電池電壓均衡裝置制造方法
【專利摘要】一種在對(duì)鋰電池組進(jìn)行充電時(shí)能夠均衡每一個(gè)鋰電池兩端的電池電壓的電池電壓均衡裝置。該電池電壓均衡裝置具有分流開(kāi)關(guān)回路，包含分別連接在相對(duì)應(yīng)的鋰電池的兩端并用于分流控制相應(yīng)的鋰電池的充電電流的開(kāi)關(guān)部分；均衡參考電壓取得回路，根據(jù)復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池的個(gè)數(shù)對(duì)復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池在充電過(guò)程中的總電壓進(jìn)行分壓從而取得相對(duì)于每一個(gè)鋰電池的動(dòng)態(tài)平均電壓，并取得基于該動(dòng)態(tài)平均電壓的動(dòng)態(tài)均衡參考電壓；開(kāi)關(guān)控制回路，包含分別與開(kāi)關(guān)部分相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)開(kāi)關(guān)控制部分，每一個(gè)開(kāi)關(guān)控制部分根據(jù)對(duì)應(yīng)的鋰電池兩端的充電電壓以及動(dòng)態(tài)均衡參考電壓控制對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)部分，當(dāng)充電電壓大于等于動(dòng)態(tài)均衡參考電壓時(shí)，導(dǎo)通開(kāi)關(guān)部分分流相對(duì)應(yīng)的充電電流。
【專利說(shuō)明】電池電壓均衡裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種均衡鋰電池組中的每一個(gè)鋰電池兩端的電池電壓的電池電壓均
衡裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]多節(jié)串聯(lián)鋰離子電池組中，由于各節(jié)電池的額定電學(xué)特性、物理和化學(xué)特性存在一定的不匹配性，導(dǎo)致在充放電一段時(shí)間之后，單體電池之間的不匹配性加劇，即電池電壓不均衡。該電池電壓不均衡的具體表現(xiàn)為:電池組結(jié)束充電時(shí)，部分單體電池電壓達(dá)到了過(guò)充電壓值，而部分單體電池電壓仍然低于過(guò)充電壓值，少數(shù)電池電壓甚至遠(yuǎn)低于過(guò)充電壓值；而在電池組結(jié)束放電時(shí),也有類似情況發(fā)生,從而導(dǎo)致鋰電池組中的電壓最高的單體電池和電壓最低的單體電池之間的電壓差值很大。而電壓差值會(huì)進(jìn)一步加劇電池之間的電壓不均衡和容量不均衡，從而最終嚴(yán)重影響到電池組的實(shí)際使用壽命。很多報(bào)告指出，單體電池的使用壽命可達(dá)500?1000次全充全放周期；而電池組因?yàn)樯鲜鰡?wèn)題的影響，使用壽命通常只能達(dá)到約100次全充全放周期。
[0003]為了解決上述問(wèn)題，電池組一般會(huì)配套電池均衡電路。電池均衡電路和均衡策略種類很多。
[0004]圖17是以前的電池電壓均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖17所示，目前工業(yè)界常用的是低成本的電池電壓均衡裝置10包含電阻放電通路11以及控制信號(hào)生成電路12。
[0005]其均衡過(guò)程可簡(jiǎn)述如下:每節(jié)鋰電池的兩端都跨接有一個(gè)用電子開(kāi)關(guān)控制通斷的電阻放電通路11。利用一個(gè)比較器或運(yùn)算放大器生成控制信號(hào)控制一個(gè)電子開(kāi)關(guān)的通斷。比較器或運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入是單節(jié)鋰電池的電壓的分壓；另一個(gè)輸入是一個(gè)均衡用電壓基準(zhǔn)值(例如，和比較器共地的齊納電壓源)Vcb，該Vcb為固定電壓。這樣，在充電時(shí)，當(dāng)單節(jié)鋰電池電壓超過(guò)均衡用電壓基準(zhǔn)值Vcb值時(shí)，比較器輸出跳轉(zhuǎn)，電子開(kāi)關(guān)被打開(kāi)，該節(jié)單體鋰電池對(duì)應(yīng)的電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，電阻放電，進(jìn)入該節(jié)電池的充電電流被分流，從而降低了該節(jié)單體電池充電速率。而其他電池仍然以原先較快的充電速率在充電，這樣，這節(jié)單體電池和其他電池之間的電壓差就會(huì)減小。當(dāng)某一節(jié)單體電池率先充到過(guò)充電壓保護(hù)檢測(cè)值Vdetl時(shí)，充電電路中的充電電源關(guān)斷，停止為整個(gè)電池組充電。
[0006]上述的電池電壓均衡裝置簡(jiǎn)單有效，控制信號(hào)易于生成，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但是，其也有不足之處。
[0007]目前常用的電池組過(guò)充保護(hù)策略是:當(dāng)一個(gè)電池電壓超過(guò)過(guò)充保護(hù)閾值Vdetl時(shí)，整個(gè)電池組停止充電；而當(dāng)所有單體電池的電壓都低于過(guò)充電壓保護(hù)解除閾值Vrell時(shí)，電池組才可以恢復(fù)充電。對(duì)這過(guò)充保護(hù)加以考慮的話，那么，上述電池電壓均衡裝置10具有兩種設(shè)定均衡用電壓基準(zhǔn)值Vcb的方法。
[0008]圖18是以前的電池電壓均衡裝置中的均衡用電壓基準(zhǔn)值的一種設(shè)定方法的效果圖。如圖18所示，電池電壓均衡裝置10采用均衡用電壓基準(zhǔn)值Vcb〈過(guò)充電壓保護(hù)解除閾值Vrell的方法來(lái)設(shè)定Vcb。根據(jù)該方法即可假定Vdetl=4.3V, Vrel 1=4.2V, Vcb=4.1V。圖20中的B1、B2和B3圓球的高度代表圖19中的三節(jié)鋰電池的電壓。往Vdetl方向的箭頭代表電壓升高JiVcb方向的箭頭代表電壓降低；沒(méi)有箭頭代表電壓不變。箭頭長(zhǎng)短代表充電速率快慢:箭頭長(zhǎng)代表充電速率快，箭頭短代表充電速率慢，箭頭長(zhǎng)度相等代表充電速率相等。
[0009]采用該種方法的電池電壓均衡裝置的缺點(diǎn)在于:
[0010]a.在均衡后期，當(dāng)所有單體鋰電池的電壓都高于Vcb時(shí)，所有的均衡放電通路都導(dǎo)通，此時(shí)各個(gè)單體電池的充電速率又都一樣，各個(gè)電池之間的電壓差距無(wú)法再進(jìn)一步縮小，電池電壓均衡裝置10就失去了調(diào)節(jié)充電速率的作用。如果這種差距很大，特別是Vcb遠(yuǎn)小于Vrell時(shí)，電池電壓均衡裝置10就僅僅是一定程度上減小了電壓的不均衡，而無(wú)法大大縮小甚至消除這種不均衡。
[0011]b.當(dāng)某節(jié)鋰電池的電壓到達(dá)Vdetl后，充電停止，但是該鋰電池仍然通過(guò)電池電壓均衡裝置10放電直至電壓小于Vrell ;當(dāng)單體鋰電池電壓小于Vrell時(shí)，充電保護(hù)解除，充電又開(kāi)始，該電池的電壓又會(huì)逐漸增加至Vdetl，充電停止……如此永遠(yuǎn)地循環(huán)往復(fù)下去直至充電電源被拔掉。在此循環(huán)往復(fù)過(guò)程中，大量的熱量生成，電池組、電路板和電路板上的MOSFET的使用壽命都將受到影響。
[0012]圖19是以前的電池電壓均衡裝置中的均衡用電壓基準(zhǔn)值的采用另一種設(shè)定方法的效果圖。如圖19所示，電池電壓均衡裝置10采用過(guò)充保護(hù)閾值Vdetl〉均衡用電壓基準(zhǔn)值Vcb>過(guò)充電壓保護(hù)解除閾值Vrell的方法來(lái)設(shè)定Vcb，此時(shí)即可假定Vdetl=4.3V, Vrel 1=4.2V, Vcb=4.25V。圖19中的符號(hào)和箭頭以及箭頭長(zhǎng)短的含義與圖18中的相同。由此可見(jiàn)，改種方法的缺點(diǎn)在于如果充電一開(kāi)始電池電壓就有較大的不均衡，那么當(dāng)均衡過(guò)程進(jìn)入結(jié)束態(tài)時(shí)，有可能仍然有部分單體電池之間存在較大的電壓差異。
[0013]綜上，該兩種Vcb的設(shè)定方法雖然都很簡(jiǎn)單，但是都有很明顯的缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)導(dǎo)致電池電壓均衡裝置10控制`均衡的功能較差，均衡的效果在實(shí)際應(yīng)用中不盡如人意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的在于提供一種控制鋰電池電壓均衡更好的電池電壓均衡裝置。
[0015]本發(fā)明提供的一種電池電壓均衡裝置，在對(duì)串聯(lián)在一起的復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池進(jìn)行充電時(shí)能夠均衡每一個(gè)鋰電池兩端的電池電壓，其特征在于，包括分流開(kāi)關(guān)回路，包含分別與復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)開(kāi)關(guān)部分，每一個(gè)開(kāi)關(guān)部分連接在對(duì)應(yīng)的鋰電池的兩端，用于對(duì)相應(yīng)的鋰電池的充電電流進(jìn)行分流控制；均衡參考電壓取得回路，根據(jù)復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池的個(gè)數(shù)對(duì)復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池在充電過(guò)程中的總電壓進(jìn)行分壓從而取得相對(duì)于每一個(gè)鋰電池的動(dòng)態(tài)平均電壓，并根據(jù)該動(dòng)態(tài)平均電壓取得對(duì)應(yīng)于每一個(gè)鋰電池的動(dòng)態(tài)均衡參考電壓；以及開(kāi)關(guān)控制回路，包含分別與開(kāi)關(guān)部分相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)開(kāi)關(guān)控制部分，每一個(gè)開(kāi)關(guān)控制部分根據(jù)對(duì)應(yīng)的鋰電池兩端的充電電壓以及動(dòng)態(tài)均衡參考電壓控制對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)部分，當(dāng)充電電壓大于等于動(dòng)態(tài)均衡參考電壓時(shí)，導(dǎo)通開(kāi)關(guān)部分從而分流相對(duì)應(yīng)的充電電流，當(dāng)充電電壓小于動(dòng)態(tài)均衡參考電壓時(shí)，關(guān)閉開(kāi)關(guān)部分從而使得相對(duì)應(yīng)的充電電流全部流經(jīng)對(duì)應(yīng)的鋰電池。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0016]圖1是本發(fā)明在實(shí)施例一中的電池電壓均衡裝置的框圖；
[0017]圖2是本發(fā)明在實(shí)施例一中的電池電壓均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明在實(shí)施例一中的電池電壓均衡裝置的電路圖；
[0019]圖4是本發(fā)明在實(shí)施例一中的電池電壓均衡裝置的效果圖；
