(jìn)行描述。
[0024]在圖3的實(shí)施例中，波形300包含充電曲線301和充電曲線302。充電曲線301代表電池單元由充電電流1mm充電時(shí)電池單元電壓的變化。充電曲線302代表電池單元由充電電流1mm充電時(shí)電池單元電壓的變化。在一個(gè)實(shí)施例中，充電電流Ιαω^ι大于充電電流1mm。盡管圖3顯示了兩個(gè)充電曲線，但本發(fā)明并不限于此，圖3還可以包含其他充電電流對(duì)應(yīng)的充電曲線。在一個(gè)實(shí)施例中，這些充電曲線由電池廠家提供。
[0025]更具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，如充電曲線301所示，當(dāng)電池單元由充電電流
充電時(shí)，電池單元在時(shí)間段t0-t5工作在恒流充電模式下，在時(shí)刻t5以后，工作在恒壓充電模式下。在恒流充電模式下，充電電流保持恒定，電池單元電壓V.增力卩。在恒壓充電模式下，電池單元電壓V.保持在VM，充電電流Ichaegei減小。在圖3的實(shí)施例中，充電曲線301在時(shí)間段t l_t2處于平臺(tái)電壓區(qū)域Tfl AT1，在此期間，電池單元電壓V。.的增長(zhǎng)速率低于一個(gè)速率閾值。同樣地，如充電曲線302所示，當(dāng)電池單元由充電電流Ic；HAia；E2充電時(shí)，電池單元在時(shí)間段t0-t6工作在恒流充電模式下，在時(shí)刻t6以后，電池單元工作在恒壓充電模式下。與充電曲線301類似地，充電曲線302在時(shí)間段t3-t4處于平臺(tái)電壓區(qū)域TFUT2。
[0026]結(jié)合圖2和圖3，均衡模塊210檢測(cè)電池單元C1-C3是否產(chǎn)生了不均衡的情況，并在檢測(cè)到不均衡情況時(shí)對(duì)電池單元C1-C3進(jìn)行均衡。有利的是，當(dāng)至少一個(gè)電池單元工作在平臺(tái)電壓區(qū)域之外時(shí)，均·衡模塊210啟動(dòng)均衡操作。更具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，均衡模塊210提供電壓閾值Vh，該電壓閾值Vh高于電池單元工作在平臺(tái)電壓區(qū)域的最大電池單元電壓值。例如，根據(jù)充電曲線301，當(dāng)電池單元由充電電流充電時(shí)，電壓閾值Vhi大于時(shí)刻t2的電池單元電壓。
[0027]如果電池單元電壓Va-Vra中的一個(gè)或多個(gè)電池單元電壓高于電壓閾值Vh，表示電池單元C1-C3中的一個(gè)或多個(gè)電池單元工作在平臺(tái)電壓區(qū)域以外，當(dāng)檢測(cè)到不均衡情況時(shí)，均衡模塊210開(kāi)始檢測(cè)電池單元電壓Va-V。并均衡電池單元C1-C3。舉例來(lái)說(shuō)，均衡模塊210比較電池單元C1-C3中的最大電池單元電壓Vmax和最小電池單元電壓VMIN。當(dāng)最大電池單元電壓Vmax和最小電池單元電壓Vmin的差值大于一個(gè)閾值Vdif時(shí)，則發(fā)生了不均衡情況。響應(yīng)于不均衡情況，均衡模塊210均衡電池單元C1-C3。例如,均衡模塊210識(shí)別具有最大電池單元電壓Vmax的電池單元C祖，并通過(guò)消耗電池單元Cmax的電量來(lái)均衡電池單元C1-C3。在另一個(gè)實(shí)施例中，均衡模塊210還識(shí)別具有最小電池單元電壓Vmin的電池單元CMIN，并通過(guò)將電池單元Cmax中的電量傳遞到電池單元Cmh的方式來(lái)均衡電池單元C1-C3。均衡模塊210也能執(zhí)行其他操作以檢測(cè)不均衡情況并均衡電池單元C1-C3，而不局限于圖3的實(shí)施例。
[0028]有利的是，均衡模塊210根據(jù)充電電流Icm—調(diào)整電壓閾值VH。電壓閾值Vh大于電池單元工作在電壓區(qū)域的最大電池單元電壓。如圖3所示，充電曲線301的平臺(tái)電壓區(qū)域TFUn內(nèi)的電池單元電壓高于充電曲線302的平臺(tái)電壓區(qū)域Tflat2內(nèi)的電池單元電壓。所以，當(dāng)電池單元由充電電流1Mm充電時(shí)，均衡模塊210將電壓閾值Vh設(shè)置為VH1，當(dāng)電池單元由充電電流1mm充電時(shí)，均衡模塊210將電壓閾值Vh設(shè)置為VH2。換言之，電壓閾值Vh根據(jù)流經(jīng)電池單元C1-C3的充電電流而改變。因此，即使平臺(tái)電壓區(qū)域由于充電電流發(fā)生了改變，也不會(huì)執(zhí)行均衡操作，直至至少一個(gè)電池單元工作在平臺(tái)電壓區(qū)域之外。這樣，電池均衡控制會(huì)更精確。
