专利名称：电池组电压的测量装置及监视装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学蓄电池(electrochemical accumulators)的测量装置，尤其可用于电气领域与混合运输以及嵌入式系统。由于锂电池的容量能够存储强劲的能量且重量轻，本发明尤其涉及适合应用类的锂离子(lithium-ion ；Li-ion)电池组。
背景技术：
“蓄电池组(battery of accumulators) ”这种表述用于表示若干蓄电池的串联或并联。蓄电池的充电反映在其终端处电压的增加。当蓄电池达到电化过程所定义的电压电平时，则考虑为蓄电池充电。此外，锂离子技术的电池具有最小阈值电压，在最小阈值电压下，电池组的蓄电池可能被损毁或破坏，可导致电池组故障，例如电流被阻碍以及电池组不再传输任何能量。另外，在使用若干串联蓄电池的电路中，每一蓄电池的充电电平很大可能不一样。这是因为，一个蓄电池可能先于此电池组的另一蓄电池被充电。因此，当充电最少的蓄电池的电压下降到最小阈值电压以下时，即使其他蓄电池中仍然有能量，有必要停止电池组的放电，以避免电池组故障以及损伤充电最少的蓄电池。然后，在放电期间有必要详细地监视每一蓄电池的电压，以检查没有蓄电池达到最小阈值电压。

发明内容
因此，本发明的目的在于能够以简单的方式监视每一蓄电池的电压，从而避免某一蓄电池下降到最小阈值电压下，以便避免损坏蓄电池以及由此导致电池组故障。为此，本发明的主题是电池组的电压测量装置，其中包括一蓄电池，其特征在于，此测量装置包括-一个交流电流发生器；-串联的至少一个第一二极管和至少一个第二二极管，这样第一二极管的阴极链接蓄电池的正极，第一二极管的阳极链接第二二极管的阴极，以及第二二极管的阳极链接蓄电池的负极，第二二极管的阴极链接第一二极管的阳极；-一个读取电容器，链接此交流电流发生器以及链接第一二极管和该第二二极管之间的中点，以及链接一种工具，此工具用于根据中点处的电压变化判定蓄电池两端的电压，此检测工具包括·串联的第三整流二极管和第四整流二极管，这样第三整流二极管的阳极链接第四整流二极管的阴极和读取电容器，
· 一个滤波电容器，链接该第三整流二极管的阴极和该第四整流二极管的阳极，· 一个电阻器，与该滤波电容器并联安置。
这种电压测量装置针对每一蓄电池包括两个二极管和一个电容器，这些部件实现简单，因此允许低成本地生产并非特别复杂的电路，无需过度的重量和体积，以检查电池组中没有蓄电池达到低于最小阈值电压的电压。这种测量装置还以单独或组合的方式包括一个或多个以下的特征-第一和第二二极管具有实际上等于O.6伏特的阈值电压，-此测量装置还包括一个注入电容器，链接电流产生器以及链接中点，-此测量装置为电池组的电压测量装置，其中此电池组包括至少两个串联的蓄电池，此测量装置包含针对这些蓄电池其中之一的一个测量装置，第一和第二二极管与每一蓄电池并联，复数个链接电容器分别链接两个连续的中点，这些链接电容器串联安置，检测工具用于检测蓄电池两端的最低电压，-此测量装置还包括一个注入电容器，一方面链接此交流电流发生器以及另一方面链接任意中点，-第三和第四整流二极管，用于从通过第三和第四整流二极管的电压信号中减去第一和第二二极管的阈值电压，从而仅仅保留与蓄电池相关的电压信息，-此测量装置包括至少一个增压电容器，与预定数目的链接电容器并联安置，-此交流电流产生器由串联安置的一个电压产生器和一个电阻器(R')被实施，此电压产生器产生一个方波讯号，此方波讯号具有100000 (IOOk)赫兹的频率和O至10伏特的幅度。本发明还涉及一种监视装置，此监视装置包括本发明之测量装置，其特征在于，此监视装置包含一种工具与一种控制装置，此工具用于比较蓄电池的测量电压和预定阈值电压，此控制装置用于当测量电压低于预定阈值电压时停止电池组的放电。本发明还涉及一种包含这种监视装置之蓄电池的电池组。例如，此电池组为锂离子电池组。


