專利名稱：電池平衡電路、方法以及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子系統(tǒng)，尤其涉及一種電池平衡電路、方法以及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電池組包括多個并聯(lián)和/或串聯(lián)的電池，例如鋰電池組。在包含多個 電池的電池組中，電池老化和/或不同的電池溫度會造成電池之間存在差 異。充電/放電的次數(shù)增加會引起電池之間的電壓差隨之增大，這可能引 起電池之間的不平衡并縮短電池的壽命。
一種傳統(tǒng)的電池平衡方法是將電池與外部負(fù)栽(如電阻)并聯(lián)，從而 對具有相對較高電池電壓的電池放電。然而，傳統(tǒng)的電池平衡方法在如電 動車系統(tǒng)的應(yīng)用中可能導(dǎo)致熱量損耗較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種電池平衡電路及平衡電池的 方法，以提高工作效率、且使電池處于理想的電壓和溫度范圍，從而減少 熱能量損耗。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了 一種平衡多個電池的電池平衡電 路。所述電池平衡電路包括包含初級線圏和次級線圏的變壓器，開關(guān)控制 器和與所述初級線圏相連的控制器。所述開關(guān)控制器選取第一電池與所述 初級線圏相連，且選取第二電池與所述次級線圏相連。所述第一電池與所 述第二電池相串聯(lián)，且所述第一電池的電池電壓大于所述第二電池的電池 電壓。所述控制器控制所述第一電池到所述初級線圏的能量傳輸，從而將 所述第 一電池的能量傳輸給所述第二電池以平衡電池。
本發(fā)明還提供了一種平衡多個電池的電池平衡方法。所述電池平衡方 法包括選取所述多個電池中的第一電池與變壓器的初級線圏相連，選取所 述多個電池中的第二電池與所述變壓器的次級線圏相連，控制所述第一電池的能量傳輸給所述初級線圏，以及將所述次級線圏的能量傳輸給所述第 二電池。所述第一電池的電池電壓大于所述第二電池的電池電壓。
本發(fā)明還提供了一種電池平衡系統(tǒng)。所述電池平衡系統(tǒng)包括第一電池 平衡控制器，第二電池平l^控制器和主控制器。所述第一電池平衡控制器 控制第一組電池中的第一電池的能量傳輸給第一變壓器的初級線圏。所述 第二電池平衡控制器將第二變壓器的次級線圏的能量傳輸給第二組電池 中的第二電池。所述主控制器監(jiān)測所述第一組電池的多個電池電壓，且監(jiān) 測所述第二組電池的多個電池電壓，并將所述第 一 電池的能量傳輸給所述 第二電池，從而平衡所述第一組電池的電池電壓和所述第二組電池的電池 電壓。所述第一電池的電池電壓大于所述第二電池的電池電壓。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明的技術(shù)方案能夠更高效地實(shí)現(xiàn)電池平 衡，且使多個電池處于理想的電壓和溫度范圍。從而，降低了熱能量損耗。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明，以 使本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)更為明顯。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電池平衡電路的方框圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電池平衡電路的方框圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的多個串聯(lián)的電池組的電池平 衡系統(tǒng)的方才匡圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電池組的電池平衡系統(tǒng)的方 框圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電池組的電池平衡系統(tǒng)的方 框圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的多個串聯(lián)的電池組的電池平 衡系統(tǒng)的方框圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電池組的電池平衡系統(tǒng)的方 框圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的多個串聯(lián)電池組的電池平衡 系統(tǒng)的方才匡圖；圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的多個串聯(lián)電池組的電池平衡 系統(tǒng)的方框圖10所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電池平衡電路的操作流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下將對本發(fā)明的實(shí)施例及其附圖給出詳細(xì)的說明。