[0029]在另一個(gè)實(shí)施例中，均衡模塊210提供電壓閾值Vlj,該電壓閾值Vlj低于電池單兀工作在平臺(tái)電壓區(qū)域的最小電池單元電壓。根據(jù)充電電流I?-來(lái)調(diào)整電壓閾值如圖3的充電曲線301所示，當(dāng)充電電流為時(shí)，電壓閾值'低于電池單元在時(shí)刻tl時(shí)的電池單元電壓。當(dāng)充電電流為Ι_(；Ε1時(shí)，電壓閾值八設(shè)置為Vu，當(dāng)充電電流為Ic；_E2時(shí)，電壓閾值'設(shè)置為Vw在這種情況下，當(dāng)多個(gè)電池單元C1-C3中至少一個(gè)電池單元的電池單兀電壓低于電壓閾值Vlj時(shí),均衡模塊210執(zhí)行均衡操作。
[0030]在另一個(gè)實(shí)施例中，均衡模塊210提供電壓閾值Vh和電壓閾值例如，當(dāng)電池單元由充電電流1mm充電時(shí)，電壓閾值Vh設(shè)置為VH1，電壓閾值\設(shè)置為Vu。當(dāng)電池單元由充電電流I_eE2充電時(shí)，電壓閾值Vh設(shè)置為VH2，電壓閾值\設(shè)置為\2。此時(shí)，當(dāng)多個(gè)電池單兀電壓Va-Vc中至少一個(gè)電池單兀電壓大于電壓閾值Vh和/或小于電壓閾值Vl時(shí)，均衡模塊210執(zhí)行均衡操作。
[0031]有利的是，在上述三種情況下，只有在一個(gè)或多個(gè)電池單元工作在平臺(tái)電壓區(qū)域之外時(shí)，電池均衡才執(zhí)行。因此，電池均衡控制會(huì)更加精確。
[0032]圖4所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池系統(tǒng)400的系統(tǒng)框圖。圖4中與圖2標(biāo)號(hào)相同的部件具有類似的功能。圖4將結(jié)合圖2和圖3進(jìn)行描述。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，均衡模塊210包含電阻411、均衡電路401、監(jiān)測(cè)電路402、模數(shù)轉(zhuǎn)換器403和處理器404。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)電路402監(jiān)測(cè)電池單元C1-C3中每個(gè)電池單元的電池單元參數(shù)(例如，電池單元電壓和電池單元電流)，并產(chǎn)生多個(gè)對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)電路402通過(guò)電阻411產(chǎn)生監(jiān)測(cè)信號(hào)421、監(jiān)測(cè)信號(hào)422和監(jiān)測(cè)信號(hào)423，監(jiān)測(cè)信號(hào)421-423分別指示電池單元C1-C3的電池單元電&Va-VC3。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)電路402監(jiān)測(cè)流經(jīng)電池單元C1-C3的充電電流I?-，并產(chǎn)生指示充電電流I?-的監(jiān)測(cè)信號(hào)460。在另一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)電路402還監(jiān)測(cè)電池單元C1-C3的溫度和電量，并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)信號(hào)(圖中未示出)。
[0034]耦合于監(jiān)測(cè)電路402的模數(shù)轉(zhuǎn)換器403將監(jiān)測(cè)信號(hào)421-423和監(jiān)測(cè)信號(hào)460轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)440。耦合于模數(shù)轉(zhuǎn)換器403的處理器404接收數(shù)字信號(hào)440，以獲取電池單元C1-C3的狀態(tài)信息。
