用于電池組的均衡設(shè)備的制作方法
【專利摘要】用于均衡串聯(lián)連接的電池單元(BC1到BCn)的電壓的均衡設(shè)備，包括均衡開關(guān)(N1、P1)、電阻器(R4)、以及控制電路(21)。每個均衡開關(guān)具有插入到對應(yīng)的電池單元的端子之間的通電端子。當(dāng)不小于閾值電壓的控制電壓被施加在均衡開關(guān)的控制端子之間時，通電端子之間的電流路徑導(dǎo)通。每個電阻器被連接在對應(yīng)的均衡開關(guān)控制端子之間?？刂齐娐犯鶕?jù)提供給每個電池單元的均衡信號，轉(zhuǎn)換均衡執(zhí)行狀態(tài)和均衡停止?fàn)顟B(tài)。在執(zhí)行狀態(tài)中，控制電路傳遞電流通過對應(yīng)的電阻器，以產(chǎn)生不小于閾值電壓的控制電壓。在停止?fàn)顟B(tài)，控制電路促使對應(yīng)的電阻器產(chǎn)生小于閾值電壓的控制電壓。
【專利說明】用于電池組的均衡設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及用于包括串聯(lián)連接的多個電池單元的電池組的均衡設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]安裝在電動機(jī)操作的車輛，例如電動車輛(EV)或者混合動力車輛(HV)上用于提供電力給車輛的電動機(jī)的電池，需要高電壓，例如大約300V。出于這個原因，電池被配置為包括串聯(lián)連接的多個電池單元的電池組，其中每個電池單元具有幾伏特的單元電壓。近幾年廣泛被使用的鋰離子電池單元具有高單元電壓。因此，當(dāng)電池組使用鋰離子電池單元建造時，在電池組中的電池單元的總數(shù)量可以減少，以便電池組的尺寸可以減少。
[0003]然而，如果每個電池單元不是在預(yù)定的單元電壓范圍內(nèi)使用(在它的最小有效電壓和它的最大有效電壓之間)可能發(fā)生以下的困擾，例如顯著的電池單元容量減少，以及在電池單元中的異常熱量產(chǎn)生。進(jìn)一步地，如果電池單元由于它們的容量變化而具有不同的單元電壓，那么電池組有關(guān)于其目標(biāo)電壓的電壓錯誤將會變大。出于這個原因，需要一種用于監(jiān)控電池單元電壓并且均衡電壓的均衡設(shè)備。對應(yīng)于US 2013/0162213的JP-A-2012-23848公開了具有提供給每個電池單元的均衡開關(guān)的均衡設(shè)備。
[0004]除了均衡開關(guān)，常規(guī)均衡設(shè)備具有電平移動電路，其被提供給每個均衡開關(guān)并且運(yùn)行于由鄰近多個電池單元的電壓產(chǎn)生的電源電壓。電平移動電路從低電位端累積到高電位端。均衡設(shè)備施加驅(qū)動電壓，其例如按照相對于接地電位輸入的均衡信號，在均衡開關(guān)的控制電壓之間，被電平移動到高電位端。
[0005]在常規(guī)的均衡設(shè)備中，如果連接均衡設(shè)備和電池組的連接器斷開連接，或者如果電源電壓或者控制電路(其接收均衡信號并且將均衡信號提供給電平移動電路)的接地電位丟失，那么電平移動電路的運(yùn)行變成未定義的，即驅(qū)動電壓變成未定義的。其結(jié)果是，均衡的運(yùn)行變成未定義的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]考慮到以上內(nèi)容，本公開的目標(biāo)是:提供即使當(dāng)電位是未定義的或者在控制均衡開關(guān)的控制電路中的電源電壓丟失時，能夠穩(wěn)定保持均衡開關(guān)為關(guān)閉的電池組均衡設(shè)備。
[0007]根據(jù)本公開的方面，一種均衡設(shè)備被用于均衡電池組的η個電池單元的單元電壓，其中η是正整數(shù)。電池單元以以下方式串聯(lián)連接:第(k+Ι)電池單元的第一端子被連接到第k電池單元的的第二端子，其中k是小于η的正整數(shù)。均衡設(shè)備包括均衡開關(guān)、電阻器、以及控制電路。每個均衡開關(guān)被提供給電池單元中對應(yīng)的一個。每個均衡開關(guān)具有通電端子、控制端子、以及閾值電壓。在通電端子之間的電流路徑被插入到對應(yīng)電池單元的第一端子和第二端子之間。當(dāng)不小于閾值電壓的控制電壓被施加在控制端子之間時，電流路徑導(dǎo)通。每個電阻器被連接在均衡開關(guān)中的對應(yīng)的一個的控制端子之間。控制電路按照提供給每個電池單元的均衡信號，轉(zhuǎn)換均衡執(zhí)行狀態(tài)和均衡停止?fàn)顟B(tài)。在均衡執(zhí)行狀態(tài)中，控制電路對應(yīng)于均衡信號，通過傳遞電流通過提供給電池單元的電阻器，產(chǎn)生不小于閾值電壓的控制電壓。在均衡停止?fàn)顟B(tài)，控制電路對應(yīng)于均衡信號促使提供給電池單元的電阻器產(chǎn)生小于閾值電壓的控制電壓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]通過以下【具體實(shí)施方式】并參考附圖，本公開的上述和其他目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。在附圖中:
