用于對(duì)電池充電進(jìn)行管理的電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及電池，并且更具體地旨在電池中的充電管理。本發(fā)明具體涉及能夠在多個(gè)初級(jí)電芯的電池中實(shí)現(xiàn)充電平衡和中斷功能的充電管理電路。
【背景技術(shù)】
[0002]電池為用于輸出DC電壓的、在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)或者兩個(gè)端(分別為正極和負(fù)極)之間串聯(lián)和/或并聯(lián)的多個(gè)初級(jí)電芯(蓄電池等)的組。在電池放電階段，電流從正極端通過(guò)待提供電力的負(fù)載而流到電池的負(fù)極端。在電池充電階段，充電器施加流過(guò)負(fù)極端到電池的正極端的充電電流。該電流流過(guò)電池的不同電芯，這引起了電池的充電。電池通常與充電管理電路相關(guān)聯(lián)，該充電管理電路通常被配置為了在再充電階段檢測(cè)充電的結(jié)束并且足夠快地中斷充電以避免可能導(dǎo)致?lián)p害的過(guò)充電。充電管理電路還能夠在再充電階段平衡電池電芯的充電水平。在特定電池中，充電管理電路是相當(dāng)復(fù)雜的，并且顯著導(dǎo)致了電池的成本、重量和/或體積的增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此，本發(fā)明的實(shí)施例的目的在于提供一種用于管理初級(jí)電芯的電池的充電的電路，該電路包括:多個(gè)加熱元件，每個(gè)加熱元件能夠通過(guò)消散超過(guò)激活電壓的熱量來(lái)鉗位其兩端的電壓，并且不同的加熱元件旨在連接在電池的一個(gè)或者多個(gè)電芯的不同子組合件兩端；至少一個(gè)溫度傳感器，其能夠檢測(cè)一個(gè)或者多個(gè)所述加熱元件的激活；以及控制電路，其能夠根據(jù)通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)加熱元件的激活來(lái)控制電池的充電電流。
[0004]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)加熱元件的激活電壓根據(jù)該加熱元件旨在連接到的電芯的子組合件的額定完全充電電壓來(lái)選擇。
[0005]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)加熱元件的激活電壓大于或者等于該加熱元件旨在連接到的電芯的子組合件的額定完全充電電壓。
[0006]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)加熱元件的激活電壓小于該加熱元件旨在連接到的電芯的子組合件的額定完全充電電壓。
[0007]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)加熱元件包括穩(wěn)壓(Zener) 二極管。
[0008]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)加熱元件包括具有可編程激活電壓的集成鉗位電路。
[0009]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)子組合件包括單個(gè)電芯。
[0010]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)子組合件包括至少兩個(gè)電芯。
[0011]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述充電管理電路包括多個(gè)溫度傳感器，不同的溫度傳感器與不同的加熱元件熱耦合。
[0012]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述控制電路被配置為當(dāng)檢測(cè)到加熱元件的激活時(shí)修改充電電流。
[0013]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，充電電流的修改包括在沒(méi)有完全中斷充電電流的情況下降低充電電流。
[0014]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，充電電流的修改包括中斷所述充電電流。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述控制電路被配置為當(dāng)每個(gè)所述溫度傳感器檢測(cè)到加熱元件的激活時(shí)中斷充電電流。
[0016]另一個(gè)實(shí)施例提供了一種組合件，該組合件包括初級(jí)電芯的電池和上述類型的充電管理電路。
【附圖說(shuō)明】
[0017]在特定實(shí)施例的下面非限制描述中結(jié)合附圖詳細(xì)討論上述特征和優(yōu)勢(shì)以及其它特征和優(yōu)勢(shì)，其中:
[0018]圖1是包括電池和用于管理電池充電的電路的示例的組合件的示例的電氣圖；
[0019]圖2是包括電池和用于管理電池充電的電路的另一個(gè)示例的組合件的示例的電氣圖；
[0020]圖3是包括電池和用于管理電池充電的電路的示例的組合件的示例的電氣圖；
[0021]圖4是包括電池和用于管理電池充電的電路的可替換實(shí)施例的組合件的示例的電氣圖；
[0022]圖5是以更詳細(xì)方式示出圖3的充電管理電路的元件的實(shí)施例的圖3的組合件的局部電氣圖；
[0023]圖6是以更詳細(xì)方式示出圖4的充電管理電路的元件的實(shí)施例的圖4的組合件的局部電氣圖；
[0024]圖7是示出關(guān)聯(lián)圖3至圖6描述的類型的充電管理電路的操作的示例的時(shí)序圖；
[0025]圖8是包括電池和用于管理電池充電的電路的另一個(gè)可替換實(shí)施例的組合件的不例的電氣圖；
