用于监控和平衡电池组中的电池的方法和系统技术方案

一种用于平衡一个或多个电池组（１０２）内的能量供应装置并且用于提供电池组的被隔离的监控的系统，包括至少一组串联电连接的能量供应装置。对于每一组能量供应装置，该系统包括用于每一对相邻的能量供应装置的平衡电路（１１０）。该平衡电路调节存储在该相邻一对中的每一个能量供应装置中的电荷，使得该对中的能量供应装置中所存储的电荷基本相等，并且在每一个能量供应装置中所存储的电荷保持在阈值以上。该系统还包括电压监控模块（１０６），用于顺序地选择每一个能量供应装置并且在输出端口处提供与所选的装置相关的电压。该电压监控模块使用低导通电阻的差分多路复用器来选择每一个能量供应装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于操作电池組的方法和系统，更具体地，涉及以增 强性能、寿命和安全性的方式来操作在电动车应用中被深度循环的电 池组。
技术介绍
在本领域中操作电池组的方式能够明显地影响其性能、寿命和安 全性。这个所关注的点尤其与要求高的应用(例如，在电动车中的使 用)有关。举例来说，考虑由串联连接在一起的许多锂电池形成的电池组。 如果其中的一个电池的两端的电压在;^文电期间降到预定阈值(典型地 为三伏)以下或者在充电期间上升到预定阈值(典型地为4.2伏)以上 的话，锂电池组的寿命急剧下降。为此，仔细地监控电池电压并且进 行测量以便将电池电压维持在特定范围内是非常重要的。进一步使问题复杂化的是，锂电池中的制造缺陷导致一些电池不 能保持与其它表面上同样的电池一样多的电荷。为此，当许多锂电池 被串联连接在一起时，有缺陷的电池比其它电池放电更快并且因此是 在放电期间第一个达到上述下阈值的。这样的有缺陷的电池通常也是 在充电期间第一个达到上阔值的。电池之间这样的不均衡限制了电池 组工作的有效范围，除非在电池组工作期间电荷被再平衡。
技术实现思路
本专利技术涉及用于监控一个或多个电池组的电池电压和用于平衡 电池組内的电池的方法和系统。这样的功能可以被合适地提供在单个 监控和平衡系统中，该系统适于与现有的外部控制系统通过接口连 接，而同时将该外部控制系统与被监控和平衡的电池隔离。用单个装 置组件(例如，印刷电路板)来监控和平衡减少了电学系统内所需的 互连的数量。根据本专利技术的一个方面，提供了 一种通过可利用模拟输入和数字 输入的主系统控制器来监控和平衡由电池(例如，锂电池)串联连接 所形成的电池组的方式。在一个实施例中，这样的控制器包括已经在 电动车中被使用的主系统控制器。通常，具有2个电池的电池组能够利用n个数字控制信号在单个 模拟输入上被监控。这可以通过引导2n个电池电压中的每一个经过由 n个数字输入所控制的多路复用器来实现。类似地，能够用在系统控 制器上为每一个附加的电池组添加一个自由模拟输入来监控附加的 电池组。在一个实施例中，代表各个电池温度的信号也被提供到系统控制 器。在示例性实施例中，热敏电阻被用来产生温度相关的信号，然而 也可以使用本领域中已知的其它温度到电学的转换器。来自多个电池 的温度信号可以例如通过时分复用，在车辆控制器上的单个模拟输入 上被传送。在所述实施例中，在车辆主系统控制器与电池组之间需要非直接 的、不被隔离的连接。根据一个示例性实施例，提供了 一种电池平衡和被隔离的监控的 系统，用于由被串联地串在一起的多个电池的多个模块形成的电池 组。在系统的监控一侧上的每一个通道(channel)都监控例如八个电 池才莫块并且由在双(分离)电源(split supply )上工作的低导通电阻 的差分多路复用器、电阻分压器、隔离放大器、被隔离的DC到DC的 转换器以及用于阻抗匹配的输出运算放大器组成。