專利名稱：電池平衡電路及電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電池平衡電路，且特別涉及一種適用于多個(gè)串并聯(lián)耦 接的可充電電池的電池平#f電。
背景技術(shù)：
由于現(xiàn)有的單顆電池的端電壓及容量有限，在一些可將電池作為電源的電 子裝置，如筆記型電腦等，其使用含有多個(gè)可充電電池的電池組，這些可充電 電池串聯(lián)耦接以增加電池組端電壓及/或并耳關(guān)耦<|妻以增加電池組容量。{旦是， 電池組中的電池即使是同 一批生產(chǎn)出來(lái)其特性也無(wú)法完全相同，且電池因工作 條件不同其特性變化上也會(huì)各自不同。例如，電池工作溫度的不同及電池端電
壓/輸出電流的不同，均會(huì)使得電池的老化程度或衰退周期各自不同。隨著充 放電次數(shù)增加，電池電解質(zhì)濃度及電極板阻抗的改變，會(huì)導(dǎo)致各電池所能產(chǎn)生 的開路電壓及短路電流不均衡。當(dāng)不均衡狀態(tài)到達(dá)一程度時(shí)，依據(jù)電池的串并 耳關(guān)方式，在電池上將產(chǎn)生逆向電壓或逆向電流而造成電池的永久性衰退損壞， 進(jìn)而影響到電池組的安全性及使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是在提出一種電池平衡電路，可使電池組中各可充電 電池所能產(chǎn)生的開路電壓及短路電流均衡，改善電池組的安全性及使用壽命。
本實(shí)用新型的另 一 目的就是在提出 一種電源系統(tǒng)，其使用前述的電池平衡 電路改善電池組的安全性及使用壽命，進(jìn)而延長(zhǎng)使用所述電源系統(tǒng)的電子裝置 的工作時(shí)間。
本實(shí)用新型提出一種電池平衡電路，適用于串并聯(lián)耦接的多個(gè)可充電電 池。所述電池平衡電路包括多個(gè)檢測(cè)控制電路且每個(gè)4全測(cè)控制電路耦接至所述 多個(gè)可充電電池其中相應(yīng)的 一可充電電池兩端。每個(gè)檢測(cè)控制電路包括一4全測(cè) 器、 一比較器以及一控制器。所述檢測(cè)器耦接至相應(yīng)的所述可充電電池兩端，用以檢測(cè)所述可充電電池端電壓。所述比較器耦接至所述檢測(cè)器，用以比較所 述可充電電池端電壓及 一 設(shè)定電壓并輸出 一 比較結(jié)果。所述控制器耦接至所述 比較器及所述可充電電池兩端，用以在所述比較結(jié)果表示所述可充電電池端電 壓大于所述設(shè)定電壓時(shí)提供 一 旁路消耗所述可充電電池能量，并在所述比較結(jié) 果表示所述可充電電池端電壓小于或等于所述設(shè)定電壓時(shí)斷開所述旁路。
本實(shí)用新型提出一種電源系統(tǒng)，包括一電源供應(yīng)器、 一微控制器、 一電池 組、 一充放電控制器以及前述的電池平衡電路。所述電源供應(yīng)器用以接收一交 流電源并將所述交流電源轉(zhuǎn)換成至少 一主電源及一待機(jī)電源。所述微控制器耦 接所述待機(jī)電源并由其供電。所述電池組包括串并聯(lián)耦接的多個(gè)可充電電池。 所述充放電控制器耦接于所述微控制器及所述電池組之間，用以依據(jù)所述微控 制器命令，通過所述微控制器從所述待機(jī)電源汲取能量以對(duì)所述電池組充電， 或從所述電池組汲取能量供電給所述微控制器，或從所述電池組汲取能量供電 給所述微控制器并通過所述微控制器供電給使用所述電源系統(tǒng)的電子裝置所 而。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于，本實(shí)用新型電池平衡電路 因采用對(duì)電池組中每個(gè)可充電電池進(jìn)行檢測(cè)， 一旦可充電電池端電壓大于設(shè)定 電壓時(shí)即提供旁路消耗可充電電池能量，并在可充電電池端電壓小于或等于所 述設(shè)定電壓時(shí)斷開旁路，使電池組中各可充電電池所能產(chǎn)生的開路電壓及短路 電流均衡，改善電池組的安全性及使用壽命。因此，若電源系統(tǒng)使用前述的電 池平衡電路改善電池組的安全性及使用壽命，則可延長(zhǎng)使用此電源系統(tǒng)的電子 裝置的工作時(shí)間。
