[发明专利]用于串联电池组的两级式充电均衡方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于串联电池组的充电均衡方法和装置，更具体地，涉 及利用两级式DC/DC转换器的充电均衡方法和装置。

背景技术

在需要比单元电池(电池)的基本电势更高的电势的情况下(如使 用锂离子电池作为电源的混合动力车辆)，通常使用串联的多个单元电 池。

但是，即使通过使用相同的阳极、阴极和电解质材料的典型生产方 法，电池都被制造为相同的结构，在串联的各个电池之间也会存在充电 特性或放电(和自放电)特性的差异。

因此，当使用串联的电池时，在单元电池之间可以存在电势差。

即使不论其它电池的电势，对串联的单元电池中的一个电池进行完 全放电，总电压(串联的电池的总电压)也会变为零，使得需要对电池 进行再充电。在对电池进行再充电时，由于电池的电势互不相同，因此 就存在过充电的问题(其中电池可能提前达到规定电压)和充电无效的 问题(其中即使存在过充电，一些电池可能也达不到规定电压)。

进一步地，如果充电/放电次数比较多，则在组成电池的材料中造成 劣化(degradation)，由此改变了电池的属性，因此，这样的劣化情况是 进一步增加单个电池差异的原因。

为了解决这样的问题，提出了可以实现串联电池的充电均衡的各种 充电均衡装置。

作为一个示例，韩国特开专利申请No.2003-0096978涉及一种由多 个单元电池、充电装置、放电装置和串并转换开关组成的系统，其中， 通过均匀地对多个单元电池中的各个单元电池进行放电，然后使用串并 转换开关串联连接放电后的单元电池来执行充电。韩国特开专利申请 2007-0064244号涉及一种系统，该系统包括电池单元、连接到电池单元 的场效应晶体管单元、连接到场效应晶体管单元的放大单元、控制放大 单元的输出信号的复用器单元、比较电池单元的电压信号之间的差的比 较单元、将比较器的输出转换成数字信号的A/D转换器、输入由A/D转 换器输出的信号并且输出对应于充电/放电条件的信号的微型计算机单 元、根据微型计算机单元的信号而操作以提供电池均衡电流的切换单元、 和已知的充电/放电电路。

此外，日本特开专利申请No.1998-032936涉及一种系统，该系统由 多个单元电池、用于检测各单元电池的剩余容量的装置、用于执行各单 元电池的充电和放电的充电放电替换装置、控制各单元电池的充电和放 电的控制器、和独立执行各单元电池的充电和放电的直流/直流转换器组 成。日本特开专利申请No.2004-194410涉及一种系统，该系统由至少两 个单元电池组、用于检测流过第一电池组和第二电池组中的各个组的电 流之间的差的装置、和用于基于电流差控制电池组的充电/放电电流的装 置组成。

但是，在现有的充电均衡装置中，由于串联的各个电池装备有充电 均衡装置，以执行单个电池的充电或放电，因此存在的问题在于增加了 充电均衡装置的复杂性和体积，由此降低了生产率并提高了生产成本， 并且组成充电均衡装置的元件或开关模块必须经受更高的电压应力。

根据本发明的两级式充电均衡装置和方法的特征在于，全部的电池 被分为电池模块，并且各个电池模块共用DC/DC转换器，由此降低了充 电均衡装置的复杂性而且还获得了有效的充电均衡，两级式DC/DC转换 器被构造为使得单个DC/DC转换器连接到各模块所共用的DC/DC转换 器的输入端，由此降低了通常具有高电压应力的DC/DC转换器和控制开 关的电压应力，并且各模块所共用的DC/DC转换器并联连接到单个电池， 由此提高了充电效率。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种用于执行有效的充电均衡，同时降低了为 串联电池组执行充电均衡的充电均衡装置的复杂性的充电均衡装置和方 法，并且提供一种充电均衡装置和方法，其可以使用通过降低用于控制 均衡和操作的元件的电压应力而具有低耐电压的元件。

技术方案