CN101789609A - 电池均衡***、方法及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池均衡***、方法及电路，所述电池均衡***包括：至少两个电池模块和与所述电池模块相连的控制器。每个所述电池模块包括电池，均衡电路和电池管理模块。所述电池管理模块与所述电池连接用于获得所述电池的电池电压。所述均衡电路与所述电池连接用于在所述电池管理模块的控制下对所述电池执行均衡。所述控制器用于基于所述电池模块提供的所述电池电压产生参考信号。其中每个所述电池模块中的电池管理模块控制所述均衡电路根据所述参考信号对所述电池执行均衡，以此获得所述电池模块的电池均衡。本发明可提高电池***的效率，并且降低功耗。
Description
技术领域
本发明涉及电池***的管理，尤指均衡电池的***和方法。
背景技术
电池均衡用于包括多个电池的电池组。如果电池之间不均衡的话，由于串联的电池中最弱的会决定整个电池组的容量，这时电池组的容量就会降低。当电池电压间的差别大于某一水平时，电池不均衡将会发生。在电池***中，电池的信息可以由芯片或者印刷电路板的电路来测量。根据测量结果，电池管理电路能够控制电池均衡。在包括多个电池模块的相对大的电池管理***中，电池的均衡可以在各个电池模块中进行。
图1是现有的用于电池均衡的现有***100的结构示意图。***100包括结构类似的电池模块182和184。电池模块182包括电池102和104，电池均衡电路122和124，电池电压采样电路132，134，136和138，模块均衡电路112和电池管理模块162。电池模块184包括电池106和108，电池均衡电路126和128，电池电压采样电路142，144，146和148，模块均衡电路114和电池管理模块166。
电池电压采样电路132，134，136和138监测电池102和104的电压。电池管理模块162从电池电压采样电路132，134，136和138获得采样到的电压并从中选取一个参考电压(比如最小电压)。电池管理模块162会对参考电压和采样到的电压分别进行比较。如果电池管理模块162探测到参考电压和采样到的电池电压，例如102或104的电池电压，其之间的差别大于预定阈值时，电池管理模块162会控制电池均衡电路分流该电池的电流。这样，根据参考电压，电池102和104的电压能在电池模块182中得到均衡。电池106和108的电压可以通过相似方法均衡。
在***100中，电池模块182和184仅在各自模块中做均衡。如果在电池模块182和184之间发生不平衡，模块均衡电路112和114只能用来将整个电池模块182或184的电流分流。然而，在这种情况下，电池***的效率就会降低。而且，为了电池均衡而使得整个电池模块的电流被分流，这样功耗也会增加。
发明内容
本发明提供一种电池均衡***，该电池均衡***包括：至少两个电池模块和在所述电池模块之间连接的控制器。每个所述电池模块包括电池，均衡电路和电池管理模块。所述电池管理模块与所述电池连接用于获得所述电池的电池电压。所述均衡电路与所述电池连接用于在所述电池管理模块的控制下对所述电池执行均衡。所述控制器用于基于所述电池模块提供的所述电池电压产生参考信号。其中每个所述电池模块中的电池管理模块控制所述均衡电路根据所述参考信号对所述电池执行均衡，以此获得所述电池模块的电池均衡。
本发明所述的电池均衡***，所述电池模块进一步包括连接于所述电池和所述电池管理模块之间的电压采样电路，所述电压采样电路用于检测所述电池电压。
本发明所述的电池均衡***，所述参考信号指所述每个电池模块提供的所述电池电压的最小电压值。
本发明所述的电池均衡***，所述控制器从所述电池模块接收所述电池电压，并比较所述电池电压以产生所述参考信号。
本发明所述的电池均衡***，所述控制器分别接收电池模块的最小电池电压，并比较所述最小电池电压以产生所述参考信号。
本发明所述的电池均衡***，所述电池模块中的所述电池管理模块包括单片机，用于比较所述电池模块的每个电池的电池电压以产生所述最小电池电压。
本发明所述的电池均衡***，所述控制器基于所述参考信号产生均衡控制信号并提供给所述电池模块。
