电池电压均衡装置制造方法
【专利摘要】一种在对锂电池组进行充电时能够均衡每一个锂电池两端的电池电压的电池电压均衡装置。该电池电压均衡装置具有分流开关回路，包含分别连接在相对应的锂电池的两端并用于分流控制相应的锂电池的充电电流的开关部分；均衡参考电压取得回路，根据复数个锂电池的个数对复数个锂电池在充电过程中的总电压进行分压从而取得相对于每一个锂电池的动态平均电压，并取得基于该动态平均电压的动态均衡参考电压；开关控制回路，包含分别与开关部分相对应的复数个开关控制部分，每一个开关控制部分根据对应的锂电池两端的充电电压以及动态均衡参考电压控制对应的开关部分，当充电电压大于等于动态均衡参考电压时，导通开关部分分流相对应的充电电流。
【专利说明】电池电压均衡装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种均衡锂电池组中的每一个锂电池两端的电池电压的电池电压均
衡装置。
【背景技术】
[0002]多节串联锂离子电池组中，由于各节电池的额定电学特性、物理和化学特性存在一定的不匹配性，导致在充放电一段时间之后，单体电池之间的不匹配性加剧，即电池电压不均衡。该电池电压不均衡的具体表现为:电池组结束充电时，部分单体电池电压达到了过充电压值，而部分单体电池电压仍然低于过充电压值，少数电池电压甚至远低于过充电压值；而在电池组结束放电时,也有类似情况发生,从而导致锂电池组中的电压最高的单体电池和电压最低的单体电池之间的电压差值很大。而电压差值会进一步加剧电池之间的电压不均衡和容量不均衡，从而最终严重影响到电池组的实际使用寿命。很多报告指出，单体电池的使用寿命可达500?1000次全充全放周期；而电池组因为上述问题的影响，使用寿命通常只能达到约100次全充全放周期。
[0003]为了解决上述问题，电池组一般会配套电池均衡电路。电池均衡电路和均衡策略种类很多。
[0004]图17是以前的电池电压均衡装置的结构示意图。如图17所示，目前工业界常用的是低成本的电池电压均衡装置10包含电阻放电通路11以及控制信号生成电路12。
[0005]其均衡过程可简述如下:每节锂电池的两端都跨接有一个用电子开关控制通断的电阻放电通路11。利用一个比较器或运算放大器生成控制信号控制一个电子开关的通断。比较器或运算放大器的一个输入是单节锂电池的电压的分压；另一个输入是一个均衡用电压基准值(例如，和比较器共地的齐纳电压源)Vcb，该Vcb为固定电压。这样，在充电时，当单节锂电池电压超过均衡用电压基准值Vcb值时，比较器输出跳转，电子开关被打开，该节单体锂电池对应的电子开关导通，电阻放电，进入该节电池的充电电流被分流，从而降低了该节单体电池充电速率。而其他电池仍然以原先较快的充电速率在充电，这样，这节单体电池和其他电池之间的电压差就会减小。当某一节单体电池率先充到过充电压保护检测值Vdetl时，充电电路中的充电电源关断，停止为整个电池组充电。
[0006]上述的电池电压均衡装置简单有效，控制信号易于生成，因此得到了广泛的应用。但是，其也有不足之处。
[0007]目前常用的电池组过充保护策略是:当一个电池电压超过过充保护阈值Vdetl时，整个电池组停止充电；而当所有单体电池的电压都低于过充电压保护解除阈值Vrell时，电池组才可以恢复充电。对这过充保护加以考虑的话，那么，上述电池电压均衡装置10具有两种设定均衡用电压基准值Vcb的方法。
[0008]图18是以前的电池电压均衡装置中的均衡用电压基准值的一种设定方法的效果图。如图18所示，电池电压均衡装置10采用均衡用电压基准值Vcb〈过充电压保护解除阈值Vrell的方法来设定Vcb。根据该方法即可假定Vdetl=4.3V, Vrel 1=4.2V, Vcb=4.1V。图20中的B1、B2和B3圆球的高度代表图19中的三节锂电池的电压。往Vdetl方向的箭头代表电压升高JiVcb方向的箭头代表电压降低；没有箭头代表电压不变。箭头长短代表充电速率快慢:箭头长代表充电速率快，箭头短代表充电速率慢，箭头长度相等代表充电速率相等。
[0009]采用该种方法的电池电压均衡装置的缺点在于:
[0010]a.在均衡后期，当所有单体锂电池的电压都高于Vcb时，所有的均衡放电通路都导通，此时各个单体电池的充电速率又都一样，各个电池之间的电压差距无法再进一步缩小，电池电压均衡装置10就失去了调节充电速率的作用。如果这种差距很大，特别是Vcb远小于Vrell时，电池电压均衡装置10就仅仅是一定程度上减小了电压的不均衡，而无法大大缩小甚至消除这种不均衡。
[0011]b.当某节锂电池的电压到达Vdetl后，充电停止，但是该锂电池仍然通过电池电压均衡装置10放电直至电压小于Vrell ;当单体锂电池电压小于Vrell时，充电保护解除，充电又开始，该电池的电压又会逐渐增加至Vdetl，充电停止……如此永远地循环往复下去直至充电电源被拔掉。在此循环往复过程中，大量的热量生成，电池组、电路板和电路板上的MOSFET的使用寿命都将受到影响。
[0012]图19是以前的电池电压均衡装置中的均衡用电压基准值的采用另一种设定方法的效果图。如图19所示，电池电压均衡装置10采用过充保护阈值Vdetl〉均衡用电压基准值Vcb>过充电压保护解除阈值Vrell的方法来设定Vcb，此时即可假定Vdetl=4.3V, Vrel 1=4.2V, Vcb=4.25V。图19中的符号和箭头以及箭头长短的含义与图18中的相同。由此可见，改种方法的缺点在于如果充电一开始电池电压就有较大的不均衡，那么当均衡过程进入结束态时，有可能仍然有部分单体电池之间存在较大的电压差异。
[0013]综上，该两种Vcb的设定方法虽然都很简单，但是都有很明显的缺点。这些缺点导致电池电压均衡装置10控制`均衡的功能较差，均衡的效果在实际应用中不尽如人意。
【发明内容】
[0014]本发明的目的在于提供一种控制锂电池电压均衡更好的电池电压均衡装置。
[0015]本发明提供的一种电池电压均衡装置，在对串联在一起的复数个锂电池进行充电时能够均衡每一个锂电池两端的电池电压，其特征在于，包括分流开关回路，包含分别与复数个锂电池相对应的复数个开关部分，每一个开关部分连接在对应的锂电池的两端，用于对相应的锂电池的充电电流进行分流控制；均衡参考电压取得回路，根据复数个锂电池的个数对复数个锂电池在充电过程中的总电压进行分压从而取得相对于每一个锂电池的动态平均电压，并根据该动态平均电压取得对应于每一个锂电池的动态均衡参考电压；以及开关控制回路，包含分别与开关部分相对应的复数个开关控制部分，每一个开关控制部分根据对应的锂电池两端的充电电压以及动态均衡参考电压控制对应的开关部分，当充电电压大于等于动态均衡参考电压时，导通开关部分从而分流相对应的充电电流，当充电电压小于动态均衡参考电压时，关闭开关部分从而使得相对应的充电电流全部流经对应的锂电池。
【专利附图】
【附图说明】[0016]图1是本发明在实施例一中的电池电压均衡装置的框图；
[0017]图2是本发明在实施例一中的电池电压均衡装置的结构示意图；
[0018]图3是本发明在实施例一中的电池电压均衡装置的电路图；
[0019]图4是本发明在实施例一中的电池电压均衡装置的效果图；
[0020]图5是本发明在实施例二中的电池电压均衡装置的框图；
[0021]图6是本发明在实施例二中的电池电压均衡装置的结构示意图；
[0022]图7是本发明在实施例二中的电池电压均衡装置的电路图；
