用于在充电期间监控多单元电池中电池单元的电路制造技术

一种在多单元电池（１０）充电时连接到多单元电池的各个电池单元（１２）的电路（Ｍ），以监控并防止电池的各个电池单元（１２－１１２－ｎ）过充电，并获得用于确定电池单元运行状况的不同特征的数据。电路包括将充电电流从电池单元旁路的部分（Ｑ１－Ｑ５），此部分被可变地预设置为将超出电池单元所需电压上限（Ｖ－Ｂｙ）的电流旁路。电池充电时，旁路电路会在预设高电压电平超出时将电池单元处的电流旁路，以防止对该电池单元造成任何损坏。电路（Ｑ２）可用于产生电流脉冲，并且响应电流变化的受监控电池单元电压变化ｄＶ／ｄＩ可用于确定电池单元的内阻。电池单元的极化电阻也可以确定。获得的数据可用于确定与电池单元的充电状态（ＳＯＣ）及其运行状况相关的因素。可编程控制器（Ｃ）控制所有电路，也获得电路产生的数据。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种电路，用于在多单元电池充电期间监控各电池单元的电压和电流，并旁路超过可变预设值的充电电流。政府声明本专利技术的所有或部分内容是根据政府合同No.F33615-98-C-2898为Yardney和美国空军而开发。根据该合同条款，美国政府可具有本专利技术的某些权利。
技术介绍
诸如锂离子类型的那些多单元可再充电电池经常在任务控制应用中使用，如不间断电源和各种军事应用。此类电池的输出电压取决于串联的电池单元数量及为电池单元选择的特殊化学性质。在一些应用中，足够多的电池单元可连接在一起以实现高达400V的电压。在多单元电池充电或再充电时，电源会连接到所有串联的电池单元。充电发生时，各个电池单元可能对充电电流的反应不同。具体地说，电池单元最好不会过充电，因为这会损坏该电池单元，并甚至可能损坏整个电池。不同的电路已用于旁路过剩电流，使其在充电周期中不会到达某个电池单元，从而不会损坏该单元。同时最好可监控电池各个电池单元和组合的电池的运行状况。这涉及到确定相关参数，如内阻、极化电阻及电池每个电池单元的剩余容量，该容量表示为以安培小时测量的原容量的百分比，通常称为充电状态(SOC)。专利技术概述本专利技术涉及一种电路，该电路可监控并防止多单元电池的各个电池单元过充电，并获得用于确定电池单元运行状况的不同特征的数据参数。多单元电池充电时，根据本专利技术的电路连接到要监控的该电池的各个电池单元。电路包括将充电电流从电池单元旁路的部分，此部分可以各种方式预设，从而将超出电池单元所需电压上限的电流旁路。电池充电时，旁路电路会在预设电压电平超出时将电池单元处的电流分路，从而防止对该电池单元造成任何损坏。在本专利技术的另一方面，电路可用于产生放电电流脉冲。由此，响应于电流变化而产生的受监控电池单元的电压变化，dV/dI，可用于确定电池单元的内阻。电池单元的极化电阻也可通过延长放电脉冲而确定。获得的数据可用于确定与电池单元的充电状态(SOC)及其运行状况相关的因素。专利技术目的本专利技术的目的是提供一种电路，以监控多单元电池在其操作期间的所有各个电池单元。另外的目的是提供一种电路，以监控多单元电池在充电期间的某个电池单元，并在电池充电期间超过该电池单元的预设上限时将充电电流旁路，同时允许对尚未达到预设电压限制的其它电池单元进行充电。另一目的是为多单元电池的各个电池单元提供一种监控电路，其中，在将电池单元添加到电池组时，该电池单元的监控电路也会以模块形式添加并以模块形式连接到控制器。还有另一目的是提供一种监控多单元电池的各个电池单元的电路，该电路可用于获得表示电池单元运行状况和充电状态的电池单元数据。再一目的是为多单元电池的每个电池单元提供一种监控电路，该电路在电池单元充电到预设电压上限后将电流旁路以免电池单元过充电，并可用于获得用于确定电池单元充电状态和运行状况的数据。