平衡電阻器和低通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電池單元平衡和測量裝置。該裝置包括多個端子，這些端子中的一部分被分組為端子對，多個端子中的每個端子可操作以便耦合到電池堆中的節(jié)點。每個端子對具有彼此并聯(lián)耦合的電容器和開關(guān)，該電容器和開關(guān)耦合在相應(yīng)的端子對的兩端。該裝置包括多個電阻器，多個電阻器中的每個電阻器耦合到多個端子中的端子。多個電阻器中的每個電阻器通過開關(guān)為耦合到端子對的相應(yīng)的電池單元提供放電路徑，并且其中多個電阻器中的每個電阻器通過電容器為相應(yīng)的電池單元提供低通濾波路徑。
【專利說明】平衡電阻器和低通濾波器

【背景技術(shù)】
[0001]可再充電電池組中的電池單元具有不同的充電能力、放電能力和/或充電狀態(tài)。為了優(yōu)化使用，應(yīng)該平衡這些電池單元。為了平衡電池單元，要測量各電池單元或各并聯(lián)電池單元組兩端的電壓。在被動平衡時，具有更高電壓的電池單元或電池單元組被放電直至它們的電壓匹配其他電池單元的電壓。電池單元放電電流通常被引導經(jīng)過放電電阻器。具有電噪聲的操作環(huán)境，例如電動和混合動力汽車，使得難于測量各電池單元或各電池單元組兩端的電壓。這可能引起錯誤地確定在平衡時是否應(yīng)該對電池單元放電或者應(yīng)該對該電池放電多少。正如在電動和混合動力汽車中所遇到的那樣，頻繁的不完全的充電和放電循環(huán)，會加劇電池單元在充電狀態(tài)上的差異。同時，在電池平衡電路中會存在例如放電電阻器斷開或燒毀或開關(guān)斷路的電氣故障，并且此情況可能未被檢測。某些類型的電池，如果不進行妥善的平衡，將產(chǎn)生災(zāi)難性的故障。
[0002]本文的實施例正是出現(xiàn)于這種背景之下。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一個實施例中，提供了一一種電池單元平衡和測量裝置。該裝置包括多個端子，端子中的一部分被分組為端子對，多個端子中的每個端子可操作以便耦合到電池堆中的節(jié)點。每個端子對具有彼此并聯(lián)耦合的電容器和開關(guān)，電容器和開關(guān)耦合在相應(yīng)的端子對的兩端。該裝置包括多個電阻器，該多個電阻器中的每個電阻器耦合到多個端子中的端子，多個電阻器中的每個電阻器通過開關(guān)為耦合到端子對的相應(yīng)的電池單元提供放電路徑，并且其中多個電阻器中的每個電阻器通過電容器為相應(yīng)的電池單元提供低通濾波器路徑。
[0004]在另一實施例中，提供了一種電池單元平衡和測量裝置。該裝置包括:被配置為連接到電池堆的節(jié)點的多個第一端子；數(shù)量與多個第一端子的數(shù)量相等的多個第二端子。該裝置包括:多個電容器，其數(shù)量與電池堆中的電池單元的數(shù)量相等，多個電容器串聯(lián)連接，其中每個電容器耦合在第二端子的對應(yīng)對的兩端；多個電阻器，每個電阻器的一端耦合到第一端子中的一個，并且其對端耦合到所述第二端子中對應(yīng)的一個。該裝置包括:多個開關(guān)，其數(shù)量和電池單元的數(shù)量相等，每個開關(guān)耦合到第二端子中的一個，并且耦合到第二端子中的相鄰一個或第一端子中的一個。多個開關(guān)中的開關(guān)在啟用時通過多個電阻器中的一個并且通過開關(guān)為電池堆的相應(yīng)的電池單元提供放電路徑，當開關(guān)停用時，電池單元的電壓被表現(xiàn)在第二端子的對應(yīng)對處，其中電池單元的電壓通過包括多個電阻器中的一個和多個電容器中的電容器的低通濾波器來濾波。
[0005]在又一實施例中，提供了一種測量電池單元電壓和平衡電池堆中的電池單元的方法。該方法包括:在開關(guān)停用時，通過彼此串聯(lián)的電阻器和電容器來低通濾波電池堆中的多個電池單元中的的一個的電壓。開關(guān)被耦合到電阻器并被耦合到多個電池單元中的一個。該方法包括:在開關(guān)啟用時，將多個電池單元中的一個的放電電流流經(jīng)電阻器和開關(guān)。
[0006]結(jié)合通過示例的方式描述所說明實施例的原則的附圖進行的下述詳細說明，具體實施例的其他方面和優(yōu)點將會變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]通過參考以下說明并結(jié)合圖示，可以對具體實施例以及優(yōu)點進行最佳的理解。這些附圖不以任何方式限制本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離具體實施例的精神和范圍時對具體實施例所進行的形式和細節(jié)上的任何變型。
[0008]圖1是電池單元平衡和測量裝置的示意圖。
[0009]圖2是根據(jù)本發(fā)明的又一電池單元平衡和測量裝置的示意圖。
[0010]圖3是圖2中的電池單元平衡和測量裝置的實施例的示意圖。
[0011]圖4是圖3中電池單元平衡和測量裝置的變型的示意圖。