[0020]圖5是本發(fā)明在實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置的框圖；
[0021]圖6是本發(fā)明在實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7是本發(fā)明在實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置的電路圖；
[0023]圖8是本發(fā)明在實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置的效果圖；
[0024]圖9是本發(fā)明在實(shí)施例三中的電池電壓均衡裝置的框圖；
[0025]圖10是本發(fā)明在實(shí)施例三中的電池電壓均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖11是本發(fā)明在實(shí)施例三中的電池電壓均衡裝置的電路圖；
[0027]圖12是本發(fā)明在實(shí)施例三中的電池電壓均衡裝置的效果圖；
[0028]圖13是本發(fā)明在實(shí)施例四中的電池電壓均衡裝置的框圖；
[0029]圖14是本發(fā)明在實(shí)施例四中的電池電壓均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖15是本發(fā)明在實(shí)施例四中的電池電壓均衡裝置的電路圖；
[0031]圖16是本發(fā)明在實(shí)施例四中的電池電壓均衡裝置的效果圖；
[0032]圖17是以前的電池電壓均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖18是以前的電池電壓均衡裝置中的均衡電壓基準(zhǔn)源的一種設(shè)定方法的效果圖；
[0034]圖19是以前的電池電壓均衡裝置中的均衡電壓基準(zhǔn)源的另一種設(shè)定方法的效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明提供的一種電池電壓均衡裝置，在對(duì)串聯(lián)在一起的復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池進(jìn)行充電時(shí)能夠均衡每一個(gè)鋰電池兩端的電池電壓，其作為具體實(shí)施形態(tài)可以包括分流開(kāi)關(guān)回路，包含分別與復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)開(kāi)關(guān)部分，每一個(gè)開(kāi)關(guān)部分連接在對(duì)應(yīng)的鋰電池的兩端，用于對(duì)相應(yīng)的鋰電池的充電電流進(jìn)行分流控制；均衡參考電壓取得回路，根據(jù)復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池的個(gè)數(shù)對(duì)復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池在充電過(guò)程中的總電壓進(jìn)行分壓從而取得相對(duì)于每一個(gè)鋰電池的動(dòng)態(tài)平均電壓，并根據(jù)該動(dòng)態(tài)平均電壓取得對(duì)應(yīng)于每一個(gè)鋰電池的動(dòng)態(tài)均衡參考電壓；以及開(kāi)關(guān)控制回路，包含分別與開(kāi)關(guān)部分相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)開(kāi)關(guān)控制部分，每一個(gè)開(kāi)關(guān)控制部分根據(jù)對(duì)應(yīng)的鋰電池兩端的充電電壓以及動(dòng)態(tài)均衡參考電壓控制對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)部分，當(dāng)充電電壓大于等于動(dòng)態(tài)均衡參考電壓時(shí)，導(dǎo)通開(kāi)關(guān)部分從而分流相對(duì)應(yīng)的充電電流，當(dāng)充電電壓小于動(dòng)態(tài)均衡參考電壓時(shí)，關(guān)閉開(kāi)關(guān)部分從而使得相對(duì)應(yīng)的充電電流全部流經(jīng)對(duì)應(yīng)的鋰電池。
[0036]作為一種具體實(shí)施形態(tài)，本發(fā)明提供的電池電壓均衡裝置的均衡參考電壓取得回路可以包含有對(duì)總電壓進(jìn)行分壓的分壓器；把該分壓器輸出的動(dòng)態(tài)平均電壓轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)平均電流的電壓電流轉(zhuǎn)換器；根據(jù)該動(dòng)態(tài)平均電流取得對(duì)應(yīng)于每一個(gè)鋰電池的動(dòng)態(tài)均衡參考電流的電流鏡像器；以及把該動(dòng)態(tài)均衡參考電流轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)均衡參考電壓的電流電壓轉(zhuǎn)換器，[0037]開(kāi)關(guān)控制部分含有運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器根據(jù)對(duì)應(yīng)的充電電壓以及動(dòng)態(tài)均衡參考電壓輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，
[0038]開(kāi)關(guān)部分由電阻以及NMOS管構(gòu)成，電阻的一端連接對(duì)應(yīng)的鋰電池的高電位端，電阻的另一端連接NMOS管的漏極，NMOS管的源極連接對(duì)應(yīng)的鋰電池的低電位端，NMOS管的柵極接受開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
[0039]該實(shí)施形態(tài)中，本發(fā)明體提供的電池電壓均衡裝置的均衡終止判斷回路可以根據(jù)充電電壓和平均電壓中的至少一種電壓以及與過(guò)充保護(hù)閾值相對(duì)應(yīng)而設(shè)定的至少一個(gè)均衡終止設(shè)定閾值，在復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池中的任何一個(gè)發(fā)生過(guò)充時(shí)，作出均衡終止判斷并使得所有開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0040]該實(shí)施形態(tài)中，本發(fā)明體提供的電池電壓均衡裝置的均衡終止判斷回路由一個(gè)均衡終止判斷用比較器和一個(gè)使能判斷邏輯電路構(gòu)成，
[0041]均衡終止判斷用比較器從分壓器的輸出端接受與動(dòng)態(tài)平均電壓相對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)電壓以及接受均衡終止設(shè)定閾值，當(dāng)對(duì)應(yīng)電壓大于等于均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，輸出均衡終止信號(hào)，
[0042]使能判斷邏輯電路根據(jù)均衡終止信號(hào)以及發(fā)生過(guò)充時(shí)由外部過(guò)充保護(hù)電路提供的過(guò)充抑制信號(hào)，輸出使能不可信號(hào)給電壓電流轉(zhuǎn)換器的使能端，該電壓電流轉(zhuǎn)換器輸出不使能信號(hào)使得所有開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0043]該實(shí)施形態(tài)中，本發(fā)明提供的電池電壓均衡裝置的均衡終止判斷回路由與復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池分別相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)均衡終止判斷用比較器，一個(gè)電平轉(zhuǎn)換邏輯電路和一個(gè)使能判斷邏輯電路構(gòu)成，
[0044]均衡終止判斷用比較器接受與對(duì)應(yīng)的鋰電池的充電電壓相對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)電壓以及接受均衡終止設(shè)定閾值，當(dāng)對(duì)應(yīng)電壓大于等于均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，輸出滿充閾值信號(hào)，
[0045]電平轉(zhuǎn)換邏輯電路的復(fù)數(shù)個(gè)輸入端分別與復(fù)數(shù)個(gè)均衡終止判斷用比較器的輸出端相連接，當(dāng)復(fù)數(shù)個(gè)均衡終止判斷用比較器都輸出滿充閾值信號(hào)時(shí)，電平轉(zhuǎn)換邏輯電路輸出均衡終止信號(hào)，
[0046]使能判斷邏輯電路根據(jù)均衡終止信號(hào)以及發(fā)生過(guò)充時(shí)由外部過(guò)充保護(hù)電路提供的過(guò)充抑制信號(hào)，輸出使能不可信號(hào)給電壓電流轉(zhuǎn)換器的使能端，該電壓電流轉(zhuǎn)換器輸出不使能信號(hào)使得所有開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0047]該實(shí)施形態(tài)中，本發(fā)明提供的電池電壓均衡裝置的均衡終止判斷回路包含第一均衡終止判斷回路，第二均衡終止判斷回路以及使能判斷邏輯電路，
[0048]第一均衡終止判斷回路由與復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池分別相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)第一均衡終止判斷用比較器以及一個(gè)電平轉(zhuǎn)換邏輯電路，
[0049]第一均衡終止判斷用比較器接受與對(duì)應(yīng)的鋰電池的充電電壓相對(duì)應(yīng)的第一對(duì)應(yīng)電壓以及接受第一均衡終止設(shè)定閾值，當(dāng)?shù)谝粚?duì)應(yīng)電壓大于等于第一均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，輸出滿充閾值信號(hào)，
[0050]電平轉(zhuǎn)換邏輯電路的復(fù)數(shù)個(gè)輸入端分別與復(fù)數(shù)個(gè)第一均衡終止判斷用比較器的輸出端相連接，當(dāng)復(fù)數(shù)個(gè)第一均衡終止判斷用比較器都輸出滿充閾值信號(hào)時(shí)，電平轉(zhuǎn)換邏輯電路輸出第一均衡終止信號(hào)，
[0051]第二均衡終止判斷回路含有一個(gè)第二均衡終止判斷用比較器，[0052]第二均衡終止判斷用比較器從分壓器的輸出端接受與動(dòng)態(tài)平均電壓相對(duì)應(yīng)的第二對(duì)應(yīng)電壓以及接受第二均衡終止設(shè)定閾值，當(dāng)?shù)诙?duì)應(yīng)電壓大于等于第二均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，輸出第二均衡終止信號(hào)，
[0053]使能判斷邏輯電路根據(jù)第一均衡終止信號(hào)，第二均衡終止信號(hào)以及發(fā)生過(guò)充時(shí)由外部過(guò)充保護(hù)電路提供的過(guò)充抑制信號(hào)，輸出使能不可信號(hào)給電壓電流轉(zhuǎn)換器的使能端，該電壓電流轉(zhuǎn)換器輸出不使能信號(hào)使得所有開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0054]該實(shí)施形態(tài)中，在本發(fā)明提供的電池電壓均衡裝置中，當(dāng)?shù)谝粚?duì)應(yīng)電壓以預(yù)設(shè)比例與相對(duì)應(yīng)的鋰電池的充電電壓相對(duì)應(yīng)，第二對(duì)應(yīng)電壓以預(yù)設(shè)比例與動(dòng)態(tài)平均電壓相對(duì)應(yīng)時(shí)，第一均衡終止設(shè)定閾值小于第二均衡終止設(shè)定閾值。
