專利名稱：電池組平衡方法、電池組平衡裝置以及包括該裝置的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池組的管理系統(tǒng)，更具體地，涉及ー種在礦用緊急避險(xiǎn)設(shè)備中使用的電池組的管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著煤炭エ業(yè)的發(fā)展以及礦山裝備技術(shù)的進(jìn)步，在緊急避險(xiǎn)設(shè)備中所采用的安全監(jiān)控系統(tǒng)、救援設(shè)備、通信設(shè)備、電動(dòng)車(chē)等對(duì)防爆電源的要求越來(lái)越高。由于煤礦エ業(yè)對(duì)電源隔爆的要求，因此明確禁止具有析氫危險(xiǎn)的蓄電池在煤礦中使用。目前在礦用緊急避險(xiǎn)設(shè)備中普遍使用的是鋰離子電源。在《礦用防爆鋰離子蓄電池電源安全技術(shù)要求》中規(guī)定單體電池的最大容量不超過(guò)60Ah，且不允許單體電池或電池組以任何形式并聯(lián)。因此，在作為礦用緊急避險(xiǎn)設(shè)備的動(dòng)カ源時(shí)，常需要將若干節(jié)單體電池串聯(lián)形成鋰離子電池組，以提高電池組的電壓輸出并增加電池組容量。然而在多節(jié)單體電池串聯(lián)以后，由于各節(jié)單體電池的充放電容量、充電轉(zhuǎn)換效率或初始電量并不完全一致，因此在長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)充電、放電之后，各單體電池的差別逐漸變大，影響各單體電池的容量、使用壽命，使得電池組的總體性能降低，甚至?xí)痣姵乇?、起火等，而這些在煤礦環(huán)境中是極其不希望的。因此，為了延長(zhǎng)電池組的使用壽命，并提高電池組的性能，需要一種對(duì)電池進(jìn)行管理的管理系統(tǒng)，以有效地管理串聯(lián)的多個(gè)單體電池。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供ー種電池組平衡裝置，其中所述電池組具有2個(gè)或更多個(gè)單體電池，該電池組平衡裝置包括電池電壓檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)所述2個(gè)或更多個(gè)單體電池中的每個(gè)單體電池的單體電池電壓；平衡控制器，用于根據(jù)所檢測(cè)到的單體電池電壓判斷需要進(jìn)行平衡的單體電池，并對(duì)需要進(jìn)行平衡的単體電池進(jìn)行平衡；其特征在于在所述電池組放電時(shí)，所述平衡控制器判斷所述電池組中是否有單體電池的電壓小于電池嚴(yán)重欠壓值Uundw;如果存在單體電池的電壓小于電池嚴(yán)重欠壓值Umtto，則不進(jìn)行平衡，否則所述平衡控制器繼續(xù)判斷所述電池組中是否有單體電池的電壓在大于所述電池嚴(yán)重欠壓值Uundw小于額定容量下限電壓Ullim的范圍內(nèi)；如果存在單體電池的電壓大于所述電池嚴(yán)重欠壓值Umtto并小于額定容量下限電壓Ullim，則獲取所述多個(gè)單體電池的電壓中的放電最小電壓值Udfflin;所述平衡控制器對(duì)電壓大于該放電最小電壓值Udmin的単體電池進(jìn)行平衡；當(dāng)所述多個(gè)單體電池中的電壓最大值Udmax與最小值Udmin的關(guān)系為Udmax_Udmin<Ustopl時(shí),停止電池平衡,其中Ustopl為ー預(yù)定值。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在所述電池組充電時(shí)，所述平衡控制器判斷所述電池組中是否有單體電池的電壓高于額定容量上限電壓Uulim;如果存在單體電池的電壓高于該額定容量上限電壓Uulim，則獲取所述多個(gè)單體電池的電壓中的充電最小電壓值u in;所述平衡控制器對(duì)電壓大于該充電最小電壓值Uanin的単體電池進(jìn)行平衡；當(dāng)所述多個(gè)單體電池中的電壓最大值Ucmax與最小值Ucmin的關(guān)系為Uanax-Uc^Ustop2時(shí)，停止電池平衡，其中Usttjp2為ー預(yù)定值。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，每隔時(shí)間tl重新獲取所述放電最小電壓值Udmint5在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，每隔時(shí)間t2重新獲取所述充電最小電壓值U in。