[0012]圖5是測量電池單元電壓和平衡電池單元的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0013]實施例提供了多種電池單元平衡和測量裝置。所有示出的裝置能夠測量電池堆中每個電池單元的電壓，并能對電池單元進行單獨放電，而不依賴于在該時刻是否對于其他電池單元進行放電。這些裝置可以與可再充電電池組一起被用于電動車輛、混合動力車輛以及其他陸基、?；⒒蚧诳諝獾膽?yīng)用中。這些實施例適用于鋰離子以及其他類型的可再充電電池單元。本申請涉及編號13/794，535的美國申請，為了所有目的通過引用將其每個并入本文。
[0014]本文公開了詳細說明的實施例。然而，本文所公開的具體功能的細節(jié)僅表示為了說明實施例。然而，實施例可以以多種替代方式來體現(xiàn)，并不應(yīng)當被解釋為僅限于本文闡述的實施例。
[0015]應(yīng)該理解的是，盡管本文使用第一、第二等術(shù)語來描述不同的步驟或者計算，但是這些步驟或計算并非由這些術(shù)語來限制。這些術(shù)語僅用于將一個步驟或計算與另一個相區(qū)另IJ。例如，第一計算可被稱為第二計算，并且類似地，第二步驟可被稱為第一步驟，而并不偏離本公開的范圍。本文所采用的術(shù)語“和/或”以及“/”符號包括相關(guān)聯(lián)的列出項的一個或多個的任意和全部組合。
[0016]如本文所使用的，單數(shù)形式“一個、一種”和“該”也意在包括復數(shù)形式，除非上下文中以其他方式清楚指示。還可以進一步理解的是，本文中使用術(shù)語“包括”時是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或上述這些的組合。因此，本文使用的術(shù)語僅為了描述特定實施例，并非意在對其進行限制。
[0017]還應(yīng)當注意到，在某些替換性實施例中，提到的功能/動作可以不按照圖示的順序發(fā)生。例如，取決于所涉及的功能/動作，連續(xù)顯示的兩個圖可能實際上基本同時地執(zhí)行，或者按照相反的順序執(zhí)行。
[0018]圖1所示的電池單元平衡和測量裝置針對電池堆中的每個電池單元例如電池單元1、電池單元2、電池單元3、電池單元4、電池單元5采用低通RC(阻容器)濾波器。應(yīng)當認識到，電池堆可采用并聯(lián)和串聯(lián)的電池單元的各種組合。例如，5S28P (串聯(lián)5并聯(lián)28)電池堆具有28個并聯(lián)的電池單元，并且這些并聯(lián)的組中的5個被串聯(lián)堆疊。該低通RC濾波器幫助濾除電噪聲，使得電壓測量器件130能夠更精確的測量電池單元電壓。例如，通過由電阻器102和電容器Cl構(gòu)成的低通濾波器對這些電池單元中的一個電池單元I兩端的電壓進行濾波。低通濾波過的電池電源電壓存在于該裝置的端子BI和BO兩端，其被耦合到電壓測量器件130。同樣地，通過包括電阻器106和電容器C2的低通濾波器對電池單元2的電池單元電壓進行濾波，低通濾波過的電池單元電壓存在于裝置的端子B2和BI的兩端，其可由電壓檢測裝置130來測量。另外，包括電阻器110、114、118和電容器C3、C4、C5的低通濾波器分別處理來自剩余的電池單元3、電池單元4、電池單元5的電池單元電壓。低通濾波過的電池單元電壓存在于B3、B2 ;B4、B3以及B5、B4這些端子對的兩端。
[0019]可以使用具有片上或獨立的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的微處理器或微控制器來實現(xiàn)電壓測量器件130。該處理器或控制器可以使用1/0(輸入/輸出)端口執(zhí)行軟件并控制各種操作。取決于在電池堆中堆疊了多少電池單元，該電壓測量器件130可包括高壓端口或多于一個的處理器或模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以跨越該電池堆的電壓范圍。在一個方案中，電壓測量器件130可以以約ImV的精度來測量電壓。
[0020]應(yīng)該對電池單元電壓進行測量以確定需要對電池單元進行放電，每個電池單元具有對應(yīng)的放電電阻器104、108、112、116和120。每個放電電阻器分別附有開關(guān)S1、S2、S3、S4、S5。例如，可以通過電阻器104和開關(guān)SI放電電池單元I?？梢酝ㄟ^電阻器108和開關(guān)S2放電電池單元2，等。使用具體為N型MOSFET (金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管)的晶體管實現(xiàn)開關(guān)S1、S2、S3、S4、S5，但是也可以使用其他類型的MOSFET、雙極性或其他類型的晶體管、或者繼電器、機械開關(guān)或其他類型的開關(guān)實現(xiàn)開關(guān)S1、S2、S3、S4、S5。針對N型MOSFET開關(guān)，示為使能1-5信號的控制電壓應(yīng)具有合適的水平以導通或斷開開關(guān)。針對其他類型開關(guān)的控制信號容易被設(shè)計。
[0021]應(yīng)當認識到，放電電阻器的電阻值比內(nèi)部電池單元的電阻值更大，并且在端子B5、B4、B3、B2、B1、B0處測得的低通濾波過的電池單元電壓在對電池單元放電時不會明顯下降。因此，難以檢測放電是否正常運行。例如，如果放電電阻器已經(jīng)被斷開或者燒毀，或者如果開關(guān)已經(jīng)被損壞，可能難于通過在端子B5、B4、B3、B2、B1、B0處的電壓測量來檢測放電是否正常運行。