图I为电池组的一个蓄电池的电压测量装置之示意图；图2为电池组的两个蓄电池的电压测量装置之示意图；图3为包括增压电容器的电池组中若干串联的蓄电池之电压测量装置之示意图。其中，附图标记说明如下I 测量装置3 检测工具
具体实施例方式这些图式中，相同的参考标记表示相同的元件。图I表示蓄电池组的电压测量装置I的实施例，能够测量电池组中蓄电池Ai的电压，这个实例中是测量蓄电池Al的电压。测量装置I包括-交流电流发电机II，或者与电阻器R'串联的电压发生器(图3)的变体，用于产生例如具有100000 (IOOk)赫兹频率以及O至10伏特幅度的方波讯号，
-串联的第一二极管Dl和第二二极管D2(图I)，-读取电容器Cl，链接第一二极管Dl和第二二极管D2之间的中点N，以及链接检测工具3，检测工具3根据中点N的电压变化判定蓄电池Al终端的电压。从图I可看出，第一二极管Dl的阴极链接蓄电池Al的正极+，第一二极管Dl的阳极链接第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极链接蓄电池Al的负极_，第二二极管D2的阴极链接第一二极管Dl的阳极。电流Il的正交流电中，第一二极管Dl导通，第二二极管D2截止。则电流Il通过第一二极管D1。则中点N的电压等于蓄电池Al正极+上的电压和第一二极管Dl的阈值电压的总和。另一方面，负交流电中，第二二极管D2导通，第一二极管Dl截止。则电流通过第二二极管D2。中点N的电压则等于蓄电池Al负极-上的电压和第二二极管D2的阈值电压 的总和。因此，中点N的电压变化等于蓄电池Al的电压Vl和第一二极管Dl及第二二极管D2的阈值电压的总和。举例，第一二极管Dl和第二二极管D2具有O. 6伏特的阈值电压。对于蓄电池Al的电压Vl例如为2. 6伏特，因此中点N的电压变化等于3. 8伏特。到达读取电容器Cl的电压讯号是表现讯号变化幅度的讯号，对应中点N的电压变化和直流(Direct Current ；DC)分量。读取电容器Cl消除直流分量，从而仅仅具有和讯号变化幅度有关的信息。另外，所示的例子中，检测工具3包括-串联的第三整流二极管D3和第四整流二极管D4，这样第三整流二极管D3的阳极链接第四整流二极管D4的阴极和读取电容器Cl，-滤波电容器C2，一方面链接第三整流二极管D3的阴极，以及链接第四整流二极管D4的阳极，以及-电阻器R，与滤波电容器C2并联安置。两个整流二极管D3和D4中通过的电压讯号被整流，以得到恒定标记(constantsign)的讯号，并且还可减去第一二极管Dl和第二二极管D2的阈值电压。然后，此讯号被滤波电容器C2滤波，从而能够获得实质的直流电压。电阻器R两端测量的电压Vs实际上则等于蓄电池Al两端的电压VI。这种测量装置形成了部分的电池组的电压测量装置。然后，电压Vs可被传送至监视装置(图中未表示)的比较器，以将测量的电压Vs与预定义的阈值电压比较，当测量的电压Vs低于阈值电压时，例如透过将电池组与安装电池组的放电系统断开连接，监视装置的控制装置则停止电池组的放电。此外，为了更加准确，可提供注入电容器(injection capacitor)Ci,链接中点N和电流发生器II。图2和图3表示第二实施例，其中测量装置可监视电池组中每一蓄电池Ak的电压，其中电池组包含若干串联的蓄电池Ak。图2的例子表示两个蓄电池Al和A2串联。提供第一和第二二极管011、021和012、022，分别与每一蓄电池41、八2并联。链接电容器Cl链接两个中点N1和N2，N1和N2分别位于两个二极管DlpDZ1以及两个二极管Dl2、D22之间。读取电容器Cl链接检测工具3和中点N1,或者同样地链接二极管Dl2、D22之间的中点N2以代替中点K。