專利名稱：用于防止電池深度放電的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及防止電池組的一個或多個電池單元深度放電(de印discharge)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知諸如向電力驅(qū)動的設(shè)備提供電源的電池組；這些電力驅(qū)動設(shè)備包括諸如電動車輛，混合型車輛，輪椅，電動自行車和電力單腳滑行車。電池組通常包括多個串聯(lián)和/或并聯(lián)電連接的單個電池單元，以提供需要的輸出電壓和容量。通常提供電池管理系統(tǒng)以監(jiān)視和控制電池組的操作。一般地，這些電池管理系統(tǒng)可能自身從電池組吸取電流，即使當(dāng)車輛不從電池組吸取電力時也如此。隨著時間的流失，這可使得電池組電流被抽取到所說的“深度放電”狀態(tài)，這會限制電池組的使用壽命。


圖I是按照本發(fā)明的諸如可以并入在用于鋰離子電池組的電池管理系統(tǒng)中用于防止深度電池放電的系統(tǒng)簡圖。
具體實施例方式盡管本發(fā)明可以有很多不同形式的實施例，在此將詳細(xì)描述一個具體的實施例，且這樣理解本公開被認(rèn)為是本發(fā)明原理的示例，而不打算將本發(fā)明限制到所示的具體實施例。圖I示出了按照本發(fā)明的用于防止深度電池放電的系統(tǒng)或低電壓切斷(cut-off)電路，并且一般地用10表示。低電壓切斷電路10是電池管理系統(tǒng)11的部分。所示的低電壓切斷電路10耦合到串聯(lián)連接的兩個鋰離子電池單元12和14。典型地，電池組包括更多電池單元。但為了便于討論，將只討論兩個電池單元12和14。電池單元12和14最好是磷酸鐵鋰電池單元，盡管它們可以是其他電池化學(xué)。按照本說明書，當(dāng)電池單元12，14處于滿充電時，每個單元具有3. 6-3. 7伏的標(biāo)稱電壓，但它們典型地工作在3. 2-3. 3伏。電池單元12，14向電力驅(qū)動設(shè)備(未示出)提供電源。
正如所知，電池管理系統(tǒng)11執(zhí)行各種傳統(tǒng)功能。這樣的一種功能是單獨或共同地監(jiān)視電池單元兩端的電壓。當(dāng)電池管理系統(tǒng)11確定所監(jiān)視的電池單元的電壓已經(jīng)下降到低于需要的工作閾值諸如每個電池單元2. 3伏時，電池管理系統(tǒng)11典型地關(guān)斷給該設(shè)備的電池電力。即使該給該設(shè)備的電力已經(jīng)關(guān)斷，可能扔需要電池管理系統(tǒng)11繼續(xù)工作，諸如提供由于低電池情況設(shè)備被關(guān)斷的指示。然而，正如上面所示的，即使當(dāng)設(shè)備關(guān)斷時，電池管理系統(tǒng)11自身繼續(xù)抽取電流。當(dāng)橫跨電池單元的電壓下降到低于關(guān)斷閾值諸如每個單元約2. I伏時，提供電力給低電壓切斷電路11，來關(guān)斷電池管理系統(tǒng)11。這既可以通過一個個電池單元來完成，也可以通過串接在一連串的電池單元來集中完成。低電壓切斷電路10包括齊納二極管16，典型地具有100千歐姆至10兆歐范圍的高阻抗的第一至第四電阻器18，分別包括第一和第二互補晶體管26，28的互補晶體管，和具有存儲器及存儲于其上的微處理器邏輯的微處理器32。第一晶體管26可以是N溝道MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)，并且第二晶體管28可以是互補P溝道M0SFET?？蛇x地，第一晶體管26可以是npn晶體管，及第二晶體管28可以是互補pnp晶體管，或互補晶體管設(shè)備的這些其他組合。微處理器可以是Microchip PIC16F690, MicrochipPIC12F675, Microchip PIC16F684, Microchip PIC16F616，或者 Atmel ATtinyl3A 系列，或這些其他傳統(tǒng)微處理器。按照本發(fā)明，當(dāng)?shù)碗妷呵袛嚯娐?0關(guān)斷時，低電壓切斷電路10從電池單元12，14
獲得零電流抽取。當(dāng)電池電壓下降到低于可使用電壓水平(對于當(dāng)前電池化學(xué)，典型地為每單元約2. I伏(±0. Iv))時，低電壓切斷電路10關(guān)斷，防止電流從電池單元12，14流出。按照本發(fā)明，當(dāng)電池組電壓升到可使用值時，低電壓切斷電路10自動重新激活。參考圖1，直到跨于第一和第二電池單元12，14 二者的電池電壓上升到齊納二極管16的閾值電壓以上，低電壓切斷電路10關(guān)斷。齊納二極管的閾值電壓(即，齊納二極管開始導(dǎo)通的電壓)典型地稍微低于其名義額定齊納電壓。根據(jù)被測量的電池單元的數(shù)目，選擇齊納二極管16的額定電壓。在針對二個電池單元的本公開中，齊納二極管16的額定電壓是4. 7伏，但也可以是5. I伏或5. 7伏，這取決于需要的電路操作，即何時需要電路導(dǎo)通。一旦跨于第一和第二電池單元12，14的電壓達到齊納二極管16的閾值電壓，“第一，，閾值電壓，齊納二極管16開始導(dǎo)通，并且電流流過第一電阻器18。