[發(fā)明專利]用于均衡電壓的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380043048.4
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號(hào): CN104584374B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·J·華;M·埃爾馬爾基;K·R·金;J·M·羅斯
• 申請（專利權(quán)）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11245
• 代理人: 趙蓉民

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及為多單元電池(multi-cell battery)提供單元均衡的電路。

背景技術(shù)

由多于一個(gè)的串聯(lián)連接的鋰離子單元組成的鋰離子電池組常被用在諸如筆記本電腦、無繩電力工具、電動(dòng)車輛、無間斷電源等應(yīng)用中。用于這類電池組的電池管理電路(通常為集成電路(IC))的重要功能是管理單元均衡，這對于整個(gè)電池組容量和運(yùn)行時(shí)間來說是重要的。單元均衡是使電池組中的每個(gè)單個(gè)單元兩端的電壓匹配的過程。失衡的單元會(huì)導(dǎo)致過早的充電終止、提早放電終止或者由于在最佳單元電壓限制之上或之下循環(huán)而導(dǎo)致的其他單元濫用。

許多因素會(huì)導(dǎo)致單元失衡，例如單元間的容量失配、充電狀態(tài)差異、單元阻抗變化、溫度梯度以及在高放電速率時(shí)的單元自熱。已經(jīng)開發(fā)出各種方法和算法來均衡多單元電池組中的單元，以便達(dá)到最佳性能。例如，無源(“泄放”)均衡通過在旁路功率電阻器和開關(guān)(通常為場效應(yīng)晶體管(FET))中將能量轉(zhuǎn)化成熱量來繞開單元分流能量，而電荷洗牌(charge shuffling)方法在單元之間容性地重新分配能量。

每種單元均衡方法具有其自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。無源均衡通常被認(rèn)為是最廉價(jià)的方式，因?yàn)樗恍枰至⒌碾娙萜骰螂姼衅鳌ｋm然過多的能量作為熱量被基本浪費(fèi)掉，但是均衡控制算法是相對簡單的，并且在許多情況下，由于其在硬件和軟件/固件方面成本低，因此仍然是可選擇的方法。在其他單元均衡方案中，可以采用外部晶體管網(wǎng)絡(luò)來均衡單元兩端的電壓，然而，這類外部網(wǎng)絡(luò)要求額外的集成電路控制管腳來操作晶體管，這會(huì)導(dǎo)致電路成本增加。

發(fā)明內(nèi)容

公開了為多單元應(yīng)用提供電壓單元均衡的系統(tǒng)和方法。

在一個(gè)示例中，提供了一種提供電壓單元均衡的電路。該電路包括單元均衡網(wǎng)絡(luò)，其包括分開的切換電路，每個(gè)切換電路被配置為基于相應(yīng)的切換控制信號(hào)均衡多個(gè)電壓單元中的相應(yīng)單元的相應(yīng)單元電壓。控制電路包括多個(gè)電流源，多個(gè)電流源中的每一個(gè)選擇性地連接到分開的切換電路中的相應(yīng)一個(gè)，以獨(dú)立地控制單元均衡網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)分開的切換電路的操作，從而均衡多個(gè)電壓單元兩端的電壓。

在另一示例中，電路包括單元均衡網(wǎng)絡(luò)，其包括分開的切換電路，每個(gè)切換電路被配置為基于相應(yīng)的切換控制信號(hào)均衡多個(gè)電壓單元中的相應(yīng)單元的單元電壓。該電路包括控制電路，其被連接以提供從多個(gè)電壓單元中的每一個(gè)到控制電路的相應(yīng)單元輸入的電流路徑，以便均衡多個(gè)電壓單元兩端的電壓，控制電路的每一個(gè)相應(yīng)單元輸入進(jìn)一步提供相應(yīng)的切換控制信號(hào)，以獨(dú)立地控制單元均衡網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)分開的切換電路的操作。該電路還包括自適應(yīng)鉗位電路，其被連接在每對相鄰的單元輸入之間，每個(gè)自適應(yīng)鉗位電路被配置為將過多的電流分流，以便當(dāng)一對相鄰的單元輸入中的另一個(gè)正在均衡時(shí)，抑制分開的切換電路中耦合到該對相鄰的單元輸入的一個(gè)切換電路的意外激活。

在又一示例中，方法包括基于相應(yīng)的切換控制信號(hào)均衡多個(gè)電壓單元中的相應(yīng)單元的單元電壓。該方法包括提供從多個(gè)電壓單元中的每一個(gè)到控制電路的相應(yīng)單元輸入的電流路徑，以均衡多個(gè)電壓單元兩端的電壓，控制電路的每一個(gè)相應(yīng)單元輸入進(jìn)一步提供相應(yīng)的切換控制信號(hào)，以獨(dú)立地控制單元均衡網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)分開的切換電路的操作。該方法還包括通過將過多的電流分流，動(dòng)態(tài)地鉗位每一對相鄰的單元輸入，以便當(dāng)一對相鄰的單元輸入中的另一個(gè)正在均衡時(shí)，抑制分開的切換電路中耦合到該對相鄰的單元輸入的一個(gè)切換電路的意外激活。

附圖說明

圖1示出用于多單元電壓應(yīng)用的單元均衡電路。

圖2示出采用了外部切換部件來均衡電壓單元兩端的電壓的示例均衡電路。

圖3示出采用了外部PMOS切換部件和自適應(yīng)鉗位電路來均衡電壓單元兩端的電壓的示例均衡電路。

圖4示出采用了外部NMOS切換部件和自適應(yīng)鉗位電路來均衡電壓單元兩端的電壓的示例均衡電路。

圖5示出用于多單元電壓應(yīng)用的單元均衡方法。

具體實(shí)施方式