[发明专利]高压差式的电容主动平衡装置及其方法

说明书

技术领域

本发明为有关于一种电容主动平衡装置及其方法，特别是指能够以串联至少两个电池单元的压差对储能元件充电，并且由储能元件进行能量搬移第高压差式的电容主动平衡装置及其方法。

背景技术

近年来，随着二次电池(亦称为充电电池)的普及与蓬勃发展，其应用的领域也相对增加，如：油电混合车、燃料电池车、电动车......等等。然而，由于电池容易受各种环境因素而加速损耗。因此，如何提高电池的使用寿命已成为各家厂商亟欲解决的问题之一。

一般而言，电池(Battery)是由多个电池单元(Cell)串联组成，由于各电池单元的材料特性无法完全相同，所以在充放电过程中容易导致过充电或过放电，进而影响电池的使用寿命。为了避免此一情况，可利用电池平衡技术来调节各电池单元的能量，以便在充电时同时达到截止电压。目前，电池平衡大致分为主动平衡与被动平衡，其中又以主动平衡因能量损耗小、不易发热而最受瞩目。而在主动平衡中常见有电容式平衡及电感式平衡，前者重量轻、效率较低，后者重量重、效率较高。因此，电感式平衡可谓为当前的主流，不过，在具有重量考虑的情况下，电容式平衡的重要性仍然不可忽视。

目前，在电容式平衡技术中，有厂商提出以可程序化控制逻辑来控制任意一对开关(即连接任意一个电池单元的正极与负极的两个成对的开关)，以便平衡电容与电池单元的电压，并且能够自由控制开关开启的时间。不过，上述方式仅针对单一电池单元与电容的电压平衡，故仍然无法有效解决电池平衡效率不佳的问题。

综上所述，可知先前技术中长期以来一直存在电容式平衡的电池平衡效率不佳的问题，因此实有必要提出改进的技术手段，来解决此一问题。

发明内容

有鉴于先前技术存在的问题，本发明遂提供一种高压差式的电容主动平衡装置及其方法。

本发明所提供的高压差式的电容主动平衡装置，其包含：电池单元、开关控制单元及储能单元。其中，N个电池单元串联成电池串用以储存及提供电能，所述N为不小于数值“2”的正整数；开关控制单元电性连接至所述电池串，用以于第一状态时切换与电池串的电性连接以形成串联K个电池单元的供电串，以及于第二状态时切换与电池串的电性连接以形成L个电池单元的充电串，所述K及L为正整数且N≥K≥2、K-1≥L≥1；储能单元电性连接至开关控制单元，用以于第一状态时接收并储存供电串的电能，以及于第二状态时输出储能单元的电能以对充电串进行充电。

至于本发明的高压差式的电容主动平衡方法，其步骤包括：提供N个电池单元串联成电池串，此电池串储存及提供电能，其中N为不小于数值“2”的正整数；当开关控制单元于第一状态时，切换与所述电池串的电性连接以形成串联K个电池单元的供电串，此供电串输出电能至储能单元以进行储存，其中K为正整数且N≥K≥2；当开关控制单元于第二状态时，切换与所述电池串的电性连接以形成L个电池单元的充电串，且储能单元输出电能至充电串以对充电串进行充电，其中L为正整数且K-1≥L≥1。

本发明所提供的装置与方法如上，与先前技术之间的差异在于本发明是通过串联多个电池单元在高压差的情况下对储能单元进行充电，以及由储能单元对电量较低的电池单元进行放电，以便完成能量搬移及电池平衡。

通过上述的技术手段，本发明可以达成提高电池平衡的效率的技术功效。

附图说明

图1为本发明高压差式的电容主动平衡装置的系统方块图。

图2为本发明高压差式的电容主动平衡方法的方法流程图。

图3为高压差式的电容主动平衡装置的电路示意图。

图4为应用本发明形成供电串的电路示意图。

图5为应用本发明形成充电串的电路示意图。

图6为本发明的开关控制单元的另一实施例的电路示意图。

图7A及图7B为本发明与现有电容平衡的电压及电流波形比较的示意图。

【主要元件符号说明】

10电池单元

20开关控制单元

21控制器

30储能单元

31电容元件

32电阻元件

100电池串

101供电串

102充电串

201开关控制单元

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本发明之实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。