专利名称：用于电池设备的电路电流平衡方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池装置，更具体地，涉及用于平衡电池装置各 单元之间的电路电流的电路电流平衡方法和设备。
背景技术：
大体上，电池装置被构造得如
图1所示。
参考图1，该电池装置包括多个电池组电池堆(battery cell stack) CI ~CN，在每一个电池组电池堆中串联连接至少一个电池组电 池。电池组电池堆CI ~ CN分别与模拟预处理电路Al ~ AN连接。
多个模拟预处理电路A1 AN的作用是检测、控制和调节电压和电 流，连接到模拟预处理电路Al ~ AN之一的电池组电池可以依据应用的 种类而改变。
模拟预处理电路Al ~ AN分别与控制电池组电池堆CI ~ CN的控制 器M1 MN连接。
每一个模拟预处理电路Al ~ AN检测每一个电池组电池堆CI ~ CN 的电压和电流，并将该电压和电流提供给相应的控制器M1 MN。每一 个控制器M1~MN根据检测结果识别每个电池组电池的状态，例如过 压、过流和过放电，然后打开/关闭开关元件CFET、 DFET,以保护电 池装置。
在上述电池装置中， 一个电池组电池堆、 一个连接到该电池组电 池堆的模拟预处理电路和一个连接到该模拟预处理电路的控制器被称 为"一个单元"。
假设流经设置在电池装置中的多个单元之一的电路电流是Icc， 则基于接地GND的第N单元的电路电流可以被称为Iccn。
电池装置的外部负载上流动的电流经过路径为CFET — DFET —第
N电池堆CN —......—第一电池堆—电流检测电阻R分路，并且该电
流的方向可以才艮据充电或放电而反向。
在上述电池装置中，由于电池组电池电压的不相等、电压与电流检测电路中的电流的不相等、以及依赖温度的电压与电流检测电路的
电路电流的不相等，使得第一至第N单元的电路电流Iccl、 Icc2.......Iccn不总是保持恒定。
这可以表达在一个等式中，如在下述等式l中。
等式l
如上文提及，第一至第N单元的电路电流不相等，电路电流这样 的不相等影响了电池堆的放电电流并因此导致了各单元的放电电流不 相等。这是因为电路电流被加到了电池组电池堆的放电电流中。
如果长时间保持这个状态，随着时间流逝，各单元的剩余容量也 变得不相等。
例如，假设第一电池组电池堆Cl具有50%的剩余容量，第二电池 组电池堆C2具有30%的剩余容量，然后第N电池组电池堆CN具有40% 的剩余容量。
假如在电池组电池堆的剩余容量不相等的情况下给电池组充电， 那么当具有最大剩余容量的第一电池组电池堆Cl被充满电时，整个电 池装置就被确定为完全充电。这样，剩余容量不相等在充电之初就被 保持下去。
假如在这个状态下完成充电，那么第二电池组电池堆C2具有80% 的剩余容量，第N电池组电池堆CN具有90%的剩余容量，所以它们不 能被充满电。
此外，各单元的电路电流不相等，即电路放电电流不相等，也导 致了各电池组电池老化不相等，这是因为长期保存时，所有单元不是 同时进入过放电区，而是有些先进入过放电区，有些后进入过放电区。
从而，亟需一种允许平衡电池装置中的各单元的电路电流的技术。
公开内容 技术问题
本发明被设计为解决现有技术的问题，因而本发明的一个目标是 提供电池装置的电路电流平衡设备和方法，其可以平衡电池装置的各单元的电路电流。 技术方案
为了实现上述目标并解决现有技术的问题，本发明提供了电池装 置的电路电流平衡设备，该电池装置设置有多个电池堆，每个电池堆 是由至少一个电池组成，该电路电流平衡设备平衡控制电路的电路电 流，该控制电路连接到该多个电池堆的每一个并用于控制和监视该电
池堆的状态，该电路电流平衡设备包括比较器，其用于计算和输出 在相应电池堆的输出电压和连接到该相应电池堆的控制电路的电压之 间的电压差；以及电流源，其用于向控制电路的电路电流加上或从中 减去与比较器的输出一致的假负载电流。
