专利名称：电池平衡电路及电源系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电池平衡电路，且特别涉及一种适用于多个串并联耦 接的可充电电池的电池平#f电。
背景技术：
由于现有的单颗电池的端电压及容量有限，在一些可将电池作为电源的电 子装置，如笔记型电脑等，其使用含有多个可充电电池的电池组，这些可充电 电池串联耦接以增加电池组端电压及/或并耳关耦<|妻以增加电池组容量。{旦是， 电池组中的电池即使是同 一批生产出来其特性也无法完全相同，且电池因工作 条件不同其特性变化上也会各自不同。例如，电池工作温度的不同及电池端电
压/输出电流的不同，均会使得电池的老化程度或衰退周期各自不同。随着充 放电次数增加，电池电解质浓度及电极板阻抗的改变，会导致各电池所能产生 的开路电压及短路电流不均衡。当不均衡状态到达一程度时，依据电池的串并 耳关方式，在电池上将产生逆向电压或逆向电流而造成电池的永久性衰退损坏， 进而影响到电池组的安全性及使用寿命。
发明内容
本实用新型的目的就是在提出一种电池平衡电路，可使电池组中各可充电 电池所能产生的开路电压及短路电流均衡，改善电池组的安全性及使用寿命。
本实用新型的另 一 目的就是在提出 一种电源系统，其使用前述的电池平衡 电路改善电池组的安全性及使用寿命，进而延长使用所述电源系统的电子装置 的工作时间。
本实用新型提出一种电池平衡电路，适用于串并联耦接的多个可充电电 池。所述电池平衡电路包括多个检测控制电路且每个4全测控制电路耦接至所述 多个可充电电池其中相应的 一可充电电池两端。每个检测控制电路包括一4全测 器、 一比较器以及一控制器。所述检测器耦接至相应的所述可充电电池两端，用以检测所述可充电电池端电压。所述比较器耦接至所述检测器，用以比较所 述可充电电池端电压及 一 设定电压并输出 一 比较结果。所述控制器耦接至所述 比较器及所述可充电电池两端，用以在所述比较结果表示所述可充电电池端电 压大于所述设定电压时提供 一 旁路消耗所述可充电电池能量，并在所述比较结 果表示所述可充电电池端电压小于或等于所述设定电压时断开所述旁路。
本实用新型提出一种电源系统，包括一电源供应器、 一微控制器、 一电池 组、 一充放电控制器以及前述的电池平衡电路。所述电源供应器用以接收一交 流电源并将所述交流电源转换成至少 一主电源及一待机电源。所述微控制器耦 接所述待机电源并由其供电。所述电池组包括串并联耦接的多个可充电电池。 所述充放电控制器耦接于所述微控制器及所述电池组之间，用以依据所述微控 制器命令，通过所述微控制器从所述待机电源汲取能量以对所述电池组充电， 或从所述电池组汲取能量供电给所述微控制器，或从所述电池组汲取能量供电 给所述微控制器并通过所述微控制器供电给使用所述电源系统的电子装置所 而。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型电池平衡电路 因采用对电池组中每个可充电电池进行检测， 一旦可充电电池端电压大于设定 电压时即提供旁路消耗可充电电池能量，并在可充电电池端电压小于或等于所 述设定电压时断开旁路，使电池组中各可充电电池所能产生的开路电压及短路 电流均衡，改善电池组的安全性及使用寿命。因此，若电源系统使用前述的电 池平衡电路改善电池组的安全性及使用寿命，则可延长使用此电源系统的电子 装置的工作时间。
为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举 较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1为依照本实用新型一实施例的使用电池平衡电路的电源系统的方块图。
