可充电电池监控及平衡电路制造技术

准确监控来自电池组的多个电池中每个电池电压的监控电路包括一个模拟／数字转换器（ＡＤＣ）和一个处理器。ＡＤＣ接收来自多个电池中每个电池的模拟电压信号并将每个模拟电压信号转换成准确代表每个电池电压的数字电压信号。处理器接收该数字信号并且根据其中至少一个信号提供一安全警报信号。ＡＤＣ的分辨率是可调的。若至少其中两个数字信号表明两个电池的电压差大于电池平衡门限，平衡电路则提供一个平衡信号。并且本发明专利技术提供了包括该监控电路和平衡电路的电子设备。本发明专利技术还提供了多种方法。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可充电电池电路，特别是一种可充电电池监控和平衡电路。
技术介绍
多单元可充电电池因其电压输出较高以及容量较大而被广泛应用。包括诸如笔记本电脑、便携式电话和个人数字助理等等电子设备上都会用到，当然也不限于此。某些种类的可充电电池(例如，锂离子电池)，若充电到大大高于其正常充电范围或放电到低于其正常充电范围时，则非常危险。因此，典型的监控和保护电路采用开关网络，将电压负荷转移到一个电容上。这样，该电容电压就代表了该可充电电池的电压，它可能被提供给多个比较器，与各种门限电平(如高电平门限和低电平门限)做比较。这种方案有一些缺点。第一，该电路测量的电压不准确。举个例子，如果流经个别电池单元上的电流不恒定、或是由于电池内阻或其他因素导致电池电压波动，抽样电压就不能正确指示电池电压。这样，基于这种错误的测量方法就会得出不正确的测量结果。第二，门限电平(如高电平门限或低电平门限)不易调整。这是由于电池组类型不同，要求的高电平门限或低电平门限也不同，而相同类型的电池组采用了不同的制造方法，要求的高电平门限和低电平门限也会不同。例如，对于同一类型的电池组，一种制造方法需要3.0V的低电压门限，而另一种制造方法则需要2.5V的高电压门限。第三，当一个电池组中的电池不平衡时(如，经过多次充放电循环后)，虽然可采用常规的放电方法来平衡电池，然而，仅当电池在充电中接近完全充电时，才能作出放电判断。而为了避免过量发热，放电电流通常有限，因此，放电需要一定时间间隔。若不止一个电池需要放电，在一个充电周期内就没有足够时间完成该放电任务。因此，本领域需要一种能克服现有技术中以上缺点和其他缺点的监控和平衡电路。
技术实现思路
本专利技术提供了一种精确监控电池组中多个可充电电池电压的监控电路。该电路包括一个模/数转换器(ADC)和一个处理器。ADC接收来自每个可充电电池的模拟电压信号并将该模拟电压信号转换为代表每个可充电电池电压的数字信号。处理器接收该数字信号，根据至少一个数字信号而发出一个安全警报信号。本专利技术提供了一种平衡电路。该平衡电路包括一个ADC，该ADC接收来自每个可充电电池的模拟电压信号并将该模拟电压信号转换为代表每个可充电电池电压的数字信号。平衡电路还包括一个处理器，该处理器接收该数字信号，如果至少有两个代表一个第一电池的第一电压与一个第二电池的第二电压的数字信号之差大于可充电电池平衡门限时，该处理器发出一个平衡信号。本专利技术提供了一种由具有多个可充电电池的电池组供电的电子设备。该电子设备包括一个精确监控每个可充电电池电压的监控电路。该监控电路包括一个ADC，该ADC接收来自每个可充电电池的模拟电压信号并将该模拟电压信号转换为代表每个可充电电池电压的数字信号。该监控电路还包括一个处理器，该处理器接收该数字信号，根据至少一个数字信号而发出一个安全警报信号。本专利技术提供了另一种由具有多个可充电电池的电池组供电的电子设备。