為讓本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉 較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下。
圖1為依照本實(shí)用新型一實(shí)施例的使用電池平衡電路的電源系統(tǒng)的方塊圖。
圖2為圖1所示電池平衡電路的檢測(cè)控制器的一具體電路實(shí)施例。 附圖標(biāo)記說(shuō)明l-電源供應(yīng)器；ll-電磁干擾濾波器；12-橋式整流器；13-功因修正器；14-主電源轉(zhuǎn)換器；15-待機(jī)電源轉(zhuǎn)換器；2-微控制器；3-充放電控 制器；4-電池組；5-電池平衡電路；51~53-檢測(cè)控制器；511-檢測(cè)器；512-比較器；513-控制器；6-數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器；B1-B3-可充電電池；CMP-比較器； 0PA-運(yùn)算放大器；Ql-開關(guān)；R1 R8-電阻器；Vac-交流電源；Vral、 Vm2-主電 源；Vsb-待機(jī)電源；Vctr 1 -數(shù)字設(shè)定信號(hào)；Vset、 Vset，-設(shè)定電壓；Vbl、 Vbl' -可充電電池端電壓。
具體實(shí)施方式
圖1為依照本實(shí)用新型一實(shí)施例的使用電池平衡電路的電源系統(tǒng)的方塊 圖，此電源系統(tǒng)例如應(yīng)用于液晶顯示器或液晶電視等電子裝置。請(qǐng)參照?qǐng)D1, 此電源系統(tǒng)包括電源供應(yīng)器1、微控制器2、充放電控制器3、電池組4、電池 平衡電路5以及數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器6。其中，電源供應(yīng)器1包括電磁干擾濾波 器11、橋式整流器12、可選的功因修正器13、主電源轉(zhuǎn)換器14以及待機(jī)電源 轉(zhuǎn)換器15,電池組4包括串聯(lián)耦接的可充電電池Bl ~B3,電池平衡電路5包 -括相應(yīng)于可充電電池Bl ~B3的4企測(cè)控制器51 ~ 53, ^旦并不以此為限；例如， 電池組4中的可充電電池的耦接方式還可以是并聯(lián)式或串并聯(lián)式。
電源供應(yīng)器1 -接收交流電源Vac,其電壓典型值為90 264Vrms。在交流 電源Vac輸入后，電J茲千擾濾波器11先濾除交流電源Vac中的電》茲干擾，橋 式整流器12再將交流電源Vac輸入的電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓送到主電源轉(zhuǎn)換器 14及待機(jī)電源轉(zhuǎn)換器15。但是，由于橋式整流器12會(huì)造成交流電源Vac輸入 的電流失真， 一般在橋式整流器后端緊跟著加上功因修正器13,使得從交流電 源Vac輸入端看入的電源供應(yīng)器得以虛擬成近似電阻性負(fù)載的無(wú)虛功損^^系 統(tǒng)，尤其是功率在75W以上的電子裝置目前都需要加上功因修正器以符合諧波 電流規(guī)范的要求。主電源轉(zhuǎn)換器14可將直流電壓轉(zhuǎn)換為主電源Vml和Vm2輸 出，其中，主電源Vml電壓典型值為24V而通過換流器轉(zhuǎn)換為高壓交流電壓以 點(diǎn)亮液晶顯示器的背光光源，主電源Vm2電壓典型值為12V而供電給液晶顯示 器的喇叭及影音處理電路。待機(jī)電源轉(zhuǎn)換器15可將直流電壓轉(zhuǎn)換為待機(jī)電源 Vsb輸出，待機(jī)電源Vsb電壓典型值為5V而供電給液晶顯示器主板上的微控制 器2。
