用于电池组的均衡设备的制作方法
【专利摘要】在用于均衡串联连接的电池单元(BC1到BCn)的电压的均衡设备中，每一个电池单元提供有均衡开关(N1、P1)和电平移位部。电平移位部包括至少一个电平移位电路(16、17、24、26、28、32－35、37)。每一个电平移位电路都工作在从预定数目的相邻电池单元的串联电路所提供的电源电压上。布置电平移位电路，以使得电源电压的电位依次彼此不同。在电平移位部中，第一电平移位电路借助对从与第一电平移位电路相邻的第二电平移位电路输入的控制信号对进行电平移位而输出驱动电压对，最后一个电平移位电路输出驱动电压对，作为相应的均衡开关的控制电压。
【专利说明】用于电池组的均衡设备
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及一种用于包括串联连接的多个电池单元的电池组的均衡设备。
【背景技术】
[0002]为了向车辆的电动机提供电力而安装在诸如电动车辆(EV)或混合动力车辆的电动机驱动车辆上的电池需要例如约300V的高电压。为此，将电池配置为包括串联连接的多个电池单元的电池组，每一个电池单元都具有几伏的单元电压。近年来广泛使用的锂离子电池单元具有高单元电压。因此，在以锂离子电池单元构造电池组时，可以减少电池组中的电池单元的总数，以便可以减小电池组的大小。
[0003]但如果没有在其最小有效电压与其最大有效电压之间的预定单元电压范围内使用每一个电池单元，就会出现麻烦，例如电池单元的容量的显著减小和电池单元中的异常发热。此外，如果由于其容量的变化，电池单元具有不同单元电压，电池组的电压相对于其目标电压的误差就会变大。为此，要求了用于监控电池单元的电压并均衡电压的均衡设备。对应于US2013/0162213的JP-A-2012-23848公开了一种均衡设备，具有为每一个电池单元提供的均衡开关。
[0004]传统均衡设备具有电平移位电路，为每一个电池单元提供它，并工作在由相邻多个电池单元的电压产生的电源电压上。将电平移位电路从低电位侧向高电位侧累积。在均衡设备中，相对于地电位等输入用于每一个电池单元的控制信号，并由电平移位电路顺序传送到高电位侧。由最后的电平移位电路输出的驱动电压施加到均衡开关的控制端子之间。
[0005]在这个结构中，如果例如由于连接均衡设备与电池组的连接器分离的事实而失去了电平移位电路的电源电压，电平移位电路的操作就变得不定，即由电平移位电路输出的驱动电压变得不定。结果，就有可能尽管有接收到用于停止均衡过程的控制信号的事实，均衡开关也导通。
【发明内容】
[0006]鉴于以上情况，本公开内容的目的是提供一种电池组均衡设备，即使当在控制均衡开关的电路中电平移位电路的电源电位不定时，也能够稳定地保持均衡开关关断。
[0007]均衡设备用于均衡电池组的η个电池单元的单元电压，其中，η为正整数。电池单元以如下方式串联连接:第k+Ι个电池单元的第一端子连接到第k个电池单元的第二端子，其中，k为小于η的正整数。均衡设备包括均衡开关和电平移位部。
[0008]每一个均衡开关针对一个相应的电池单元而提供，且具有通电端子、控制端子和阈值电压。在通电端子之间的电流路径介于相应的电池单元的第一端子与第二端子之间。当不小于阈值电压的控制电压施加到控制端子之间时，电流路径导电。
[0009]每一个电平移位部针对一个相应的电池单元而提供，且包括至少一个电平移位电路。每一个电平移位电路都工作在通过第一电压线路和第二电压线路从电池组的预定数目的相邻电池单元的串联电路提供的电源电压上。第一电平移位部包括以预定方式连接的多个电平移位电路。每一个电平移位电路都借助电平移位输入到它的一对控制信号而输出一对驱动电压。布置电平移位电路，以使得提供给它们的电源电压的电位依次彼此不同。在多个电平移位部中的第一电平移位部中，第一电平移位电路接收从与第一电平移位电路相邻的第二电平移位电路输出的驱动电压对，并将接收的驱动电压对认为是用于其自身的控制信号对。在多个电平移位部中的第一电平移位部中，最后一个电平移位电路输出驱动电压对，作为用于相应的均衡开关的控制电压。
[0010]最后一个电平移位电路包括第一导电类型的第一晶体管、第一导电类型的第二晶体管、第一导电类型的第三晶体管和驱动电压确定电路。第一晶体管和第二晶体管的源极连接到第一电压线路。第一电压线路具有和提供给与电平移位电路中的最后一个电平移位电路相邻的电平移位电路中的第三电平移位电路的电源电压的电位的范围相交叠的电位。第三晶体管的漏极与源极连接在第一晶体管的栅极与源极之间。第三晶体管的栅极连接到第二晶体管的栅极。