[0035]處理器404根據(jù)數(shù)字信號(hào)440執(zhí)行機(jī)器可執(zhí)行指令，以控制電池單元C1-C3。更具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，處理器404根據(jù)電池單元C1-C3的狀態(tài)信息判斷是否發(fā)生了非期望狀態(tài)(例如，過(guò)壓情況，過(guò)流情況或欠壓情況等)。如果發(fā)生了非期望狀態(tài)，處理器404通過(guò)控制指令470控制監(jiān)測(cè)電路402，來(lái)保護(hù)電池單元C1-C3。
[0036]另外，處理器404檢測(cè)充電電流I?—，并根據(jù)檢測(cè)的充電電流設(shè)置電壓閾值Vh和電壓閾值
[0037]更具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，處理器404讀取多個(gè)數(shù)據(jù)集，每個(gè)數(shù)據(jù)集指示與充電電流相對(duì)應(yīng)的電壓閾值。例如，充電電流1Mm、電壓閾值Vm，和/或電壓閾值Vu存儲(chǔ)為第一數(shù)據(jù)集；充電電流1mm、電壓閾值Vh2，和/或電壓閾值\2存儲(chǔ)為第二數(shù)據(jù)集。處理器404檢測(cè)充電電流I?—，根據(jù)充電電流Icm—從多個(gè)數(shù)據(jù)集中選擇一個(gè)數(shù)據(jù)集，并根據(jù)所選擇的數(shù)據(jù)集設(shè)置電壓閾值Vh和/或電壓閾值例如，當(dāng)充電電流I?-等于時(shí)，選擇第一數(shù)據(jù)集，所以電壓閾值Vh設(shè)置為Vhi，和/或電壓閾值' 設(shè)置為Vu。類似地，當(dāng)充電電流I?-等于1mm時(shí)，選擇第二數(shù)據(jù)集，所以電壓閾值Vh設(shè)置為Vh2，和/或電壓閾值'設(shè)置為'2。在另一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)數(shù)據(jù)集指示一個(gè)電池單元由對(duì)應(yīng)的充電電流充電時(shí)電池單元電壓的變化。每個(gè)數(shù)據(jù)集代表對(duì)應(yīng)的充電電流所對(duì)應(yīng)的充電曲線，例如，充電曲線301對(duì)應(yīng)充電電流1mm，充電曲線302對(duì)應(yīng)充電電流處理器404檢測(cè)充電電流Ic:HAReE，并根據(jù)充電電流1mce的大小從多個(gè)數(shù)據(jù)集中選擇一個(gè)數(shù)據(jù)集。例如，當(dāng)充電電流I_E等于I_eE1時(shí)，選擇充電曲線301對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集，當(dāng)充電電流I_E等于I_eE2時(shí)，選擇充電曲線302對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集。然后，處理器404確定所選擇的數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)充電曲線的平臺(tái)電壓區(qū)域，該平臺(tái)電壓區(qū)域的電池單元電壓增長(zhǎng)速率低于一個(gè)速率閾值。處理器404根據(jù)該平臺(tái)電壓區(qū)域設(shè)置電壓閾值Vh和/或電壓閾值\。具體來(lái)說(shuō)，處理器404設(shè)置電壓閾值％，使電壓閾值￥11大于電池單元工作在平臺(tái)電壓區(qū)域時(shí)的最大電池單元電壓，和/或設(shè)置電壓閾值'，使電壓閾值'小于電池單元工作在平臺(tái)電壓區(qū)域時(shí)的最小電池單元電壓。例如，在充電曲線301中，電壓閾值Vh設(shè)置為Vhi，電壓閾值' 設(shè)置為Vu。類似地，在充電曲線302中，電壓閾值Vh設(shè)置為VH2，電壓閾值\設(shè)置為\2。
[0038]電壓閾值￥11和電壓閾值'用于判斷是否有電池單元工作在平臺(tái)電壓區(qū)域之外。處理器404將多個(gè)電池單元電壓Va-Vra中的每個(gè)電池單元電壓與電壓閾值V1^P/或電壓閾值Vl進(jìn)行比較。在一個(gè)實(shí)施例中，若至少一個(gè)電池單兀的電池單兀電壓大于電壓閾值Vh,處理器404判斷至少有一個(gè)電池單元工作在平臺(tái)電壓區(qū)域之外，并開(kāi)始檢測(cè)是否發(fā)生了不均衡情況。例如，當(dāng)最大電池單元電壓Vmax和最小電池單元電壓Vmin的差值大于閾值Vdif時(shí)，則電池單元C1-C3發(fā)生了不均衡情況，所以處理器404啟動(dòng)均衡操作來(lái)均衡電池單元C1-C3。