[發明專利]自動電池均衡電路

有效

• 申請號: 00117927.6
• 申請日: 2000-05-29
• 公開（公告）號: CN1275829A
• 公開（公告）日: 2000-12-06
• 發明（設計）人: W·A·彼得森
• 申請（專利權）人: 洛克希德馬丁公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 羅朋,傅康

本發明涉及電池均衡技術，特別涉及采用諧振電路的電池均衡裝置。

電池一般被串聯以獲得相對較大的總電壓來驅動負載。由于采用可充電電池是比較理想的，因此已經開發出同時對串聯的所有電池充電的電池充電器。

必須注意對串聯的每個電池進行完全地充電，而能不使其中一個電池比其他電池處于更高的充電狀態。如果在串聯中一個電池上相對較低的電荷與其他電池之間存在差別，則串聯電池的總有效容量被減小到具有低充電狀態的電池的容量。

人們已經開發出電池均衡電路來保證在串聯中的所有電池基本上保持相同的充電狀態。授予Brainard的美國專利第5,479,083示出一種常規的電池均衡電路10。該電路在圖1中示出。

Brainard的專利示出串聯連接的電池對B1、B2，其可以通過充電電路12進行充電。均衡電路包括跨接串聯連接電池的一對串聯連接的晶體管Q1、Q2。電感器L連接于這對晶體管Q1、Q2與電池B1、B2之間。振蕩器14產生到晶體管Q1、Q2的門驅動信號，使得它們在相同的時間段內被交替偏置導通和截止。該電感器作為非消耗型分流器，其被交替切換來與每個電池相并聯，使得在一個電池上的過度電荷被傳送到另一個電池。

但是，在Brainard的均衡電路10中的元件公差將影響在電池之間獲得的均衡度。確實，影響振蕩器14的工作周期和由晶體管Q1、Q2對電池給出的合成工作周期的公差將明顯地影響均衡的質量。因此，為了獲得滿意的均衡，必須獲得對每個電池的測量，并且反饋回振蕩器以按照需要改變工作周期(參見Brainard專利的圖3)。

授予Pascual的美國專利第5,710,504號公開一種電池均衡電路，其不需要來自每個電池的反饋機構以獲得適當的均衡。但是，Pascual專利的電路需要在該電路中的所有開關器件相互同步，而不管有多少電池串聯結合。

當串聯電池的數目相對較大并且導致從最高電池到最低電池的高端電壓時，Pascual電路的布局可能導致不理想的故障狀態。

轉到Pascual‘504專利的圖1，其中示出多個串聯的電池，并且所有開關通過控制線路18和控制單元12相同步。假設從最高電池到最低電池的總電壓足夠大(例如，600伏)，通過均衡電路的布線，實際電路必須被設計為能經受從最高電池端到最低電池端的故障。通常，串聯電池必須傳送許多安培(接近1000安培或更多)，這使得難以設計出經受故障并且不損壞任何電池的電路。

相應地，在本領域中需要一種新的電池均衡電路，其能夠自動工作(即，不需要與其他服務于串聯電池的均衡電路同步)，并且不需要閉環補償電路來獲得滿意的均衡。

本發明的電池均衡電路至少均衡第一和第二串聯電池之間的充電。每個電池具有正端和負端，其中第二電池的正端在一公共節點連接到第一電池的負端。開關電路可以(i)在正節點連接到第一電池的正端，以及(ii)在負節點連接到第二電池的負端；以及諧振電路可連接在開關電路和電池的公共節點之間，其中開關電路適合于交替地使該諧振電路與第一和第二電池相并聯，使得直流成分通過諧振電路作為第一和第二電池之間電荷不平衡的函數在它們之間流動。

該諧振電路優選為串聯的諧振電路，包括與諧振電容器相串聯的諧振電感器。直流旁路電路跨接諧振電容器，使得直流成分能夠流過并且流到第一和第二電池中的一個。直流旁路電路優選地包括旁路電感器，該旁路電感器所具有的電感明顯大于諧振電感器的電感。

該開關電路優選地包括從正節點到負節點以半橋式結構連接的第一和第二開關晶體管，并且確定它們之間的一個輸出節點。晶體管驅動電路被提供并且適合于分別產生用于使第一和第二開關晶體管導通和截止的第一和第二偏壓信號。該晶體管驅動電路連接到諧振電感器，使得第一和第二偏壓信號是跨過該諧振電感器的電壓的一個函數。

繞在諧振電感器的公共鐵芯上的第一和第二繞組優選地包含在開關電路中，該第一和第二繞組相反地纏繞，并且分別連接到第一和第二開關晶體管的偏置端。跨過諧振電感器的電壓感應成比例的偏壓，用于在正反饋結構中將第一和第二開關晶體管偏置導通和截止。

可以提供第一和第二旁路電容器，第一旁路電容器從正節點連接到公共節點，并且第二旁路電容器從公共節點連接到負節點。還可以提供第一和第二旁路二極管，第一二極管的正極從諧振電路的中間節點連接到正節點，并且第二二極管的負極從諧振電路的中間節點連接到負節點。

從本文結合附圖的討論，對于本領域內的專業人員來說本發明的其他目的、特點和優點將變得更加清楚。