微控制器2可接收使用者命令以控制電源供應(yīng)器1的工作模式，以便達(dá)到 節(jié)能省電的目的。例如，微控制器2控制主電源轉(zhuǎn)換器14在正常模式時(shí)輸出 主電源Vml和Vm2使液晶顯示器能顯示畫面，并控制主電源轉(zhuǎn)換器14在待機(jī) 模式時(shí)不再輸出主電源Vml和Vm2使液晶顯示器不會(huì)顯示畫面。而待機(jī)電源轉(zhuǎn)換器15不論在正常模式或待機(jī)模式時(shí)均輸出待機(jī)電源Vsb供電給微控制器2, 以便其隨時(shí)可接收使用者命令以改變工作模式。
充放電控制器3耦接于微控制器2及電池組4之間，用以依據(jù)微控制器2 命令對(duì)電池組4中可充電電池Bl ~ B3充電或/人電池組4中可充電電池Bl B3 汲取能量。在交流電源Vac輸入后，待機(jī)電源轉(zhuǎn)換器15不論在正常模式或待 機(jī)模式時(shí)均輸出待機(jī)電源Vsb供電給微處理器2，但待機(jī)電源Vsb可能會(huì)因微 控制器2負(fù)載量變化太大而不穩(wěn)定，如待機(jī)電源Vsb因微控制器2負(fù)載量驟增 而電壓降低，此時(shí)微控制器2命令充放電控制器3從電池組4中可充電電池B1 ~ B3汲取能量供電給微控制器2，相當(dāng)于穩(wěn)定待機(jī)電源Vsb的供電。甚至于在耗 電量較小的應(yīng)用中，在交流電源Vac被拔除時(shí)，微控制器2命令充放電控制器 3從電池組4中可充電電池B1 ~ B3汲取能量供電給使用此電源系統(tǒng)的電子裝置 所需，如供電給微控制器2并通過主電源轉(zhuǎn)換器14供電給液晶顯示器的換流 器、喇叭及影音處理電路。
電池平衡電路5中每個(gè)檢測(cè)控制電路耦接至電池組4中相應(yīng)的一可充電電 池兩端，例如檢測(cè)控制電路51耦接至可充電電池Bl兩端，檢測(cè)控制電路52 耦接至可充電電池B2兩端，檢測(cè)控制電路5 3耦接至可充電電池B3兩端。每 個(gè)檢測(cè)控制電路(如檢測(cè)控制電路51)用以檢測(cè)相應(yīng)的一可充電電池(如可充電 電池Bl)端電壓，在所述可充電電池(如可充電電池Bl)端電壓大于i殳定電壓 Vset時(shí)提供旁路消耗所述可充電電池(如可充電電池Bl)能量，并在所述可充 電電池(如可充電電池Bl)端電壓小于或等于設(shè)定電壓Vset時(shí)斷開旁路。其中， 設(shè)定電壓Vset可由使用者通過微控制器2進(jìn)行設(shè)定，此時(shí)微控制器2輸出數(shù) 字設(shè)定信號(hào)Vctrl(其例如是0000 FFFF中任一數(shù)字信號(hào))，此數(shù)字設(shè)定信號(hào) Vctrl再通過數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器6轉(zhuǎn)換為設(shè)定電壓Vset。
圖2為圖1所示電池平衡電路的檢測(cè)控制器的一具體電路實(shí)施例。請(qǐng)參照 圖2,以圖1所示檢測(cè)控制器51為例，檢測(cè)控制器51包括檢測(cè)器511、比較 器512以及控制器513。檢測(cè)器511耦接至相應(yīng)的可充電電池Bl兩端，用以 測(cè)可充電電池Bl端電壓Vbl。在本例中，才全測(cè)器511為運(yùn)算放大器OPA及電阻 器Rl ~ R4所組成的壓差放大器，其將可充電電池Bl端電壓Vbl放大為Vbl', 使其準(zhǔn)位適合后續(xù)的比較器512進(jìn)行比較。比較器512耦接至檢測(cè)器511,用 以比4交可充電電池端電壓Vbl及il定電壓Vset并^T出比4交結(jié)果。在本例中， 比較器512將可充電電池B1端電壓Vbl放大后的端電壓Vbl'與設(shè)定電壓Vset'進(jìn)行比較以輸出比較結(jié)果，因此實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于將可充電電池Bl端電壓Vbl及 設(shè)定電壓Vset進(jìn)行比較以輸出比較結(jié)果。
