专利名称：平衡电池系统分支电流的方法和平衡分支电流的电池系统的制作方法
技术领域：
本发明关于一种平衡电池系统分支电流的方法，尤指由多个具有适当尺寸(package size)及导通电阻(Rdson)的场效应晶体管结合成的场效应晶体管开关,且经由选择该些场效应晶体管的开及关而可调整分支阻抗，达到平衡电池系统分支电流的方法。藉此方法，本发明进一步提供能平衡分支电流的电池系统。
背景技术：
参见图1所示,代表了一电池系统(Battery system)的简略电路图,其具有以多个电池芯(Cell)串接的第一电池串(Battery string) BSl及第二电池串BS2，且两者并联；第一电池串BSl的电压为Vl，而第二电池串BS2的电压为V2，并分别具有一第一电阻Rl及第二电阻R2。总电流I，且在第一电池串BSl及第二电池串BS2上的分支电流分别为Il及12。由此,可得Il= [R2*1-(V2_V1)]/(R1+R2).12= [R1*1-(V1_V2)]/(R1+R2).分支电流差(12-11)为(12-11) = [(R1-R2)*1-2*(V1-V2)]/(R1+R2)为了要使分支电流平衡，即12等于II，可推得Rl = R2+2(V1-V2)/I进者，在图2显 示了一个达到平衡电流的方法，就是在在第一电池串BSl及第二电池串BS2上分别增设一第一阻抗调整器Ml及第二阻抗调整器頂2，藉由调整阻抗而达到电流平衡。例如，在申请人的中国台湾发明专利申请案号第100113474号「并联电池电流不平衡值调整方法，及并联电池用之阻抗调整器」前案中即揭露了相关技术，主要是在其中之一并联电池线路上串联一阻抗调整器，使该电池的总和串联阻抗可被控制；经由调整该阻抗调整器以控制该串联阻抗，使得该并联电池的不平衡值为0，使该并联电池的不平衡值被消除。阻抗调整器具有最低阻抗值特性(Rdson，例如约3mQ)，故在锂钴电池的应用中，因为电池系统内阻抗值一般较高(例如15mQ)，故可在前案中使用场效应晶体管构成的阻抗调整器来调整不平衡电流。然而，在锂铁电池的应用中，由于电池系统的内阻抗值一般较低(约3mQ)，则无法有效地用阻抗调整器调整电流不平衡值。在图2A中则进一步揭露了第一及第二阻抗调整器Ml及頂2分别是以一第一场效应晶体管开关Ql及一第二场效应晶体管开关Q2。如图3所示,在实际应用中，分支阻抗(branch Impedances)很低(例如在高功率系统中利用FeP04电池芯)，第一场效应晶体管开关Ql可能必需并联几个金属氧化半导体场效应晶体管(MOSFETs)以达到为了有效阻抗调整的理想低值，如图3A所示。这些增加的场效应晶体管是与充电场效应晶体管(CFETs)及放电场效应晶体管(DFETs)在分支上串接。控制这些金属氧化半导体场效应晶体管(MOSFETs)可能存在一个很大的问题，因为在这些金属氧化半导体场效应晶体管线性操作区域(linear operatingregion)的增益(gains)非常高，控制微量的阻抗变化(几个mOhms)是非常难以达成的。这个难题进一步经由电阻的温度依附关系(temperature dependence)而加剧(主要在电池芯以及这些金属氧化半导体场效应晶体管上)。
发明内容
针对先前技术的问题点，本发明的目的在于提供一种平衡电池系统分支电流的方法和平衡分支电流的电池系统，其可调整分支阻抗，以平衡电池系统分支电流。所述平衡电池系统分支电流的方法，其中，该电池系统由多个并联的电池串所组成，每一电池串连接一场效应晶体管开关，而该场效应晶体管开关由适合大小的多个场效应晶体管结合，且该些场效应晶体管具有不同饱和导通电阻值，经由选择该些场效应晶体管的开及关，而调整分支阻抗，平衡电池系统分支电流。其中，该些电池串为锂电池包，内建了用来保护及控制的充电场效应晶体管及放电场效应晶体管，而该些场效应晶体管开关整合于该些充电场效应晶体管及放电场效应晶体管。其中，每一该场效应晶体管具有其本身的闸控制，可成对或也可成群结合。
