[發明專利]電池和其它電源的基于電感器的有源平衡

有效

• 申請號: 201280050359.9
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN103875156B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: Q·劉
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: H02J7/04
• 分類號: H02J7/04;H01M10/44
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發明一般涉及電源平衡系統，并且，更具體地涉及電池和其它電源的基于電感器的有源平衡。

背景技術

現代的電池常常包括多個串聯連接的電池單元，并且多個電池能夠串聯連接以形成電池模塊。遺憾的是，由電池中的每個單獨的電池單元或電池模塊中的每個電池提供的實際輸出電壓會略微不同。這能夠由任何若干因素如制造變化、溫度變化或其它內部或外部因素引起。這能夠在電池單元或電池的充電和放電過程中引起問題。在一些系統中，能夠利用電壓檢測電路確定每個電池單元或電池的輸出電壓，并且能夠利用電壓平衡系統來補償輸出電壓的變化。

考慮串聯連接的電池單元，其中每個電池單元被設計成提供3.8V的輸出電壓。電壓檢測電路可以確定電池單元中的其中一個實際上具有3.9V的輸出電壓。常規的無源電壓平衡系統通常包括電阻器，其消耗來自具有過高輸出電壓的電池單元或電池的電能。在本例中，電能的消耗使得3.9V的輸出電壓下降至3.8V的期望水平。然而，由于電能是利用電阻器消耗的，這能夠導致電池單元的大量能量流失，縮短了電池的使用壽命。

發明內容

本申請公開用于電池和其它電源的基于電感器的有源平衡的方法和裝置。

在第一實施例中，一種裝置包括LC諧振電路和多個開關，所述多個開關經配置以選擇性地將不同串聯連接的電源耦合到LC諧振電路。LC諧振電路包括電感器、電容器和附加開關。電感器經配置以存儲將在兩個或多個電源之間傳輸的能量。附加開關經配置以選擇性地在電感器和電容器之間創建諧振，從而使流過電感器的電流的方向反向。

在第二實施例中，一種方法包括從至少一個第一電源傳輸能量至電感器。該方法還包括選擇性地在電感器和電容器之間創建諧振，從而使流過電感器的電流的方向反向。該方法進一步包括從電感器傳輸能量至至少一個第二電源。所述至少一個第一電源和至少一個第二電源串聯連接。

在第三實施例中，一種系統包括多個串聯連接的電源和有源平衡電路。有源平衡電路包括LC諧振電路和多個開關，所述多個開關經配置以選擇性地將不同的電源中的一些耦合到LC諧振電路。LC諧振電路包括電感器、電容器和附加開關。電感器經配置以存儲將在兩個或多個電源之間傳輸的能量。附加開關經配置以選擇性地在電感器和電容器之間創建諧振，從而使流過電感器的電流的方向反向。

附圖說明

參考附圖描述本發明的示例性實施例，其中：

圖1示出根據本公開的用于電池和其它電源的基于電感器的示例性有源平衡系統；

圖2A和2B示出根據本公開的圖1的系統在奇數至偶數和偶數至奇數能量傳輸期間的示例性操作；

圖3A-3D示出根據本公開的圖1的系統在奇數至奇數和偶數至偶數能量傳輸期間的示例性操作；

圖4A和4B示出根據本公開的圖1的系統在包括多個放電電源和多個充電電源的能量傳輸期間的示例性操作；

圖5和圖6示出根據本公開的與圖1系統在能量傳輸期間的模擬操作關聯的示例性時序圖；以及

圖7示出根據本公開的用于電池和其它電源的基于電感器的有源平衡的示例性方法。

具體實施方式

圖1示出根據本公開的用于電池和其它電源的基于電感器的示例性有源平衡系統100。

如圖1所示，系統100包括或耦合到多個串聯連接的電源102a-102g。每個電源102a-102g表示任何合適的電源，例如單個電池單元。在具體的實施例中，每個電源102a-102g表示具有3.2V額定電壓的單個電池單元。然而，每個電源102a-102g還可表示多個電池單元、電池模塊、多個電池模塊或其它電池單元集合。還可以使用任何其它類型的電源，例如超級電容器、燃料電池以及太陽能電池。還要注意，此處可使用任意數量的電源。

多個開關104a-104h耦合于電源102a-102g。開關104a-104h被斷開和閉合以通過電感器-電容器（LC）諧振電路106中的電感器在選定的電源102a-102g之間傳輸能量。開關104a-104h表示任何合適的開關器件，例如晶體管。在具體的實施例中，開關104a-104h中的每個表示兩個背對背的MOSFET晶體管，從而通過MOSFET體二極管防止兩個相鄰電池單元的短路。此處還能夠使用不具有體二極管的任何單開關器件。