[发明专利]电池平衡电路和使用其的电池平衡方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年9月6日在美国专利商标局提交的美国临时申请第61/697,686号，以及于2013年2月4日在美国专利商标局提交的美国非临时申请第13/758,383号的优先权，其全部公开通过引用结合于此。

技术领域

所描述的技术一般涉及主动电池平衡（active cell balancing）电路和使用其的电池平衡方法。

背景技术

随着诸如蜂窝电话和笔记本计算机的便携式电子设备的发展，已经积极地开展了对可充电电池的研究。特别是，已经开发了各个种类的二次电池，如镍镉电池、铅蓄电池、镍氢（NiMH）电池、锂聚合物电池、金属锂电池和锌-空气蓄电池。这样的二次电池通常与电路组合以构成电池组，并且经由电池组的外部端子来执行充电和放电。

电池组一般包括电池单元和具有充电/放电电路的外围电路。外围电路一般被制造成印刷电路板，然后耦合至电池单元。如果外部电源经由电池组的外部端子连接至电池组，电池单元就通过经由外部端子和充电/放电电路提供的外部电力来充电。如果负载通过外部端子连接至电池组，则执行这样的操作：电池单元的电力经由充电/放电电路和外部端子被提供给负载。在这种情况下，充电/放电电路控制外部端子和电池组之间的电池单元的充电/放电。一般来说，多个电池单元以串联和并联方式连接，以便适合负载的消耗能力。

发明内容

一个发明方面是电池平衡电路和使用其的电池平衡方法，该电池平衡电路具有用于接收串联连接的多个电池单元的总电压的隔离电源，其中充电电压通过隔离电源被施加到具有低于参考值的电压的电池单元，从而有可能使用100%的电池单元的容量。

另一方面是电池平衡电路，包括：串联耦合的多个电池单元；分别连接至电池单元的（+）端子和（-）端子的开关对；隔离电源，其接收通过输入级施加的电池单元的总电压，并且具有耦合至开关对的输出级；以及控制器，其控制开关对的接通/断开和隔离电源的操作。

耦合至电池单元中的每个开关对可以独立地操作，并且对于每个电池单元可以是彼此分离的。

构成开关对的两个开关可以被同时接通/断开。

控制器执行通过单独地控制开关对测量与开关对相对应的每个电池单元的电压以及将测量的每个电池单元的电压与预定的参考值进行比较的操作。

还可以在所有串联耦合的电池单元的（+）端子和位于隔离电源的输入级的（+）端子之间提供控制开关。

隔离电源可以接收施加到隔离电源的输入级的电池单元的总电压，并调节在隔离电源中提供的变压器的匝数比或者通过提供在隔离电源中的电力控制器控制开关时间。因此，隔离电源将输入的总电压转换为预定电压，并将转换后的预定电压提供给耦合至输出级的相应的电池单元。

还可以在隔离电源和开关对之间提供充电器。

充电器可以被实施为DC/DC转换器。充电器可以接收从隔离电源输出的电压作为输入电压，将接收到的电压转换为适合要求充电的电池单元的电压，并输出转换后的电压作为输出电压。

耦合至所有电池单元的（-）端子的第一地电压与耦合至位于隔离电源的输出级的（-）端子的第二地电压是在物理上彼此分离的不同的电压。

另一个方面是电池平衡方法，包括：通过顺序地接通分别耦合至串联耦合的多个电池单元的（+）端子和（-）端子的开关对来感测每个电池单元的电压；将测量的每个电池单元的电压转发到控制器，以便与预定参考值进行比较，并且当电池单元的电压低于参考值时，执行将充电电压施加到特定的电池单元的电池平衡操作，其中，电池平衡操作通过使用电池单元的总电压为具有低电压的电池单元充电来实施。

电池平衡操作可以通过使用隔离电源将充电电压施加到具有低于参考值的电压的电池单元来操作。

每个电池单元的电压的感测可以通过在电压测量时段期间使用控制器顺序地接通开关对来实施。

与具有低于参考值的电压的电池单元相对应的开关对可以被接通，以便电池单元的（+）端子和（-）端子被耦合至隔离电源的输出级，由此将从隔离电源输出的充电电压施加到电池单元。

当执行其中将充电电压施加到电池单元的电池平衡操作时，所有耦合至其它电池单元的开关可以被断开。

可以通过将来自控制器的使能（enable）信号施加到隔离电源来执行电池平衡操作。

另一个方面是电池单元平衡系统，包括：串联排列的多个电池单元；以及电源，其被配置为接收电池单元的累积电压，并将第一充电电压输出至具有低于参考电压的电压的电池单元之一。