附图简述参照下面的说明书和附图，本专利技术的其它目的和优点将变得更加显而易见，其中附图说明图1是根据本专利技术的电路示意图，该电路用于监控在充电的多单元电池的电池单元并在超过预定电平时将电流旁路。专利技术详细说明参照图1，在图的左侧显示了电池组中电池10的各个电池单元12-1…12-n。电池单元12串联在电流充电源I及诸如地14的参考电位点之间，其中电流充电源I可以在电池组外部，例如，可以是太阳能电池组。根据需要，许多电池单元12串联形成了具有所需输出电压的电池。本专利技术根据锂离子类型电池以图示方式描述。然而，它可应用于其它类型的可再充电电池，如铅酸电池和镍镉电池。在此类电池中，电池单元会串联添加以获得具有指定输出电压的电池。例如锂电池单元的平均电压为3.5V，因此，串联的八个电池单元形成了28V的电池。28V的电池可具有36V的高值限制和20V的放电电压。诸如锂离子类型的电池需要将每个电池单元电压仔细地监控在某一电压上限和某一电压下限。因此，电池的每个单独电池单元12在充电期间要受监控以测量其电压。同样，如下所述，每个电池单元的充电状态和运行状况也要确定。在图1中，监控电路M的输入导线16和18以图示方式显示为连接到电池的图示电池单元12-3的正负电极的端子。每个电池单元有独立的监控电路M，并且由于每个电路相同，因此只描述一个此类电路。电池10的电池单元12与电路M最好是封装在电池组中。如果电池组扩充更多的电池单元，则提供相应的附加电路M。电池单元监控电路M由电池单元12自身供电。电路M设计为消耗尽可能少的能量以保持电池10的功率。电路M的操作受图中显示为框C的控制器控制。控制器C可以是可编程或预编程的微处理器，并具有如下所述到电路M的模拟输出端和从电路M的输入端。控制器C与监控电路M集成在电池组中。控制器C与每个电路M连接以设置不同的操作点，监控充电和放电电流，测量温度，提供信息到外部充电器源，以及控制电池组切换以断开并避免过度充电或放电。控制器C具有与概括显示为H的主机通信的串行接口。控制器可以具有必要的ADC和DAC变换器以与监控电路M连接。控制器C主要使用ADC和DAC变换器来连接监控电路M。DAC的模拟输出还可提供以控制电池充电器电流。最好是电池外到主机H的所有通信由串行接口完成。电池充电器也可能使用串行接口，而不使用DAC输出。在一个典型应用中，主机依靠电池，并利用电池控制所有系统组件。主机用信息进行程序设计，这样，它可以执行卸载或在如何最佳利用电池10中剩余存储电能方面做出其它决策。例如，带有控制器C的电池组可以在卫星中，并且充电电流源I可以是太阳能电池。主机可以是控制所有卫星资源的主机载计算机。主机H可向控制器C提供其它数据以利用电池10的不同操作模式。通常，卫星和其它空间飞行器具有其自己的中央计算机。电池中的控制器C假定为对电池有较好的了解。它向卫星或其它运载部件的主机H提供信息。例如，在一个典型应用中，如果主机指定任务的剩余时间，并在牺牲不需要的电池寿命的同时希望最多的电能，则控制器C将确定如何实现该目标。在卫星应用中，卫星地面控制系统一般不会控制电池操作。此类详细的操作仅在特别紧急措施下才会发生。当然，应用可以是电池组从地面上的常规电源充电，并且主机和控制器彼此之间硬连线的情况。电路M监控的电池单元12-3上的导线16和18连接到由电阻R1和R2形成的电阻分压器的上端和下端。这将分割受监控电池单元12-3的电压，以形成从两个电阻接合处到运算放大器A2的非反相(+)输入端的的输入。电阻R1和R2最好是高精度，如0.01％。在其电源输入上，放大器A2经线路18从受监控的电池单元的负端获得其负干线电压，并经线路16从电池单元的正端子获得其正电压。