[0023]图8是本发明在实施例二中的电池电压均衡装置的效果图；
[0024]图9是本发明在实施例三中的电池电压均衡装置的框图；
[0025]图10是本发明在实施例三中的电池电压均衡装置的结构示意图；
[0026]图11是本发明在实施例三中的电池电压均衡装置的电路图；
[0027]图12是本发明在实施例三中的电池电压均衡装置的效果图；
[0028]图13是本发明在实施例四中的电池电压均衡装置的框图；
[0029]图14是本发明在实施例四中的电池电压均衡装置的结构示意图；
[0030]图15是本发明在实施例四中的电池电压均衡装置的电路图；
[0031]图16是本发明在实施例四中的电池电压均衡装置的效果图；
[0032]图17是以前的电池电压均衡装置的结构示意图；
[0033]图18是以前的电池电压均衡装置中的均衡电压基准源的一种设定方法的效果图；
[0034]图19是以前的电池电压均衡装置中的均衡电压基准源的另一种设定方法的效果图。
【具体实施方式】
[0035]本发明提供的一种电池电压均衡装置，在对串联在一起的复数个锂电池进行充电时能够均衡每一个锂电池两端的电池电压，其作为具体实施形态可以包括分流开关回路，包含分别与复数个锂电池相对应的复数个开关部分，每一个开关部分连接在对应的锂电池的两端，用于对相应的锂电池的充电电流进行分流控制；均衡参考电压取得回路，根据复数个锂电池的个数对复数个锂电池在充电过程中的总电压进行分压从而取得相对于每一个锂电池的动态平均电压，并根据该动态平均电压取得对应于每一个锂电池的动态均衡参考电压；以及开关控制回路，包含分别与开关部分相对应的复数个开关控制部分，每一个开关控制部分根据对应的锂电池两端的充电电压以及动态均衡参考电压控制对应的开关部分，当充电电压大于等于动态均衡参考电压时，导通开关部分从而分流相对应的充电电流，当充电电压小于动态均衡参考电压时，关闭开关部分从而使得相对应的充电电流全部流经对应的锂电池。
[0036]作为一种具体实施形态，本发明提供的电池电压均衡装置的均衡参考电压取得回路可以包含有对总电压进行分压的分压器；把该分压器输出的动态平均电压转换成对应的动态平均电流的电压电流转换器；根据该动态平均电流取得对应于每一个锂电池的动态均衡参考电流的电流镜像器；以及把该动态均衡参考电流转换成对应的动态均衡参考电压的电流电压转换器，[0037]开关控制部分含有运算放大器，该运算放大器根据对应的充电电压以及动态均衡参考电压输出一个开关控制信号，
[0038]开关部分由电阻以及NMOS管构成，电阻的一端连接对应的锂电池的高电位端，电阻的另一端连接NMOS管的漏极，NMOS管的源极连接对应的锂电池的低电位端，NMOS管的栅极接受开关控制信号。
[0039]该实施形态中，本发明体提供的电池电压均衡装置的均衡终止判断回路可以根据充电电压和平均电压中的至少一种电压以及与过充保护阈值相对应而设定的至少一个均衡终止设定阈值，在复数个锂电池中的任何一个发生过充时，作出均衡终止判断并使得所有开关部分处于关闭状态。
[0040]该实施形态中，本发明体提供的电池电压均衡装置的均衡终止判断回路由一个均衡终止判断用比较器和一个使能判断逻辑电路构成，
[0041]均衡终止判断用比较器从分压器的输出端接受与动态平均电压相对应的对应电压以及接受均衡终止设定阈值，当对应电压大于等于均衡终止设定阈值时，输出均衡终止信号，
[0042]使能判断逻辑电路根据均衡终止信号以及发生过充时由外部过充保护电路提供的过充抑制信号，输出使能不可信号给电压电流转换器的使能端，该电压电流转换器输出不使能信号使得所有开关部分处于关闭状态。
[0043]该实施形态中，本发明提供的电池电压均衡装置的均衡终止判断回路由与复数个锂电池分别相对应的复数个均衡终止判断用比较器，一个电平转换逻辑电路和一个使能判断逻辑电路构成，
[0044]均衡终止判断用比较器接受与对应的锂电池的充电电压相对应的对应电压以及接受均衡终止设定阈值，当对应电压大于等于均衡终止设定阈值时，输出满充阈值信号，
[0045]电平转换逻辑电路的复数个输入端分别与复数个均衡终止判断用比较器的输出端相连接，当复数个均衡终止判断用比较器都输出满充阈值信号时，电平转换逻辑电路输出均衡终止信号，
[0046]使能判断逻辑电路根据均衡终止信号以及发生过充时由外部过充保护电路提供的过充抑制信号，输出使能不可信号给电压电流转换器的使能端，该电压电流转换器输出不使能信号使得所有开关部分处于关闭状态。
[0047]该实施形态中，本发明提供的电池电压均衡装置的均衡终止判断回路包含第一均衡终止判断回路，第二均衡终止判断回路以及使能判断逻辑电路，
[0048]第一均衡终止判断回路由与复数个锂电池分别相对应的复数个第一均衡终止判断用比较器以及一个电平转换逻辑电路，
[0049]第一均衡终止判断用比较器接受与对应的锂电池的充电电压相对应的第一对应电压以及接受第一均衡终止设定阈值，当第一对应电压大于等于第一均衡终止设定阈值时，输出满充阈值信号，
[0050]电平转换逻辑电路的复数个输入端分别与复数个第一均衡终止判断用比较器的输出端相连接，当复数个第一均衡终止判断用比较器都输出满充阈值信号时，电平转换逻辑电路输出第一均衡终止信号，
[0051]第二均衡终止判断回路含有一个第二均衡终止判断用比较器，[0052]第二均衡终止判断用比较器从分压器的输出端接受与动态平均电压相对应的第二对应电压以及接受第二均衡终止设定阈值，当第二对应电压大于等于第二均衡终止设定阈值时，输出第二均衡终止信号，
[0053]使能判断逻辑电路根据第一均衡终止信号，第二均衡终止信号以及发生过充时由外部过充保护电路提供的过充抑制信号，输出使能不可信号给电压电流转换器的使能端，该电压电流转换器输出不使能信号使得所有开关部分处于关闭状态。
[0054]该实施形态中，在本发明提供的电池电压均衡装置中，当第一对应电压以预设比例与相对应的锂电池的充电电压相对应，第二对应电压以预设比例与动态平均电压相对应时，第一均衡终止设定阈值小于第二均衡终止设定阈值。
[0055]作为另一种具体实施形态，本发明提供的电池电压均衡装置的均衡参考电压取得回路可以包含对总电压进行分压的分压器；把该分压器输出的动态平均电压转换成对应的动态平均电流的电压电流转换器；根据该动态平均电流取得对应于每一个锂电池的动态均衡参考电流的电流镜像器；以及把该动态均衡参考电流转换成对应的动态均衡参考电压的电流电压转换器，
[0056]开关控制部分含有开关控制用比较器，该开关控制用比较器根据对应的充电电压以及动态均衡参考电压输出一个开关控制信号，
[0057]开关部分由电阻以及PMOS管构成，电阻的一端连接对应的锂电池的低电位端，电阻的另一端连接PMOS管的源极，PMOS管的漏极连接对应的锂电池的高电位端，PMOS管的栅极接受开关控制信号。
[0058]该实施形态中的电池电压均衡装置的均衡终止判断回路能够根据充电电压和平均电压中的任何一种电压以及与过充保护阈值相对应而设定的至少一个均衡终止设定阈值，在复数个锂电池中的任何一个发生过充时，作出均衡终止判断并使得所有开关部分处于关闭状态。
[0059]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明提供的电池电压均衡装置进行详细阐述。
[0060]实施例一