雖然本發(fā)明將結(jié) 合實(shí)施例進(jìn)行闡述，但應(yīng)理解為這并非意指將本發(fā)明限定于這些實(shí)施例。 相反，本發(fā)明意在涵蓋由后附權(quán)利要求項(xiàng)所界定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)所 定義的各種可選項(xiàng)、可^多改項(xiàng)和等同項(xiàng)。此外，在以下對本發(fā)明的詳細(xì)描 述中，為了提，對本發(fā)明的完全的理解，闡明了大量的具體細(xì)節(jié)。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在另 外的一些實(shí)施例中，對于大家熟知的方案、流程、元件和電路未作詳細(xì)描 述，以l更于凸顯本發(fā)明之主旨。
本發(fā)明提供了一種電池平衡系統(tǒng)，其通過將具有相對較高電池電壓的 一個或多個電池的能量傳輸給一個或多個與之不平衡的電池(例如電池組 中具有最低電池電壓的電池)，從而使電池組中的電池達(dá)到平衡。另外， 本發(fā)明還提供了另一種電池平衡系統(tǒng)，其通過將其它電池組的能量傳輸給 電池組中的一個或多個與之不平衡的電池，從而使電池組中的電池達(dá)到平 衡。有利的是，采用本發(fā)明的技術(shù)方案能夠更高效地實(shí)現(xiàn)電池平衡，且使 多個電池處于理想的電壓和溫度范圍。從而，降低了熱能量損耗。
圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電池平衡電路100的方框圖。 電池平衡電路100包括平衡控制器180和變壓器140。平衡控制器180還 包括開關(guān)Ql，感應(yīng)電阻Rsense和控制開關(guān)Ql的開關(guān)控制器120。變壓 器140包含與開關(guān)Ql相串聯(lián)的初級線團(tuán)142和次級線圏144。
端口 i+和端口 i-與具有相對較高電池電壓的一個或多個電池相連，而 端口 wlL和端口 wlH與不平衡的電^目連。在一個實(shí)施例中，不平衡的 電池具有相對較低電池電壓，例如具有最低電池電壓(或最低電池容量)。 有利的是，平衡控制器180可以控制變壓器140將具有相對較高電池電壓 的一個或多個電池的能量傳輸給與之不平衡的電池，從而電池組的電池電 壓^JiJ平衡。
開關(guān)控制器120才艮據(jù)流經(jīng)初級線圏142的電流，在引腳DRV處產(chǎn)生控制信號(例如脈寬調(diào)制(PWM)信號)來控制開關(guān)Q1閉合和斷開。開 關(guān)控制器120通過引腳ISEN檢測感應(yīng)電阻Rsense的壓降來檢測流經(jīng)初 級線圏142的電流。例如，初級線圏142和次級線圏144之間的臣數(shù)比為 1:1，由此感應(yīng)電阻Rsense的壓降可表示流經(jīng)次級線圏144的電流值。然 而，初級線圏142和次級線團(tuán)144之間的壓數(shù)比還可以是其它值，而不限 于本實(shí)施例提到的l:l。在一個實(shí)施例中，開關(guān)控制器120是一個充電電 流為常數(shù)的控制器。因此，通過控制開關(guān)Ql,可使流經(jīng)次級線圏144的 電流基本上為常數(shù)。從而，通過控制初級線圏142至次級線圏144的能量， 可使具有相對較高電池電壓的電池能量傳輸給與之不平衡的電池，例如具 有最低電池電壓的電池。此外，開關(guān)控制器120通過引腳VSEN可檢測變壓器140的初級線 團(tuán)的電壓，并將檢測到的電壓與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，從而進(jìn)行過壓保護(hù)。 例如，如果引腳VSEN的檢測到的電壓大于預(yù)定閾值，開關(guān)控制器120 可斷開開關(guān)Q1。圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電池平衡電路200的方框圖。 與圖1標(biāo)記相同的元件具有相似的功能，在此不再贅述。電池平衡電路 200包括平衡控制器280和變壓器140。平銜:控制器280還包括開關(guān)Ql, 感應(yīng)電阻Rsense和控制開關(guān)Ql的開關(guān)控制器220。在一個實(shí)施例中，開 關(guān)控制器220(例如充電電流為常數(shù)的控制器)通過引腳IADJ接收預(yù)定參 考信號130。預(yù)定參考信號130表示流經(jīng)次級線團(tuán)144的預(yù)定或理想電流。 開關(guān)控制器220通過引腳ISEN檢測流經(jīng)初級線圏142的電流，且根據(jù)預(yù) 定參考信號130控制開關(guān)Ql，從而控制流經(jīng)初級線閨142的電流。因此， 控制器220才艮據(jù)預(yù)定參考信號130控制流經(jīng)次級線圏144的電流。用戶可 根據(jù)不同的應(yīng)用需求設(shè)置預(yù)定參考信號130。圖3所示為才艮據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的多個電池組的電池平衡系統(tǒng) 300的方框圖。