每一个平衡模块都执行使两个串联连接的电池块平衡、允许多至500 mA的电流移动 (shuffling)，并且具有两个齐纳二极管、运算放大器、两个晶体管 和四个电阻器。在一些实施例中，监控系统与电池組隔离使得电池电压能够被安 全地发送到外部控制单元而不用将该控制单元连接到电池的地 (ground)。这样的隔离可以例如用光隔离器、光敏晶体管或用于改 进的精确度和线性的基于电流的隔离放大器、或者其组合来实现。在一些实施例中，电池平衡电路被配置为阻挡最接近被断开电池 的电池放电并且通常提供防止过充电和放电的保护。在一些实施例中，监控系统包括作为精确装置的低导通电阻的差 分多路复用器，以监控电压并且允许在监控中从电池到电池的快速转 换，用于快速识别被短路或被断开的电池。在一些实施例中，该系统包括热敏电阻输入，使得能够监控临界温度。在一些实施例中，该系统还包括机载定时器电路来为用于电池电 压监控的差分多路复用器以及用于温度监控的多路复用器产生选择 信号。在一个方面中，系统是用于平衡一个或多个电池组内的能量供应 装置的系统。该系统包括至少一组串联电连接的N个能量供应装置， 其中N为大于1的整数。对于每一组N个能量供应装置，该系统包括用 于每相邻的一对能量供应装置的平衡电路。该平衡电路调节存储在该 相邻的一对中的每一个能量供应装置中的电荷，使得(i)该对中的第 一能量供应装置中所存储的电荷基本与该对中的第二能量供应装置 相等，以及(ii)在每一个能量供应装置中所存储的电荷保持在预定 阈值以上。在一个实施例中，平衡电路包括至少一个齐纳二极管，用于将每 一个能量供应装置中所存储的电荷维持在预定阈值以上。其它实施例齐纳二极管的相关特性。在另一实施例中，平衡电路包括被以背靠背配置的方式布置的一对齐纳二极管，用于维持每一个能量供应装置中 所存储的电荷。另一个实施例还包括电压监控模块，用于顺序地选择每一个能量 供应装置并且在输出端口处提供与所选的能量供应装置相关的电压。 该电压监控模块使用低导通电阻的差分多路复用器来选择每一个能 量供应装置并且提供相关的电压。在另一实施例中，差分多路复用器由双电源电路供电。在还一实 施例中，电压监控模块提供能量供应装置与输出端口之间的隔离。在 又一实施例中，隔离包括使用于多路复用器的选择信号经过光隔离 器，并且使与所选的能量供应装置相关的电压经过隔离放大器。一个实施例还包括温度监控模块，用于接收代表与该电池组以及 一个或多个其它电池组相关的温度的信号，并且用于在输出端口处选 择性地提供所接收到的信号中的 一个。在另 一实施例中，平衡电路和电压监控模块被结合在单个印刷电 路板中。在又一实施例中，每一个能量供应装置为锂电池。在另一方面中，用于提供一个或多个电池组的被隔离的监控以及用于平衡该一个或多个电池组内的能量供应装置的系统包括至少一 组串联电连接的N个能量供应装置，其中N为大于1的整数。对于每一 组N个能量供应装置，该系统包括平衡模块和电压监控模块。该平衡 模块包括用于每一对相邻的能量供应装置的平衡电路。该平衡电路调 节存储在该相邻一对中的每一个能量供应装置中的电荷，使得(i)该 对中的第一能量供应装置中所存储的电荷基本与该对中的第二能量 供应装置相等，以及(ii)在每一个能量供应装置中所存储的电荷保 持在预定阈值以上。该电压监控模块包括在双电源上工作的差分多路 复用器，用于顺序地选择出现在多个输入端口的能量供应装置中的每 一个并且在输出端口处提供与所选的能量供应装置相关的电压，其中 该差分多路复用器的特征在于从输入端口到输出端口的低导通电阻 路径。该电压监控模块也包括电阻分压器，用于按比例变化(scale) 与所选的能量供应装置相关的电压以产生按比例变化的电压。该电压监控模块还包括用于提供该按比例变化的电压的被隔离形式的隔离放大器、用于向隔离放大器的输入侧供电的被隔离的DC到DC转换器 以及用于使该按比例变化的电压与系统控制器阻抗匹配的输出运算 放大器。