运算放大器A2最好具有高DC增益和低带宽。放大器A2的输入电压范围包括放大器的负参照电源。对于锂离子电池，视电池单元的充电状态(SOC)而定，电池单元的电压范围从2.5V到4.5V。放大器A2的带宽由并联电阻R3和电容器C1的网络在其输出端和放大器反相输入(-)端之间提供的反馈信号决定。选择放大器A2的操作电压，使得在受监控电池单元电压低于预定电压时，禁用放大器，此预定电压在所述的锂离子电池示例中为大约3.5V。这使得放大器A2消耗的电流降低最低。如下所述，由于能够禁用放大器A2，在受监控电池单元电压低时，旁路电路将不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监控正在从电流源充电的多单元电池中某个电池单元的电路，它包括：为所述电池单元在其充电期间可变地设置预定的上限电压的部件；连接到所述电池单元的第一放大器，在所述电池充电时将所述电池单元的电压作为一个输入接收，并且将所述 上限电压作为另一输入接收，所述第一放大器在所述电池单元电压超出所述电压上限时产生输出信号；以及连接到所述电池单元的旁路电路，所述旁路电路通过接收所述第一放大器产生的所述输出信号而启动，以将所述电池单元处的充电电流旁路。

【技术特征摘要】
US 2001-5-22 09/862,2281.一种用于监控正在从电流源充电的多单元电池中某个电池单元的电路，它包括为所述电池单元在其充电期间可变地设置预定的上限电压的部件；连接到所述电池单元的第一放大器，在所述电池充电时将所述电池单元的电压作为一个输入接收，并且将所述上限电压作为另一输入接收，所述第一放大器在所述电池单元电压超出所述电压上限时产生输出信号；以及连接到所述电池单元的旁路电路，所述旁路电路通过接收所述第一放大器产生的所述输出信号而启动，以将所述电池单元处的充电电流旁路。2.如权利要求1所述的电路，其特征在于所述旁路电路包括所述旁路电流流经的电阻，并且还包括连接到所述电阻的第二放大器，产生对应于所述旁路电流幅度的输出电压。3.如权利要求1所述的电路，其特征在于所述第一放大器还包括跨接在所述电池单元上的分压器，并且到所述第一放大器的所述一个输入是从所述分压器上的某个点获得。4.如权利要求1所述的电路，其特征在于所述可变地设置所述预定电压上限电平的部件包括可编程控制器。5.如权利要求2所述的电路，其特征在于还包括操作所述旁路电路以产生放电电流脉冲的切换部件；跨接在所述电池单元上以响应于所述电流脉冲测量所述电池单元电压的第三放大器；以及接收所述第二放大器和所述第三放大器的输出的部件，用于根据所述旁路电流脉冲的幅度和所述电池单元电压响应确定所述电池单元的内阻。6.如权利要求5所述的电路，其特征在于所述切换部件用于在所述电池单元内阻确定后将所述电流脉冲延迟一段时间，所述电路还包括使用所述第二放大器和所述第三放大器的输出以确定所述电池单元极化电阻的部件。7.如权利要求5所述的电路，其特征在于还包括用于操作所述切换部件的控制器。8.如权利要求7所述的电路，其特征在于所述切换部件包括由所述控制器操作的光源，产生光，所述光的持续时间对应于所述电流脉冲的持续时间；以及响应所述光而产生信号的光耦合器，以便操作所述第一放大器来启动所述旁路电路。9.如权利要求8所述的电路，其特征在于所述第一放大器还包括跨接在所述电池单元上的分压器，到所述第一放大器的所述一个输入是从所述分压器上的某个点获得，并且其中所述光耦合器跨接在所述分压器的一部...

【专利技术属性】
技术研发人员：RB胡伊克曼，H辛，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]