该电子设备包括一个平衡电路，其中平衡电路包括一个ADC，该ADC接收来自每个可充电电池的模拟电压信号并将该模拟电压信号转换为代表每个可充电电池电压的数字信号。平衡电路还包括一个处理器，该处理器接收该数字信号，如果至少有两个代表一个第一电池的第一电压与一个第二电池的第二电压的数字信号之差大于可充电电池平衡门限时，该处理器提供一个平衡信号。本专利技术提供了一种平衡电路。该平衡电路包括一个ADC，该ADC接收来自每个可充电电池的模拟电压信号并将该模拟电压信号转换为代表每个可充电电池电压的数字信号。平衡电路还包括一个处理器，该处理器接收该数字信号，如果在一个第一模式期间存在电压差，则在一个第一可充电电池的第一电压与一个第二可充电电池的第二电压之差大于可充电电池平衡门限之前，在一个第二模式期间发出一个预平衡信号。本专利技术提供了一种平衡电池组中多个可充电电池电压的方法。该方法包括步骤将来自一个第一电池的第一模拟电压信号转换为代表第一模拟电压信号的第一数字信号；将来自一个第二电池的第二模拟电压信号转换为代表第二模拟电压信号的第二数字信号；判断该第一电压值与该第二电压值之差；将该电压差与可充电电池平衡门限做比较；若该电压差大于该可充电电池平衡门限，则发出一个平衡信号。最后，本专利技术提供了一种预平衡电池组中多个可充电电池电压的方法。该方法包括步骤将来自一个第一电池的第一模拟电压信号转换为代表第一模拟电压信号的第一数字信号；将来自一个第二电池的第二模拟电压信号转换为代表第二模拟电压信号的第二数字信号；在一个第一时间期间判断该第一电压值与该第二电压值之差；将该电压差与可充电电池平衡门限做比较；若该电压差在第一时间期间超过了该可充电电池平衡门限，则在第二模式期间，在该第一电池的第一电压与该第二电池的第二电压之差大于该可充电电池平衡门限之前，发出一个预平衡信号。附图说明图1所示为一个由具有多个可充电电池的电池组供电的电子设备的简化框图，其中该电子设备具有本专利技术的电池监控和平衡电路； 图2所示为用于图1所示电子设备的监控电路的框图；图3A所示为用于图1所示电子设备的平衡电路的框图；图3B所示为从图3A所示平衡电路中接收一个预平衡信号的两个电池放电特性的示范性曲线图；图4所示为本专利技术的一个示范性电池监控和平衡电路的详细框图；图5所示为用于图4所示放电网络电路的一个放电电路的示范性电路图。具体实施例方式图1所示为一个由电池组102或一个DC电源104供电的电子设备100的简化框图。电池组102可包括多个可充电电池102-1、102-2、102-n。该电池类型可以是本
中为人所熟知的各类可充电电池，如锂离子电池、镍镉电池、镍氢电池等等。如果电子设备100是一个笔记本电脑，则该电子设备将包括该
为人所熟知的多种元件(图1中未示出)。例如，笔记本电脑可包括用于将数据输入笔记本的一个输入设备，用于执行指令和控制笔记本操作的一个中央处理单元(CPU)或处理器(如英特尔公司的奔腾处理器)，和用于从笔记本输出数据的一个输出设备(如LCD或扬声器)。为给电池组102充电和/或给系统112供电，可将一个DC电源104连接到设备100。该DC电源104可以是一个从壁装电源插座接收100～240V标准交流电压并将其转换成DC输出电压的AC/DC转换器，也可以是一个可插入点烟器型插座的DC/DC转换器，如“点烟器”型转换器。图1所示该DC电源104是与电子设备100分离开的，但实际上它也可以安装在该电子设备之中。电子设备100还可以包括一个供电单元110。通常，该供电单元包括的各种元器件用来在不同的条件下监控、控制和引导电能在各个电源102、104之间传送，和将电能从电源102、104传送至电子设备100中的系统112。作为本专利技术的一个优选实施例，设备100包括一个电池监控和平衡电路108。