這樣提高了第一晶體管26上的門極電壓，使得第一晶體管26導(dǎo)通。當(dāng)?shù)谝痪w管26導(dǎo)通時，電流流過第二電阻器20。這使得第二晶體管28的門極電壓下降(即，在負(fù)方向上升高)，并且電流開始流過第二晶體管28。于是，互補開關(guān)處于接通或?qū)顟B(tài)。第三電阻器22是反饋電阻器，其傳導(dǎo)流過第二晶體管28的某些電流，以通過第一晶體管18流回。這幫助維持第一晶體管26，并且由此第二晶體管28導(dǎo)通，及提供第一晶體管26的導(dǎo)通電壓的某些滯后。換言之，導(dǎo)通電壓(“第一”閾值電壓)稍微高于關(guān)斷電壓“第二電壓”，防止由于電池單元12，14的電壓波動引起的振蕩。微處理器32包括電池電壓檢測輸入32a,接地參考輸入32b和保持邏輯信號輸出32c。第四電阻器24耦合到保持邏輯信號輸出32c，其由駐留在微處理器32的存儲器中的微控制器邏輯控制。當(dāng)?shù)诙w管28導(dǎo)通時，電池檢測輸入32a檢測跨于第一和第二電 池單元12，14的電壓，允許微處理器32監(jiān)視跨于第一和第二電池單元12，14的電壓。只要檢測的電池單元12，14的電池電壓保持在第三閾值電壓(該電壓由微處理器32設(shè)定并且小于第二閾值電壓)之上，來自保持邏輯輸出32c的保持邏輯信號為高。這提供回到第一晶體管26的附加電流，保持低電壓切斷電路10處于激活狀態(tài)。 當(dāng)電池單元12，14的電壓水平落到低于齊納二極管16的閾值電壓即第一閾值電壓時，齊納二極管16將停止導(dǎo)通。然而，流過第三電阻器22的電流和通過第四電阻器24的保持邏輯信號將使得第一和第二晶體管26，28繼續(xù)導(dǎo)通，并且微處理器32將繼續(xù)監(jiān)視跨于電阻單元12，14的電壓。當(dāng)跨于第一和第二電池單元12，14的電壓落到低于第二閾值電壓時，流過第三電阻器的電流將不再足以使得第一和第二晶體管26，28繼續(xù)導(dǎo)通，但是保持邏輯信號將使得第一和第二晶體管26，28繼續(xù)導(dǎo)通，并且微處理器32將繼續(xù)監(jiān)視跨于電池單元12，14的電壓。然而，當(dāng)跨于第一和第二電池單元12，14的電壓落到低于第三閾值電壓時，保持輸出信號將變低，使得第一晶體管26以及由此第二晶體管28停止導(dǎo)通。這使得到微處理器的電壓檢測輸入32a的輸入變?yōu)榱?。響?yīng)于微處理器的電壓檢查輸入32a的輸入變?yōu)榱悖⑻幚砥?2自身關(guān)斷。這使得保持邏輯信號變低并且低電壓切斷電路10將完全關(guān)斷。因為第三閾值電壓的值由微處理器23的微處理器邏輯設(shè)定，該值可以容易地被調(diào)節(jié)，并且切斷電路10關(guān)斷處的電壓可以得到緊密地調(diào)節(jié)。之后當(dāng)電池單元13，14被替換或再充電，并且電壓超過第一閾值電壓(S卩，齊納二極管16的閾值電壓)時，齊納二極管將再次開始導(dǎo)通，第一晶體管26將導(dǎo)通，使得第二晶體管28導(dǎo)通。然后，微處理器32將檢測在電池電壓檢測輸入32a處的電池電壓，使得微處理器32導(dǎo)通，并且該過程自身重復(fù)。從上述可以看到，可以實現(xiàn)各種變化和修改，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。將理解，對所示的具體裝置無意進行限制或應(yīng)被推斷。當(dāng)然，意欲由所附的權(quán)利要求覆蓋，所有這些修改落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于防止電池單元深度電池放電的電路，該電路包括 用于檢測跨于電池單元的電壓的裝置； 響應(yīng)于所述檢測裝置用于確定所述檢測的電池電壓何時小于第一閾值電壓的裝置；和響應(yīng)于所述確定裝置用于防止當(dāng)所述檢測的電池電壓被確定小于所述閾值電壓時來自所述電池單元的電流的裝置。
2.如權(quán)利要求I所述的電路，包括 響應(yīng)于所述檢測裝置用于確定何時所述檢測的電池電壓大于第二閾值電壓的裝置；和響應(yīng)于所述確定裝置用于防止當(dāng)所述檢測的電池電壓被確定大于所述第二閾值電壓時來自所述電池單元的電流的裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述第二閾值電壓大于所述第一閾值電壓。
4.如權(quán)利要求I所述的電路，其中，所述檢測裝置檢測跨于多個串聯(lián)耦合的電池單元的電壓。
5.一種防止電池單元的深度電池放電的方法，該方法包括 檢測跨于電池單元的電壓； 確定所述檢測的電池電壓何時小于第一閾值電壓；和 防止當(dāng)所述檢測的電池電壓被確定小于所述閾值電壓時來自所述電池單元的電流。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，包括 確定何時所述檢測的電池電壓大于第二閾值電壓；和 防止當(dāng)所述檢測的電池電壓被確定大于所述第二閾值電壓時來自所述電池單元的電流。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述第二閾值電壓大于所述第一閾值電壓。