[0061]图1是本实施例一中的电池电压均衡装置的框图；图2是本发明在实施例一中的电池电压均衡装置的结构示意图。如图1、2所示，一种电池电压均衡装置100具有分流开关回路110、均衡参考电压取得回路120、开关控制回路130。该电池电压均衡装置100的功能在于在对串联在一起的三个锂电池(B1\B2\B3)构成的锂电池组进行充电时能够均衡每一个锂电池两端的电池电压。
[0062]图3是本发明在实施例一中的电池电压均衡装置的电路图。如图3所示，分流开关回路110用于对相应的锂电池的充电电流进行分流控制，具有与锂电池BI相对应的开关部分111、与锂电池B2相对应的开关部分112、与锂电池B3相对应的开关部分113。
[0063]该三个开关部分分别连接在对应的锂电池的两端，都是由电阻以及NMOS管构成。电阻的一端连接对应的锂电池的高电位端，另一端连接NMOS管的漏极。NMOS管的源极连接对应的锂电池的低电位端，NMOS管的栅极与开关控制回路130的输出端相连接以接受开关控制回路130所输出的开关控制信号。
[0064]均衡参考电压取得回路120具有分压器121、电压电流转换器122、电流镜像器123、电流电压转换器124。[0065]分压器121由电阻R1、电阻R2、电阻R3三者依次串联而成。其中，电阻Rl的一端连接锂电池组的低电位端VSS，电阻R3的一端连接连接锂电池组的高电位端VDD，另一端连接电阻R2的一端的同时还连接有电压电流转换器122的一个输入端。
[0066]该三个电阻的阻值之间的关系为电阻R3的阻值等于电阻R2和电阻Rl的总阻值的两倍，即R3=2*(R1+R2)。从而分压器121根据了锂电池的个数为三个来对锂电池组的总电压进行分压，并得到了相对于每一个锂电池的动态平均电压V_avg。
[0067]电压电流转换器122的功能在于把分压器121输出的动态平均电压V_avg转换成对应的动态平均电流I_avg。为了该功能,其采用了包括单位增益放大器(buffer, BUF)、电容Cl、由NMOS管构成的电流源NI的结构。
[0068]BUF129的正相输入端连接电阻R3接收分压器121发出的动态平均电压V_avg，BUF129的负相输入端连接的负相输入端连接该BUF129的输出端。在该BUF129上还设有两个连接端，其中一个连接端连接一个基准电压源，另一个连接端连接锂电池组的低电位端VSS。该BUF所连接的基准电压源可以齐纳基准源产生，而本实施例中的基准电压源为5V。
[0069]电容Cl的一端连接BUF的输出端，另一端连接锂电池组的低电位端VSS。
[0070]电流源NI的栅极连接BUF的输出端，其源极连接锂电池的低电位端VSS，其漏极作为电压电流转换器122的输出端来与电流镜像器123相连接。
[0071]电流镜像器123的功能为根据动态平均电流I_avg取得对应于每一个锂电池的动态均衡参考电流。该电流镜像器123具有由一个PMOS管构成的电流源P1、由一个PMOS管构成的电流镜P2、由一个PMOS管构成的电流镜P3、由一个PMOS管构成的电流镜P4构成。
[0072]电流源Pl的栅极连接有电流镜P2的栅极、电流镜P3的栅极、电流镜P4的栅极、以及电流源Pl的源极。电流源Pl的源极还连接电压电流转换器122中的电流源NI的漏极。电流源Pl的的漏极连接锂电池组的高电位端VDD。
[0073]电流镜P2的漏极、电流镜P3的漏极、电流镜P4的漏极都分别连接锂电池组的负端VDD，电流镜P2的源极、电流镜P2的源极、电流镜P3的源极都分别连接电流电压转换器124的三个输入端。
[0074]电流镜像器123通过以上的结构根据动态平均电流I_avg获得了三个对应于每一个锂电池的动态均衡参考电流 I_avgl、I_avg2、I_avg3, I_avgl=I_avg2=I_avg3=I_avg/η(n为大于零的实数)。I_avgl从电流镜P4的源极流向电流电压转换器124的对应于锂电池BI的输入端。I_avg2从电流镜P3的源极流向电流电压转换器124的对应于锂电池B2的输入端。I_avg3从电流镜P2的源极流向电流电压转换器124的对应于锂电池B3的输入端。
[0075]电流电压转换器124具有分别对应于三个锂电池的电流电压转换回路125、电流电压转换回路126、电流电压转换回路127。电流电压转换回路125对应于锂电池BI，电流电压转换回路126对应于锂电池B2，电流电压转换回路127对应于锂电池B3。
[0076]每一个电流电压转换回路都是由电阻构成。电流电压转换回路125中的电阻R4的一端连接电流镜P4的源极以及电流电压转换器124的一个输入端，另一端连接锂电池BI的低电位端。电流电压转换回路126中的电阻R5的一端连接电流镜P3的源极以及电流电压转换器124的另一个输入端，另一端连接锂电池B2的低电位端。电流电压转换回路127中的电阻R6的一端连接电流镜P2的源极以及电流电压转换器124的其次一个输入端，另一端连接锂电池B3的低电位端。
[0077]该电流电压转换器124的功能在于把动态均衡参考电流I_avgl、I_avg2、I_avg3分别转换成对应的动态均衡参考电压Vcbl、Vcb2、Vcb3，Vcbl=Vcb2=Vcb3。
[0078]开关控制回路130包含与开关部分111相对应的开关控制部分131、与开关部分112相对应的开关控制部分132、与开关部分113相对应的开关控制部分133。
[0079]从而开关控制部分131接受电流电压转换回路125输出的动态均衡参考电压Vcbl，开关控制部分132接受电流电压转换回路126输出的动态均衡参考电压Vcb2，开关控制部分133接受电流电压转换回路127输出动态均衡参考电压Vcb3。
[0080]每一个开关控制部分都是由一个分压器和一个运算放大器构成的。每一个分压器都是由两个电阻构成。
[0081]开关控制部分131中的分压器134由电阻R7和电阻R8构成，电阻R7的一端连接锂电池BI的高电位端，另一端连接有电阻R8的一端以及开关控制部分131中的分压器135的正相输入端。电阻R8的另一端连接锂电池BI的低电位端。将锂电池BI两端的实时电压记作Vbl，该分压器134输出的分压电压为(Vbl)/n，从而比较器135的正相输入端接受到的电压为(Vbl)/n，负相输入端接受动态均衡参考电压Vcbl，比较器135根据(Vbl)/n和Vcbl输出一个控制开关部分111的信号contl。
[0082]开关控制部分132中的分压器136由电阻R9和电阻RlO构成，电阻R9的一端连接锂电池B2的高电位端，另一端连接有电阻RlO的一端以及开关控制部分132中的分压器137的正相输入端。电阻RlO的另一端连接锂电池B2的低电位端。将锂电池B2两端的实时电压记作Vb2，该分压器136输出的分压电压为(Vb2)/n，从而比较器137的正相输入端接受到的电压为(Vb2)/n，负相输入端接受动态均衡参考电压Vcb2，比较器137根据(Vb2)/n和Vcb2输出一个控制开关部分112的信号cont2。
[0083]开关控制部分133中的分压器138由电阻Rl I和电阻R12构成，电阻Rl I的一端连接锂电池B3的高电位端，另一端连接有电阻Rll的一端以及开关控制部分133中的分压器138的正相输入端。电阻Rll的另一端连接锂电池B3的低电位端。将锂电池B3两端的实时电压记作Vb3，该分压器136输出的分压电压为(Vb3)/n，从而比较器137的正相输入端接受到的电压为(Vb3) /n,负相输入端接受动态均衡参考电压Vcb3，比较器139根据(Vb3)/n和Vcb3输出一个控制开关部分113的信号cont3。
