[發明專利]電荷均衡設備及方法

有效

• 申請號: 200780021702.6
• 申請日: 2007-06-13
• 公開（公告）號: CN101467325A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 吳全根;李重輝;張洙曄;文建又;金正恩;樸弘善
• 申請（專利權）人: SK能源株式會社;韓國科學技術院
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 周建秋;王鳳桐

技術領域

本發明主要涉及一種電池電壓均衡設備和方法，并且更特別地是涉及一 種電荷均衡設備和方法，該設備和方法在維持電荷均衡性能的同時降低了半 導體開關元件的耐受電壓，從而在減少電荷均衡設備開支的同時能很容易就 實現變壓器的次級線圈。

背景技術

許多系統都使用由電池組或電池陣列形式的電池，其包含多個電池單元 相互串聯。

當這樣的電池被充電至顯著高于額定充電電壓范圍的電壓時或放電至 低于額定放電電壓時，將是危險的。

在電池單元的荷電狀態(charged?state)之間的不均衡是由多種因素引起 的，并在電池的制造或電池的充電/放電中發生。對于鋰離子電池的情況，在 工廠中電池的制造被嚴格控制來使電池陣列中電池單元容量間的差異最小 化。然而，電池單元之間的不均衡或不同可能由于各種因子而出現，而不論 電池單元的狀態如何，也就是即使電池單元最初制造后在工廠中達到了均衡 和等同。

影響電池不均衡的因子可能包含，例如化學反應，各電池單元的阻抗和 自放電速率，電池容量的減少，電池工作溫度的變化以及電池間不同類型的 變化。

電池溫度之間的不一致是造成電池單元間不均衡的重要因子。例如，“自 放電”是在電池內引起的，并且是電池溫度的函數。具有較高溫度的電池通 常比具有較低溫度的電池具有更高的自放電速率。結果，長時間后具有較高 溫度的電池表現出比具有較低溫度的電池更低的荷電狀態。

不均衡在電池荷電狀態中是非常嚴重的問題。例如，電池提供能量的能 力是被具有最低荷電狀態的電池單元所限制的，其通常出現于電動車輛中。

如果該電池單元被完全消耗，其他電池單元就失去了繼續供能的能力。 即使是電池的其他電池單元仍然具有供能能力也是一樣的。因此，電池單元 荷電狀態的不均衡降低了電池的供能能力。

當然，上面所述并不表示當一個或多個電池單元被消耗時通過剩余電池 單元供能是完全不可能的事。然而，在串聯的情況下，這意味著如果一個或 多個電池單元被完全消耗，只要在剩余電池單元中有剩余電荷，該電池能繼 續使用，但是那樣的話，由于其已經完成放電的電池單元將產生具有相反極 性的電壓，其結果是該電池單元由于其過熱或氣體的產生而可能有爆炸的危 險，這樣一來電池就失去了供能能力。

糾正電池單元荷電狀態間不均衡的各種方法已經被提出，其中一種方法 示于圖1中。

圖1是常規的電荷均衡設備的示意圖。

根據圖1，該常規的電荷均衡設備包括變壓器T1到Tn，開關SW1到 SWn，二極管D1到Dn，以及電壓檢測和驅動信號產生單元10。然后，變 壓器的初級線圈上的和次級線圈上的同名端(dot)位于相反側。相應的，每 個變壓器這樣運行，當初級線圈開啟時，能量充入初級線圈中，而當第二線 圈關閉且初級線圈關閉時，充入初級線圈的能量通過反電動勢提供到次級線 圈中，從而次級線圈被開啟。

開關SW1到SWn分別與變壓器T1到Tn的初級線圈相串聯，并適用于 根據由電壓檢測和驅動信號產生單元10提供的控制信號而將過度充電電池 中充入的能量提供給變壓器T1到Tn的初級線圈。相應的，過度充電的電池 被放電。

當與初級線圈串聯的開關SW1到SWn被開啟時，變壓器T1到Tn由過 度充電電池提供能量，并向其初級線圈充入能量。當開關SW1到SWn被關 閉時，變壓器通過反電動勢提供在初級線圈充入的能量到其次級線圈。

二極管D1到Dn分別與次級線圈串聯，并適用于整流從次級線圈提供 到串聯電池B1到Bn的能量。

電壓檢測和驅動信號產生單元10檢測串聯電池B1到Bn各自的電壓， 將檢測到的電壓與參考電壓比較，并產生從被充到大于參考電壓的電池，即 過度充電電池放電所需的驅動信號。該由電壓檢測和驅動信號產生單元10 產生的驅動信號被提供到與過度充電電池并聯的開關，從而產生一閉合的回 路而使過度充電電池的能量能提供到變壓器T1到Tn的初級線圈中。