專利名稱：用于平衡串聯(lián)連接的電池單元的充電的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平衡串聯(lián)連接的電池單元例如鋰離子電池單元的充電的電池充 電電路。本發(fā)明還防止在電池單元反極性地連接到電池充電電路的情況下對電池單元造 成損壞。
背景技術(shù)：
滿電的磷酸鐵鋰(LFP)電池單元的額定電壓大約是3. 65伏。這個電壓是取決于 電池化學(xué)性質(zhì)并且對于具有其它鋰離子化學(xué)性質(zhì)的電池單元而言可發(fā)生變化。當(dāng)對串聯(lián)連接的鋰離子電池單元充電時，單元不一定以相同速度充電。因此其中 一個電池單元可在另一電池單元或單元達到其額定電壓之前開始超過其額定電壓。由于電 池充電器通常在串聯(lián)連接單元的累積串聯(lián)電壓達到閾值電壓之前不會停止對單元充電，所 以首先達到其額定電壓的單元最后可能被過度充電，這可能損壞特定的電池單元。在電池充電器反極性地連接到一個或多個電池單元的情況下也可能存在問題。本發(fā)明是提供用于解決這些問題以及其它問題。附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的電池充電器的方塊圖，所述電池充電器耦合到兩個串聯(lián)連接 的電池單元；圖2是包含在圖1的電池充電器中的電路的第一實施方案的示意圖，所述電路用 于平衡對電池單元的充電；以及圖3是包含在圖1的電池充電器中的電路的第二實施方案的示意圖，所述電路用 于平衡對電池單元的充電。
具體實施例方式盡管本發(fā)明可以有許多不同形式的實施方案，但是圖式中只顯示本發(fā)明的優(yōu)選實 施方案，并且將在本文中在理解本公開內(nèi)容應(yīng)被視為對本發(fā)明原理的示例并且并非旨在將 本發(fā)明的廣泛方面限于所闡釋實施方案的情況下具體描述所述優(yōu)選實施方案。圖1中示出耦合到兩個電池單元12的電池充電器10。電池單元12可以是額定滿 電電壓為3. 65伏的類型的常規(guī)磷酸鐵鋰電池單元，或可以是另一類型的可再充電電池單
J Li o多個電池充電電路18與電池充電器10相關(guān)，每個電池單元12與一個電池充電電
路相關(guān)。圖2中示出電池充電電路18的第一實施方案的示意圖。電池充電電路18包括第一電極20和第二電極22,第一電極20稱合到其各自電池單兀12的正極端子，第二電極22 耦合到其各自電池單元12的負(fù)極端子。電池充電電路18包括電壓檢測器24,例如日本Seiko Instruments, Inc.出售的 檢測電壓值為3. 5伏的S-80835IC電壓檢測器。電池充電電路18還包括電子開關(guān)28，例 如德克薩斯州，達拉斯，Diodes Incorporated出售的型號為ZXMN6A07FTA的Zetex N溝道 M0SFET。電池充電電路18還包括常規(guī)黃光LED 36。在正常操作時，電池充電器18提供電流使之流過串聯(lián)連接的單元12。與每個單 元12相關(guān)的電壓檢測器24監(jiān)控跨其各自一個單元12的電壓。只要電壓足夠低，電壓檢測 器24的輸出便可將電子開關(guān)28維持在斷開位置。因此充電電流將流過各自單元12。然 而，當(dāng)電壓檢測器24檢測到跨其各自單元12的電壓已達到范圍在3. 6伏到3. 68伏的電壓 時，電壓檢測器24的輸出導(dǎo)致電子開關(guān)28閉合，因此使該特定單元12周圍的充電電流分 流，流過電阻器30、32和34，并且有效地停止對該特定單元12充電。同樣這分流電流也點 亮LED 36。并聯(lián)使用多個電阻器以減小流過任何一個特定電阻器的電流，因此允許使用較 低瓦特數(shù)的電阻器。如果跨該特定單元12的電壓隨后下降到低于3. 5伏，那么電壓檢測器將導(dǎo)致電子 開關(guān)28再次斷開，從而導(dǎo)致全部充電電流流過特定單元12。圖3中示出本發(fā)明的第二實施方案。所述第二實施方案在電池單元反極性地連接 到充電器的情況下保護電池單元。如果是反極性，那么由于通常典型的電池充電器的電流 限于只允許有限量的電流來對電池單元進行充電，所以電池充電器是完好的。進一步來說， 電池單元在常規(guī)充電器耗盡正被充電的電池單元的所存儲電荷之前通常不會被損壞。這 時,常規(guī)電池單元充電器通常會嘗試對電池單元反向充電。理想電容器而非電池單元會對 負(fù)極性充電。然而，由于所涉及的化學(xué)性質(zhì)，電池單元會趨于形成內(nèi)部短路。在圖2中所示的實施方案中，所用電壓檢測器判定何時進行平衡電流泄放或溢 出，并且由于反向輸入極性，這電壓檢測器可能被損壞。在圖3中示出電池充電電路18’的第二實施方案。這個電路18’是提供用于在電 池單元12反極性連接的情況下保護電壓檢測器24。電路18’在電路路徑中包括呈PNP晶體管40形式的二極管狀裝置以進行分流，從 而為電壓檢測器24消除任何由反極性連接引起的電流。根據(jù)第二實施方案的電池充電電路18’包括電壓檢測器24’，電壓檢測器24’的 檢測電壓值低于上述電壓檢測器24，以補償跨晶體管40的大約0. 2v電壓降。電壓檢測器 24’可以是由阿塞拜疆，菲尼克斯ON Semiconductor出售的NCP300LSNT1G電壓檢測器，或 者可以是由日本Seiko Instruments出售的S-80834CLMC-B6TT2G電壓檢測器。第二實施方案18’還包括第二電子開關(guān)28’和第二并聯(lián)電阻器對，第二電子開關(guān) 28’和第二并聯(lián)電阻器對與第一電子開關(guān)和對應(yīng)并聯(lián)電阻器對并聯(lián)，以減小流過第一電子 開關(guān)28的分流電流量。第一電子開關(guān)28和第二電子開關(guān)28’包括在電池單元12以反向 偏壓方式安裝的情況下允許電流流動的固有二極管特性。這電流流動點亮紅光LED 46來 指示何時電流在錯誤方向上流動。