專利名稱：自動(dòng)電池均衡電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池均衡技術(shù)，特別涉及采用諧振電路的電池均衡裝置。
電池一般被串聯(lián)以獲得相對(duì)較大的總電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。由于采用可充電電池是比較理想的，因此已經(jīng)開(kāi)發(fā)出同時(shí)對(duì)串聯(lián)的所有電池充電的電池充電器。
必須注意對(duì)串聯(lián)的每個(gè)電池進(jìn)行完全地充電，而能不使其中一個(gè)電池比其他電池處于更高的充電狀態(tài)。如果在串聯(lián)中一個(gè)電池上相對(duì)較低的電荷與其他電池之間存在差別，則串聯(lián)電池的總有效容量被減小到具有低充電狀態(tài)的電池的容量。
人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出電池均衡電路來(lái)保證在串聯(lián)中的所有電池基本上保持相同的充電狀態(tài)。授予Brainard的美國(guó)專利第5,479,083示出一種常規(guī)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(lián)連接的電池對(duì)B1、B2，其可以通過(guò)充電電路12進(jìn)行充電。均衡電路包括跨接串聯(lián)連接電池的一對(duì)串聯(lián)連接的晶體管Q1、Q2。電感器L連接于這對(duì)晶體管Q1、Q2與電池B1、B2之間。振蕩器14產(chǎn)生到晶體管Q1、Q2的門驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得它們?cè)谙嗤臅r(shí)間段內(nèi)被交替偏置導(dǎo)通和截止。該電感器作為非消耗型分流器，其被交替切換來(lái)與每個(gè)電池相并聯(lián)，使得在一個(gè)電池上的過(guò)度電荷被傳送到另一個(gè)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(shí)，影響振蕩器14的工作周期和由晶體管Q1、Q2對(duì)電池給出的合成工作周期的公差將明顯地影響均衡的質(zhì)量。因此，為了獲得滿意的均衡，必須獲得對(duì)每個(gè)電池的測(cè)量，并且反饋回振蕩器以按照需要改變工作周期(參見(jiàn)Brainard專利的圖3)。
授予Pascual的美國(guó)專利第5,710,504號(hào)公開(kāi)一種電池均衡電路，其不需要來(lái)自每個(gè)電池的反饋機(jī)構(gòu)以獲得適當(dāng)?shù)木狻５?，Pascual專利的電路需要在該電路中的所有開(kāi)關(guān)器件相互同步，而不管有多少電池串聯(lián)結(jié)合。
當(dāng)串聯(lián)電池的數(shù)目相對(duì)較大并且導(dǎo)致從最高電池到最低電池的高端電壓時(shí)，Pascual電路的布局可能導(dǎo)致不理想的故障狀態(tài)。
轉(zhuǎn)到Pascual‘504專利的圖1，其中示出多個(gè)串聯(lián)的電池，并且所有開(kāi)關(guān)通過(guò)控制線路18和控制單元12相同步。假設(shè)從最高電池到最低電池的總電壓足夠大(例如，600伏)，通過(guò)均衡電路的布線，實(shí)際電路必須被設(shè)計(jì)為能經(jīng)受從最高電池端到最低電池端的故障。通常，串聯(lián)電池必須傳送許多安培(接近1000安培或更多)，這使得難以設(shè)計(jì)出經(jīng)受故障并且不損壞任何電池的電路。
相應(yīng)地，在本領(lǐng)域中需要一種新的電池均衡電路，其能夠自動(dòng)工作(即，不需要與其他服務(wù)于串聯(lián)電池的均衡電路同步)，并且不需要閉環(huán)補(bǔ)償電路來(lái)獲得滿意的均衡。
本發(fā)明的電池均衡電路至少均衡第一和第二串聯(lián)電池之間的充電。每個(gè)電池具有正端和負(fù)端，其中第二電池的正端在一公共節(jié)點(diǎn)連接到第一電池的負(fù)端。開(kāi)關(guān)電路可以(i)在正節(jié)點(diǎn)連接到第一電池的正端，以及(ii)在負(fù)節(jié)點(diǎn)連接到第二電池的負(fù)端；以及諧振電路可連接在開(kāi)關(guān)電路和電池的公共節(jié)點(diǎn)之間，其中開(kāi)關(guān)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(lián)，使得直流成分通過(guò)諧振電路作為第一和第二電池之間電荷不平衡的函數(shù)在它們之間流動(dòng)。