[0055]作為另一種具體實(shí)施形態(tài)，本發(fā)明提供的電池電壓均衡裝置的均衡參考電壓取得回路可以包含對(duì)總電壓進(jìn)行分壓的分壓器；把該分壓器輸出的動(dòng)態(tài)平均電壓轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)平均電流的電壓電流轉(zhuǎn)換器；根據(jù)該動(dòng)態(tài)平均電流取得對(duì)應(yīng)于每一個(gè)鋰電池的動(dòng)態(tài)均衡參考電流的電流鏡像器；以及把該動(dòng)態(tài)均衡參考電流轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)均衡參考電壓的電流電壓轉(zhuǎn)換器，
[0056]開(kāi)關(guān)控制部分含有開(kāi)關(guān)控制用比較器，該開(kāi)關(guān)控制用比較器根據(jù)對(duì)應(yīng)的充電電壓以及動(dòng)態(tài)均衡參考電壓輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，
[0057]開(kāi)關(guān)部分由電阻以及PMOS管構(gòu)成，電阻的一端連接對(duì)應(yīng)的鋰電池的低電位端，電阻的另一端連接PMOS管的源極，PMOS管的漏極連接對(duì)應(yīng)的鋰電池的高電位端，PMOS管的柵極接受開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
[0058]該實(shí)施形態(tài)中的電池電壓均衡裝置的均衡終止判斷回路能夠根據(jù)充電電壓和平均電壓中的任何一種電壓以及與過(guò)充保護(hù)閾值相對(duì)應(yīng)而設(shè)定的至少一個(gè)均衡終止設(shè)定閾值，在復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池中的任何一個(gè)發(fā)生過(guò)充時(shí)，作出均衡終止判斷并使得所有開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0059]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明提供的電池電壓均衡裝置進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0060]實(shí)施例一
[0061]圖1是本實(shí)施例一中的電池電壓均衡裝置的框圖；圖2是本發(fā)明在實(shí)施例一中的電池電壓均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1、2所示，一種電池電壓均衡裝置100具有分流開(kāi)關(guān)回路110、均衡參考電壓取得回路120、開(kāi)關(guān)控制回路130。該電池電壓均衡裝置100的功能在于在對(duì)串聯(lián)在一起的三個(gè)鋰電池(B1\B2\B3)構(gòu)成的鋰電池組進(jìn)行充電時(shí)能夠均衡每一個(gè)鋰電池兩端的電池電壓。
[0062]圖3是本發(fā)明在實(shí)施例一中的電池電壓均衡裝置的電路圖。如圖3所示，分流開(kāi)關(guān)回路110用于對(duì)相應(yīng)的鋰電池的充電電流進(jìn)行分流控制，具有與鋰電池BI相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)部分111、與鋰電池B2相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)部分112、與鋰電池B3相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)部分113。
[0063]該三個(gè)開(kāi)關(guān)部分分別連接在對(duì)應(yīng)的鋰電池的兩端，都是由電阻以及NMOS管構(gòu)成。電阻的一端連接對(duì)應(yīng)的鋰電池的高電位端，另一端連接NMOS管的漏極。NMOS管的源極連接對(duì)應(yīng)的鋰電池的低電位端，NMOS管的柵極與開(kāi)關(guān)控制回路130的輸出端相連接以接受開(kāi)關(guān)控制回路130所輸出的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
[0064]均衡參考電壓取得回路120具有分壓器121、電壓電流轉(zhuǎn)換器122、電流鏡像器123、電流電壓轉(zhuǎn)換器124。[0065]分壓器121由電阻R1、電阻R2、電阻R3三者依次串聯(lián)而成。其中，電阻Rl的一端連接鋰電池組的低電位端VSS，電阻R3的一端連接連接鋰電池組的高電位端VDD，另一端連接電阻R2的一端的同時(shí)還連接有電壓電流轉(zhuǎn)換器122的一個(gè)輸入端。
[0066]該三個(gè)電阻的阻值之間的關(guān)系為電阻R3的阻值等于電阻R2和電阻Rl的總阻值的兩倍，即R3=2*(R1+R2)。從而分壓器121根據(jù)了鋰電池的個(gè)數(shù)為三個(gè)來(lái)對(duì)鋰電池組的總電壓進(jìn)行分壓，并得到了相對(duì)于每一個(gè)鋰電池的動(dòng)態(tài)平均電壓V_avg。
[0067]電壓電流轉(zhuǎn)換器122的功能在于把分壓器121輸出的動(dòng)態(tài)平均電壓V_avg轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)平均電流I_avg。為了該功能,其采用了包括單位增益放大器(buffer, BUF)、電容Cl、由NMOS管構(gòu)成的電流源NI的結(jié)構(gòu)。
[0068]BUF129的正相輸入端連接電阻R3接收分壓器121發(fā)出的動(dòng)態(tài)平均電壓V_avg，BUF129的負(fù)相輸入端連接的負(fù)相輸入端連接該BUF129的輸出端。在該BUF129上還設(shè)有兩個(gè)連接端，其中一個(gè)連接端連接一個(gè)基準(zhǔn)電壓源，另一個(gè)連接端連接鋰電池組的低電位端VSS。該BUF所連接的基準(zhǔn)電壓源可以齊納基準(zhǔn)源產(chǎn)生，而本實(shí)施例中的基準(zhǔn)電壓源為5V。
[0069]電容Cl的一端連接BUF的輸出端，另一端連接鋰電池組的低電位端VSS。
[0070]電流源NI的柵極連接BUF的輸出端，其源極連接鋰電池的低電位端VSS，其漏極作為電壓電流轉(zhuǎn)換器122的輸出端來(lái)與電流鏡像器123相連接。
[0071]電流鏡像器123的功能為根據(jù)動(dòng)態(tài)平均電流I_avg取得對(duì)應(yīng)于每一個(gè)鋰電池的動(dòng)態(tài)均衡參考電流。該電流鏡像器123具有由一個(gè)PMOS管構(gòu)成的電流源P1、由一個(gè)PMOS管構(gòu)成的電流鏡P2、由一個(gè)PMOS管構(gòu)成的電流鏡P3、由一個(gè)PMOS管構(gòu)成的電流鏡P4構(gòu)成。
[0072]電流源Pl的柵極連接有電流鏡P2的柵極、電流鏡P3的柵極、電流鏡P4的柵極、以及電流源Pl的源極。電流源Pl的源極還連接電壓電流轉(zhuǎn)換器122中的電流源NI的漏極。電流源Pl的的漏極連接鋰電池組的高電位端VDD。
[0073]電流鏡P2的漏極、電流鏡P3的漏極、電流鏡P4的漏極都分別連接鋰電池組的負(fù)端VDD，電流鏡P2的源極、電流鏡P2的源極、電流鏡P3的源極都分別連接電流電壓轉(zhuǎn)換器124的三個(gè)輸入端。
[0074]電流鏡像器123通過(guò)以上的結(jié)構(gòu)根據(jù)動(dòng)態(tài)平均電流I_avg獲得了三個(gè)對(duì)應(yīng)于每一個(gè)鋰電池的動(dòng)態(tài)均衡參考電流 I_avgl、I_avg2、I_avg3, I_avgl=I_avg2=I_avg3=I_avg/η(n為大于零的實(shí)數(shù))。I_avgl從電流鏡P4的源極流向電流電壓轉(zhuǎn)換器124的對(duì)應(yīng)于鋰電池BI的輸入端。I_avg2從電流鏡P3的源極流向電流電壓轉(zhuǎn)換器124的對(duì)應(yīng)于鋰電池B2的輸入端。I_avg3從電流鏡P2的源極流向電流電壓轉(zhuǎn)換器124的對(duì)應(yīng)于鋰電池B3的輸入端。
[0075]電流電壓轉(zhuǎn)換器124具有分別對(duì)應(yīng)于三個(gè)鋰電池的電流電壓轉(zhuǎn)換回路125、電流電壓轉(zhuǎn)換回路126、電流電壓轉(zhuǎn)換回路127。電流電壓轉(zhuǎn)換回路125對(duì)應(yīng)于鋰電池BI，電流電壓轉(zhuǎn)換回路126對(duì)應(yīng)于鋰電池B2，電流電壓轉(zhuǎn)換回路127對(duì)應(yīng)于鋰電池B3。
[0076]每一個(gè)電流電壓轉(zhuǎn)換回路都是由電阻構(gòu)成。電流電壓轉(zhuǎn)換回路125中的電阻R4的一端連接電流鏡P4的源極以及電流電壓轉(zhuǎn)換器124的一個(gè)輸入端，另一端連接鋰電池BI的低電位端。電流電壓轉(zhuǎn)換回路126中的電阻R5的一端連接電流鏡P3的源極以及電流電壓轉(zhuǎn)換器124的另一個(gè)輸入端，另一端連接鋰電池B2的低電位端。電流電壓轉(zhuǎn)換回路127中的電阻R6的一端連接電流鏡P2的源極以及電流電壓轉(zhuǎn)換器124的其次一個(gè)輸入端，另一端連接鋰電池B3的低電位端。
[0077]該電流電壓轉(zhuǎn)換器124的功能在于把動(dòng)態(tài)均衡參考電流I_avgl、I_avg2、I_avg3分別轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)均衡參考電壓Vcbl、Vcb2、Vcb3，Vcbl=Vcb2=Vcb3。
[0078]開(kāi)關(guān)控制回路130包含與開(kāi)關(guān)部分111相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)控制部分131、與開(kāi)關(guān)部分112相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)控制部分132、與開(kāi)關(guān)部分113相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)控制部分133。
[0079]從而開(kāi)關(guān)控制部分131接受電流電壓轉(zhuǎn)換回路125輸出的動(dòng)態(tài)均衡參考電壓Vcbl，開(kāi)關(guān)控制部分132接受電流電壓轉(zhuǎn)換回路126輸出的動(dòng)態(tài)均衡參考電壓Vcb2，開(kāi)關(guān)控制部分133接受電流電壓轉(zhuǎn)換回路127輸出動(dòng)態(tài)均衡參考電壓Vcb3。
[0080]每一個(gè)開(kāi)關(guān)控制部分都是由一個(gè)分壓器和一個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的。每一個(gè)分壓器都是由兩個(gè)電阻構(gòu)成。
