CN201402987Y

CN201402987Y - 具有电池管理系统的电池组

Info

Publication number: CN201402987Y
Application number: CN2008201841409U
Authority: CN
Inventors: 邹鹏程; 崔路; 达拉斯·纳什
Original assignee: GUANGZHOU SIGFX ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU SIGFX ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2018-12-31
Also published as: US20100164430A1

Abstract

本实用新型涉及一种具有电池管理系统的电池组，该具有电池管理系统的电池组与移动设备相连，用于为移动设备提供电源，其包括至少两个锂电池单元、至少一个镍氢电池单元和电池管理系统，所述锂电池单元彼此独立设置，分别与所述电池管理系统相连，用于在所述电池管理系统的作用下交替进行放电；所述镍氢电池单元与所述电池管理系统相连，用于在所述电池管理系统的作用下对所述锂电池单元交替进行脉冲充电。本实用新型中具有电池管理系统的电池组与其它普通锂电池系统相比，可以更安全有效地充放电，并可以更有效地平衡锂电池单元之间的电压差异。

Description

具有电池管理系统的电池组

技术领域

本实用新型涉及一种电池组，尤其涉及一种具有电池管理系统的电池组，属于通信领域。

背景技术

工作和日常生活中被广泛使用的便携式移动设备如掌上电脑(PAD)以及笔记本电脑已经在社会上扮演了一个重要角色。随着硬件和软件的发展，这些便携式设备将会执行更多的功能。与此同时，人们也在期待一种更轻更薄形式的设备。因此，能支持这些设备长时间使用的电力成了一个显著的问题。在过去的十年，锂电池取代了镍氢成为这些便携式设备的首选电池。从体积和重量观点来看，这些电池提供了一个非常高的能量密度。

对于笔记本电脑等移动设备的使用，通常都将几个容量相同的锂电池串连起来。开始时这些连接的锂电池都有相同的电压，然而由于老化或制造缺陷等原因，锂电池电压不能总是相同。因此，该锂电池可能变得不均衡。如果该串联锂电池变得不均衡，无论是在安全还是在效率上，这都会导致严重问题。举例来说，如果有两个锂电池如A电池和B电池串连在一起，理想的情况是在充电结束时，两个电池都达到常规容量4.25伏。然而，如果这两个电池不均衡，A电池比B电池充电更快，那么问题就会发生在充电和放电阶段。在充电阶段，停止充电的条件通常有两个：要么总电压达到某一特定值，要么其中一个电池的电压达到临界值。如果充电器使用第一个停止充电条件，即给电池充电直到总电压达到8.5伏。假如这样的话，A电池会过充超过正常容量4.25伏而变得危险。如果充电器使用第二个停止充电条件，即当A电池达到4.25伏时它会停止充电，此时B电池充电未满只有4.0伏。该电池还没有完全充满电。在放电阶段，由于B电池容量较低与放电过快，类似的问题也会发生，即使A电池还拥有足够的电量，放电进程也会提前停止。对于均衡问题有一些现存的解决方案。那些解决方案使用电阻、电容来平衡电池，更具体地说，电阻和电容连接某些电池提供额外的电流路径来控制充放电率。然而这些被动的电量平衡方法不是很有效，几乎不能平衡电池显著的电压差异。例如：如果电池电压差大于0.3伏，那么电阻方法只能在充电阶段起作用，它不能在放电时平衡电池。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术在安全和充放电效率上存在的严重问题以及不能平衡电池显著的电压差异的不足，提供一种具有电池管理系统的电池组。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有电池管理系统的电池组，该具有电池管理系统的电池组与移动设备相连，用于为所述移动设备提供电源，其包括至少两个锂电池单元、至少一个镍氢电池单元和电池管理系统，所述锂电池单元彼此独立设置，分别与所述电池管理系统相连，用于在所述电池管理系统的作用下交替进行放电；所述镍氢电池单元与所述电池管理系统相连，用于在所述电池管理系统的作用下对所述锂电池单元交替进行脉冲充电。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中具有电池管理系统的电池组中的至少两个锂电池单元是交替进行放电来提供电源的，当一个锂电池单元放电时，镍氢电池单元会对其他一个闲置的锂电池单元进行脉冲充电，与其它普通锂电池系统相比，可以更安全有效地充放电；在放电阶段，一个闲置锂电池单元可以选择性地连接某些运行的锂电池单元，来共享负载并帮助平衡运行的锂电池，在充电阶段，闲置的锂电池单元还可以连接正在运行的锂电池单元来分担充电电流，这样可以缓减锂电池单元在充电过程中的高电压，充电过程结束时也可以达到锂电池单元均衡效果，可以更有效地平衡锂电池单元之间的电压差异。

