專利名稱：用于在電池管理系統(tǒng)內(nèi)脈動(dòng)泄放電阻器的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率的控制以及當(dāng)對(duì)電池系統(tǒng)充電時(shí)，產(chǎn)生最高效的充電解決方案而保持期望的溫度。
背景技術(shù)：
通常，諸如電池串(battery string)或串的電池系統(tǒng)包括多個(gè)單獨(dú)電池芯?！半姵匦尽笨梢砸馕吨勺罨緟g元(即，正極板、負(fù)極板和電解質(zhì))組成的單個(gè)電化學(xué)電池芯。 然而，如在此使用的那樣，術(shù)語(yǔ)不限制于此并且可以包括基本電池芯的組(可以包括作為電池串組件的單個(gè)單元)以及電池化學(xué)物質(zhì)(chemistries) (S卩，鋰和鋰化合物)的最新用途。 電池或電池串是單元或単獨(dú)電池芯的串聯(lián)或并聯(lián)連接。對(duì)于單獨(dú)電池內(nèi)的每個(gè)電池芯而言存在這樣的趨勢(shì)當(dāng)串聯(lián)連接吋，每個(gè)電池芯具有不同的特性，諸如能量存儲(chǔ)容量和放電率。這些差異由很多變量引起，這些變量包括但不限于溫度、初始容限(tolerance)、材料雜質(zhì)、孔隙度(porosity)、電解質(zhì)密度、表面污染和老化。低容量電池芯通常將比其他電池芯更快地充電和放電。過(guò)度充電和放電的電池芯形成很差的再充電特性并且可能永久性損壞。損壞的電池芯將影響整個(gè)電池串的操作特性。損壞的電池將比健康電池具有更低的容量并且將更快地放電。單獨(dú)電池芯的失效可以對(duì)電池系統(tǒng)和伴隨設(shè)備引起重大損壞。因此，存在對(duì)監(jiān)視單獨(dú)電池芯或電池芯組以及防止電池芯過(guò)度充電和放電的系統(tǒng)的需要。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種機(jī)制來(lái)監(jiān)視電池串中的電池芯并且對(duì)電池串中的電池芯進(jìn)行充電。用于控制電池的經(jīng)典手段是通過(guò)均衡充電來(lái)平衡電池芯。這涉及傳遞低電流通過(guò)電池串，因此對(duì)低電池芯進(jìn)行充電，而完全充電的電池芯變?yōu)檫^(guò)度充電的。這以低電流實(shí)現(xiàn)以最小化對(duì)完全充電的電池芯的損壞。然而，使用該方法的平衡是緩慢的過(guò)程并且可能損壞某些電池化學(xué)物質(zhì)。使用電池管理系統(tǒng)來(lái)克服電池的過(guò)度充電和放電在本領(lǐng)域中是公知的。通常，電池管理系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)視電池的單元參數(shù)(諸如電壓)來(lái)監(jiān)視電池的充電和放電，微處理器繼而記錄并分析該電池的單元參數(shù)(諸如電壓)以確定電池串中每個(gè)電池芯的條件和狀態(tài)。此外，對(duì)于電池管理系統(tǒng)而言以下是常見(jiàn)的控制連接至單獨(dú)電池芯的泄放(bleed off)電阻器，使得在對(duì)電池串充電時(shí)通過(guò)電阻器的泄放(bleed)來(lái)泄放提供給該電池芯的不期望的能量。盡管該類型的電池管理系統(tǒng)的使用解決了很多問(wèn)題，但是當(dāng)對(duì)電池串應(yīng)用充電時(shí)，其仍舊是受限的，其中電池管理系統(tǒng)可能僅放出了等于泄放電阻器的電阻值的電流量。這樣如果對(duì)ー個(gè)電池芯的充電快過(guò)另ー個(gè)，則泄放電阻器可能僅泄放了等于泄放電阻器的值的能量，并且因此ー個(gè)電池芯可能仍舊接收不期望的電流并且因此變?yōu)檫^(guò)度充電的，從而損壞電池芯。在此類情況中，僅有的解決方案將是減少到電池串的總電荷，從而延長(zhǎng)了對(duì)電池串再充電所花費(fèi)的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