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述平衡控制器包括電池平衡控制模塊，用于根據(jù)所檢測(cè)到的單體電池電壓判斷需要進(jìn)行平衡的單體電池，并生成平衡控制信號(hào)以控制需要進(jìn)行平衡的單體電池的平衡；電池平衡信號(hào)發(fā)生模塊，用于接收所述平衡控制信號(hào)，井根據(jù)該平衡控制信號(hào)生成相應(yīng)的平衡信號(hào)；以及電池平衡模塊模塊，用于接收所述平衡信號(hào)，并根據(jù)該平衡信號(hào)對(duì)需要進(jìn)行平衡的単體電池進(jìn)行平衡。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述電池電壓檢測(cè)模塊包括與所述2個(gè)或更多個(gè)單體電池?cái)?shù)目對(duì)應(yīng)的多個(gè)差分運(yùn)算放大器。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述電池電壓檢測(cè)模塊還包括連接至所述多個(gè)差分運(yùn)算放大器的多個(gè)緩沖器。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述多個(gè)緩沖器的輸出共同輸入至ー個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述電池平衡信號(hào)發(fā)生模塊包括電荷泵電路。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述電池平衡模塊包括MOS管和與該MOS管串聯(lián)的電阻。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述額定容量上限電壓Uulim為3. 55V。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述Ustopl和Usttjp2均為50mV。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述電池嚴(yán)重欠壓值Uundw為I. 5V。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述額定容量下限電壓Ullim為2. 7V。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述tl根據(jù)停止放電時(shí)間而設(shè)定，所述t2根據(jù)停止充電時(shí)間而設(shè)定。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述tl和t2是相等的。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供ー種電池組平衡方法，其中所述電池組具有2個(gè)或更多個(gè)單體電池，所述方法包括在所述電池組放電時(shí)獲取所述多個(gè)單體電池的電壓；判斷所述電池組中是否有單體電池的電壓小于電池嚴(yán)重欠壓值Umtto ；如果存在單體電池的電壓小于電池嚴(yán)重欠壓值Umd ，則不進(jìn)行平衡，否則繼續(xù)判斷所述電池組中是否有單體電池的電壓在大于所述電池嚴(yán)重欠壓值Uunte小于額定容量下限電壓Ullim的范圍內(nèi)；如果存在單體電池的電壓大于所述電池嚴(yán)重欠壓值Uunta并小于額定容量下限電Hullini，則獲取所述多個(gè)單體電池的電壓中的放電最小電壓值Udmin;對(duì)電壓大于該放電最小電壓值Udmin的單體電池進(jìn)行平衡；當(dāng)所述多個(gè)單體電池中的電壓最大值Udmax與最小值Udmin的關(guān)系為UdmaxUUstopl時(shí)，停止電池平衡，其中Usttjpl為ー預(yù)定值。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述方法還包括
在所述電池組充電時(shí)獲取所述多個(gè)單體電池的電壓；判斷所述電池組中是否有單體電池的電壓高于額定容量上限電壓Uulim ；如果存在單體電池的電壓高于該額定容量上限電壓Uulim，則獲取所述多個(gè)單體電池的電壓中的充電最小電壓值Ucmin ；對(duì)電壓大于該充電最小電壓值Ucmin的単體電池進(jìn)行平衡；當(dāng)所述多個(gè)單體電池中的電壓最大值Ucmax與最小值Ucmln的關(guān)系為Ucmax-Ucmln〈Ustop2時(shí)，停止電池平衡，其中Usttjp2為ー預(yù)定值。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，每隔時(shí)間tl重新獲取所述放電最小電壓值Udmint5 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，每隔時(shí)間t2重新獲取所述充電最小電壓值U in.在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述額定容量上限電壓Uulim為3. 55V。