該諧振電路優(yōu)選為串聯(lián)的諧振電路，包括與諧振電容器相串聯(lián)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(guò)并且流到第一和第二電池中的一個(gè)。直流旁路電路優(yōu)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(kāi)關(guān)電路優(yōu)選地包括從正節(jié)點(diǎn)到負(fù)節(jié)點(diǎn)以半橋式結(jié)構(gòu)連接的第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管，并且確定它們之間的一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)。晶體管驅(qū)動(dòng)電路被提供并且適合于分別產(chǎn)生用于使第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管導(dǎo)通和截止的第一和第二偏壓信號(hào)。該晶體管驅(qū)動(dòng)電路連接到諧振電感器，使得第一和第二偏壓信號(hào)是跨過(guò)該諧振電感器的電壓的一個(gè)函數(shù)。
繞在諧振電感器的公共鐵芯上的第一和第二繞組優(yōu)選地包含在開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)晶體管的偏置端。跨過(guò)諧振電感器的電壓感應(yīng)成比例的偏壓，用于在正反饋結(jié)構(gòu)中將第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管偏置導(dǎo)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(jié)點(diǎn)連接到公共節(jié)點(diǎn)，并且第二旁路電容器從公共節(jié)點(diǎn)連接到負(fù)節(jié)點(diǎn)。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(jié)點(diǎn)連接到正節(jié)點(diǎn)，并且第二二極管的負(fù)極從諧振電路的中間節(jié)點(diǎn)連接到負(fù)節(jié)點(diǎn)。
從本文結(jié)合附圖的討論，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人員來(lái)說(shuō)本發(fā)明的其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。
為了闡明本發(fā)明的目的，在此以當(dāng)前優(yōu)選的附圖形式示出，但是應(yīng)當(dāng)知道，本發(fā)明不限于所示的準(zhǔn)確電路結(jié)構(gòu)和手段。
圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電池均衡電路；圖2為根據(jù)本發(fā)明的充電均衡電路；圖3a-3b為示出在圖2的電路中出現(xiàn)的特定波形的曲線圖；以及圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的充電均衡電路的其他細(xì)節(jié)的示意圖。
參照附圖，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件，在圖2中示出說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的充電均衡電路100的電路圖。
充電均衡電路100可操作為均衡包含在各個(gè)串聯(lián)電池102和104上的電荷。電池102包括連接到正節(jié)點(diǎn)106的正端和連接到公共節(jié)點(diǎn)110的負(fù)端。電池104包括連接到公共節(jié)點(diǎn)110的正端和連接到負(fù)節(jié)點(diǎn)108的負(fù)端。
本領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的充電均衡電路100不一定只對(duì)例如電池102和104這樣的兩個(gè)完整的電池起作用，而且可以對(duì)在一個(gè)特定電池中的各個(gè)電池單元起作用。在這種情況下，電池102和電池104可以被認(rèn)為是在一個(gè)電池中的各個(gè)串聯(lián)電池單元。
根據(jù)本發(fā)明的充電均衡電路100包括可連接到正節(jié)點(diǎn)106的開(kāi)關(guān)電路112和串聯(lián)電池的負(fù)節(jié)點(diǎn)108，并且還包括可連接在開(kāi)關(guān)電路112和電池102、104的公共節(jié)點(diǎn)之間的諧振電路114。
該諧振電路114優(yōu)選地為串聯(lián)諧振電路，其中包括串聯(lián)的諧振電感器116和諧振電容器120，并且確定它們之間的一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)122。該諧振電路114還優(yōu)選地包括跨過(guò)諧振電容器118的直流旁路電路，使得直流電流可以從開(kāi)關(guān)電路112流過(guò)諧振電路114到達(dá)電池102、104。最好，直流旁路電路包括與諧振電容器118成并聯(lián)結(jié)構(gòu)連接的電感器120。
本領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)技術(shù)人員將從下文中得知電感器120應(yīng)當(dāng)具有明顯比諧振電感器116的電感更大的電感，盡管接近于(或者低于)諧振電感器116的電感值的電感器120的電感值也可以被考慮為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