进一步，所述电池管理系统包括DC/DC转换模块、电池保护模块、充电模块、电量显示模块、通信模块和控制模块，所述DC/DC转换模块，用于将锂电池单元的输出电压升高到移动设备需要的工作电压，并将升高后的工作电压发送到移动设备；所述电池保护模块，用于为锂电池单元提供保护；所述充电模块，用于提供锂电池单元充电需要的充电逻辑；所述电量显示模块，用于显示锂电池单元剩余的电量；所述通信模块用于接收移动设备发送的控制信号；所述控制模块用于根据移动设备发送的控制信号，控制所述锂电池单元的供电方式。

进一步，所述电池管理系统还包括充电开关和放电开关，所述放电开关用于在所述控制模块的作用下选择所述锂电池单元交替进行放电，所述充电开关用于在所述控制模块的作用下选择所述镍氢电池单元对所述锂电池交替进行脉冲充电。

进一步，所述锂电池单元包括一个或多个锂单体电池，所述镍氢电池单元包括一个或多个镍氢单体电池。

进一步，所述具有电池管理系统的电池组包括两个锂电池单元和一个镍氢电池单元，所述锂电池单元分别包括三个串联连接的锂电池组，所述镍氢电池单元包括九个串联连接的镍氢单体电池。

进一步，所述锂电池组包括两个并联连接的锂单体电池。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：所述电池组还包括与所述锂电池组相连的温度传感器和形变传感器，用于经所述锂电池进行温度和形变的采样后，将温度和形变的具体数值通过电池管理系统进行分析并传递至移动设备。

采用上述进一步方案的有益效果是通过温度传感器和形变传感器可以随时监视锂电池的使用，并可以防止任何情况的滥用。使用形变传感器和温度传感器来测量锂电池单元中锂单体电池形状的变化、温度的变化、电压以及电池的电流。测试结果表明，本实用新型能在一个更安全的模式下相比普通锂电池系统多释放15％以上的电量。

进一步，所述电池组还包括电池电量控制单元，该电池电量控制单元连接于所述第一锂电池单元和第二锂电池单元之间。

进一步，所述电池电量控制单元包括至少一个开关。

进一步，所述移动设备包括笔记本计算机、手机、MP3或者MP4。

附图说明

图1为本实用新型具有电池管理系统的电池组第一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型具有电池管理系统的电池组第二实施例的结构示意图；

图3为本实用新型具有电池管理系统的电池组第二实施例的另一结构示意图；

图4为本实用新型具有电池管理系统的电池组第二实施例的再一结构示意图；

图5为本实用新型具有电池管理系统的电池组第二实施例中电池电量控制单元的结构示意图；

图6为本实用新型具有电池管理系统的电池组第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

图1为本实用新型具有电池管理系统的电池组第一实施例的结构示意图。如图1所示，一种具有电池管理系统201的电池组20，该具有电池管理系统201的电池组20与所述移动设备10相连，用于为所述移动设备10提供电源，其包括电池管理系统201、第一锂电池单元202、第二锂电池单元203和镍氢电池单元204，所述第一锂电池单元202和第二锂电池单元203彼此独立设置，分别与所述电池管理系统201相连，用于在所述电池管理系统201的作用下交替进行放电；所述镍氢电池单元204与所述电池管理系统201相连，用于在所述电池管理系统201的作用下对所述第一锂电池单元202和第二锂电池电池单元203交替进行脉冲充电。所述锂电池单元包括一个或多个锂单体电池，所述镍氢电池单元包括一个或多个镍氢单体电池。