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述Ustopl和Usttjp2均為50mV。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述電池嚴(yán)重欠壓值Uundw為I. 5V。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述額定容量下限電壓Ullim為2. 7V。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述tl根據(jù)停止放電時(shí)間而設(shè)定，所述t2根據(jù)停止充電時(shí)間而設(shè)定。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述tl和t2是相等的。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供ー種電池組管理系統(tǒng)，包括如本發(fā)明第一方面所述的電池組平衡裝置。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述電池組管理系統(tǒng)還包括輸入過(guò)流保護(hù)裝置。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述電池組管理系統(tǒng)還包括輸出過(guò)流保護(hù)裝置。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述電池組管理系統(tǒng)還包括過(guò)充、過(guò)放以及溫度控制保護(hù)裝置。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電池的放電平衡，防止在電池電壓過(guò)低時(shí)仍進(jìn)行平衡，準(zhǔn)確判斷是否需要對(duì)電池進(jìn)行平衡，井能實(shí)現(xiàn)對(duì)各単體電池電壓的一致平衡。此外，本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池的充電平衡。在對(duì)電池的充放電平衡的控制中實(shí)時(shí)地采樣參數(shù)，從而能夠更準(zhǔn)確地確定平衡基準(zhǔn)，更好地實(shí)現(xiàn)電池平衡。


通過(guò)下文結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明，將更好地理解本發(fā)明。應(yīng)理解，這些附圖僅出于示例目的，且未必按比例繪制。在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的電池組管理系統(tǒng)的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電池組平衡裝置的示意圖。圖3示出的是電池電壓檢測(cè)模塊的示意性框圖。圖4示出的是電池平衡控制模塊的示意性框圖。圖5a和5b分別示出了根據(jù)本發(fā)明的電池組平衡方法的一個(gè)實(shí)施方案中的電池充電平衡流程圖和電池放電平衡流程圖。圖6是電池平衡信號(hào)發(fā)生模塊以及電池平衡模塊的示意圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)實(shí)施方案的輸入過(guò)流保護(hù)裝置的示意圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)實(shí)施方案的輸出過(guò)流保護(hù)裝置的示意圖。圖9中示出了過(guò)充、過(guò)放以及溫度控制保護(hù)裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I是本發(fā)明實(shí)施方案的電池組管理系統(tǒng)I的示意圖。如圖I所示，電池組管理系統(tǒng)I包括電池組平衡裝置101、輸入過(guò)流保護(hù)裝置102、輸出過(guò)流保護(hù)裝置103以及過(guò)充、過(guò)放以及溫度控制保護(hù)裝置104。在下文中將詳細(xì)介紹這些単元的運(yùn)行。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電池組平衡裝置101的示意圖。如圖2中所示出的，電池組平衡裝置101包括電池電壓檢測(cè)模塊1011和平衡控制器1015。其中平衡控制器1015包括電池平衡控制模塊1012、電池平衡信號(hào)發(fā)生模塊1013以及電池平衡模塊 1014，在下文中將詳細(xì)介紹各模塊的功能。圖3示出的是電池電壓檢測(cè)模塊1011的示意性框圖。在本文示出的實(shí)施方案中，電池組1111共包括8個(gè)單體電池，但是應(yīng)理解，根據(jù)實(shí)際需要，單體電池的數(shù)目不限于本實(shí)施方案所示出的數(shù)目，可以是2個(gè)或者更多個(gè)。所采樣的各單體電池的電壓信號(hào)VdCELL1_VdCELL8 分別與ー個(gè)差分運(yùn)算放大器1211-1218連接，其中電壓信號(hào)