[0009]圖1是均衡系統(tǒng)的示意圖，包括按照本公開的第一實(shí)施例的均衡設(shè)備；
[0010]圖2是均衡設(shè)備的部分詳細(xì)視圖；
[0011]圖3是均衡設(shè)備的狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖；
[0012]圖4是鋰二次電池單元的特性圖；
[0013]圖5A、5B、5CjD、5E、以及5F是根據(jù)本公開的第二實(shí)施例的開關(guān)電路和恒定電流電路的不意圖；
[0014]圖6是根據(jù)本公開的第三實(shí)施例的控制電路和它的外圍電路的示意圖；
[0015]圖7是根據(jù)本公開的第四實(shí)施例的控制電路和它的外圍電路的示意圖；以及
[0016]圖8是根據(jù)本公開的第五實(shí)施例的控制電路和它的外圍電路的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]以下參照附圖描述了本公開的實(shí)施例，其中相同或者相似的數(shù)字指代相同或相似的部分。
[0018](第一實(shí)施例)
[0019]參考圖1至4描述了本公開的第一實(shí)施例。在圖1和2中顯示的集成電路(IC)Il是用于均衡電池組12的η個電池單元BCl到BCn的電壓的均衡設(shè)備，其中η是正整數(shù)。電池組12安裝在電動機(jī)操作的車輛上，其具有電動機(jī)并且能夠通過電動機(jī)行進(jìn)，例如電動車輛(EV)或者混合動力車輛(HV)。電池組12向電動機(jī)提供電力。
[0020]在電池組12中，電池單元BCl到BCn以以下方式串聯(lián)連接:第k電池單元BCk(k =1，...，n-1)的正端子(作為第二端子)被連接到第(k+Ι)電池單元BCk+Ι的負(fù)端子(作為第一端子)。例如，根據(jù)第一實(shí)施例，電池組12具有串聯(lián)連接的八十個鋰二次電池單元(即η = 80)，并且每個鋰二次電池單元具有3.6V的單元電壓。
[0021]如在圖1和2中顯示的，穩(wěn)壓二極管Dl被連接到電池單元BCi (i = 1，...，η)的正和負(fù)端子之間。電池單元BCi的負(fù)端子通過電阻器Rl連接到ICll的端子Tim。電池單元BCi的正端子通過電阻器R2連接到ICll的端子Tip。電容器Cl連接在端子Tim和Tip之間。當(dāng)電壓被均衡時，電阻器Rl和R2工作以限制放電電流并且與電容器Cl 一同工作作為過濾電路。
[0022]電池單元BCl的負(fù)端子被連接到參考電位。例如，根據(jù)第一實(shí)施例，參考電位是接地電位。穩(wěn)壓二極管D2被連接在電池單元BCn的正端子和接地電位之間。電池單元BCn的正端子通過電阻器R3連接到ICll的電源端子Tp。電阻器C2被連接在電源端子Tp和接地電位之間。電阻器R3和電容器C2 —同工作作為過濾電路。在ICll內(nèi)，電源端子Tp通過電源線13和開關(guān)14連接到電源電路(在圖1中表示為“PS”)15。電源電路15產(chǎn)生電源電壓VdcL
[0023]ICll具有均衡開關(guān)(在圖1中表示為“ESW”)，其被提供給每個電池單元BCl到BCn。提供給電池單元BCl到BCn的一半的每個的均衡開關(guān)是N-通道MOS晶體管，并且提供給電池單元BCl到BCn的剩下一半的每個的均衡開關(guān)是P-通道MOS晶體管。特別的，被將N-通道MOS晶體管NI提供給位于低電位端的電池單元BCl到BCn/2的每個作為均衡開關(guān)，并且將P-通道MOS晶體管Pl提供給位于高電位端的電池單元BCn/2+l到BCn的每個作為均衡開關(guān)。晶體管N1、Pl的漏極和源極對應(yīng)于通電端子，并且晶體管N1、Pl的柵極和源極對應(yīng)于控制端子。如在圖1和2中顯示的，在晶體管N1、P的通電端子之間的電流路徑被插入到對應(yīng)的電池單元的正和負(fù)端子之間。如稍后詳細(xì)描述的，當(dāng)不小于晶體管N1、P的閾值電壓的控制電壓被施加到晶體管N1、P1的控制端子之間時，電流路徑道導(dǎo)通。
