專利名稱：用于在電池組中平衡電池單元的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的內(nèi)容涉及在電池組中平衡電池單元的技術(shù)。
背景技術(shù)：
使用可再充電電池的無線產(chǎn)品或設(shè)備在市場(chǎng)上^Ut行。可再充電電池可 應(yīng)用于從計(jì)算機(jī)到電動(dòng)工具的范圍內(nèi)的眾多設(shè)備中。由于這些設(shè)備使用了多 個(gè)電池單元，因此多個(gè)電池單元通常封裝成一個(gè)電池組。當(dāng)電池組連接到設(shè) 備上時(shí)可以依次地提供電能。 一旦電能耗盡，電池組可以再充電。
在典型的充電方案中，恒電流被提供到電池單元中，直到每個(gè)單元都達(dá) 到目標(biāo)充電電平。然而，由于電池單元之間的固有差異，并不是所有的電池 單元都具有相同的容量。因此，電池組中的一些電池單元可能比電池組中其 它電池單元充電得快一點(diǎn)或慢一點(diǎn)。為了確保一個(gè)電池組中所有的單元都穩(wěn) 定地處于目標(biāo)充電電平，可在充電過程中進(jìn)行電池單元平衡。由于是在充電 過程接近結(jié)束時(shí)使用非常低的電流來實(shí)現(xiàn)，常規(guī)的電池單元平衡相當(dāng)?shù)暮馁M(fèi) 時(shí)間。因此，希望改善常規(guī)的電池單元平衡技術(shù)。
本部分的陳述主要提供有關(guān)本發(fā)明的背景信息，不一定構(gòu)成已有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
提供了 一種用于將電池組中的多個(gè)電池單元充電到目標(biāo)充電值的方法。 該方法包括向多個(gè)電池單元輸送充電電流；監(jiān)視多個(gè)電池單元中的每個(gè)電 池單元的電池單元電壓，以確定電池單元中的至少一個(gè)何時(shí)達(dá)到目標(biāo)充電值; 以及將已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)充電值的電池單元的充電電流轉(zhuǎn)向，并協(xié)作調(diào)整充電電 流，使得由已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)充電值的電池單元接收到的凈電流基本為0。在本充電方案的一個(gè)方面中，在任何一個(gè)電池單元達(dá)到目標(biāo)充電值之前， 檢測(cè)多個(gè)電池單元的兩個(gè)或多個(gè)中的電池單元電壓的偏離。當(dāng)該偏離超出了 預(yù)定閾值時(shí)，將該多個(gè)電池單元中的選定電池單元的充電電流變換方向。
從這里所提供的描述中，進(jìn)一步的應(yīng)用領(lǐng)域變得明顯。應(yīng)該明白，該描 述和具體示例僅僅用于闡述本發(fā)明，而并非用于限定本發(fā)明的范圍。


圖1是電動(dòng)工具的示例系統(tǒng)的圖2是電池組和電池充電器的示范結(jié)構(gòu)的方框圖； 圖3示意性地描述了用于電池組中的電池單元監(jiān)控裝置的示例； 圖4是描述根據(jù)本發(fā)明的示例性充電方案的流程圖； 圖5A和5B是描述在本發(fā)明的充電方案期間的充電電流和平衡電流的 圖；以及
圖6是描述根據(jù)本發(fā)明的示例性電池平衡方案的流程圖。 這里描述的圖僅僅用來說明本發(fā)明而并不以任何形式限定本發(fā)明的范
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明可以涉及一種大體上如圖1中的附圖標(biāo)記10所表示的那種類型的 電動(dòng)工具系統(tǒng)。該電動(dòng)工具系統(tǒng)10包括例如一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)工具12、電池 組16以及電池組充電器18。每一個(gè)電動(dòng)工具12可以是任何類型的電動(dòng)工具， 包括但不限于鉆孔機(jī)、鉆孔機(jī)/驅(qū)動(dòng)機(jī)(driver )、錘鉆/驅(qū)動(dòng)機(jī)、電錘、螺絲刀、 沖擊式驅(qū)動(dòng)機(jī)(impact driver )、圓鋸、豎鋸(jigsaw)、往復(fù)鋸、帶鋸、切割 工具、裁剪工具(cut-outtool)、剪切機(jī)、打磨機(jī)(sander)、真空裝置、燈、刳 削機(jī)、膠粘劑配料器、混凝土振動(dòng)器、激光器、訂書機(jī)、敲釘機(jī)。