在本发明的另一方面，还提供了一种电池装置的电路电流平衡方 法，该电池装置设置有多个电池堆，每个电池堆是由至少一个电池组 成，该设备平衡控制电路的电路电流，该控制电路连接到该多个电池 堆的每一个并用于控制和监视该电池堆的状态,，该方法包括计算和 输出在相应电池堆的输出电压和连接到该相应电池堆的控制电路的电 压之间的电压差；以及向该控制电路的电路电流加上或从中减去与输 出一致的假负载电流。
附图描述
图l是示出了常规电池装置的示意图2示出了根据本发明的一个优选实施方案的电池装置；
图3示出了根据本发明的一个优选实施方案的电路电流平衡设
备；
图4和5示出了压控电流源；和
图6示例性地示出了根据本发明的优选实施方案的电路电流平衡 设备是如何运行的。
最佳模式
下文将参考图2解释根据本发明的电池装置的电路电流平衡设 备。这里，将不再详细描述本发明的任何与常规电池装置相同的部分。
6设置在电池装置中的多个电池组电池被至少一一分成第一至第N 电池组电池堆CE1~CEN。第一至第N电池组电池堆CE1 CEN分别与 第一至第N模拟预处理电路A1 AN连接。
模拟预处理电路实现如上文提及的电流检测、控制和调节功能。 本文中，连接到模拟预处理电路Al ~ AN之一的电池组电池可依据应用 的种类而改变。而且，模拟预处理电路是指这样的电路，该电路连接
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在本发明中，控制电路被定义为包括模拟预处理电路，该控制电 路是指这样的电路，该电路不仅负责监视电池堆的状态，例如电流、 电压、电阻和电源，而且还控制该电池堆。假如没有特别提及，模拟 预处理电路应该被解释为本发明的控制电路的一个实例。
第一至第N模拟预处理电路A1 AN的每一个包括根据本发明的一 个优选实施方案的一个电路电流平衡设备。该电路电流平衡设备是由 比较器SI ~ SN和电流源PI ~ PN组成。
每一个比较器Sl SN与相应电池组电池堆的电压输出终端连接。 比较器将电池组电池堆的任一个电压输出终端的电压与该比较器所属 的模拟预处理电路的接地终端的电压比较。因此，通过使用电池组电 池堆的另一个电压输出终端的电压与比较器所属的模拟预处理电路的 接地终端的电压的比较结果，该比较器输出控制电压以产生与比较结 果一致的假负载电流。
每一个电流源P1 PN向电路电流加上或从电路电流减去与来自 比较器SI ~ SN的控制电压输出一致的假负载电流。
这就是说，电流源PI ~ PN使假负载电流Idummyl 、
Idummy2、......、 Idummyn流向各单元的电路电流Iccl、 Icc2、......、
Iccn，如在下述等式2中表达的，以使各单元具有等同的电路电流。
等式2
<formula>formula see original document page 7</formula>
提供给第一至第N模拟预处理电路Al ~ AN的电路电流平衡设备具 有相同的构造和运行，所以仅仅详细解释提供给第二模拟预处理电路 A2的电路电流平衡设备。比较器S2是由第一及第二比较器CA1、 CA2和第一及第二加法器 AD1、 AD2组成。
第二比较器CA2将电路接地电压GND2与第二电池组电池堆CE2的 电压GND2Cel1比较。假如电路接地电压GND2较大，则第二比较器CA2 产生负电压，然而假如第二电池组电池堆CE2的电压GND2Cel1较大， 则第二比较器CA2产生正电压。
第一比较器CA1将第二电池组电池堆CE2的输出电压Vcs2与电路 电压VDD2比较。假如电路电压VDD2较大，则第一比较器CA1产生正 电压，然而假如第二电池组电池堆CE2的输出电压Vcs2较大，则第二 比较器CA1产生负电压。
第一及第二加法器AD1、 AD2加上偏置电压以通过第一及第二比较 器CA1、CA2的输出来控制压控电流源Pl的运4亍点(operation point )， 继而输出它。
第一及第二加法器AD1、 AD2的输出终端彼此连接。从而，第一及 第二加法器AD1、 AD2的输出累积起来，继而作为压控电流源Pl的控 制电压而输入到压控电流源Pl。