控制器513耦接至比較器512及可充電電池Bl兩端，用以在比較器512 輸出的比較結(jié)果表示可充電電池Bl端電壓Vbl大于設(shè)定電壓Vset時(shí)提供旁路 消耗可充電電池Bl能量，并在比較器512輸出的比較結(jié)果表示可充電電池Bl 端電壓Vbl小于或等于設(shè)定電壓Vset時(shí)斷開旁路。在本例中，控制器513包 括電阻器R7、 R8及開關(guān)Q1，電阻器R8及開關(guān)Ql串聯(lián)耦接后兩端再分別耦接 至可充電電池B1兩端，電阻器R7用于限流以保護(hù)開關(guān)Ql。在比較器512輸出 的比較結(jié)果表示可充電電池Bl端電壓Vbl大于設(shè)定電壓Vset時(shí)開關(guān)Ql導(dǎo)通， 此時(shí)可充電電池Bl將從陽(yáng)極端(或高壓端)輸出電流且電流流過電阻器R8及導(dǎo) 通的開關(guān)Ql所組成的旁路后再?gòu)年帢O端(或低壓端)回到可充電電池Bl,因此 可充電電池Bl能量將通過輸出電流流過旁路中的電阻器R8而漸漸消耗，直到 其消耗到可充電電池Bl端電壓Vbl等于i殳定電壓Vset時(shí)為止，這是因?yàn)樵诒?較器512輸出的比較結(jié)果表示可充電電池Bl端電壓Vbl小于或等于設(shè)定電壓 Vset時(shí)開關(guān)Ql會(huì)斷開而不再提供旁路去消耗可充電電池Bl能量。值得注意的 是，當(dāng)此旁路工作時(shí)，即此旁路未斷開而其中的電阻器R8漸漸消耗可充電電 池Bl能量時(shí)，此旁^各并不會(huì)影響到其它可充電電池B2和B3的狀態(tài)。
綜上所述，本實(shí)用新型電池平衡電路因采用對(duì)電池組中每個(gè)可充電電池進(jìn) 行4企測(cè)， 一 旦可充電電池端電壓大于設(shè)定電壓時(shí)即提供旁路消耗可充電電池能 量，并在可充電電池端電壓小于或等于所述"i殳定電壓時(shí)斷開旁^^, ^吏電池組中 各可充電電池所能產(chǎn)生的開路電壓及短路電流均#f,改善電池組的安全性及使 用壽命。因此，若電源系統(tǒng)使用前述的電池平衡電路改善電池組的安全性及使 用壽命，則可延長(zhǎng)使用此電源系統(tǒng)的電子裝置的工作時(shí)間。
以上說(shuō)明對(duì)本發(fā)明而言只是說(shuō)明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員理解，在不脫離以下所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許 多修改，變化，或等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電池平衡電路，適用于一電池組，所述電池組包括串并聯(lián)耦接的多個(gè)可充電電池，其特征在于，所述電池平衡電路包括多個(gè)檢測(cè)控制電路且每一所述檢測(cè)控制電路耦接至所述多個(gè)可充電電池其中相應(yīng)的一可充電電池兩端，每一所述檢測(cè)控制電路包括一檢測(cè)器，耦接至相應(yīng)的所述可充電電池兩端，用以檢測(cè)所述可充電電池端電壓；一比較器，耦接至所述檢測(cè)器，用以比較所述可充電電池端電壓及一設(shè)定電壓并輸出一比較結(jié)果；以及一控制器，耦接至所述比較器及所述可充電電池兩端，用以在所述比較結(jié)果表示所述可充電電池端電壓大于所述設(shè)定電壓時(shí)提供一旁路消耗所述可充電電池能量，并在所述比較結(jié)果表示所述可充電電池端電壓小于或等于所述設(shè)定電壓時(shí)斷開所述旁路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池平衡電路，其特征在于，所述控制器包括一 