[0022]圖2示出根據(jù)某些實施例的電池單元平衡和測量裝置。圖2中的裝置的實施例的與圖1中裝置相比具有更少的部件，并且電阻器具有雙重用途。如下文所進行的說明和解釋，圖2-4中示出的電路中的每個放電電阻器也用作低通濾波器的一部分。另外，低通濾波器中的每個和該濾波器的電阻器(或者，如果電阻器多于一個，則為這些電阻器中的一個)也用作電池單元的放電電阻器。例如，通過由兩個電阻器204、202以及電容器Cl組成的低通濾波器對電池堆中的電池單元I兩端的電壓進行濾波。電池單元I的低通濾波過的電壓被表現(xiàn)在端子對B1、BO的兩端，可以由耦合到這些端子的電壓測量器件130來測量。同樣地，電池堆中的電池單元2兩端的電壓通過由兩個電阻器206、204以及電容器C2組成的低通濾波器進行濾波，并且被呈現(xiàn)在由電壓測量器件130測量的端子對B2、BI的兩端。
[0023]可以通過也用在電池單元I的低通濾波器中的電阻器204對電池單元I進行放電。如所示，通過電阻器204和開關(guān)SI對電池單元I進行放電。同樣地，可以通過也用在電池單元2的低通濾波器中的同一的電阻器206對電池單元2進行放電。對于該示例，應(yīng)該認識到，電池單元I的放電電阻器204也用在由電阻器204和電容器Cl以及另一電阻器202串聯(lián)所組成的低通濾波器中。電池單元2的放電電阻器206也用在由電阻器206和電容器C2以及電阻器204串聯(lián)而組成的低通濾波器中，其中電阻器204用作電池單元I的放電電阻器。如下文的電路走線所述，圖2中的電池單元平衡和測量裝置因而在多個任務(wù)中重用了這些電阻器。
[0024]第一端子A0、A1、A2、A3、A4和A5作為電池單元連接端子，并且耦合到電池堆中的電池單元，其中端子AO耦合到電池堆的負極端子，該電池堆的負極端子同時也是電池單元I的負極端子。端子Al耦合到第一和第二電池單元的公共節(jié)點，并且該公共節(jié)點被耦合到電池單元I的正極端子和電池單元2的負極端子。端子A2耦合到第二和第三電池單元的公共節(jié)點，該公共節(jié)點被耦合到電池單元2的正極端子以及電池單元3的負極端子。端子A3耦合到第三和第四電池單元的公共節(jié)點，該公共節(jié)點同時也是電池單元3的正極端子以及電池單元4的負極端子。端子A4耦合到第四和第五電池單元的公共節(jié)點，該公共節(jié)點被耦合到電池單元4的正極端子以及電池單元5的負極端子。端子A5耦合到電池堆的正極端子，該電池堆的正極端子耦合到電池單元5的正極端子。第一端子4031、4233、44和八5中的每個分別對應(yīng)于作為電壓測量端子的第二端子B0、B1、B2、B3、B4和B5中的一個。也就是說，電池單元連接端子AO對應(yīng)于電壓測量端子BO，依次類推至第一端子A5對應(yīng)于第二端子B5。第一端子的電池單元電壓被輸出或表現(xiàn)在對應(yīng)的第二端子處，用于由電壓測量電路130進行測量。應(yīng)當認識到，AO和Al以及其他相鄰的第一端子，可以被稱為端子對。同樣地，BO和BI以及其他相鄰的第二端子，同樣也可以被稱為端子對。
[0025]每個第一端子被耦合到對應(yīng)的電阻器，然后被耦合到第二端子中的對應(yīng)的一個。第一電阻器202耦合到第一端子中的第一個A0，并且耦合到第二端子中的第一個B0。第二電阻器204耦合到第一端子中的第二個Al，并耦合到第二端子中的第二個BI。第三電阻器206耦合到第一端子中的第三個A2，并且耦合到第二端子中的第三個B2。第四電阻器208耦合到第一端子中的第四個A3，并耦合到第二端子中的第四個B3。第五電阻器210耦合到第一端子中的第五個A4，并且耦合到第二端子中的第五個B4。第六電阻器212耦合到第一端子中的第六個A5，并且耦合到第二端子中的第六個B5。第二至六電阻器204，206、208、210和212中的每個均作為用于電池單元放電的負載電阻器，以及用于電壓濾波的RC低通濾波器中的電阻器。在一個方案中，約22歐姆或33歐姆范圍內(nèi)的電阻器被用于產(chǎn)生約10mA范圍內(nèi)的電池單元放電電流。
[0026]第一電容器Cl耦合在第二端子中的第一對B1、B0的兩端。第二電容器C2耦合在第二端子中的第二對B2、BI的兩端。第三個電容器C3耦合在第二端子中的第三對B3、B2的兩端。第四電容器C4耦合在第二端子中的第四對B4、B3的兩端。第五電容器C5耦合在第二端子中的第五對B5、B4的兩端。電池堆中的每個電池單元因而均具有對應(yīng)的電容器，以使用在對應(yīng)的RC低通濾波器中。由于電池單元放電電路中的平衡或負載電阻器被作為阻容器(RC)低通濾波器中的電阻器重復使用，所以RC低通濾波器中的電容器，與如圖1所示的帶有較大阻抗的具有單獨的平衡或負載電阻器的RC低通濾波器的情況相比，將具有更大的電容器量。應(yīng)該認識到，電容器Cl還通過電阻器204耦連端子對AO和Al。另外，由相應(yīng)的電容器通過相應(yīng)的電阻器耦連包括端子A1-A5中的相鄰端子的其余端子對。