在所提供 的特定例子中，電動(dòng)工具系統(tǒng)10包括第一電動(dòng)工具12a和第二電動(dòng)工具Ub。 例如，第一電動(dòng)工具12a可以是與美國專利No. 6431289中所描述的相類似的 鉆孔機(jī)/驅(qū)動(dòng)機(jī)，而第二電動(dòng)工具12b可以是與美國專利No. 6996909中所描 述的相類似的圓鋸。電池組16可以選擇性地、可拆卸地連接于第一和第二電 動(dòng)工具12a和12b來向其提供電能。很值得指出的是，本發(fā)明更廣闊的方面 是可應(yīng)用于其它類型的電池供電設(shè)備。電池充電器18的電池組16的典型結(jié)構(gòu)圖。 電池組16通常包括多個(gè)電池單元20、電池控制單元22和各種電池控制電路。 電池充電器18通常包括充電器控制模塊32和供電電路30 (例如電流源)。 該示例結(jié)構(gòu)僅僅為描述這里公開的充電方法提供一個(gè)設(shè)備環(huán)境。此外，該結(jié) 構(gòu)可以代表僅僅內(nèi)部電路的一個(gè)部分。電池組和/或電池充電器可包括附加功 能或元件，例如電池組標(biāo)識(shí)元件、其它保護(hù)電路和/或?yàn)榱饲宄鴽]有在圖中 示出的其它內(nèi)部元件。
電池組16可包括多個(gè)串聯(lián)連接的電池單元20，和/或多個(gè)串聯(lián)連接的電 池單元的序列(strings),該序列中的電池單元之間相互并聯(lián)。為了描述示例 性實(shí)施例的目的，電池組可以由鋰離子化學(xué)電池構(gòu)成。在無線電動(dòng)工具領(lǐng)域， 電池組的額定電壓值典型性的是至少18V。然而，為不同的應(yīng)用可設(shè)定其它 的電壓額定值。除此之外，按照電池組中單個(gè)電池單元的化學(xué)物質(zhì)的組成、 電極、電解質(zhì)來說，電池組還可由其它如鋰金屬或鋰聚合物的鋰-基化學(xué)電池 單元，或其它如鎳鎘(NiCd)、鎳金屬氫化物(NiMH)和鉛酸的其它化學(xué)物 質(zhì)的化學(xué)電池單元構(gòu)成。
嵌入電池組16內(nèi)部的電池控制單元22是為了保護(hù)電池單元和監(jiān)視可能 出現(xiàn)的任何故障狀態(tài)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，電池控制單元22通過數(shù)字微控 制器中的軟件來實(shí)現(xiàn)。然而，電池控制單元22可以用硬件或軟件實(shí)現(xiàn)為數(shù)字 微控制器、微處理器或模擬電路、數(shù)字信號(hào)處理器，或者通過一個(gè)或者多個(gè) 數(shù)字集成電路，例如專用集成電路(ASICs )來實(shí)現(xiàn)。
通過使用開關(guān)23來鉗斷或中止從電池單元中流出的放電電流和流向電 池單元的充電電流。開關(guān)23可與電池單元串聯(lián)，放置在電池單元的低電壓一 側(cè)。然后，開關(guān)23被電池控制單元22控制，以中斷電流流入/流出電池。在 一個(gè)示例實(shí)施例中，開關(guān)23是晶體管(例如MOSFET)。本發(fā)明中其它類型 的開關(guān)也是可預(yù)想到的。
配置電流傳感器24來檢測(cè)電池提供的電流，并將指示檢測(cè)到的電流的信 號(hào)提供給電池控制單元22。在一個(gè)示例實(shí)施例中，電流傳感器24可以采用 與電池單元20串聯(lián)布置的電流分路器(shunt)來實(shí)現(xiàn)。該電流分路器優(yōu)選設(shè) 置在電池單元的低電壓一側(cè)。在一個(gè)可替換實(shí)施例中，開關(guān)23被用作電流傳 感器(sensor )。換句話說，電池控制單元22監(jiān)視通過開關(guān)23的電流。在使 用晶體管的情況下，通過使用電阻Ron作為電流分路器來測(cè)量電流，其將電流轉(zhuǎn)換成能被電池控制單元讀取的電壓。其它類型的電流傳感器(例如霍爾 效應(yīng)電流傳感器)也包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
