[发明专利]管理多单元电池的方法及系统

说明书

包括多个相同电阻的电阻梯与多单元电池并联电设置以校准压控振荡器或模拟数字转换器，以平衡多单元电池中的电池单元的电压。处于第一状态的开关提供每个电阻器两端的电压作为VCO或ADC的输入。比较每个VCO或ADC的输出信号在预定时间段内的振荡次数，以确定偏移误差。处于第二状态的开关提供每个电池单元两端的电压作为VCO或ADC的输入。电压相对较高的电池单元被放电，直到它们平衡为止。一些方面描述了温度调整和插值确定电池单元中的电量，如电压和/或电流。

相关申请

本申请与2017年11月15日提交的、申请号为62/586,884的美国临时专利申请相关，主张享有其权益以及优先权，并通过引用的方式合并与此。

技术领域

本申请主要涉及用于平衡和保护多单元电池的电压传感器。

背景技术

在对多个串联的电池单元充电时，期望保持电池单元之间的平衡电压，以确保安全有效的充电操作。在对多个串联的电池单元充电电池电压不相等的情况下，可能会超过给定电池上的最大电压，从而导致电池发生灾难性故障，或是触发保护电路来启动安全开关，以避免电池单元充电过度而导致电池组耗尽或是阻止电池组充满电。灾难性故障可能导致爆炸和火灾，这在许多情况下可能是灾难性且危及生命的。在由于不匹配而提前触发安全开关的情况下，电池组的容量就会显著降低，这既昂贵又麻烦。

通常在现有技术中，提供电荷平衡的方法通常是使用极其精准的模拟数字转换器(ADC)来测量每一电池的电压，然后比较每一电池的测量结果，从而做出如何克服不平衡的决定。然而，当前的解决方案，无论是离散形式还是集成电路形式，都过于昂贵，且潜在的成本阻止了其在许多对成本敏感的应用，例如在便携式计算机电池组和其他应用中的使用。

现有技术中的另一种方法是设置一刚好低于最大电压的阈值，以使得在充电期间，通过该阈值的第一组电池将被开关绕过，从而使电压较低的电池获得上升的机会。这是强制平衡的尝试，但实际上这并不是一种非常有效的方法。例如，如果用户从未将电池充电到所述电平，则不会触发平衡动作。

电荷平衡的一种方法可以是任何电压过高的电池的无源放电，以匹配最低值电池的电压。这种无源放电可以是一种有效且低成本的解决方案。然而，可以采用其他复杂的方法来将电荷引导到较低电压的电池中，以试图使它们达到与较高电压的电池相同的电平，从而实现所有电池之间的相等电压。

在德州仪器公司(Texas Instruments)、亚德诺半导体技术有限公司(AnalogDevices)以及凌特公司(Linear Technology，现在是亚德诺半导体技术有限公司的一部分)的集成电路解决方案的例子中人们可以看到分辨率在14到16位左右的ADC的使用。这是高精度和高成本的，因为在硅面积上实施是庞大的，并且还需要在集成电路的制造过程中进行大量的测试和调整以确保其精度，这也是高成本的。ADC测量中的任何不准确之处都可能导致在测量电池电压时出现错误，从而违背这种电路的目的。

在电荷平衡之前，有两种方法来使用ADC测量多单元电池的每个电池两端的电压。一种方法是使用公共ADC，但以时间间隔切换输入，以使用相同的ADC测量每一电池。

图1示出了这种系统10的示例，其中多路复用配置用于利用相同的ADC来测量每一电池。S1和S2同时移动以在任何给定时间将ADC的输入连接到单个电池单元(B1，B2，B3，B4，B5或B6)的电池单元端子，从而使得ADC的输入在任何情况下都是B1，B2，B3，B4，B5或B6的电池单元端子。这有利于电池的ADC的简化和再使用，但具有模拟开关S1和S2实现的复杂性，以及使浮动ADC并保持相对精度的复杂性。事实上，只有一个时间复用的ADC来测量多个电池单元电压还导致了缺乏对负载注入噪声的抗扰性，因为对所有电池的测量不是同时进行的，因此不会以同样的方式对所有读数产生噪声影响。