[0084]开关部分111由电阻R13和NMOS管N2构成。NMOS管N2的栅极与比较器135的输出端从而接受信号contl。
[0085]开关部分112由电阻R14和NMOS管N3构成。NMOS管N3的栅极与比较器137的输出端从而接受信号cont2。
[0086]开关部分112由电阻R15和NMOS管N4构成。NMOS管N4的栅极与比较器139的输出端从而接受信号cont3。
[0087]该电池电压均衡装置100对锂电池组进行充电的时候充电电源会按照图3所示的充电电流方向来对电池组进行充电，分压器121实时根据锂电池组的总电压和锂电池的个数来输出动态平均电压，电压电流转换器122实时输出动态平均电流。电流镜像电路根据该动态平均电流来镜像出三个大小相同的I_avgl、I_avg2、I_avg3。电流电压转换器126将该大小相同的I_avgl、I_avg2、I_avg3分别转换为大小也相同的Vcbl、Vcb2、Vcb3。[0088]比较器135根据Vcbl以及与该Vcbl相对应的电压(Vbl)/n来输出信号contl。当Vcbl大于(Vbl)/n时，比较器135输出一个低电平，开关部分111的NMOS管N2不导通，即开关部分111处于关闭状态，从而开关部分111不会流向锂电池BI的充电电流进行分流。当Vcbl小于(Vbl)/n时，比较器135输出一个高电平，开关部分111的NMOS管N2导通，即开关部分111处于导通状态，开关部分111对流向锂电池B2的充电电流进行分流。流过锂电池BI的充电电流就会变小，从而锂电池BI的充电速度减慢。
[0089]比较器137和比较器139的结构与比较器135完全相同，并且连接关系也与比较器135的连接关系相一致，从而其工作原理也与比较器135相同。
[0090]这样该电池电压均衡装置100在锂电池组被充电的过程中不断地使得所有的电池的电压都趋向于三者的平均电压，从而实时的均衡所有锂电池的电压。
[0091 ] 图4是本实施例中的电池电压均衡装置的效果图。如图4所示，图4中的B1\B2\B3符号分别代表图2中的三个锂电池，图4中的箭头以及箭头长短的含义与图20中的相同，在此省略说明。另外，图4中的锂电池组的起始充电状况与图20中的锂电池组的起始充电状况是相同的。
[0092]状态I为锂电池组中所有的锂电池都在被充电中，电池电压均衡装置100以动态平均电压V_avg作为一种均衡所有锂电池的电压的均衡基准值来均衡所有锂电池的电压。
[0093]状态2为锂电池组中所有的锂电池依然都在被充电均衡中，电池电压均衡装置100使使得所有锂电池之间的电压差距越来越小。
[0094]状态3中，锂电池BI的电压达到过充电压检测阈值Vdetl，充电停止。锂电池组为电池电压均衡装置内部的构成元件进行供电。显然此时的锂电池BI的电压大于动态平均电压，从而NMOS管N2是处于导通状态的。从而锂电池BI比锂电池B2和B3放电快，从而锂电池BI的电压向动态平均电压靠近，从而电池电压均衡装置100依然在以动态均衡参考电压为基准来均衡所有锂电池的电压。
[0095]状态4中，锂电池B3的电压降到Vrell以下，过充保护解除，充电重新开始，电池电压均衡装置100再次在所有锂电池被充电的情况下继续均衡所有锂电池的电压。
[0096]状态5中，所有锂电池都在被充电中，均衡中，最终电池电压均衡装置100的均衡作用使得电池电压之间的差距很小。
[0097]在以上周而复始的均衡中，所有的锂电池的电压都会越来越接近与动态平均电压，电池电压均衡装置100的均衡作用持续，最终会达到所有的电池的电压相等。图4中的后续状态为锂电池组再次被停止充电的情况，显然，此时，三个锂电池的电压相差已经很微小了。
[0098]实施例一的作用与效果
[0099]综上所述，本实施例中的电池电压均衡装置100通过均衡参考电压取得回路120来取得动态平均电压并根据动态平均电压来获得动态均衡参考电压，从而以该动态均衡参考电压与一个既与相对应的锂电池的实时电压相对应又于动态均衡参考电压相对应的分压电压来控制所有锂电池的均衡，使得所有的锂电池的电压都向动态平均电压靠近，从而大大缩小了所有锂电池之间的电压差，很好地均衡了所有锂电池的电压。另外，该电池电压均衡装置100是通过纯硬件来实现的，电路设计简单，易于实现。此外，该电池电压均衡回路还可以直接搭配低成本的电阻放电均衡电路使用，既达到理想均衡效果又成本低，易推广。
[0100]上述实施例中的开关控制回路130中采用的运算放大器来根据相对应的锂电池的实时电压和动态均衡参考电压来输出控制相对应的开关部分的信号，显然，开关控制回路13中，还可以通过采用比较器等其他构件来代替运算放大器来实现根据相对应的锂电池的实时电压和动态均衡参考电压来输出控制相对应的开关部分的信号的效果。
[0101]上述实施例中的分流开关回路110中的所有开关部分都是由电阻和N MOS管构成的，显然，开关部分还可以由电阻以及PMOS管构成。
[0102]当开关部分由电阻以及PMOS管构成时，电阻的一端连接对应的锂电池的低电位端，电阻的另一端连接所述PMOS管的源极，PMOS管的漏极连接对应的锂电池的高电位端，PMOS管的栅极接受开关控制信号，这样既实现了与上述的分流开关回路110相同的功能。
[0103]实施例二
[0104]以下是对实施例二的说明。对于和实施例一中相同的构成要素，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0105]图5是本实施例二中的电池电压均衡装置的框图；图6是本实施例二中的电池电压均衡装置的结构示意图。如图5、6所示，一种电池电压均衡装置200具有在实施例一中的电池电压均衡装置100所含有的构成要素外，还具有一个均衡终止判断回路240。
[0106]该电池电压均衡装置200的功能也在于在对串联在一起的三个锂电池(Bl\B2\B3)构成的锂电池组进行充电时能够均衡每一个锂电池两端的电池电压。其电压电流转换器222中的BUF具有如实施例一中的BUF的结构外，还具有一个使能信号输入端。
[0107]而电池电压均衡装置200中的均衡终止判断回路240的功能则在于根据动态平均电压以及与过充保护阈值相对应而设定的一个均衡终止设定阈值Vcbstop2，在三个锂电池中的任何一个发生过充时，作出均衡终止判断并使得所有开关部分处于关闭状态。
[0108]而该均衡终止判断回路240是通过具有一个均衡终止判断用比较器241和一个使能判断逻辑电路242的结构来实现以上功能的。
[0109]均衡终止判断用比较器241从分压器121的另一个输出端接受一个对应电压以及接受均衡终止设定阈值Vcbst0p2，其中，对应电压等于V_avg/m (m为大于零的实数)且对应于均衡终止设定阈值。当对应电压大于等于均衡终止设定阈值时，均衡终止判断用比较器241即会输出一个均衡终止信号。
[0110]使能判断逻辑电路242根据均衡终止信号以及发生过充时由外部过充保护电路150提供的过充抑制信号，输出使能不可信号给电压电流转换器222的使能端，该电压电流转换器222输出不使能信号使得所有开关部分处于关闭状态。
[0111]本实施例中假定电阻Rl的阻值等于8.58r，电阻R2的阻值等于3.08r，电阻R3的阻值等于1.2r，锂电池的过充保护阈值为4.3V，过充保护接触与之为4.1，锂电池组的低电位端VSS为零。