電池平衡系統(tǒng)300包括多個電池組302—1-302_N。在一個 實(shí)施例中，每個電池組302_1-302_N包括開關(guān)電路340，控制開關(guān)電路340 的開關(guān)控制器320和平^控制i 380。在一個實(shí)施例中，每個電池組 302_1-302_]\還包括多個電池#1-#]\1。然而，本發(fā)明并不限于所述實(shí)施例 的4形，不同的電池組也可包括不同數(shù)目的電池。通過監(jiān)測電池弁1-弁M的電池電壓，開關(guān)控制器320可以選取具有相對 較高電池電壓的一個或多個電池，使其通過開關(guān)電路340與相應(yīng)的初級線 圏142相連。平衡控制器380通過開關(guān)電路340，控制從電池傳輸?shù)较鄳?yīng)的初級線圏142的能量。平衡控制器380與圖1中平銜二控制器180和圖2 中的平衡控制器280相似。此外，開關(guān)控制器320通過開關(guān)電路340選取 一個或多個不平衡的電池，使其與相應(yīng)的次級線圏144相連。開關(guān)電路 340通過輸出線370和372將次級線圏144的能量傳輸給不平衡的電池。 由此，與初級線圏142相連的相應(yīng)的平衡控制器380可以控制具有相對較 高電池電壓的電池將其能量傳輸給不平衡的電池。因此，使電池組中的電 池弁1-弁M的電池電壓達(dá)到平衡。在一個實(shí)施例中，主控制器310與每個電池組302_l-302—N中的每個 控制器320相連，且通過總線350與每個開關(guān)控制器320進(jìn)^通信。主控 制器310可以監(jiān)測電池狀態(tài)(例如每個電池組302—1-302—N中的電池電 壓)，并相應(yīng)地控制開關(guān)控制器320。在另一個實(shí)^例中，可省略主控制 器310，并將開關(guān)控制器320中的任何一個設(shè)為主控制器。有利的是，電池平衡系統(tǒng)300可以將電池組302_1-302_N中的每個電 池的能量傳輸給不平衡的電池，由此，電池組302一1-302一N的電池電壓達(dá) 到平衡。主控制器310可以監(jiān)測電池狀態(tài)(例如^池電壓)，從而可指示 相應(yīng)的開關(guān)控制器320將具有相對較高電池電壓的一個或多個電池的能 量通it^目應(yīng)的開關(guān)電路340和相應(yīng)的平衡控制器380傳輸給相應(yīng)的初級線 團(tuán)142。因此，初級線圍142的能量可傳輸給相應(yīng)的次級線圏144。主控 制器310還可以指示相應(yīng)的開關(guān)控制器320將相應(yīng)的次級線圏144的能量池組302_1-302_]\中的具有最低電池電壓的電池)。因此，在一個實(shí)施例 中，電池;且中的電池的能量可以傳輸給同一電池組中不平衡的電池。在另 一個實(shí)施例中，電池組中的電池的能量可以傳輸給另 一電池組中的不平衡 電池。舉例而言，如果主控制器310檢測到電池組302一N-1中的電池#3不 平衡，例如電池組302—1中的電池#3與電池組302_1-302_ 中的其它電 池相比具有最低電池電壓。由此，主控制器310可以指示^有相對較高電 壓的 一個或多個電池的能量傳輸給電池組302_N-1中的不平衡電池#3 。再舉例而言，如果同一電池組302_N-1中的電池#5與電池組 302_1-302_N中的其它電池相比具有最高電池電壓，主控制器310會啟動 電J^組302一N-1中的平衡控制器380，而中止其它平衡控制器380,并指 示電池組302一N-l中的開關(guān)控制器320控制開關(guān)電路340，由此，電池組 302—N-l中的電池#5的能量可以傳輸給電池組302 N-l中的初級線圏142。因此，次級線圏144的能量可以通過電池組302_1\-1中的輸出線370 和372和開關(guān)電路340傳輸給不平衡電池#3。如果主控制器310監(jiān)測到電池組302一N中的電池#2與電池組 302一1-302一N中的其它電^M目比具有最高電池電壓，主控制器310會啟動 電^組302_1^中的平衡控制器380，而中止其它平衡控制器380，并且指 示電池組302_ 中的開關(guān)控制器320控制相應(yīng)的開關(guān)電路340，由此電池 組302_N中的電池#2的能量可通過電池組302_N的平衡控制器380傳輸 給初^f線圏142。因此，電池組302一N中相應(yīng)"次級線圈144的能量會通 過電池組302_N-1中的輸出線370和372和開關(guān)電路340傳輸給電池組 302_N-1中的不平衡電池#3。因此，如圖3所示，具有相對較高電池電壓的一個或多個電池的能量 傳輸給不平衡電池，從而達(dá)到電池平衡。傳輸給不平衡電池的能量可以是 來自于與不平衡電池同一電池組的電池，或者是來自于其它電池組的電池。圖4所示為^L據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例中的電池組的電池平衡系統(tǒng)400 方框圖。與圖3標(biāo)記相同的元件具有相似的功能，在此不再贅述。