可配置電池單元監(jiān)控裝置25來檢測(cè)單個(gè)電池單元的電壓，以及檢測(cè)電池 單元20構(gòu)成的電池組的總電壓。電池單元監(jiān)控裝置25向電池控制單元22提 供代表單個(gè)電池單元或電池組電壓的信號(hào)。作為選擇，電池控制單元22可以 引導(dǎo)(direct)電池單元監(jiān)控裝置25按照順序方式周期性地測(cè)量電池組中每 一個(gè)單元的電壓以及電池組總電壓。通過用測(cè)量到的電池組總電壓除以電池 組中的單元數(shù)目可以確定出平均電池單元電壓。電池控制單元22可依次與電 池單元監(jiān)控裝置25相連接，以控制充電過程中的電池單元電壓的平衡。關(guān)于 電池單元監(jiān)控裝置的進(jìn)一步詳述將在以下參考圖3來提供。
可配置溫度傳感器26來測(cè)量電池單元的溫度。該溫度傳感器依次將測(cè)量 到的溫度通信到電池控制單元22。該溫度傳感器可用負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱 敏電阻器、正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器、溫度檢測(cè)集成電路或熱電偶來 實(shí)現(xiàn)。
電池組16可選擇性地與電池組充電器18連接。電池組充電器18通常包 括供電電路30和充電器控制單元32。電池組充電器也可包括端子電壓檢測(cè) 電路34和監(jiān)控電路38。可以想象到的是，其它傳感器和/或保護(hù)電路也可包 括在該電池充電器中。
充電器控制單元32用于給電池單元充電并監(jiān)視任何可能發(fā)生的故障狀 態(tài)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，充電器控制單元32通過配置在數(shù)字微控制器中的 軟件來實(shí)現(xiàn)。然而，充電器控制單元32可以以硬件或元件作為數(shù)字微控制器、 微處理器或模擬電路、數(shù)字信號(hào)處理器、或通過一個(gè)或多個(gè)例如專用集成電 路(ASIC )的數(shù)字IC來實(shí)現(xiàn)。
充電器控制單元32和電池控制單元22可以通過端子19-2來交換數(shù)據(jù)。 該數(shù)據(jù)端子在兩個(gè)控制單元之間提供串行數(shù)據(jù)連接。在電池組16中進(jìn)行的診 斷測(cè)量可通過電池控制單元22傳遞到充電器控制單元32。此外，控制參數(shù) 也可在充電器控制單元32和電池控制單元22之間傳遞。被交換的數(shù)據(jù)可以 包含但不限于充電器和/或電池組的標(biāo)識(shí)符，由電池組確定的單個(gè)或者總的疊 加電壓，電池組中的溫度狀態(tài)等，本發(fā)明也預(yù)期了其它類型的通信。
圖3示出了示例性的電池單元監(jiān)控裝置。該電池單元監(jiān)控裝置由監(jiān)視和 平衡電路50、多路復(fù)用控制器52和單一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 53構(gòu)成。該監(jiān)視和平^f電路50包括多個(gè)監(jiān)^L和平^f (M&B)子電路54。更具體地， 為電池組16中的每一個(gè)電池單元20都提供了 M&B子電路54。例如，圖3 中示出的示例性監(jiān)視和平衡電路50被配置用于具有6個(gè)電池單元20的電池 組16,由此包括從54-1到54-6的6個(gè)M&B子電路。應(yīng)該很容易理解，電 池單元監(jiān)控裝置可以被配置成支持多于或少于6個(gè)電池單元的情形。
每一個(gè)M&B子電路54都被插入在多個(gè)電池單元節(jié)點(diǎn)56 (例如56-1至 56-6)中的相應(yīng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)控制線58(例如58-1至58-6)中的相應(yīng)一個(gè)控 制線之間。每個(gè)節(jié)點(diǎn)56連接于電池單元20中的相應(yīng)一個(gè)，每個(gè)控制線58連 接于多路復(fù)合器52的相應(yīng)信道端口 62 (例如62-l至62-6)中的一個(gè)。作為 選擇，每個(gè)控制線58可以直接進(jìn)入電池控制單元22的端口中。