[0081]開(kāi)關(guān)控制部分131中的分壓器134由電阻R7和電阻R8構(gòu)成，電阻R7的一端連接鋰電池BI的高電位端，另一端連接有電阻R8的一端以及開(kāi)關(guān)控制部分131中的分壓器135的正相輸入端。電阻R8的另一端連接鋰電池BI的低電位端。將鋰電池BI兩端的實(shí)時(shí)電壓記作Vbl，該分壓器134輸出的分壓電壓為(Vbl)/n，從而比較器135的正相輸入端接受到的電壓為(Vbl)/n，負(fù)相輸入端接受動(dòng)態(tài)均衡參考電壓Vcbl，比較器135根據(jù)(Vbl)/n和Vcbl輸出一個(gè)控制開(kāi)關(guān)部分111的信號(hào)contl。
[0082]開(kāi)關(guān)控制部分132中的分壓器136由電阻R9和電阻RlO構(gòu)成，電阻R9的一端連接鋰電池B2的高電位端，另一端連接有電阻RlO的一端以及開(kāi)關(guān)控制部分132中的分壓器137的正相輸入端。電阻RlO的另一端連接鋰電池B2的低電位端。將鋰電池B2兩端的實(shí)時(shí)電壓記作Vb2，該分壓器136輸出的分壓電壓為(Vb2)/n，從而比較器137的正相輸入端接受到的電壓為(Vb2)/n，負(fù)相輸入端接受動(dòng)態(tài)均衡參考電壓Vcb2，比較器137根據(jù)(Vb2)/n和Vcb2輸出一個(gè)控制開(kāi)關(guān)部分112的信號(hào)cont2。
[0083]開(kāi)關(guān)控制部分133中的分壓器138由電阻Rl I和電阻R12構(gòu)成，電阻Rl I的一端連接鋰電池B3的高電位端，另一端連接有電阻Rll的一端以及開(kāi)關(guān)控制部分133中的分壓器138的正相輸入端。電阻Rll的另一端連接鋰電池B3的低電位端。將鋰電池B3兩端的實(shí)時(shí)電壓記作Vb3，該分壓器136輸出的分壓電壓為(Vb3)/n，從而比較器137的正相輸入端接受到的電壓為(Vb3) /n,負(fù)相輸入端接受動(dòng)態(tài)均衡參考電壓Vcb3，比較器139根據(jù)(Vb3)/n和Vcb3輸出一個(gè)控制開(kāi)關(guān)部分113的信號(hào)cont3。
[0084]開(kāi)關(guān)部分111由電阻R13和NMOS管N2構(gòu)成。NMOS管N2的柵極與比較器135的輸出端從而接受信號(hào)contl。
[0085]開(kāi)關(guān)部分112由電阻R14和NMOS管N3構(gòu)成。NMOS管N3的柵極與比較器137的輸出端從而接受信號(hào)cont2。
[0086]開(kāi)關(guān)部分112由電阻R15和NMOS管N4構(gòu)成。NMOS管N4的柵極與比較器139的輸出端從而接受信號(hào)cont3。
[0087]該電池電壓均衡裝置100對(duì)鋰電池組進(jìn)行充電的時(shí)候充電電源會(huì)按照?qǐng)D3所示的充電電流方向來(lái)對(duì)電池組進(jìn)行充電，分壓器121實(shí)時(shí)根據(jù)鋰電池組的總電壓和鋰電池的個(gè)數(shù)來(lái)輸出動(dòng)態(tài)平均電壓，電壓電流轉(zhuǎn)換器122實(shí)時(shí)輸出動(dòng)態(tài)平均電流。電流鏡像電路根據(jù)該動(dòng)態(tài)平均電流來(lái)鏡像出三個(gè)大小相同的I_avgl、I_avg2、I_avg3。電流電壓轉(zhuǎn)換器126將該大小相同的I_avgl、I_avg2、I_avg3分別轉(zhuǎn)換為大小也相同的Vcbl、Vcb2、Vcb3。[0088]比較器135根據(jù)Vcbl以及與該Vcbl相對(duì)應(yīng)的電壓(Vbl)/n來(lái)輸出信號(hào)contl。當(dāng)Vcbl大于(Vbl)/n時(shí)，比較器135輸出一個(gè)低電平，開(kāi)關(guān)部分111的NMOS管N2不導(dǎo)通，即開(kāi)關(guān)部分111處于關(guān)閉狀態(tài)，從而開(kāi)關(guān)部分111不會(huì)流向鋰電池BI的充電電流進(jìn)行分流。當(dāng)Vcbl小于(Vbl)/n時(shí)，比較器135輸出一個(gè)高電平，開(kāi)關(guān)部分111的NMOS管N2導(dǎo)通，即開(kāi)關(guān)部分111處于導(dǎo)通狀態(tài)，開(kāi)關(guān)部分111對(duì)流向鋰電池B2的充電電流進(jìn)行分流。流過(guò)鋰電池BI的充電電流就會(huì)變小，從而鋰電池BI的充電速度減慢。
[0089]比較器137和比較器139的結(jié)構(gòu)與比較器135完全相同，并且連接關(guān)系也與比較器135的連接關(guān)系相一致，從而其工作原理也與比較器135相同。
[0090]這樣該電池電壓均衡裝置100在鋰電池組被充電的過(guò)程中不斷地使得所有的電池的電壓都趨向于三者的平均電壓，從而實(shí)時(shí)的均衡所有鋰電池的電壓。
[0091 ] 圖4是本實(shí)施例中的電池電壓均衡裝置的效果圖。如圖4所示，圖4中的B1\B2\B3符號(hào)分別代表圖2中的三個(gè)鋰電池，圖4中的箭頭以及箭頭長(zhǎng)短的含義與圖20中的相同，在此省略說(shuō)明。另外，圖4中的鋰電池組的起始充電狀況與圖20中的鋰電池組的起始充電狀況是相同的。
[0092]狀態(tài)I為鋰電池組中所有的鋰電池都在被充電中，電池電壓均衡裝置100以動(dòng)態(tài)平均電壓V_avg作為一種均衡所有鋰電池的電壓的均衡基準(zhǔn)值來(lái)均衡所有鋰電池的電壓。
[0093]狀態(tài)2為鋰電池組中所有的鋰電池依然都在被充電均衡中，電池電壓均衡裝置100使使得所有鋰電池之間的電壓差距越來(lái)越小。
[0094]狀態(tài)3中，鋰電池BI的電壓達(dá)到過(guò)充電壓檢測(cè)閾值Vdetl，充電停止。鋰電池組為電池電壓均衡裝置內(nèi)部的構(gòu)成元件進(jìn)行供電。顯然此時(shí)的鋰電池BI的電壓大于動(dòng)態(tài)平均電壓，從而NMOS管N2是處于導(dǎo)通狀態(tài)的。從而鋰電池BI比鋰電池B2和B3放電快，從而鋰電池BI的電壓向動(dòng)態(tài)平均電壓靠近，從而電池電壓均衡裝置100依然在以動(dòng)態(tài)均衡參考電壓為基準(zhǔn)來(lái)均衡所有鋰電池的電壓。
[0095]狀態(tài)4中，鋰電池B3的電壓降到Vrell以下，過(guò)充保護(hù)解除，充電重新開(kāi)始，電池電壓均衡裝置100再次在所有鋰電池被充電的情況下繼續(xù)均衡所有鋰電池的電壓。
[0096]狀態(tài)5中，所有鋰電池都在被充電中，均衡中，最終電池電壓均衡裝置100的均衡作用使得電池電壓之間的差距很小。
[0097]在以上周而復(fù)始的均衡中，所有的鋰電池的電壓都會(huì)越來(lái)越接近與動(dòng)態(tài)平均電壓，電池電壓均衡裝置100的均衡作用持續(xù)，最終會(huì)達(dá)到所有的電池的電壓相等。圖4中的后續(xù)狀態(tài)為鋰電池組再次被停止充電的情況，顯然，此時(shí)，三個(gè)鋰電池的電壓相差已經(jīng)很微小了。
[0098]實(shí)施例一的作用與效果
[0099]綜上所述，本實(shí)施例中的電池電壓均衡裝置100通過(guò)均衡參考電壓取得回路120來(lái)取得動(dòng)態(tài)平均電壓并根據(jù)動(dòng)態(tài)平均電壓來(lái)獲得動(dòng)態(tài)均衡參考電壓，從而以該動(dòng)態(tài)均衡參考電壓與一個(gè)既與相對(duì)應(yīng)的鋰電池的實(shí)時(shí)電壓相對(duì)應(yīng)又于動(dòng)態(tài)均衡參考電壓相對(duì)應(yīng)的分壓電壓來(lái)控制所有鋰電池的均衡，使得所有的鋰電池的電壓都向動(dòng)態(tài)平均電壓靠近，從而大大縮小了所有鋰電池之間的電壓差，很好地均衡了所有鋰電池的電壓。另外，該電池電壓均衡裝置100是通過(guò)純硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。此外，該電池電壓均衡回路還可以直接搭配低成本的電阻放電均衡電路使用，既達(dá)到理想均衡效果又成本低，易推廣。
[0100]上述實(shí)施例中的開(kāi)關(guān)控制回路130中采用的運(yùn)算放大器來(lái)根據(jù)相對(duì)應(yīng)的鋰電池的實(shí)時(shí)電壓和動(dòng)態(tài)均衡參考電壓來(lái)輸出控制相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)部分的信號(hào)，顯然，開(kāi)關(guān)控制回路13中，還可以通過(guò)采用比較器等其他構(gòu)件來(lái)代替運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)相對(duì)應(yīng)的鋰電池的實(shí)時(shí)電壓和動(dòng)態(tài)均衡參考電壓來(lái)輸出控制相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)部分的信號(hào)的效果。
[0101]上述實(shí)施例中的分流開(kāi)關(guān)回路110中的所有開(kāi)關(guān)部分都是由電阻和N MOS管構(gòu)成的，顯然，開(kāi)關(guān)部分還可以由電阻以及PMOS管構(gòu)成。
[0102]當(dāng)開(kāi)關(guān)部分由電阻以及PMOS管構(gòu)成時(shí)，電阻的一端連接對(duì)應(yīng)的鋰電池的低電位端，電阻的另一端連接所述PMOS管的源極，PMOS管的漏極連接對(duì)應(yīng)的鋰電池的高電位端，PMOS管的柵極接受開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，這樣既實(shí)現(xiàn)了與上述的分流開(kāi)關(guān)回路110相同的功能。
[0103]實(shí)施例二
[0104]以下是對(duì)實(shí)施例二的說(shuō)明。對(duì)于和實(shí)施例一中相同的構(gòu)成要素，給予相同的符號(hào)，并省略相同的說(shuō)明。
[0105]圖5是本實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置的框圖；圖6是本實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5、6所示，一種電池電壓均衡裝置200具有在實(shí)施例一中的電池電壓均衡裝置100所含有的構(gòu)成要素外，還具有一個(gè)均衡終止判斷回路240。
[0106]該電池電壓均衡裝置200的功能也在于在對(duì)串聯(lián)在一起的三個(gè)鋰電池(Bl\B2\B3)構(gòu)成的鋰電池組進(jìn)行充電時(shí)能夠均衡每一個(gè)鋰電池兩端的電池電壓。其電壓電流轉(zhuǎn)換器222中的BUF具有如實(shí)施例一中的BUF的結(jié)構(gòu)外，還具有一個(gè)使能信號(hào)輸入端。
[0107]而電池電壓均衡裝置200中的均衡終止判斷回路240的功能則在于根據(jù)動(dòng)態(tài)平均電壓以及與過(guò)充保護(hù)閾值相對(duì)應(yīng)而設(shè)定的一個(gè)均衡終止設(shè)定閾值Vcbstop2，在三個(gè)鋰電池中的任何一個(gè)發(fā)生過(guò)充時(shí)，作出均衡終止判斷并使得所有開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0108]而該均衡終止判斷回路240是通過(guò)具有一個(gè)均衡終止判斷用比較器241和一個(gè)使能判斷邏輯電路242的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)以上功能的。