在圖4 中，開關(guān)控制器420通過信號VO-VM監(jiān)測電池組中電池#1-#]\1的電池電 壓，且根據(jù)電池電壓控制包括輸入開關(guān)SI一1-SI一M和輸出開關(guān)50— l-SO_M的開關(guān)電路。開關(guān)控制器420還通過,i線350與主控制器(圖 4 —未示^ )進(jìn)行通信。輸入開關(guān)SI_1-SI—M以及輸出開關(guān)SO—1-SO—M 均分別與電池#1-#1\1相連。更具體地5兌，開關(guān)控制器420通過開關(guān)^ff號 SI1-SIM控制輸入開關(guān)SI_1-SI_M。開關(guān)控制器420選取輸入開關(guān)51— l-SI一M中的一個或多個^入^T關(guān)使之閉合，從而將具有相對較高電池 電壓的一個或多個電池的能量通過平衡控制器380傳輸給初級線圏142。在一個實(shí)施例中，變壓器包含三個次級線圏144_1， 144_2和144一3。 在一個實(shí)施例中，初級線圏與每個次級線圏的匝數(shù)J^為1: 1。因此，假 設(shè)流經(jīng)初級線圏142的電流為常數(shù)，流經(jīng)次級線閨144_1-144_3的電流基 本上為同一常數(shù)。開關(guān)控制器420通過開關(guān)信號SOl-SOM控制輸出開關(guān) SO—1-SO—M。在一個實(shí)施例中，輸出開關(guān)SOj-S(^M與次級線圏144—1相i。通i閉合輸出開關(guān)soj-sc^M中的一個或i個輸出開關(guān)，將變壓器的次級線圏144—1的能量(如一i或多個電池的能量)傳輸g意不平 衡的電池。舉例而言，如果電池#2不平衡，例如電池#2與其它電JM目比具有最低電池電壓，開關(guān)控制器420將閉合輸出開關(guān)SO—2，從而將具有相對較 高電池電壓的能量傳輸給不平衡的電池#2。次級線^ 144—2和144—3分別 與低端電池組(圖4中未示出)和高端電池組(圖4中^^示出)相連，后 面將結(jié)合圖6進(jìn)行描述。圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電池組的電池平衡系統(tǒng)500 的方框圖。與圖4標(biāo)iE^目同的元件具有相似的功能，在此不再贅述。電池 平衡系統(tǒng)500包括開關(guān)控制器520。開關(guān)控制器520控制包括輸出開關(guān) SO—1-SO—M和輸入開關(guān)SI的開關(guān)電路。更具體地說，開關(guān)控制器520 通i開關(guān)信號SEL—VBATT控制輸入開關(guān)SI。如果輸入開關(guān)SI閉合，電 池組的電壓會接入平衡控制器380的輸入端。換句話說，電池組的電壓通 過輸入開關(guān)SI可傳輸給初級線團(tuán)142。與圖4類似，開關(guān)控制器520通 過開關(guān)信號SOl-SOM控制輸出開關(guān)SO—l-SO_M。開關(guān)控制器520還可 以產(chǎn)生預(yù)定參考信號ADJ來控制流經(jīng)次級線圏144_1-144一3的電流。因 此，在開關(guān)控制器520的控制下，整個電池組的能量可用&電池組中的 不平衡電池進(jìn)行充電。圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的多個電池組的電池平衡系統(tǒng) 600的方框圖。與圖3標(biāo)記相同的元件具有相似的功能，在此不再贅述。 電池平衡系統(tǒng)600包括多個電池組302J-302一N。主控制器310可監(jiān)測電池組302_1-302_N中的電池針4M，且將具有 相對較高電池電壓的一個或多個電地「的能i傳輸給不平衡的電池。不平衡 的電池可以是具有相對較低電池電壓的電池，例如電池組302_1-302_N中 具有最低電池電壓的電池。以電池組302—N-1為例，如果主控制^ 310 監(jiān)測到電池組302一N-1中存在一個或多i不平衡的電池，同一電池組 302_1中的具有相^較高電池電壓的一個或多個電池可對不平衡的電池 進(jìn)^充電，或者其它電池組(例如電池組302_]^或302_2)中的具有相對 較高電池電壓的一個或多個電池也可對不平^的電池ii^亍充電。假設(shè)電池組302_N-1中存在不平衡的電池。與其它電池組中的電池相 比，如果電池組302—N-l包含具有相對較高的電池電壓的一個或多個電 池，具有相對較高電^電壓的電池的能量可傳輸給電池組302一N-1中的初 級線圏142。由此，啟動電池組302一N-1中的平衡控制器380,且中止其 它平衡控制器。因此，電池組302一N-1中的次級線圏144—1的能量傳輸給 電池組302_]\-1中的不平衡的電池。與其它電池組中的電池相比，如果電池組302 N包含具有相對較高電池電壓的一個或多個電池，啟動電池組302—N中的平衡控制器380，從 而將具有相對較高的電池電壓的電池的能量^ff輸給電池組302—N中的初 級線圏142。初級線圏142的能量傳輸給電池組302_N中"次級線圏 144—1-144_3。在一個實(shí)施例中，電池組302_N中的次級線圏144—2與電 池組302一N-1中的次級線圏144_1相串聯(lián)。由此，電池組302_ 中的次 級線圏144—2的能量傳輸給電池組302—N-l中的次級線圏144_1。