開(kāi)關(guān)電路112優(yōu)選地包括以半橋式結(jié)構(gòu)從正節(jié)點(diǎn)106連接到負(fù)節(jié)點(diǎn)108的串聯(lián)晶體管對(duì)130、132，該晶體管130、132確定它們之間的一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)134。開(kāi)關(guān)電路112還優(yōu)選地包括可操作為產(chǎn)生用于交替偏置晶體管130、132導(dǎo)通和截止的偏壓信號(hào)的晶體管驅(qū)動(dòng)電路。優(yōu)選地，晶體管驅(qū)動(dòng)電路113連接到諧振電感器116，使得到達(dá)晶體管130、132的偏壓信號(hào)是諧振電感器116上的電壓的一個(gè)函數(shù)。
晶體管驅(qū)動(dòng)電路133優(yōu)選地包括與諧振電感器116一同繞在公共鐵芯上的繞組136、138，使得諧振電感器116上的電壓感應(yīng)各個(gè)繞組136、138上的電壓。繞組136和138相反地纏繞，使得感應(yīng)電壓各個(gè)極性相反。
優(yōu)選地，晶體管130、132是MOS門器件，最好采用MOSFET。繞組136和138分別從晶體管130、132的柵極連接到源極。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3a，其中示出圖2的充電均衡電路的特定電壓與電流之間的關(guān)系。為了便于說(shuō)明，所示的波形表示當(dāng)在每個(gè)電池102和104上的電荷基本相同時(shí)的電路操作。
流過(guò)諧振電感器116和諧振電容器118的交流電流被標(biāo)號(hào)為200。諧振電感器116的電感與諧振電容器120的電容確定諧振頻率，并且交流電流200基本上匹配該諧振頻率。
通常，跨過(guò)諧振電感器116兩端的電壓202比交流電流200延遲90電角度，而跨過(guò)諧振電容器118兩端的電壓204比通過(guò)它的電流提前約90電角度。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3b，其中示出由晶體管驅(qū)動(dòng)電路133所產(chǎn)生的電壓，用于偏置晶體管130、132使其導(dǎo)通和截止。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖3b的波形為方波，但是本領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人員將認(rèn)識(shí)到在實(shí)踐中波形更加復(fù)雜。
在時(shí)刻t1，跨過(guò)諧振電感器116的電壓基本上為負(fù)電壓(跨過(guò)在圖1中的電感器116的電壓被定義為正電壓)。相應(yīng)的，跨過(guò)繞組138感應(yīng)的電壓是正電壓，使晶體管132導(dǎo)通。晶體管130在時(shí)刻t1被偏置截止。在時(shí)刻t2，跨過(guò)諧振電感器116的電壓202基本上為正電壓，并且跨過(guò)繞組136感應(yīng)的電壓為正電壓，使晶體管130導(dǎo)通。晶體管132在時(shí)刻t2被偏置截止。
參照?qǐng)D3a，交流電流200從時(shí)刻t1到t2流入和流出電池104，而電流200從時(shí)刻t2到t3流入和流出電池102。當(dāng)電池102上的電荷基本上等于電池104上的電荷時(shí)，流入和流出電池104的電流量(時(shí)刻t1到t2)基本上相等。類似地，流入和流出電池102的電流量(時(shí)刻t2到t3)基本上相等。
當(dāng)分別在電池102和104上的電荷不平衡時(shí)，將趨于產(chǎn)生跨過(guò)諧振電容器18的直流電壓偏置；但是，旁路電感器120將把直流電流分流到一個(gè)電池上，直到電荷平衡。因此，電流200將包括與在電池102和104之間的電荷差成正比的直流成分(即，移上或移下)。一旦在電荷在電池102和104之間平衡，則電流200將基本上不包含直流偏置。
本領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人員將認(rèn)識(shí)到圖3a中所示的波形表示基本上理想的波形，并且在實(shí)踐中將獲得略有不同的波形。確實(shí)，晶體管130、132表現(xiàn)出各自的導(dǎo)通閾值電壓，低于該電壓晶體管將不導(dǎo)通。結(jié)果，當(dāng)跨過(guò)諧振電感器116的電壓接近0伏特時(shí)(例如，在時(shí)刻t1)，跨過(guò)繞組136的感應(yīng)電壓接近晶體管130的閾值電壓。當(dāng)晶體管130開(kāi)始截止時(shí)，晶體管130趨向于限制在諧振電感器116中流動(dòng)(從左到右)的電流200。諧振電感器116將阻止電流的減小，并且跨過(guò)電感器116的電壓202將改變極性?？邕^(guò)繞組136感應(yīng)的電壓也改變極性，從而快速地使晶體管130截止。