電子開關(guān)18、18’和LED 36、46不會受到反向電池單元 連接的不利影響。應(yīng)注意，即使在電路18’的情況下，也有可能將充電器反極性地連接到電池單元12并且耗盡電池單元的電荷。極性保護是針對連接到電池單元時的平衡電路。 盡管已闡釋并描述了具體實施方案，但是也可在不顯著背離本發(fā)明的精神的情況 下想出大量修改，并且保護范圍只受隨附權(quán)利要求書范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于防止對電池單元過度充電的電路，其包括 電壓檢測器，其用于監(jiān)控跨電池單元的電壓；所述電壓檢測器配置為確定跨所述電池單元的所述電壓何時大于第一閾值電壓；以及 電子開關(guān)，其對所述電壓檢測器作出回應(yīng)并且配置為在所述電壓檢測器已確定所述電池單元電壓大于所述第一閾值電壓時使所述電池單元周圍的電流分流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中 所述電壓檢測器配置為確定跨所述電池單元的所述電壓何時小于第二閾值電壓；以及所述電子開關(guān)配置為在所述電壓檢測器已確定跨所述電池單元的所述電壓小于所述第二閾值電壓時停止使所述電池單元周圍的電流分流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中所述第二閾值電壓小于所述第一閾值電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中所述電子開關(guān)包括半導(dǎo)體裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中所述電子開關(guān)包括多個并聯(lián)耦合的半導(dǎo)體裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中所述電子開關(guān)包括MOSFET半導(dǎo)體裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中所述電子開關(guān)包括多個并聯(lián)耦合的MOSFET半導(dǎo)體>j-U ρ α裝直。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其包括用于指示電流正在所述電池單元周圍被分流的指示器。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其包括用于在視覺上指示電流正在所述電池單元周圍被分流的指示器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中所述視覺指示器包括與所述電子開關(guān)串聯(lián)耦合的 LED。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其包括與所述電子開關(guān)串聯(lián)耦合的電阻器。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其包括多個并聯(lián)耦合的電阻器，所述電阻器與所述電子開關(guān)串聯(lián)耦合。
13.一種用于防止對電池單元過度充電的電路，其包括 電壓檢測器，其用于監(jiān)控跨電池單元的電壓；所述電壓檢測器配置為確定跨所述電池單元的所述電壓何時大于第一閾值電壓并且確定跨所述電池單元的所述電壓何時小于第二閾值電壓，所述第二閾值電壓小于所述第一閾值電壓 '及 呈MOSFET半導(dǎo)體形式的電子開關(guān)，其中所述電子開關(guān)對所述電壓檢測器作出回應(yīng)并且配置為在所述電壓檢測器已確定所述電池單元電壓大于所述第一閾值電壓時使所述電池單元周圍的電流分流并且在所述電壓檢測器已確定跨所述電池單元的所述電壓小于所述第二閾值電壓時停止使所述電池單元周圍的電流分流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中所述電子開關(guān)包括多個并聯(lián)耦合的MOSFET半導(dǎo)體裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其包括用于指示電流正在所述電池單元周圍被分流的指示器。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其包括用于在視覺上指示電流正在所述電池單元周圍被分流的指示器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路，其中所述視覺指示器包括與所述電子開關(guān)串聯(lián)耦合的 LED。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其包括與所述電子開關(guān)串聯(lián)耦合的電阻器。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其包括多個并聯(lián)耦合的電阻器，所述電阻器與所述電子開關(guān)串聯(lián)I禹合。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于防止對電池單元過度充電的電路，所述電路包括用于監(jiān)控跨電池單元的電壓的電壓檢測器。所述電壓檢測器配置為確定跨所述電池單元的電壓何時大于第一閾值電壓。所述電路還包括電子開關(guān)，所述電子開關(guān)對所述電壓檢測器作出回應(yīng)并且配置為在所述電壓檢測器已確定所述電池單元電壓大于所述第一閾值電壓時使所述電池單元周圍的電流分流。
文檔編號H02J7/00GK102668307SQ201080047655
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者蒂姆·A·桑德林 申請人:K2能源解決方案有限公司