[0026]為了清楚起見，在不同附圖中使用相同參考符號(hào)指定相同元件。而且，僅詳細(xì)說(shuō)明了用于理解所述實(shí)施例的那些元件。
【具體實(shí)施方式】
[0027]圖1是組合件100的示例的電氣圖，該組合件包括用于輸出DC電壓的、在端V+和V-之間串聯(lián)的四個(gè)初級(jí)電芯1li的電池104，i為從I到4的整數(shù)。在該示例中，電芯101 i為鎳鎘(NiCd)或者鎳金屬氫化物(NiMH)電芯。這種電芯具有以下特性:當(dāng)充電電流流過(guò)電芯時(shí)，在電芯達(dá)到了它們的額定完全充電水平后即在電芯兩端的電壓達(dá)到了給定額電壓水平或者額定完全充電水平后，電芯在寄生化學(xué)反應(yīng)的作用下開始加熱。被充電的電芯可以(至少某些時(shí)候)在沒(méi)有被損害的情況下繼續(xù)甘受充電電流。在這種情況下，該電芯兩端的電壓在沒(méi)有導(dǎo)致對(duì)電芯的損害的情況下繼續(xù)增加超過(guò)額定完全充電電壓。當(dāng)中斷充電電流時(shí)，則電芯兩端內(nèi)的電壓跌回且穩(wěn)定在電芯的額定完全充電電壓。過(guò)多的電功率以寄生化學(xué)反應(yīng)來(lái)消耗。然而，這種電芯兩端的電壓不應(yīng)當(dāng)超過(guò)給定的臨界閾值，或者不應(yīng)當(dāng)超過(guò)電芯可以承受的最大電壓，否則將退化電芯。
[0028]組合件100還包括耦接到電池104的充電管理電路102，該充電管理電路102被配置為檢測(cè)充電結(jié)束并且在能夠損害電池的過(guò)充電發(fā)生之前中斷充電電流。電路102包括:靠近電芯10^的、在組合件內(nèi)放置的溫度傳感器103和被配置為根據(jù)由傳感器103測(cè)量的溫度來(lái)控制充電電流的控制電路105。在充電階段結(jié)束時(shí)，當(dāng)最高充電的電芯超過(guò)它們的額定完全充電水平時(shí)，傳感器103檢測(cè)到由于在該電芯中的寄生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致在組合件內(nèi)溫度上升。作為一個(gè)示例，在第一階段，未中斷充電電流，并且較少充電的電芯繼續(xù)充電。例如，當(dāng)由組合件內(nèi)的傳感器103測(cè)量的溫度上升超過(guò)閾值時(shí)該電池被認(rèn)為充分充電。該閾值例如與所有電池電芯或者電池的顯著數(shù)量的電芯中的寄生化學(xué)反應(yīng)的激活對(duì)應(yīng)。然后，電路105中斷充電電流。因此，充電管理電路102不僅實(shí)現(xiàn)電池充電中斷功能而且實(shí)現(xiàn)電池電芯平衡功能。
[0029]圖1的充電管理電路102具有特別簡(jiǎn)單的形成、輕且小體積的優(yōu)勢(shì)。進(jìn)一步地，該類型的管理電路已經(jīng)被設(shè)置在許多現(xiàn)有鎳鎘電池或者鎳金屬氫化物電池中，攤銷了該電路的開發(fā)成本且降低了該電路的成本。
[0030]然而，該電路102僅兼容其中充電結(jié)束導(dǎo)致電芯溫度顯著增加的電芯。這不是對(duì)于所有電芯都是真的。具體地，這對(duì)于鋰離子電池不是真的，在鋰離子電池中，在充電結(jié)束時(shí)，該電芯兩端內(nèi)的電壓在沒(méi)有導(dǎo)致加熱的情況下繼續(xù)增加超過(guò)電芯的額定完全充電電壓直到超過(guò)電芯被損害的危險(xiǎn)的臨界水平。然后應(yīng)當(dāng)提供比圖1的電路更復(fù)雜且更昂貴的特定充電管理電路。
[0031]圖2是組合件200的另一個(gè)示例的電氣圖，該組合件200包括在DC電壓輸出端V+和V-之間串聯(lián)的四個(gè)初級(jí)電芯201i(i為從I到4的整數(shù))的電池204。在該示例中，電芯20込為其中充電結(jié)束不導(dǎo)致電芯的顯著加熱的電芯，例如鋰離子電芯。組合件200還包括充電管理電路202，該充電管理電路202被配置為檢測(cè)充電結(jié)束且在達(dá)到能夠損害電池的過(guò)充電水平之前中斷充電。電路202具有連接到每個(gè)電池電芯的輸入。它被配置為監(jiān)視每個(gè)電芯兩端的電壓并且在電芯達(dá)到其臨界過(guò)充電電壓水平之前中斷充電。例如，電路200包括微分測(cè)量電路、比較器等。電路202還可以被配置為如果它檢測(cè)到不同電芯的充電速度的不一致則經(jīng)由旁路分支實(shí)現(xiàn)平衡功能。
[0032]無(wú)論使用什么樣的電芯技術(shù)均可以形成關(guān)聯(lián)圖2描述的類型的充電管理電路。然而，該類型的電路具有比關(guān)聯(lián)圖1中描述的類型的管理電路更復(fù)雜、更大體積且更昂貴的缺點(diǎn)。
[0033]圖3是組合件300的一個(gè)示例的電氣圖，該組合件包括電池304和充電管理電路302的實(shí)施例。在該示例中，電池304包括在DC電壓輸出端V+和V-之間串聯(lián)的四個(gè)初級(jí)電芯301i，i為從I到4的整數(shù)。電芯301i為任何技術(shù)類型的。作為一個(gè)示例，電芯301 $以下的電芯，在該電芯中，在充電結(jié)束時(shí)，如果在電芯達(dá)到了其額定完全充電水平之后施加充電電流，則電芯兩端的電壓在沒(méi)有對(duì)電芯顯著加熱的情況下超越額定完全充電水平。電芯301^例如為鈕尚子電芯。
[0034]根據(jù)一個(gè)方面，充電管理電路302包括與電池的每個(gè)電芯301i相關(guān)聯(lián)的加熱元件303,,該加熱元件303,被配置為當(dāng)電芯兩端的電壓超過(guò)電壓閾值或者激活電壓時(shí)發(fā)熱。加熱元件303i的激活電壓例如等于電池電芯的額定完全充電電壓。作為變型，如果電芯可以在沒(méi)有被損害的情況下承受超過(guò)它們額定完全充電電壓的某些過(guò)充電，則激活閾值可以處于額定電芯的完全充電電壓和電