[0011]驱动电压确定电路连接在第二电压线路与第一晶体管和第二晶体管的漏极之间，根据第一晶体管和第二晶体管的通断状态确定驱动电压对。第三电平移位电路将驱动电压对输出到第一晶体管和第二晶体管的栅极。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]依据以下参考附图做出的详细说明，本公开内容的以上及其他目的、特点和优点会变得更显而易见。在附图中:
[0013]图1是根据本公开内容的第一实施例的包括均衡设备的均衡系统的示意图；
[0014]图2是均衡设备的第一局部详图；
[0015]图3是均衡设备的第二局部详图；
[0016]图4是均衡设备的状态转移图；
[0017]图5是锂离子电池单元的特性图；
[0018]图6是根据本公开内容的第二实施例的均衡设备的局部详图；
[0019]图7是根据本公开内容的第三实施例的均衡设备的局部详图；
[0020]图8是根据本公开内容的第四实施例的均衡设备的局部详图；
[0021]图9是根据本公开内容的第五实施例的均衡设备的局部详图；
[0022]图10是根据本公开内容的第六实施例的均衡设备的局部详图；
[0023]图11是根据本公开内容的第七实施例的均衡设备的局部详图；
[0024]图12是根据本公开内容的第八实施例的均衡设备的局部详图；及
[0025]图13是根据本公开内容的第九实施例的均衡设备的局部详图。
【具体实施方式】
[0026]以下参考附图来说明本公开内容的实施例，在附图中，相同或相似的参考标记指代相同或相似的部分。
[0027](第一实施例)
[0028]参考图1至5来说明本公开内容的第一实施例。图1至3中所示的集成电路(IC) 11是用于均衡电池组12的η个电池单元BCl到BCn的电压的均衡设备，其中，η是正整数。电池组12安装在电动机驱动车辆上，电动机驱动车辆具有电动机，并能够借助电动机行驶，例如电动车辆(EV)和混合动力车辆(HV)。电池组12向电动机提供电力。
[0029]在电池组12中，电池单元BCl到BCn以如下方式串联连接:第k个电池单元BCk (k=Ι,...,η-l)的正端子(作为第二端子)连接到第k+Ι个电池单元BCk+Ι的负端子(作为第一端子)。例如，根据第一实施例，电池组12具有串联连接的80个锂离子电池单元(即η = 80)，每一个锂离子电池单元都具有3.6V的单元电压。
[0030]齐纳二极管Dl连接在电池单元BCi (i = 1，...，η)的正负端子之间。电池单元BCi的负端子通过电阻器Rl连接到ICll的端子Tim。电池单元BCi的正端子通过电阻器R2连接到ICll的端子Tip。电容器Cl连接在端子Tim与Tip之间。在电压均衡时，电阻器Rl与R2工作以限制放电电流，并与电容器Cl 一起作为滤波器电路工作。
[0031]电池单元BCl的负端子连接到参考电位。例如，根据第一实施例，参考电位是地电位。齐纳二极管D2连接在电池单元BCn的正端子与地电位之间。电池单元BCn的正端子通过电阻器R3连接到IC 11的电源端子Tp。电容器C2连接在电源端子Tp与地电位之间。电阻器R3与电容器C2—起作为滤波器电路工作。在IC 11内，电源端子Tp通过电源线路13和开关14连接到电源电路(图1中表示为“PS”)15。电源电路15产生电源电压Vdd。
[0032]IC 11具有为每一个电池单元BCl到BCn提供的均衡开关(图1中表示为“ESW”)。为电池单元BCl到BCn中一半的每一个提供的均衡开关是N沟道MOS晶体管，为电池单元BCl到BCn中剩余一半的每一个提供的均衡开关是P沟道MOS晶体管。具体地，为位于低电位侧的每一个电池单元BCl到BCn/2提供作为均衡开关的N沟道MOS晶体管NI，为位于高电位侧的每一个电池单元BCn/2+l到BCn提供作为均衡开关的P沟道MOS晶体管Pl。晶体管N1、P1的漏极和源极对应于通电端子，晶体管N1、Pl的栅极和源极对应于控制端子。如图2和3中所示的，在晶体管N1、Pl的通电端子之间的电流路径介于相应的电池单元的正负端子之间。当不小于晶体管N1、P1的阈值电压的控制电压施加在晶体管N1、P1的控制端子之间时电流路径导电。