本发明所述的电池均衡***，所述均衡控制信号决定被执行所述均衡的电池。
本发明所述的电池均衡***，所述电池模块接收所述参考信号，并基于所述参考信号决定被执行所述均衡的电池。
本发明所述的电池均衡***，要被执行所述均衡的所述电池的电压与所述参考信号的差值超过预设的阈值。
本发明所述的电池均衡***，所述控制器通过通讯总线与各所述电池模块连接。
本发明还提供一种用于至少两个电池模块之间的电池均衡方法，每个所述电池模块包括电池，所述电池均衡方法包括：在每个所述电池模块中监测所述电池的电池电压；比较所有电池模块的电池电压以产生参考信号；基于所述参考信号，在电池模块中指定被执行均衡的电池；和执行所述均衡于指定的电池，以此在电池模块中获得电池均衡。
本发明所述的用于至少两个电池模块之间的电池均衡方法，所述指定被执行均衡的电池的步骤包括：分别比较所述电池的电池电压与所述参考信号的电压；和当比较获得的电压差超出预设的阈值时，决定被比较的电池为所述指定的电池。
本发明所述的用于至少两个电池模块之间的电池均衡方法，执行所述均衡于指定的电池的步骤包括：基于所述参考信号驱动电池均衡电路；和利用所述电池均衡电路分流所述指定的电池的电流。
本发明所述的用于至少两个电池模块之间的电池均衡方法，所述参考信号指每个所述电池模块提供的所述电池电压的最小电压值。
本发明还提供一种用于均衡至少两个电池模块之间的电池均衡电路，所述电池模块包括电池，所述电池均衡电路包括电池管理模块，均衡电路和在所述电池模块之间连接的控制器。所述电池管理模块用于与每个电池连接以监测所述电池模块中所述电池的电池电压。所述均衡电路用于与每个所述电池连接以在所述电池管理模块的控制下对所述电池执行均衡。所述控制器，用于基于所述电池模块提供的所述电池电压产生参考信号。其中每个所述电池模块中的电池管理模块控制所述均衡电路根据所述参考信号对所述电池执行均衡，以此获得所述电池模块的电池均衡。
本发明所述的用于均衡至少两个电池模块之间的电池均衡电路，所述控制器从所述电池模块接收所述电池电压，并比较所述电池电压以产生所述参考信号。
本发明所述的用于均衡至少两个电池模块之间的电池均衡电路，所述控制器分别接收所述电池模块的最小电池电压，并比较所述最小电池电压以产生所述参考信号。
本发明所述的用于均衡至少两个电池模块之间的电池均衡电路，所述控制器通过通讯总线与各所述电池模块连接。
本发明可提高电池***的效率，并且降低功耗。
附图说明
图1是用于电池均衡的现有***的结构示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的电池均衡***的结构示意图；
图3是根据本发明的另一实施例的电池均衡***的结构示意图；
图4是根据本发明的一个实施例电池均衡方法的流程图。
具体实施方式
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
本发明将在下文中配合附图进行全面描述。本发明可能以一些不同的方式实施，但不应理解为本发明被限制于说明书中介绍的某种具体的结构和功能。而应理解说明书提供的描述能够完全、充分的向本领域的技术人员传达本发明所涵盖的范围。基于说明书的描述，本领域的技术人员应当了解到本发明的范围旨在涵盖这里所揭示的本发明的所有实施方案，独立实施或者结合本发明的其他实施方案实施。比如，利用这里提出的任意数量的实施例来实现一个装置或者执行一种方法。另外，本发明的范围还包括这样一种装置或者方法。这种装置或方法可以用其他的结构、功能来实现，或者是利用本发明这里提出的实施方案和其他结构和功能一起实现，再或者是用不同于本发明这里提出的实施方案的结构和功能实现。应当理解的是这里揭示的本发明的所有实施方案都可以由权利要求中的一个或多个元件来实施。
图2是根据本发明的一个实施例的电池均衡***200的结构示意图。在图2的实施例中，电池均衡***200包括电池模块282和284，和控制器，比如中央电子控制单元(central electriccontrol unit CECU)280。根据不同的应用，电池均衡***200可以包括任何数量的电池模块。在一个实施例中，电池模块282和284是举例说明。