配置多路復(fù)用控制器52來操作監(jiān)視和平衡電路50的每一個(gè)M&B子電 路54,使得電池單元監(jiān)控裝置利用單一 ADC (例如ADC53)、對(duì)每個(gè)單體電 池單元20，在放電過程中進(jìn)行監(jiān)視，在充電過程中進(jìn)行監(jiān)視和平衡。監(jiān)視和 平衡電路50的輸出線VMux代表選定的電壓節(jié)點(diǎn)，該電壓被輸入到ADC53， 以向電池控制單元22提供電壓測(cè)量。在此處所描述的監(jiān)視和平衡過程中，利 用單一 ADC來提供高精度的電壓讀數(shù)?？商鎿Q地，輸出線VMux可被直接連 接到電池控制單元22的ADC插腳中。在V,x輸出線和地線之間連接的是 對(duì)每個(gè)M&B子電路54共用的低端電阻RLS以及平行于低端電阻RLS以消除
VMUX上電壓讀數(shù)波動(dòng)的低端電容器CLS。
每個(gè)M&B子電路54包括連接于電池單元平衡場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET) QB 的漏極的第一電阻器RA。依照各個(gè)實(shí)施例，每個(gè)從RA-1到RA-6的第一電 阻器具有相同的額定電阻值，例如100歐姆。每個(gè)電池單元平衡FETQA的 柵極均連接于第二電阻器RB和第三電阻器BC的中間。每個(gè)第三電阻器RC 的外側(cè)管腳(leg)都連接于電池單元監(jiān)視FETQM的漏極，并且每個(gè)電池單 元監(jiān)視FETQM的柵極連接于各自的控制線58，由此連接于多路復(fù)用控制器 52的各個(gè)信道端口 62。每個(gè)第二電阻器RB的外側(cè)管腳連接于每個(gè)相應(yīng)的電 池單元平衡FETQB的源極，并連接于相應(yīng)節(jié)點(diǎn)56。
在電池組16的放電階段，電池單元監(jiān)視器和平衡模塊25監(jiān)視通過每個(gè) 電池單元20的電壓，以防止任何一個(gè)電池單元20放電后的電壓低于預(yù)定的 最小電壓，例如3V。更具體地，電池控制單元22與多路復(fù)用控制器52進(jìn)行 通信，經(jīng)由監(jiān)視和平衡電路50,在電池組16放電時(shí)，以特定速率對(duì)通過每個(gè)電池單元20的電壓進(jìn)行采樣。如果在》欠電期間通過任何電池單元20的電
壓降到了預(yù)定最小電壓，電池控制單元22將打開開關(guān)23 (圖1)，以中斷流 出電池單元20的電 流o
為了監(jiān)視每個(gè)電池單元20在放電和充電才莫式下的電壓，電池控制單元 22執(zhí)行按順序選擇每個(gè)多路復(fù)用器信道62的電壓監(jiān)視算法。通過選擇信道 62,各個(gè)電池單元監(jiān)視FET QM被開啟，以允許電流流過各個(gè)M&B子電路 54的第二、第三電阻器RB和RC。隨后，基于各個(gè)M&B子電路54中的電 阻器RB和RC的每個(gè)上的電壓，可以確定出每個(gè)節(jié)點(diǎn)56上的節(jié)點(diǎn)電壓。因 此，每個(gè)節(jié)點(diǎn)56-1至56-6上的節(jié)點(diǎn)電壓都被測(cè)量并儲(chǔ)存于電池組16的存儲(chǔ) 器中。
按照?qǐng)D3中所示的示例性監(jiān)視和平衡電路50，連接于第一選定節(jié)點(diǎn)56 的電池單元20的電池單元電壓或電壓電勢(shì)將等于在該特定節(jié)點(diǎn)56上測(cè)量的 節(jié)點(diǎn)電壓。但是，為了確定剩余的依次選定的電池單元20中的每個(gè)的電壓， 電池控制單元22從希望進(jìn)行電池單元電壓測(cè)量的節(jié)點(diǎn)56的節(jié)點(diǎn)電壓中減去
前述節(jié)點(diǎn)56的節(jié)點(diǎn)電壓，(例如，V續(xù)x尸Vn。de(x)-Vn。de(x-D )。例如，如果電池