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其中，经由依据建立的法则来开/关被选择的该些场效应晶体管，以限制或大致地调整分支电流，达到控制。其中，该些场效应晶体管提供有适当温度管理。所述能平衡分支电流的电池系统，其包括一第一电池串，连接一第一场效应晶体管开关；该第一电池串为电池模组而具有一充电场效应晶体管驱动及一放电场效应晶体管驱动；另，一充电逻辑及驱动控制该第一场效应晶体管开关中的第一至第三充电场效应晶体管，而一放电逻辑及驱动控制了该第一场效应晶体管开关中的第一至第三放电场效应晶体管；一第一电流侦测，与该第一场效应晶体管开关连接；一第二电池串，与该第一电池串并联，且连接一第二场效应晶体管开关；该第二电池串为电池模组具有一充电场效应晶体管驱动及一放电场效应晶体管驱动；另，一充电逻辑及驱动控制该第二场效应晶体管开关中的第四至第六充电场效应晶体管，而一放电逻辑及驱动控制该第二场效应晶体管开关中的第四至第六放电场效应晶体管；及一第二电流侦测，与该第二场效应晶体管开关连接；利用分支电流的值量来控制该第一及第二场效应晶体管开关的开/关来调整等效阻抗，得以控制分支电流的大小。其中，每一该场效应晶体管具有其本身的闸控制，可成对或也可成群结合。其中，经由依据建立的法则来开/关被选择的该些场效应晶体管，以限制或大致地调整分支电流，达到控制。其中，该些场效应晶体管提供有适当温度管理。本发明的有益效果在于，该电池系统由多个并联的电池串所组成，每一电池串连接一场效应晶体管开关，而该场效应晶体管开关是由多个具有适当尺寸(package size)及导通电阻(Rdson)的场效应晶体管结合成的，经由选择该些场效应晶体管的开及关，而可调整分支阻抗，达到平衡电池系统分支电流。
图1 :代表一种电池系统的简化电路图，图2 :代表一种习知达到电池系统平衡电流的电路图，图2A :为图2中的部分变化电路图，图3 :代表另一种习知达到电池系统平衡电流的电路图，图3A :为图3中的部分变化电路图，图4 :代表本发明第一种实施例的电路图，图4A :为图4中的部分变化电路图，图5 代表本发明第二种实施例的电路图。
具体实施例方式参见图4及图4A所示，揭露了本发明平衡电池分支电流的方法。由于大部分的锂电池包 (Li+battery packs)已经内建了用来保护及控制的充电场效应晶体管(CFETs)及放电场效应晶体管(DFETs)，因而可在充电场效应晶体管及放电场效应晶体管内整合这个阻抗调整功能(impedance adjusting function)。藉由适合大小的场效应晶体管结合(利用场效应晶体管有不同的导通电阻Rdson值)，经由选择场效应晶体管的开及关，而可调整分支阻抗。如图4A所不,第一场效应晶体管开关Ql是由第一 a场效应晶体管Qla及第一 b场效应晶体管Qlb所构成。第一 a场效应晶体管Qla及第一 b场效应晶体管Qlb的导通电阻(ON-Resistances)分别为Rla及Rib。如果Rla > Rlb，可得到三个电阻值Rla-当第一 b场效应晶体管Qlb被关闭，Rlb-当第一 a场效应晶体管Qla被关闭，(RlaxRlb)/(Rla+Rlb)-当没有任何被关闭。如果利用N个不同的场效应晶体管导通电阻值(Rdson Values)，可用的数值增加至2N-1个。被使用在一电池系统中的分支数目没有限制。在最坏温度条件下应当注意适当的温度管理(proper thermal management)以确保系统的可靠性及持久性。在图5显示了本发明具有三个不同导通电阻值(Rdson Values)的实施例。电池系统具有并联的一第一电池串BSl及一第二电池串BS2，分别连接一第一场效应晶体管开关Ql及一第_■场效应晶体管开关Q2。第一电池串BSl为电池模组(Battery Module)具有一充电场效应晶体管驱动(CFET Drive)及一放电场效应晶体管驱动(DFET Drive);另，一充电逻辑及驱动(Logic&Drive)控制了第一场效应晶体管开关Ql中的第一至第三充电场效应晶体管QCl 3,而一放电逻辑及驱动(Logic & Drive)控制了第一场效应晶体管开关Ql中的第一至第三放电场效应晶体管QDl 3。还有一第一电流侦测(Current Sense I)与第一场效应晶体管开关Ql连接。
第二电池串BS2为电池模组(Battery Model)具有一充电场效应晶体管驱动(CFET Drive)及一放电场效应晶体管驱动(DFET Drive);另，一充电逻辑及驱动(Logic &Drive)控制了第二场效应晶体管开关Q2中的第四至第六充电场效应晶体管QC4 6，而一放电逻辑及驱动(Logic & Drive)控制了第二场效应晶体管开关Q2中的第四至第六放电场效应晶体管QD4 6。还有一第二电流侦测(Current Sense 2)与第二场效应晶体管开关Q 2连接。