在一个实施例中，电池模块282包括电池202和204，电池均衡电路222和224，电池电压采样电路232，234，236和238，和电池管理模块262。在一实施例中，电池模块284包括电池206和208，电池均衡电路226和228，电池电压采样电路242，244，246和248和电池管理模块272。根据不同的应用，电池模块282和284可以包括任何数量的电池。电池模块282的结构和电池模块284的结构类似。
在一个实施例中，电池管理模块262与电池202和204相连，并包括电池均衡驱动器264和单片机266。电池管理模块262可以是用于管理比如锂离子电池、镍氢电池的电池组的保护、监测集成电路。电池管理模块262能够以周期模式通过电池电压采样电路232，234，236和238监测电池202和204的电压。电池管理模块262以预定的扫描频率周期性的监测电池202和204的电压。在监测周期内，电压被逐个测量。在一个实施例中，电池管理模块262除了测量电池202和204的电压，还能够持续的监测充、放电电流和电池组和电池单元的温度，以提供保护功能，包括但不限于过压、欠压、过流、短路、高温、低温的安全保护。
通过监测电池202和204的电压，电池管理模块262能获得电池电压的信息。同样，电池管理模块272也能获得电池206和208的电池电压。在一个实施例中，电池202，204，206和208的电池电压通过通讯总线286被传送到CECU 280。通讯总线286可以为CAN，I2C等本领域公知的总线。通讯总线286能够传送不同种类的信号，比如电压信号和控制信号。CECU 280将收到的电池电压进行比较并产生一个参考信号。在一个实施例中，参考信号为电池202，204，206和208的最小电压值Vmin。代表最小电压值Vmin的参考信号能够通过通讯总线286被反馈给电池管理模块262和272。
在另一个实施例中，为了减少通讯总线286的负载，电池管理模块262(272)将表示电池模块282(284)的最小电池电压的信号通过通讯总线286发送给CECU 280。单片机266根据电池均衡算法在电池模块282内部对每个电池的电压值进行比较并获得电池模块282的最小电池电压。电池均衡算法可以被储存于电池管理模块262中。类似的，电池管理模块272也能够在电池模块284内部对每个电池的电压值进行比较并获得电池模块284的最小电池电压。相应的，指示电池模块282和284的最小电池电压的信号通过通讯总线286被发送给CECU 280。另外，当异常或不期望的情况发生时，通讯总线286还能够将CECU 280与电池模块282和284隔离开。CECU 280对电池管理模块262和272发送来的最小电池电压进行比较，并产生参考信号。这种情况下，这个参考信号为电池202，204，206和208的最小电压值Vmin。
电池管理模块262中的单片机266和电池管理模块272中的单片机276将每个电池的电压与最小电压Vmin进行比较来决定对哪个电池进行均衡。在一个实施例中，单片机266或276执行的电池均衡算法能够定义预设的阈值ΔV。在另一实施例中，预设的阈值ΔV可由用户设置。如果最小电压Vmin与某个电池的电池电压的差值超出预设的阈值ΔV，这个电池就会被执行电池均衡。
比如，如果电池202被决定执行电池均衡，电池均衡驱动器264就会启动电池均衡电路222将电池202的电流分流。类似的，电池均衡电路224可以由电池均衡驱动器264驱动以将电池204的电流分流。电池均衡驱动器274能够为电池206和208分别驱动电池均衡电路226和228。
总之，在一个实施例中，电池均衡***200能够基于同一个参考信号对电池进行均衡。具体来说，通过比较电池均衡***200中不同的电池模块的电池电压，CECU 280能够为每个电池模块产生参考电压信号以执行电池均衡。因此，利用同一个参考信号，可以获得不同电池模块间的电池均衡。
图3是根据本发明的另一实施例的电池均衡***300的结构示意图。