本領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人員將認(rèn)識(shí)到，跨過(guò)諧振電感器116的電壓202被反饋回晶體管驅(qū)動(dòng)電路133(例如通過(guò)繞組136)并且導(dǎo)入正反饋使晶體管130截止。在時(shí)刻t2對(duì)繞組138和晶體管136獲得類似的分析。
因此，在實(shí)際電路中由晶體管驅(qū)動(dòng)電路133所產(chǎn)生的偏壓信號(hào)使諧振電路114以略高于諧振頻率的頻率工作，其中諧振電路114將主要表現(xiàn)出電感特性。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，其中示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的充電均衡電路300。充電均衡電路300包括基本上與圖2中所示的電路元件相類似的元件，但是還包括二極管150、152和電容器154、156。電容器154和156用作為低阻抗交流旁路電路，使得循環(huán)諧振電流基本上流過(guò)電容器154和156而不流過(guò)電池102和104。有利地，電池102和104不因該循環(huán)諧振電流而表現(xiàn)出損耗和惡化。
二極管150和152從諧振電路的中間節(jié)點(diǎn)122分別連接到正節(jié)點(diǎn)106和負(fù)節(jié)點(diǎn)108。由于諧振電路114工作為接近于諧振，基本上沒(méi)有串聯(lián)阻抗，中間節(jié)點(diǎn)122的電壓趨向于增加而沒(méi)有限制。有利地，二極管150和152防止在中間節(jié)點(diǎn)122的電壓上升到明顯大于電池102上的電壓或者明顯小于電池104上的電壓。
充電均衡電路300還包括啟動(dòng)電路160，它例如可以是按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。由于充電均衡電路300可以連續(xù)工作，因此啟動(dòng)電路160僅僅在該電路最初連接到電池102、104上時(shí)被激活。本領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人員將認(rèn)識(shí)到，如果采用弛豫振蕩器(例如采用RC和DIAC結(jié)構(gòu))則該啟動(dòng)電路160可以具有連續(xù)重新啟動(dòng)的能力。
最好本發(fā)明的充電均衡電路可以在接近電池102和104放置的電路插件上實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電池的數(shù)目超過(guò)2，例如3、4、5、6等等，則一個(gè)充電均衡電路300可以運(yùn)用于每一對(duì)電池。這些電池對(duì)相重疊，使得能夠獲得所有電池之間的完全均衡。在要均衡n個(gè)電池時(shí)，需要9n-10個(gè)均衡電路。
有利的是在用于其他電池對(duì)的充電均衡電路之間不需要共享同步信號(hào)或其它控制信號(hào)(即，每個(gè)充電均衡電路是獨(dú)立的)。因此，該充電均衡電路被分配在電池上，用于最方便和安全地操作。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照特定的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是許多其它改變和變化以及用途對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明不受在此公開(kāi)的具體說(shuō)明的限制，而僅僅由所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種用于均衡至少第一和第二串聯(lián)電池之間的電荷的電池均衡電路，每個(gè)電池包括正端和負(fù)端，其中第二電池的正端在公共節(jié)點(diǎn)連接到第一電池的負(fù)端，該電池均衡電路包括開(kāi)關(guān)電路，其可以(i)在正節(jié)點(diǎn)連接到第一電池的正端，以及(ii)在負(fù)節(jié)點(diǎn)連接到第二電池的負(fù)端；以及諧振電路，其可連接在開(kāi)關(guān)電路和電池的公共節(jié)點(diǎn)之間，其中開(kāi)關(guān)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(lián)，使得直流成分通過(guò)諧振電路作為第一和第二電池之間電荷不平衡的函數(shù)在它們之間流動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池均衡電路，其特征在于，直流電流成分按照至少如下一種方式流動(dòng)(i)當(dāng)?shù)谝浑姵鼐哂斜鹊诙姵厣系碾姾筛蟮碾姾蓵r(shí)，從第一電池流到第二電池；以及(ii)當(dāng)?shù)谝浑姵鼐哂斜鹊诙姵厣系碾姾筛〉碾姾蓵r(shí)，從第二電池流到第一電池，其中該直流電流成分趨向于均衡第一和第二電池之間的電荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池均衡電路，其特征在于，該直流電流成分具有與在第一和第二電池上的各個(gè)電荷之間的幅度差成正比的幅度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