为简明起见，图上所示监控和平衡电路与供电单元110是分离开的，但实际上该监控和平衡电路可以作为其中一部分包括在供电单元110中。该电池监控和平衡电路108可分别起到监控电路、平衡电路，或者两者兼有的作用，此后将进一步详述。电池监控和平衡电路108将代表每个电池102-1、102-2、102-n电压的数字信号提供给设备的各种元件，如电池能量监测器118。该电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准确监控电池组中多个可充电电池中每个电池电压的监控电路，所述监控电路包括：一个接收来自所述多个可充电电池中每个电池的模拟电压信号并将所述每个模拟电压信号转换成代表每个所述电池电压的数字电压信号的模拟／数字转换器ＡＤＣ；一 个接收每个所述数字信号并根据至少一个所述数字信号发出一个安全警报信号的处理器。

【技术特征摘要】
US 2003-6-19 10/464,9731.一种准确监控电池组中多个可充电电池中每个电池电压的监控电路，所述监控电路包括一个接收来自所述多个可充电电池中每个电池的模拟电压信号并将所述每个模拟电压信号转换成代表每个所述电池电压的数字电压信号的模拟/数字转换器ADC；一个接收每个所述数字信号并根据至少一个所述数字信号发出一个安全警报信号的处理器。2.根据权利要求1所述的监控电路，其特征在于所述安全警报信号是当所述电池组充电时，在预定监控时间期间，若至少一个代表所述电池电压的所述数字信号大于一个过电压门限值时，提供的充电警报信号。3.根据权利要求2所述的监控电路，其特征在于当所述电池组充电时，若代表一个所述电池电压的一个所述数字信号大于所述过电压门限值时，发出所述充电警报信号。4.根据权利要求2所述的监控电路，其特征在于所述过电压门限值可由所述处理器调整。5.根据权利要求4所述的监控电路，其特征在于所述过电压门限值可由所述处理器根据环境温度调整。6.根据权利要求1所述的监控电路，其特征在于所述安全警报信号是当所述电池组放电时，在预定监控时间期间，若至少一个代表所述电池电压的所述数字信号小于一个低电压门限值时，发出的放电警报信号。7.根据权利要求6所述的监控电路，其特征在于当所述电池组放电时，若代表一个所述电池电压的一个所述数字信号小于所述低电压门限值时，发出所述放电警报信号。8.根据权利要求6所述的监控电路，其特征在于所述低电压门限值可由所述处理器调整。9.根据权利要求8所述的监控电路，其特征在于所述低电压门限值可由所述处理器根据环境温度调整。10.根据权利要求1所述的监控电路，其特征在于所述ADC是一个平均型ADC。11.根据权利要求10所述的监控电路，其特征在于所述平均型ADC在将所述模拟电压信号转换成相关数字信号之前，在一个采样周期内多次采样每个电池的电压。12.根据权利要求1所述的监控电路，所述ADC有一个分辨率，其特征在于所述分辨率可由所述处理器调整。13.根据权利要求1所述的监控电路，其特征在于所述监控电路还包括一个连接所述电池组和所述ADC的开关网络，其中，所述开关网络有通过处理器控制的多个开关，所述开关网络使得多个电池中每个电池直接通过所述开关网络与所述ADC连接。14.根据权利要求1所述的监控电路，其特征在于所述ADC有一个正极输入端和一个负极输入端，其中一个第一电池的第一偏移量通过将所述第一电池的一端连接到所述ADC的所述正极输入端和所述负极输入端来判定，其中所述处理器进一步将所述第一偏移量提供给代表所述第一电池电压的数字信号，从而提供一个已校准的第一数字信号。15.