【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及用于平衡例如电池、电池模块或电池组中的一组电池单元中的电池单元的荷电状态和/或电压的电池单元平衡电路系统。
技术介绍
1、电池组用于多种应用以提供电力。例如，便携式装置(例如，膝上型计算机、无绳电动工具等)和诸如电动踏板车和自行车的较大装置可以包括可再充电电池组来为所述装置供电。电池组需求增长最大的领域之一是电动车辆(ev)，诸如电动汽车、厢式货车、摩托车和货车。
2、电池组通常由多个连接的模块构成，每个模块包含多个单独的电池单元，所述电池单元以串联、并联或串联/并联组合连接在一起，以便实现期望的标称输出电压和电池容量。
3、图1a是示例性电池组的简化示意图。如图所示，在此示例中，电池组100a包括并联连接在正极输出端子150与负极输出端子160之间的四个模块110至140。在此示例中，每个模块110至140包括串联连接的四个单独的电池单元(例如，112至118)。
4、例如，如果每个单独的电池单元具有550mah的标称容量(即，从充满电的电池单元中汲取550ma的电流一小时将使该电池单元完全放电)和1.2v的标称电压，则图1a示例中的每个模块110至140的标称输出电压将为4.8v，并且每个模块110至140的标称容量将为550mah。
5、因为模块110至140并联连接，所以电池组100a的标称输出电压与每个模块110至140的标称输出电压相同，即4.8v，并且电池组100a的容量等于模块110至140中的每一者的容量之和，即，4x550mah＝2200mah。因此，
6、如本领域普通技术人员将理解的，可以采用电池单元和/或模块之间的串联/并联连接的许多不同排列来实现电池组的期望标称输出电压和容量。
7、图1b是另一个示例性电池组的简化示意图。如图所示，在此示例中，电池组100b包括并联连接在正极输出端子150与负极输出端子160之间的两个模块170、180。在此示例中，每个模块170、180包括串联耦接的四个并联连接的电池单元对118a，118b至124a，124b。
8、例如，如果每个单独的电池单元具有550mah的标称容量和1.2v的标称电压，则一对电池单元118a、118b至124a、124b的标称输出电压是1.2v，并且每对电池单元118a、118b至124a、124b的标称容量是1100mah。图1b示例中的每个模块170、180的标称电压将为4.8v，并且每个模块170、180的标称容量将为1100mah。
9、因为模块170、180并联连接，所以电池组100b的标称输出电压与每个模块170、180的标称输出电压相同，即4.8v，并且电池组100b的容量等于模块170、180中的每一者的容量之和，即，2x 1100mah＝2200mah。因此，图1b所示的示例性电池组110b是提供与图1a所示的示例性电池组110a相同的标称电压和容量的电池组的替代配置。
10、如本领域普通技术人员将理解的，许多应用将需要具有比图1a和1b所示的示例性电池组110a、110b更大的标称输出电压和/或更大的标称容量的电池组。例如，电动车辆的电池组可以使用两串并联连接的电池单元，每个串包含96个串联连接的电池单元，每个电池单元具有3.7v至4v的标称电压和55ah的标称容量。这种电池组的标称输出电压为400v左右，并且标称容量为110ah左右。
11、图2a至图2e示出了可以用于模块或电池组的电池单元之间的不同串联/并联连接的一些示例。图2a示出了单个电池单元。图2b示出了包括串联连接的两个电池单元的单个串220，其配置可以表示为2s1p。图2c示出了并联连接的两个电池单元，其配置可以表示为1s2p。图2d示出了两个并联连接的串240a、240b，每个串包含三个串联连接的电池，其配置可以表示为3s2p。图2e示出了三个并联连接的串250a至250c，每个串包含两个串联连接的电池，其配置可以表示为2s3p。更一般地，符号xsyp指示y个并联连接的串，每个串包含x个串联连接的电池单元。因此，图1a所示的电池组100a可以表示为4s4p(或b4s4p，其中b指示所述布置是电池组)，因为它包含四个并联连接的串，每个串包含四个串联连接的电池单元。更一般地，包括y个并联串(每个串包含x个串联连接的电池单元)的电池组可以表示为bxsyp，而包括y个并联串(每个串含有x个串联连接的电池单元)的模块可以表示为mxsyp。
12、在使用上文参考图1所描述种类的电池组时，重要的是当单独的电池单元中的任一个达到电压或电荷的限定下限(即，下限阈值)时放电停止。超过此点继续使用电池组的风险在于因已达到电量下限的特定电池单元过度放电而永久损坏所述电池单元，从而使得电池单元无法继续有效地再充电。类似地，当电池组正在充电时，当单独的电池单元中的任一个上的电压达到限定上限(即，上限阈值)时，充电必须停止。在达到此上限之后继续充电的风险在于永久损坏已达到上限的特定电池单元，或者产生更严重的后果，诸如例如热失控。