图2为图1所示电池平衡电路的检测控制器的一具体电路实施例。 附图标记说明l-电源供应器；ll-电磁干扰滤波器；12-桥式整流器；13-功因修正器；14-主电源转换器；15-待机电源转换器；2-微控制器；3-充放电控 制器；4-电池组；5-电池平衡电路；51~53-检测控制器；511-检测器；512-比较器；513-控制器；6-数字至模拟转换器；B1-B3-可充电电池；CMP-比较器； 0PA-运算放大器；Ql-开关；R1 R8-电阻器；Vac-交流电源；Vral、 Vm2-主电 源；Vsb-待机电源；Vctr 1 -数字设定信号；Vset、 Vset，-设定电压；Vbl、 Vbl' -可充电电池端电压。
具体实施方式
图1为依照本实用新型一实施例的使用电池平衡电路的电源系统的方块 图，此电源系统例如应用于液晶显示器或液晶电视等电子装置。请参照图1, 此电源系统包括电源供应器1、微控制器2、充放电控制器3、电池组4、电池 平衡电路5以及数字至模拟转换器6。其中，电源供应器1包括电磁干扰滤波 器11、桥式整流器12、可选的功因修正器13、主电源转换器14以及待机电源 转换器15,电池组4包括串联耦接的可充电电池Bl ~B3,电池平衡电路5包 -括相应于可充电电池Bl ~B3的4企测控制器51 ~ 53, ^旦并不以此为限；例如， 电池组4中的可充电电池的耦接方式还可以是并联式或串并联式。
电源供应器1 -接收交流电源Vac,其电压典型值为90 264Vrms。在交流 电源Vac输入后，电J兹千扰滤波器11先滤除交流电源Vac中的电》兹干扰，桥 式整流器12再将交流电源Vac输入的电压转换为直流电压送到主电源转换器 14及待机电源转换器15。但是，由于桥式整流器12会造成交流电源Vac输入 的电流失真， 一般在桥式整流器后端紧跟着加上功因修正器13,使得从交流电 源Vac输入端看入的电源供应器得以虚拟成近似电阻性负载的无虚功损^^系 统，尤其是功率在75W以上的电子装置目前都需要加上功因修正器以符合谐波 电流规范的要求。主电源转换器14可将直流电压转换为主电源Vml和Vm2输 出，其中，主电源Vml电压典型值为24V而通过换流器转换为高压交流电压以 点亮液晶显示器的背光光源，主电源Vm2电压典型值为12V而供电给液晶显示 器的喇叭及影音处理电路。待机电源转换器15可将直流电压转换为待机电源 Vsb输出，待机电源Vsb电压典型值为5V而供电给液晶显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电源供应器1的工作模式，以便达到 节能省电的目的。例如，微控制器2控制主电源转换器14在正常模式时输出 主电源Vml和Vm2使液晶显示器能显示画面，并控制主电源转换器14在待机 模式时不再输出主电源Vml和Vm2使液晶显示器不会显示画面。而待机电源转换器15不论在正常模式或待机模式时均输出待机电源Vsb供电给微控制器2, 以便其随时可接收使用者命令以改变工作模式。
充放电控制器3耦接于微控制器2及电池组4之间，用以依据微控制器2 命令对电池组4中可充电电池Bl ~ B3充电或/人电池组4中可充电电池Bl B3 汲取能量。在交流电源Vac输入后，待机电源转换器15不论在正常模式或待 机模式时均输出待机电源Vsb供电给微处理器2，但待机电源Vsb可能会因微 控制器2负载量变化太大而不稳定，如待机电源Vsb因微控制器2负载量骤增 而电压降低，此时微控制器2命令充放电控制器3从电池组4中可充电电池B1 ~ B3汲取能量供电给微控制器2，相当于稳定待机电源Vsb的供电。甚至于在耗 电量较小的应用中，在交流电源Vac被拔除时，微控制器2命令充放电控制器 3从电池组4中可充电电池B1 ~ B3汲取能量供电给使用此电源系统的电子装置 所需，如供电给微控制器2并通过主电源转换器14供电给液晶显示器的换流 器、喇叭及影音处理电路。