在另一個(gè)實(shí)施例中，若至少一個(gè)電池單元的電池單元電壓小于電壓閾值'，處理器404開(kāi)始檢測(cè)是否發(fā)生了不均衡情況。在另一個(gè)實(shí)施例中，若至少一個(gè)電池單元的電池單元電壓大于電壓閾值Vh或小于電壓閾值\，處理器404開(kāi)始檢測(cè)是否發(fā)生了不均衡情況。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，處理器404產(chǎn)生均衡信號(hào)480以均衡電池單元C1-C3。監(jiān)測(cè)電路402根據(jù)均衡信號(hào)480控制均衡電路401。更具體地，監(jiān)測(cè)電路402根據(jù)均衡信號(hào)480控制開(kāi)關(guān)S1、開(kāi)關(guān)S2和開(kāi)關(guān)S3,以使能芳路電流，該芳路電流流過(guò)具有最大電池單兀電壓Vmax的電池單元Cmax和均衡電路401，因此消耗了電池單元Cmax上的能量，電池單元Cmax的電量也隨之降低。當(dāng)電池單元C1-C3處于均衡狀態(tài)時(shí)，例如，最大電池單元電壓Vmax和最小電池單兀電壓Vmin的差值低于閾值Vdif時(shí)，電池單兀的均衡操作結(jié)束。
[0040]圖5所不為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的電池系統(tǒng)500的系統(tǒng)框圖。圖5中與圖2、圖4標(biāo)號(hào)相同的部件具有類似的功能。圖5將結(jié)合圖2、圖3和圖4進(jìn)行描述。電池系統(tǒng)500執(zhí)行的均衡操作與圖4中電池系統(tǒng)400的均衡操作不同。
[0041]在圖5的實(shí)施例中，電池系統(tǒng)500包含充電器205和均衡模塊510。均衡模塊510包含電阻411、均衡電路401、監(jiān)測(cè)電路402、模數(shù)轉(zhuǎn)換器403和處理器404。均衡模塊510還包含比較器541、比較器542和比較器543，比較器541-543分別用于接收監(jiān)測(cè)信號(hào)421、監(jiān)測(cè)信號(hào)422和監(jiān)測(cè)信號(hào)423，其中，監(jiān)測(cè)信號(hào)421-423分別指示電池單元C1-C3的電池單元電壓Va-Vra。比較器541-543分別將監(jiān)測(cè)信號(hào)421、422和423與電壓閾值Vth進(jìn)行比較，并產(chǎn)生比較信號(hào)531、比較信號(hào)532和比較信號(hào)533。模數(shù)轉(zhuǎn)換器403將比較信號(hào)531-533轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)540，并將數(shù)字信號(hào)540發(fā)送給處理器504。
[0042]處理器504根據(jù)數(shù)字信號(hào)540執(zhí)行機(jī)器可執(zhí)行指令，以控制電池單元C1-C3。與圖4中的處理器404功能類似，當(dāng)多個(gè)電池單元電SVa-Vra中至少一個(gè)電池單元電壓大于電壓閾值Vh或小于電壓閾值\時(shí)，處理器504開(kāi)始檢測(cè)電池單元C1-C3是否發(fā)生了不均衡情況，并在檢測(cè)到不均衡情況時(shí)均衡電池單元C1-C3。在圖5的實(shí)施例中，處理器504能執(zhí)行均衡操作以將全部電池單元C1-C3的電池單元電SVa-Vra調(diào)整到一個(gè)預(yù)設(shè)值。更具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)電池充電時(shí)，處理器504提供一個(gè)等于或大于電壓閾值Vh的電壓閾值VTH。對(duì)于單個(gè)的電池單元，處理器504 —直對(duì)其充電直到這個(gè)電池單元的電池單元電壓達(dá)到電壓閾值Vth為止。在一個(gè)實(shí)施例中，處理器504接收比較信號(hào)531、比較信號(hào)532和比較信號(hào)533。若比較信號(hào)531-533指示對(duì)應(yīng)的電池單元C1-C3的電池單元電壓Va-Vra中的一個(gè)電池單元電壓達(dá)到了電壓閾值VTH，處理器504產(chǎn)生均衡信號(hào)480來(lái)使能與該電池單元相連的旁路電路。因此，結(jié)束對(duì)該電池單元的充電，但繼續(xù)對(duì)其他的電池單元充電。當(dāng)一個(gè)電池單元的電池單元電壓達(dá)到電壓閾值Vth時(shí)，均衡電路401中與之對(duì)應(yīng)的旁路電路(例如，該旁路電路包含串聯(lián)的開(kāi)關(guān)和電阻)導(dǎo)通。當(dāng)所有電池單元電壓Va-Vra都達(dá)到電壓閾值Vth時(shí)，均衡操作停止。因此，電池單元的均衡操作完成。