[0024]晶體管R4連接在晶體管N1、P1的柵極和源極之間。開關(guān)電路16和恒定電流電路17的串聯(lián)電路被連接到晶體管Pl的柵極和接地電位之間。同樣地，將開關(guān)電路16和恒定電流電路17的串聯(lián)電路提供給晶體管NI。對于晶體管NI的情況，為了促使恒定電流電路17的輸出電流在電源線13處轉(zhuǎn)向并流過電阻器R4，電阻器R5被連接到電源線13和開關(guān)電路16之間，并且恒定電流電路18和P-通道MOS晶體管Px被連接到電源線13和晶體管NI的柵極之間?；蛘撸娏麋R電路可以被用于促使恒定電流電路17的輸出電流轉(zhuǎn)向。
[0025]信號產(chǎn)生電路19(在圖1中表示為“SG”)接收來自位于ICll外面的微計算機(jī)(在圖1中表示為“MIC”)20的啟用信號和均衡信號。啟用信號指示了均衡過程是否被啟用或者停用。均衡信號指示了哪個電池單元BCi將被放電并且也指示了放電時間，在這一時間內(nèi)指示的電池單元BCi將被放電。在將來自電源電路15的電源電壓Vdd提供給信號產(chǎn)生電路19的時間期間，信號產(chǎn)生電路19基于啟用信號和均衡信號，輸出電流控制信號給每個開關(guān)電路16，因此執(zhí)行均衡過程以均衡電池組12的電池單元BCl到BCn的電壓。
[0026]開關(guān)電路16、恒定電流電路17、以及信號產(chǎn)生電路19組成控制電路21。當(dāng)電流控制信號處于打開級別時(例如，高級別)，開關(guān)電路16被打開，而當(dāng)電路控制信號處于關(guān)級別時(例如，低級別)，開關(guān)電路16被關(guān)閉。當(dāng)開關(guān)電路16由打開級別的電流控制信號打開時，電流流過電阻器R4以便提供給電池單元BCi的對應(yīng)的晶體管NI或者Pl可以被打開。ICll和微計算機(jī)20組成用于監(jiān)控電池組12的電控制單元(ECT)。
[0027]電阻器R4除了連接在晶體管NI的柵極和源極之間外，還連接在N-通道MOS晶體管N2的漏極和源極之間。類似的，電阻器R4除了連接在晶體管Pl的柵極和源極之間外，還連接在P-通道MOS晶體管P2的漏極和源極之間。晶體管N2、P2由電平移動電路(表示為“LS”)22輸出的驅(qū)動電壓驅(qū)動。電平移動電路22被提供給每個電池單元BCi并且組成驅(qū)動電路23。
[0028]每個電平移動電路22運(yùn)行在由包括電池單元BCi的鄰近四個電池單元的串聯(lián)電路產(chǎn)生的電源電壓上。例如,提供給電池單元BCn的電平移動電路22運(yùn)行在四個電池單元BCn-3、BCn-2、BCn-1、以及BCn的單元電壓上，并且提供給電池單元BCl的電平移動電路22工作在四個電池單元BC1、BC2、BC3、以及BC4的單元電壓上。
[0029]每個電平移動電路22具有所謂的“交叉鎖存”配置。例如，如在圖2中顯示的，P-通道MOS晶體管P3和N-通道MOS晶體管N3的串聯(lián)電路，在ICll的端子Tnp和端子Tn-3m之間并聯(lián)到P-通道MOS晶體管P4和N-通道MOS晶體管N4的串聯(lián)電路。晶體管P3的柵極被連接到晶體管P4的漏極，并且晶體管P4的柵極被連接到晶體管P3的漏極。
[0030]晶體管P3和N3的漏極被一起連接到提供給電池單元BCn的晶體管P2的柵極，以提供驅(qū)動電壓。晶體管P4和N4的漏極連接在一起，并且驅(qū)動電壓的反向電壓出現(xiàn)在晶體管P4和N4的晶體管的漏極。由提供給鄰近低電位端上的電池單元BCn的電池單元BCn-1的電平移動電路22輸出的驅(qū)動電壓，被作為驅(qū)動信號提供給晶體管N4的柵極。由提供給電池單元BCn-1的電平移動電路22輸出的驅(qū)動電壓的反向電壓被提供給晶體管N3的柵極。
[0031]提供給電池單元BCnl、BCn-2、...、BC2的電平移動電路22被以如上對于提供給電池單元BCn的電平移動電路22相同的方式配置。因此，當(dāng)信號產(chǎn)生電路19輸出打開-驅(qū)動信號到提供給電池單元BCl的電平移動電路22時，打開-驅(qū)動信號按順序傳播到鄰近的電平移動電路22，以便所有的晶體管N2和P2被立即打開。相反，當(dāng)信號產(chǎn)生電路19輸出關(guān)閉-驅(qū)動信號到提供給電池單元BCl的電平移動電路22時，關(guān)閉-驅(qū)動信號按順序傳播到鄰近的電平移動電路22，以便所有的晶體管N2和P2被立即關(guān)閉。
