[發明專利]具有有源平衡電路和有源平衡算法的裝置和方法

有效

• 申請號: 201410204702.1
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN104167772B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 金正黙;李桓熙;柳泰馨;申東勛;韓喆奎
• 申請（專利權）人: 樂金信世股份有限公司;HBL株式會社
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙)11363
• 代理人: 李少丹,周曉雨

相關申請的交叉引用

本申請要求2013年5月15日向韓國知識產權局提交的申請號為10-2013-0054978的韓國專利申請的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本發明涉及具有用于對串聯連接的多個二次電池充電和放電的有源平衡電路和算法的二次電池充電/放電控制裝置和方法。所述二次電池充電/放電控制裝置和方法可以利用有源平衡電路和繼電器來使串聯連接的多個電池能夠同時被充電和放電以實現每個電池的平衡，使得在用于對串聯連接的多個二次電池同時充電和放電的裝置中，電池可以在恒定電壓(CV)模式下以設定的最大電壓來充電。因為電池的容量和內部電阻不完全相同，因此電池可能具有不同的充電/放電特性。

背景技術

用于電動車輛的大容量鋰二次電池每個都具有較低的操作電壓，例如，大約2伏特(V)至大約4.7V的電壓，以及具有較高的操作電流，例如，大約25安培(A)至大約50A的電流。

在電動車輛中，幾十至幾百個大容量鋰二次電池連接使用。在制造電池組件的過程中，單位模塊的電池(例如，單個電池、或者幾個電池串聯或并聯連接)需要以最大容量來充電和放電。然而，由于將電能轉換成交流電(AC)和回收電能的低轉換效率的緣故，存在很多技術困難。

在以開關模式對大容量二次電池同時充電和放電的裝置中，可以將具有大約2V至大約4.7V的操作電壓的單個鋰二次電池放電。放電所得的電需要通過以熱而消耗電或者通過將電轉換成AC電而在全國AC電網中再次產生。

用于再次產生電能的直流(DC)至AC(DC/AC)轉換器可能具有非常低的轉換效率、例如典型地為40％，這是由于單個電池的電壓顯著低于商用AC電網的電壓(例如，220V或380V)。在轉換期間，剩余的能量可能在DC/AC轉換器中以熱而消耗。

因此，在制造包括用于冷卻的調節設備的電池的工廠中，已知使用現有的二次電池充電/放電裝置的過程來使用最大的電能。

當具有略微不同容量和略微不同內部電阻的二次電池串聯連接、且通過單個雙向恒定電流電源來充電和放電時，可能由于二次電池的特性上的不同而難于以恒定電壓(CV)來對多個二次電池中的每個充電和放電，并且可能發生過度充電或過度放電。

作為相關技術，在韓國專利公開No.10-2011-0008337中公開了用于平衡多個鋰二次電池或鋰二次電池組的、與電池組控制模塊相關的技術配置及使用其的方法。但是另一方面，在本發明中，在利用恒定電流源對串聯連接且具有不同充電/放電特性的多個二次電池充電和放電時，當保持相同的電流和最大的電壓時，可終止充電。因而，韓國專利公開No.10-2011-0008337與本發明顯著不同。

另外，作為相關技術，在韓國專利公開No.10-2010-0122911中公開了包括用于每個串聯連接的二次電池和用于保護過度充電的放電路徑電路的技術配置。然而，由于多個二次電池中的每個包括單獨的放電電阻器和開關元件以形成放電路徑電路，所以功耗和制造成本可能增加。

發明內容

本發明的一個方面是為了：當通過單個雙向恒定電流源來對二次電池充電和放電時，通過在二次電池中的每個的兩端添加被配置成增加或減去預定電流量的有源平衡電路，來克服串聯連接且具有不同容量和不同內部電阻的二次電池之間在特性上的差異，以及在串聯電路中啟用恒定電壓(CV)充電/放電。

本發明的另一個方面是為了：利用在每個二次電池充電/放電電路中具有極小容量的有源平衡電路而在CV充電期間使每個托盤(tray)中的所有的電池都能夠平衡，這是因為以相同工藝制造的電池在特性(例如，內部電阻、容量等)上典型地彼此具有較低值(例如，大約5％，該值通過用戶來設定以確定電池為良好還是故障)的差異，并且因為以相同工藝制造的電池之間的容量分布不是很大。

本發明的另一個方面是為了：當單個托盤中的多個二次電池串聯連接并且被同時充電和放電時，通過配置具有單個雙向直流(DC)至直流(DC/DC)轉換器、單個雙向線性電流源、以及單個控制器的裝置來降低制造成本；創新性地利用被放電的電來增加電能轉換效率以在沒有變化的情況下在DC狀態下執行充電；顯著地減小尺寸和重量；以及顯著地減小安裝空間。