控制單元22按順序選擇了信道62-1至62-6,即從信道62-1開始并結(jié)束于信 道62-6,那么連接于節(jié)點(diǎn)56-1的電池單元20的電池單元電壓將等于節(jié)點(diǎn)56_1 處的節(jié)點(diǎn)電壓。隨后，為了確定連接到節(jié)點(diǎn)56-2上的電池單元20的電池單 元電壓，電池控制單元22從節(jié)點(diǎn)56-2處的節(jié)點(diǎn)電壓中減去節(jié)點(diǎn)56-1處的節(jié) 點(diǎn)電壓。并且，為了確定連接于節(jié)點(diǎn)56-3的電池單元20的電壓電勢(shì)，電池 控制單元從節(jié)點(diǎn)56-3處的節(jié)點(diǎn)電壓中減去節(jié)點(diǎn)56-2處的節(jié)點(diǎn)電壓，等等，直 到每個(gè)單獨(dú)的電池單元20的電池單元電壓被確定。應(yīng)該注意的是，結(jié)構(gòu)化監(jiān) 視和平衡電路50以包括公共低端電阻器RLS，使得每個(gè)信道62的誤差標(biāo)準(zhǔn)化 了 ，因此為每個(gè)電池單元20提供了非常精確的電壓測(cè)量。
在充電過程中，可能需要使來自電池組中的選定電池單元的電流轉(zhuǎn)向 (divert )。電池單元平衡FETQB通常保持在開啟狀態(tài)，但是當(dāng)選擇了 mux信 道時(shí)，電池單元平衡FETQB則關(guān)閉。在測(cè)量過程中，在短時(shí)間段(例如，1 毫秒)中選擇信道。為了使來自給定電池單元的充電電流轉(zhuǎn)向，多路復(fù)用控 制器52可選擇比該測(cè)量時(shí)間段長很多的時(shí)間段(例如，l秒)的測(cè)量信道， 其允許電流流過相應(yīng)的第 一電阻器RA。
在充電模式期間，電池單元20的采樣率比放電模式期間的采樣率大很多，以允許更高的準(zhǔn)確度，并允許平衡電池單元電壓的時(shí)間。
在示例實(shí)施例中，監(jiān)視和平衡電路50另外包含在充電/平衡模式期間開
啟的低端場(chǎng)FETQls,以允許第二FETQB-1至QB-6中的一個(gè)以上同時(shí)開啟， 以平衡電池單元20。更具體地，在為了防止VMux上的電壓超過一個(gè)額定的 限制值，當(dāng)在電池單元平衡過程中多于一個(gè)的第二FETQB開啟時(shí)，低端FET Qls有效地將Vmux殘接地。關(guān)于該示例性電池單元監(jiān)控裝置的進(jìn)一步的細(xì)節(jié) 可以在2008年7月10日提交的美國專利申請(qǐng)No.12/170718中找到，該內(nèi)容 通過引用合并在本申請(qǐng)中。盡管上述內(nèi)容闡述了具體的電池單元監(jiān)控裝置， 但是應(yīng)該很容易理解到，結(jié)合本文所描述的充電方法也可使用其它的裝置。 另一個(gè)示例性電池單元監(jiān)控裝置被美國專利申請(qǐng)公開No.2006/0071643所公 開，該內(nèi)容也通過引用合并在本申請(qǐng)中。
圖4示出了按照本發(fā)明的示例性充電方案。為了給電池組充電，電池組 可操作地連接于電池充電器。當(dāng)檢測(cè)到電池組時(shí)，電池充電器啟動(dòng)下面所描 述的充電方案?？梢詰?yīng)用各種用于檢測(cè)電池組的存在的技術(shù)。
電池充電器通過將充電電流輸送到電池組而啟動(dòng)，步驟71。充電電流可 以被設(shè)定在充電器所能輸送的最大值(例如3安培)或者一些較低的值。在 一個(gè)示例實(shí)施例里，充電電流是以周期性的充電周期(例如， 一秒鐘持續(xù)時(shí) 間的周期)來輸送的。
在充電過程中，在步驟72連續(xù)監(jiān)^L電池單元電壓。在該示范實(shí)施例中， 電池單元電壓能夠通過上面所述的電池單元監(jiān)控裝置在充電周期之間進(jìn)行測(cè) 量。該電池單元監(jiān)視電路優(yōu)選地被配置成在大約IO毫秒的跨度范圍內(nèi)、以順 序方式進(jìn)行單個(gè)電池單元測(cè)量。單個(gè)電池單元測(cè)量被依次報(bào)告給電池控制單 元，以進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)定。也可以想象到，充電電流可以被不斷地輸送，使得 當(dāng)充電電流正被輸送到電池單元時(shí)，可以進(jìn)行電池單元電壓的測(cè)量。
最大充電電流將繼續(xù)被輸送到電池組，直到至少一個(gè)電池單元達(dá)到目標(biāo) 充電值(例如3.6V)。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)電池單元達(dá)到目標(biāo)充電值時(shí)，充電電流 將被降低，如步驟76所示。在一個(gè)示例實(shí)施例中，以預(yù)定增量來降低充電電 流。例如，充電電流可以減小到一半，直到其達(dá)到充電器能輸出的最小充電 電流(例如200mA )。