^DCELLl _^DCELL8 分別
輸入至差分運(yùn)算放大器的正極，差分運(yùn)算放大器的負(fù)極接地，差分運(yùn)算放大器對(duì)各個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行放大。可選的，經(jīng)差分運(yùn)算放大器放大后的信號(hào)分別進(jìn)入緩沖器1311-1318。緩沖器1311-1318的輸出端共同連接至一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 1411。模數(shù)轉(zhuǎn)換器1411順序獲取經(jīng)放大緩沖后的八個(gè)輸入信號(hào)VAram-VAD^8，并將這八個(gè)輸入信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)Dvcau-Dw模數(shù)轉(zhuǎn)換器1411將數(shù)字電壓信號(hào)DVCEm-DVCEm^出至電池平衡控制模塊1012，在該電池平衡控制模塊1012中對(duì)8個(gè)單體電池的電壓進(jìn)行平衡控制，這將在下文詳細(xì)描述。圖4示出的是電池平衡控制模塊1012的示意性框圖。如圖4示出的，電池平衡控制模塊1012包括電池電壓獲取子模塊1102、電池平衡判決子模塊1202和平衡控制信號(hào)發(fā)生子模塊1302。電池電壓獲取子模塊1102獲取數(shù)字電壓信號(hào)Dvram-Dv^8,根據(jù)該數(shù)字信
Dvcelli-Dvcell8J 電池電壓獲取子模塊1102判定8個(gè)單體電池的電壓Vmu-V^8與所采樣的各單體電池的電壓信號(hào)VDeEm-VDn8基本相同。接著電池平衡判決子模塊1202對(duì)各單體電池的電壓Veau-V^8進(jìn)行判決，對(duì)各單體電池的電壓判決分為在充電時(shí)的判決以及在放電時(shí)的判決。電池平衡判決子模塊1202判決出需要進(jìn)行平衡的單體電池后，平衡控制信號(hào)發(fā)生子模塊1302輸出對(duì)應(yīng)于需要進(jìn)行平衡的單體電池的平衡控制信號(hào)。圖5a和5b分別不出了根據(jù)本發(fā)明的電池組平衡方法的一個(gè)實(shí)施方案中的電池充電平衡流程圖和電池放電平衡流程圖。如圖5a示出的，在充電時(shí)，電池平衡判決子模塊1202從電池電壓獲取子模塊1102中獲取電池組1111中的各單體電池的電壓后，首先判斷電池組中是否有單體電池的電壓高于3. 55V，這里3. 55V是額定容量上限電壓Uulim，但應(yīng)理解，根據(jù)實(shí)際需要的不同，該額定容量上限電壓Uulim的值不限于該實(shí)施方案中列出的3. 55V。如沒(méi)有單體電池的電壓高于3. 55V，則此時(shí)不需要進(jìn)行平衡。如有單體電池的電壓高于3. 55V，意味著此時(shí)即將充滿電，此時(shí)獲取各單體電池中的充電最小電壓值Ucmin。而對(duì)于電池電壓大于該充電最小電壓值Uanin的單體電池，平衡控制信號(hào)發(fā)生子模塊1302產(chǎn)生相應(yīng)的平衡控制信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)電池平衡信號(hào)發(fā)生模塊1013產(chǎn)生相應(yīng)的平衡信號(hào)，使得電池平衡模塊1014中相應(yīng)的平衡放電電路將被打開(kāi)，進(jìn)而對(duì)單體電池電壓大于該充電最小電壓值Ucmln的單體電池進(jìn)行平衡。為實(shí)時(shí)保持充電最小電壓值Ucmin的準(zhǔn)確性，每隔時(shí)間t2重新獲取各單體電池中的充電最小電壓值Ucmin，時(shí)間t2的選擇可以與停止充電的時(shí)間相關(guān)，例如如果需要在IOms內(nèi)關(guān)斷充電，則可將t2設(shè)置為略小于10ms，例如8ms。但應(yīng)理解，對(duì)于t2的其他合適選擇也是可行的。通過(guò)每隔時(shí)間t2重新獲取各單體電池中的充電最小電壓值Uanin，可實(shí)時(shí)更新電壓值，使得對(duì)電池的充電平衡更加準(zhǔn)確。當(dāng)各單體電池中的電壓最大值與最小值的關(guān)系為Ucmax-Ua^Usttjp2時(shí)，判斷此時(shí)各單體電池的電壓已經(jīng)達(dá)到平衡，則平衡電路關(guān)閉，平衡停止。在該實(shí)施方案中，Usttjp2為ー預(yù)定值，例如50mV，但應(yīng)理解這里列出的50mV僅是示意性的，其他可接受的單體電池的電壓最大值與最小值的差值也是可行的。