[0043]例如，當(dāng)電池單元Cl的電池單元電壓Va大于電壓閾值Vh時(shí)，比較器541將電池單元電壓Va和電壓閾值Vth進(jìn)行比較。如果比較信號(hào)531指示電池單元電壓Va達(dá)到電壓閾值Vth，處理器504產(chǎn)生均衡信號(hào)480以接通開(kāi)關(guān)SI。因此，充電電流I?-流過(guò)開(kāi)關(guān)S1、電池單元C2和電池單元C3。所以充電電流僅僅對(duì)電池單元C2和電池單元C3充電。電池單元Cl的充電過(guò)程結(jié)束。同樣地，當(dāng)電池單元電壓Vc2和電池單元電壓Vc3達(dá)到電壓閾值Vth時(shí)，對(duì)應(yīng)地接通開(kāi)關(guān)S2和開(kāi)關(guān)S3。因此，將所有的電池單元電壓Va-Vc3調(diào)節(jié)到電壓閾值VTH，從而均衡所有的電池單元C1-C3。
[0044]在另一個(gè)的實(shí)施例中，處理器504執(zhí)行可編程指令來(lái)執(zhí)行比較操作。例如，處理器504將指示電池單元電壓Va-Ve3的數(shù)字信號(hào)540與電壓閾值Vth進(jìn)行比較。所以，在本實(shí)施例中，可以省去硬件比較器541-543。
[0045]圖6所不為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池系統(tǒng)600的系統(tǒng)框圖。圖6將結(jié)合圖2-圖5進(jìn)行描述。圖6中與圖2標(biāo)號(hào)相同的部件具有相似的功能。
[0046]在一個(gè)實(shí)施例中，電池系統(tǒng)600包含電池組609，該電池組609包含電池模塊601和電池模塊602。盡管在圖6的實(shí)施例中，電池組609包含兩個(gè)電池模塊，但本發(fā)明并不限于此，電池組609也可以包含其他的數(shù)量的電池模塊。每個(gè)電池模塊包含已知數(shù)量的電池單元。例如，電池模塊601包含電池單元C1-C3，電池模塊602包含電池單元C4-C6。
[0047]電池模塊601和電池模塊602分別與均衡模塊611和均衡模塊612連接。均衡模塊611和均衡模塊612具有與圖5所示的均衡模塊510相似的結(jié)構(gòu)。如果發(fā)生了不均衡情況，將電池單元C1-C6的電池單元電壓Va-Vc6調(diào)整為電壓閾值VTH。在一個(gè)實(shí)施例中，電池模塊601和均衡模塊611設(shè)于一個(gè)電池組內(nèi)，而電池模塊602和均衡模塊612設(shè)于另一個(gè)電池組內(nèi)。由于電池單元電壓Va-Vc6中的每個(gè)電池單元電壓都會(huì)調(diào)整為Vth，所以也能夠均衡不同電池組內(nèi)的電池單元。
[0048]圖7所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池系統(tǒng)(例如，電池系統(tǒng)200、400、500或600)的均衡方法流程圖。圖7將結(jié)合圖2-圖6進(jìn)行描述。圖7揭示的具體步驟只是示例。換言之，本發(fā)明同樣適用于其他不同的步驟或?qū)D7進(jìn)行的改進(jìn)步驟。
[0049]在步驟701中，電池單元(例如，電池單元C1-C3)由充電電流(例如，充電電流Ichaege)充電，并且具有相應(yīng)的電池單元電壓(例如，電池單元電壓Va_VC3)。
[0050]在步驟702中，根據(jù)恒流充電模式下充電電流(例如，充電電流Ic:HAKeE)的大小，設(shè)定第一電壓閾值(例如，電壓閾值Vh或電壓閾值VJ。