[0027]繼續(xù)參考附圖2，在本實施例中第一開關(guān)SI被實現(xiàn)為N型M0SFET，其耦合到第一端子中的第一個A0，并且耦合到第二端子中的第二個BI。第二開關(guān)S2耦合到第一端子中的第二個Al，并且耦合到第二端子中的第三個B2。第三開關(guān)S3耦合到第一端子中的第三個A2，并耦合到第二端子中的第四個B3。第四開關(guān)S4耦合到第一端子中的第四個A3，并且耦合到第二端子中的第五個B4。第五個開關(guān)S5耦合到第一端子中的第五個A4，并且耦合到第二端子中的第六個B5。電池堆中的每個電池單元因而均具有對應(yīng)的開關(guān)，用于對該電池單元進行放電。
[0028]電池單元I的電池單元電壓通過由電阻器204、電容器Cl和電阻器202串聯(lián)組成的RC濾波器被低通濾波，其中電池單元I的低通電壓呈現(xiàn)在電阻器204和電容器Cl的公共連接點處。應(yīng)當理解的是，該公共連接點還電連接到端子BI。通過將來自電池單元I的正極端子(如端子Al處可用)的電池單元電流流經(jīng)電阻器204和開關(guān)SI，再將電池單元的電流流回至電池單元I的負極端子(如端子AO處可用)，可以對第一電池單元進行放電。第一開關(guān)SI在低通濾波第一電池單元的電壓時被打開或停用，第一開關(guān)SI在對第一電池單元進行放電時閉合或啟用，即導通N型MOSFET管。同樣地，電池單元2的電池單元電壓通過電阻器206、電容器C2和電阻器204被低通濾波?？梢酝ㄟ^啟用開關(guān)S2并且將電池單元的電流流經(jīng)電阻器206和開關(guān)S2來放電電池單元2。其余的電池單元、電池單元3、電池單元4和電池單元5可以分別使用對應(yīng)的電阻器對208、206 ;210、208 ;和212、210以及電容器C3、C4和C5以及開關(guān)S3、S4和S5而類似地被低通濾波和放電。
[0029]圖3示出電池單元平衡和測量裝置的另一實施例。圖3的實施例與圖1中的裝置和圖2所示的實施例相比中具有更少的部件，并且對電阻器進行雙重使用。低通濾波器類似于圖2中所示的實施例中那些低通濾波器進行工作。在圖3的實施例中，每個電池單元的放電電流被選路經(jīng)過兩個電阻器和對應(yīng)的開關(guān)。例如，電池堆中的電池單元I兩端的電壓通過低通濾波器進行濾波，該低通濾波器由電阻器204和202以及電容器Cl組成。電池單元I可通過與電池單元的低通濾波器中使用的電阻器相同的兩個(204和202)進行放電。同樣地，電池單元2經(jīng)過由電阻器206和204以及對應(yīng)的電容器C2組成的低通濾波器進行濾波。通過相同的兩個電阻器206、204和開關(guān)S2對電池單元2進行放電。
[0030]繼續(xù)參考圖3，如同參考圖2所述，第一端子A0、Al、A2、A3、A4和A5為電池單元連接端子，并且第二端子B0、B1、B2、B3、B4和B5為電壓測量端子。電容器Cl、C2、C3、C4和C5耦合在如圖2中所述的第二端子的多個對的兩端。電阻器202、204、206、208、210、212耦合到如同圖2所示的對應(yīng)的第一和第二端子。應(yīng)當理解的是，電阻器202、204、206、208、210和212中的每個均作為用于電池單元放電的負載電阻器，以及用于電壓濾波的RC低通濾波器中的電阻器。開關(guān)的連接形式在圖2和3中所示的實施例之間不同。在圖3的實施例中，各開關(guān)以堆疊結(jié)構(gòu)耦合在裝置的第二端子的對應(yīng)的對的兩端。開關(guān)SI耦合在第二端子中的第一對BI和BO的兩端。開關(guān)S2耦合在第二端子中的第二對B2和BI的兩端。開關(guān)S3耦合在第二端子中的第三對B3和B2的兩端。開關(guān)S4耦合在第二端子中的第四對B4和B3的兩端。開關(guān)S5耦合在第二端子中的第五對B5和B4的兩端。應(yīng)當理解的是，圖3中的電容器和開關(guān)可以參考配置成堆疊結(jié)構(gòu)，其中相應(yīng)的電容器的輸入和輸出以及相應(yīng)的開關(guān)的輸入和輸出與端子對一起直接彼此f禹合。
[0031]圖4示出電池單元平衡和測量裝置的又一實施例。應(yīng)當理解的是，圖4的實施例相比于圖1、2和3的裝置具有更少的組件，并且對電阻器進行雙重使用。在圖4的實施例中，每個電池單元的放電電流被選路經(jīng)過電阻器和開關(guān)。同一電阻器被重用在電池單元的RC濾波器中。此外，同一電阻器被重用在相鄰電池單元的RC濾波器，并且在該相鄰電池單元的放電路徑中重復使用。通過重復使用，圖4的實施例具有圖3的實施例的一半數(shù)量的電阻器。例如，電池堆的電池單元I兩側(cè)的電壓通過低通濾波器進行濾波，該低通濾波器由電阻器402和電容器Cl組成。電池單元I可以通過用在電池單元低通濾波器中的同一電阻器402被放電。電池單元I通過電阻器402和開關(guān)SI在開關(guān)導通或閉合時被放電。同樣地，可以通過由同一的電阻器402和電容器C2組成的低通濾波器濾波電池單元2。通過電阻器402和開關(guān)S2對電池單元2進行放電。如圖2所示，第一端子A0、A1、A2、A3、A4和A5作為電池單元連接端子，并且第二端子B0、B1、B2、B3、B4和B5作為電壓測量端子，在此為了簡潔起見不再重復描述。如圖2所示，電容器C1、C2、C3、C4和C5耦合在第二端子中的多個對的兩端。如圖3所示，開關(guān)S1、S2、S3、S4和S5耦合在第二端子中的多個對的兩端。
