[发明专利]电压补偿的主动电池平衡

说明书

相关申请

本申请要求2013年4月5号申请的、题为“浮充电压补偿的主动电池平衡器使电池容量恢复最大化并提高电池组模块设计的安全性”的美国临时申请号61/809,192的权益，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术

大部分电池组监视器（BSM）直接连接至电池组，并且只能测量单个的电池电压。通过场效应管（MOSFET）以及电阻器的进行的被动平衡（Passive balancing）通常被用于平衡电池电压和/或电池存储的电荷。在BSM测量电池电压期间，可能必须关闭电池平衡；否则，可能引入显著的读数（reading）错误。这可能归因于电缆阻抗、互连阻抗、电池阻抗以及内部电池等效串联电阻器（ESR）中的电阻器压降（IR drop）。由于这些电阻器压降，电池平衡占空比可能减少或者在一些情况下平衡可能是不可能的。没有已知的在主动或被动平衡期间用于在ESR、电线电缆以及用于计算精确的电池浮充电压的连接器中补偿电阻器压降（IR drops）的替代方法。在业内有用于通过在整个电池组的充电与放电期间为电池ESR补偿计算浮充电压的方法，但是不适用于电池测量期间平衡。

这样，存在需求来在平衡期间启用BSM测量电池电压测量，并克服平衡期间的测量误差（如电池浮充电压的误差补偿），这允许一个平衡控制电路在电池的充电和放电期间安全地运转、增加平衡占空比、以及优化平衡控制电路的规模和成本。

发明内容

在一个总的方面中，本申请描述了一种监测装置，所述监测装置配置为在电池组平衡期间监测开路电池电压。所述监测装置包括输入端子，所述输入端子配置为从电池系统管理（BSM）接收输入信号；输出端子，所述输出端子配置为输出用于确定开路电池电压的电池参数，所述开路电池电压与电池组中的多个电池中的一个相关联，所述电池组基于从BSM接收到的输入信号连接至所述监测装置；处理器；以及存储可执行指令的存储器，所述可执行指令用于使所述处理器：测量与所述电池组中多个电池中的所述一个相关联的电池电压；测量与测量到的平衡电流相关联的电压降；通过基于所述测量到的电压降调整测量到的电池电压，计算开路电池电压；以及基于所述计算出的开路电池电压平衡所述电池组，其中平衡以及计算开路电池电压同时进行。

上述总的方面可包括下面的特征中的一个或多个。所述监测装置可在BSM和电池组之间，并可进一步包括：集成电源开关；以及模拟多路复用器，所述模拟多路复用器配置为在所述输出端子上基于在所述输入端子上接收到的输入信号提供可测量的参数，所述测量参数包括平衡启用的所述电池组内的多个电池中的所述一个的电池电压、平衡禁用的电池电压、与平衡电流成比例的电压、与监测装置的内部芯片温度成比例的电压、和/或信号交换（handshake）电压。所述信号交换电压可决定由BSM测量读数的精确度。

所述监测装置可进一步包括用于测量平衡电流的电流检测放大器，其中存储器进一步存储可执行指令，所述可执行指令用于使所述处理器主动监测所述监测装置的平衡电流，以及用于基于监测到的平衡电流计算电压降，以避免所述多个电池中的所述一个在平衡期间过度充电或充电不足。所述监测装置可包括单片回扫DC/DC转换器。所述存储器可进一步存储可执行指令，所述可执行指令用于使所述处理器：在输入端子上接收的输入信号的第一下降沿上，激活所述监测装置；创建一个定义窗口时间的时间窗口，在所述时间窗口内所述监测装置是活动的；在所述时间窗口期间计算输入端子上的负脉冲的数目；在输出端子上输出对应于输入端子上的最后一个已知的负脉冲计数的信号交换电压；以及一旦所述时间窗口到期，基于计算的负脉冲的数目，输出与电池参数成比例的电压。

所述监测装置可通过单线式电池连接（connection）连接至电池组，在所述单线式电池连接中，所述监测装置到电池组的接地连接与另一个监测装置到电池组的Vcell连接共享共同的通路。所述存储器可进一步存储可执行指令，所述可执行指令用于使所述处理器基于下面的公式计算所述开路电池电压：V_n,A＝V_n,B+I_n·(R_n-1,A+R_n,B)-I_n-1·R_n-1,B-I_n+1·R_n,A+(I_n-I_MOD)·R_n,CELL