[0033]为电池单元BCl提供一个电平移位电路17(图1中表示为“LS”)。相反，为每一个电池单元BC2到BCn提供多个电平移位电路16和17，它们级联以构成电平移位部。每一个电平移位电路16和17都工作在由包括电池单元BCi的相邻四个电池单元的串联电路产生的电源电压上。电平移位电路16和17级联，以使得提供给电平移位电路16和17的电池电压的电位彼此依次相差两个电池单元。当电池组12的电池单元BCl到BCn的总数为奇数时，出现分数。如果出现分数，就级联电平移位电路16和17，以使得提供给电平移位电路16和17的电池电压的电位彼此相差一个电池单元。
[0034]如上所述，除了当i = I时，为电池单元BCi提供级联的多个电平移位电路16和17。级联的电平移位电路16和17中，将电平移位电路17布置在最高电位侧，在下文中有时称为“最后一个电平移位电路17”。在下文中有时将级联电平移位电路16、17中布置在最低电位侧的电平移位电路16称为“最低电位电平移位电路16”。在下文中有时将布置在电平移位电路17与最低电位电平移位电路16之间的电平移位电路16称为“中间电平移位电路16”。
[0035]最低电位电平移位电路16通过电平移位从信号产生电路19输入的一对控制信号来将一对驱动信号输出到较高电位侧的相邻电平移位电路16或17。电平移位电路17通过对从较低电位侧的相邻电平移位电路16输入的一对控制信号进行电平移位来产生一对驱动信号，并输出这对驱动信号之一作为晶体管N1、Pl的控制电压。
[0036]中间电平移位电路16从较低电位侧的相邻电平移位电路16接收一对驱动信号，并将接收的驱动信号认为是用于其自身的一对控制信号。中间电平移位电路16通过电平移位这对控制信号，将一对驱动信号输出到高电位侧的相邻电平移位电路16或17。在正常条件下，这对控制信号在相位上相反，以便操作电平移位电路16、17。即在正常条件下，这对控制信号之一在高电平，这对控制信号的另一个在在低电平。由于这个结构，从信号产生电路19输出的控制信号对经由中间电平移位电路16从最低电位电平移位电路16顺序传送到电平移位电路17。为了简单，在图1中，由一条信号线表示控制信号对，同样由一条信号线表示驱动信号对。
[0037]如图2和图3所示的，电平移位电路16、17具有所谓的交叉锁存结构。例如，如图3所示，为电池单元BCn提供用以驱动晶体管Pl的最后一个电平移位电路17包括N沟道型(即第一导电类型)MOS晶体管N2、N3和N4( S卩，第一、第二和第三晶体管)与P沟道型(即第二导电类型)M0S晶体管P2和P3( S卩，第四和第五晶体管)。
[0038]通过第一电压线路21和第二电压线路22为最后一个电平移位电路17提供来自电池单元BCn-3到BCn的串联电路的电池电压。第一电压线路21的电位与提供给相邻电平移位电路16的电源电压的电位的范围相交叠，即，与由电池单元BCn-5到BCn-2的串联电路所产生的电源电压的电位的范围相交叠。每一个晶体管N2和N3的源极都连接到第一电压线路21。在晶体管N4的漏极与源极之间的电流路径连接在晶体管N2的栅极与漏极之间，晶体管N4的栅极连接到晶体管N3的栅极。
[0039]晶体管P2连接在第二电压线路22与晶体管N2的漏极之间，晶体管P3连接在第二电压线路22与晶体管N3的漏极之间。晶体管P2和P3构成驱动电压确定电路23，其根据晶体管N2和N3的通/断状态确定一对驱动电压。晶体管P2的栅极连接到晶体管P3的漏极，晶体管P3的栅极连接到晶体管P2的漏极。如图3所示，在第二电压线路22与晶体管N2的漏极之间产生的驱动电压施加在晶体管Pl的栅极与源极之间。相反，如图2所示，在第一电压线路21与晶体管N3的漏极之间产生的驱动电压施加在晶体管NI的栅极与源极之间。
[0040]没有直接驱动晶体管N1、Pl的电平移位电路16具有通过从直接驱动晶体管N1、Pl的最后一个电平移位电路17去除掉晶体管N4而形成的结构。电平移位电路16的晶体管N2的漏极连接到高电位侧的相邻电平移位电路16或17的晶体管N3的栅极。电平移位电路16的晶体管N3的漏极连接到高电位侧的相邻电平移位电路16或17的晶体管N2的栅极。
[0041]信号产生电路19(图1中表不为“SG”)从位于IC 11外部的微机(图1中表不为“MIC”)20接收启用信号和均衡信号。启用信号指示是启用还是禁用均衡过程。均衡信号指示哪一个电池单元BCi要放电，还指示在所指示的电池单元BC i放电过程中的放电时间。在为信号产生电路19提供来自电源电路15的电源电压Vdd的时间期间中，信号产生电路19基于启用信号和均衡信号输出控制信号，从而执行均衡过程，以均衡电池组12的电池单元BCl到BCn的电压。IC 11和微机20构成电池监控器E⑶，用于监控电池组12。