因此，图2所示蓄电池Al的例子表示针对蓄电池其中一个Aj图I的测量装置。举例，蓄电池Al的电压Vl小于蓄电池A2的电压V2。这种情况下，电流Il的正交流电中，蓄电池Al的第一二极管Dl1导通，蓄电池Al的第二二极管D2i截止，电流Il通过第一二极管Dl115负交流电中，蓄电池Al的第二二极管D2i导通，蓄电池Al的第一二极管Dl1截止，电流Il通过第二二极管D2lt)对于全部中点NjPN2,中点处出现的电压幅度相同，仅仅讯号的直流分量不同。此电压幅度等于具有最低电压的蓄电池Al的电压和第一二极管Dl1及第二二极管D2i的阈值电压的总和。 因此，在中点NpN2任意其一上，使用检测工具3完成具有最低电压的蓄电池Al的电压测量。此外，透过吸收电流，具有最低电压的蓄电池Al被充电。由此，其电压增加，直到达到充电最多的蓄电池A2的电压为止。因此，电池组的蓄电池实现平衡。测量装置I还包括注入电容器Ci，链接交流电流产生器Il和任意中点Nk，这个实例中，二极管Dl1和D2i之间的中点N1关联蓄电池Al。图3的例子中，测量装置I用于监视电池组中串联的10个蓄电池Ak(I彡k彡10)的电压。九个链接电容器Clm分别链接两个连续的中点并且串联安置，其中这个例子中m从I到9变化。还可提供注入电容器Ci，一方面链接交流电流产生器，另一方面链接任意中点。对于读取电容器Cl，读取电容器Cl链接任意中点以及链接检测工具3，此实例中链接第一中点。以下举例，蓄电池A8具有最低电压例如2. 6伏特，而其他蓄电池Al至A7以及A9和AlO具有大于2. 6伏特的电压，例如蓄电池A4具有3伏特或者其他蓄电池具有3. 3伏特的顺序。如前，对于全部中点，中点上出现的电压幅度相同，并且等于具有最低电压的蓄电池AS的电压以及第一二极管Dl8和第二二极管D28的阈值电压的总和。然后，检测工具3可从这种电压变化判定蓄电池A8的终端的电压，例如使用先前描述的第三整流二极管D3和第四整流二极管D4以及滤波电容器C2。此外，透过吸收电流，具有最低电压的蓄电池AS被充电，其电压增加，直到达到第二多放电的蓄电池的电压为止，第二多放电的蓄电池就是说具有第二低电压的蓄电池。图3所示的例子中，蓄电池A4具有3伏特的电压顺序，为第二多放电的蓄电池。因此，具有相似电压的放电最多的若干蓄电池同时被充电，直到它们达到第三多放电元件的电压为止，直到全部蓄电池具有相同电压例如此实例中为3. 3伏特为止。另外，为了确保全部中点具有相同的电压变化，从而能够测量充电最少的蓄电池的电压，充电最少的蓄电池就是说具有最少电压的蓄电池，无论其位置如何，可增加与链接电容器Cl1至Cl9并联的增压电容器(IDoostercapacitor)CS1至C33。图3所示的例子中，增压电容器CS1与电容器Cl1至Cl4并联安置，增压电容器C32与电容器Cl5至Cl9并联安置，增压电容器C33与电容器Cl1至Cl9并联安置。因此，这种测量装置的部件实现简单且价格便宜，从而当某一蓄电池超出最小阈值电压，存在导致损坏蓄电池以及电池组故障的风险时，可采用简单的方式知晓。另外，因为这些部件重量轻且体积小，所以这些部件可毫无困难地组合到蓄电池组中。另外，因为全部这些部件被组合于一个且相同的电池组中，所以它们全部经受相 同的温度条件，这样二极管的漂移特性一同改变，无论温度如何，可确保平衡良好且测量准确。
权利要求