电池平衡电路5中每个检测控制电路耦接至电池组4中相应的一可充电电 池两端，例如检测控制电路51耦接至可充电电池Bl两端，检测控制电路52 耦接至可充电电池B2两端，检测控制电路5 3耦接至可充电电池B3两端。每 个检测控制电路(如检测控制电路51)用以检测相应的一可充电电池(如可充电 电池Bl)端电压，在所述可充电电池(如可充电电池Bl)端电压大于i殳定电压 Vset时提供旁路消耗所述可充电电池(如可充电电池Bl)能量，并在所述可充 电电池(如可充电电池Bl)端电压小于或等于设定电压Vset时断开旁路。其中， 设定电压Vset可由使用者通过微控制器2进行设定，此时微控制器2输出数 字设定信号Vctrl(其例如是0000 FFFF中任一数字信号)，此数字设定信号 Vctrl再通过数字至模拟转换器6转换为设定电压Vset。
图2为图1所示电池平衡电路的检测控制器的一具体电路实施例。请参照 图2,以图1所示检测控制器51为例，检测控制器51包括检测器511、比较 器512以及控制器513。检测器511耦接至相应的可充电电池Bl两端，用以 测可充电电池Bl端电压Vbl。在本例中，才全测器511为运算放大器OPA及电阻 器Rl ~ R4所组成的压差放大器，其将可充电电池Bl端电压Vbl放大为Vbl', 使其准位适合后续的比较器512进行比较。比较器512耦接至检测器511,用 以比4交可充电电池端电压Vbl及il定电压Vset并^T出比4交结果。在本例中， 比较器512将可充电电池B1端电压Vbl放大后的端电压Vbl'与设定电压Vset'进行比较以输出比较结果，因此实质上相当于将可充电电池Bl端电压Vbl及 设定电压Vset进行比较以输出比较结果。
控制器513耦接至比较器512及可充电电池Bl两端，用以在比较器512 输出的比较结果表示可充电电池Bl端电压Vbl大于设定电压Vset时提供旁路 消耗可充电电池Bl能量，并在比较器512输出的比较结果表示可充电电池Bl 端电压Vbl小于或等于设定电压Vset时断开旁路。在本例中，控制器513包 括电阻器R7、 R8及开关Q1，电阻器R8及开关Ql串联耦接后两端再分别耦接 至可充电电池B1两端，电阻器R7用于限流以保护开关Ql。在比较器512输出 的比较结果表示可充电电池Bl端电压Vbl大于设定电压Vset时开关Ql导通， 此时可充电电池Bl将从阳极端(或高压端)输出电流且电流流过电阻器R8及导 通的开关Ql所组成的旁路后再从阴极端(或低压端)回到可充电电池Bl,因此 可充电电池Bl能量将通过输出电流流过旁路中的电阻器R8而渐渐消耗，直到 其消耗到可充电电池Bl端电压Vbl等于i殳定电压Vset时为止，这是因为在比 较器512输出的比较结果表示可充电电池Bl端电压Vbl小于或等于设定电压 Vset时开关Ql会断开而不再提供旁路去消耗可充电电池Bl能量。值得注意的 是，当此旁路工作时，即此旁路未断开而其中的电阻器R8渐渐消耗可充电电 池Bl能量时，此旁^各并不会影响到其它可充电电池B2和B3的状态。
综上所述，本实用新型电池平衡电路因采用对电池组中每个可充电电池进 行4企测， 一 旦可充电电池端电压大于设定电压时即提供旁路消耗可充电电池能 量，并在可充电电池端电压小于或等于所述"i殳定电压时断开旁^^, ^吏电池组中 各可充电电池所能产生的开路电压及短路电流均#f,改善电池组的安全性及使 用寿命。因此，若电源系统使用前述的电池平衡电路改善电池组的安全性及使 用寿命，则可延长使用此电源系统的电子装置的工作时间。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人 员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许 多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求1.