根据权利要求14所述的监控电路，其特征在于一个第二电池的第二偏移量通过将所述第二电池的一端连接到所述ADC的所述正极输入端和所述负极输入端来判定，其中所述处理器进一步将所述第二偏移量提供给代表所述第二电池电压的数字信号，从而提供一个已校准的第二数字信号。16.根据权利要求1所述的监控电路，其特征在于所述ADC在每一个采样周期对每个所述电池电压采样一次，其中所述采样周期由所述处理器调整。17.根据权利要求16所述的监控电路，其特征在于所述采样周期在一个第一状态期间有一个第一时间间隔，在一个第二状态期间有一个第二时间间隔，其中所述第二时间间隔比所述第一时间间隔长，所述第二状态是所述电池组的休眠模式。18.根据权利要求6所述的监控电路，其特征在于所述安全警报信号是当所述电池组放电时，在预定监控时间期间，若至少一个代表一个所述电池电压的所述数字信号小于一个第一低电压门限值时，发出的一个第一放电警报信号，其中，所述第一低电压门限大于所述低电压门限。19.根据权利要求18所述的监控电路，其特征在于所述安全警报信号是当所述电池组放电时，在预定监控时间期间，若至少一个代表一个所述电池电压的所述数字信号小于一个第二低电压门限值时，发出的第二放电警报信号，其中，所述第二低电压门限小于所述第一低电压门限、大于所述低电压门限。20.根据权利要求1所述的监控电路，其特征在于所述监控电路进一步包括一个保护电路，该保护电路将一个代表所述电池组相关电流值的信号与一个过电流门限比较，如果所述电流值大于所述过电流门限，则给所述处理器发出一个过电流警报信号。21.根据权利要求20所述的监控电路，其特征在于所述保护电路进一步将一个代表所述电池组相关电流值的信号与一个短路电流门限比较，如果所述电流值大于所述短路电流门限，则给所述处理器发出一个短路警报信号。22.一个平衡电路包括一个模拟/数字转换器ADC，该ADC接收来自多个电池中每个电池的模拟电压信号并将所述每个模拟电压信号转换成代表每个所述电池电压的数字电压信号；一个处理器，该处理器接收每个所述数字信号，如果至少有两个代表一个第一电池的第一电压与一个第二电池的第二电压的所述数字信号之差大于一个电池平衡门限，则该处理器发出一个平衡信号。23.根据权利要求22所述的平衡电路，其特征在于所述平衡电路进一步包括一个接收所述平衡信号，响应所述平衡信号给所述多个电池中的任意一个电池提供放电电流的放电网络电路。24.根据权利要求23所述的平衡电路，其特征在于所述放电网络电路在所述第二电池的第二电压大于所述第一电池的第一电压时给所述第二电池提供一个第一放电电流，所述放电网络电路在第一时间间隔应用所述第一放电电流将所述第二电压值降至实际上等于第一电压的电压值。25.根据权利要求24所述的平衡电路，其特征在于一个第三电池有一个第三电压，所述第三电压大于所述第一电压，所述第三电压大于所述第二电压，所述放电网络电路在一个第二时间间隔将所述第一放电电流应用在所述第三电池，从而将所述第三电压值降至实际上等于第一电压的电压值，其中所述第一时间间隔与第二时间间隔至少有一部分重叠。26.根据权利要求25所述的平衡电路，所述第一时间间隔有第一起始时间，所述第二时间间隔有第二起始时间，其特征在于所述第一起始时间实际上等于所述第二起始时间并且所述第二时间间隔比所述第一时间间隔长。27.根据权利要求23所述的平衡电路，其特征在于所述放电网络电路提供的所述放电电流可以通过响应来自处理器的所述平衡信号而被调整。28.根据权利要求27所述的平衡电路，其特征在于一个第三电池有一个第三电压，其中所述第二电压大于所述第一电压且差值为第一差值，所述第三电压大于所述第一电压且差值为第二差值，所述第二差值大于所述第一差值，其中所述放电网络电路将一个第一放电电流提供给所述第二电池、将一个第二放电电流提供给所述第三电池，所述第二放电电流比所述第一放电电流大。