[0042]接下来，以下进一步参考图5和6来说明第一实施例的操作。微机20在根据车辆系统的状态的正确时机执行用于电池组12的均衡过程。如图4所示，当车辆系统处于正常模式或均衡模式中时，微机20将电源(PS)信号保持在ON电平。正常模式是车辆的点火(IG)开关导通，以使得电池组12可以向车辆的电动机提供电力的模式。均衡模式是紧接着关断IG开关后的模式。当PS信号处于ON电平时，IC 11的开关14导通，以使得可以产生电源电压Vdd。因此，IC 11的内部电路变为可操作。当均衡模式结束时，车辆系统转换到待命模式(即暗电流模式)，以节省电池组12的功耗。当车辆系统处于待命模式中时，微机20将PS信号保持在OFF电平。
[0043]在正常模式和待命模式中，从微机20传送到IC 11的启用信号指示禁用均衡过程。此时，从微机20传送到IC 11的均衡信号指示没有电池单元要放电，如图4中表示为“OFF”。因而，IC 11在正常模式和待命模式中停止均衡过程。即，在正常模式和待命模式中，作为均衡设备的IC 11处于均衡停止状态。
[0044]在正常模式中，信号产生电路19将控制信号对输出到为每一个电池单元BCl到BCn提供的最低电位电平移位电路16、17，以使得晶体管N2的栅极电压可以在低电平(即0V)，且晶体管N3的栅极电压可以在高电平(即Vdd)。因而，晶体管N2和P3截止，晶体管N3和P2导通。结果，电平移位电路16、17从晶体管N2和N3的漏极输出一对驱动电压，其中之一在高电平(即Vdd)，另一个在低电平(即0V)。
[0045]高电位侧的剩余电平移位电路16、17变为与最低电位电平移位电路16相同的通/断状态。结果，作为均衡开关的控制电压的晶体管N1、Pl的栅一源电压变为小于晶体管N1、PI的阈值电压V，以使得晶体管N1、PI截止。
[0046]相反，例如当连接IC 11与电池组12的连接器在端子Tlm(参考图2)或端子Tn-5m(参考图3)分离时，电平移位电路16的晶体管N2、N3的源极电位变为不定。在此情况下，由于晶体管N2、N3不能导通，漏极阻抗变为极高。
[0047]在实际电路中，由于晶体管N2、N3的噪声和泄漏电流的影响，在分离连接器之前不能保持漏极电位，晶体管N2、N3的漏极变为高电平。为此，在交叉锁存结构中禁止的都为高电平的一对控制信号输入到接着其电源电位不定的电平移位电路16之后的电平移位电路17。
[0048]假定电平移位电路17具有与电平移位电路16相同的结构，所有晶体管N2、N3、P2和P3都导通。因此，直通电流流动，晶体管NI或Pl的控制电压变为不定。但根据第一实施例，电平移位电路17具有晶体管N4。当从电平移位电路16输入的两个控制信号变为高电平时，晶体管N3导通，晶体管N4导通。因此，晶体管N2的栅极和源极通过低电阻短路，晶体管N2截止。结果，晶体管P2导通，晶体管P3截止。由于防止了直通电流，可以稳定地保持晶体管N1、P1截止，以使得IC 11可以稳定地保持在均衡停止状态中。
[0049]相反，当在待命模式中PS信号改变为OFF电平时，失去IC 11的电源电压Vdd，以致于IC 11变为不定。即使在此情况下，由于最后一个电平移位电路17的作用，可以稳定地保持晶体管N1、P1截止，以使得IC 11可以稳定地保持在均衡停止状态中。
[0050]当从信号产生电路19输出的控制信号变为不定时，需要将施加到晶体管N2的控制信号下拉到地电位，需要将施加到晶体管N3的控制信号上拉到电池单元BC4的正端子。但如果将电阻器用于箝位电位，消耗电流就增大，布局面积也增大。通过以电平移位电路17代替最低电位电平移位电路16可以避免这些缺点。
[0051 ] 尽管图中没有显示，但IC 11检测电池单元BCl到BCn的单元电压，并将指示检测的单元电压的检测值传送到微机20。微机20基于接收的检测值监控单元电压是否彼此相等，并属于预定电压范围(作为安全操作范围)内。微机20识别其单元电压比其他电池单元高，并需要与其他电池单元的单元电压均衡的至少一个电池单元。此外，微机20确定放电时间，在其期间，识别的电池单元需要放电，以便使识别的电池单元的单元电压与其他电池单元的均衡。如果微机20识别出其单元电压比其他电池单元高的多个电池单元,微机20就单独为每一个识别的电池单元确定放电时间。