8.一種用于管理電池單元的電壓的電池管理系統(tǒng)，該電池管理系統(tǒng)包括 半導(dǎo)體開關(guān)，其耦合到所述電池單元，其中當(dāng)所述跨于電池單元的電壓超過第一閾值電壓時，所述半導(dǎo)體開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)；和微處理器，其耦合到所述半導(dǎo)體開關(guān)； 其中，當(dāng)所述半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時，所述微處理器監(jiān)視跨于所述電池單元的電壓，并且當(dāng)所述監(jiān)視的電壓小于第二閾值電壓時，將自身關(guān)斷，由此防止從所述電池單元的進一步電流抽取。
9.如權(quán)利要求8所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述第二閾值電壓由所述微處理器確定。
10.如權(quán)利要求8所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述第二閾值電壓小于所述第一閾值電壓。
11.如權(quán)利要求8所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述微處理器保持所述半導(dǎo)體開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)一直到所述監(jiān)視的電壓小于所述第二閾值電壓。
12.如權(quán)利要求8所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述半導(dǎo)體開關(guān)包括兩個互補晶體管。
13.如權(quán)利要求12所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述半導(dǎo)體開關(guān)包括齊納二極管。
14.一種用于管理電池單元的電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)包括 半導(dǎo)體開關(guān)，其包括齊納二極管和互補晶體管對，所述半導(dǎo)體開關(guān)與所述電池單元并聯(lián)耦合，其中，所述齊納二極管在第一閾值電壓處開始導(dǎo)通，并且當(dāng)跨于所述電池單元的電壓超過所述第一閾值電壓時，所述半導(dǎo)體開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)；和微處理器，其耦合到所述微處理器開關(guān)； 其中，當(dāng)所述半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時，所述微處理器監(jiān)視跨于所述電池單元的電壓，并且當(dāng)所述監(jiān)視的電壓小于第二閾值電壓時，將自身關(guān)斷，由此防止從所述電池單元的進一步電流抽取。
15.如權(quán)利要求14所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述第二閾值電壓由所述微處理器確定。
16.如權(quán)利要求14所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述第二閾值電壓小于所述第一閾值電壓。
17.如權(quán)利要求14所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述微處理器保持所述半導(dǎo)體開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)一直到所述監(jiān)視的電壓小于所述第二閾值電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于管理諸如鋰離子電池的電池單元的電壓的電池管理系統(tǒng)。該電池管理系統(tǒng)包括半導(dǎo)體開關(guān)，其耦合到所述電池單元，其中當(dāng)所述跨于電池單元的電壓超過第一閾值電壓時，所述半導(dǎo)體開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)；和微處理器，其耦合到所述半導(dǎo)體開關(guān)；其中，當(dāng)所述半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時，所述微處理器監(jiān)視跨于所述電池單元的電壓，并且當(dāng)所述監(jiān)視的電壓小于第二閾值電壓時，將自身關(guān)斷，由此防止從所述電池單元的進一步電流抽取。
文檔編號H01M10/48GK102625961SQ201080025684
公開日2012年8月1日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者蒂姆·A·森德林 申請人:K2能源解決方案公司