包括對(duì)泄放電阻器脈動(dòng)(pulse)使得泄放電阻器不過(guò)熱的方法的本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)基本上克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，可以將四個(gè)電池芯邏輯上置于具有電池管理系統(tǒng)的電池串或具有電池管理系統(tǒng)的多個(gè)電池串中。電池管理系統(tǒng)包括用于每個(gè)電池芯的泄放電阻器和監(jiān)視每個(gè)電池芯或電池芯的串的溫度傳感器。在完全充電吋，每個(gè)電池芯的電壓水平是3. 6伏持，而耗盡的電池芯將讀出2. 5伏持。在電池芯的串中，一個(gè)電池可以比其他電池充電快。可以傳遞高電流通過(guò)該串以對(duì)每個(gè)電池芯進(jìn)行快速充電。如果該串中的一個(gè)電池芯更快地變?yōu)橐殉潆姡瑒t利用對(duì)微處理器的控制來(lái)將電池管理系統(tǒng)智能配置為將泄放電阻器連接至該充電的電池芯，從而引起該電池芯對(duì)功率的泄放，使得該電池芯不被過(guò)度充電并且到該串的總功率不必減少，直到該串中的所有電池芯都完全充電并且讀出3. 6伏持。 在本發(fā)明下，利用溫度傳感器智能地配置微處理器，使得該微處理器將在被確定對(duì)系統(tǒng)有害的溫度水平處斷開(kāi)泄放電阻器。此外，微處理器被智能配置為在泄放電阻器冷卻到被確定對(duì)泄放來(lái)自于電池芯的額外功率而言是安全的熱度時(shí)再次連接泄放電阻器。當(dāng)達(dá)到被確定為對(duì)系統(tǒng)有害的溫度水平并且微處理器被智能配置為脈動(dòng)泄放電阻器到電池芯的連接，使得仍舊泄放能量并且溫度可以維持在期望的水平吋，本發(fā)明的另一特定創(chuàng)新方面得以實(shí)現(xiàn)。這實(shí)現(xiàn)以下能力連續(xù)泄放不期望的電流來(lái)代替斷開(kāi)泄放電阻器而使電池易受過(guò)度充電的損害或減少電池串的充電而使得電池串的再充電花費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間。進(jìn)ー步實(shí)現(xiàn)了只要可以脈動(dòng)泄放電阻器以維持期望的溫度，泄放電阻器就可以在泄放更多熱量的努力中短時(shí)間內(nèi)超過(guò)泄放電阻器的額定瓦特?cái)?shù)(wattage)。


圖1是表示現(xiàn)有技術(shù)的框圖。圖2是示出本發(fā)明ー個(gè)實(shí)施例的框圖。圖3表示電池串。圖4是脈動(dòng)連接到電池芯的泄放電阻器的效果的圖。
具體實(shí)施例方式以下的詳細(xì)描述本質(zhì)上僅是示例性的并且不旨在限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用和用途。此外，不存在通過(guò)前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、概要發(fā)明內(nèi)容或以下詳細(xì)描述中所呈現(xiàn)的任何明示或暗示的理論來(lái)進(jìn)行界定的意圖。在此可以按照功能和/或邏輯塊組件和各種處理步驟來(lái)描述一部分。應(yīng)該理解， 此類塊組件可以通過(guò)被配置為執(zhí)行指定功能的任何數(shù)量的硬件、軟件和/或固件組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，本發(fā)明的實(shí)施例可以采用各種集成電路組件，例如，存儲(chǔ)器元件、邏輯元件、查找表等，其可以在ー個(gè)或多個(gè)微處理器或其它控制設(shè)備的控制下執(zhí)行各種功能。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以結(jié)合任何數(shù)量的電池、電池管理系統(tǒng)、控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，并且在此描述的系統(tǒng)僅是本發(fā)明的ー個(gè)示例性應(yīng)用。電池管理系統(tǒng)的總目的是自動(dòng)管理每個(gè)單獨(dú)電池電池芯、電池中多個(gè)電池芯中的 ー個(gè)，使得維持電池芯的總體健康。維持電池健康需要監(jiān)視各種狀態(tài)中電池的關(guān)鍵參數(shù)。此類關(guān)鍵參數(shù)包括應(yīng)用于每個(gè)電池芯的電流、每個(gè)電池芯處的電流泄放、從每個(gè)電池芯漏出的電流和溫度。如圖1所示，典型的電池管理系統(tǒng)(110)包括電池或電池箱內(nèi)的電池芯(130)、電壓比較器(120)、泄放電阻器(140)和充電電壓(150)。在此類傳統(tǒng)系統(tǒng)中，如果來(lái)自于電壓電池芯(130)的電壓來(lái)到表示完全充電的水平，則電壓比較器(120)始終地比較充電電壓 (150 )與電池芯(130 )的電壓，并且如果電池芯(130 )的電壓已經(jīng)達(dá)到表示該電池芯被完全充電的期望電壓水平，則分流電阻器(140)被連接至充電電壓(150)，從而泄放充電電壓， 使得電池電池芯不被過(guò)度充電。