1.一种电池组的电压测量装置，其中该电池组包括一蓄电池(Ai)，其特征在于，该测量装置包括 -一交流电流发生器(Il); -串联的至少一个第一二极管(Dli)和至少一个第二二极管(D2J，这样该第一二极管(Dli)的阴极链接该蓄电池(Ai)的正极(+)，该第一二极管(Dli)的阳极链接该第二二极管(D2J的阴极，该第二二极管(D2J的阳极链接该蓄电池(Ai)的负极(_)，该第二二极管(D2J的阴极链接该第一二极管(Dli)的阳极； -一读取电容器(Cl)，链接该交流电流发生器(Il)以及链接该第一二极管(Dli)和该第二二极管(D2J之间的中点(N)，以及链接一工具(3)，该工具(3)用于根据该中点(N)处的电压变化判定该蓄电池(Ai)两端的电压，该检测工具(3)包括 串联的一第三整流二极管(D3)和一第四整流二极管(D4)，这样该第三整流二极管(D3)的阳极链接该第四整流二极管(D4)的阴极和该读取电容器(Cl)； 一滤波电容器(C2)，链接该第三整流二极管(D3)的阴极和该第四整流二极管(D4)的阳极； 一电阻器(R)，与该滤波电容器(C2)并联安置。
2.如权利要求I所述的电池组的电压测量装置，其特征在于，该第一二极管(Dli)和该第二二极管(D2J具有实际上等于O. 6伏特的一阈值电压。
3.如权利要求I和2所述的电池组的电压测量装置，其特征在于，还包含一注入电容器(Ci)，链接该电流发生器和该中点(N)。
4.一种电池组的电压测量装置，该电池组包括至少两个串联的蓄电池(Ak)，其特征在于，该电压测量装置包括 -如权利要求I至3任意其一所述的电池组的电压测量装置以用于蓄电池(Aj)其中之 -一第一二极管(Dlk)和第二二极管(D2k)，与每一蓄电池(Ak)并联； -复数个链接电容器(Clm)，分别连接两个连续的中点(Nk)，所述复数个链接电容器(Clm)串联安置。
5.如权利要求4所述的电池组的电压测量装置，其特征在于，还包含一注入电容器(Ci)，一方面链接该交流电流产生器，另一方面链接任意中点(Nk)。
6.如前述权利要求任意其一所述的电池组的电压测量装置，其特征在于，该第三整流二极管(D3)和第四整流二极管(D4)用以从通过第三整流二极管(D3)和第四整流二极管(D4)的电压讯号中减去该第一二极管(DLDli)和第二二极管(D2，D2i)的阈值电压。
7.如前述权利要求任意其一所述的电池组的电压测量装置，其特征在于，包含至少一个增压电容器(C31;C32，C33)，与预定数目的链接电容器(Clm)并联安置。
8.如前述权利要求任意其一所述的电池组的电压测量装置，其特征在于，该交流电流产生器由串联安置的一电压产生器和一电阻器(R')被实施，该电压产生器产生一方波讯号，该方波讯号具有100000 (IOOk)赫兹的频率和O至10伏特的幅度。
9.一种监视装置，包括如前述权利要求任意其一所述的电池组的电压测量装置，其特征在于，包含一工具与一控制装置，该工具用于比较该蓄电池(Ai)的测量电压和一预定阈值电压，该控制装置用于当测量电压低于该预定阈值电压时停止该电池组的放电。
10.一种蓄电池的电池组，包含如权利要求9所述的监视装置。
11.一种如权利要求10所述的蓄电池的电池组，其特征在于，该电池组为锂离子电池组。
全文摘要
本发明公开了一种电池组电压的测量装置，其中包括蓄电池(Ai)，其特征在于该测量装置包括一交流电流发生器(I1)；串联的至少一个第一二极管(D1i)和至少一个第二二极管(D2i)，这样第一二极管(D1i)的阴极链接蓄电池(Ai)的正极(+)，第一二极管(D1i)的阳极链接第二二极管(D2i)的阴极，这样第二二极管(D2i)的阳极链接蓄电池(Ai)的负极(-)，第二二极管(D2i)的阴极链接第一二极管(D1i)的阳极；读取电容器(C1)，连接第一二极管(D1i)和第二二极管(D2i)之间的中点(N)，以及链接一工具(3)，此工具(3)用于从中点(N)处的电压变化判定电压是否超过蓄电池(Ai)两端的电压。
文档编号G01R31/36GK102667514SQ201080047344
公开日2012年9月12日 申请日期2010年10月18日 优先权日2009年10月19日
发明者丹尼尔·查卓克斯, 朱利安·道齐 申请人:法国原子能源和替代能源委员会