[0052]在均衡模式中，微机20向IC 11传送指示启用均衡过程的启用信号和指示识别的电池单元放电及识别的电池单元放电的放电时间的均衡信号。信号产生电路19基于均衡信号执行均衡过程。因而，IC 11处于均衡执行状态中。至于电荷状态(SOC)和单元电压，锂蓄电池单元具有图5中所示的特性。为了安全使用锂蓄电池单元，同时增大其寿命，必须控制锂蓄电池单元的充电和放电，以使得锂蓄电池单元的单元电压属于其最小有效电压和其最大有效电压之间的安全操作范围内。微机20产生均衡信号，以使得电池单元BCi的单兀电压属于安全操作范围内。
[0053]信号产生电路19将这对控制信号输出到为要放电的电池单元提供的最低电位电平移位电路16，以使得晶体管N2的栅极电压可以在高电平，且晶体管N3的栅极电压可以在低电平。注意，如果要放电的电池单元是电池单元BC1，信号产生电路19就将这一对控制信号输出到电平移位电路17。电平移位电路16电平移位控制信号,并输出一对驱动电压,其具有与相邻电平移位电路16、17相同的逻辑电平。
[0054]因此，电平移位电路17导通晶体管N1、P1。结果，放电电流从待被放电的电池单元通过电阻器R2、晶体管NI或Pl和电阻器Rl流出。因此，S0C,即要放电的电池单元的容量减小，要放电的电池单元的单元电压减小。当单个的放电时间过去时，信号产生电路19改变这对控制信号，以使得晶体管N2的栅极电压可以在低电平，且晶体管N3的栅极电压可以在高电平。
[0055]信号产生电路19将这对控制信号输出到为不放电的电池单元提供的最低电位电平移位电路16，以使得晶体管N2的栅极电压可以在低电平，而晶体管N3的栅极电压可以在高电平。因此，电平移位电路17使晶体管N1、Pl截止。
[0056]如上所述，根据第一实施例，只要车辆的IG开关关断，作为均衡设备的IC 11就借助放电控制执行用于电池组12的均衡过程。因而，可以防止电池组12的容量的显著减小，电池组12中的异常发热，和电池组12的输出电压相对于其目标电压的误差。此外，当为电池组12充电时，IC 11可以通过导通为无需充电的电池单元提供的均衡开关，借助充电控制执行用于电池组12的均衡过程。
[0057]在IC 11中，控制信号被传送到最后一个电平移位电路17,同时通过一个电平移位电路或其电源电位依次彼此不同的多个电平移位电路16而被电平移位，并且最后一个电平移位电路17将控制电压输出到均衡开关。电平移位电路16、17中，至少电平移位电路17除了晶体管N2和N3以外还包括晶体管N4。因而，即使在失去至少一个电平移位电路16的电源电压，并且驱动电压的电平不定时，电平移位电路17也可以稳定地保持均衡开关关断。
[0058]由于每一个电平移位电路16和17都具有交叉锁存结构，电流并非一直流动。因此，消耗电流较小。此外，由于可以借助CMOS晶体管构成这个交叉锁存结构，可以减小电路尺寸。在电平移位电路17中，晶体管N4防止晶体管N2和N3同时导通，从而防止了直通电流出现。
[0059]根据第一实施例，电平移位电路16具有与电平移位电路17不同的结构。可替换地，电平移位电路16可以具有与电平移位电路17相同的结构。S卩，电平移位电路16可以具有晶体管N4。
[0060]电平移位电路16和17中的每一个都工作在由包括相应的电池单元的预定数目(例如四个)的相邻电池单元的串联电路产生的电源电压上。但串联电路的电池单元的数目不限于四个，可以通过考虑取决于电平移位电路16和17的晶体管的击穿电压的电路尺寸和取决于级联电平移位电路16和17的数目的电路尺寸来确定，以便可以减小制造成本。
[0061](第二实施例)
[0062]以下参考图6来说明本公开内容的第二实施例。第二实施例与第一实施例的不同之处在于IC 11包括代替电平移位电路17的电平移位电路24。电平移位电路24与电平移位电路17的不同之处在于使用驱动电压确定电路25来代替驱动电压确定电路23。
[0063]如图6所示的，驱动电压确定电路25包括电阻器R4和R5。电阻器R4连接在第二电压线路22与晶体管N2的漏极之间。电阻器R5连接在第二电压线路22与晶体管N3的漏极之间。当晶体管N2导通时，横跨电阻器R4产生的驱动电压施加在晶体管Pl的栅极与源极之间，该驱动电压大于晶体管Pl的阈值电压。电阻器R4和R5可以防止直通电流出现。
[0064](第三实施例)
[0065]以下参考图7来说明本公开内容的第三实施例。第三实施例与第一实施例的不同之处在于IC 11包括代替电平移位电路17的电平移位电路26。电平移位电路26与电平移位电路17的不同之处在于使用驱动电压确定电路27来代替驱动电压确定电路23。