在一个实施例中，电池均衡***300包括电池模块382和384，以及中央电子控制单元(central electric control unit CECU)380。在一个实施例中，电池模块382包括电池302和304，电池均衡电路322和324，电池电压采样电路332，334，336和338，以及电池管理模块362。电池模块384包括电池306和308，电池均衡电路326和328，电池电压采样电路342，344，346和348，以及电池管理模块372。电池模块382与电池模块384结构类似。
在一个实施例中，电池管理模块362与电池302和304相连，并包括电池均衡驱动器364。电池管理模块362可以是用于管理电池组的保护、监测集成电路。电池管理模块362能够通过电池电压采样电路332，334，336和338监测电池302和304的电压。在一个实施例中，电池管理模块362除了测量电池302和304的电压，还能够持续的监测充、放电电流和电池组和电池单元的温度，以提供不同保护功能，例如过压、欠压、过流、短路、高温、低温的安全保护。
通过监测电池302和304的电压，电池管理模块362能将获得的电池电压的信息发送给CECU 380。同样，电池管理模块372也能获得电池306和308的电池电压并发送给CECU 380。CECU380通过通讯总线386与电池管理模块362和372相连。通讯总线386能够传送不同种类的信号，比如电压信号和控制信号。另外，当异常或不期望的情况发生时，通讯总线386还能够将CECU380与电池模块382和384隔离开。
包括电池均衡算法的CECU 380从电池管理模块362和372获得电池302，304，306和308的电池电压。利用电池均衡算法，CECU 380对电池302，304，306和308的电池电压进行比较，并产生一个参考信号。在一个实施例中，参考信号指电池模块382和384中所有电池的最小电压Vmin。CECU 380进一步将最小电压Vmin与每个电池302，304，306和308的电池电压分别进行比较。如果最小电压Vmin与某个电池的电池电压的差值超出预设的阈值ΔV，这个电池就会被执行电池均衡。在一个实施例中，电池均衡算法能够定义预设的阈值ΔV。在另一实施例中，预设的阈值ΔV可由用户设置。比如，如果电池302的电压与最小电压Vmin的差值超出预设的阈值ΔV，CECU 380产生一个控制信号并通过通讯总线386发送给电池管理模块362。为响应CECU 380发来的控制信号，电池管理模块362中的电池均衡驱动器364驱动电池均衡电路322将电池302的电流分流。
图4是根据本发明的一个实施例电池均衡方法的流程图400。图4结合图2来描述。
在步骤402中，电池的电池电压由电池管理模块监测。比如，电池模块282和284中的电池202，204，206和208的电池电压被监测。又例如电池管理模块262通过电池电压采样电路232和234监测电池202的电池电压。电池管理模块262以预设的扫描频率周期性的测量电池202和204的电池电压。
在步骤404中，电池模块中的电池电压被进行比较生成一个参考信号。比如，电池模块282和284中的电池202，204，206和208的电池电压被比较并产生参考信号。在一个实施例中，参考信号指电池202，204，206和208电池电压的最小电压Vmin。
在步骤406中，基于参考信号，决定将被执行电池均衡的电池。比如，每个电池202，204，206和208的电池电压会被电池均衡算法与参考信号进行比较。电池均衡算法能够定义预设的阈值ΔV。最小电压Vmin与某个电池的电池电压的差值超出预设的阈值ΔV，这个电池就会被执行电池均衡。
在步骤408中，电池均衡会被执行于每个电池模块中确定的电池。比如，电池均衡驱动器264或274能够驱动相应的电池均衡电路，例如电池均衡电路222，224，226或228来执行均衡。比如，如果电池202被决定执行电池均衡，电池均衡驱动器264就会启动电池均衡电路222将电池202的电流分流。
Claims (19)
1.一种电池均衡***，其特征在于，所述电池均衡***包括：