池均衡電路，其特征在于，該諧振電路是串聯(lián)諧振電路，包括與諧振電容器相串聯(lián)的諧振電感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池均衡電路，其特征在于，串聯(lián)連接的諧振電感器和諧振電容器包括連接到開(kāi)關(guān)電路的第一節(jié)點(diǎn)，可連接到電池的公共節(jié)點(diǎn)的第二節(jié)點(diǎn)，以及把諧振電感器連接到諧振電容器的中間節(jié)點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池均衡電路，其特征在于，該串聯(lián)諧振電路包括跨接諧振電容器的旁路電路，使得直流電流成分可以流過(guò)并且流到第一和第二電池中的一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池均衡電路，其特征在于，該直流旁路電路包括旁路電感器，該旁路電感器所具有的電感明顯大于諧振電感器的電感。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池均衡電路，其特征在于，在第一和第二電池上的各個(gè)電荷之間的不平衡趨向于感應(yīng)諧振電容器上的直流電壓成分，該旁路電感器提供跨過(guò)諧振電容器的直流電流通道，使得直流電流成分可以流過(guò)旁路電感器并且流到第一和第二電池中的一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池均衡電路，其特征在于，該開(kāi)關(guān)電路包括從正節(jié)點(diǎn)到負(fù)節(jié)點(diǎn)以半橋式結(jié)構(gòu)連接的第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管，并且確定它們之間的一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，諧振電路的第一節(jié)點(diǎn)連接到該輸出節(jié)點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池均衡電路，其特征在于，該開(kāi)關(guān)電路包括晶體管驅(qū)動(dòng)電路，其適合于分別產(chǎn)生用于分別使第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管導(dǎo)通和截止的第一和第二偏置信號(hào)，該晶體管驅(qū)動(dòng)電路連接到諧振電感器，使得第一和第二置壓信號(hào)是跨過(guò)該諧振電感器的電壓的一個(gè)函數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池均衡電路，其特征在于，該晶體管驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生第一偏壓信號(hào)，以便于(i)當(dāng)跨過(guò)諧振電感器的電壓通常為正時(shí)，偏置第一晶體管導(dǎo)通和偏置第二晶體管截止，(ii)當(dāng)跨過(guò)諧振電感器的電壓通常為負(fù)時(shí)，偏置第一晶體管截止和偏置第二晶體管導(dǎo)通。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池均衡電路，其特征在于，該晶體管驅(qū)動(dòng)電路包括繞在諧振電感器的公共鐵芯上的第一和第二繞組，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(kāi)關(guān)晶體管的偏置端。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電池均衡電路，其特征在于，第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管是MOS門晶體管，其中每個(gè)具有選通端，該第一和第二繞組連接到各個(gè)選通端。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電池均衡電路，其特征在于，第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管是MOSFET，第一開(kāi)關(guān)晶體管的源極在輸出節(jié)點(diǎn)連接到第二開(kāi)關(guān)晶體管的漏極，該第一和第二繞組從各個(gè)柵極連接到第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管的源極。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池均衡電路，其特征在于，晶體管驅(qū)動(dòng)電路被采用，使得諧振電感兩端的電壓感應(yīng)成比例的偏壓以將在一正反饋電路組成中的第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管偏置為導(dǎo)通和截止。