[0032]圖3和4之間電阻器的連接方式不同。在圖4的實施例中，使用沒有耦合到第一和第二端子的電阻器的相對應(yīng)的第一和第二端子來替代具有耦合在端子之間的電阻器的對應(yīng)的第一和第二端子。端子AO直接耦合在第二端子中的一個BO上，其間沒有中間電阻器。端子Al耦合到第一電阻器402的一端，并且電阻器402的另一端耦合到第二端子中的一個BI。端子A2直接耦合到第二端子中的一個B2的兩端，其間沒有中間電阻器。端子A3耦合到電阻器404的一端，電阻器404的另一端耦合到第二端子中的一個B3的兩端。端子A4直接耦合到第二端子中的第五個B4的兩端，其間沒有中間電阻器。端子A5耦合到電阻器406的一端，電阻器406的另一端耦合到第二端子中的第六個B5上。因此，圖4的結(jié)構(gòu)提供針對連續(xù)端子中每隔一個依次具有一個電阻器的連續(xù)端子。應(yīng)當理解的是，電阻器402、404和406的每個均既用于電池單元放電的負載電阻器，也作為用于電壓濾波的RC低通濾波器中的電阻器。
[0033]在圖4的電池單元平衡和測量裝置中，開關(guān)S3、S4可能會被誤啟用從而對電池單元3、電池單元4放電，這對于對應(yīng)的負載電阻器無益。這種類型的開關(guān)的啟用可能會損壞或損毀一個或所有兩個開關(guān)。相反地，在這種情況下，圖3的電池單元平衡和測量裝置將通過第三和第四電阻器306、210分別對電池單元3和電池單元4進行放電，而不會損壞開關(guān)。這種情況下，圖2中的電池單元平衡和測量裝置將通過第四和第五電阻器208、210分別對電池單元3和電池單元4進行放電，而不會損壞開關(guān)。因此，圖4的裝置可能適于一次只對單個電池單元進行放電，而圖2和3的裝置可適用于一次對多于一個的電池單元進行放電。應(yīng)當理解的是，通過合并圖2、3和4中的特征可以設(shè)計更多的實施例。
[0034]圖2-4中的電池單元平衡和測量裝置的實施例要求更少的電阻器。另外，相比于圖1中的裝置，圖2-4中的實施例中可以更易于檢測負載電阻器或開關(guān)的故障。在圖1中，啟用開關(guān)以對電池單元進行放電，例如，啟用開關(guān)S4以對電池單元4進行放電，會導致于在第二端子B4和B3兩端所出現(xiàn)的電池單元電壓地輕微降低，其可由電壓測量器件130測得。在例如電動或混合動力車輛的電噪聲環(huán)境中，這一電壓變化可能是難于檢測的。在圖2-4中，啟用開關(guān)S4從而對電池單元4放電將會在第二端子B4和B3的兩端出現(xiàn)可能接近OV的更低的電壓。在電噪聲環(huán)境中可以更容易地測量這個更低的電壓值，從而能夠驗證負載電阻器和開關(guān)運行正常。第二端子B4和B3兩端出現(xiàn)的電壓取決于開關(guān)的“導通(on)”電阻值與開關(guān)所耦合的負載電阻器的電阻值的比值。相反，如果啟用開關(guān)S4時在第二端子B4和B3處觀測的電壓相對未發(fā)生變化，那么系統(tǒng)可以推斷出在負載電阻器和/或開關(guān)中存在故障。因此，附圖2-4的實施例可使用軟件、固件和/或硬件來實現(xiàn)對故障檢測和其他的診斷的支持。
[0035]電池單元平衡和測量裝置的某些方案在測量電池單元的電壓的同時暫停進行平衡。應(yīng)該認識到，所測的電壓值應(yīng)當不超出耦合到端子的任何電壓測量器件的測量范圍，從而不會損壞電壓測量器件。實現(xiàn)平衡和測量算法的軟件、硬件或固件可以:在兩種或多種設(shè)置之間交替使用；對任一電池單元放電或充電；對電池單元的組合放電或充電；或者在測量一個或多個電池單元的電壓時對一個或多個電池單元合并放電和充電等等。
[0036]圖5是示出在電池堆中測量電池單元電壓和平衡電池單元的方法的流程圖?？梢允褂脠D2-4中的電池單元平衡和測量裝置來實踐該方法。從起始點開始，在動作502中，電池單元電壓通過電阻器和電容器被低通濾波。例如，在圖2中，電池單元2可以通過包括電阻器和電容器的電路在開關(guān)打開或停用時被低通濾波。在動作504中，電池單元電壓被測量。例如，在圖2中，電池單元2的電池單元電壓由在第二端子處的低通濾波器濾波后可以被測量?？梢杂呻妷簻y量器件進行該測量。測量電池單元電壓以后，在動作506中判斷電池單元電壓是否大于其他電池單元的電壓。如果結(jié)果為否，測得的電池單元電壓不大于其他電池單元的電壓，流程繞過動作508并終止。如果結(jié)果為是，測得的電池單元電壓大于其他電池單元的電壓，流程進行到動作508。在動作508中，電池單元通過開關(guān)和同一電阻器進行放電。這個動作將RC低通濾波器中的電阻器重用為平衡電阻器，反之亦然。繼續(xù)參照圖2中的電池單元2的例子，在開關(guān)閉合或啟用時，通過開關(guān)和電阻器放電電池單元。
[0037]可以使用圖2中的其他電池單元以及圖3和圖4中的任何電池單元實踐該方法。為了平衡電池堆中的所有電池單元，該方法可以被應(yīng)用到電池堆中的每個電池單元，其中當電池單元的電壓相比于其他電池單元過大時要求對電池單元進行放電。在這個方法的變型中，每個電池單元的電壓可以先于任何進行放電的判定而被確定。低通濾波和電池單元放電的動作可以被切換?？梢葬槍Ω鞣N應(yīng)用調(diào)整測量頻率以及電池單元放電頻率。例如，對于電池浮充充電系統(tǒng)，可能不需要相對頻繁地檢測和平衡電池單元。在混合動力車輛中，即使在較短的充電循環(huán)中也需要檢測電池單元多次。