[0051]在步驟703中，當(dāng)多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓不滿足第一電壓閾值要求時(shí)，啟動(dòng)對(duì)電池單元的均衡檢查。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)多個(gè)電池單元電壓Va-Vra中的一個(gè)電池單元電壓大于電壓閾值Vh時(shí)，啟動(dòng)均衡檢查。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)多個(gè)電池單元電壓vC1-vCS中的一個(gè)電池單兀電壓小于電壓閾值\時(shí)，啟動(dòng)均衡檢查。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)多個(gè)電池單兀電壓Va-Vra中的一個(gè)電池單兀電壓大于電壓閾值Vh或小于電壓閾值Vl時(shí),啟動(dòng)均衡檢查。處理器404或處理器504根據(jù)充電電流I?-提供電壓閾值Vh和\。
[0052]在步驟704中，將多個(gè)電池單元電壓(例如，電池單元電壓Va-Vra)中的每個(gè)電池單元電壓和第二電壓閾值(例如，電壓閾值Vth)進(jìn)行比較，并由此產(chǎn)生多個(gè)比較信號(hào)(例如，比較信號(hào)531-533)。
[0053]在步驟705中，根據(jù)比較信號(hào)均衡電池單元，以將每個(gè)電池單元電壓調(diào)節(jié)到第二電壓閾值。
[0054]本發(fā)明公開(kāi)了一種電池系統(tǒng)和電池充電方法。該電池系統(tǒng)包含多個(gè)電池單元和均衡模塊。其中，多個(gè)電池單元具有多個(gè)電池單元電壓。均衡模塊耦合于多個(gè)電池單元，根據(jù)電池單元在恒流充電模式下的充電電流的大小設(shè)定第一電壓閾值，當(dāng)多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓不滿足第一電壓閾值的要求時(shí)，啟動(dòng)對(duì)多個(gè)電池單元的均衡檢查。其優(yōu)點(diǎn)在于，僅當(dāng)一個(gè)或多個(gè)電池單元工作在平臺(tái)電壓區(qū)域之外時(shí)才執(zhí)行電池均衡，因此電池均衡控制會(huì)更加精確。
[0055]在此使用之措辭和表達(dá)都是用于說(shuō)明而非限制，使用這些措辭和表達(dá)并不將在此圖示和描述的特性之任何等同物(或部分等同物)排除在發(fā)明范圍之外，在權(quán)利要求的范圍內(nèi)可能存在各種修改。其它的修改、變體和替換物也可能存在。因此，權(quán)利要求旨在涵蓋所有此類等同物。
【權(quán)利要求】
1.一種電池系統(tǒng)，其特征在于，所述電池系統(tǒng)至少包括: 多個(gè)電池單元，所述多個(gè)電池單元具有多個(gè)電池單元電壓； 耦合于所述多個(gè)電池單元的均衡模塊，用于根據(jù)所述多個(gè)電池單元在恒流充電模式下的充電電流的值設(shè)置第一電壓閾值，并當(dāng)所述多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓不滿足所述第一電壓閾值的要求時(shí)，啟動(dòng)對(duì)所述多個(gè)電池單元的均衡檢查。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓大于所述第一電壓閾值時(shí)，啟動(dòng)所述均衡檢查。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓小于所述第一電壓閾值時(shí)，啟動(dòng)所述均衡檢查。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述均衡模塊包括: 處理器，用于根據(jù)從多個(gè)數(shù)據(jù)集中選擇的一個(gè)數(shù)據(jù)集設(shè)置所述第一電壓閾值，所述多個(gè)數(shù)據(jù)集指示對(duì)應(yīng)的多個(gè)電流的多個(gè)電壓閾值，所選擇的數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)的電流與所述充電電流相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述均衡模塊包括: 