[0032]接下來，以下進(jìn)一步參考圖3和4描述了第一實(shí)施例。根據(jù)車輛系統(tǒng)的狀態(tài)，在正確的時刻微計算機(jī)20執(zhí)行針對電池組12的均衡過程。如在圖3中顯示的，當(dāng)車輛處于正常模式或者處于均衡模式時，微計算機(jī)20保持電源(PS)信號處于打開級別。正常模式是這樣一種模式:車輛的點(diǎn)火(IG)開關(guān)是打開的以便電池組12可以提供電力給車輛的電動機(jī)。均衡模式是緊接著IG開關(guān)被關(guān)閉之后的模式。當(dāng)PS信號處于打開級別時，ICll的開關(guān)14被打開以便電源電壓Vdd可以被產(chǎn)生。因此，ICll的內(nèi)部電路變得可運(yùn)行。當(dāng)均衡模式結(jié)束時，車輛系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到待機(jī)模式(即，暗電流模式)以節(jié)省電池組12的耗電。當(dāng)車輛系統(tǒng)處于待機(jī)模式時，微計算機(jī)20將PS信號保持在關(guān)閉級別。當(dāng)PS信號處于關(guān)閉級別時，ICll的開關(guān)14被關(guān)閉，以便電源電壓Vdd可以丟失。
[0033]在正常模式和待機(jī)模式中，從微計算機(jī)20傳輸?shù)絀Cll的啟用信號指示了均衡過程被停用。此時，從微計算機(jī)20傳輸?shù)絀Cll的均衡信號指示沒有電池單元將被放電，如在圖3中表示為“關(guān)閉”。因此，ICll停止了在正常模式和在待機(jī)模式中的均衡過程。也就是，在正常模式和待機(jī)模式中，ICll作為均衡設(shè)備處于均衡停止?fàn)顟B(tài)。
[0034]在正常模式中，信號產(chǎn)生電路19基于啟用信號，向所有電池單元BCl到BCn中的每個的開關(guān)電路16輸出關(guān)閉級別的電流控制信號。因此開關(guān)電路16被關(guān)閉，以便恒定電流電路17的輸出電流不能流過電阻器R4。同時，由于晶體管N1、Pl的柵源電壓作為均衡開關(guān)的控制電壓，變得小于晶體管N1、Pl的閾值電壓Vth，晶體管N1、Pl被關(guān)閉。因此，電阻器R4可以具有保持均衡開關(guān)關(guān)閉的功能。
[0035]進(jìn)一步的，在正常模式中，信號產(chǎn)生電路19輸出打開-驅(qū)動信號。此時，驅(qū)動電路23的電平移動電路22在晶體管N2、P2的柵極和源極之間施加打開-驅(qū)動電壓。因此，晶體管N2、P2被立即打開以便晶體管N1、Pl的柵極和源極之間的阻抗可以被減少。因此，即使當(dāng)噪聲進(jìn)入ICll時，晶體管N1、Pl的柵源電壓保持小于閾值電壓Vth，以便防止誤打開晶體管N1、P1。
[0036]相反，在待機(jī)模式中，當(dāng)PS信號改變到關(guān)閉級別時，ICll的電源電壓Vdd丟失，以便ICll變成未定義的。也就是，輸出到開關(guān)電路16的電流控制信號的級別變成未定義的，并且輸出到電平移動電路22的驅(qū)動信號的級別變成未定義的。由于電源電壓Vdd丟失，電源控制信號不被保持在打開級別。其結(jié)果是，恒定電流電路17停止輸出電流并且沒有電流流經(jīng)電阻器R4。因此，電阻器R4將晶體管N1、P1的電位鉗制在它的源電位，以便晶體管N1、Pl被保持關(guān)閉。
[0037]當(dāng)驅(qū)動信號變成未定義的時，電平移動電路22的運(yùn)行因此變成未定義的。然而，盡管關(guān)閉的晶體管N2、P2不影響均衡過程，打開的晶體管N2、P2可以具有保持晶體管N1、Pl關(guān)閉的功能。也就是說，驅(qū)動電路23和晶體管N2、P2具有關(guān)閉晶體管N1、P1的功能，但是不具有打開晶體管N1、Pl的功能。因此，在待機(jī)模式中，晶體管N1、P1穩(wěn)定地保持關(guān)閉，以便ICll可以穩(wěn)定地保持在均衡停止?fàn)顟B(tài)。
[0038]盡管在附圖中沒有顯示，ICll檢測電池單元BCl到BCn的單元電壓并且傳輸指示了檢測的單元電壓的檢測值給微計算機(jī)20。微計算機(jī)20基于接收的檢測值監(jiān)控單元電壓是否相等并且落在預(yù)定的電壓范圍內(nèi)(作為安全運(yùn)行范圍)。微計算機(jī)20識別至少一個電池單元，其單元電壓高于其他電池單元的單元電壓，并且需要被均衡到其他電池單元的單元電壓。進(jìn)一步地，微計算機(jī)20判定放電時間，在這期間識別的電池單元需要被放電以均衡識別的電池單元的單元電壓到其他電池單元的單元電壓。如果微計算機(jī)20識別了多個電池單元，其單元電壓高于其他電池單元的單元電壓，那么微計算機(jī)20單獨(dú)判定識別的電視單元中的每個的放電時間。