[0038]在認識上述實施例時，應(yīng)當理解的是，這些實施例可能采用涉及存儲在計算機系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)不同的計算機實現(xiàn)的操作。這些操作是要求物理控制物理量的操作。通常，盡管不是必然的，這些量采用能夠被存儲、轉(zhuǎn)換、合并、比較和以操作方式控制的電或磁信號形式。另外，所進行的操作通常是指如產(chǎn)生、識別、判斷或比較的術(shù)語。本文描述的形成實施例中一部分的任何操作均是有效的機器操作。這些實施例也涉及執(zhí)行這些操作的設(shè)備和裝置?？梢砸勒账璧哪康膩硖刂蒲b置，或裝置可以是由存儲在計算機內(nèi)的計算機程序選擇性地激活或配置的通用計算機。具體地，可以利用根據(jù)本文的教導所寫入的計算機程序來實用各種通用機器，或者構(gòu)建用于實施所需操作的更加專用的裝置是更加便利的。
[0039]這些實施例也可以被體現(xiàn)為計算機可讀介質(zhì)上的計算機可讀代碼。計算機可讀介質(zhì)是可以存儲數(shù)據(jù)的任何數(shù)據(jù)存儲器件，這些數(shù)據(jù)隨后可由計算機系統(tǒng)進行讀取。計算機可讀介質(zhì)的示例包括硬盤驅(qū)動器、網(wǎng)絡(luò)附加存儲器(NAS)、只讀存儲器、隨機存取存儲器、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁帶和其他光學和非光學數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。計算機可讀介質(zhì)還可以分布在網(wǎng)絡(luò)連接的計算機系統(tǒng)中，從而使計算機可讀代碼可以按照分布式形式被存儲和執(zhí)行。本文所描述的實施例可以在各種計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中實踐，這些計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括手持設(shè)備、平板電腦、微處理器系統(tǒng)、基于微處理器的消費電子產(chǎn)品或可編程消費電子產(chǎn)品、小型計算機、大型計算機等。這些實施例還可以在分布式計算環(huán)境中實施，其中通過由基于有線或無線網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠程處理設(shè)備來執(zhí)行任務(wù)。
[0040]盡管按照特定的順序描述方法的操作，但是應(yīng)該理解的是，在所描述的操作之間可以執(zhí)行其他的操作，可以調(diào)整所描述的操作使得這些操作按照稍微不同的次數(shù)出現(xiàn)，或者所描述的操作可分布在系統(tǒng)之中，該系統(tǒng)允許以在該過程相關(guān)的各種間隔發(fā)生過程操作。
[0041]為了說明的目的，前文的說明已經(jīng)參照特定的實施例進行描述。但是，上面的說明性討論并非意在對本發(fā)明進行窮舉或?qū)⑵渚窒拊谒_的精確形式中。根據(jù)前文的教導，多種修改和變型都是可能的。為了對實施例和其實際應(yīng)用進行最好的說明來選擇和描述上述實施例，從而使其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠最好地利用所述實施例和各種變型使其符合特定的實際用途。因此，所述實施例應(yīng)被認為是說明性的而非限制性的，并且本發(fā)明并不限于本文給出的細節(jié)，而是可以在所附權(quán)利要求的范圍和等效物內(nèi)進行修改。
【權(quán)利要求】
1.一種電池單元平衡和測量裝置，其包括: 多個端子，該端子中的一部分分組為端子對，所述多個端子中的每個端子可操作以便耦合到電池堆中的節(jié)點，并且每個端子對具有彼此并聯(lián)耦合的電容器和開關(guān)，所述電容器和所述開關(guān)耦合在相應(yīng)的端子對的兩端；以及 多個電阻器，所述多個電阻器中的每個電阻器耦合到所述多個端子中的端子，其中所述多個電阻器中的每個電阻器通過所述開關(guān)為耦合到端子對的相應(yīng)的電池單元提供放電路徑，并且其中所述多個電阻器中的每個電阻器通過所述電容器為所述相應(yīng)的電池單元提供低通濾波器路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元平衡和測量裝置，其中對于每對端子對，所述相應(yīng)的電池單元通過所述多個電阻器中的一個電阻器被放電，并且能夠具有由低通濾波器濾波的電池單元電壓，所述低通濾波器具有所述多個電阻器中的所述一個電阻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元平衡和測量裝置，其中所述多個電阻器中的每個電阻器工作為電池單元放電期間的負載電阻器，并且工作為低通濾波器的組件，用于電壓測量設(shè)備測量端子對兩端的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元平衡和測量裝置，其中 