圖2，表示電池管理系統(tǒng)210的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，而充電電壓(220)被智能連接至電池芯(250)和電阻器(260)，使得如果如由溫度傳感器(240)讀取的泄放電阻器的溫度太高，則使微控制器(230)能夠斷開(kāi)泄放電阻器(260)。實(shí)際上，微控制器(230)被智能地配置為連接泄放電阻器(260)和斷開(kāi)泄放電阻器(260)，使得泄放電阻器(160)可以泄放提供給電池芯(250)的任何充電電壓。如果電池芯(250)變?yōu)橥耆潆姷?，則微控制器(230) 將連接泄放電阻器(260)以泄放不期望的能量，從而保護(hù)電池芯(250)不變?yōu)檫^(guò)度充電的。 如果泄放電阻器(240)正在對(duì)太多的能量進(jìn)行泄放，則泄放電阻器(240)的溫度可能超過(guò)泄放電阻器(260)的限制，這使得其失效或關(guān)閉，從而使電池芯易受過(guò)度充電的損害。在本發(fā)明下，當(dāng)泄放電阻器(260)超過(guò)其溫度限制(如圖3表示為150攝氏度)吋，那么斷開(kāi)泄放電阻器。這使充電電壓保持高并且使得電池芯過(guò)度充電。如圖4所示，圖4是本發(fā)明的另ー優(yōu)選實(shí)施例，其中微處理器可以被智能地配置為脈動(dòng)泄放電阻器。該脈動(dòng)可以以這樣的頻率發(fā)生其中在0毫秒與1毫秒之間連接并且在1 毫秒與2毫秒之間斷開(kāi)是ー個(gè)周期。此類周期時(shí)間可以取決于溫度水平而從1微秒改變?yōu)?60分鐘。如此處所提及的，溫度水平取決于從電池芯泄放的電流量，但是其也可以取決于其他因素，比如環(huán)境溫度。如圖4所示，并且在本發(fā)明下，一旦泄放電阻器已經(jīng)達(dá)到其泄放能量的最大限制，這在圖4中由150攝氏度的熱度的限制表示，微控制器可以關(guān)閉泄放電阻器一段短時(shí)間，1毫秒，從而允許泄放電阻器冷卻。一旦泄放電阻器已經(jīng)冷卻，微處理器就被智能地配置為重新連接泄放電阻器1毫秒以泄放額外的能量，從而脈動(dòng)泄放電阻器。這實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的連續(xù)保護(hù)，而將泄放電阻器的溫度維持在期望狀態(tài)。此外，利用泄放電阻器的脈動(dòng)和溫度的輸入，只要泄放電阻器的溫度保持在期望的水平，泄放電阻器就可以在短時(shí)間內(nèi)超過(guò)電阻器的泄放的最大瓦特?cái)?shù)。這使泄放電阻器能夠在短時(shí)間內(nèi)允許高充電電壓量，從而實(shí)現(xiàn)電池串的更快充電。
權(quán)利要求
1.一種用于管理電池芯的充電的電池管理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 泄放電阻器；用于控制的微控制器；以及溫度傳感器；其中所述微控制器被智能地配置為連接所述泄放電阻器并且在所述泄放電阻器的溫度變得太高時(shí)斷開(kāi)所述泄放電阻器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中脈動(dòng)所述泄放電阻器的連接和斷開(kāi)，使得該周期發(fā)生在1毫秒與60分鐘之間。
3.一種用于借助系統(tǒng)管理電池芯的充電的方法，所述系統(tǒng)包括 泄放電阻器；用于控制的微控制器；以及溫度傳感器； 所述方法包括智能地配置所述微控制器用于超過(guò)所述泄放電阻器的最大瓦特?cái)?shù)且同時(shí)通過(guò)脈動(dòng)到所述電池芯的泄放電阻器連接而保持期望的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中脈動(dòng)發(fā)生在1微秒與60分鐘之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中更快地對(duì)電池串充電。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在電池管理系統(tǒng)內(nèi)脈動(dòng)泄放電阻器的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明大體上涉及用于電池系統(tǒng)中單獨(dú)電池芯的管理的方法和裝置。更特別地，本發(fā)明涉及功率的控制以及當(dāng)對(duì)電池系統(tǒng)充電時(shí)，產(chǎn)生最高效的充電解決方案而維持期望的溫度。
文檔編號(hào)H01M10/44GK102544611SQ20111034979
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者J.戈特列布 申請(qǐng)人:弗拉克斯電池動(dòng)力公司