[0039]在均衡模式中，微計算機(jī)20將啟用信號傳輸?shù)絀C11，所述啟用信號指示了均衡過程已啟用并且所述均衡信號指示了將被放電的識別的電池單元以及識別的電池單元BCi在此期間將被放電的放電時間。信號產(chǎn)生電路19基于均衡信號，執(zhí)行均衡過程。因此，ICll處于均衡執(zhí)行狀態(tài)。關(guān)于充電狀態(tài)(SOC)以及單元電壓，鋰二次電池單元具有在圖4中顯示的特性。為了安全地使用鋰二次電池單元，而且提高其壽命，需要控制鋰二次電池單元的充電和放電，以便鋰二次電池單元的單元電壓可以降到其最小有效電壓和其最大有效電壓之間的安全運(yùn)行范圍之內(nèi)。微計算機(jī)20產(chǎn)生均衡信號，以便電池單元BCi的單元電壓可以落在安全操作范圍之內(nèi)。
[0040]信號產(chǎn)生電路19輸出關(guān)閉-驅(qū)動信號，以便提供給電池單元BCl到BCn的晶體管N2和P2可以被立即關(guān)閉。信號產(chǎn)生電路19輸出打開級別的電流控制信號到提供給將要放電的電池單元的開關(guān)電路16，同時輸出關(guān)閉級別的電流控制信號到提供給將不放電的電池單元的開關(guān)電路16。
[0041]當(dāng)開關(guān)電路16被打開時，恒定電流電路17的輸出電流流經(jīng)電阻器R4。在此時，晶體管N1、P1的柵源電壓作為均衡開關(guān)的控制電壓，增大至不低于晶體管N1、P1的閾值電壓Vth。因此，提供給將被放電的電池單元的晶體管N1、Pl被立即打開。其結(jié)果是，充電電流從將被放電的電池單元流出經(jīng)過電阻器R2、晶體管NI或P1、以及電阻器R1。因此，將被放電的電池單元的容量減少，并且將被放電的電池單元的單元電壓減少。當(dāng)單獨(dú)的放電時間過去后，信號產(chǎn)生電路19將關(guān)閉級別的電流控制信號輸出至提供給將被放電的電池單元的開關(guān)電路16。
[0042]如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例，每當(dāng)車輛的IG開關(guān)被關(guān)閉，則作為均衡設(shè)備的ICll通過放電控制的手段，為電池組12執(zhí)行均衡過程。因此，可以阻止電池組12的容量的顯著減小、電池組12中的異常熱量產(chǎn)生、以及電池組12的關(guān)于它的目標(biāo)電壓的輸出電壓的錯誤。進(jìn)一步，當(dāng)電池組12被充電時，ICll可以通過充電控制的手段，通過打開提供給不需要充電的電池單元的均衡開關(guān)，為電池組12執(zhí)行均衡過程。
[0043]當(dāng)由電流流經(jīng)電阻器R4而產(chǎn)生的均衡開關(guān)的柵電壓(作為控制電壓)增大到不小于閾值電壓Vth時,作為均衡開關(guān)的晶體管N1、PI被打開。因此,晶體管N1、N2在沒有電流流經(jīng)電阻器R4的條件下可以平穩(wěn)地保持關(guān)閉，例如，當(dāng)連接ICll和電池組12的連接器被斷開連接時，當(dāng)車輛系統(tǒng)改變至待機(jī)模式以便ICll的電源電壓Vdd能夠被中斷時，等等。
[0044]在均衡開關(guān)的控制電壓由電平移動產(chǎn)生的常規(guī)配置中，由于電池電源處于較高電位側(cè)，電平移動電路的累加的數(shù)量較大。其結(jié)果是，需要大的布局尺寸。相反，根據(jù)第一實(shí)施例，使用開關(guān)電路16和恒定電流電路17的串聯(lián)電路構(gòu)造:用于通過將電流經(jīng)過電阻器R4傳遞而產(chǎn)生均衡開關(guān)的控制電壓的控制電路21。在這樣的方式下，減少了元件的數(shù)量，并且相應(yīng)地減少了布局尺寸。
[0045]晶體管N2、P2連接在晶體管N1、P1的柵極和源極之間。當(dāng)通過打開-驅(qū)動電壓打開晶體管N2、P2時，在晶體管N1、P1的柵極和源極之間的阻抗減少。因此，抗干擾度增強(qiáng)，以便能夠阻止發(fā)生故障。晶體管N2、P2不具有打開均衡開關(guān)的功能。因此，即使當(dāng)連接器的斷開連接或電源電壓Vdd的中斷發(fā)生時，也能保證晶體管N1、P1保持關(guān)閉。
[0046]電平移動電路22被提供給每個電池單元BCl到BCn。通過電平移動驅(qū)動信號，同時將驅(qū)動電壓輸出至晶體管N2，提供給電池單元BCl的電平移動電路22從信號產(chǎn)生電路19接收驅(qū)動信號并且將驅(qū)動信號傳輸至提供給電池單元BC2的鄰接電平移動電路22。通過這種方式，由于驅(qū)動信號按順序傳播經(jīng)過所有的電平移動電路22，所有的晶體管N2、P2可以被立即打開或關(guān)閉。