[0112]图7是本发明在实施例二中的电池电压均衡装置的电路图。如图7所示，均衡终止判断用比较器241的正相输入端连接于电阻Rl和电阻R2之间，从而接受到的电位为电阻Rl的高电位端的电位，该电位为(12*V_avg)/43，从而对应电压即为(12*V_avg)/43。均衡终止判断用比较器241的负相输入端接受一个齐纳基准源所输出的均衡终止设定阈值
1.2V的电位。均衡终止判断用比较器241的输出端与使能判断逻辑电路242的一个输入端相连接。
[0113]均衡终止判断用比较器241将均衡终止设定阈值1.2V与对应电压(12*V_avg)/43相比较，从而在对应电压大于等于均衡终止设定阈值时输出一个均衡终止信号给使能判断逻辑电路242。
[0114]使能判断逻辑电路242由一个二输与非门构成。使能判断逻辑电路242的另一输入端接受过充抑制信号。使能判断逻辑电路242的输出端连接电压电流转换器222中的BUF229的使能信号输入端。
[0115]由于使能判断逻辑电路242具有以上结构，从而其能够根据过充抑制信号以及均衡终止信号来输出使能不可信号给电压电流转换器222的使能端，而电压电流转换器222则输出不使能信号来增大电压电流转换回路222输出的动态平均电流，使得开关控制回路130中的比较器都输出一个低电平，从而所有开关部分处于关闭状态，电池电压均衡装置200不能再对锂电池组中的锂电池进行电压均衡。
[0116]图8是本实施例二中的电池电压均衡装置的效果图。如图8所示，图8中的Bl\B2\B3符号分别代表图6中的三个锂电池，图8中的箭头长短的含义与图6中的相同，在此省略说明。并且图8中的锂电池组的起始充电状况与图4中的锂电池组的起始充电状况是相同的。
[0117]状态I中的锂电池组中所有的锂电池都在被充电中，电池电压均衡装置200以动态平均电压V_avg作为一种均衡所有锂电池的电压的均衡基准值来均衡所有锂电池的电压。
[0118]状态2为锂电池组中所有的锂电池依然都在被充电均衡中，电池电压均衡装置200使使得所有锂电池之间的电压差距越来越小。
[0119]状态3中，锂电池BI的电压达到过充电压检测阈值Vdetl但是锂电池组的得到的对应电压的值还小于均衡终止设定阈值1.2v，充电停止。锂电池组为电池电压均衡装置内部的构成元件进行供电。显然此时的锂电池BI的电压大于动态平均电压，从而NMOS管N2是处于导通状态的。从而锂电池BI比锂电池B2和B3放电快，从而锂电池BI的电压向动态平均电压靠近，从而电池电压均衡装置200依然在以动态均衡参考电压为基准来均衡所有锂电池的电压。
[0120]状态4中，锂电池B3的电压降到过充保护解除阈值Vrell4.1以下，过充保护解除，充电重新开始，电池电压均衡装置200再次在所有锂电池被充电的情况下继续均衡所有锂电池的电压。
[0121]状态5中，所有锂电池都在被充电中，均衡中，所有锂电池之间电池电压之间的差
距很小。
[0122]状态6中，当对应于所有的锂电池的动态平均电压的对应电压大于均衡终止设定阈值时，必然有至少一个锂电池处于过充状态，电池电压均衡装置200的均衡作用停止，三个锂电池以相同的充电速率快速充电，锂电池BI的电压再次到达过充保护阈值4.3V，充电再次停止。显然，此时，三个锂电池的电压相差非常微小，而且该三个锂电池的电压差明显小于采用实施例一中的电池电压均衡装置100在该状态时三个锂电池的电压差。
[0123]实施例二的作用与效果
[0124]本实施例二中的电池电压均衡装置200在采用了均衡参考电压取得回路220来获得动态平均电压，并根据该动态平均电压来得出一个动态均衡参考电压，从而控制分流开关回路来使得锂电池组中的所有锂电池的电压都向平均电压靠拢，从而减小所有锂电池之间的电压差，均衡了电池组中的所有锂电池的电压。另外，其还采用了均衡终止判断回路150来在所有锂电池的基于动态平均电压的对应电压大于均衡终止设定阈值时，停止均衡，使得电池组就进入既不充电也不通过均衡放电的状态，这样既避免了均衡放电浪费电量，同时又避免了电池在充电-放电两个状态中反复切换的问题，减少了热量产生，延长了系统使用寿命。另外，本专利电路利用过充保护信号不动作的状态强制地屏蔽均衡关闭控制信号，即使满足了均衡终止判断用比较器输出均衡终止信号，如果所有锂电池中没有一个到达过充状态，电池电压均衡电路也仍然不会停止均衡功能，直至检测到过充电压，过充保护信号动作。这样就确保了停止均衡时，所有锂电池的电压都达到或非常接近过充保护阈值。此外，其还采用简单的硬件架构实现了平均电压值采样、不共地但大小等于平均电压值的均衡基准源、均衡停止判定电路、均衡停止电路、均衡停止屏蔽电路等功能，实现了电路设计较为简单的目标。其次，该电池电压均衡回路还可以直接搭配低成本的电阻放电均衡电路使用，既达到理想均衡效果又成本低，易推广。
[0125]实施例三
[0126]以下是对实施例三的说明。对于和实施例一中相同的构成要素，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0127]图9是本实施例三中的电池电压均衡装置的框图；图10是本实施例二中的电池电压均衡装置的结构示意图。如图9、10所示，一种电池电压均衡装置300具有在实施例一中的电池电压均衡装置100所含有的构成要素外，还具有一个均衡终止判断回路340。
[0128]该电池电压均衡装置300的功能也在于在对串联在一起的三个锂电池(Bl\B2\B3)构成的锂电池组进行充电时能够均衡每一个锂电池两端的电池电压。其电压电流转换器322中的BUF329具有如实施例一中的BUF129的结构外，还具有一个使能信号输入端。
[0129]而电池电压均衡装置300中的均衡终止判断回路340的功能则在于根据每个电池的充电电压以及与过充保护阈值相对应而设定的一个均衡终止设定阈值，在三个锂电池中的任何一个发生过充时，作出均衡终止判断并使得所有开关部分处于关闭状态。
[0130]均衡终止判断回路340由与三个锂电池分别相对应的三个均衡终止判断用比较器，一个电平转换逻辑电路344和一个使能判断逻辑电路345构成。
[0131]每个均衡终止判断用比较器的正相输入端从对应的锂电池接受与该锂电池的充电电压相对应的对应电压，其负相输入端接受上述的均衡终止设定阈值Vstopl，当对应电压大于等于均衡终止设定阈值Vstopl时，其输出端输出一个满充阈值信号给电平转换逻辑电路344。
[0132]该三个均衡终止判断用比较器分别为均衡终止判断用比较器341、均衡终止判断用比较器342、均衡终止判断用比较器343。其中均衡终止判断用比较器341与锂电池BI相对应，均衡终止判断用比较器342与锂电池B2相对应，均衡终止判断用比较器343与锂电池B3相对应。假定锂电池BI的实时充电电压为Vbl，则与Vbl相对应的对应电压为Vbl/n(n为大于零的实数)，从而n*Vstopl得到的值接近于过充保护阈值。
[0133]图11是本实施例二中的电池电压均衡装置的电路图。如图11所示，电平转换逻辑电路344由三个PMOS管P5、P6、P7和三个电阻R30、R31、R32以及三输或非门N0R3构成。[0134]PMOS管P5的栅极、PMOS管P6的栅极、PMOS管P7的栅极三者构成了电平转换逻辑电路344的三个输入端，分别与上述三个均衡终止判断用比较器的输出端相连接。PMOS管P5的漏极、PMOS管P6的漏极、PMOS管P7的漏极都连接锂电池组的高电位端VDD。PMOS管P5的源极连接电阻R30的一端以及三输或非门N0R3的一个输入端，电阻R30的另一端连接锂电池组的低电位端。PMOS管P6的源极连接电阻R31的一端以及三输或非门N0R3的另一个输入端，电阻R31的另一端连接锂电池组的低电位端。PMOS管P7的源极连接电阻R32的一端以及三输或非门N0R3的其次一个输入端，电阻R32的另一端连接锂电池组的低电位端。