所述開關(guān)具有耦合到所述多個端子中的一個的第一開關(guān)端子；以及 所述開關(guān)具有耦合到所述多個端子中的連續(xù)下一端子的第二開關(guān)端子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元平衡和測量裝置，其進一步包括: 耦合到所述多個端子的電壓測量器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元平衡和測量裝置，其中所述端子對中的每個端子具有耦合到其中的所述多個電阻器中的一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元平衡和測量裝置，其中所述端子對中的一個端子具有耦合到其中的所述多個電阻器中的一個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元平衡和測量裝置，其中所述多個開關(guān)中的每個包括由以下組成的集合中的一個:晶體管、金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管即MOSFET以及繼電器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元平衡和測量裝置，其中所述放電路徑包括所述多個電阻器中的一個與所述開關(guān)串聯(lián)，并且所述低通濾波器路徑包括所述多個電阻器中的一個與所述電容器串聯(lián)。
10.一種電池單元平衡和測量裝置，包括: 多個第一端子，其被配置為連接到電池堆的節(jié)點； 多個第二端子，其數(shù)量與所述多個第一端子的數(shù)量相等； 多個電容器，其數(shù)量與所述電池堆中的電池單元的數(shù)量相等，所述多個電容器串聯(lián)耦合，其中每個電容器耦合在所述第二端子的對應(yīng)對的兩端； 多個電阻器，每個電阻器在一端耦合到所述第一端子中的一個，并且在對端耦合到所述第二端子中的對應(yīng)的一個；以及 多個開關(guān)，其數(shù)量和所述電池單元的數(shù)量相等，每個開關(guān)耦合到所述第二端子中的一個，并且耦合到所述第二端子中的相鄰一個或所述第一端子中的一個，其中所述多個開關(guān)中的開關(guān)在啟用時通過所述多個電阻器中的一個并且通過所述開關(guān)，為所述電池堆的電池單元提供放電路徑，并且當所述開關(guān)停用時，所述電池單元的電壓被表現(xiàn)在所述第二端子的對應(yīng)對處，所述電池單元的電壓通過包括所述多個電阻器中的一個和所述多個電容器中的電容器的低通濾波器來濾波。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池單元平衡和測量裝置，其中: 所述電池堆包括串聯(lián)連接的第一電池單元、第二電池單元和第三電池單元； 所述多個第一端子包括:所述第一端子中的第一個，其被配置為連接到所述第一電池單元的負極端子，所述第一端子中的第二個，其被配置為連接到所述第一電池單元和所述第二電池單元的公共節(jié)點，所述第一端子中的第三個，其被配置為連接到所述第二電池單元和所述第三電池單元的公共節(jié)點，以及所述第一端子中的第四個，其被配置為連接到所述第三電池單元的正極端子； 所述多個電容器包括:第一電容器，其被耦合到所述第二端子中的第一個和所述第二端子中的第二個，第二電容器，其被耦合到所述第二端子中的所述第二個和所述第二端子中的第三個，以及第三電容器，其被耦合到所述第二端子中的所述第三個和所述第二端子中的第四個； 所述多個電阻器包括:第一電阻器，其被耦合到所述第一端子中的所述第一個和所述第二端子中的所述第一個，第二電阻器，其被耦合到所述第一端子中的所述第二個和所述第二端子中的所述第二個，第三電阻器，其被耦合到所述第一端子中的所述第三個和所述第二端子中的所述第三個，以及第四電阻器，其被耦合到所述第一端子中的所述第四個和所述第二端子中的所述第四個；以及 所述多個開關(guān)包括:第一 開關(guān)，其被耦合到所述第一端子中的所述第一個和所述第二端子中的所述第二個，第二開關(guān)，其被耦合到所述第一端子中的所述第二個和所述第二端子中的所述第三個，以及第三開關(guān)，其被耦合到所述第一端子中的所述第三個和所述第二端子中的所述第四個。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池單元平衡和測量裝置，其中: 所述電池堆包括串聯(lián)連接的第一電池單元、第二電池單元和第三電池單元； 所述多個第一端子包括:所述第一端子中的第一個，其被配置為連接到所述第一電池單元的負極端子，所述第一端子中的第二個，其被配置為連接到所述第一電池單元和所述第二電池單元的公共節(jié)點，所述第一端子中的第三個，其被配置為連接到所述第二電池單元和所述第三電池單元的公共節(jié)點，以及所述第一端子中的第四個，其被配置為連接到所述第三電池單元的正極端子； 所述多個電容器包括:第一電容器，其被耦合到所述第二端子中的第一個和所述第二端子中的第二個，第二電容器，其被耦合到所述第二端子中的所述第二個和所述第二端子中的第三個，以及第三電容器，其被耦合到所述第二端子中的所述第三個和所述第二端子中的第四個； 