所述第一锂电池单元202和第二锂电池电池单元203交替进行放电的频率是可以根据实际情况定制的，一般为1秒。

本实用新型具有电池管理系统的电池组通过可调频率的脉冲充电，平均脉冲电压不超过锂电池可以容纳的最大电压。在恒流阶段充电后，锂电池是用可调式恒压脉冲充电。充电脉冲的频率和周期是由电池健康状况决定的。健康状况信息包括从恒流脉冲探测计算出的电化学参数。目前电池状况是以测量电压、电流密度、温度和电池形变来监测。快速充电方法使用这些电池参数来决定一个有效的充电脉冲频率、电压或电流密度。在进行脉冲充电的过程中，不存在不良反应以及浓度梯度的额外问题。与传统的先恒流后恒压充电方法相比，脉冲充电的方法可使锂电池充电更快。

本实用新型具有电池管理系统的电池组通过可调频率的放电，能有效地从锂电池释放能源。与普通的放电方法相比，本实用新型可以比普通锂电池多释放15％以上的能源。本实用新型的锂电池通过可调式频率的方式来控制放电，使得锂电池的电化学反应可以从堆积在双层的不理想电压恢复过来。为了进一步限制反向电压堆积在双层，在放电循环空闲期间应用了一个充电电流脉冲。与普通的放电方法相比，本实用新型可以使锂电池在更有效、更安全的方式下放电。同时，本实用新型中的电池组应用恒流脉冲的方法即可进行无损检测，无损探测计算出的参数即可用于检测电池的健康状况。

本实用新型具有电池管理系统的电池组并不仅局限于包括两个锂电池单元，还可以包括两个以上独立的锂电池单元；同样也不局限于包括一个镍氢电池单元，还可以包括一个以上的镍氢电池单元。

图2为本实用新型具有电池管理系统的电池组第二实施例的结构示意图。如图2所示，与图1不同之处在于，所述电池管理系统201包括通信模块2011、控制模块2012、DC/DC转换模块2013、电量显示模块2014、充电模块2015、第一保护模块2016和第二保护模块2017。所述通信模块2011用于接收移动设备10发送的控制信号；所述控制模块2012用于根据移动设备10发送的控制信号，控制所述第一锂电池单元202和第二锂电池单元203的供电方式；所述DC/DC转换模块2013，用于将第一锂电池单元202和第二锂电池单元203的输出电压升高到移动设备10需要的工作电压，并将升高后的工作电压发送到移动设备10；所述电量显示模块2014，用于显示第一锂电池单元202和第二锂电池单元203剩余的电量；所述充电模块2015，用于提供第一锂电池单元202和第二锂电池单元203充电需要的充电逻辑；所述第一保护模块2016，用于为第一锂电池单元202提供保护；所述第二保护模块2017，用于为第二锂电池单元203提供保护。

所述电池管理系统20还包括与所述第一保护模块2016相连的放电开关2018和充电开关2019，与所述第二保护模块2017相连的放电开关2020和充电开关2021，以及与镍氢电池单元204相连的放电开关2022和充电开关2023。所述放电开关2018、放电开关2020和放电开关2022用于在所述控制模块2012的作用下选择所述第一锂电池单元202和第二锂电池单元203交替进行放电，所述充电开关2019、充电开关2012和充电开关2023用于在所述控制模块2012的作用下选择所述镍氢电池单元204对所述第一锂电池单元202和第二锂电池电池单元203交替进行脉冲充电。

在放电的过程中，所述第一锂电池单元202和第二锂电池单元203都会定时接入到DC/DC转换模块2013中，接入到DC/DC转换模块2013的锂电池单元的放电开关被打开，未接入到DC/DC转换模块的锂电池单元的放电开关被关闭。其中，转换的频率在1赫兹到1000赫兹之间。这样每个锂电池单元在其不工作期间就可以得到恢复，从而提升放电效率。在本实施例中，通过调节与不同保护模块相连的放电开关和充电开关，可以实现对两个锂电池单元的轮换充放电控制，以保证所接入的每个锂电池单元都能进行独立的充放电。