如圖5b示出的，在放電時(shí)，電池平衡判決子模塊1202從電池電壓獲取子模塊1102中獲取電池組1111中的各單體電池的電壓后，首先判斷電池組中是否有單體電池的電壓小于I. 5V，如果有，則存在單體電池處于嚴(yán)重過(guò)放狀態(tài)，此時(shí)不進(jìn)行平衡。如果沒(méi)有，則接 著判斷電池組中是否有單體電池的電壓在大于1.5V小于2. 7V的范圍內(nèi)，這里的1.5V為電池嚴(yán)重欠壓值Uunte, 2. 7V為額定容量下限電壓Ullim，但應(yīng)理解，根據(jù)實(shí)際需要的不同，電池嚴(yán)重欠壓值Umtto可不同于該實(shí)施方案中列出的I. 5V，額定容量下限電壓Ullim也可不同于該實(shí)施方案中列出的2. 7V。如果沒(méi)有，則認(rèn)為放電不充分，此時(shí)不需要平衡。如果存在單體電池的電壓大于I. 5V小于2. 7V，則獲取各單體電池中的放電最小電壓值Udmint5對(duì)于單體電池電壓大于該放電最小電壓值Udmin的電池,平衡控制信號(hào)發(fā)生子模塊1302產(chǎn)生相應(yīng)的平衡控制信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)電池平衡信號(hào)發(fā)生模塊1013產(chǎn)生相應(yīng)的平衡信號(hào)，使得電池平衡模塊1014中相應(yīng)的平衡放電電路將被打開(kāi)，進(jìn)而對(duì)單體電池電壓大于該放電最小電壓值Udmin的単體電池進(jìn)行平衡。與充電時(shí)的平衡類(lèi)似，每隔一段時(shí)間tl刷新一次Udmin。時(shí)間tl的選擇可以與停止放電的時(shí)間相關(guān)，例如如果需要在IOms內(nèi)關(guān)斷放電，則可將tl設(shè)置為略小于10ms，例如8ms。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，tl可與t2相同。通過(guò)每隔時(shí)間tl重新獲取各單體電池中的放電最小電壓值Udmin,可實(shí)時(shí)更新電壓值，使得對(duì)電池的放電平衡更加準(zhǔn)確。當(dāng)各單體電池中的電壓最大值與最小值的關(guān)系為Udniax-Udmil^Usttjpl時(shí)，判斷此時(shí)各單體電池的電壓已經(jīng)達(dá)到平衡，則平衡電路關(guān)閉，平衡停止。在該實(shí)施方案中，Ustopl為ー預(yù)定值，例如50mV，但應(yīng)理解這里列出的50mV僅是示意性的,其他可接受的單體電池的電壓最大值與最小值的差值也是可行的。圖6是電池平衡信號(hào)發(fā)生模塊1013以及電池平衡模塊1014的示意圖。如圖6中示出的，平衡控制信號(hào)發(fā)生子模塊1302產(chǎn)生的平衡控制信號(hào)輸入至電池平衡信號(hào)發(fā)生模塊1013，該電池平衡信號(hào)發(fā)生模塊1013包括電荷泵電路1113，電荷泵電路1113可以為開(kāi)關(guān)電容式電壓變換器，其輸出多組浮地驅(qū)動(dòng)，該浮地驅(qū)動(dòng)輸出至電池平衡模塊1014。電池平衡模塊1014中的電池平衡放電電路包括MOS管和電阻，MOS管和電阻的串聯(lián)組成了開(kāi)關(guān)邏輯，每個(gè)單體電池與一個(gè)電池平衡放電電路連接。當(dāng)需要對(duì)ー個(gè)或多個(gè)單體電池進(jìn)行平衡放電時(shí)，電荷泵電路1113中的對(duì)應(yīng)電路在平衡控制信號(hào)發(fā)生子模塊1302產(chǎn)生的平衡控制信號(hào)的控制下輸出ー個(gè)或多個(gè)浮地驅(qū)動(dòng)，從而控制MOS管的導(dǎo)通，進(jìn)而對(duì)単體電池進(jìn)行平衡放電。圖7是根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)實(shí)施方案的輸入過(guò)流保護(hù)裝置102的示意圖。輸入過(guò)流保護(hù)裝置102包括単體電池檢測(cè)模塊和輸入過(guò)流保護(hù)模塊。其中単體電池檢測(cè)模塊包括檢測(cè)電阻Rs 1121和差分運(yùn)算放大器1221。輸入的電流信號(hào)經(jīng)單體電池檢測(cè)模塊1021轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)Vs。輸入過(guò)流保護(hù)模塊包括2級(jí)差分運(yùn)算放大器1022a和1022b。電壓信號(hào)Vs和基準(zhǔn)VMfl進(jìn)行比較，在該實(shí)施方案中Vrefl為2. 5V，但是應(yīng)理解，其他值的VMfl也是可行的。差分運(yùn)算放大器1022a的輸出經(jīng)過(guò)RC振蕩器后輸入至差分運(yùn)算放大器1022b，并在差分運(yùn)算放大器1022b處與V,ef2進(jìn)行比較，Vref2是差分運(yùn)算放大器1022b的供電電壓的一半。