電池組 302_N-1中的開關(guān)控制器320也將次^線圏144_1的能量傳^T給電池組 302一N-1中的不平衡的電池。與其它電池組的電池相比，如果電池組302_]\-2 (圖6中未示出)包 含具有相對較高電池電壓的電池，電池組302_N-2中的平鉤二控制器380 將具有相對較高電池電壓的電池的能量傳輸給^池組302_N-2中的初級 線圏142。初級線圏142的能量還傳輸給電池組302_N-2中的次級線圏 144_1-144_3。在一個實(shí)施例中，電池組302_]^-2中的次級線圏144_3與 電J^組302—N-l中的次級線團(tuán)144—1相串聯(lián)。由此，電池組302_1\-2中的 次級線圏144—3的能量傳輸給電池組302_]\-1中的次級線圏144_1。電池 組302_]^-1中^l開關(guān)控制器320還將次紐ii團(tuán)144一1的能量傳輸;電池組 302_N-1中的不平衡的電池。此外， 一個電池組中的 一個或多個電池的能量通過一個或多個電池可 傳輸給另一個電池組中的不平衡的電池。例如，電池組302Jl中的一個或 多個電池的能量可通過電池組302_2-302_N-2傳輸給電池組302_N-1中的 不平衡的電池。圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電池組的電池平衡系統(tǒng)700 的方框圖。與圖4和圖5標(biāo)記相同的元件具有相似的功能，在此不再贅述。 如圖7所示，開關(guān)控制器720可以監(jiān)測電池電壓，并且根據(jù)監(jiān)測到的電池 電壓控制包括開關(guān)SI_1-SI_M, SO—1-SO—M， SI—L-SI—H的開關(guān)電路。 輸入開關(guān)SI_1-SI_M分別4電池弁14M相^:。輸入開關(guān)SI_H與高端電池 組的一個或;個^池相連。輸入開關(guān)SIJL與低端電池組的一個或多個電 池相連。輸出開關(guān)SO_l-SO_M分別與電池組弁1-弁M相連。更具體地說，開關(guān)控制器720通過開關(guān)信號SI1-SIM控制輸入開關(guān) SI—1-SI—M。開關(guān)控制器720 (或圖6中主控制器350)才艮據(jù)電池電壓選 取i入開關(guān)SI一1-SI一M中的一個或多個輸入開關(guān)使之閉合，從而將具有 相對較高電池S壓的一個或多個電池的能量通過平衡控制器380傳輸給 初級線圏142。在一個實(shí)施例中，變壓器包含三個次級線圏144—1， 144_2和144—3。 在一個實(shí)施例中，初級線圏跟每個次級線圏144_1-144—3的匝數(shù)比是l:l。 由此，假設(shè)流經(jīng)初級線圏142的電流為常數(shù)，$￡經(jīng)每+次級線圈的電流基 本上為同一常數(shù)值。開關(guān)控制器720通過開關(guān)信號SOl-SOM控制輸出開 關(guān)SO_l-SO_M。在一個實(shí)施例中，輸出開關(guān)SO_l-SO—M與次級線圏 144—1 ^!連。開關(guān)控制器720 (或圖6中的主控制^ 350)才艮據(jù)電池電壓 選取輸出開關(guān)SO_l-SO—M中的一個或多個輸出開關(guān)使之閉合，從而將次 級線圏144_1的^量傳^IH壬意不平衡的電池。
此外，開關(guān)控制器720通過開關(guān)信號HIGHBA控制輸入開關(guān)SI_H， 并通過開關(guān)信號LOWBA控制輸入開關(guān)SI—L。當(dāng)輸入開關(guān)SI_H閉合時(shí)， 高端電池組(圖7中未示出)中的一個或多個電池的能量可用^對電池組 中的不平衡電池進(jìn)行充電。同樣，當(dāng)輸入開關(guān)SI一L閉合時(shí)，低端電池組 (圖7中未示出)中的一個或多個電池的能量可用來對電池組中的任意不 平衡的電池進(jìn)行充電。
圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例中多個串聯(lián)的電池組的電池平 衡系統(tǒng)800的方框圖。與圖6和圖7中標(biāo)記相同的元件具有相似的功能， 在此不再贅述。電池平衡系統(tǒng)800包括電池組302—l-302—N。
更具體地，每個電池組302_1-302_N包括開關(guān)電路840和控制開關(guān)電 路840的開關(guān)控制器720。主控制器310可以監(jiān)測電池組302—1-302—N中 的電池#1-#]\1 ，并將具有相對較高的電池電壓的 一個或多個電池的^量傳 輸給不平衡電池。不平衡電池可以是具有較低的電池電壓的電池，例如電 池組302一1-302一N中的具有最低電池電壓的電池。以電池組302_]\-1為例， 如果主^制器310監(jiān)測到電池組302—N-l中有一個或多個不平i電池，同 一電池組302_N-1中的具有相對較高電池電壓的一個或多個電池可以對 不平衡的電池i行充電，或者其它電池組(例如電池組302—N-302—N-2) 中的具有相對較高電池電壓的一個或多個電池對不平衡的電池進(jìn)行充電。