[0109]均衡終止判斷用比較器241從分壓器121的另一個(gè)輸出端接受一個(gè)對(duì)應(yīng)電壓以及接受均衡終止設(shè)定閾值Vcbst0p2，其中，對(duì)應(yīng)電壓等于V_avg/m (m為大于零的實(shí)數(shù))且對(duì)應(yīng)于均衡終止設(shè)定閾值。當(dāng)對(duì)應(yīng)電壓大于等于均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，均衡終止判斷用比較器241即會(huì)輸出一個(gè)均衡終止信號(hào)。
[0110]使能判斷邏輯電路242根據(jù)均衡終止信號(hào)以及發(fā)生過(guò)充時(shí)由外部過(guò)充保護(hù)電路150提供的過(guò)充抑制信號(hào)，輸出使能不可信號(hào)給電壓電流轉(zhuǎn)換器222的使能端，該電壓電流轉(zhuǎn)換器222輸出不使能信號(hào)使得所有開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0111]本實(shí)施例中假定電阻Rl的阻值等于8.58r，電阻R2的阻值等于3.08r，電阻R3的阻值等于1.2r，鋰電池的過(guò)充保護(hù)閾值為4.3V，過(guò)充保護(hù)接觸與之為4.1，鋰電池組的低電位端VSS為零。
[0112]圖7是本發(fā)明在實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置的電路圖。如圖7所示，均衡終止判斷用比較器241的正相輸入端連接于電阻Rl和電阻R2之間，從而接受到的電位為電阻Rl的高電位端的電位，該電位為(12*V_avg)/43，從而對(duì)應(yīng)電壓即為(12*V_avg)/43。均衡終止判斷用比較器241的負(fù)相輸入端接受一個(gè)齊納基準(zhǔn)源所輸出的均衡終止設(shè)定閾值
1.2V的電位。均衡終止判斷用比較器241的輸出端與使能判斷邏輯電路242的一個(gè)輸入端相連接。
[0113]均衡終止判斷用比較器241將均衡終止設(shè)定閾值1.2V與對(duì)應(yīng)電壓(12*V_avg)/43相比較，從而在對(duì)應(yīng)電壓大于等于均衡終止設(shè)定閾值時(shí)輸出一個(gè)均衡終止信號(hào)給使能判斷邏輯電路242。
[0114]使能判斷邏輯電路242由一個(gè)二輸與非門構(gòu)成。使能判斷邏輯電路242的另一輸入端接受過(guò)充抑制信號(hào)。使能判斷邏輯電路242的輸出端連接電壓電流轉(zhuǎn)換器222中的BUF229的使能信號(hào)輸入端。
[0115]由于使能判斷邏輯電路242具有以上結(jié)構(gòu)，從而其能夠根據(jù)過(guò)充抑制信號(hào)以及均衡終止信號(hào)來(lái)輸出使能不可信號(hào)給電壓電流轉(zhuǎn)換器222的使能端，而電壓電流轉(zhuǎn)換器222則輸出不使能信號(hào)來(lái)增大電壓電流轉(zhuǎn)換回路222輸出的動(dòng)態(tài)平均電流，使得開(kāi)關(guān)控制回路130中的比較器都輸出一個(gè)低電平，從而所有開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)，電池電壓均衡裝置200不能再對(duì)鋰電池組中的鋰電池進(jìn)行電壓均衡。
[0116]圖8是本實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置的效果圖。如圖8所示，圖8中的Bl\B2\B3符號(hào)分別代表圖6中的三個(gè)鋰電池，圖8中的箭頭長(zhǎng)短的含義與圖6中的相同，在此省略說(shuō)明。并且圖8中的鋰電池組的起始充電狀況與圖4中的鋰電池組的起始充電狀況是相同的。
[0117]狀態(tài)I中的鋰電池組中所有的鋰電池都在被充電中，電池電壓均衡裝置200以動(dòng)態(tài)平均電壓V_avg作為一種均衡所有鋰電池的電壓的均衡基準(zhǔn)值來(lái)均衡所有鋰電池的電壓。
[0118]狀態(tài)2為鋰電池組中所有的鋰電池依然都在被充電均衡中，電池電壓均衡裝置200使使得所有鋰電池之間的電壓差距越來(lái)越小。
[0119]狀態(tài)3中，鋰電池BI的電壓達(dá)到過(guò)充電壓檢測(cè)閾值Vdetl但是鋰電池組的得到的對(duì)應(yīng)電壓的值還小于均衡終止設(shè)定閾值1.2v，充電停止。鋰電池組為電池電壓均衡裝置內(nèi)部的構(gòu)成元件進(jìn)行供電。顯然此時(shí)的鋰電池BI的電壓大于動(dòng)態(tài)平均電壓，從而NMOS管N2是處于導(dǎo)通狀態(tài)的。從而鋰電池BI比鋰電池B2和B3放電快，從而鋰電池BI的電壓向動(dòng)態(tài)平均電壓靠近，從而電池電壓均衡裝置200依然在以動(dòng)態(tài)均衡參考電壓為基準(zhǔn)來(lái)均衡所有鋰電池的電壓。
[0120]狀態(tài)4中，鋰電池B3的電壓降到過(guò)充保護(hù)解除閾值Vrell4.1以下，過(guò)充保護(hù)解除，充電重新開(kāi)始，電池電壓均衡裝置200再次在所有鋰電池被充電的情況下繼續(xù)均衡所有鋰電池的電壓。
[0121]狀態(tài)5中，所有鋰電池都在被充電中，均衡中，所有鋰電池之間電池電壓之間的差
距很小。
[0122]狀態(tài)6中，當(dāng)對(duì)應(yīng)于所有的鋰電池的動(dòng)態(tài)平均電壓的對(duì)應(yīng)電壓大于均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，必然有至少一個(gè)鋰電池處于過(guò)充狀態(tài)，電池電壓均衡裝置200的均衡作用停止，三個(gè)鋰電池以相同的充電速率快速充電，鋰電池BI的電壓再次到達(dá)過(guò)充保護(hù)閾值4.3V，充電再次停止。顯然，此時(shí)，三個(gè)鋰電池的電壓相差非常微小，而且該三個(gè)鋰電池的電壓差明顯小于采用實(shí)施例一中的電池電壓均衡裝置100在該狀態(tài)時(shí)三個(gè)鋰電池的電壓差。
[0123]實(shí)施例二的作用與效果
[0124]本實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置200在采用了均衡參考電壓取得回路220來(lái)獲得動(dòng)態(tài)平均電壓，并根據(jù)該動(dòng)態(tài)平均電壓來(lái)得出一個(gè)動(dòng)態(tài)均衡參考電壓，從而控制分流開(kāi)關(guān)回路來(lái)使得鋰電池組中的所有鋰電池的電壓都向平均電壓靠攏，從而減小所有鋰電池之間的電壓差，均衡了電池組中的所有鋰電池的電壓。另外，其還采用了均衡終止判斷回路150來(lái)在所有鋰電池的基于動(dòng)態(tài)平均電壓的對(duì)應(yīng)電壓大于均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，停止均衡，使得電池組就進(jìn)入既不充電也不通過(guò)均衡放電的狀態(tài)，這樣既避免了均衡放電浪費(fèi)電量，同時(shí)又避免了電池在充電-放電兩個(gè)狀態(tài)中反復(fù)切換的問(wèn)題，減少了熱量產(chǎn)生，延長(zhǎng)了系統(tǒng)使用壽命。另外，本專利電路利用過(guò)充保護(hù)信號(hào)不動(dòng)作的狀態(tài)強(qiáng)制地屏蔽均衡關(guān)閉控制信號(hào)，即使?jié)M足了均衡終止判斷用比較器輸出均衡終止信號(hào)，如果所有鋰電池中沒(méi)有一個(gè)到達(dá)過(guò)充狀態(tài)，電池電壓均衡電路也仍然不會(huì)停止均衡功能，直至檢測(cè)到過(guò)充電壓，過(guò)充保護(hù)信號(hào)動(dòng)作。這樣就確保了停止均衡時(shí)，所有鋰電池的電壓都達(dá)到或非常接近過(guò)充保護(hù)閾值。此外，其還采用簡(jiǎn)單的硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了平均電壓值采樣、不共地但大小等于平均電壓值的均衡基準(zhǔn)源、均衡停止判定電路、均衡停止電路、均衡停止屏蔽電路等功能，實(shí)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單的目標(biāo)。其次，該電池電壓均衡回路還可以直接搭配低成本的電阻放電均衡電路使用，既達(dá)到理想均衡效果又成本低，易推廣。
[0125]實(shí)施例三
[0126]以下是對(duì)實(shí)施例三的說(shuō)明。對(duì)于和實(shí)施例一中相同的構(gòu)成要素，給予相同的符號(hào)，并省略相同的說(shuō)明。
[0127]圖9是本實(shí)施例三中的電池電壓均衡裝置的框圖；圖10是本實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖9、10所示，一種電池電壓均衡裝置300具有在實(shí)施例一中的電池電壓均衡裝置100所含有的構(gòu)成要素外，還具有一個(gè)均衡終止判斷回路340。
[0128]該電池電壓均衡裝置300的功能也在于在對(duì)串聯(lián)在一起的三個(gè)鋰電池(Bl\B2\B3)構(gòu)成的鋰電池組進(jìn)行充電時(shí)能夠均衡每一個(gè)鋰電池兩端的電池電壓。其電壓電流轉(zhuǎn)換器322中的BUF329具有如實(shí)施例一中的BUF129的結(jié)構(gòu)外，還具有一個(gè)使能信號(hào)輸入端。
[0129]而電池電壓均衡裝置300中的均衡終止判斷回路340的功能則在于根據(jù)每個(gè)電池的充電電壓以及與過(guò)充保護(hù)閾值相對(duì)應(yīng)而設(shè)定的一個(gè)均衡終止設(shè)定閾值，在三個(gè)鋰電池中的任何一個(gè)發(fā)生過(guò)充時(shí)，作出均衡終止判斷并使得所有開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0130]均衡終止判斷回路340由與三個(gè)鋰電池分別相對(duì)應(yīng)的三個(gè)均衡終止判斷用比較器，一個(gè)電平轉(zhuǎn)換邏輯電路344和一個(gè)使能判斷邏輯電路345構(gòu)成。
[0131]每個(gè)均衡終止判斷用比較器的正相輸入端從對(duì)應(yīng)的鋰電池接受與該鋰電池的充電電壓相對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)電壓，其負(fù)相輸入端接受上述的均衡終止設(shè)定閾值Vstopl，當(dāng)對(duì)應(yīng)電壓大于等于均衡終止設(shè)定閾值Vstopl時(shí)，其輸出端輸出一個(gè)滿充閾值信號(hào)給電平轉(zhuǎn)換邏輯電路344。
[0132]該三個(gè)均衡終止判斷用比較器分別為均衡終止判斷用比較器341、均衡終止判斷用比較器342、均衡終止判斷用比較器343。其中均衡終止判斷用比較器341與鋰電池BI相對(duì)應(yīng)，均衡終止判斷用比較器342與鋰電池B2相對(duì)應(yīng)，均衡終止判斷用比較器343與鋰電池B3相對(duì)應(yīng)。假定鋰電池BI的實(shí)時(shí)充電電壓為Vbl，則與Vbl相對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)電壓為Vbl/n(n為大于零的實(shí)數(shù))，從而n*Vstopl得到的值接近于過(guò)充保護(hù)閾值。
[0133]圖11是本實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置的電路圖。如圖11所示，電平轉(zhuǎn)換邏輯電路344由三個(gè)PMOS管P5、P6、P7和三個(gè)電阻R30、R31、R32以及三輸或非門N0R3構(gòu)成。[0134]PMOS管P5的柵極、PMOS管P6的柵極、PMOS管P7的柵極三者構(gòu)成了電平轉(zhuǎn)換邏輯電路344的三個(gè)輸入端，分別與上述三個(gè)均衡終止判斷用比較器的輸出端相連接。PMOS管P5的漏極、PMOS管P6的漏極、PMOS管P7的漏極都連接鋰電池組的高電位端VDD。PMOS管P5的源極連接電阻R30的一端以及三輸或非門N0R3的一個(gè)輸入端，電阻R30的另一端連接鋰電池組的低電位端。PMOS管P6的源極連接電阻R31的一端以及三輸或非門N0R3的另一個(gè)輸入端，電阻R31的另一端連接鋰電池組的低電位端。PMOS管P7的源極連接電阻R32的一端以及三輸或非門N0R3的其次一個(gè)輸入端，電阻R32的另一端連接鋰電池組的低電位端。