輸送到電池單元的平均充電電流可以通過跳躍的(skipping)充電周期而 進(jìn)一步減弱。當(dāng)充電器輸出最小充電電流、并且不是所有電池單元都已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)充電值時(shí)，在步驟78跳躍充電周期，以進(jìn)一步降低輸送到電池單元的 平均充電電流。例如，每隔一個(gè)充電周期進(jìn)行跳躍，進(jìn)一步將充電器輸送的
平均充電電流減小了 50% (例如從200mA到平均100mA )。
在每個(gè)充電周期后，進(jìn)行電池單元測(cè)量，并確定是否要降低充電電流。 在該示例實(shí)施例中，通過電池控制單元來確定降低充電電流，該電池控制單 元經(jīng)由串行數(shù)據(jù)鏈路，發(fā)送用于降低充電電流的命令到充電器控制單元。響 應(yīng)于該命令，充電器控制單元與供電電路連接，以降低正由充電器輸送的充 電電流。當(dāng)所有電池單元都到達(dá)了目標(biāo)充電值時(shí)，充電電流終止，如步驟75 所示。
上面所述的充電方案利用電池單元平衡方法協(xié)調(diào)運(yùn)行。在一個(gè)示例實(shí)施 例中，該平tf方法將每個(gè)電池單元的電池單元電壓與目標(biāo)充電值進(jìn)行比較。 如果給定電池單元的電池單元電壓超過了目標(biāo)充電值，則使充電電流從給定 的電池單元轉(zhuǎn)向。以上述方式由電池單元監(jiān)控裝置使電流轉(zhuǎn)向。該電池平衡 方法與充電方案結(jié)合，使得充電電流匹配于平衡電路所需要的電流，使得已 經(jīng)達(dá)到目標(biāo)充電值的電池單元接收到的凈電流基本為0。
圖5A和5B示出了上述電池單元平衡方法的影響。在圖5A中，由充電 器向電池組輸送的充電電流已經(jīng)被減小到充電器所能輸出的最小充電電流 (如200mA)。當(dāng)給定的電池單元超過了目標(biāo)充電值時(shí)，在下一個(gè)充電周期期 間，電流將從給定的電池單元轉(zhuǎn)向。在該下一個(gè)充電周期期間，開始產(chǎn)生平 衡電流，該平衡電流應(yīng)當(dāng)被理解為在平行于所給定電池單元的放電路徑中的 電流。 一旦給定的電池單元被完全充電，平衡電流將變得穩(wěn)定，如91所示。 在一些實(shí)例(未示出)中，充電電流將等于平衡電流，使得給定電池單元所 接收到的凈電流為0。
在其它實(shí)例中，充電電流將超過平衡電流，如圖5B所示。在這些實(shí)例中， 輸送到電池單元的平均充電電流可能會(huì)通過跳躍的充電周期而被進(jìn)一步降 低。該平均充電電流可能會(huì)被降低直到一個(gè)時(shí)間段(例如5個(gè)充電周期)內(nèi) 的平均充電電流等于平衡電流，如93所示，并且由給定的電池單元在該時(shí)間 段內(nèi)所接收到的凈電流為0。
在 一個(gè)可選實(shí)施例中，在電池單元到達(dá)目標(biāo)充電值之前啟動(dòng)平衡電流是 可行的。例如，具有LiP04化學(xué)物質(zhì)的電池單元的電池單元電壓在到達(dá)目標(biāo) 充電值之前(例如，大約400mV之前) 一般就開始偏離。在這些實(shí)例中，平衡方法可能會(huì)增強(qiáng)，如圖6所示。
每個(gè)電池單元的電池單元電壓在步驟82中與閾值進(jìn)行比較。在該實(shí)例 中，閾值被設(shè)置為小于目標(biāo)充電值、但僅僅低了期望發(fā)生偏離(divergence) 的電壓值的值。如果給定電池單元的電池單元電壓超過了該閾值，則在步驟 83中將該電池單元電壓與具有最低電池單元電壓的電池單元的電池單元電壓 進(jìn)行比較；否則，對(duì)電池組中的該電池單元重復(fù)該過程。當(dāng)電池單元電壓之 間的差值大于在步驟84所確定的某些預(yù)定裕度(例如0.05V)時(shí)，則在步驟 85中，充電電流從給定的電池單元轉(zhuǎn)向。如果該差值小于該裕度，則不進(jìn)行 動(dòng)作，并且對(duì)電池組中的下一個(gè)電池單元重復(fù)該過程。實(shí)際上，在任何一個(gè) 電池單元達(dá)到目標(biāo)充電值前啟動(dòng)電池單元平衡。通過用較高的充電電流給一 些電池單元持續(xù)充電，該充電方案很快就能完成給所有電池單元充電。