图3为本实用新型具有电池管理系统的电池组第二实施例的另一结构示意图。如图3所示，与图2不同之处在于，所述镍氢电池单元204包括九个串联连接的镍氢单体电池，所述第一锂电池单元202和第二锂电池单元203分别包括三个串联连接的锂电池组，每个锂电池组包括两个并联连接的锂单体电池。所述镍氢单体电池和锂单体电池的个数由本实用新型电池组具体的输出电压和输出功率而决定。

图4为本实用新型具有电池管理系统的电池组第二实施例的再一结构示意图。如图4所示，与图3不同之处在于，所述具有电池管理系统的电池组还包括连接于所述第一锂电池单元202和第二锂电池单元203之间的电池电量控制单元209。该电池电量控制单元209用于平衡构成锂电池单元中的各单体电池的电量。在充电阶段，当所述第一锂电池单元202正被充电，闲置的第二锂电池单元203能作为第一锂电池单元202均衡的电量来源。更具体地说，第一锂电池单元202中具有最高电压的单体电池通过电池电量控制单元209将与闲置的第二锂电池单元203中的单体电池并连，所以就可以绕过高电压电池的充电电流，也可以减缓第一锂电池单元202的充电率。通过这种方法，在结束时所述第一锂电池单元202和第二锂电池单元203都可以达到均衡。在放电阶段，当所述第一锂电池单元202在运行及放电时，第一锂电池单元202中的单体电池通过电池电量控制单元209会与第二锂电池单元203中的单体电池并连，这有助于转移电池之间的能源。在整个放电阶段，这个过程每隔一段时间都会反复运行。通过这种方法，电池会在结束时达到均衡。

图5为本实用新型具有电池管理系统的电池组第二实施例中电池电量控制单元的结构示意图。如图5所示，在这个结构中，所述第一锂电池单元202中的电池组B11、B12和B13是串连的，均衡是通过连接所述第二锂电池单元203中的电池组B21来完成的。所述电池电量控制单元209包括六个开关SW31、SW32、SW33、SW34、SW35和SW36。这六个开关被用来使电池组B21单独连接三个串联电池组的任何一个。例如，当只有开关SW31和SW33打开时，电池组B21与B11平行。当只有开关SW32和SW35打开时，电池组B21与B12平行。当只有开关SW34和SW36打开时，电池组B21与B13平行。电池组B21也运行从略高电压的电池组转移额外的电荷到略低电压的电池组。如果电池组B11、B12和B13之间的电压不是均衡的为VB31＞VB32＞VB33，并且电池组B21的电压高于电池组B13的电压。此时若开关SW34和SW36打开，其它开关关闭，那么电池组B21与B13并联促进放电负载。经过一段时间，电池组B13的电压和电池组B21的电压相等，电池组B13就使用电池组B21充电。如果电池组B21没有足够的容量去分担放电负载，它就会与第二锂电池单元203中高电压的电池组连接来加快它的放电率。即开关SW31和SW33打开，所有其它开关关闭。这样电池组B21与B13是并联连接。经过一段时间，电池组B21的电压等于电池组B13的电压，电池组B21使用电池组B13充电。这个进程运行就如把电荷具有稍高电压的电池组B11转移到具有稍低电压的电池组B13。这个均衡进程会持续下去直到电池组B11、B12和B13达到电池平衡，即VB31＝VB32＝VB33。

本实用新型中锂电池单元中的锂电池组的个数不局限于三个，同样锂电池组中并联连接的锂单体电池的个数不局限于两个，并联的单体电池个数越多，锂电池单元可提供的电流越大，可以根据实际情况，选择并联的单体电池个数。

图6为本实用新型具有电池管理系统的电池组第三实施例的结构示意图。如图6所示，与图2不同之处在于，所述具有电池管理系统的电池组还包括与所述第一锂电池单元202相连的温度传感器205和形变传感器206，以及与所述第二锂电池单元203相连的温度传感器207和形变传感器208。