在一个实施例中，平衡电路包括被以背靠背配置的方式布置的一 对齐纳二极管，用于维持每一个能量供应装置中所存储的电荷。一个实施例还包括运算放大器以及堆叠的晶体管对，该运算放大 器用于确定在相邻的一对能量供应装置之间的电荷失衡的水平并且 产生对应于该电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于平衡一个或多个电池组内的能量供应装置的系统，包括：　至少一组串联电连接的Ｎ个能量供应装置，其中Ｎ为大于１的整数；　对于每一组Ｎ个能量供应装置的用于每相邻的一对能量供应装置的平衡电路，其中该平衡电路调节存储在该相邻的一对中 的每一个能量供应装置中的电荷，使得（ｉ）该对中的第一能量供应装置中所存储的电荷基本与该对中的第二能量供应装置相等，以及（ｉｉ）在每一个能量供应装置中所存储的电荷保持在预定阈值以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-7-19 60/807,8211.一种用于平衡一个或多个电池组内的能量供应装置的系统，包括至少一组串联电连接的N个能量供应装置，其中N为大于1的整数；对于每一组N个能量供应装置的用于每相邻的一对能量供应装置的平衡电路，其中该平衡电路调节存储在该相邻的一对中的每一个能量供应装置中的电荷，使得(i)该对中的第一能量供应装置中所存储的电荷基本与该对中的第二能量供应装置相等，以及(ii)在每一个能量供应装置中所存储的电荷保持在预定阈值以上。2. 如权利要求l所述的系统，其中该平衡电路包括至少一个齐纳 二极管，用于将每一个能量供应装置中所存储的电荷维持在预定阈值 以上。3. 如权利要求l所述的系统，其中该平衡电路包括一对齐纳二极 管，这一对齐纳二极管被以背靠背配置的方式布置，用于维持每一个 能量供应装置中所存储的电荷。4. 如权利要求l所述的系统，还包括电压监控模块，用于顺序地 选择每一个能量供应装置并且在输出端口处提供与所选的能量供应 装置相关的电压，其中该电压监控模块使用低导通电阻的差分多路复 用器来选择每一个能量供应装置并且提供所述相关的电压。5. 如权利要求4所述的系统，其中该差分多路复用器由双电源电 路供电。6. 如权利要求4所述的系统，其中该电压监控模块提供能量供应 装置与输出端口之间的隔离。7. 如权利要求6所述的系统，其中该隔离包括使得用于多路复用 器的选择信号经过光隔离器，并且使与所选的能量供应装置相关的电 压经过隔离放大器。8. 如权利要求l所述的系统，还包括温度监控模块，用于接收代表与该电池组以及一个或多个其它电池组相关的温度的信号，并且用 于在输出端口处选择性地提供所接收到的信号中的一个。9. 如权利要求4所述的系统，其中该平衡电路和该电压监控模块 被结合在单个印刷电路板中。10. 如权利要求l所述的系统，其中每一个能量供应装置都为锂电池。11. 一种用于提供一个或多个电池组的被隔离的监控以及用于平 衡该一个或多个电池组内的能量供应装置的系统，包括至少一组串联电连接的N个能量供应装置，其中N为大于1的整数；对于每一组N个能量供应装置的平衡模块和电压监控模块； 其中该平衡模块包括用于每相邻的一对能量供应装置的平衡电路；其中该平衡电路调节存储在该相邻的一对中的每一个能量供应 装置中的电荷，使得(i)该对中的第一能量供应装置中所存储的电荷 基本与该对中的第二能量供应装置相等，以及(ii)在每一个能量供应装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：A托特，N扎格，
申请(专利权)人：A一二三系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]