電阻器及一開關(guān)，所述電阻器及所述開關(guān)串聯(lián)耦接后兩端再分別耦接至所述可 充電電池兩端，在所述比較結(jié)果表示所述可充電電池端電壓大于所述設(shè)定電壓 時(shí)所述開關(guān)導(dǎo)通，并在所述比較結(jié)果表示所述可充電電池端電壓小于或等于所 述設(shè)定電壓時(shí)所述開關(guān)斷開。
3. —種電源系統(tǒng)，其特征在于，其包括一電源供應(yīng)器，用以接收一交流電源并將所述交流電源轉(zhuǎn)換成至少一主電 源及一纟寺才幾電源；一微控制器，耦接所述待機(jī)電源并由其供電； 一電池組，包括串并耳關(guān)耦對(duì)妻的多個(gè)可充電電池；一充放電控制器，耦接于所述微控制器及所述電池組之間，用以依據(jù)所述 微控制器命令，通過所述微控制器從所述待機(jī)電源汲取能量以對(duì)所述電池組充 電，或從所述電池組汲取能量供電給所述微控制器，或從所述電池組汲取能量 供電給所述微控制器并通過所述微控制器供電給使用所述電源系統(tǒng)的電子裝 置所需；以及一電池平衡電路，包括多個(gè)檢測(cè)控制電路且每一所述檢測(cè)控制電路耦接至 所述多個(gè)可充電電池其中相應(yīng)的一可充電電池兩端，每一所述沖全測(cè)控制電^各包括一檢測(cè)器，耦接至相應(yīng)的所述可充電電池兩端，用以檢測(cè)所述可充電電池 端電壓；一比較器，耦接至所述檢測(cè)器，用以比較所述可充電電池端電壓及一設(shè)定 電壓并輸出一比較結(jié)果；以及一控制器，耦接至所述比較器及所述可充電電池兩端，用以在所述比較結(jié) 果表示所述可充電電池端電壓大于所述設(shè)定電壓時(shí)提供一 旁路消耗所述可充 電電池能量，并在所述比較結(jié)果表示所述可充電電池端電壓小于或等于所述設(shè) 定電壓時(shí)斷開所述旁路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括一 電阻 器及一開關(guān)，所述電阻器及所述開關(guān)串聯(lián)耦接后兩端再分別耦接至所述可充電 電池兩端，在所述比較結(jié)果表示所述可充電電池端電壓大于所述設(shè)定電壓時(shí)所 述開關(guān)導(dǎo)通，并在所述比較結(jié)果表示所述可充電電池端電壓小于或等于所述設(shè) 定電壓時(shí)所述開關(guān)斷開。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種電池平衡電路及電源系統(tǒng)，其中電池平衡電路，適用于串并聯(lián)耦接的多個(gè)可充電電池。電池平衡電路包括多個(gè)檢測(cè)控制電路且每個(gè)檢測(cè)控制電路耦接至相應(yīng)的一可充電電池兩端。每個(gè)檢測(cè)控制電路均包括檢測(cè)器、比較器及控制器，其中，檢測(cè)器耦接至可充電電池兩端以檢測(cè)可充電電池端電壓，比較器耦接至檢測(cè)器以通過比較可充電電池端電壓及設(shè)定電壓以輸出比較結(jié)果，控制器耦接至比較器及可充電電池兩端以便在比較結(jié)果表示可充電電池端電壓大于設(shè)定電壓時(shí)提供旁路消耗所述可充電電池能量及在比較結(jié)果表示可充電電池端電壓小于或等于設(shè)定電壓時(shí)斷開旁路。電源系統(tǒng)包括電源供應(yīng)器、微控制器、電池組、充放電控制器及前述的電池平衡電路。
文檔編號(hào)H02M7/02GK201398088SQ20092014715
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者廖尤仲, 林立韋, 黃耀均 申請(qǐng)人:冠捷投資有限公司