[發(fā)明專利]電池電壓平衡電路及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910176082.4
• 申請日: 2009-09-28
• 公開（公告）號: CN102035047A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐獻(xiàn)松;楊洋;李立民
• 申請（專利權(quán)）人: 登豐微電子股份有限公司
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M10/44
• 代理公司: 北京信慧永光知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11290
• 代理人: 王月玲;武玉琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電池電壓平衡電路及方法，尤指一種用以平衡多個(gè)串聯(lián)電池間的電池電壓的電池電壓平衡電路及方法。

背景技術(shù)

隨著可攜式電子產(chǎn)品的發(fā)展，可充電式電池的需求也隨之而起。充電式電池包括了公知的鎳鎘電池、后續(xù)開發(fā)的鎳氫電池、鋰離子電池以及最新發(fā)展的鋰聚合物(Li-Polymer)電池。不同種類的可充電式電池所提供的電壓也不盡相同，而可攜式電子產(chǎn)品所需的操作電壓也有所不同。因此，電池制造業(yè)者會配合可攜式電子產(chǎn)品的操作電壓，將數(shù)顆電池串聯(lián)成電池模塊以提供所需的電壓。

電池模塊于電池的電能耗盡時(shí)，需以充電器再充滿電以供下次使用。然而，電池會因制造或使用而造成蓄電量有所不同。舉例來說，7.4V鋰電池模塊由兩顆3.7V的鋰電池串聯(lián)組成。在出廠時(shí)，兩顆電池的蓄電量分別是80％及70％。由于鋰電池過充會損害電池本身，因此，鋰電池充電器在任一顆鋰電池滿充電時(shí)即停止充電，此時(shí)，兩顆電池的蓄電量分別為100％(電池充電容量的最上限)及90％。而使用時(shí)，只要任一電池蓄電量降至0％(電池放電的最下限)，電池模塊即無法使用，因此，這兩顆電池的蓄電量降至分別為10％及0％時(shí)，即須再充電才能使用。

由上述例子可知，當(dāng)電池模塊的電池的蓄電量有所不同時(shí)，電池模塊的實(shí)際可使用電能將由蓄電量最低的電池所決定。而除了上述出廠時(shí)電池模塊的各電池蓄電量可能不同外，電池于未使用時(shí)，也會自放電，在每個(gè)電池自放電速率不同的情況下，也會造成電池間蓄電量逐漸不平衡，使電池模塊實(shí)際可使用電能會隨著電池使用時(shí)間而逐漸變少，造成電池模塊的使用效率低落，使用時(shí)間也變短。

請參考圖1，為Intersil在其ISL9208的數(shù)據(jù)表(Datasheet)中所揭示的數(shù)字電池平衡控制器。一數(shù)字電池平衡控制器10包含一電池平衡微處理器5及晶體管開關(guān)S1-S7。晶體管開關(guān)S1-S7分別透過電阻R1-R7與電池BAT1-BAT7并聯(lián)。電池BAT1-BAT7的電壓經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D?Converter)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該電池平衡控制微處理器5根據(jù)電池BAT1-BAT7的電壓數(shù)字信號，經(jīng)內(nèi)建的算法比較出其中電壓較高的電池，并導(dǎo)通該較高電壓的電池并聯(lián)的晶體管開關(guān)，使各電池的充電電流可根據(jù)各電池的電壓調(diào)整而達(dá)到平衡充電的功能。

然而電池電壓需經(jīng)由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，數(shù)字的電池平衡微處理器5才得以處理，而模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器會大幅增加該數(shù)字電池平衡控制器10的芯片面積10，故成本相當(dāng)高是其缺點(diǎn)。另外，數(shù)字的電池平衡微處理器5會受限于當(dāng)初設(shè)計(jì)，例如：ISL9208僅能支持5到7顆電池所組成的電池模塊，其可應(yīng)用的范圍也會因的受限。

另外，由于ISL9208除了電路發(fā)生，如：過溫、過電流、短路等，電路異常外，會對較高電壓的電池進(jìn)行放電直至各電池的電壓相等為止。雖然鋰電池號稱幾乎無記憶效應(yīng)而允許使用者不論鋰電池電壓高低隨時(shí)可充電及放電。然而，實(shí)際上對鋰電池模塊于任意電壓下充放電后，會造成鋰電池于不同電池電壓下放電能力有高低。請參考圖2，為使用一段時(shí)間后的滿充電鋰電池模塊的電池電壓及放電能力(電流)的關(guān)系示意圖。因此，任意對鋰電池模塊進(jìn)行電壓平衡會造成鋰電池放電性能衰退，甚至使用該鋰電池模塊的電子產(chǎn)品可能遇到瞬間的電力不足而造成當(dāng)機(jī)或毀損。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于公知的數(shù)字電池平衡控制器成本過高以及不當(dāng)?shù)爻浞烹娫斐呻姵胤烹娦阅芟陆档膯栴}，本發(fā)明使用模擬的電池充電控制器達(dá)到電池的平衡充電以降低電池平衡控制器的成本，并于電池電壓高于一預(yù)定電壓值時(shí)始進(jìn)行電池電壓平衡，以避免造成電池放電性能的弱化。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供了一種電池電壓平衡電路以平衡串聯(lián)的多個(gè)電池單元的電壓。電池電壓平衡電路包含一電池電壓平衡單元以及一電池電壓判斷單元。電池電壓平衡單元包含多個(gè)平衡單位，每一平衡單位對應(yīng)耦接該多個(gè)電池單元的一電池單元的一正端及一負(fù)端，并于接收一平衡信號時(shí)導(dǎo)通一平衡電流。電池電壓判斷單元耦接該多個(gè)電池單元的該些正端及該些負(fù)端，該電池電壓判斷單元于該多個(gè)電池單元其中任一電池單元達(dá)到一平衡電壓時(shí)，發(fā)出平衡信號以導(dǎo)通對應(yīng)的該平衡單位。

本發(fā)明也提供了一種電池電壓平衡方法。首先偵測串聯(lián)的多個(gè)電池單元的個(gè)別電池電壓，并于該多個(gè)電池單元的其中任一電池單元的電壓高于一平衡電壓時(shí)導(dǎo)通與該電池單元并聯(lián)的一平衡單位。而當(dāng)該多個(gè)電池單元的其中任一電池單元的電壓低于該平衡電壓時(shí)停止導(dǎo)通對應(yīng)的平衡單位。