假設(shè)電池組302—N-l中存在不平衡的電池。與其它電池組的電池相 比，如果電池組302—N-l中存在具有相對較高電池電壓的一個或多個電 池，具有相對較高電^電壓的電池能量可傳輸給電池組302一N-1的初級線 圏142。由此，啟動電池組302_]\-1中的平銜^控制器380，而中止其它平 衡控制器。因此，電池組302一N-1中的次級線團(tuán)144—2的能量可傳輸給電 池組302_]\-1中的不平衡電池。
與其它電池組中的電JiM目比，如果電池組302 N中存在具有相對較高電池電壓的一個或多個電池,將啟動電池組302—N中的平鉤、控制器380, 從而具有相對較高電池電壓的電池能量可傳輸給^池組302_N中的初級 線圏142。初級線圏142的能量還傳輸給電池組302—N f的次級線圏 144_1-144_3。在一個實(shí)施例中，電池組302_]\中的次級線團(tuán)144—1經(jīng)由 相^而言的開關(guān)電路840與電池組302_]\-1 f的初級線圏142相i^。由此， (電池組302_N中的)具有相對較高電池電壓的電池能量經(jīng)由電池組 302_N中的變壓器可傳輸給電池組302—N-l中變壓器的初級線圏142。同 樣啟動電池組302—N-l中的電池平衡4^制器380，從而初級線圏142的能 量傳輸給電池組302_ -1中的次級線圏144_2。由此，次級線圏144—2的 能量可傳輸給電池組302—N-l中的不平衡電池。
與其它電池組中的電池相比，如果電池組302_]\-2 (圖8中未示出) 存在具有相對較高電池電壓的一個或多個電池，^"啟動電池組302一N-2
中的平衡控制器380，從而具有相對較高電池電壓的電池能量傳Sr給
302—N-2中的初級線圏。初級線圏142的能量還傳輸給電池組302_]\-2中 的次級線團(tuán)144一1-144_3。在一個實(shí)施例中，電池組302一N-2中的次級線 團(tuán)144—3經(jīng)由相應(yīng)的開關(guān)電路840與電池組302—N-1 f的初級線圏142 相連。由此，(電池組302—N-2中的)具有相對^「高電壓的電池能量經(jīng)由 電池組302一N-2中的變壓^可以傳輸給電池組302—N-l中的變壓器的初級 線團(tuán)142。由此，啟動電池組302_]\-1中的電池控制器380，從而初級線 團(tuán)142的能量傳輸給電池組302_]\-1中的次級線團(tuán)144—2。由此，次級線 團(tuán)144_2的能量可以傳輸給電池「組302_1\-1中的不平^f電池。
圖9所示為才艮據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的多個電池組的電池平衡系統(tǒng) 卯O的方框圖。在圖9中，電池平衡系統(tǒng)卯O包括經(jīng)由總線950與多個開 關(guān)控制器920進(jìn)行通信的主控制器910。圖9中的變壓器包含初級線圏142 和多個次級線圏144—1-144—N。每個次級線團(tuán)144一1-144—N與相應(yīng)的電池 組相連。每個電池組302_1-302_N包括分別與電池針-弁M相連的輸入開關(guān)
和分別與電池針4M相i的輸5 開關(guān)。
有利的是，電池組302_1-302J\的總能量可用來對電池組 302_1-302_N中的任一電池組中的一個或多個不平衡電池進(jìn)行充電。換句 話^，電J^組302—1-302_N的總能量可同時(shí)對具有相對較低電壓(或相對 較寸氐容量)的多個電池ii^f亍充電。由主控制器950控制充電電流。
圖IO所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電池平衡電路的操作流程圖 1000。圖IO結(jié)合圖3-圖9進(jìn)行描述。在方框IOIO中，監(jiān)測電池的電池電壓。例如，開關(guān)控制器320、 720和920監(jiān)測電池的電池電壓。主控制器 310或910也可監(jiān)測電池的電池電壓。在方框1020中，開關(guān)控制器320、 720或920或主控制器310或910可根據(jù)監(jiān)測到的電池電壓導(dǎo)通輸入開關(guān)， 從而選取具有相對較高電池電壓的第一個電池與變壓器的初級線圏142 相連。接著，在方框1030中，第一個電池的能量經(jīng)由所導(dǎo)通的輸入開關(guān) 傳輸給初級線圏142。更具體地說，電池平衡控制器(例如電池平衡控制 器380 )可以控制第一個電池的能量傳輸給初級線圏142。在方框1040中， 開關(guān)控制器320、 720或920或主控制器310或910可根據(jù)所監(jiān)測的電池 電壓閉合輸出開關(guān)，從而選取具有相對較低電池電壓的第二個電池(不平 衡電池)與變壓器的次級線圏144相連。由此，在方框1050中，次級線 團(tuán)144的能量經(jīng)由所閉合的輸出開關(guān)傳輸給第二個電池。因此，電池的電 池電壓達(dá)到平衡。
綜上所述，本發(fā)明的實(shí)施例提供了電池平衡電路、系統(tǒng)以及方法，通 過將具有相對較高電壓/能量的電池的能量傳輸給具有相對較低電壓/能量 的電池使電池電壓/能量達(dá)到平衡。有利的是，與采用傳統(tǒng)的電池平衡電 路、系統(tǒng)以及方法的電池組相比，電池組采用上述電池平衡電路、系統(tǒng)以 及方法達(dá)到電池平衡后所存儲的能量更多。本發(fā)明所述的電池平衡電路、 系統(tǒng)可置于電池組中的電池管理單元(BMU)中，或者置于電池組中的 電池管理單元(BMU)的外部。