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池均衡電路，其特征在于，每個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管具有閾值電壓，偏置電壓幅度低于該閾值電壓將使開(kāi)關(guān)晶體管偏置截止，晶體管驅(qū)動(dòng)電路的正反饋?zhàn)饔檬沟每邕^(guò)諧振電感器的電壓幅度接近于零，一個(gè)偏壓接近于各個(gè)閾值電壓，趨向于(i)使相應(yīng)的開(kāi)關(guān)晶體管偏置截止，(ii)使通過(guò)諧振電感器的電流減小，(iii)使跨過(guò)諧振電感器的電壓反轉(zhuǎn)，以及(iv)使偏置電壓下降到各個(gè)閾值電壓之下，并且使相應(yīng)的開(kāi)關(guān)晶體管完全偏置截止。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電池均衡電路，其特征在于，諧振電感器和諧振電容器的電抗值(reactive value)確定諧振頻率，晶體管驅(qū)動(dòng)電路的正反饋使通過(guò)諧振電感器和諧振電容器的電流以及跨過(guò)諧振電感器和諧振電容器的電壓表現(xiàn)出略高于諧振頻率的頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池均衡電路，其中還包括第一和第二旁路電容器，第一旁路電容器從正節(jié)點(diǎn)連接到公共節(jié)點(diǎn)，并且第二旁路電容器從公共節(jié)點(diǎn)連接到負(fù)節(jié)點(diǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電池均衡電路，其特征在于第一和第二旁路電容器具有足以避免循環(huán)電流流入各個(gè)電池的電抗值。
20.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池均衡電路，其中還包括具有各個(gè)正極和負(fù)極的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(jié)點(diǎn)連接到正節(jié)點(diǎn)，并且第二二極管的負(fù)極從諧振電路的中間節(jié)點(diǎn)連接到負(fù)節(jié)點(diǎn)，第一和第二二極管避免在中間節(jié)點(diǎn)的電壓升高到高于第一電池電壓或者下降到低于第二電池電壓。
21.一種用于均衡至少第一和第二串聯(lián)電池單元之間的電荷的電池均衡電路，每個(gè)電池單元包括正端和負(fù)端，其中第二電池單元的正端在公共節(jié)點(diǎn)連接到第一電池單元的負(fù)端，該電池均衡電路包括開(kāi)關(guān)電路，其可以(i)在正節(jié)點(diǎn)連接到第一電池單元的正端，以及(ii)在負(fù)節(jié)點(diǎn)連接到第二電池單元的負(fù)端；以及諧振電路，其可連接在開(kāi)關(guān)電路和電池的公共節(jié)點(diǎn)之間，其中開(kāi)關(guān)電路適合于交替地使該諧振電路與第一和第二電池單元相并聯(lián)，使得直流成分通過(guò)諧振電路作為第一和第二電池單元之間電荷不平衡的函數(shù)在它們之間流動(dòng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池均衡電路，其特征在于，第一和第二電池單元中的每一個(gè)包括形成各個(gè)電池單元的兩個(gè)或更多的子單元。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池均衡電路，其特征在于，該諧振電路是串聯(lián)諧振電路，包括與諧振電容器相串聯(lián)的諧振電感器。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電池均衡電路，其特征在于，串聯(lián)連接的諧振電感器和諧振電容器包括連接到開(kāi)關(guān)電路的第一節(jié)點(diǎn)，可連接到電池單元的公共節(jié)點(diǎn)的第二節(jié)點(diǎn)，以及把諧振電感器連接到諧振電容器的中間節(jié)點(diǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的電池均衡電路，其特征在于，該串聯(lián)諧振電路包括跨接諧振電容器的直流旁路電路，使得直流電流成分可以流過(guò)并且流到第一和第二電池單元的一個(gè)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電池均衡電路，其特征在于，該直流旁路電路包括旁路電感器，該旁路電感器所具有的電感明顯大于諧振電感器的電感。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的電池均衡電路，其特征在于，在第一和第二電池上的各個(gè)電荷之間的不平衡趨向于感應(yīng)諧振電容器上的直流電壓成分，該旁路電感器提供跨過(guò)諧振電容器的直流電流通道，使得直流電流成分可以流過(guò)旁路電感器并且流到第一和第二電池單元中的一個(gè)。