[0135]三输或非门N0R3的输出端连接使能判断逻辑电路345，从而在三个均衡终止判断用比较器都输出满充阈值信号时，其输出端输出一个均衡终止信号，即，电平转换逻辑电路344在三个均衡终止判断用比较器都输出满充阈值信号时输出一个均衡终止信号。
[0136]使能判断逻辑电路345由一个二输与非门NAND2构成，其一个输入端接受均衡终止信号，另一个输入端接受发生过充时由外部过充保护电路提供的过充抑制信号，从而根据均衡终止信号以及过充抑制信号输出使能不可信号给电压电流转换器的使能端。
[0137]该电压电流转换器输出不使能信号使得动态平均电流增大，从而电流镜像回路123输出的三个动态均衡参考电流也相应增大，开关控制回路130中的所有比较器都输出低电位，分流开关回路110中的所有开关部分都处于关闭状态，即电池电压均衡电路停止对电池电压的均衡。
[0138]该电池电压均衡装置的工作过程如下:
[0139]首先，在对锂电池组充电开始的时候，过充保护电路输出的信号为低电平，锂电池组中的锂电池都在被充电中。
[0140]其次，电池电压均衡装置300不停地采样动态平均电压，并将该动态平均电压转换为不共地的动态均衡参考电压，电池电压均衡装置300始终在均衡所有锂电池的电压。
[0141]然后，三个锂电池中的的电压都没有达到过充保护电压，均衡继续，当三个锂电池中有一个锂电池的的电压达到过充保护电压，过充保护电路输出的信号为高电平。
[0142]接着，当所有的电池电压都大于对应电压时均衡停止，锂电池组既不充电也不放电，电池组进入稳定状态。否则电池电压继续均衡中，如果过充保护解除则重新从充电开始重复以上动作，如果过充保护未解除，锂电池组继续均衡放电直到所有的电池电压都大于对应电压时均衡停止。
[0143]图12是本实施例二中的电池电压均衡装置的效果图。如图12所示，图12中的B1\B2\B3符号分别代表图10中的三个锂电池，图12中的箭头以及箭头长短的含义与图4中的相同，在此省略说明。并且图12中的锂电池组的起始充电状况与图4中的锂电池组的起始充电状况是相同的。
[0144]状态I中的锂电池组中所有的锂电池都在被充电中，电池电压均衡装置300以动态平均电压V_avg作为一种均衡所有锂电池的电压的均衡基准值来均衡所有锂电池的电压。
[0145]状态2为锂电池组中所有的锂电池依然都在被充电均衡中，电池电压均衡装置300使使得所有锂电池之间的电压差距越来越小。
[0146]状态3中，锂电池BI的电压达到过充电压检测阈值Vdetl但是锂电池组的所有电池的充电电压都还小于均衡终止设定阈值Vstopl时，充电停止。锂电池组为电池电压均衡装置内部的构成元件进行供电。显然此时的锂电池BI的电压大于动态平均电压，从而NMOS管N2是处于导通状态的。从而锂电池BI比锂电池B2和B3放电快，从而锂电池BI的电压向动态平均电压靠近，从而电池电压均衡装置300依然在以动态均衡参考电压为基准来均衡所有锂电池的电压。
[0147]状态4中，锂电池B3的电压降到过充保护解除阈值Vrell以下，过充保护解除，充电重新开始，电池电压均衡装置300再次在所有锂电池被充电的情况下继续均衡所有锂电池的电压。
[0148]状态5中，所有锂电池都在被充电中，均衡中，所有锂电池之间电池电压之间的差
距很小。
[0149]状态6中，所有的锂电池的对应电压大于均衡终止设定阈值，此时，必然有至少一个锂电池处于过充状态，电池电压均衡装置300的均衡作用停止，三个锂电池以相同的充电速率快速充电，锂电池BI的电压再次到达过充保护阈值，充电再次停止。显然，此时，三个锂电池的电压相差非常微小，而且该三个锂电池的电压差明显小于采用实施例一中的电池电压均衡装置100在该状态时三个锂电池的电压差。
[0150]实施例三的作用与效果
[0151 ] 本实施例三中的电池电压均衡装置300在采用了均衡参考电压取得回路320来获得动态平均电压，并根据该动态平均电压来得出一个动态均衡参考电压，从而控制分流开关回路来使得锂电池组中的所有锂电池的电压都向动态平均电压靠拢，从而减小所有锂电池之间的电压差，均衡了电池组中的所有锂电池的电压。另外，其还采用了均衡终止判断回路340来在基于所有锂电池的实时充电电压的对应电压大于均衡终止设定阈值时，停止均衡，使得电池组就进入既不充电也不通过均衡放电的状态，这样既避免了均衡放电浪费电量，同时又避免了电池在充电-放电两个状态中反复切换的问题，减少了热量产生，延长了系统使用寿命。另外，本专利电路利用过充保护信号不动作的状态强制地屏蔽均衡关闭控制信号，即使满足了均衡终止判断用比较器输出均衡终止信号，如果所有锂电池中没有一个到达过充状态，电池电压均衡电路也仍然不会停止均衡功能，直至检测到过充电压，过充保护信号动作。这样就确保了停止均衡时，所有锂电池的电压都达到或非常接近过充保护阈值。此外，其还采用简单的硬件架构实现了平均电压值采样、不共地但大小等于平均电压值的均衡基准源、均衡停止判定电路、均衡停止电路、均衡停止屏蔽电路等功能，实现了电路设计较为简单的目标。其次，该电池电压均衡回路还可以直接搭配低成本的电阻放电均衡电路使用，既达到理想均衡效果又成本低，易推广。
[0152]实施例四
[0153]以下是对实施例三的说明。对于和实施例一中相同的构成要素，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0154]图13是本实施例四中的电池电压均衡装置的框图；图14是本实施例四中的电池电压均衡装置的结构示意图。如图13、14所示，一种电池电压均衡装置400具有在实施例一中的电池电压均衡装置100所含有的构成要素外，还具有一个均衡终止判断回路490。
[0155]该电池电压均衡装置400的功能也在于在对串联在一起的三个锂电池(Bl\B2\B3)构成的锂电池组进行充电时能够均衡每一个锂电池两端的电池电压。其电压电流转换器422中的BUF429具有如实施例一中的BUF129的结构外，还具有一个使能信号输入端以及一个外部控制信号接收端。该外部控制信号接收端接收来自电池电压均衡装置400以外的控制信号发生器470发送来的控制信号EN2。
[0156]而电池电压均衡装置400中的均衡终止判断回路340的功能则在于根据充电电压和平均电压中以及与过充保护阈值相对应而设定的两个均衡终止设定阈值，在三个锂电池中的任何一个发生过充时，作出均衡终止判断并使得所有所述开关部分处于关闭状态。
[0157]均衡终止判断回路490包含第一均衡终止判断回路440，第二均衡终止判断回路450以及使能判断逻辑电路460，
[0158]第一均衡终止判断回路440具有与三个锂电池分别相对应的三个第一均衡终止判断用比较器以及一个电平转换逻辑电路444。
[0159]每个第一均衡终止判断用比较器的正相输入端从对应的锂电池接受与充电电压相对应的第一对应电压，负相电压端接受第一均衡终止设定阈值Vcbstopl，当第一对应电压大于等于第一均衡终止设定阈值Vcbstopl时,输出满充阈值信号。
[0160]电平转换逻辑电路444的三个输入端分别与三个第一均衡终止判断用比较器的输出端相连接，当三个第一均衡终止判断用比较器都输出满充阈值信号时，电平转换逻辑电路444输出第一均衡终止信号。