該充電方案和平衡方案均優(yōu)選實(shí)現(xiàn)在電池控制單元中。也應(yīng)該能夠想象 到，所需要的電池單元電壓和指令也可以在電池控制單元和充電器控制單元 之間傳遞，使得這些方案在充電器控制單元中實(shí)現(xiàn)。無論什么情況，應(yīng)該理 解到，僅僅參照?qǐng)D3和圖4討論了這些方案的相關(guān)步驟，還可能需要其它的 軟件實(shí)現(xiàn)的指令來控制和管理該系統(tǒng)的整個(gè)操作。
以上描述僅僅是示例性，并不意欲用來限定本發(fā)明的公開、應(yīng)用或使用。
權(quán)利要求
1. 一種用于將電池組中的多個(gè)電池單元充電到目標(biāo)充電值的方法，包括向多個(gè)電池單元輸送充電電流；監(jiān)視多個(gè)電池單元中的每個(gè)電池單元的電池單元電壓，以確定電池單元中的至少一個(gè)何時(shí)達(dá)到目標(biāo)充電值；以及將已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)充電值的電池單元的充電電流轉(zhuǎn)向，并協(xié)作調(diào)整充電電流，使得由已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)充電值的電池單元接收到的凈電流基本上為0。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括在可重復(fù)的充電周期期間向 多個(gè)電池單元輸送充電電流，以及在至少一個(gè)電池單元處于目標(biāo)充電值的充 電周期期間調(diào)整充電電流。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括在達(dá)到目標(biāo)充電值之前，在 多個(gè)電池單元的兩個(gè)或多個(gè)中檢測(cè)電池單元電壓的偏離；以及當(dāng)該偏離超過 了閾值時(shí)，將來自該多個(gè)電池單元中的選定電池單元的充電電流轉(zhuǎn)向。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中調(diào)整充電電流進(jìn)一步包括降低輸送 的平均充電電流以使其等于電池單元的平衡電流。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括以周期性的充電周期輸送充 電電流，并通過跳躍的充電周期來降低平均充電電流。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括通過沿著與給定電池單元并 聯(lián)布置的低電阻電路路徑選擇充電電流路徑，來使來自給定電池單元的充電 電流4爭向。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括用連接在電池組中的多個(gè)電 池單元和電池控制單元之間的單 一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器來監(jiān)視電池單元電壓。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括輸送充電電流，直到多個(gè)電 池單元中的每一個(gè)的電池單元電壓都在目標(biāo)充電值范圍之內(nèi)。
9. 一種用于將電池組中的多個(gè)電池單元充電到目標(biāo)充電值的方法，包括 向多個(gè)電池單元輸送充電電流；監(jiān)視多個(gè)電池單元中的每個(gè)電池單元的電池單元電壓； 在達(dá)到目標(biāo)充電值之前，在多個(gè)電池單元中的兩個(gè)或多個(gè)中^r測(cè)電池單 元電壓的偏離；當(dāng)該偏離超過了閾值時(shí)，將多個(gè)電池單元中的選定電池單元的充電電流轉(zhuǎn)向；檢測(cè)至少一個(gè)電池單元的電池單元電壓何時(shí)達(dá)到目標(biāo)充電值；以及將已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)充電值的電池單元的充電電流轉(zhuǎn)向，并協(xié)作調(diào)整充電電流，使得由已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)充電值的電池單元接收到的電流基本為0。