13、尽管电池组中的所有电池单元的标称容量可相同，但电池单元之间的容量的不可避免的差异(源于例如制造公差、电池单元老化、单独的电池单元所暴露于的温度的变化等)将导致电池单元之间的容量差异，从而导致电池组的电池单元之间的充电和放电特性不均匀，使得一些电池单元与其他电池单元相比在使用期间将更快地达到电压或电荷的下限，和/或在充电期间更快地达到电压上限。然而，如将理解的，基于具有最低容量的特定电池单元的放电特性(诸如，放电率)来限制电池组的使用将导致充电之间电池组的可用能量不必要地减少，因为在特定电池单元已达到电压或电荷的下限时其他电池单元仍具有容量。类似地，基于首先达到电压上限的特定电池单元的充电特性(诸如，充电率)来限制电池组的充电将导致充电之间电池组的可用能量不必要地减少，因为电池组的充电将在所有电池单元充满电之前停止。
14、为了缓解这些问题，可以使用电池单元平衡策略。电池单元平衡的目的是(可能最大程度地)均衡电池组中的每个电池单元的充电/放电状态和/或电压。
15、图3示出了被动电池单元平衡的概念，所述概念通常在电池组充电期间使用。图3示出了具有四个电池单元312至318的电池组300。电池单元312至318的阴影区域表示电池单元的荷电状态(soc)。如所见，第二电池单元314和第三电池单元316处于第一soc(soc1)，第一电池单元312处于高于soc1的第二soc(soc2)，并且第四电池单元318处于低于soc1的第三soc(soc3)。
16、电池单元平衡模块320在电池组300的充电期间使用以通过在其他电池单元中的一者或多者的电压或荷电状态低于阈值时将充电电流转移离开电压或荷电状态达到阈值水平(其例如可以是电池单元的电压上限)的任何电池单元来均衡电池单元本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于平衡一组串联连接的电池单元的电池单元平衡系统，所述电池单元平衡系统包括：
2.根据权利要求1所述的电池单元平衡系统，其中所述第二开关网络能够操作以在所述第二平衡器电路系统的所述第一操作阶段期间将所述第二组电容器中的所述电容器与电池单元的所述第一子集并联耦合，并且在所述第二平衡器电路系统的所述第二操作阶段期间将所述电容器与电池单元的所述第二子集并联耦合。
3.根据权利要求2所述的电池单元平衡系统，其中所述第二组电容器包括N-1个电容器，其中N是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的电池单元平衡系统，其中所述第二开关网络包括2(N-1)2个开关，其中N是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量。
5.根据权利要求4所述的电池单元平衡系统，其中所述第二组电容器中的每个电容器与所述第二开关网络的2(N-1)个开关相关联。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的电池单元平衡系统，其中所述第二平衡器电路系统的操作循环包括N-1个阶段，并且其中在所述第二平衡器电路系统的操作循
7.根据权利要求1所述的电池单元平衡系统，其中所述第二组电容器包括并联耦合在所述第二开关网络与公共节点之间的多个电容器。
8.根据权利要求7所述的电池单元平衡系统，其中所述第二组电容器包括N-1个电容器，其中N是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量。
9.根据权利要求8所述的电池单元平衡系统，其中所述第二开关网络包括2(N-1)个开关。
10.根据权利要求7所述的电池单元平衡系统，其中所述第二组电容器包括N/2个电容器，其中N是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量，并且其中N是2的整数倍。
11.根据权利要求10所述的电池单元平衡系统，其中所述第二开关网络包括2(N/2)个开关。
12.一种根据前述权利要求中任一项所述的电池单元平衡系统，其中所述第一开关网络能够操作以在所述第一平衡器电路系统的所述第一操作阶段期间将所述第一组电容器中的所述电容器与所述第一电池单元并联耦合，并且在所述第二平衡器电路系统的所述第二操作阶段期间将所述电容器与所述第二电池单元并联耦合。
13.根据权利要求12所述的电池单元平衡系统，其中所述第一组电容器包括N-1个电容器，其中N是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的电池单元平衡系统，其中所述第一组电容器包括并联耦合在所述第一开关网络与公共节点之间的多个电容器。
15.根据权利要求14所述的电池单元平衡系统，其中所述第一组电容器包括N个电容器，其中N是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的电池单元平衡系统，其中所述第一开关网络包括2N个开关，其中N是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的电池单元平衡系统，其中所述第一组电容器中的每个电容器与所述第一开关网络中的两个开关相关联。
18.根据前述权利要求中任一项所述的电池单元平衡系统，其还包括：控制电路系统，所述控制电路系统被配置为控制所述第一开关网络和所述第二开关网络的操作。