[0047](第二實(shí)施例)
[0048]以下參考圖5A-5F描述了本公開的第二實(shí)施例。圖5A-5D顯示了開關(guān)電路16的示例，而圖5E和5F顯示了恒定電流電路17的幾個示例。在圖5A的示例中，使用N-通道MOS晶體管作為開關(guān)電路16。在圖5B的示例中，使用NPN晶體管作為開關(guān)電路16。在圖5C的示例中，盡管使用N-通道MOS晶體管作為開關(guān)電路16，開關(guān)電路16和恒定電流電路17被以與圖5A中顯示的相反的順序連接。在圖的示例中，盡管使用NPN晶體管作為開關(guān)電路16，開關(guān)電路16和恒定電流電路17被以與圖5B中顯不的相反的順序連接。
[0049]在圖5E中顯示的示例中，恒定電流電路17被配置以便恒定電流源24的輸出電流能夠由NPN晶體管25、26構(gòu)造的電流鏡像電路轉(zhuǎn)向。或者，晶體管25、26能夠被N-通道MOS晶體管代替。晶體管25與開關(guān)電路16并聯(lián)連接。在圖5E中，開關(guān)電路16是N-通道MOS晶體管，并且電流控制信號的反向信號被輸入至MOS晶體管的柵極。
[0050]在圖5F的示例中，恒定電流電路17包括操作放大器27、N-通道MOS晶體管28、電阻器29、以及參考電壓電路30，而開關(guān)電路16包括第一開關(guān)16a和第二開關(guān)16b。當(dāng)電流控制信號處于打開級別時，第一開關(guān)16a轉(zhuǎn)換至參考電壓電路30端。相反，當(dāng)電流控制信號處于關(guān)閉級別時，第一開關(guān)16a轉(zhuǎn)換至接地電位端。第二開關(guān)16b被連接到操作放大器27的輸出端子和接地電位之間。在圖5F中，第二開關(guān)16b是N-通道MOS晶體管。當(dāng)電流控制信號處于打開級別時，恒定電流電路17輸出由參考電壓電路30的參考電壓除以電阻器29的電阻而計算出的恒定電流。第二開關(guān)16b不是必要的并且可以根據(jù)需要被省略。
[0051](第三實(shí)施例)
[0052]以下參考圖6描述了本公開的第三實(shí)施例。根據(jù)第三實(shí)施例，控制電路21包括可變恒定電流電路31，而不是在圖1中顯示的開關(guān)電路16和恒定電流電路17。當(dāng)電流控制信號處于打開級別時，可變恒定電流電路31輸出第一恒定電流II，并且當(dāng)電流控制信號處于關(guān)閉級別時，輸出第二恒定電流12。第二恒定電流12充分地小于第一恒定電流II。
[0053]在此情況下，滿足下面的公式(I)和(2)。
[0054]IlxR4 彡 Vth...(I)
[0055]I2xR4<Vth...(2)
[0056]也就是說，當(dāng)在均衡模式中電流控制信號處于打開級別時，ICll處于均衡執(zhí)行狀態(tài)，而當(dāng)在均衡模式中電流控制信號處于關(guān)閉級別時，ICll處于均衡停止?fàn)顟B(tài)。
[0057]第三實(shí)施例的其他配置、效果、以及優(yōu)點(diǎn)與第一實(shí)施例的配置、效果以及優(yōu)點(diǎn)相同。
[0058](第四實(shí)施例)
[0059]以下參考圖7描述了本公開的第四實(shí)施例。根據(jù)第四實(shí)施例，控制電路21包括恒定電流電路17、作為電阻電路的電阻器R6、以及代替開關(guān)16的選擇開關(guān)32。選擇開關(guān)32根據(jù)電流控制信號選擇恒定電流電路17和電阻器16中的一個，并且將被選擇的那個與電阻器R4串聯(lián)連接。具體地，當(dāng)電流控制信號處于打開級別時，選擇開關(guān)32選擇恒定電流電路17，而當(dāng)電流控制信號處于關(guān)閉級別時，選擇電阻器R6。
[0060]當(dāng)恒定電流電路17的輸出電流流經(jīng)電阻器R4時，晶體管N1、Pl的柵源電壓增大至不小于其閾值電壓Vth，并且晶體管N1、P1被打開。電阻器R6的電阻充分地大于電阻器R4的電阻。在這種情況下，滿足下面的公式(3)。
[0061]R4/ (R4+R6) x V (Tnp)〈Vth...(3)
[0062]在公式(3)中，V(Tnp)代表端子Tnp的電壓。
[0063]第四實(shí)施例的其他配置、效果、以及優(yōu)點(diǎn)與第一實(shí)施例的配置、效果以及優(yōu)點(diǎn)相同。
[0064](第五實(shí)施例)