所述多個電阻器包括:第一電阻器，其被耦合到所述第一端子中的所述第一個和所述第二端子中的所述第一個，第二電阻器，其被耦合到所述第一端子中的所述第二個和所述第二端子中的所述第二個，第三電阻器，其被耦合到所述第一端子中的所述第三個和所述第二端子中的所述第三個，以及第四電阻器，其被耦合到所述第一端子中的所述第四個和所述第二端子中的所述第四個；以及所述多個開關(guān)包括:第一開關(guān)，其被耦合到所述第二端子中的所述第一個和所述第二端子中的所述第二個，第二開關(guān)，其被耦合到所述第二端子中的所述第二個和所述第二端子中的所述第三個，以及第三開關(guān)，其被耦合到所述第二端子中的所述第三個和所述第二端子中的所述第四個。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池單元平衡和測量裝置，其中: 所述電池堆包括串聯(lián)連接的第一電池單元、第二電池單元和第三電池單元； 所述多個第一端子包括:所述第一端子中的第一個，其被配置為連接到所述第一電池單元的負極端子，所述第一端子中的第二個，其被配置為連接到所述第一電池單元和所述第二電池單元的公共節(jié)點，所述第一端子中的第三個，其被配置為連接到所述第二電池單元和所述第三電池單元的公共節(jié)點，以及所述第一端子中的第四個，其被配置為連接到所述第三電池單元的正極端子； 所述多個電容器包括:第一電容器，其被耦合到所述第二端子中的第一個和所述第二端子中的第二個，第二電容器，其被耦合到所述第二端子中的所述第二個和所述第二端子中的第三個，以及第三電容器，其被耦合到所述第二端子中的所述第三個和所述第二端子中的第四個； 所述多個電阻器包括:第一電阻器，其被耦合到所述第一端子中的所述第二個和所述第二端子中的所述第二個，第二電阻器，其被耦合到所述第一端子中的所述第四個和所述第二端子中的所述第四個；以及 所述多個開關(guān)包 括:第一開關(guān)，其耦合到所述第二端子中的所述第一個和所述第二端子中的所述第二個，第二開關(guān)，其耦合到所述第二端子中的所述第二個和所述第二端子中的所述第三個，以及第三開關(guān)，其耦合到所述第二端子中的所述第三個和所述第二端子中的所述第四個。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池單元平衡和測量裝置，其中所述多個開關(guān)中的每個開關(guān)包括金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管即MOSFET。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池單元平衡和測量裝置，其進一步包括: 電壓測量器件，其耦合到所述多個第二端子，所述電壓測量器件被配置為響應(yīng)于所述電池單元的電壓檢測電路故障，所述電池單元的所述電壓通過所述低通濾波器來濾波，所述電池單元的所述電壓在所述開關(guān)停用以及所述開關(guān)啟用時大致沒有變化。
16.一種測量電池堆中的電池單元電壓以及平衡電池單元的方法，包括: 在開關(guān)停用時，通過彼此串聯(lián)的電阻器和電容器來低通濾波電池堆中的多個電池單元中的多個電池單元中的一個的電壓，其中所述開關(guān)被耦合到所述電阻器并被耦合到所述多個電池單元的所述一個；以及 在開關(guān)啟用時，將所述多個電池單元中的所述一個的放電電流流經(jīng)所述電阻器和所述開關(guān)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其進一步包括: 在第二開關(guān)停用時，通過彼此串聯(lián)的第二電阻器和第二電容器來低通濾波所述多個電池單元中的第二個的第二電壓；其中 響應(yīng)于所述低通濾波過的電壓大于所述低通濾波過的第二電壓，將所述多個電池單元中的所述一個的所述放電電流流經(jīng)所述電阻器和所述開關(guān)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，將所述多個電池單元中的所述一個的所述放電電流流過所述電阻器和所述開關(guān)直至所述多個電池單元中的所述一個與所述多個電池單元中的第二個平衡。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其進一步包括: 在所述開關(guān)停用時，測量所述電容器兩端的第一電壓；以及 在所述開關(guān)啟用時，測量所述電容器兩端的第二電壓； 作為所述第二電壓不同于所述第一電壓的結(jié)果來確定正確的電路操作。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其進一步包括: 在所述開關(guān)停用時，在所述電阻器和所述電容器的公共端子處呈現(xiàn)所述多個電池單元中的所述一個的低通 濾波后的電壓。
【文檔編號】H02J7/00GK104052106SQ201410163442
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】R·J·比斯庫普 申請人:阿提瓦公司