在本发明中，利用分支电流的值量(Branch Current Level)来控制第一及第二场效应晶体管开关Ql及Q2内部晶体管的开/关(第一至六充电场效应晶体管QCl 6在充电期间，第一至六放电场效应晶体管QDl 6在放电期间或他们的组合)来调整等效阻抗(Equivalent Impedances),得以控制分支电流。在图5所示的实施例中，其实施如下1.适当地选择场效应晶体管组合以达到预期目标(电阻范围)并考虑到温度影响。2.每一场效应晶体管(可成对或也可成群)具有其本身的闸控制。3.经由依据建立的法则(established algorithm)来开/关被选择的开关，以限制或大致地调整分支电流，达到控制。有些开关可被控制在线性区域来达到更好的调整。4. 一预设值(电流限制)可被用来限制分支电流。5. 一参考值可被用来调节分支电流。
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显然地，本发明具有以下的优点1.容易控制-场效应晶体管的开/关取代在线性区域(高增益)的阻抗(Rds inLinear Region)。2.延伸在有关区间的控制范围(能够达到比原先预算给充电场效应晶体管及放电场效应晶体管为低的导通电阻值)。3.降低足以达到预想功能的场效应晶体管数量，进而降低空间及成本。4.当不必要时，不需引入额外的阻抗(串联电阻)。5.对场效应晶体管较易温度管理。综上所陈，本发明所提供的平衡电池系统分支电流的方法，完全符合专利的新颖性及进步性要件，爰依法提出申请。
权利要求
1.一种平衡电池系统分支电流的方法，其特征在于，该电池系统由多个并联的电池串所组成，每一电池串连接一场效应晶体管开关，而该场效应晶体管开关由适合大小的多个场效应晶体管结合，且该些场效应晶体管具有不同饱和导通电阻值，经由选择该些场效应晶体管的开及关，而调整分支阻抗，平衡电池系统分支电流。
2.依据权利要求1所述的平衡电池系统分支电流的方法，其特征在于，该些电池串为锂电池包，内建了用来保护及控制的充电场效应晶体管及放电场效应晶体管，而该些场效应晶体管开关整合于该些充电场效应晶体管及放电场效应晶体管。
3.依据权利要求2所述的平衡电池系统分支电流的方法，其特征在于，每一该场效应晶体管具有其本身的闸控制，可成对或也可成群结合。
4.依据权利要求3所述的平衡电池系统分支电流的方法，其特征在于，经由依据建立的法则来开/关被选择的该些场效应晶体管，以限制或大致地调整分支电流，达到控制。
5.依据权利要求1所述的平衡电池系统分支电流的方法，其特征在于，该些场效应晶体管提供有适当温度管理。
6.一种能平衡分支电流的电池系统，其特征在于，包括 一第一电池串，连接一第一场效应晶体管开关；该第一电池串为电池模组而具有一充电场效应晶体管驱动及一放电场效应晶体管驱动；另，一充电逻辑及驱动控制该第一场效应晶体管开关中的第一至第三充电场效应晶体管，而一放电逻辑及驱动控制了该第一场效应晶体管开关中的第一至第三放电场效应晶体管； 一第一电流侦测，与该第一场效应晶体管开关连接； 一第二电池串，与该第一电池串并联，且连接一第二场效应晶体管开关；该第二电池串为电池模组具有一充电场效应晶体管驱动及一放电场效应晶体管驱动；另，一充电逻辑及驱动控制该第二场效应晶体管开关中的第四至第六充电场效应晶体管，而一放电逻辑及驱动控制该第二场效应晶体管开关中的第四至第六放电场效应晶体管；及 一第二电流侦测，与该第二场效应晶体管开关连接； 利用分支电流的值量来控制该第一及第二场效应晶体管开关的开/关来调整等效阻抗，得以控制分支电流的大小。
7.依据权利要求6所述的能平衡分支电流的电池系统，其特征在于，每一该场效应晶体管具有其本身的闸控制，可成对或也可成群结合。
8.依据权利要求7所述的能平衡分支电流的电池系统，其特征在于，经由依据建立的法则来开/关被选择的该些场效应晶体管，以限制或大致地调整分支电流，达到控制。
9.依据权利要求7所述的能平衡分支电流的电池系统，其特征在于，该些场效应晶体管提供有适当温度管理。
全文摘要
一种平衡电池系统分支电流的方法和平衡分支电流的电池系统，该电池系统由多个并联的电池串所组成，每一电池串连接一场效应晶体管开关，而该场效应晶体管开关是由适合大小的多个场效应晶体管结合，且该些场效应晶体管可具不同导通电阻值，经由选择该些场效应晶体管的开及关，而可调整分支阻抗，达到平衡电池系统分支电流。
文档编号H01M10/42GK103035959SQ20111030157
公开日2013年4月10日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年10月9日
发明者蔡富生 申请人:西胜国际股份有限公司