[0065]以下參考圖8描述了本公開的第五實(shí)施例。根據(jù)第五實(shí)施例，向位于低電位端的電池單元BCl到BCn/2的每個提供P-通道MOS晶體管Pl作為均衡開關(guān)，而向位于高電位端的電池單元BCn/2+l-BCn的每個提供N-通道MOS晶體管NI作為均衡開關(guān)。
[0066]開關(guān)電路16和恒定電流電路17的串聯(lián)電路連接到晶體管NI的柵極和電源線13之間。盡管未在圖8中顯示，向晶體管Pl也提供開關(guān)電路16和恒定電流電路17的串聯(lián)電路。進(jìn)一步，向晶體管Pl提供電路用于促使恒定電流電路17的輸出電流在地轉(zhuǎn)向以及流經(jīng)電阻器R4。
[0067]除了在晶體管NI的柵極和源極之間連接電阻器R4之外，在N-通道MOS晶體管N2的漏極和源極之間連接電阻器R4。同樣地，除了在晶體管Pl的柵極和源極連接電阻器R4之外，在P-通道MOS晶體管P2的漏極和源極之間連接電阻器R4。第四實(shí)施例的其他配置、效果、以及優(yōu)點(diǎn)與第一實(shí)施例的配置、效果以及優(yōu)點(diǎn)相同。
[0068](修改)
[0069]盡管本公開已經(jīng)被參考其中的實(shí)施例描述，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，該公開并不限于這些實(shí)施例。本公開旨在涵蓋在本公開的精神和范圍之內(nèi)的各種修改和等同布置。
[0070]可以向在電池組12中間布置的電池單元(例如，電池單元BC4到BCn-3)提供要么N-通道MOS晶體管NI，要么P-通道MOS晶體管NI。均衡開關(guān)可以是雙極晶體管而不是MOS晶體管。
[0071]在實(shí)施例中，電池單元BCl的負(fù)端子連接的參考電位是接地電位?；蛘?，參考電位可以不同于接地電位。晶體管N2、P2以及驅(qū)動電路23并不總是必要的，并可以按照需要省略。提供給電池單元BCi的電平移動電路22運(yùn)行在其上的電源電壓可以由包括電池單元BCi的鄰近的兩個、三個、或五個電池單元的串聯(lián)電路產(chǎn)生。
[0072]驅(qū)動電路23并不限于電平移動電路22，只要配置驅(qū)動電路23以便能夠根據(jù)打開-驅(qū)動信號輸出用于驅(qū)動晶體管N2、P2的打開-驅(qū)動電壓。例如，通過在晶體管N2、P2的柵極和源極之間連接電阻器，并且使用開關(guān)電路和恒定電流電路的串聯(lián)電路傳遞電流經(jīng)過電阻器，晶體管N2、P2能夠以與均衡開關(guān)N1、Pl相同的方式被驅(qū)動。
[0073]在車輛系統(tǒng)進(jìn)入均衡模式的時間、在均衡過程中開始放電的時間、以及在均衡過程中結(jié)束放電的時間不限于圖3中所顯示的那些時間。
[0074]信號產(chǎn)生電路19可以限制均衡執(zhí)行狀態(tài)，以便由均衡信號指示的電池單元的單元電壓能夠被保持為不小于最小有效電壓。例如，信號產(chǎn)生電路19可以通過停止由均衡信號指示的電池單元放電或減少由均衡信號指示的放電時間而限制均衡執(zhí)行狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于均衡電池組(12)的多個電池單元(BC1到BCn)的單元電壓的均衡設(shè)備，所述多個電池單元的數(shù)量是正整數(shù)n，所述多個電池單元以如下方式被串聯(lián)連接，其中第k+1電池單元(BCk+Ι)的第一端子被連接到第k電池單元(BCk)的第二端子，其中k是小于η的正整數(shù)，所述均衡設(shè)備包括: 多個均衡開關(guān)(Ν1，Ρ1)，每個均衡開關(guān)被提供給所述多個電池單元中對應(yīng)的一個，每個均衡開關(guān)具有通電端子、控制端子、以及閾值電壓，在所述通電端子之間的電流路徑被插入到對應(yīng)電池單元的第一端子和第二端子之間，當(dāng)不小于所述閾值電壓的控制電壓被施加在所述控制端子之間時所述電流路徑導(dǎo)通； 多個電阻器(R4)，每個電阻器被連接在所述多個均衡開關(guān)中對應(yīng)的一個的控制端子之間；以及 控制電路(21)，其根據(jù)提供給每個電池單元的均衡信號，轉(zhuǎn)換均衡執(zhí)行狀態(tài)和均衡停止?fàn)顟B(tài)，其中 在所述均衡執(zhí)行狀態(tài)中，所述控制電路通過將電流經(jīng)過提供給對應(yīng)于所述均衡信號的所述電池單元的所述電阻器進(jìn)行傳遞，產(chǎn)生不小于所述閾值電壓的所述控制電壓，以及在所述均衡停止?fàn)顟B(tài)中，所述控制電路促使提供給對應(yīng)于所述均衡信號的所述電池單元的所述電阻器產(chǎn)生小于所述閾值電壓的所述控制電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均衡設(shè)備，進(jìn)一步包括: 