[0161]第二均衡终止判断回路450含有一个第二均衡终止判断用比较器451。
[0162]第二均衡终止判断用比较器451从分压器121的正相输出端接受与的第二对应电压，以及负相输出端接受与动态平均电压相对应的第二均衡终止设定阈值Vcbst0p2，当第二对应电压大于等于第二均衡终止设定阈值Vcbstop2时,输出第二均衡终止信号。
[0163]使能判断逻辑电路460根据第一均衡终止信号Vcbstopl，第二均衡终止信号Vcbstop2以及发生过充时由外部过充保护电路提供的过充抑制信号，输出使能不可信号给所述电压电流转换器的使能端，该电压电流转换器输出不使能信号使得所有所述开关部分处于关闭状态。
[0164]其中，当第一对应电压与相对应的锂电池的充电电压的对应关系与第二对应电压与动态平均电压的对应关系一致，都为n，即第一对应电压以比例预设n与相对应的锂电池的充电电压相对应，第二对应电压也以预设比例n与动态平均电压相对应时，第一均衡终止设定阈值Vcbstopl小于第二均衡终止设定阈值Vcbstop2,且n*Vcbstopl和n*Vcbstop2都接近于过充保护电压。这样，当电池电压均衡装置处于均衡终止状态时，三个锂电池的电压必然都大于n*Vcbstopl,且平均电压又大于n*Vcbstop2。而一旦满足这两个条件,三个锂电池的电压必然都接近于过充保护电压，从而对锂电池的均衡效果是很显著的。
[0165]图15是本实施例四中的电池电压均衡装置的电路图。如图15所示，电平转换逻辑电路444由三个PMOS管P5、P6、P7和三个电阻Rl、R2、R3以及三输或非门N0R3构成。
[0166]PMOS管P5的栅极、PMOS管P6的栅极、PMOS管P7的栅极三者构成了电平转换逻辑电路344的三个输入端，分别与上述三个第一均衡终止判断用比较器的输出端相连接。PMOS管P5的漏极、PMOS管P6的漏极、PMOS管P7的漏极都连接锂电池组的高电位端VDD。PMOS管P5的源极连接电阻R30的一端以及三输或非门N0R3的一个输入端，电阻R30的另一端连接锂电池组的低电位端。PMOS管P6的源极连接电阻R31的一端以及三输或非门N0R3的另一个输入端，电阻R31的另一端连接锂电池组的低电位端。PMOS管P7的源极连接电阻R32的一端以及三输或非门N0R3的其次一个输入端，电阻R32的另一端连接锂电池组的低电位端。
[0167]三输或非门N0R3的输出端连接使能判断逻辑电路460，从而在三个均衡终止判断用比较器都输出满充阈值信号时，其输出端输出一个均衡终止信号，即，电平转换逻辑电路444在三个均衡终止判断用比较器都输出满充阈值信号时输出一个第一均衡终止信号。
[0168]第二均衡终止判断用比较器451从分压器121的另一个输出端接受一个第二对应电压以及接受一个第二均衡终止设定阈值，其中，第二对应电压对应于第二均衡终止设定阈值。当第二对应电压大于等于均衡终止设定阈值时，均衡终止判断用比较器451即会输出一个第二均衡终止信号。
[0169]使能判断逻辑电路460由一个三输与非门构成，在其三个输入端分别接受到第一均衡终止信号、第二均衡终止信号以及、过充抑制信号，输出使能不可信号给电压电流转换器422的使能端，该电压电流转换器输出不使能信号该电压电流转换器输出不使能信号，使得动态平均电流增大，从而电流镜像回路123输出的三个动态均衡参考电流也相应增大，开关控制回路130中的所有比较器都输出低电位，分流开关回路110中的所有开关部分都处于关闭状态，即电池电压均衡电路停止对电池电压的均衡。
[0170]该电池电压均衡装置的工作流程如下:
[0171 ] 首先，在对锂电池组充电开始的时候，过充保护电路输出的信号为低电平，锂电池组中的锂电池都在被充电中。
[0172]其次，电池电压均衡装置400不停地采样动态平均电压，并将该动态平均电压转换为不共地的动态均衡参考电压，电池电压均衡装置400始终在均衡所有锂电池的电压。
[0173]然后，三个锂电池中的的电压都没有达到过充保护电压，均衡继续，当三个锂电池中有一个锂电池的的电压达到过充保护电压，过充保护电路输出的信号为高电平。
[0174]接着，当所有的电池的第一对应电压都大于第一均衡终止设定阈值时，接着判断第二对应电压是否大于第二均衡终止设定阈值，当第二对应电压大于第二均衡终止设定阈值时，均衡停止，锂电池组既不充电也不放电，电池组进入稳定状态。否则电池电压继续均衡中，并不停地依次判断是否所有的锂电池的第一对应电压都大于第一均衡终止设定阈值和第二对应电压大于第二均衡终止设定阈值，两个条件中的任意一个不符合即重复上述步骤继续均衡，直到都符合这两个条件为止停止均衡。
[0175]图16是本实施例二中的电池电压均衡装置的效果图。如图16所示，图16中的B1\B2\B3符号分别代表图13中的三个锂电池，图16中的箭头以及箭头长短的含义与图4中的相同，在此省略说明。并且图16中的锂电池组的起始充电状况与图4中的锂电池组的起始充电状况是相同的。
[0176]状态I中的锂电池组中所有的锂电池都在被充电中，电池电压均衡装置300以动态平均电压V_avg作为一种均衡所有锂电池的电压的均衡基准值来均衡所有锂电池的电压。
[0177]状态2为锂电池组中所有的锂电池依然都在被充电均衡中，电池电压均衡装置300使使得所有锂电池之间的电压差距越来越小。
[0178]状态3中，锂电池BI的电压达到过充电压检测阈值Vdetl，第一次充电停止，锂电池B3的第一对应电压还没有超过第一均衡终止设定阈值，均衡继续，锂电池BI和锂电池B2均衡放电中。
[0179]状态4中，锂电池B3的电压降到过充保护解除阈值Vrell以下，过充保护解除，充电重新开始，电池电压均衡装置400再次在所有锂电池被充电的情况下继续均衡所有锂电池的电压。
[0180]状态5中，所有锂电池都在被充电中，均衡中，所有锂电池之间电池电压之间的差
距很小。
[0181]状态6中，锂电池B3的电压到达过充保护解除阈值VrelI，第二次充电停止，所有的锂电池的第一对应电压都超过第一均衡终止设定阈值，但是，第二对应电压小于第二均衡终止设定阈值，所以均衡功能继续。锂电池BI和锂电池B2的平均电压高于动态平均电压，分流开关回路放电。
[0182]状态7中，锂电池B3的电压降到过充保护解除阈值Vrell以下，过充保护解除，充电重新开始。
[0183]状态8中，所有锂电池都在被充电中，均衡中，所有锂电池之间电池电压之间的差
距很小。
[0184]状态9中，锂电池B3的电压到达过充保护解除阈值VrelI，第三次充电停止，所有的锂电池的第一对应电压都超过第一均衡终止设定阈值，第二对应电压大于第二均衡终止设定阈值，所以均衡被终止，所有的均衡放电通路关闭。显然，此时，三个锂电池的电压差接近于零。
[0185]实施例四的作用与效果