压控电流源Pl接收通过将第一及第二加法器AD1、 AD2的输出相 加而获得的控制电压，继而输出与该控制电压一致的电流Idummy2。 压控电流源Pl可以被构造得如图3和4所示。图3和4所示的压控电 流源Pl的构造在本领域是公知的，这里不详述。
第一及第二加法器AD1、 AD2的输出分别经过二极管Dl、 D2连接， 连接终端经过电阻R接地。二极管Dl、 D2和电阻R用于稳定第一及第 二加法器AD1、 AD2的输出。
此外，插入电容C2，其连接在第二电池组电池堆CE2和电路接地 GND2之间，用于稳定反馈回路并限制频率特性。
而且，插入二极管D3，其连接在第二电池组电池堆CE2和电路接 地GND2之间，用于限制负电压，以防电路接地GND2在控制假负载电 流时变成过负电压。本文中，当本发明的流动着假负栽电流的电路正 常运行时，二极管D3不工作。
此外，假如假负载电流Idummy很小，本发明的电路电流平衡设备 可以通过仅装配第一及第二比较器CA1、 CA2之一来实现所需功能。现在，将参考图6详细解释根据本发明的优选实施方案的电路电 流平衡设备的运行。这里，为了方便，仅将提供给连接到第二电池组 电池堆CE2的模拟预处理电路的电路电流平衡设备作为实例来进行说 明。
首先，假设作为第二电池组电池堆CE2的连接点的Vcs2和 GND2Cel1的电压是不变的。 假设在电路的初始状态，
/^m/w>j;7+/cc7=/</" i i>v2+/cc2=/</i//m i"+/ccw=/cc#/ ， Vc s 2等于 VDD2, GND2Cel1也等于GND2。
这里，第一至第三电阻Rcircuitl、 Rcircuit2、 Rcircuit3表示 每个单元的模拟预处理电路的电阻元件。这次，假设在这些电阻之间， 仅有第二电阻Rcircuit2因运行状态而改变+或-ARcircuit2，第一和 第三电阻Rcircuitl、 Rcircuit3处于固定值不变。
在这个状态，假如第二电阻Rcircuit2改变+ARcircuit2以减小 Icc2,则电压VDD2会改变+AVDD2，电压GND2会改变-AGND2。
此时，由于第二电池堆CE2的电压Vcs2和接地GND2Cel1是固定 的，第一及第二比较器CA1、 CA2产生+错误输出。
为了调节运行点，加法器AD向第一及第二比较器CA1、 CA2的输 出加上偏置电压，继而输出它。这里，加法器AD可以分别向第一及第 二比较器CA1、 CA2加上偏置电压，继而再将结果相加，如图3的实例， 或可以将偏置电压和第一及第二比较器CA1、 CA2的输出相加。
来自加法器AD的控制电压输出经过緩冲器B被提供给压控电流源 Pl。在压控电流源Pl中，假如加法器AD的输出电压是+ (正)，则 Idummy2增大，以在-(负)方向上改变(或降低)电压ADD2,并在+ (正)方向上改变(或升高)电压GND2。从而，构造了一个用于恒定 控制VDD2的负反馈回路。
与上述不同，第二电阻Rcircuit2可以改变-ARcircuit2以使 Icc2减小，电压VDD2可改变-AVDD2，电压GND2可改变+AGND2。
此时，由于第二电池堆CE2的电压Vcs2和接地GND2Cel1是固定 的，第一及第二比较器CA1、 CA2输出-错误。加法器AD向第一及第二 比较器CA1、 CA2的输出加上偏置电压，并输出它。
9加法器AD的输出电压经由緩冲器B被提供给压控电流源Pl。在 压控电流源Pl中，假如加法器AD的输出是-(负)，则Idummy2减小， 以在+ (正)方向上改变(或升高)电压VDD2，并在-(负)方向上改 变(或降低)电压GND2。从而，构造了一个用于恒定控制VDD2的负 反馈回路。
假如电路消耗电流Iccn从0 mA改变到5 mA，则优选地采纳本发 明的压控电流源以覆盖该变化区间。
而且，可以以下述两种方式设置为调节运行点而提供的偏置电压。
第一，可以设置小的偏置电压，以在平衡电流时允许在一定程度 上改变电压AVDD2和AGND2。在此情形下，Idummy不总是在流动，因 此这种方式可以将电流消耗限制在低水平。