29.根据权利要求27所述的平衡电路，其特征在于所述放电网络电路包括与多个电池中每个电池相关的多个放电电路，所述多个放电电路中至少一个放电电路包括一个具有连接在所述第一开关接线端的一个第一电阻元件的第一开关，所述第一电阻元件有一个第一电阻值；一个具有连接在所述第二开关接线端的一个第二电阻元件的一个第二开关，所述第二电阻元件有一个第二电阻值，所述第二电阻值小于所述第一电阻值。30.根据权利要求29所述的平衡电路，其特征在于若所述第一开关导通并且所述第二开关断开，则将一个第一放电电流提供给一个相关电池，若所述第一开关断开并且所述第二开关导通，则将一个第二放电电流提供给所述相关电池，其中所述第二放电电流大于所述第一放电电流。31.根据权利要求22所述的平衡电路，其特征在于所述平衡信号被发送至一个电荷转移电路，该电荷转移电路响应所述平衡信号，转移所述多个电池间的电荷。32.根据权利要求31所述的平衡电路，其特征在于所述电荷转移电路在所述第二电压大于所述第一电压时，将所述第二电池的电荷转移到所述第一电池。33.根据权利要求31所述的平衡电路，其特征在于所述电荷转移电路包括一个储能元件。34.根据权利要求33所述的平衡电路，其特征在于所述电荷转移电路包括一个电容器。35.根据权利要求33所述的平衡电路，其特征在于所述平衡电路进一步包括一个连接所述电池组和所述ADC的开关网络，所述处理器控制所述开关网络将所述第二电池连接到所述储能元件，从而将电荷从所述第二电池转移到所述储能元件，所述处理器控制所述开关网络将所述第一电池连接到所述储能元件，从而将所述电荷从所述储能元件转移到所述第一电池。36.根据权利要求35所述的平衡电路，其特征在于一个第三电池有一个第三电压，所述第三电压大于所述第一电压，并且其中所述电荷转移电路将来自所述第三电池的电荷和所述第二电池的电荷转移到所述第一电池。37.根据权利要求22所述的平衡电路，其特征在于所述平衡信号是在所述电源处在放电模式下发出的。38.一个由具有多个电池的电池组供电的电子设备，其特征在于所述电子设备包括一个准确监控多个电池中每个电池电压的监控电路，所述监控电路包括一个接收来自多个电池中每个电池的模拟电压信号并将所述每个模拟电压信号转换成代表每个所述电池电压的数字电压信号的模拟/数字转换器ADC；和一个接收每个所述数字信号并根据至少一个所述数字信号发出一个安全警报信号的处理器。39.根据权利要求38所述的电子设备，其特征在于所述安全警报信号是当所述电池组充电时，在预定监控时间期间，若至少一个代表一个所述电池电压的所述数字信号大于一个过电压门限值时，提供的充电警报信号。40.根据权利要求39所述的电子设备，其特征在于当所述电池组充电时，若代表一个所述电池电压的一个所述数字信号大于所述过电压门限值时，发出所述充电警报信号。41.根据权利要求39所述的电子设备，其特征在于所述过电压门限可由所述处理器调整。42.根据权利要求41所述的电子设备，其特征在于所述过电压门限可由所述处理器根据环境温度调整。43.根据权利要求38所述的电子设备，其特征在于所述安全警报信号是当所述电池组放电时，在预定监控时间期间，若至少一个代表一个所述电池电压的所述数字信号小于一个低电压门限值时，发出的放电警报信号。44.根据权利要求43所述的电子设备，其特征在于当所述电池组放电时，若代表一个所述电池电压的一个所述数字信号小于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘柳胜，栗国星，
申请(专利权)人：美国凹凸微系有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]