[发明专利]电荷均衡设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种电池电压均衡设备，更特别地，涉及一种电荷均 衡设备，其使得变压器的初级和次级线圈能够被容易地制造，能够根据串联 电池的充电状态来控制充入电池的电荷流，并且能够防止过电流流入当前正 在充电的电池。

背景技术

许多系统使用每个由电池包或电池阵列形成的电池，包括相互串联地连 接的多个电池单元。

当此类电池单元被充电以至于其电压显著高于额定充电范围内的电压 或被放电至低于额定充电范围内的电压时，它们可能是危险的。

电池单元的充电状态之间的不平衡是由各种因素所导致的，而且在电池 的制造或电池的充电/放电期间发生。在锂离子电池的情况下，电池的制造在 工厂中受到严格控制以使电池阵列的电池的容量之间的差异最小化。然而， 电池之间的不平衡或不均衡可能由于各种因素而发生，无论电池的状态如 何，其中，平衡或均衡是最初制造了电池之后在工厂中实现的。

影响电池的不平衡的元素可以包括例如各个电池的化学反应、阻抗以及 每个电池的自放电率、电池容量的降低、电池工作温度的变化、以及电池之 间的不同类型的变化。

电池温度的不一致是引起电池中的不平衡的重要因素。例如，在电池单 元中引起“自放电”，并且该“自放电”是电池温度的函数。具有高温度的 电池的自放电率通常比具有低温度的电池的自放电率更高。结果，具有高温 度的电池随着时间的推移而表现出比具有低温度的电池更低的充电状态。

不平衡是电池的充电状态中非常严重的问题。例如，电池提供能量的能 力受到具有最低充电状态的电池单元的限制，这通常可能发生在电动车辆 中。

如果电池单元被完全消耗，则其它电池单元失去继续提供能量的能力。 即使电池的其它电池单元仍然具有供电能力，这一点也是相同的。因此，电 池单元的充电状态中的不平衡降低了电池的供电能力。

当然，以上说明并不意味着当一个或多个电池单元被消耗时，其余电池 单元的供电是完全不可能的。然而，它意味着在串联的情况下，即使一个或 多个电池单元被完全消耗，只要其余电池单元中仍然有电荷，所述电池也可 以继续使用，但是，在那种情况下，放电已完成的电池单元中产生具有相反 极性的电压，结果，电池单元可能由于其过热或气体的产生而有爆炸的危险， 并且电池由此而失去供电能力。

已经提出了用于对电池单元的充电状态之间的不平衡进行修正的各种 方法，并且方法之一在图1中示出。

图1是示出了现有技术集中式电荷均衡设备的图示。

参照图1，现有技术集中式电荷均衡设备包括变压器T、N个半导体开 关元件D1～Dn、控制开关SW、以及电压检测和驱动信号生成单元10.

所述变压器T包括一个初级线圈和N个次级线圈，所述N个次级线圈 被绑在公共铁心上，且所述初级线圈和所述次级线圈具有相反的极性。换言 之，初级线圈的同名端(dot)和次级线圈的同名端位于不同侧。变压器T 的次级线圈具有相同的匝数，且初级线圈与次级线圈的匝数比是N1：N2。

半导体开关元件D1～Dn每个均连接在每个次级线圈的一端与每个电池 B1～Bn的正(+)极之间，并将从每个次级线圈提供到每个电池B1～Bn的 能量整流。

控制开关SW串联地连接到初级线圈，并响应于来自电压检测和驱动信 号生成单元10的驱动信号而形成闭合电路。

电压检测和驱动信号生成单元10检测串联电池B1～Bn的各个电压、 将所检测的电压与基准电压进行比较、并生成驱动信号，该驱动信号用于从 具有比基准电压更高的电压的电池释放能量，也就是过充电电池。

下面描述用于现有技术集中式电荷均衡设备的电荷均衡方法。

首先，电压检测和驱动信号生成单元10检测N个串联电池B1～Bn的 各个电压。

其后，如果所述N个串联电池B1～Bn中的任何一个的电压高于基准电 压，则电压检测和驱动信号生成单元10开启控制开关SW。

因此，来自所述N个串联电池B1～Bn的能量被转换成磁能，并存储在 变压器T的初级线圈中。

其后，当电压检测和驱动信号生成单元10关闭控制开关SW时，存储 在变压器T的初级线圈中的磁能被转换为电荷，并经由次级线圈和半导体开 关元件D1至Dn而被存储在所述N个串联电池B1～Bn中。