[0186]本实施例二中的电池电压均衡装置400在采用了均衡参考电压取得回路420来获得动态平均电压，并根据该动态平均电压来得出一个动态均衡参考电压，从而控制分流开关回路来使得锂电池组中的所有锂电池的电压都向平均电压靠拢，从而减小所有锂电池之间的电压差，均衡了电池组中的所有锂电池的电压。另外，其还采用了第一均衡终止判断回路440和第二均衡终止判断回路450来在所有锂电池的第一对应电压大于第一均衡终止设定阈值以及第二对应电压大于第二均衡终止设定阈值时，停止均衡，使得电池组就进入既不充电也不通过均衡放电的状态，这样既避免了均衡放电浪费电量，同时又避免了电池在充电-放电两个状态中反复切换的问题，减少了热量产生，延长了系统使用寿命，双重保证，使得在均衡关闭时锂电池组中的锂电池的电压差接近于零。另外，本专利电路利用过充保护信号不动作的状态强制地屏蔽均衡关闭控制信号，即使满足了均衡终止判断用比较器输出均衡终止信号，如果所有锂电池中没有一个到达过充状态，电池电压均衡电路也仍然不会停止均衡功能，直至检测到过充电压，过充保护信号动作。这样就确保了停止均衡时，所有锂电池的电压都达到或非常接近过充保护阈值。此外，其还采用简单的硬件架构实现了平均电压值采样、不共地但大小等于平均电压值的均衡基准源、均衡停止判定电路、均衡停止电路、均衡停止屏蔽电路等功能，实现了电路设计较为简单的目标。其次，该电池电压均衡回路还可以直接搭配低成本的电阻放电均衡电路使用，既达到理想均衡效果又成本低，易推广。
【权利要求】
1.一种在对串联在一起的复数个锂电池进行充电时能够均衡每一个所述锂电池两端的电池电压的电池电压均衡装置，其特征在于，具有: 分流开关回路，包含分别与所述复数个锂电池相对应的复数个开关部分，每一个所述开关部分连接在对应的所述锂电池的两端，用于对相应的锂电池的充电电流进行分流控制； 均衡参考电压取得回路，根据所述复数个锂电池的个数对所述复数个锂电池在充电过程中的总电压进行分压从而取得相对于每一个所述锂电池的动态平均电压，并根据该动态平均电压取得对应于每一个所述锂电池的动态均衡参考电压；以及 开关控制回路，包含分别与所述开关部分相对应的复数个开关控制部分，每一个所述开关控制部分根据对应的所述锂电池两端的充电电压以及所述动态均衡参考电压控制对应的所述开关部分，当所述充电电压大于等于所述动态均衡参考电压时，导通所述开关部分从而分流相对应的所述充电电流，当所述充电电压小于所述动态均衡参考电压时，关闭所述开关部分从而使得相对应的所述充电电流全部流经对应的所述锂电池。
2.根据权利要求1所述的电池电压均衡装置，其特征在于: 其中，所述均衡参考电压取得回路包含:对所述总电压进行分压的分压器；把该分压器输出的所述动态平均电压转换成对应的动态平均电流的电压电流转换器；根据该动态平均电流取得对应于每一个所述锂电池的动态均衡参考电流的电流镜像器；以及把该动态均衡参考电流转换成对应的所述动态均衡参考电压的电流电压转换器， 开关控制部分含有运算放大器，该运算放大器根据对应的所述充电电压以及所述动态均衡参考电压输出一个开关控制信号， 所述开关部分由电阻以及NMOS管构成，所述电阻的一端连接对应的所述锂电池的高电位端，所述电阻的另一端连接所述NMOS管的漏极，所述NMOS管的源极连接对应的所述锂电池的低电位端，所述NMOS管的栅极接受所述开关控制信号。
3.根据权利要求1所述的电池电压均衡装置，其特征在于: 其中，所述均衡参考电压取得回路包含:对所述总电压进行分压的分压器；把该分压器输出的所述动态平均电压转换成对应的动态平均电流的电压电流转换器；根据该动态平均电流取得对应于每一个所述锂电池的动态均衡参考电流的电流镜像器；以及把该动态均衡参考电流转换成对应的所述动态均衡参考电压的电流电压转换器， 开关控制部分含有开关控制用比较器，该开关控制用比较器根据对应的所述充电电压以及所述动态均衡参考电压输出一个开关控制信号， 所述开关部分由电阻以及PMOS管构成，所述电阻的一端连接对应的所述锂电池的低电位端，所述电阻的另一端连接所述PMOS管的源极，所述PMOS管的漏极连接对应的所述锂电池的高电位端，所述PMOS管的栅极接受所述开关控制信号。
4.根据权利要求2或3所述的电池电压均衡装置，其特征在于，还具有: 均衡终止判断回路，根据所述充电电压和所述平均电压中的至少一种电压以及与所述过充保护阈值相对应而设定的至少一个均衡终止设定阈值，在所述复数个锂电池中的任何一个发生过充时，作出均衡终止判断并使得所有所述开关部分处于关闭状态。
5.根据权利要求4所述的电池电压均衡装置，其特征在于: 其中，所述均衡终止判断回路由一个均衡终止判断用比较器和一个使能判断逻辑电路构成， 所述均衡终止判断用比较器从所述分压器的输出端接受与所述动态平均电压相对应的对应电压以及接受所述均衡终止设定阈值，当所述对应电压大于等于所述均衡终止设定阈值时，输出均衡终止信号， 所述使能判断逻辑电路根据所述均衡终止信号以及发生所述过充时由外部过充保护电路提供的过充抑制信号，输出使能不可信号给所述电压电流转换器的使能端，该电压电流转换器输出不使能信号使得所有所述开关部分处于关闭状态。
6.根据权利要求4所述的电池电压均衡装置，其特征在于: 其中，所述均衡终止判断回路由与所述复数个锂电池分别相对应的复数个均衡终止判断用比较器，一个电平转换逻辑电路和一个使能判断逻辑电路构成， 所述均衡终止判断用比较器接受与对应的所述锂电池的所述充电电压相对应的对应电压以及接受所述均衡终止设定阈值，当所述对应电压大于等于所述均衡终止设定阈值时，输出满充阈值信号， 所述电平转换逻辑电路的复数个输入端分别与所述复数个所述均衡终止判断用比较器的输出端相连接，当所述复数个所述均衡终止判断用比较器都输出满充阈值信号时，所述电平转换逻辑电路输出均衡终止信号， 所述使能判断逻辑电路根据所述均衡终止信号以及发生所述过充时由外部过充保护电路提供的过充抑制信号，输出使能不可信号给所述电压电流转换器的使能端，该电压电流转换器输出不使能信 号使得所有所述开关部分处于关闭状态。
7.根据权利要求4所述的电池电压均衡装置，其特征在于: 其中，所述均衡终止判断回路包含第一均衡终止判断回路，第二均衡终止判断回路以及使能判断逻辑电路， 所述第一均衡终止判断回路具有与所述复数个锂电池分别相对应的复数个第一均衡终止判断用比较器以及一个电平转换逻辑电路， 所述第一均衡终止判断用比较器接受与对应的所述锂电池的所述充电电压相对应的第一对应电压以及接受第一所述均衡终止设定阈值，当所述第一对应电压大于等于所述第一均衡终止设定阈值时，输出满充阈值信号， 所述电平转换逻辑电路的复数个输入端分别与所述复数个所述第一均衡终止判断用比较器的输出端相连接，当所述复数个所述第一均衡终止判断用比较器都输出满充阈值信号时，所述电平转换逻辑电路输出第一均衡终止信号， 所述第二均衡终止判断回路含有一个第二均衡终止判断用比较器， 所述第二均衡终止判断用比较器从所述分压器的输出端接受对应于所述动态平均电压的第二对应电压以及接受第二所述均衡终止设定阈值，当所述第二对应电压大于等于所述第二均衡终止设定阈值时，输出第二均衡终止信号， 所述使能判断逻辑电路根据所述第一均衡终止信号，所述第二均衡终止信号以及发生所述过充时由外部过充保护电路提供的过充抑制信号，输出使能不可信号给所述电压电流转换器的使能端，该电压电流转换器输出不使能信号使得所有所述开关部分处于关闭状态。
8.根据权利要求7所述的电池电压均衡装置，其特征在于:其中，当所述第一对应电压以预设比例与相对应的所述锂电池的所述充电电压相对应，所述第二对应电压以所述预设比例与所述动态平均电压相对应时，所述第一均衡终止设定阈值小于所述第二均衡终止设定阈值。
【文档编号】H02J7/00GK103683358SQ201210352886
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月20日 优先权日:2012年9月20日
【发明者】洪诚, 黄乘黄 申请人:株式会社理光