19.根据前述权利要求中任一项所述的电池单元平衡系统，其中所述第一平衡器电路系统和所述第二平衡器电路系统被配置为接收公共时钟信号。
20.根据权利要求1至18中任一项所述的电池单元平衡系统，其中所述第一平衡器电路系统被配置为接收第一时钟信号，并且所述第二平衡器电路系统被配置为接收第二时钟信号。
21.根据前述权利要求中任一项所述的电池单元平衡系统，其中所述第一组电容器包括并联耦合在所述第一开关网络与第一公共节点之间的第一多个电容器，并且所述第二组电容器包括并联耦合在所述第二开关网络与第二公共节点之间的第二多个电容器。
22.根据权利要求21所述的电池单元平衡系统，其中所述电池单元平衡系统包括用于耦合到所述第一公共节点和所述第二公共节点的公共电压监测电路系统。
23.根据权利要求21所述的电池单元平衡系统，其中所述第一公共节点耦合到所述第二公共节点。
24.根据权利要求21所述的电池单元平衡系统，其中所述电池单元平衡系统包括用于耦合到所述第一公共节点的第一电压监测电路系统和用于耦合到所述...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于平衡一组串联连接的电池单元的电池单元平衡系统，所述电池单元平衡系统包括：
2.根据权利要求1所述的电池单元平衡系统，其中所述第二开关网络能够操作以在所述第二平衡器电路系统的所述第一操作阶段期间将所述第二组电容器中的所述电容器与电池单元的所述第一子集并联耦合，并且在所述第二平衡器电路系统的所述第二操作阶段期间将所述电容器与电池单元的所述第二子集并联耦合。
3.根据权利要求2所述的电池单元平衡系统，其中所述第二组电容器包括n-1个电容器，其中n是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的电池单元平衡系统，其中所述第二开关网络包括2(n-1)2个开关，其中n是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量。
5.根据权利要求4所述的电池单元平衡系统，其中所述第二组电容器中的每个电容器与所述第二开关网络的2(n-1)个开关相关联。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的电池单元平衡系统，其中所述第二平衡器电路系统的操作循环包括n-1个阶段，并且其中在所述第二平衡器电路系统的操作循环的过程中，所述第二组电容器中的每个电容器与所述一组串联连接的电池单元的n-1个子集中的每个子集耦合一次，每个子集包括两个或更多个电池单元。
7.根据权利要求1所述的电池单元平衡系统，其中所述第二组电容器包括并联耦合在所述第二开关网络与公共节点之间的多个电容器。
8.根据权利要求7所述的电池单元平衡系统，其中所述第二组电容器包括n-1个电容器，其中n是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量。
9.根据权利要求8所述的电池单元平衡系统，其中所述第二开关网络包括2(n-1)个开关。
10.根据权利要求7所述的电池单元平衡系统，其中所述第二组电容器包括n/2个电容器，其中n是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量，并且其中n是2的整数倍。
11.根据权利要求10所述的电池单元平衡系统，其中所述第二开关网络包括2(n/2)个开关。
12.一种根据前述权利要求中任一项所述的电池单元平衡系统，其中所述第一开关网络能够操作以在所述第一平衡器电路系统的所述第一操作阶段期间将所述第一组电容器中的所述电容器与所述第一电池单元并联耦合，并且在所述第二平衡器电路系统的所述第二操作阶段期间将所述电容器与所述第二电池单元并联耦合。
13.根据权利要求12所述的电池单元平衡系统，其中所述第一组电容器包括n-1个电容器，其中n是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的电池单元平衡系统，其中所述第一组电容器包括并联耦合在所述第一开关网络与公共节点之间的多个电容器。
15.根据权利要求14所述的电池单元平衡系统，其中所述第一组电容器包括n个电容器，其中n是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的电池单元平衡系统，其中所述第一开关网络包括2n个开关，其中n是所述一组串联连接的电池单元中的电池单元的数量。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的电池单元平衡系统，其中所述第一组电容器中的每个电容器与所述第一开关网络中的两个开关相关联。
18.根据前述权利要求中任一项所述的电池单元平衡系统，其还包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·P·莱索，R·A·史蒂文，
申请(专利权)人：思睿逻辑国际半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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