處理器，用于讀取一個(gè)數(shù)據(jù)集，所述數(shù)據(jù)集指示電池單元由所述充電電流充電時(shí)電池單元電壓的變化，所述處理器還確定所述數(shù)據(jù)集的平臺(tái)電壓區(qū)域，并根據(jù)所述平臺(tái)電壓區(qū)域選擇所述第一電壓閾值，所述平臺(tái)電壓區(qū)域的電池單元電壓增長(zhǎng)速率小于一個(gè)速率閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器將所述第一電壓閾值設(shè)置為大于所述電池單元工作在所述平臺(tái)電壓區(qū)域時(shí)的最大電池單元電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器將所述第一電壓閾值設(shè)置為小于所述電池單元工作在所述平臺(tái)電壓區(qū)域時(shí)的最小電池單元電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述均衡模塊包括: 處理器，用于讀取對(duì)應(yīng)于多個(gè)電流的多個(gè)數(shù)據(jù)集，所述多個(gè)數(shù)據(jù)集的每個(gè)數(shù)據(jù)集指示電池單元由對(duì)應(yīng)的電流充電時(shí)電池單元電壓的變化，所述處理器從所述多個(gè)數(shù)據(jù)集中選擇一個(gè)數(shù)據(jù)集，所選擇的數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)的電流與所述充電電流相等，所述處理器確定所述選擇的數(shù)據(jù)集中的平臺(tái)電壓區(qū)域，并根據(jù)所述平臺(tái)電壓區(qū)域選擇所述第一電壓閾值，所述平臺(tái)電壓區(qū)域的電池單元電壓增長(zhǎng)速率小于一個(gè)速率閾值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述均衡模塊包括: 多個(gè)比較器，用于將所述多個(gè)電池單元電壓中的每個(gè)電池單元電壓與第二電壓閾值進(jìn)行比較，并產(chǎn)生多個(gè)比較信號(hào)； 耦合于所述多個(gè)比較器的處理器，用于根據(jù)所述多個(gè)比較信號(hào)均衡所述多個(gè)電池電壓，以將所述多個(gè)電池單元電壓的每個(gè)電池單元電壓調(diào)節(jié)至所述第二電壓閾值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述第二電壓閾值不小于所述第一電壓閾值。
11.一種電池充電方法，其特征在于，所述電池充電方法包括: 由充電電流為多個(gè)電池單元充電，所述多個(gè)電池單元具有多個(gè)電池單元電壓； 根據(jù)恒流充電模式下所述充電電流的值，設(shè)置第一電壓閾值； 當(dāng)所述多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓不滿足所述第一電壓閾值的要求時(shí)，啟動(dòng)對(duì)所述多個(gè)電池單元的均衡檢查。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池充電方法，其特征在于，所述電池充電方法還包括: 當(dāng)所述多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓大于所述第一電壓閾值時(shí)，啟動(dòng)所述均衡檢查。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池充電方法，其特征在于，所述電池充電方法還包括: 當(dāng)所述多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓小于所述第一電壓閾值時(shí)，啟動(dòng)所述均衡檢查。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池充電方法，其特征在于，所述電池充電方法還包括: 讀取多個(gè)數(shù)據(jù)集，所述多個(gè)數(shù)據(jù)集指示對(duì)應(yīng)的多個(gè)電流的多個(gè)電壓閾值； 從所述多個(gè)數(shù)據(jù)集中選擇一個(gè)數(shù)據(jù)集，所選擇的數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)的電流與所述充電電流相等; 根據(jù)所述選擇的數(shù)據(jù)集設(shè)置所述第一電壓閾值。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池充電方法，其特征在于，所述電池充電方法還包括: 讀取數(shù)據(jù)集，所述數(shù)據(jù)集指示電池單元由所述充電電流充電時(shí)電池單元電壓的變化； 確定所述數(shù)據(jù)集的平臺(tái)電壓區(qū)域，所述平臺(tái)電壓區(qū)域的電池單元電壓增長(zhǎng)速率低于一個(gè)速率閾值； 根據(jù)所述平臺(tái)電壓區(qū)域·設(shè)置所述第一電壓閾值。