[发明专利]电池电压平衡装置及电池充电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池电压平衡装置及电池充电装置，特别涉及分时进行电池电压侦测及电池电压平衡的电池电压平衡装置及电池充电装置。

背景技术

随着可携式电子产品的发展，可充电式电池的需求也随之而起。充电式电池包括目前的镍镉电池、后续开发的镍氢电池、锂离子电池以及最新开发的锂聚合物(Li-Polymer)电池。不同种类的可充电式电池所提供的电压也不尽相同，而可携式电子产品所需的操作电压也有所不同。因此，电池制造业者会配合可携式电子产品的操作电压，将数颗电池串联成电池模块以提供所需的电压。

电池模块在电池的电能耗尽时，需用充电器再充满电以供下次使用。然而，电池会因制造或使用而造成蓄电量有所不同。举例来说，7.4V锂电池模块是由两颗3.7V的锂电池串联组成。在出厂时，两颗电池的蓄电量分别是80％及70％。由于锂电池过充会损害电池本身，因此，锂电池充电器在任意一颗锂电池充饱时即停止充电，此时，两颗电池的蓄电量分别为100％(电池充电的最上限)及90％。而使用时，只要任意一电池蓄电量降至0％(电池放电的最下限)，电池模块即无法使用，因此，这两颗电池的蓄电量降至分别为10％及0％时，即需再充电才能使用。

由上述例子可知，当电池模块的电池的蓄电量有所不同时，电池模块的实际可使用电能将由蓄电量最低的电池所决定。而除了上述出厂时电池模块的各电池蓄电量可能不同外，电池在未使用时，也会自放电，在每个电池自放电速率不同的情况下，也会造成电池间蓄电量逐渐不平衡，使电池模块实际可使用电能会随着电池使用时间而逐渐变少，造成电池模块的使用效率低落，使用时间也变短。

图1为Intersil在其ISL9208的产品规格表(Datasheet)中所揭露的数字电池平衡控制器。如图1所示，一数字电池平衡控制器10包括一电池平衡微处理器5和晶体管开关S1-S7。晶体管开关S1-S7分别通过电阻R1-R7与电池BAT1-BAT7并联。电池BAT1-BAT7的电压经模拟/数字转换器(A/D Converter)转换成数字信号，该电池平衡控制微处理器5根据电池BAT1-BAT7的电压数字信号，经内建算法比较出其中电池电压较高的电池，并导通该较高电池电压的电池并联的晶体管开关，使各电池的充电电流可根据各电池的电压调整而达到平衡充电的功能。

然而由于每个电池都具有内阻，在进行平衡充电时，各电池的充电电流并不相同，即较高电池电压的电池的充电电流较小，因此使得电池电压的量测并不正确。尤其对于具有大电池容量的电池模块或者使用快充充电，其充电电流较大而造成电池电压的量测误差更大。

发明内容

鉴于现有技术中的电池平衡方式未考虑电池内阻对于电池电压量测会造成误差，使电池平衡不精确或者甚至造成电池平衡动作的频繁的启动/停止。本发明利用分时进行电池电压侦测及电池电压平衡，使得电池电压平衡过程的充/放电流的不一致不会影响电池电压的侦测。

为达到上述目的，本发明提供了一种电池电压平衡装置，包括一时序控制单元、一平衡判断单元和一电池电压平衡单元。时序控制单元系用以交替地决定一侦测时序及一平衡时序，其中侦测时序与平衡时序彼此不重迭。平衡判断单元耦接串联的多个电池单元和时序控制单元，平衡判断单元在侦测时序时侦测多个电池单元的电池电压，以决定是否启动一电池电压平衡程序。电池电压平衡单元耦接该多个电池单元、平衡判断单元和时序控制单元，当电池电压平衡程序启动时，该平衡时序使最高电池电压得电池单元与最低电池电压的电池单元的充/放电速率具有一差值，使多个电池单元中任意两个电池单元之电池电压差缩小至一第一预定值或一第一预定百分比以内。

本发明也提供了一种电池充电装置，用以对一电池模块充电，电池模块包括串联的多个电池单元。电池充电装置包括一充电控制单元、一时序控制单元、一平衡判断单元和一电池电压平衡单元。充电控制单元耦接一电源和电池模块，用以控制电源以提供一充电电流至电池模块进行充电。时序控制单元用以交替地决定一侦测时序和一平衡时序，其中侦测时序与平衡时序彼此不重迭。平衡判断单元耦接该多个电池单元和时序控制单元，平衡判断单元在侦测时序时侦测该多个电池单元得电池电压，以决定是否启动一电池电压平衡程序。电池电压平衡单元耦接该多个电池单元、平衡判断单元和时序控制单元，当电池电压平衡程序启动时，平衡时序使最高电池电压的电池单元与最低电池电压的电池单元的充电速率具有一差值，使多个电池单元中任意两个电池单元的电池电压差缩小至一第一预定值或一第一预定百分比以内。