[发明专利]用于电池或其它电力供应的有源单元及模块平衡

说明书

相关申请案的交叉参考及优先权主张

本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张2009年9月16日申请的第61/243,072号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案特此以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上是针对电力供应充电及放电系统。更明确地说，本发明是针对用于电池或其它电力供应的有源单元及模块平衡。

背景技术

现代电池(例如大型锂离子电池)通常包括多个串联的电池单元。遗憾的是，由电池中的每一个别电池单元提供的实际输出电压可略微地变化。这可在所述电池单元的充电或放电期间引起问题。在一些系统中，可使用电压检测电路来确定每一电池单元的输出电压，且可使用电压平衡系统来补偿所述电池单元的输出电压的变化。

考虑串联连接的电池单元，其中每一电池单元理想地经设计以提供3.8V的输出电压。电压检测电路可确定所述电池单元中的一者实际上具有3.9V的输出电压。常规的无源电压平衡系统通常包括耗散来自具有过量输出电压的电池单元的电能的电阻器。在此实例中，电能的耗散引起3.9V的输出电压下降到所要的3.8V的电平。然而，因为电能是使用电阻器来耗散的，所以这可导致大量的能量从所述电池单元损失，此缩短了所述电池的操作寿命。

发明内容

附图说明

为了更完整地理解本发明及其特征，现在参考结合附图进行的以下描述，在附图中：

图1说明根据本发明的实例有源单元平衡电路；

图2说明根据本发明的另一个实例有源单元平衡电路；

图3说明根据本发明的并入有开关驱动电路的实例有源单元平衡电路；

图4说明根据本发明的可在有源单元平衡期间使用的实例算法；

图5说明根据本发明的具有多个模块(各自具有多个电力单元)的实例电力组；

图6说明根据本发明的各种电池的实例安全操作区；

图7说明根据本发明的模块中的电力单元上的实例不均匀电压电平；

图8说明根据本发明的实例有源模块平衡系统；以及

图9说明根据本发明的支持模块内的有源单元平衡的实例双向有源单元平衡电路。

具体实施方式

下述的图1到9及本专利文献中用于描述本发明的原理的各种实施例是仅作为说明的，且不应以任何限制本发明的范围的方式来解释。所属领域的技术人员将理解，本发明的原理可在任何类型的经合适布置的装置或系统中实施。

有源单元平衡

在本发明的一个方面中，揭示可平衡在单个模块内串联连接的多个电力单元(例如单个电池中的多个电池单元)的各种有源单元平衡电路。在一些实施例中，监视器接收与所述电力单元有关的信息，例如电压、电流及温度。使用所述信息，有源平衡电路可操作开关系统来将电源连接到具有较低电压的一个或一个以上电力单元，以将那些电力单元充电到所要的较高电压。有源平衡电路还可操作所述开关系统来从一个或一个以上具有过量电压的电力单元汲取电力，以使所述电力单元达到所要的较低电压。

图1说明根据本发明的实例有源单元平衡电路100。在此实例中，电路100使用基于前沿的有源单元平衡。电路100包括或耦合到多个串联连接的电力单元102a到102n。每一电力单元102a到102n分别耦合到两个开关104a₁到104a₂、104b₁到104b₂、…、104n₁到104n₂。电力单元102a到102n表示模块内的任何合适的电力来源，例如电池内的电池单元。开关104a₁到104n₂表示任何合适的切换装置，例如晶体管。

监视器电路106接收关于电力单元102a到102n的信息，例如关于与电力单元102a到102n相关联的电压、电流及温度的信息。在此实例中，所述信息包括分别来自电力单元102a到102n的电压值V₁到Vn。所述信息还包括流经电力单元102a到102n的总电流I及电力单元102a到102n的一个或一个以上温度TEMP。注意，所使用的温度传感器的数目及它们的位置可取决于特定应用的性质。单个电力单元可与一个或多个温度传感器相关联，且/或单个温度传感器可测量一个或多个电力单元的温度。监视器电路106表示用于监视电力单元的任何合适的结构，例如集成电路或“IC”。