[发明专利]电池单元平衡的电池组及平衡电池组电池单元的方法

说明书

技术领域

本发明涉及可重复充电电池组及用于可重复充电电池组的能量电池单元。更具体地，本发明涉及平衡电池组电池单元放电的电路及方法。

背景技术

电池组是一种用于各种便携式和/或移动电子设备的常用电源。典型的电池组通过串联配置连接的多个电池单元连接而成。许多种类的电池组包括可重复充电电池单元，使得当外部能源施加给电池组电池单元时，能量存储在电池单元里。然而存在许多用于电池组电池单元的阴极和阳极的许多化学化合物，一些通常包括镍镉(NiCd)，镍金属氢化物(NiMH)，和锂离子(Li-Ion)成分。

当可重复充电电池组提供了常用的电源时，可重复充电电池组电池单元不具有无限的寿命和电池单元超过电池单元寿命的保持充电衰退的能力。而且，电池组电池单元在非使用或者存储期间泄漏能量和丢失电荷。这些非使用期间可以发生在电池单元被装配在电池组中之前被制造者持有的时候，或者电池单元已经被装配在电池组中但是电池组还没有被出售的时候，或者消费者长期未使用该电池组期间。电池单元泄漏由于热量的存在而加剧，这些热量的存在影响没有存放在温度受控的环境中的电池组。作为选择，由于热量而造成的电池单元泄漏可以影响电池组，例如备用电池组，这些备用电池组被放置于接近其它散热的正在工作的电路。而且，由于电池组的内部电阻，电池组电池单元在电池组内部可以不均匀放电。所有这些因素导致每个电池组电池单元与电池组中的其它电池单元相比保持不同的电荷水平。这些不同的电荷水平导致难以预测的低电池组指示和可能疏忽的电源关闭。

电池组监测器用于通过监测所有电池组电池单元的总电荷和每个单个电池单元的电荷来监测剩余的电池组放电时间。典型地，为总电池组电荷和单个电池单元电荷建立预定最小电荷阈值。如果两者之中任一个测量值低于各自的预定最小阈值，电池组则停止放电，切断供给电子装置的电力。典型地，通过允许单个电池单元工作在低于电池单元占有总电池组电荷预定阈值的分数份额，单个电池单元预定阈值表明可能的电池单元不平衡。例如，如果电池组有三个电池单元，而电池组电池单元预定最小电荷是9v，单个电池单元预定最小电荷可以是2.4v，而不是总共的9v的三分之一即3v。电池组也可以产生电池组剩余电荷的表示，这种表示通过使用所有电池组电池单元的总电池单元电荷来确定。因此，如果电池单元不平衡，一个电池单元可以在总电池组电荷达到总电池组电荷最小阈值之前降低到低于单个电池单元电荷阈值。这导致在总电池组电荷达到最小阈值之前电池组就停止电荷供应。这减少了充电期间的电池组的可工作时间，并且产生了电池组放电的不可预测的终止。

相似地，当电池组充电时，电池单元都被充电直到电池单元的总电荷达到阈值。另外，当任一个单个电池单元达到预定最大电荷阈值时充电也停止。因此，如果电池单元不平衡，一个电池单元可以达到单个电池单元最大电荷阈值，而电池组的总电荷还没有达到满电池组电荷。这导致电池组没有被充电到其满电荷电势，这减少了充电期间的电池组可工作时间。

试图解决电池单元不平衡问题的方法和系统已经有所发展。当把电池单元装配进电池组中时，测量每个电池单元的电荷状态以及匹配具有相似电荷的电池单元的人工过程是不精确而且费时的。而且，人工过程不能解决电池组装配之后发生的电池单元泄漏。作为选择，主动的电池单元平衡可以使用负载电阻器与晶体管的串联组合与每个单个电池单元并联放置，其中电阻器和晶体管在电池组电池单元的充电期间分路电流。这种电池单元平衡通过一种使用复杂控制算法以及仅仅模仿电池单元电荷平衡的软件来实现，而不是强制固有的电池单元电荷平衡，因此对于许多误差源很敏感，例如初始电池单元电荷和电池单元开路电压。

因此，在可重复充电电池组领域期望提供一种能够平衡每个电池单元的电荷的电池组，从而使电池组可工作的放电时间最大化。也期望电池组可以不依靠复杂的软件算法模仿强迫固有的电池单元平衡而实现电池单元电荷平衡。期望通过使用控制电池单元平衡的电池单元特性的测量值来实现电池单元平衡。进一步，期望一种平衡电池组电池单元电荷的方法。期望该方法可以工作在电池单元装配到电池组之前，或者该方法可以工作在电池组构造之后。

发明内容

本发明中的一电池组实施例包括多个产生电池组电荷的电池单元，该电池组包括多个连接在电池组电池单元和负载之间的开关，这些开关被配置为使电池组电池单元连接为一种标准配置或者作为选择的连接为一种平衡配置。

在进一步的实施例中，当电池单元配置为平衡配置时，电池单元与放电负载相连接，在该实施例中，放电负载包括恒流恒压放电负载。