至少两个电池模块，每个所述电池模块包括电池，均衡电路和电池管理模块，所述电池管理模块与所述电池连接用于获得所述电池的电池电压，所述均衡电路与所述电池连接用于在所述电池管理模块的控制下对所述电池执行均衡；和
在所述电池模块之间连接的控制器，用于基于所述电池模块提供的所述电池电压产生参考信号，
其中每个所述电池模块中的电池管理模块控制所述均衡电路根据所述参考信号对所述电池执行均衡，以此获得所述电池模块的电池均衡。
2.根据权利要求1所述的电池均衡***，其特征在于，所述电池模块进一步包括连接于所述电池和所述电池管理模块之间的电压采样电路，所述电压采样电路用于检测所述电池电压。
3.根据权利要求1所述的电池均衡***，其特征在于，所述参考信号指所述每个电池模块提供的所述电池电压的最小电压值。
4.根据权利要求1所述的电池均衡***，其特征在于，所述控制器从所述电池模块接收所述电池电压，并比较所述电池电压以产生所述参考信号。
5.根据权利要求1所述的电池均衡***，其特征在于，所述控制器分别接收电池模块的最小电池电压，并比较所述最小电池电压以产生所述参考信号。
6.根据权利要求5所述的电池均衡***，其特征在于，所述电池管理模块包括单片机，用于比较所述电池模块的每个电池的电池电压以产生所述最小电池电压。
7.根据权利要求1所述的电池均衡***，其特征在于，所述控制器基于所述参考信号产生均衡控制信号并提供给所述电池模块。
8.根据权利要求7所述的电池均衡***，其特征在于，所述均衡控制信号决定被执行所述均衡的电池。
9.根据权利要求1所述的电池均衡***，其特征在于，所述电池模块接收所述参考信号，并基于所述参考信号决定被执行所述均衡的电池。
10.根据权利要求1所述的电池均衡***，其特征在于，要被执行所述均衡的所述电池的电压与所述参考信号的差值超过预设的阈值。
11.根据权利要求1所述的电池均衡***，其特征在于，所述控制器通过通讯总线与各所述电池模块连接。
12.一种用于至少两个电池模块之间的电池均衡方法，其特征在于，所述电池均衡方法包括：
监测每个所述电池模块中的电池的电池电压；
比较所有电池模块的电池电压以产生参考信号；
基于所述参考信号，在电池模块中指定被执行均衡的电池；和
对于指定的电池执行所述均衡，以此在电池模块中获得电池均衡。
13.根据权利要求12所述的用于至少两个电池模块之间的电池均衡方法，其特征在于，所述指定被执行均衡的电池的步骤包括：
分别比较所述电池的电池电压与所述参考信号的电压；和
当比较获得的电压差超出预设的阈值时，决定被比较的电池为所述指定的电池。
14.根据权利要求12所述的用于至少两个电池模块之间的电池均衡方法，其特征在于，执行所述均衡于指定的电池的步骤包括：
基于所述参考信号驱动电池均衡电路；和
利用所述电池均衡电路分流所述指定的电池的电流。
15.根据权利要求12所述的用于至少两个电池模块之间的电池均衡方法，其特征在于，所述参考信号指每个所述电池模块提供的所述电池电压的最小电压值。
16.一种用于均衡至少两个电池模块之间的电池均衡电路，其特征在于，所述电池均衡电路包括：
电池管理模块，用于与每个电池连接以监测所述电池模块中的所述电池的电池电压；
均衡电路，用于与每个所述电池连接以在所述电池管理模块的控制下对所述电池执行均衡；和
在所述电池模块之间连接的控制器，用于基于所述电池模块提供的所述电池电压产生参考信号，
其中每个所述电池模块中的电池管理模块控制所述均衡电路根据所述参考信号对所述电池执行均衡，以此获得所述电池模块的电池均衡。
17.根据权利要求16所述的用于均衡至少两个电池模块之间的电池均衡电路，其特征在于，所述控制器从所述电池模块接收所述电池电压，并比较所述电池电压以产生所述参考信号。
18.根据权利要求16所述的用于均衡至少两个电池模块之间的电池均衡电路，其特征在于，所述控制器分别接收所述电池模块的最小电池电压，并比较所述最小电池电压以产生所述参考信号。
19.根据权利要求16所述的用于均衡至少两个电池模块之间的电池均衡电路，其特征在于，
所述控制器通过通讯总线与各所述电池模块连接。
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