本实用新型的电池组在使用的过程中，电池组中电池的温度会由温度传感器进行监测，如果环境温度或者电池的温度过高，电池管理系统会使相应的电池停止工作。由于锂电池内部的化学反应失败，有时锂电池的形变不会引起重大的温度变化，因为锂电池的形变可能由于结晶化或者化学反应产生气体。这种类型的故障是传统的电池管理系统检测不到的，这时通过在锂电池上连接形变传感器，电池组中电池的形状可由形变传感器进行监测，如果电池开始膨胀，电池管理系统将通过形变传感器测量形变程度，如果电池形变的程度超过预定的阈值，电池管理系统将会使相应的电池停止工作。与普通的温度控制相比，形变控制会在锂电池使用过程的更早阶段起作用，能够阻止锂电池的进一步损害。

本实用新型中具有电池管理系统的电池组，可以通过测量电池电压、电流密度、电池温度以及电池形状的变化、电池内阻和其它电化学参数，监视电池的使用情况。如果电池的内阻和其它电化学参数高于特定值，这个电池将会被识别为退化与不安全。在使用电池期间，电池的电压和电池的电流会被测量。电池的电压应在最低和最高特定值之间。电池的电流密度应小于预定的阈值。电池的温度会被测量。如果电池的温度过高，电池管理系统会使相应的电池停止工作。电池的形状也由形变传感器监测，如果电池开始膨胀，电池管理系统将通过形变传感器测量形变程度。如果电池形变的程度超过预定的阈值，电池管理系统将会使相应的电池停止工作。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种具有电池管理系统的电池组，该具有电池管理系统的电池组与移动设备相连，用于为所述移动设备提供电源，其包括至少两个锂电池单元和电池管理系统，其特征在于，所述锂电池单元彼此独立设置，分别与所述电池管理系统相连，用于在所述电池管理系统的作用下交替进行放电；所述具有电池管理系统的电池组还包括至少一个镍氢电池单元，该镍氢电池单元与所述电池管理系统相连，用于在所述电池管理系统的作用下对所述锂电池单元交替进行脉冲充电。

2.根据权利要求1所述的具有电池管理系统的电池组，其特征在于，所述电池管理系统包括DC/DC转换模块、电池保护模块、充电模块、电量显示模块、通信模块和控制模块，所述DC/DC转换模块，用于将锂电池单元的输出电压升高到移动设备需要的工作电压，并将升高后的工作电压发送到移动设备；所述电池保护模块，用于为锂电池单元提供保护；所述充电模块，用于提供锂电池单元充电需要的充电逻辑；所述电量显示模块，用于显示锂电池单元剩余的电量；所述通信模块用于接收移动设备发送的控制信号；所述控制模块用于根据移动设备发送的控制信号，控制所述锂电池单元的供电方式。

3.根据权利要求2所述的具有电池管理系统的电池组，其特征在于，所述电池管理系统还包括充电开关和放电开关，所述放电开关用于在所述控制模块的作用下选择所述锂电池单元交替进行放电，所述充电开关用于在所述控制模块的作用下选择所述镍氢电池单元对所述锂电池交替进行脉冲充电。

4.根据权利要求3所述的具有电池管理系统的电池组，其特征在于，所述锂电池单元包括一个或多个锂单体电池，所述镍氢电池单元包括一个或多个镍氢单体电池。

5.根据权利要求1所述的具有电池管理系统的电池组，其特征在于，所述具有电池管理系统的电池组包括两个锂电池单元和一个镍氢电池单元，所述锂电池单元分别包括三个串联连接的锂电池组，所述镍氢电池单元包括九个串联连接的镍氢单体电池。

6.根据权利要求5所述的具有电池管理系统的电池组，其特征在于，所述锂电池组包括两个并联连接的锂单体电池。

7.根据权利要求1-6任一项所述的具有电池管理系统的电池组，其特征在于，所述电池组还包括与所述锂电池组相连的温度传感器和形变传感器，用于经所述锂电池进行温度和形变的采样后，将温度和形变的具体数值通过电池管理系统进行分析并传递至移动设备。

8.根据权利要求1所述的具有电池管理系统的电池组，其特征在于，所述电池组还包括电池电量控制单元，该电池电量控制单元连接于所述第一锂电池单元和第二锂电池单元之间。

9.根据权利要求8所述的具有电池管理系统的电池组，其特征在于，所述电池电量控制单元包括至少一个开关。

10.根据权利要求1所述的具有电池管理系统的电池组，其特征在于，所述移动设备包括笔记本计算机、手机、MP3或者MP4。