當(dāng)有過(guò)流現(xiàn)象發(fā)生吋，即差分運(yùn)算放大器1022a的輸入，電壓信號(hào)Vs高，因此差分運(yùn)算放大器1022a輸出高電平，這時(shí)對(duì)電容器Cl進(jìn)行充電，充電后的電容器Cl上的電壓變大，因此差分運(yùn)算放大器1022b輸出ー個(gè)低電平，該低電平使得開(kāi)關(guān)管Ql關(guān)斷，從而在輸入過(guò)流時(shí)對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)，開(kāi)關(guān)管Ql為PMOS，但是應(yīng)理解，具有開(kāi)關(guān)特性的其他開(kāi)關(guān)管也是
V P
可行的。開(kāi)關(guān)管Qi的開(kāi)關(guān)時(shí)間t由R1、Cl確定，S卩I=-RtC. In，且滿足
R2(Ke-Kef2)
Vref2R3 パ
^ <丨，其中V。。為差分運(yùn)算放大器1022b的供電電壓。
尺2、ド2)圖8是根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)實(shí)施方案的輸出過(guò)流保護(hù)裝置103的示意圖。與圖7中示出的輸入過(guò)流保護(hù)裝置102類(lèi)似，所不同的是在輸出過(guò)流保護(hù)裝置103中，單體電池的輸出電流作為單體電池檢測(cè)模塊的輸入，輸出過(guò)流保護(hù)裝置103也包括単體電池檢測(cè)模塊和輸出過(guò)流保護(hù)模塊。其中単體電池檢測(cè)模塊包括檢測(cè)電阻Rs’ 1121’和差分運(yùn)算放大器1221’。輸入的電流信號(hào)經(jīng)單體電池檢測(cè)模塊轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)Vs’。輸出過(guò)流保護(hù)模塊包括2級(jí)差分運(yùn)算放大器1022a’和1022b’。電壓信號(hào)Vs’和基準(zhǔn)V,efl’進(jìn)行比較，在該實(shí)施方案中tefl’為2. 5V，但是應(yīng)理解，其他值的Vrefl’也是可行的。差分運(yùn)算放大器1022a’的輸出經(jīng)過(guò)RC振蕩器后輸入至差分運(yùn)算放大器1022b’，并在差分運(yùn)算放大器1022b’處與Vref2進(jìn)行比較，Vref2’是差分運(yùn)算放大器1022b’的供電電壓的一半。當(dāng)有過(guò)流現(xiàn)象發(fā)生吋，即差分運(yùn)算放大器1022a’的輸入，電壓信號(hào)Vs’高，因此差分運(yùn)算放大器1022a’輸出高電平，這時(shí)對(duì)電容器Cl’進(jìn)行充電，充電后的電容器Cl’上的電壓變大，因此差分運(yùn)算放大器1022b’輸出ー個(gè)低電平，該低電平使得開(kāi)關(guān)管Q1’關(guān)斷，從而在輸出過(guò)流時(shí)對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)，開(kāi)關(guān)管Q1’為PM0S，但是應(yīng)理解，具有開(kāi)關(guān)特性的其他開(kāi)關(guān)管也是可行的。開(kāi)關(guān)管Q1’的開(kāi)關(guān)時(shí)
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間 t’ 由 R1’、q’ 確定，即 V=-R1fQki,且滿足",“;,<!，其
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中V。?！癁椴罘诌\(yùn)算放大器1022b’的供電電壓。此外，如下文圖9中示出的，模數(shù)轉(zhuǎn)換器1032b將輸入的電流信號(hào)Is轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)I_ADC,該電流信號(hào)Is包括充電時(shí)輸入至單體電池的輸入電流和放電時(shí)單體電池輸出的輸出電流。當(dāng)過(guò)流現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，中央控制器MCU 1031輸出ーfC_SWl信號(hào)，.C_SW1信號(hào)也控制開(kāi)關(guān)管Ql的關(guān)斷，開(kāi)關(guān)管Ql的開(kāi)關(guān)時(shí)間由中央控制器MCU 1031的定時(shí)器控制，這實(shí)現(xiàn)了對(duì)過(guò)流的雙重保護(hù)。圖9中示出了過(guò)充、過(guò)放以及溫度控制保護(hù)裝置104。