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池充電方法，其特征在于，所述電池充電方法還包括: 將所述第一電壓閾值設(shè)置為大于所述電池單元工作在所述平臺(tái)電壓區(qū)域時(shí)的最大電池單元電壓值。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池充電方法，其特征在于，所述電池充電方法還包括: 將所述第一電壓閾值設(shè)置為小于所述電池單元工作在所述平臺(tái)電壓區(qū)域時(shí)的最小電池單元電壓值。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池充電方法，其特征在于，所述電池充電方法還包括: 讀取對(duì)應(yīng)于多個(gè)電流的多個(gè)數(shù)據(jù)集，其中，每個(gè)數(shù)據(jù)集指示電池單元由對(duì)應(yīng)的電流充電時(shí)電池單元電壓的變化； 從所述多個(gè)數(shù)據(jù)集選擇一個(gè)數(shù)據(jù)集，所選擇的數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)的電流和所述充電電流相等; 確定所述選擇的數(shù)據(jù)集的平臺(tái)電壓區(qū)域，所述平臺(tái)電壓區(qū)域的電池單元電壓增長(zhǎng)速率低于一個(gè)速率閾值； 根據(jù)所述平臺(tái)電壓區(qū)域設(shè)置所述第一電壓閾值。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池充電方法，其特征在于，所述電池充電方法還包括: 將所述多個(gè)電池單元電壓中的每個(gè)電池單元電壓與第二電壓閾值進(jìn)行比較，并產(chǎn)生多個(gè)比較信號(hào)； 根據(jù)所述多個(gè)比較信號(hào)均衡所述多個(gè)電池單元，以將所述多個(gè)電池單元電壓的每個(gè)電池單元電壓調(diào)節(jié)到所述第二電壓閾值。
20.一種電池系統(tǒng),其特征在于,所述電池系統(tǒng)包括: 串聯(lián)的多個(gè)電池模塊，其中，每個(gè)電池模塊包括多個(gè)電池單元，所述多個(gè)電池單元具有多個(gè)電池單元電壓；耦合于所述多個(gè)電池模塊的多個(gè)均衡模塊，其中，每個(gè)均衡模塊根據(jù)所述多個(gè)電池單元在恒流充電模式下的充電電流的值設(shè)置第一電壓閾值，并當(dāng)所述多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓不滿足所述第一電壓閾值的要求時(shí)，啟動(dòng)對(duì)所述多個(gè)電池單元的均衡檢查。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓大于所述第一電壓閾值時(shí)，啟動(dòng)所述均衡檢查。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述多個(gè)電池單元電壓中的一個(gè)電池單元電壓小于所述第一電壓閾值時(shí)，啟動(dòng)所述均衡檢查。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述每個(gè)均衡模塊包括: 耦合于所述多個(gè)電池單元的多個(gè)比較器，用于將所述多個(gè)電池單元電壓中的每個(gè)電池單元電壓與第二電壓閾值進(jìn)行比較，并產(chǎn)生多個(gè)比較信號(hào)，還根據(jù)所述多個(gè)比較信號(hào)均衡所述多個(gè)電池單元，以將所述每個(gè)電池單元電壓調(diào)節(jié)到所述第二電壓閾值。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)均衡模塊設(shè)置多個(gè)第二電壓閾值，所述多個(gè)第二 電壓閾值相等。
【文檔編號(hào)】H01M10/44GK103855747SQ201210516922
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月5日
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