[0066]如图7所示的，驱动电压确定电路27包括至少一个二极管D3和至少一个二极管D4。二极管D3连接在第二电压线路22与晶体管N2的漏极之间。二极管D4连接在第二电压线路22与晶体管N3的漏极之间。当晶体管N2导通时，等于二极管D3的正向电压的驱动电压施加在晶体管Pl的栅极与源极之间，该驱动电压大于晶体管Pl的阈值电压。二极管D3和D4可以将施加到晶体管Pl的控制电压限制为二极管D3的正向电压。在图7中所示的示例中，多个二极管D3串联连接以在第二电压线路22与晶体管N2的漏极之间构成二极管部，多个二极管D4串联连接以在第二电压线路22与晶体管N3的漏极之间构成二极管部。可替换地，仅一个二极管D3可以连接在第二电压线路22与晶体管N2的漏极之间，仅一个二极管D4可以连接在第二电压线路22与晶体管N3的漏极之间。
[0067](第四实施例)
[0068]以下参考图8来说明本公开内容的第四实施例。第四实施例与第一实施例的不同之处在于IC 11包括代替电平移位电路17的电平移位电路28。电平移位电路28与电平移位电路17的不同之处在于使用驱动电压确定电路29来代替驱动电压确定电路23。
[0069]如图8所示的，驱动电压确定电路25包括恒流电路30和31。恒流电路30连接在第二电压线路22与晶体管N2的漏极之间。恒流电路31连接在第二电压线路22与晶体管N3的漏极之间。当晶体管N2导通时，大于晶体管Pl的阈值电压的驱动电压施加在晶体管Pl的栅极与源极之间。恒流电路30和31可以防止超过恒定电流的电流流入电平移位电路28中ο
[0070](第五实施例)
[0071]以下参考图9来说明本公开内容的第五实施例。第五实施例与第一实施例的不同之处在于IC 11包括代替电平移位电路17的电平移位电路32。电平移位电路32与电平移位电路17的不同之处在于二极管D5以正向偏置方式连接在晶体管N2的源极与第一电压线路21之间。在这个结构中，晶体管N4在接收到相对于第一电压线路21的超过其阈值电压的控制信号时导通。相反，晶体管N2在接收到超过其阈值电压与二极管D5的正向电压的总和的控制电压时导通。
[0072]根据第五实施例，当电平移位电路16的操作不定，且控制信号对在方向上改变以在保持几乎相同电平的控制信号的情况下导通晶体管N2和N3时，晶体管N4在晶体管N2导通前导通。即，即使当晶体管N2、N3和N4在其阈值电压中有变化时，也可以防止直通状态出现:晶体管N2和N3导通，同时晶体管N4截止。由于晶体管N2保持截止，以防止晶体管NI和Pl瞬时导通，就没有直通电流出现。另外，可以获得与第一实施例相同的优点。
[0073](第六实施例)
[0074]以下参考图10来说明本公开内容的第六实施例。第六实施例与第一实施例的不同之处在于IC 11包括代替电平移位电路17的电平移位电路33。电平移位电路33与电平移位电路17的不同之处在于电阻器R6连接在晶体管N2的源极与第一电压线路21之间。在这个结构中，晶体管N4在接收到相对于第一电压线路21的超过其阈值电压的控制信号时导通。相反，为了保持晶体管N2导通，晶体管N2需要接收超过其阈值电压与横跨电阻器R6的电压降落的总和的控制信号。因而，可以获得与第五实施例相同的优点。
[0075](第七实施例)
[0076]以下参考图11来说明本公开内容的第七实施例。第七实施例与第一实施例的不同之处在于IC 11包括代替电平移位电路17的电平移位电路34。电平移位电路34与电平移位电路17的不同之处在于将晶体管N4配置为晶体管Ma与Mb的并联电路。晶体管N4a与Mb具有与晶体管N2和N3相同的尺寸(W/L)。因此，晶体管N4的阈值电压小于每一个晶体管N2和N3的阈值电压。因而，可以获得与第五实施例相同的优点。
[0077](第八实施例)
[0078]以下参考图12来说明本公开内容的第八实施例。第八实施例与第一实施例的不同之处在于IC 11包括代替最后一个电平移位电路17的电平移位电路35。电平移位电路35与最后一个电平移位电路17的不同之处在于P沟道MOS晶体管P4连接在驱动电压确定电路23与晶体管N2的漏极之间，P沟道MOS晶体管P5连接在驱动电压确定电路23与晶体管N3的漏极之间。此外，恒流电路36与电阻器R7的串联电路连接在第一和第二电压线路21与22之间。相对于第二电压线路22的横跨电阻器R7的电压降落施加到晶体管P4和P5的栅极。
[0079]根据第八实施例，电平移位电路35的晶体管P4和P5充当限幅电路，用以限制施加到晶体管Pl的驱动电压。因而，可以防止过量电压施加在晶体管Pi的栅极与源极之间。与上述相同的结构可以提供给晶体管NI，以保护晶体管NI免于这个过量电压。