[0135]三輸或非門N0R3的輸出端連接使能判斷邏輯電路345，從而在三個(gè)均衡終止判斷用比較器都輸出滿充閾值信號(hào)時(shí)，其輸出端輸出一個(gè)均衡終止信號(hào)，即，電平轉(zhuǎn)換邏輯電路344在三個(gè)均衡終止判斷用比較器都輸出滿充閾值信號(hào)時(shí)輸出一個(gè)均衡終止信號(hào)。
[0136]使能判斷邏輯電路345由一個(gè)二輸與非門NAND2構(gòu)成，其一個(gè)輸入端接受均衡終止信號(hào)，另一個(gè)輸入端接受發(fā)生過(guò)充時(shí)由外部過(guò)充保護(hù)電路提供的過(guò)充抑制信號(hào)，從而根據(jù)均衡終止信號(hào)以及過(guò)充抑制信號(hào)輸出使能不可信號(hào)給電壓電流轉(zhuǎn)換器的使能端。
[0137]該電壓電流轉(zhuǎn)換器輸出不使能信號(hào)使得動(dòng)態(tài)平均電流增大，從而電流鏡像回路123輸出的三個(gè)動(dòng)態(tài)均衡參考電流也相應(yīng)增大，開(kāi)關(guān)控制回路130中的所有比較器都輸出低電位，分流開(kāi)關(guān)回路110中的所有開(kāi)關(guān)部分都處于關(guān)閉狀態(tài)，即電池電壓均衡電路停止對(duì)電池電壓的均衡。
[0138]該電池電壓均衡裝置的工作過(guò)程如下:
[0139]首先，在對(duì)鋰電池組充電開(kāi)始的時(shí)候，過(guò)充保護(hù)電路輸出的信號(hào)為低電平，鋰電池組中的鋰電池都在被充電中。
[0140]其次，電池電壓均衡裝置300不停地采樣動(dòng)態(tài)平均電壓，并將該動(dòng)態(tài)平均電壓轉(zhuǎn)換為不共地的動(dòng)態(tài)均衡參考電壓，電池電壓均衡裝置300始終在均衡所有鋰電池的電壓。
[0141]然后，三個(gè)鋰電池中的的電壓都沒(méi)有達(dá)到過(guò)充保護(hù)電壓，均衡繼續(xù)，當(dāng)三個(gè)鋰電池中有一個(gè)鋰電池的的電壓達(dá)到過(guò)充保護(hù)電壓，過(guò)充保護(hù)電路輸出的信號(hào)為高電平。
[0142]接著，當(dāng)所有的電池電壓都大于對(duì)應(yīng)電壓時(shí)均衡停止，鋰電池組既不充電也不放電，電池組進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。否則電池電壓繼續(xù)均衡中，如果過(guò)充保護(hù)解除則重新從充電開(kāi)始重復(fù)以上動(dòng)作，如果過(guò)充保護(hù)未解除，鋰電池組繼續(xù)均衡放電直到所有的電池電壓都大于對(duì)應(yīng)電壓時(shí)均衡停止。
[0143]圖12是本實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置的效果圖。如圖12所示，圖12中的B1\B2\B3符號(hào)分別代表圖10中的三個(gè)鋰電池，圖12中的箭頭以及箭頭長(zhǎng)短的含義與圖4中的相同，在此省略說(shuō)明。并且圖12中的鋰電池組的起始充電狀況與圖4中的鋰電池組的起始充電狀況是相同的。
[0144]狀態(tài)I中的鋰電池組中所有的鋰電池都在被充電中，電池電壓均衡裝置300以動(dòng)態(tài)平均電壓V_avg作為一種均衡所有鋰電池的電壓的均衡基準(zhǔn)值來(lái)均衡所有鋰電池的電壓。
[0145]狀態(tài)2為鋰電池組中所有的鋰電池依然都在被充電均衡中，電池電壓均衡裝置300使使得所有鋰電池之間的電壓差距越來(lái)越小。
[0146]狀態(tài)3中，鋰電池BI的電壓達(dá)到過(guò)充電壓檢測(cè)閾值Vdetl但是鋰電池組的所有電池的充電電壓都還小于均衡終止設(shè)定閾值Vstopl時(shí)，充電停止。鋰電池組為電池電壓均衡裝置內(nèi)部的構(gòu)成元件進(jìn)行供電。顯然此時(shí)的鋰電池BI的電壓大于動(dòng)態(tài)平均電壓，從而NMOS管N2是處于導(dǎo)通狀態(tài)的。從而鋰電池BI比鋰電池B2和B3放電快，從而鋰電池BI的電壓向動(dòng)態(tài)平均電壓靠近，從而電池電壓均衡裝置300依然在以動(dòng)態(tài)均衡參考電壓為基準(zhǔn)來(lái)均衡所有鋰電池的電壓。
[0147]狀態(tài)4中，鋰電池B3的電壓降到過(guò)充保護(hù)解除閾值Vrell以下，過(guò)充保護(hù)解除，充電重新開(kāi)始，電池電壓均衡裝置300再次在所有鋰電池被充電的情況下繼續(xù)均衡所有鋰電池的電壓。
[0148]狀態(tài)5中，所有鋰電池都在被充電中，均衡中，所有鋰電池之間電池電壓之間的差
距很小。
[0149]狀態(tài)6中，所有的鋰電池的對(duì)應(yīng)電壓大于均衡終止設(shè)定閾值，此時(shí)，必然有至少一個(gè)鋰電池處于過(guò)充狀態(tài)，電池電壓均衡裝置300的均衡作用停止，三個(gè)鋰電池以相同的充電速率快速充電，鋰電池BI的電壓再次到達(dá)過(guò)充保護(hù)閾值，充電再次停止。顯然，此時(shí)，三個(gè)鋰電池的電壓相差非常微小，而且該三個(gè)鋰電池的電壓差明顯小于采用實(shí)施例一中的電池電壓均衡裝置100在該狀態(tài)時(shí)三個(gè)鋰電池的電壓差。
[0150]實(shí)施例三的作用與效果
[0151 ] 本實(shí)施例三中的電池電壓均衡裝置300在采用了均衡參考電壓取得回路320來(lái)獲得動(dòng)態(tài)平均電壓，并根據(jù)該動(dòng)態(tài)平均電壓來(lái)得出一個(gè)動(dòng)態(tài)均衡參考電壓，從而控制分流開(kāi)關(guān)回路來(lái)使得鋰電池組中的所有鋰電池的電壓都向動(dòng)態(tài)平均電壓靠攏，從而減小所有鋰電池之間的電壓差，均衡了電池組中的所有鋰電池的電壓。另外，其還采用了均衡終止判斷回路340來(lái)在基于所有鋰電池的實(shí)時(shí)充電電壓的對(duì)應(yīng)電壓大于均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，停止均衡，使得電池組就進(jìn)入既不充電也不通過(guò)均衡放電的狀態(tài)，這樣既避免了均衡放電浪費(fèi)電量，同時(shí)又避免了電池在充電-放電兩個(gè)狀態(tài)中反復(fù)切換的問(wèn)題，減少了熱量產(chǎn)生，延長(zhǎng)了系統(tǒng)使用壽命。另外，本專利電路利用過(guò)充保護(hù)信號(hào)不動(dòng)作的狀態(tài)強(qiáng)制地屏蔽均衡關(guān)閉控制信號(hào)，即使?jié)M足了均衡終止判斷用比較器輸出均衡終止信號(hào)，如果所有鋰電池中沒(méi)有一個(gè)到達(dá)過(guò)充狀態(tài)，電池電壓均衡電路也仍然不會(huì)停止均衡功能，直至檢測(cè)到過(guò)充電壓，過(guò)充保護(hù)信號(hào)動(dòng)作。這樣就確保了停止均衡時(shí)，所有鋰電池的電壓都達(dá)到或非常接近過(guò)充保護(hù)閾值。此外，其還采用簡(jiǎn)單的硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了平均電壓值采樣、不共地但大小等于平均電壓值的均衡基準(zhǔn)源、均衡停止判定電路、均衡停止電路、均衡停止屏蔽電路等功能，實(shí)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單的目標(biāo)。其次，該電池電壓均衡回路還可以直接搭配低成本的電阻放電均衡電路使用，既達(dá)到理想均衡效果又成本低，易推廣。
[0152]實(shí)施例四
[0153]以下是對(duì)實(shí)施例三的說(shuō)明。對(duì)于和實(shí)施例一中相同的構(gòu)成要素，給予相同的符號(hào)，并省略相同的說(shuō)明。
[0154]圖13是本實(shí)施例四中的電池電壓均衡裝置的框圖；圖14是本實(shí)施例四中的電池電壓均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖13、14所示，一種電池電壓均衡裝置400具有在實(shí)施例一中的電池電壓均衡裝置100所含有的構(gòu)成要素外，還具有一個(gè)均衡終止判斷回路490。
[0155]該電池電壓均衡裝置400的功能也在于在對(duì)串聯(lián)在一起的三個(gè)鋰電池(Bl\B2\B3)構(gòu)成的鋰電池組進(jìn)行充電時(shí)能夠均衡每一個(gè)鋰電池兩端的電池電壓。其電壓電流轉(zhuǎn)換器422中的BUF429具有如實(shí)施例一中的BUF129的結(jié)構(gòu)外，還具有一個(gè)使能信號(hào)輸入端以及一個(gè)外部控制信號(hào)接收端。該外部控制信號(hào)接收端接收來(lái)自電池電壓均衡裝置400以外的控制信號(hào)發(fā)生器470發(fā)送來(lái)的控制信號(hào)EN2。
[0156]而電池電壓均衡裝置400中的均衡終止判斷回路340的功能則在于根據(jù)充電電壓和平均電壓中以及與過(guò)充保護(hù)閾值相對(duì)應(yīng)而設(shè)定的兩個(gè)均衡終止設(shè)定閾值，在三個(gè)鋰電池中的任何一個(gè)發(fā)生過(guò)充時(shí)，作出均衡終止判斷并使得所有所述開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0157]均衡終止判斷回路490包含第一均衡終止判斷回路440，第二均衡終止判斷回路450以及使能判斷邏輯電路460，
[0158]第一均衡終止判斷回路440具有與三個(gè)鋰電池分別相對(duì)應(yīng)的三個(gè)第一均衡終止判斷用比較器以及一個(gè)電平轉(zhuǎn)換邏輯電路444。
[0159]每個(gè)第一均衡終止判斷用比較器的正相輸入端從對(duì)應(yīng)的鋰電池接受與充電電壓相對(duì)應(yīng)的第一對(duì)應(yīng)電壓，負(fù)相電壓端接受第一均衡終止設(shè)定閾值Vcbstopl，當(dāng)?shù)谝粚?duì)應(yīng)電壓大于等于第一均衡終止設(shè)定閾值Vcbstopl時(shí),輸出滿充閾值信號(hào)。
[0160]電平轉(zhuǎn)換邏輯電路444的三個(gè)輸入端分別與三個(gè)第一均衡終止判斷用比較器的輸出端相連接，當(dāng)三個(gè)第一均衡終止判斷用比較器都輸出滿充閾值信號(hào)時(shí)，電平轉(zhuǎn)換邏輯電路444輸出第一均衡終止信號(hào)。
[0161]第二均衡終止判斷回路450含有一個(gè)第二均衡終止判斷用比較器451。
[0162]第二均衡終止判斷用比較器451從分壓器121的正相輸出端接受與的第二對(duì)應(yīng)電壓，以及負(fù)相輸出端接受與動(dòng)態(tài)平均電壓相對(duì)應(yīng)的第二均衡終止設(shè)定閾值Vcbst0p2，當(dāng)?shù)诙?duì)應(yīng)電壓大于等于第二均衡終止設(shè)定閾值Vcbstop2時(shí),輸出第二均衡終止信號(hào)。