上文具體實(shí)施方式
和附圖僅為本發(fā)明之常用實(shí)施例。顯然，在不脫離 后附權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明精神和保護(hù)范圍的前提下可以有各種增 補(bǔ)、修改和替換。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解,本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù) 具體的環(huán)境和工作要求在不背離發(fā)明準(zhǔn)則的前提下在形式、結(jié)構(gòu)、布局、 比例、材料、元素、組件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實(shí)施例 僅用于說明而非限制，本發(fā)明之范圍由后附權(quán)利要求及其合法等同物界 定，而不限于此前之描述。
權(quán)利要求
1.一種平衡多個電池的電池平衡電路，其特征在于，所述電池平衡電路至少包括包含初級線圈和次級線圈的變壓器；開關(guān)控制器，所述開關(guān)控制器選取第一電池與所述初級線圈相連，選取第二電池與所述次級線圈相連，所述第一電池與所述第二電池相串聯(lián)，所述第一電池的電池電壓大于所述第二電池的電池電壓；以及與所述初級線圈相連的平衡控制器，所述平衡控制器控制所述第一電池到所述初級線圈的能量傳輸，從而將所述第一電池的能量傳輸給所述第二電池以平衡電池。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池平衡電路，其特征在于，所述電池平 衡電路還包括與所述初級線圏相串聯(lián)的開關(guān)，所述控制器根據(jù)流經(jīng)所述初級線團(tuán)的 電流控制所述開關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池平衡電路，其特征在于，所述電池平 衡電路還包括與所述初級線圏相串聯(lián)的開關(guān)，所述控制器根據(jù)預(yù)定的參考信號控制 所述開關(guān)，所述預(yù)定的參考信號表示流經(jīng)所述次級線圉的預(yù)定電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池平衡電路，其特征在于，所述電池平 衡電路還包括由所述開關(guān)控制器控制的開關(guān)電路，所述開關(guān)電路包括分別與所述多 個電池相連的多個輸出開關(guān)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池平衡電路，其特征在于，所述開關(guān)控 制器監(jiān)測所述多個電池的電池電壓，并閉合所述多個輸出開關(guān)之一，將所 述次級線圏的能量傳輸給所述第二電池。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池平衡電路，其特征在于，所述開關(guān)電 路還包括分別與所述多個電池相連的多個輸入開關(guān)，所述開關(guān)控制器監(jiān)測 所述多個電池的電池電壓，并閉合所述多個輸入開關(guān)之一，將所述第一電 池的能量傳輸給所述初級線圏。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池平衡電路，其特征在于，所述開關(guān)電路還包括與所述多個電池相連的輸入開關(guān)，所述開關(guān)控制器閉合所述輸入 開關(guān)，將所述多個電池的能量傳輸給所述初級線圏。
8. —種平衡多個電池的電池平衡方法，其特征在于，所述電池平衡 方法至少包括選取所述多個電池中的第一電池與變壓器的初級線圏相連；選取所述多個電池中的第二電池與所述變壓器的次級線閨相連，所述 第一電池的電池電壓大于所述第二電池的電池電壓；控制所述第一電池的能量傳輸給所述初級線圏；以及將所述次級線圏的能量傳輸給所述第二電池。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池平衡方法，其特征在于，所述電池平 衡方法還包括根據(jù)流經(jīng)所述初級線團(tuán)的電流，控制與所述初級線圏相串聯(lián)的開關(guān)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池平衡方法，其特征在于，所述電池平 衡方法還包括根據(jù)預(yù)定的參考信號，控制與所述初級線團(tuán)相串聯(lián)的開關(guān)，所述預(yù)定 的參考信號表示流經(jīng)所述次級線團(tuán)的預(yù)定電流。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池平衡方法，其特征在于，所述電池平 衡方法還包括監(jiān)測所述多個電池的電池電壓；以及閉合輸出開關(guān)，并根據(jù)所述電池電壓，將所述次級線圏的能量經(jīng)由所 述輸出開關(guān)傳輸給所述第二電池。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池平衡方法，其特征在于，所述電池平 衡方法還包括監(jiān)測所述多個電池的電池電壓；以及閉合輸入開關(guān)，并根據(jù)所述電池電壓，將所述第一電池的能量經(jīng)由所 述輸入開關(guān)傳輸給所述初級線圏。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池平衡方法，其特征在于，所述電池平 衡方法還包括閉合輸入開關(guān)，將所述電池的能量傳輸給所述初級線圏。