第二，可以设置大的偏置电压，以在平衡电流时恒定地保持电压 AVDD2和AGND2。在此情形下，Idummy总是在流动，因此尽管电流消 耗增加了，但也能够维持条件VDD2=Vcs2、 GND2=GND2Cell。
工业实用性
如上文所述，本发明的设备平衡电池装置各单元的电路电流，以 4吏i殳置在该电池装置中的多个电池组电池可以全部充满电。此外，本 发明的设备提前防止了电池组电池的老化，并向电池装置的每个单元 的电路电流加上或从中减去假负载电流，以使各单元的电路电流被平 衡为等同的。
已详述了本发明。然而，应该理解，虽然仅以示例的方式给出了 本发明的优选实施方案的详细描述和特定实例，但是本领域技术人员 将从这些详细描述中明白在本发明的精神和范围内的多种变化和修 改。
权利要求
1. 一种电池装置的电路电流平衡设备，该电池装置设置有多个电池堆，每个电池堆是由至少一个电池组成，所述电路电流平衡设备平衡控制电路的电路电流，该控制电路连接到该多个电池堆的每一个并用于控制和监视该电池堆的状态，该电路电流平衡设备包括比较器，其用于计算和输出在相应电池堆的输出电压和连接到该相应电池堆的控制电路的电压之间的电压差；和电流源，其用于向该控制电路的电路电流加上或从中减去与该比较器的输出一致的假负载电流。
2. 根据权利要求1的电池装置的电路电流平衡设备，还包括 加法器，其用于向该比较器的输出加上预定偏置电压，继而将相加的结果提供给该电流源。
3. 根据权利要求1的电池装置的电路电流平衡设备，其中所述比 较器包括第一比较器，其用于将该电池堆两端电压的任一个和该控制电路 两端电压的任一个进行比较；第二比较器，其用于将该电池堆两端电压的另一个和该控制电路 两端电压的另一个进4亍比较；和加法器，其用于将该第一和第二比较器的输出相加，继而将相加 的结果提供给该电流源。
4. 根据权利要求3的电池装置的电路电流平衡设备，其中所述加 法器执行向该第一比较器的输出加上预定偏置电压； 向该第二比较器的输出加上预定偏置电压；和 再将相加的结果相加。
5. 根据权利要求3的电池装置的电路电流平衡设备， 其中所述加法器将该第一比较器的输出、该第二比较器的输出和预定偏置电压相加。
6. —种电池装置的电路电流平衡方法，该电池装置设置有多个电 池堆，每个电池堆是由至少一个电池组成，该设备平衡控制电路的电 路电流，该控制电路连接到该多个电池堆的每一个并用于控制和监视该电池堆的状态，所述方法包括计算和输出在相应电池堆的输出电压和连接到该相应电池堆的控制电路的电压之间的电压差；和向该控制电路的电路电流加上或从中减去与输出一致的假负载电流。
7. 根据权利要求6的电池装置的电路电流平衡方法，还包括 向该输出加上预定偏置电压，以调节在其处产生假负载电流的运行点。
8. 根据权利要求6的电池装置的电路电流平衡方法，其中所述输 出步骤包括将该电池堆两端电压的任一个和该控制电路两端电压的任一个进 行比较；将该电池堆两端电压的另一个和该控制电路两端电压的另一个进 4亍比较；和将两个比较结果相加，继而输出相加的结果，作为最终比较结果。
9. 根据权利要求8的电池装置的电路电流平衡方法， 其中所述比较步骤，将预定偏置电压与每个比较结果相加，将两个相加的结果相加，继而输出再相加的结果，作为最终比较结果。
10. 根据权利要求8的电池装置的电路电流平衡方法， 其中所述比较步骤，将两个比较结果和预定偏置电压相加，并输出相加的结果，作为最终比较结果。
全文摘要
一种电路电流平衡设备，平衡电池装置各单元之间的电路电流。该电路电流平衡设备设置有多个电池堆，每个电池堆是由至少一个电池组成。该设备平衡控制电路的电路电流，该控制电路连接到该多个电池堆的每一个并用于控制和监视该电池堆的状态。该设备还包括比较器，用于计算和输出在相应电池堆的输出电压和连接到该相应电池堆的控制电路的电压之间的电压差；以及电流源，用于向控制电路的电路电流加上或从中减去与比较器的输出一致的假负载电流。
文档编号H02J7/00GK101501955SQ200780028854
公开日2009年8月5日 申请日期2007年7月13日 优先权日2006年7月13日
发明者李达勳, 江口安仁, 谷名正次, 金智浩 申请人:株式会社Lg化学