[0163]使能判斷邏輯電路460根據(jù)第一均衡終止信號(hào)Vcbstopl，第二均衡終止信號(hào)Vcbstop2以及發(fā)生過(guò)充時(shí)由外部過(guò)充保護(hù)電路提供的過(guò)充抑制信號(hào)，輸出使能不可信號(hào)給所述電壓電流轉(zhuǎn)換器的使能端，該電壓電流轉(zhuǎn)換器輸出不使能信號(hào)使得所有所述開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0164]其中，當(dāng)?shù)谝粚?duì)應(yīng)電壓與相對(duì)應(yīng)的鋰電池的充電電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系與第二對(duì)應(yīng)電壓與動(dòng)態(tài)平均電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系一致，都為n，即第一對(duì)應(yīng)電壓以比例預(yù)設(shè)n與相對(duì)應(yīng)的鋰電池的充電電壓相對(duì)應(yīng)，第二對(duì)應(yīng)電壓也以預(yù)設(shè)比例n與動(dòng)態(tài)平均電壓相對(duì)應(yīng)時(shí)，第一均衡終止設(shè)定閾值Vcbstopl小于第二均衡終止設(shè)定閾值Vcbstop2,且n*Vcbstopl和n*Vcbstop2都接近于過(guò)充保護(hù)電壓。這樣，當(dāng)電池電壓均衡裝置處于均衡終止?fàn)顟B(tài)時(shí)，三個(gè)鋰電池的電壓必然都大于n*Vcbstopl,且平均電壓又大于n*Vcbstop2。而一旦滿足這兩個(gè)條件,三個(gè)鋰電池的電壓必然都接近于過(guò)充保護(hù)電壓，從而對(duì)鋰電池的均衡效果是很顯著的。
[0165]圖15是本實(shí)施例四中的電池電壓均衡裝置的電路圖。如圖15所示，電平轉(zhuǎn)換邏輯電路444由三個(gè)PMOS管P5、P6、P7和三個(gè)電阻Rl、R2、R3以及三輸或非門N0R3構(gòu)成。
[0166]PMOS管P5的柵極、PMOS管P6的柵極、PMOS管P7的柵極三者構(gòu)成了電平轉(zhuǎn)換邏輯電路344的三個(gè)輸入端，分別與上述三個(gè)第一均衡終止判斷用比較器的輸出端相連接。PMOS管P5的漏極、PMOS管P6的漏極、PMOS管P7的漏極都連接鋰電池組的高電位端VDD。PMOS管P5的源極連接電阻R30的一端以及三輸或非門N0R3的一個(gè)輸入端，電阻R30的另一端連接鋰電池組的低電位端。PMOS管P6的源極連接電阻R31的一端以及三輸或非門N0R3的另一個(gè)輸入端，電阻R31的另一端連接鋰電池組的低電位端。PMOS管P7的源極連接電阻R32的一端以及三輸或非門N0R3的其次一個(gè)輸入端，電阻R32的另一端連接鋰電池組的低電位端。
[0167]三輸或非門N0R3的輸出端連接使能判斷邏輯電路460，從而在三個(gè)均衡終止判斷用比較器都輸出滿充閾值信號(hào)時(shí)，其輸出端輸出一個(gè)均衡終止信號(hào)，即，電平轉(zhuǎn)換邏輯電路444在三個(gè)均衡終止判斷用比較器都輸出滿充閾值信號(hào)時(shí)輸出一個(gè)第一均衡終止信號(hào)。
[0168]第二均衡終止判斷用比較器451從分壓器121的另一個(gè)輸出端接受一個(gè)第二對(duì)應(yīng)電壓以及接受一個(gè)第二均衡終止設(shè)定閾值，其中，第二對(duì)應(yīng)電壓對(duì)應(yīng)于第二均衡終止設(shè)定閾值。當(dāng)?shù)诙?duì)應(yīng)電壓大于等于均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，均衡終止判斷用比較器451即會(huì)輸出一個(gè)第二均衡終止信號(hào)。
[0169]使能判斷邏輯電路460由一個(gè)三輸與非門構(gòu)成，在其三個(gè)輸入端分別接受到第一均衡終止信號(hào)、第二均衡終止信號(hào)以及、過(guò)充抑制信號(hào)，輸出使能不可信號(hào)給電壓電流轉(zhuǎn)換器422的使能端，該電壓電流轉(zhuǎn)換器輸出不使能信號(hào)該電壓電流轉(zhuǎn)換器輸出不使能信號(hào)，使得動(dòng)態(tài)平均電流增大，從而電流鏡像回路123輸出的三個(gè)動(dòng)態(tài)均衡參考電流也相應(yīng)增大，開(kāi)關(guān)控制回路130中的所有比較器都輸出低電位，分流開(kāi)關(guān)回路110中的所有開(kāi)關(guān)部分都處于關(guān)閉狀態(tài)，即電池電壓均衡電路停止對(duì)電池電壓的均衡。
[0170]該電池電壓均衡裝置的工作流程如下:
[0171 ] 首先，在對(duì)鋰電池組充電開(kāi)始的時(shí)候，過(guò)充保護(hù)電路輸出的信號(hào)為低電平，鋰電池組中的鋰電池都在被充電中。
[0172]其次，電池電壓均衡裝置400不停地采樣動(dòng)態(tài)平均電壓，并將該動(dòng)態(tài)平均電壓轉(zhuǎn)換為不共地的動(dòng)態(tài)均衡參考電壓，電池電壓均衡裝置400始終在均衡所有鋰電池的電壓。
[0173]然后，三個(gè)鋰電池中的的電壓都沒(méi)有達(dá)到過(guò)充保護(hù)電壓，均衡繼續(xù)，當(dāng)三個(gè)鋰電池中有一個(gè)鋰電池的的電壓達(dá)到過(guò)充保護(hù)電壓，過(guò)充保護(hù)電路輸出的信號(hào)為高電平。
[0174]接著，當(dāng)所有的電池的第一對(duì)應(yīng)電壓都大于第一均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，接著判斷第二對(duì)應(yīng)電壓是否大于第二均衡終止設(shè)定閾值，當(dāng)?shù)诙?duì)應(yīng)電壓大于第二均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，均衡停止，鋰電池組既不充電也不放電，電池組進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。否則電池電壓繼續(xù)均衡中，并不停地依次判斷是否所有的鋰電池的第一對(duì)應(yīng)電壓都大于第一均衡終止設(shè)定閾值和第二對(duì)應(yīng)電壓大于第二均衡終止設(shè)定閾值，兩個(gè)條件中的任意一個(gè)不符合即重復(fù)上述步驟繼續(xù)均衡，直到都符合這兩個(gè)條件為止停止均衡。
[0175]圖16是本實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置的效果圖。如圖16所示，圖16中的B1\B2\B3符號(hào)分別代表圖13中的三個(gè)鋰電池，圖16中的箭頭以及箭頭長(zhǎng)短的含義與圖4中的相同，在此省略說(shuō)明。并且圖16中的鋰電池組的起始充電狀況與圖4中的鋰電池組的起始充電狀況是相同的。
[0176]狀態(tài)I中的鋰電池組中所有的鋰電池都在被充電中，電池電壓均衡裝置300以動(dòng)態(tài)平均電壓V_avg作為一種均衡所有鋰電池的電壓的均衡基準(zhǔn)值來(lái)均衡所有鋰電池的電壓。
[0177]狀態(tài)2為鋰電池組中所有的鋰電池依然都在被充電均衡中，電池電壓均衡裝置300使使得所有鋰電池之間的電壓差距越來(lái)越小。
[0178]狀態(tài)3中，鋰電池BI的電壓達(dá)到過(guò)充電壓檢測(cè)閾值Vdetl，第一次充電停止，鋰電池B3的第一對(duì)應(yīng)電壓還沒(méi)有超過(guò)第一均衡終止設(shè)定閾值，均衡繼續(xù)，鋰電池BI和鋰電池B2均衡放電中。
[0179]狀態(tài)4中，鋰電池B3的電壓降到過(guò)充保護(hù)解除閾值Vrell以下，過(guò)充保護(hù)解除，充電重新開(kāi)始，電池電壓均衡裝置400再次在所有鋰電池被充電的情況下繼續(xù)均衡所有鋰電池的電壓。
[0180]狀態(tài)5中，所有鋰電池都在被充電中，均衡中，所有鋰電池之間電池電壓之間的差
距很小。
[0181]狀態(tài)6中，鋰電池B3的電壓到達(dá)過(guò)充保護(hù)解除閾值VrelI，第二次充電停止，所有的鋰電池的第一對(duì)應(yīng)電壓都超過(guò)第一均衡終止設(shè)定閾值，但是，第二對(duì)應(yīng)電壓小于第二均衡終止設(shè)定閾值，所以均衡功能繼續(xù)。鋰電池BI和鋰電池B2的平均電壓高于動(dòng)態(tài)平均電壓，分流開(kāi)關(guān)回路放電。
[0182]狀態(tài)7中，鋰電池B3的電壓降到過(guò)充保護(hù)解除閾值Vrell以下，過(guò)充保護(hù)解除，充電重新開(kāi)始。
[0183]狀態(tài)8中，所有鋰電池都在被充電中，均衡中，所有鋰電池之間電池電壓之間的差
距很小。
[0184]狀態(tài)9中，鋰電池B3的電壓到達(dá)過(guò)充保護(hù)解除閾值VrelI，第三次充電停止，所有的鋰電池的第一對(duì)應(yīng)電壓都超過(guò)第一均衡終止設(shè)定閾值，第二對(duì)應(yīng)電壓大于第二均衡終止設(shè)定閾值，所以均衡被終止，所有的均衡放電通路關(guān)閉。顯然，此時(shí)，三個(gè)鋰電池的電壓差接近于零。
[0185]實(shí)施例四的作用與效果
[0186]本實(shí)施例二中的電池電壓均衡裝置400在采用了均衡參考電壓取得回路420來(lái)獲得動(dòng)態(tài)平均電壓，并根據(jù)該動(dòng)態(tài)平均電壓來(lái)得出一個(gè)動(dòng)態(tài)均衡參考電壓，從而控制分流開(kāi)關(guān)回路來(lái)使得鋰電池組中的所有鋰電池的電壓都向平均電壓靠攏，從而減小所有鋰電池之間的電壓差，均衡了電池組中的所有鋰電池的電壓。另外，其還采用了第一均衡終止判斷回路440和第二均衡終止判斷回路450來(lái)在所有鋰電池的第一對(duì)應(yīng)電壓大于第一均衡終止設(shè)定閾值以及第二對(duì)應(yīng)電壓大于第二均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，停止均衡，使得電池組就進(jìn)入既不充電也不通過(guò)均衡放電的狀態(tài)，這樣既避免了均衡放電浪費(fèi)電量，同時(shí)又避免了電池在充電-放電兩個(gè)狀態(tài)中反復(fù)切換的問(wèn)題，減少了熱量產(chǎn)生，延長(zhǎng)了系統(tǒng)使用壽命，雙重保證，使得在均衡關(guān)閉時(shí)鋰電池組中的鋰電池的電壓差接近于零。另外，本專利電路利用過(guò)充保護(hù)信號(hào)不動(dòng)作的狀態(tài)強(qiáng)制地屏蔽均衡關(guān)閉控制信號(hào)，即使?jié)M足了均衡終止判斷用比較器輸出均衡終止信號(hào)，如果所有鋰電池中沒(méi)有一個(gè)到達(dá)過(guò)充狀態(tài)，電池電壓均衡電路也仍然不會(huì)停止均衡功能，直至檢測(cè)到過(guò)充電壓，過(guò)充保護(hù)信號(hào)動(dòng)作。這樣就確保了停止均衡時(shí)，所有鋰電池的電壓都達(dá)到或非常接近過(guò)充保護(hù)閾值。此外，其還采用簡(jiǎn)單的硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了平均電壓值采樣、不共地但大小等于平均電壓值的均衡基準(zhǔn)源、均衡停止判定電路、均衡停止電路、均衡停止屏蔽電路等功能，實(shí)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單的目標(biāo)。其次，該電池電壓均衡回路還可以直接搭配低成本的電阻放電均衡電路使用，既達(dá)到理想均衡效果又成本低，易推廣。
【權(quán)利要求】