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電池均衡電路，其特征在于，該開(kāi)關(guān)電路包括從正節(jié)點(diǎn)到負(fù)節(jié)點(diǎn)以半橋式結(jié)構(gòu)連接的第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管，并且確定它們之間的一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，諧振電路的第一節(jié)點(diǎn)連接到該輸出節(jié)點(diǎn)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的電池均衡電路，其特征在于，該開(kāi)關(guān)電路包括晶體管驅(qū)動(dòng)電路，其適合于分別產(chǎn)生用于分別使第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管導(dǎo)通和截止的第一和第二偏壓信號(hào)，該晶體管驅(qū)動(dòng)電路連接到諧振電感器，使得第一和第二偏壓信號(hào)是該諧振電感器上的電壓的一個(gè)函數(shù)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的電池均衡電路，其特征在于，該晶體管驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生第一偏壓信號(hào)，以便于(i)當(dāng)跨過(guò)諧振電感器的電壓通常為正時(shí)，偏置第一晶體管導(dǎo)通和偏置第二晶體管截止，(ii)當(dāng)跨過(guò)諧振電感器的電壓通常為負(fù)時(shí)，偏置第一晶體管截止和偏置第二晶體管導(dǎo)通。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的電池均衡電路，其特征在于，該晶體管驅(qū)動(dòng)電路包括繞在諧振電感器的公共鐵芯上的第一和第二繞組，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(kāi)關(guān)晶體管的偏置端。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的電池均衡電路，其特征在于，第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管是MOS門晶體管，其中每個(gè)具有選通端，該第一和第二繞組連接到各個(gè)選通端。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的電池均衡電路，其特征在于，第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管是MOSFET，第一開(kāi)關(guān)晶體管的源極在輸出節(jié)點(diǎn)連接到第二開(kāi)關(guān)晶體管的漏極，該第一和第二繞組從各個(gè)柵極連接到第一和第二開(kāi)關(guān)晶體管的源極。
34.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池均衡電路，其中還包括第一和第二旁路電容器，第一旁路電容器從正節(jié)點(diǎn)連接到公共節(jié)點(diǎn)，并且第二旁路電容器從公共節(jié)點(diǎn)連接到負(fù)節(jié)點(diǎn)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的電池均衡電路，其特征在于第一和第二旁路電容器具有足以將循環(huán)電流分流而避免流入各個(gè)電池單元的電抗值。
36.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池均衡電路，其特征在于其中還包括具有各自的正極和負(fù)極的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(jié)點(diǎn)連接到正節(jié)點(diǎn)，并且第二二極管的負(fù)極從諧振電路的中間節(jié)點(diǎn)連接到負(fù)節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
一種用于均衡至少第一和第二串聯(lián)連接的電池之間的電荷的電池均衡電路包括開(kāi)關(guān)電路和諧振電路。每個(gè)電池具有正端和負(fù)端,其中第二電池的正端在一公共節(jié)點(diǎn)連接到第二電池的負(fù)端。該開(kāi)關(guān)電路可以(i)在正節(jié)點(diǎn)連接到第一電池的正端,以及(ii)在負(fù)節(jié)點(diǎn)連接到第二電池的負(fù)端;以及諧振電路可連接在開(kāi)關(guān)電路和電池的公共節(jié)點(diǎn)之間,其中開(kāi)關(guān)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(lián),使得直流成分通過(guò)諧振電路作為第一和第二電池之間電荷不平衡的函數(shù)在它們之間流動(dòng)。
文檔編號(hào)H02J7/10GK1275829SQ0011792
公開(kāi)日2000年12月6日 申請(qǐng)日期2000年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月27日
發(fā)明者W·A·彼得森 申請(qǐng)人:洛克希德馬丁公司