14. 一種電池平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述電池平衡系統(tǒng)至少包括第 一 電池平衡控制器，所述第 一 電池平^^控制器控制第 一組電池中的 第 一 電池的能量傳輸給第 一變壓器的初級線圏；第二電池平鐲:控制器，所述第二電池平l^控制器將第二變壓器的次級 線圏的能量傳輸給第二組電池中的第二電池；以及主控制器，所述主控制器監(jiān)測所述第一組電池的多個電池電壓，且監(jiān) 測所述第二組電池的多個電池電壓，并將所述第一電池的能量傳輸給所述 第二電池，從而平衡所述第一組電池的電池電壓和所述第二組電池的電池 電壓，所述第一電池的電池電壓大于所述第二電池的電池電壓。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電池平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述電池 平衡系統(tǒng)還包括分別與所述第二組電池相連的多個輸出開關(guān)，所述主控制器才艮據(jù)所述 第一組電池的電池電壓和所述第二組電池的電池電壓，閉合所述多個輸出 開關(guān)其中之一 ，所述次級線圏的能量經(jīng)由所述輸出開關(guān)傳輸給所述第二電
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電池平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述電池 平衡系統(tǒng)還包括分別與所述第一組電池相連的多個輸入開關(guān)，所述主控制器根據(jù)所述 第一組電池的電池電壓和所述第二組電池的電池電壓，閉合所述多個輸入 開關(guān)其中之一 ，所述第 一 電池的能量經(jīng)由所述輸出開關(guān)傳輸給所述初級線 團(tuán)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電池平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述第二 變壓器的次級線團(tuán)與所述第一變壓器的次級線圏相串聯(lián)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電池平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述第一 變壓器的次級線團(tuán)與所述第二變壓器的初級線圏相連，所述第一電池的能 量經(jīng)由所述第一變壓器傳輸給所述第二變壓器的初級線圏。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的電池平衡系統(tǒng)，其特4Me于，所述第二 變壓器的初級線圏的能量經(jīng)由所述第二變壓器的次級線圏傳輸給所述第 二電池。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電池平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述電池 平衡系統(tǒng)還包括控制第 一組開關(guān)的第一開關(guān)控制器，所述第 一組開關(guān)分別與所述第一組電池相連；以及控制第二組開關(guān)的第二開關(guān)控制器，所述第二組開關(guān)分別與所述第二 組電池相連；所述主控制器控制所述第 一開關(guān)控制器和所述第二開關(guān)控制器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平衡電池的電池平衡電路、方法以及系統(tǒng)，其中所述電池平衡電路包括包含初級線圈和次級線圈的變壓器；開關(guān)控制器，所述開關(guān)控制器選取第一電池與所述初級線圈相連，選取第二電池與所述次級線圈相連，所述第一電池與所述第二電池相串聯(lián)，所述第一電池的電池電壓大于所述第二電池的電池電壓；以及與所述初級線圈相連的平衡控制器，所述平衡控制器控制所述第一電池到所述初級線圈的能量傳輸，從而將所述第一電池的能量傳輸給所述第二電池以平衡電池。
文檔編號H02J7/00GK101667743SQ20091017108
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者康斯坦丁·布克, 斯蒂芬·美瑞努 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司