一种电池平衡电路，适用于一电池组，所述电池组包括串并联耦接的多个可充电电池，其特征在于，所述电池平衡电路包括多个检测控制电路且每一所述检测控制电路耦接至所述多个可充电电池其中相应的一可充电电池两端，每一所述检测控制电路包括一检测器，耦接至相应的所述可充电电池两端，用以检测所述可充电电池端电压；一比较器，耦接至所述检测器，用以比较所述可充电电池端电压及一设定电压并输出一比较结果；以及一控制器，耦接至所述比较器及所述可充电电池两端，用以在所述比较结果表示所述可充电电池端电压大于所述设定电压时提供一旁路消耗所述可充电电池能量，并在所述比较结果表示所述可充电电池端电压小于或等于所述设定电压时断开所述旁路。
2. 根据权利要求1所述的电池平衡电路，其特征在于，所述控制器包括一 电阻器及一开关，所述电阻器及所述开关串联耦接后两端再分别耦接至所述可 充电电池两端，在所述比较结果表示所述可充电电池端电压大于所述设定电压 时所述开关导通，并在所述比较结果表示所述可充电电池端电压小于或等于所 述设定电压时所述开关断开。
3. —种电源系统，其特征在于，其包括一电源供应器，用以接收一交流电源并将所述交流电源转换成至少一主电 源及一纟寺才几电源；一微控制器，耦接所述待机电源并由其供电； 一电池组，包括串并耳关耦对妻的多个可充电电池；一充放电控制器，耦接于所述微控制器及所述电池组之间，用以依据所述 微控制器命令，通过所述微控制器从所述待机电源汲取能量以对所述电池组充 电，或从所述电池组汲取能量供电给所述微控制器，或从所述电池组汲取能量 供电给所述微控制器并通过所述微控制器供电给使用所述电源系统的电子装 置所需；以及一电池平衡电路，包括多个检测控制电路且每一所述检测控制电路耦接至 所述多个可充电电池其中相应的一可充电电池两端，每一所述冲全测控制电^各包括一检测器，耦接至相应的所述可充电电池两端，用以检测所述可充电电池 端电压；一比较器，耦接至所述检测器，用以比较所述可充电电池端电压及一设定 电压并输出一比较结果；以及一控制器，耦接至所述比较器及所述可充电电池两端，用以在所述比较结 果表示所述可充电电池端电压大于所述设定电压时提供一 旁路消耗所述可充 电电池能量，并在所述比较结果表示所述可充电电池端电压小于或等于所述设 定电压时断开所述旁路。
4.根据权利要求3所述的电源系统，其特征在于，所述控制器包括一 电阻 器及一开关，所述电阻器及所述开关串联耦接后两端再分别耦接至所述可充电 电池两端，在所述比较结果表示所述可充电电池端电压大于所述设定电压时所 述开关导通，并在所述比较结果表示所述可充电电池端电压小于或等于所述设 定电压时所述开关断开。
专利摘要本实用新型提供一种电池平衡电路及电源系统，其中电池平衡电路，适用于串并联耦接的多个可充电电池。电池平衡电路包括多个检测控制电路且每个检测控制电路耦接至相应的一可充电电池两端。每个检测控制电路均包括检测器、比较器及控制器，其中，检测器耦接至可充电电池两端以检测可充电电池端电压，比较器耦接至检测器以通过比较可充电电池端电压及设定电压以输出比较结果，控制器耦接至比较器及可充电电池两端以便在比较结果表示可充电电池端电压大于设定电压时提供旁路消耗所述可充电电池能量及在比较结果表示可充电电池端电压小于或等于设定电压时断开旁路。电源系统包括电源供应器、微控制器、电池组、充放电控制器及前述的电池平衡电路。
文档编号H02M7/02GK201398088SQ20092014715
公开日2010年2月3日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者廖尤仲, 林立韦, 黄耀均 申请人:冠捷投资有限公司