如圖9中所示出的，過(guò)充、過(guò)放以及溫度控制保護(hù)裝置104包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器1032a、1032b以及中央控制器MCU 1031。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 1032a將輸入的各單體電池的電壓信號(hào)V_B1_V_B8轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)V_ADC1-V_ADC8,模數(shù)轉(zhuǎn)換器1032b將輸入的各單體電池的溫度信號(hào)T_B1_T_B8轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)_ADC1-T_ADC8。中央控制器MCU 1031接收來(lái)自模數(shù)轉(zhuǎn)換器1032a和1032b的數(shù)字信號(hào)V_ADC1-V_ADC8和T_ADC1-T_ADC8，當(dāng)存在過(guò)充、過(guò)放以及溫度異常時(shí)，中央控制器MCU 1031生成ー個(gè)C_SW1信號(hào)。該C_SW1信號(hào)為低電平的電壓邏輯信號(hào)，輸入至差分運(yùn)算放大器1022b的輸出端，控制開(kāi)關(guān)管Ql的關(guān)斷。開(kāi)關(guān)管Ql的開(kāi)關(guān)時(shí)間由中央控制器MCU 1031的定時(shí)器控制。應(yīng)理解，本申請(qǐng)不限于下列說(shuō)明中列出的或者附圖中示出的細(xì)節(jié)或方法。還應(yīng)理解，此處使用的措詞和術(shù)語(yǔ)僅用于說(shuō)明目的并且不應(yīng)認(rèn)為是限制。盡管附圖中示出和此處所述的示例實(shí)施方案是目前優(yōu)選的，但應(yīng)理解這些實(shí)施方案僅通過(guò)示例方式給出。從而，本申請(qǐng)不限于具體實(shí)施方案。重要地是指出，不同示例實(shí)施方案中所示的各單元的構(gòu)造和布置僅是示例性的。 盡管在本公開(kāi)文本中僅詳細(xì)描述了ー些實(shí)施方案，但閱讀本公開(kāi)文本的人將立即明了，在沒(méi)有實(shí)質(zhì)偏離本公開(kāi)內(nèi)容中所述的主題的新穎教導(dǎo)和優(yōu)勢(shì)的情況下，許多改型都是可行的，所有這些改型都意在包括在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.ー種電池組平衡裝置，其中所述電池組具有2個(gè)或更多個(gè)單體電池，該電池組平衡裝置包括 電池電壓檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)所述2個(gè)或更多個(gè)單體電池中的每個(gè)單體電池的單體電池電壓； 平衡控制器，用于根據(jù)所檢測(cè)到的單體電池電壓判斷需要進(jìn)行平衡的單體電池，并對(duì)需要進(jìn)行平衡的単體電池進(jìn)行平衡；其特征在于 在所述電池組放電時(shí)，所述平衡控制器判斷所述電池組中是否有單體電池的電壓小于電池嚴(yán)重欠壓值Uunte;如果存在單體電池的電壓小于電池嚴(yán)重欠壓值Umdw，則不進(jìn)行平衡，否則所述平衡控制器繼續(xù)判斷所述電池組中是否有單體電池的電壓在大于所述電池嚴(yán)重欠壓值Umtto小于額定容量下限電壓Ullim的范圍內(nèi)；如果存在單體電池的電壓大于所述電池嚴(yán)重欠壓值Uundw并小于額定容量下限電壓Ullim，則獲取所述多個(gè)單體電池的電壓中的放電最小電壓值Udfflin;所述平衡控制器對(duì)電壓大于該放電最小電壓值Udmin的単體電池進(jìn)行平衡；當(dāng)所述多個(gè)單體電池中的電壓最大值Udfflax與最小值Udfflin的關(guān)系為Udaax-UUstopl時(shí)，停止電池平衡，其中Usttjpl為ー預(yù)定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組平衡裝置，其中在所述電池組充電時(shí)，所述平衡控制器判斷所述電池組中是否有單體電池的電壓高于額定容量上限電壓Uulim ;如果存在單體電池的電壓高于該額定容量上限電壓Uulim，則獲取所述多個(gè)單體電池的電壓中的充電最小電壓值Ucmin;所述平衡控制器對(duì)電壓大于該充電最小電壓值Ucmin的単體電池進(jìn)行平衡；當(dāng)所述多個(gè)單體電池中的電壓最大值Ucmax與最小值Ucmin的關(guān)系為Uanax-UanJUsttjp2時(shí)，停止電池平衡，其中Ustop2為ー預(yù)定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電池組平衡裝置，其中每隔時(shí)間tl重新獲取所述放電最小電壓值Udmin。