1.一種在對(duì)串聯(lián)在一起的復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池進(jìn)行充電時(shí)能夠均衡每一個(gè)所述鋰電池兩端的電池電壓的電池電壓均衡裝置，其特征在于，具有: 分流開(kāi)關(guān)回路，包含分別與所述復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)開(kāi)關(guān)部分，每一個(gè)所述開(kāi)關(guān)部分連接在對(duì)應(yīng)的所述鋰電池的兩端，用于對(duì)相應(yīng)的鋰電池的充電電流進(jìn)行分流控制； 均衡參考電壓取得回路，根據(jù)所述復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池的個(gè)數(shù)對(duì)所述復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池在充電過(guò)程中的總電壓進(jìn)行分壓從而取得相對(duì)于每一個(gè)所述鋰電池的動(dòng)態(tài)平均電壓，并根據(jù)該動(dòng)態(tài)平均電壓取得對(duì)應(yīng)于每一個(gè)所述鋰電池的動(dòng)態(tài)均衡參考電壓；以及 開(kāi)關(guān)控制回路，包含分別與所述開(kāi)關(guān)部分相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)開(kāi)關(guān)控制部分，每一個(gè)所述開(kāi)關(guān)控制部分根據(jù)對(duì)應(yīng)的所述鋰電池兩端的充電電壓以及所述動(dòng)態(tài)均衡參考電壓控制對(duì)應(yīng)的所述開(kāi)關(guān)部分，當(dāng)所述充電電壓大于等于所述動(dòng)態(tài)均衡參考電壓時(shí)，導(dǎo)通所述開(kāi)關(guān)部分從而分流相對(duì)應(yīng)的所述充電電流，當(dāng)所述充電電壓小于所述動(dòng)態(tài)均衡參考電壓時(shí)，關(guān)閉所述開(kāi)關(guān)部分從而使得相對(duì)應(yīng)的所述充電電流全部流經(jīng)對(duì)應(yīng)的所述鋰電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池電壓均衡裝置，其特征在于: 其中，所述均衡參考電壓取得回路包含:對(duì)所述總電壓進(jìn)行分壓的分壓器；把該分壓器輸出的所述動(dòng)態(tài)平均電壓轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)平均電流的電壓電流轉(zhuǎn)換器；根據(jù)該動(dòng)態(tài)平均電流取得對(duì)應(yīng)于每一個(gè)所述鋰電池的動(dòng)態(tài)均衡參考電流的電流鏡像器；以及把該動(dòng)態(tài)均衡參考電流轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的所述動(dòng)態(tài)均衡參考電壓的電流電壓轉(zhuǎn)換器， 開(kāi)關(guān)控制部分含有運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器根據(jù)對(duì)應(yīng)的所述充電電壓以及所述動(dòng)態(tài)均衡參考電壓輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)， 所述開(kāi)關(guān)部分由電阻以及NMOS管構(gòu)成，所述電阻的一端連接對(duì)應(yīng)的所述鋰電池的高電位端，所述電阻的另一端連接所述NMOS管的漏極，所述NMOS管的源極連接對(duì)應(yīng)的所述鋰電池的低電位端，所述NMOS管的柵極接受所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池電壓均衡裝置，其特征在于: 其中，所述均衡參考電壓取得回路包含:對(duì)所述總電壓進(jìn)行分壓的分壓器；把該分壓器輸出的所述動(dòng)態(tài)平均電壓轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)平均電流的電壓電流轉(zhuǎn)換器；根據(jù)該動(dòng)態(tài)平均電流取得對(duì)應(yīng)于每一個(gè)所述鋰電池的動(dòng)態(tài)均衡參考電流的電流鏡像器；以及把該動(dòng)態(tài)均衡參考電流轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的所述動(dòng)態(tài)均衡參考電壓的電流電壓轉(zhuǎn)換器， 開(kāi)關(guān)控制部分含有開(kāi)關(guān)控制用比較器，該開(kāi)關(guān)控制用比較器根據(jù)對(duì)應(yīng)的所述充電電壓以及所述動(dòng)態(tài)均衡參考電壓輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)， 所述開(kāi)關(guān)部分由電阻以及PMOS管構(gòu)成，所述電阻的一端連接對(duì)應(yīng)的所述鋰電池的低電位端，所述電阻的另一端連接所述PMOS管的源極，所述PMOS管的漏極連接對(duì)應(yīng)的所述鋰電池的高電位端，所述PMOS管的柵極接受所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電池電壓均衡裝置，其特征在于，還具有: 均衡終止判斷回路，根據(jù)所述充電電壓和所述平均電壓中的至少一種電壓以及與所述過(guò)充保護(hù)閾值相對(duì)應(yīng)而設(shè)定的至少一個(gè)均衡終止設(shè)定閾值，在所述復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池中的任何一個(gè)發(fā)生過(guò)充時(shí)，作出均衡終止判斷并使得所有所述開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池電壓均衡裝置，其特征在于: 其中，所述均衡終止判斷回路由一個(gè)均衡終止判斷用比較器和一個(gè)使能判斷邏輯電路構(gòu)成， 所述均衡終止判斷用比較器從所述分壓器的輸出端接受與所述動(dòng)態(tài)平均電壓相對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)電壓以及接受所述均衡終止設(shè)定閾值，當(dāng)所述對(duì)應(yīng)電壓大于等于所述均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，輸出均衡終止信號(hào)， 所述使能判斷邏輯電路根據(jù)所述均衡終止信號(hào)以及發(fā)生所述過(guò)充時(shí)由外部過(guò)充保護(hù)電路提供的過(guò)充抑制信號(hào)，輸出使能不可信號(hào)給所述電壓電流轉(zhuǎn)換器的使能端，該電壓電流轉(zhuǎn)換器輸出不使能信號(hào)使得所有所述開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池電壓均衡裝置，其特征在于: 其中，所述均衡終止判斷回路由與所述復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池分別相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)均衡終止判斷用比較器，一個(gè)電平轉(zhuǎn)換邏輯電路和一個(gè)使能判斷邏輯電路構(gòu)成， 所述均衡終止判斷用比較器接受與對(duì)應(yīng)的所述鋰電池的所述充電電壓相對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)電壓以及接受所述均衡終止設(shè)定閾值，當(dāng)所述對(duì)應(yīng)電壓大于等于所述均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，輸出滿充閾值信號(hào)， 所述電平轉(zhuǎn)換邏輯電路的復(fù)數(shù)個(gè)輸入端分別與所述復(fù)數(shù)個(gè)所述均衡終止判斷用比較器的輸出端相連接，當(dāng)所述復(fù)數(shù)個(gè)所述均衡終止判斷用比較器都輸出滿充閾值信號(hào)時(shí)，所述電平轉(zhuǎn)換邏輯電路輸出均衡終止信號(hào)， 所述使能判斷邏輯電路根據(jù)所述均衡終止信號(hào)以及發(fā)生所述過(guò)充時(shí)由外部過(guò)充保護(hù)電路提供的過(guò)充抑制信號(hào)，輸出使能不可信號(hào)給所述電壓電流轉(zhuǎn)換器的使能端，該電壓電流轉(zhuǎn)換器輸出不使能信 號(hào)使得所有所述開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池電壓均衡裝置，其特征在于: 其中，所述均衡終止判斷回路包含第一均衡終止判斷回路，第二均衡終止判斷回路以及使能判斷邏輯電路， 所述第一均衡終止判斷回路具有與所述復(fù)數(shù)個(gè)鋰電池分別相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)第一均衡終止判斷用比較器以及一個(gè)電平轉(zhuǎn)換邏輯電路， 所述第一均衡終止判斷用比較器接受與對(duì)應(yīng)的所述鋰電池的所述充電電壓相對(duì)應(yīng)的第一對(duì)應(yīng)電壓以及接受第一所述均衡終止設(shè)定閾值，當(dāng)所述第一對(duì)應(yīng)電壓大于等于所述第一均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，輸出滿充閾值信號(hào)， 所述電平轉(zhuǎn)換邏輯電路的復(fù)數(shù)個(gè)輸入端分別與所述復(fù)數(shù)個(gè)所述第一均衡終止判斷用比較器的輸出端相連接，當(dāng)所述復(fù)數(shù)個(gè)所述第一均衡終止判斷用比較器都輸出滿充閾值信號(hào)時(shí)，所述電平轉(zhuǎn)換邏輯電路輸出第一均衡終止信號(hào)， 所述第二均衡終止判斷回路含有一個(gè)第二均衡終止判斷用比較器， 所述第二均衡終止判斷用比較器從所述分壓器的輸出端接受對(duì)應(yīng)于所述動(dòng)態(tài)平均電壓的第二對(duì)應(yīng)電壓以及接受第二所述均衡終止設(shè)定閾值，當(dāng)所述第二對(duì)應(yīng)電壓大于等于所述第二均衡終止設(shè)定閾值時(shí)，輸出第二均衡終止信號(hào)， 所述使能判斷邏輯電路根據(jù)所述第一均衡終止信號(hào)，所述第二均衡終止信號(hào)以及發(fā)生所述過(guò)充時(shí)由外部過(guò)充保護(hù)電路提供的過(guò)充抑制信號(hào)，輸出使能不可信號(hào)給所述電壓電流轉(zhuǎn)換器的使能端，該電壓電流轉(zhuǎn)換器輸出不使能信號(hào)使得所有所述開(kāi)關(guān)部分處于關(guān)閉狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池電壓均衡裝置，其特征在于:其中，當(dāng)所述第一對(duì)應(yīng)電壓以預(yù)設(shè)比例與相對(duì)應(yīng)的所述鋰電池的所述充電電壓相對(duì)應(yīng)，所述第二對(duì)應(yīng)電壓以所述預(yù)設(shè)比例與所述動(dòng)態(tài)平均電壓相對(duì)應(yīng)時(shí)，所述第一均衡終止設(shè)定閾值小于所述第二均衡終止設(shè)定閾值。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103683358SQ201210352886
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月20日
【發(fā)明者】洪誠(chéng), 黃乘黃 申請(qǐng)人:株式會(huì)社理光