[0080](第九实施例)
[0081]以下参考图13来说明本公开内容的第九实施例。第九实施例与第八实施例的不同之处在于IC 11包括代替最后一个电平移位电路35的电平移位电路37。电平移位电路37与最后一个电平移位电路35的不同之处在于使用电阻器R8来代替恒流电路36。因而，可以获得与第八实施例相同的优点。
[0082](变型例)
[0083]尽管参考其实施例说明了本公开内容，但应当理解，本公开内容不限于这些实施例。本公开内容旨在覆盖在本公开内容的精神和范围内的各种变型和等同布置。
[0084]为布置在电池组12中间的电池单元(例如电池单元BC4到BCn_3)提供的均衡开关可以是N沟道MOS晶体管NI或P沟道MOS晶体管Pl。均衡开关可以是双极型晶体管，以代替MOS晶体管。
[0085]在实施例中，电池单元BCl的负端子连接到的参考电位是地电位。可替换地，参考电位可以不同于地电位。
[0086]为电池单元提供的电平移位电路工作于其上的电源电压可以由包括相应的电池单元的相邻的两个、三个或五个电池单元的串联电路产生。在此情况下，级联电平移位电路，以使得提供给电平移位电路的电池电压的电位可以依次彼此相差预定数目的电池单
J Li ο
[0087]在第二到第九实施例中，与第一实施例中的类似，可以用电平移位电路24、26、28、32、33、34、35或37来代替至少最低电位电平移位电路16。此外，可以用电平移位电路24、26、28、32、33、34、35或37来代替每一个电平移位电路16。
[0088]在第五实施例中，两个或多个二极管可以以正向偏置方式串联连接在晶体管N2的源极与第一电压线路21之间。在此情况下，数目小于连接在晶体管N2的源极与第一电压线路21之间的二极管的数目的二极管可以以正向偏置方式串联连接在晶体管N3的源极与第一电压线路21之间。
[0089]车辆系统进入均衡模式的时间，均衡过程中放电开始的时间和均衡过程中放电结束的时间不限于图4中所示的。
[0090]信号产生电路19可以限制均衡执行状态，以使得由均衡信号所指示的电池单元的单元电压可以保持为不小于最小有效电压。例如，信号产生电路19可以通过停止由均衡信号所指示的电池单元的放电，或者减小由均衡信号所指示的放电时间来限制均衡执行状态。
[0091]这种变换和变型应理解为在所附权利要求限定的本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种均衡设备，所述均衡设备用于均衡电池组(12)的多个电池单元(8(:1到8(?)的单元电压，所述多个电池单元的数目为II，II为正整数，所述多个电池单元以如下方式串联连接:第匕1个电池单元的第一端子连接至第&个电池单元(8(?)的第二端子，其中，&为小于II的正整数，所述均衡设备包括: 多个均衡开关⑶1、每一个均衡开关针对所述多个电池单元中的一个相应的电池单元而提供，每一个均衡开关都具有通电端子、控制端子和阈值电压，在所述通电端子之间的电流路径介于所述相应的电池单元的所述第一端子与所述第二端子之间，当在所述控制端子之间施加不小于阈值电压的控制电压时所述电流路径导电；以及 多个电平移位部，每一个电平移位部针对所述多个电池单元中的一个相应的电池单元而提供，其中， 所述多个电平移位部中的每一个电平移位部都包括至少一个电平移位电路〈16、17、24、26、28、32-35、37〉， 每一个电平移位电路都工作在通过第一电压线路(21)和第二电压线路(22)从具有所述电池组中的预定数目的相邻电池单元的串联电路提供的电源电压上， 所述多个电平移位部中的第一电平移位部包括以预定方式连接的多个电平移位电路，每一个电平移位电路通过对输入到它的一对控制信号进行电平移位而输出一对驱动电压，布置所述多个电平移位电路，以使得提供给所述多个电平移位电路的所述电源电压的电位依次彼此不同， 在所述多个电平移位部中的所述第一电平移位部中，所述多个电平移位电路中的第一电平移位电路接收从与所述多个电平移位电路中的所述第一电平移位电路相邻的所述多个电平移位电路中的第二电平移位电路输出的驱动电压对，并将所接收的驱动电压对作为自身的控制信号对， 在所述多个电平移位部中的所述第一电平移位部中，所述多个电平移位电路中的最后一个电平移位电路(1741264832 + 3537)输出所述驱动电压对，作为相应的均衡开关的控制电压， 