多個晶體管(Ν2，Ρ2)，每個晶體管被提供給所述多個均衡開關(guān)中對應(yīng)的一個，每個晶體管具有連接在對應(yīng)的均衡開關(guān)的控制端子之間的通電端子；以及驅(qū)動電路(23)，其輸出打開-驅(qū)動電壓，其中 當(dāng)所述打開-驅(qū)動電壓被施加在所述多個晶體管中的第一晶體管的控制端子之間時，在所述多個晶體管的所述第一晶體管的通電端子之間的電壓變成小于所述閾值電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的均衡設(shè)備，其中， 所述驅(qū)動電路響應(yīng)于單個打開-驅(qū)動信號，立即輸出所述打開-驅(qū)動電壓至所有的所述多個晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的均衡設(shè)備，其中， 所述驅(qū)動電路包括多個電平移動電路(22)， 每個電平移動電路被提供給所述多個電池單元中一個對應(yīng)的電池單元，并且在由包括所述對應(yīng)的電池單元的鄰近電池單元的串聯(lián)電路產(chǎn)生的電源電壓上運(yùn)行， 所述多個電平移動電路中的第一電平移動電路通過電平移動所述打開-驅(qū)動信號來輸出所述打開-驅(qū)動電壓，以及 所述多個電平移動電路中的每個其他的電平移動電路從鄰近的電平移動電路接收所述打開-驅(qū)動電壓，作為所述打開-驅(qū)動信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一項(xiàng)所述的均衡設(shè)備，其中， 所述控制電路包括多個串聯(lián)電路， 每個串聯(lián)電路被提供給所述多個電阻器中一個對應(yīng)的電阻器，并且包括恒定電流電路(17)和開關(guān)電路(16)， 所述恒定電流電路輸出恒定電流，其促使所述對應(yīng)的電阻器產(chǎn)生不小于所述閾值電壓的控制電壓，以及 所述開關(guān)電路根據(jù)所述均衡信號被打開和關(guān)閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一項(xiàng)所述的均衡設(shè)備，其中， 所述控制電路包括多個可變恒定電流電路(31)， 每個可變恒定電流電路被提供給所述多個電阻器中一個對應(yīng)的電阻器， 所述恒定電流電路根據(jù)所述均衡信號選擇性地輸出第一電流和第二電流中的一個， 所述第一電流促使所述對應(yīng)的電阻器產(chǎn)生不小于所述閾值電壓的控制電壓，以及 所述第二電流促使所述對應(yīng)的電阻器產(chǎn)生小于所述閾值電壓的控制電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一項(xiàng)所述的均衡設(shè)備，其中， 所述控制電路包括多個恒定電流電路(17)、多個電阻器電路(R6)、以及多個選擇器(32)， 每個恒定電流電路輸出恒定電流促使所述對應(yīng)的電阻器產(chǎn)生不小于所述閾值電壓的控制電壓， 當(dāng)被連接到所述對應(yīng)的電阻器時，每個電阻器電路促使所述對應(yīng)的電阻器產(chǎn)生小于所述閾值電壓的控制電壓，以及 每個選擇器根據(jù)所述均衡信號，選擇性地將所述對應(yīng)的恒定電流電路和所述對應(yīng)的電阻器電路中的一個與所述對應(yīng)的電阻器串聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一項(xiàng)所述的均衡設(shè)備，其中 所述控制電路限制所述均衡執(zhí)行狀態(tài)，以便對應(yīng)于所述均衡信號的所述電池單元的所述單元電壓被保持為不小于預(yù)定的最小有效電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一項(xiàng)所述的均衡設(shè)備，其中 產(chǎn)生所述均衡信號以便對應(yīng)于所述均衡信號的所述電池單元的所述單元電壓被保持為不小于預(yù)定的最小有效電壓。
【文檔編號】H01M10/42GK104347898SQ201410376906
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】川本哲平, 長村信義, 三浦亮太郎, 溝口朝道 申請人:株式會社電裝