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池組平衡裝置，其中每隔時(shí)間t2重新獲取所述充電最小電壓值Ucmin。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電池組平衡裝置，其中所述平衡控制器包括 電池平衡控制模塊，用于根據(jù)所檢測(cè)到的單體電池電壓判斷需要進(jìn)行平衡的單體電池，并生成平衡控制信號(hào)以控制需要進(jìn)行平衡的單體電池的平衡； 電池平衡信號(hào)發(fā)生模塊，用于接收所述平衡控制信號(hào)，井根據(jù)該平衡控制信號(hào)生成相應(yīng)的平衡信號(hào)；以及 電池平衡模塊模塊，用于接收所述平衡信號(hào)，井根據(jù)該平衡信號(hào)對(duì)需要進(jìn)行平衡的單體電池進(jìn)行平衡。
6.ー種電池組平衡方法,其中所述電池組具有2個(gè)或更多個(gè)單體電池，所述方法包括 在所述電池組放電時(shí) 獲取所述多個(gè)單體電池的電壓； 判斷所述電池組中是否有單體電池的電壓小于電池嚴(yán)重欠壓值Uundw; 如果存在單體電池的電壓小于電池嚴(yán)重欠壓值Umd ，則不進(jìn)行平衡，否則繼續(xù)判斷所述電池組中是否有單體電池的電壓在大于所述電池嚴(yán)重欠壓值Uunta小于額定容量下限電壓Ullim的范圍內(nèi)； 如果存在單體電池的電壓大于所述電池嚴(yán)重欠壓值Uundw并小于額定容量下限電壓Ullini，則獲取所述多個(gè)單體電池的電壓中的放電最小電壓值Udmin ； 對(duì)電壓大于該放電最小電壓值Udfflin的単體電池進(jìn)行平衡； 當(dāng)所述多個(gè)單體電池中的電壓最大值Udfflax與最小值Udfflin的關(guān)系為udmax-udDlin〈u_吋，停止電池平衡，其中Usttjpl為ー預(yù)定值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池組平衡方法，所述方法還包括 在所述電池組充電時(shí) 獲取所述多個(gè)單體電池的電壓； 判斷所述電池組中是否有單體電池的電壓高于額定容量上限電壓Uulim; 如果存在單體電池的電壓高于該額定容量上限電壓Uulim，則獲取所述多個(gè)單體電池的電壓中的充電最小電壓值Ucmin ； 對(duì)電壓大于該充電最小電壓值Ucmln的単體電池進(jìn)行平衡； 當(dāng)所述多個(gè)單體電池中的電壓最大值Ucmax與最小值Ucmln的關(guān)系為Uanax-Uc^Usttjp2吋，停止電池平衡，其中Usttjp2為ー預(yù)定值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的電池組平衡方法，其中每隔時(shí)間tI重新獲取所述放電最小電壓值Udmin。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池組平衡方法，其中每隔時(shí)間t2重新獲取所述充電最小電壓值Ucmin。
10.ー種電池組管理系統(tǒng)，包括 如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的電池組平衡裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及電池組平衡裝置，電池組具有2個(gè)或更多個(gè)單體電池，該裝置包括電池電壓檢測(cè)模塊，檢測(cè)每個(gè)單體電池的電壓；平衡控制器，根據(jù)檢測(cè)的電壓判斷需要進(jìn)行平衡的單體電池，并對(duì)其進(jìn)行平衡；在電池組放電時(shí)，平衡控制器判斷是否有電壓小于電池嚴(yán)重欠壓值；如果有，則不進(jìn)行平衡,否則平衡控制器繼續(xù)判斷是否有電壓大于電池嚴(yán)重欠壓值且小于額定容量下限電壓；如果有，則獲取多個(gè)電壓中的放電最小電壓值；平衡控制器對(duì)電壓大于放電最小電壓值的單體電池進(jìn)行平衡；當(dāng)多個(gè)單體電池中的電壓最大值Udmax與最小值Udmin滿足Udmax-Udmin<Ustop1時(shí)停止電池平衡，其中Ustop1為一預(yù)定值。本發(fā)明的裝置能夠防止在電壓過(guò)低時(shí)仍進(jìn)行平衡，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)各單體電池電壓的一致平衡。
文檔編號(hào)H02H7/18GK102868199SQ20121039431
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者盧葦, 李潤(rùn)楊, 魏濤, 梁建, 李茂強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京川江源科技有限公司