所述多个电平移位电路中的所述最后一个电平移位电路包括第一导电类型的第一晶体管⑶2)、第一导电类型的第二晶体管⑶3)、第一导电类型的第三晶体管(财)和驱动电压确定电路(23,25,27,29), 所述第一晶体管和所述第二晶体管的源极连接至所述第一电压线路， 所述第一电压线路的电位和提供给与所述多个电平移位电路中的所述最后一个电平移位电路相邻的所述多个电平移位电路中的第三电平移位电路的所述电源电压的所述电位的范围相交置， 所述第三晶体管的漏极和源极连接在所述第一晶体管的所述源极与栅极之间， 所述第三晶体管的栅极连接至所述第二晶体管的栅极， 所述驱动电压确定电路连接在所述第二电压线路与所述第一晶体管和所述第二晶体管的漏极之间，并根据所述第一晶体管和所述第二晶体管的通断状态来确定所述驱动电压对，并且 所述多个电平移位电路中的所述第三电平移位电路将所述驱动电压对输出到所述第一晶体管和所述第二晶体管的所述栅极。
2.根据权利要求1所述的均衡设备，其中， 所述驱动电压确定电路(23)包括第二导电类型的第四晶体管$2)和第二导电类型的第五晶体管$3), 所述第四晶体管连接在所述第二电压线路与所述第一晶体管的所述漏极之间， 所述第五晶体管连接在所述第二电压线路与所述第二晶体管的所述漏极之间， 所述第四晶体管的栅极连接到所述第五晶体管的漏极， 所述第五晶体管的栅极连接到所述第四晶体管的漏极，并且 在所述第一电压线路和第二电压线路之一与所述第一晶体管的所述漏极和所述第二晶体管的所述漏极之一之间所产生的电压是所述相应的均衡开关的所述控制电压。
3.根据权利要求1所述的均衡设备，其中， 所述驱动电压确定电路(25)包括第一电阻器(财)和第二电阻器(奶)， 所述第一电阻器连接在所述第二电压线路与所述第一晶体管的所述漏极之间， 所述第二电阻器连接在所述第二电压线路与所述第二晶体管的所述漏极之间，并且在所述第一电压线路和第二电压线路之一与所述第一晶体管的所述漏极和所述第二晶体管的所述漏极之一之间所产生的电压是所述相应的均衡开关的所述控制电压。
4.根据权利要求1所述的均衡设备，其中， 所述驱动电压确定电路(27)包括第一二极管部和第二二极管部， 所述第一二极管部和所述第二二极管部中的每一个都包括一个二极管或串联连接的多个二极管(0334), 所述第一二极管部连接在所述第二电压线路与所述第一晶体管的所述漏极之间， 所述第二二极管部连接在所述第二电压线路与所述第二晶体管的所述漏极之间，并且在所述第一电压线路和第二电压线路之一与所述第一晶体管的所述漏极和所述第二晶体管的所述漏极之一之间所产生的电压是所述相应的均衡开关的所述控制电压。
5.根据权利要求1所述的均衡设备，其中， 所述驱动电压确定电路(29)包括第一恒流电路(30)和第二恒流电路(31), 所述第一恒流电路连接在所述第二电压线路与所述第一晶体管的所述漏极之间， 所述第二恒流电路连接在所述第二电压线路与所述第二晶体管的所述漏极之间，并且在所述第一电压线路和所述第二电压线路之一与所述第一晶体管的所述漏极和所述第二晶体管的所述漏极之一之间所产生的电压是所述相应的均衡开关的所述控制电压。
6.根据权利要求1所述的均衡设备，其中， 当从所述多个电平移位电路中的第三电平移位电路输出到所述多个电平移位电路中的最后一个电平移位电路(323334)的所述控制信号对在方向上改变以导通所述第一晶体管和所述第二晶体管时，所述第三晶体管在所述第一晶体管被导通前被导通。
7.根据权利要求6所述的均衡设备，进一步包括: 二极管(05),所述二极管(05)以正向连接在所述第一晶体管的所述源极与所述第一电压线路之间。
8.根据权利要求6所述的均衡设备，进一步包括: 电阻器(册)，所述电阻器(册)连接在所述第一晶体管的所述源极与所述第一电压线路之间。
9.根据权利要求6所述的均衡设备，其中， 所述第三晶体管的阈值电压小于所述第一晶体管的阈值电压。
10.根据权利要求1-9中的任意一项所述的均衡设备，其中， 所述多个电平移位电路中的所述最后一个电平移位电路(35.37)包括限幅电路〈？4、？5〉， 所述限幅电路连接在所述驱动电压确定电路与所述第一晶体管和所述第二晶体管的所述漏极之间，并且 所述限幅电路限制作为所述相应的均衡开关的控制电压的驱动电压对。
【文档编号】H02J7/00GK104467068SQ201410465027
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】奥田胜一, 三浦亮太郎 申请人:株式会社电装