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括在可重復(fù)的充電周期期間 向多個(gè)電池單元輸送充電電流，以及在至少一個(gè)電池單元處于目標(biāo)充電值的 充電周期期間調(diào)整充電電 流。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括輸送具有周期性脈沖波形 的充電電流，并通過跳躍的脈沖調(diào)整充電電流。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括通過沿著與給定電池單元 并聯(lián)布置的低電阻電路路徑選擇充電電流路徑，來使給定電池單元的充電電 流轉(zhuǎn)向。
13. 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括用連接在電池組中的多個(gè) 電池單元和電池控制單元之間的單一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器來監(jiān)視電池單元電壓。
14. 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括輸送充電電流，直到多個(gè) 電池單元中的每一個(gè)的電池單元電壓都在目標(biāo)充電值范圍之內(nèi)。
15. —種用于對(duì)可操作地連接于電池充電器的電池組充電的系統(tǒng)，所述 電池組包4舌多個(gè)串聯(lián)連接的電池單元；電壓監(jiān)視電路，被配置為測(cè)量通過每個(gè)電池單元的電壓，并選擇性地使 一個(gè)或多個(gè)電池單元的充電電流轉(zhuǎn)向；以及電池控制單元，被配置為接收來自該電壓監(jiān)視電流的電壓測(cè)量值，并與 該電池監(jiān)視電路相連接，以使電壓測(cè)量值超過目標(biāo)閾值的選定電池單元的充 電電流轉(zhuǎn)向，該電池控制單元與電池充電器協(xié)作運(yùn)行來調(diào)整從其接收到的充 電電流，使得由所選定電池單元所接收到的凈電流基本為0。
16. 如權(quán)利要求15所述的電池組，其中電池控制單元通過連接于電池充 電器中的控制單元的串行數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行通信。
17. 如權(quán)利要求15所述的電池組，其中電壓監(jiān)視電路進(jìn)一步包括多個(gè)電池單元監(jiān)視電路，每個(gè)電池單元監(jiān)視電路被配置為測(cè)量不同電池 單元上的電壓，并將電壓測(cè)量值輸出到對(duì)多個(gè)電池單元監(jiān)視電路共有的測(cè)量 節(jié)點(diǎn)；以及多路復(fù)用控制器，連接到每個(gè)電池單元監(jiān)視電路，并可操作地從至少一 個(gè)電池單元監(jiān)視電路中選擇電壓測(cè)量值，以呈現(xiàn)在該測(cè)量節(jié)點(diǎn)。
18. 如權(quán)利要求17所述的電池組，進(jìn)一步包括連接在測(cè)量節(jié)點(diǎn)和電池控 制單元的插腳之間的單一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
19. 如權(quán)利要求15所述的電池充電器，其以周期性的充電周期輸送充電 電流，并通過跳躍充電周期來調(diào)整平均充電電流。
全文摘要
提供了一種用于將電池組中多個(gè)電池單元充電到目標(biāo)充電值的方法，該方法包括向多個(gè)電池單元輸送充電電流；監(jiān)視多個(gè)電池單元中的每個(gè)電池單元的電池單元電壓，以確定電池單元中的至少一個(gè)何時(shí)達(dá)到目標(biāo)充電值；以及將已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)充電值的電池單元的充電電流轉(zhuǎn)向，并協(xié)作調(diào)整充電電流，使得由已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)充電值的電池單元接收到的凈電流基本為0。
文檔編號(hào)H01M10/44GK101436784SQ20081018870
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月15日
發(fā)明者小安德魯·E·西曼 申請(qǐng)人:布萊克和戴克公司