[發明專利]大電池組中電壓均衡的電路和方法

有效

• 申請號: 201410054916.5
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103997073B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: J·卓布尼克
• 申請（專利權）人: 恩智浦美國有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 馮玉清

技術領域

本發明總體上涉及用于控制多單元電池組中的電池單元的均衡的系統和方法。特別地，涉及用于監視大型多單元電池組中的每個電池單元的電壓，以及在作為整體的電池組中用于均衡每個單獨電池單元的電壓以使它們大致相同的系統和方法。

背景技術

一些簡單的電池組由具有單一電壓的單個電池單元構成。例如，常見的A型單元電池由單個1.5伏的電池單元構成。然而，很多其它電池組由串聯連接在一起的多個電池單元構成。例如，常見的車載電池組可以由6個串聯連接的2伏電池單元構成，而混合動力汽車的電池組可能由一些串聯且一些并聯的大量電池單元構成。類似地，電子器件可能采用由串聯連接在一起的更小的電池組構成的電池組。

在多單元電池組中，電池單元之間的微小差異（例如，由于生產公差或操作條件而導致）往往隨每次充電或放電周期而放大。在這些情況下，較弱的電池單元在充電期間受到過應力，導致它們變得更弱，直到它們最終失效而導致整個電池組的過早失效。電壓均衡（有時也稱為電池單元平衡）是一種通過均衡電池組中的所有電池單元上的電荷來補償這些較弱電池單元的方法，從而延長了電池組的壽命。它也可以用來防止任何單獨的電池單元的過充。

即使在相對穩定的電池組中，在充電、放電速率、電池參數和電池單元老化方面的微小差異在若干充放電周期之后也可以造成個體電池單元的不同單元電壓，從而由于個體電池單元的電壓開始變得不同步而導致電池組上不期望有的應力。

因此，為了使大多數可再充電電池組諸如鋰離子電池組獲得良好的性能和使用壽命，每個電池單元需要附加電路。這些電路的復雜程度差別很大，成本也是如此。最簡單且最低成本的器件通常僅提供被動均衡。在這種器件中，如果個體電池單元的電壓超過預設電平，則附連到電池單元的簡單放電電路被激活以使單元電壓回到視為“正常電平”的電壓。在這種器件中，任何“過多”電荷被浪費，通常轉化為熱。

因此，期望提供能夠主動均衡多單元電池組中的電池單元之間的充電的系統和方法。這樣的系統可以定期監視電池組或電池組部分中的每個電池單元的電壓，并且均衡電池組的電壓，使得它們全部都保持在相同電壓，或至少接近相同電壓。此外，還期望如果從過充的電池組移除電荷的話，任何電荷不被浪費，而是被移動到欠充的電池組，從而避免任何電荷浪費。

然而，也有將電池組的尺寸、成本和復雜性保持為低的競爭利益。因此，還期望任何主動電池均衡系統是簡單、高效節能、小且成本低的。

發明內容

示范性實施例提供一種電池組均衡電路，包括：第一正電池組節點，配置為連接到包含在電池組電路中的第一電池單元的正端子，所述電池組電路包括與所監視的第一電池單元串聯連接的多個其它電池單元；第一負電池組節點，配置為連接到所述第一電池單元的負端子；第一變壓器線圈，配置為接收AC發生器的輸出電壓，所述第一變壓器線圈具有第一上變壓器節點和第一下變壓器節點；第一上開關，連接在所述第一正電池組節點和所述第一上變壓器節點之間；第一下開關，連接在所述第一負電池組節點和所述第一下變壓器控制節點之間；以及控制電路，配置為根據在所述第一正電池組節點和所述第一負電池組節點之間測量的第一單元電壓和所述電池組電路的總電池組電壓來控制所述第一上開關和所述第一下開關的操作。

示范性實施例還提供一種均衡電池組的方法。

附圖說明

在附圖中，相似的附圖標記指示相似或功能類似的元件；附圖連同下面的詳細描述被合并到說明書中并且形成說明書的一部分，用于進一步說明根據本發明的示例實施例以及解釋各種原理和優點。

圖1是根據所公開的實施例的多單元電池組和電池組均衡電路的電路圖；

圖2是根據所公開的實施例的源自圖1的多單元電池組和電池組均衡電路的單元部件的電路圖；

圖3是根據所公開的實施例的圖1的方波發生器輸出的方波的曲線圖，并且示出它如何被用于對個體電池單元進行充電和放電；

圖4是根據所公開的替選實施例的多單元電池組和電池組均衡電路的電路圖；

圖5是根據所公開的實施例的源自圖1和圖4的多單元電池組和電池組均衡電路的雙向開關的電路圖；

圖6是根據所公開的實施例的電池組均衡操作的流程圖；以及

圖7是根據所公開的實施例的圖4的單元部件控制器的電路圖。

具體實施方式