專(zhuān)利名稱(chēng)：電池組電位平衡電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池組電位平衡電路，尤指一種電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單而可均衡不同電池或電池組之間電力的平衡電路。
背景技術(shù)：
為適應(yīng)各種不同的應(yīng)用，電池常被串、并聯(lián)使用。在充電的過(guò)程中，因?yàn)榇拥木壒?，流?jīng)同一串電池的電流大小相等，可以使得電池的充電電流一致。但每一顆電池因?yàn)闀r(shí)間、材料、制造方法及使用狀態(tài)等差異，造成電池的電位、電池容量不盡相同，將會(huì)導(dǎo)致有些電池發(fā)生過(guò)度充電、或是某些電池充電不足的情形。判斷電池的充電狀態(tài)一般是以電池的電位做為基準(zhǔn)，當(dāng)電池過(guò)充時(shí)，電池的電位將會(huì)超過(guò)材料的電位，此時(shí)充電的能量將轉(zhuǎn)化為熱散逸，造成電池的溫度升高，使得電池壽命快速減短，而且可能導(dǎo)致電池產(chǎn)生不可逆的永久性損壞。因此電池串接充電時(shí),必須確保每一顆電池不會(huì)過(guò)度充電，以保護(hù)電池，當(dāng)電池串聯(lián)充電時(shí)，電池電位平衡器的使用是必要的?，F(xiàn)有的電池串聯(lián)充電平衡電路大概有以下幾種方式I、齊納(Zener) 二極管平衡請(qǐng)參考圖4，為一齊納二極管41并聯(lián)在一電池的兩端，以齊納二極管41的崩潰電壓作為電池的箝制電壓。但由于齊納二極管41的失效模式為短路，不僅會(huì)損耗能量，且其散逸功率受限于元件尺寸，而成為主要缺點(diǎn)。2、電阻平衡電路請(qǐng)參考圖5所示，在各個(gè)串聯(lián)電池的一端均連接一電阻51 54,在兩相鄰電阻51 54之間連接一開(kāi)關(guān)55 57,利用一控制器58決定各開(kāi)關(guān)55 57的導(dǎo)通及截止，此種結(jié)構(gòu)雖然能達(dá)到電力平衡目的，但卻是將電池的能源傳輸至電阻51 54消耗，無(wú)法有效利用電池的電力為其主要缺點(diǎn)。3、電感式平衡請(qǐng)參考圖6所示，以?xún)纱?lián)電池為例，在串聯(lián)節(jié)點(diǎn)上連接一電感61，該電感61的另一端連接兩開(kāi)關(guān)62、63，各開(kāi)關(guān)62、63的另一端連接至一相對(duì)應(yīng)電池的另端。此方式的電路效率高，可令電池快速達(dá)到電力平衡狀態(tài)，但需要對(duì)各電池的電位狀態(tài)進(jìn)行精確的檢測(cè)，并決定不同開(kāi)關(guān)62、63的導(dǎo)通時(shí)序，因此線路控制復(fù)雜、成本高，且檢測(cè)電位狀態(tài)的硬件要求高。4、電容式平衡如圖7所示，利用切換式電容技術(shù)，達(dá)到電力平衡，但其主要的缺點(diǎn)為線路控制復(fù)雜，與前述電感式平衡的問(wèn)題相同。以上技術(shù)，每一個(gè)電池皆必須獨(dú)自搭配一個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行電力平衡，其電路成本很高，且由于電路元件數(shù)目提高，整體可靠度將會(huì)下降。以前述眾多種類(lèi)的電池平衡電路來(lái)看，當(dāng)有N個(gè)電池串聯(lián)時(shí)，則至少需要使用到N個(gè)開(kāi)關(guān)或N-I個(gè)電感，并需要N個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)來(lái)控制該N個(gè)開(kāi)關(guān)，線路的復(fù)雜度及成本均會(huì)明顯增加。
發(fā)明內(nèi)容
由于現(xiàn)有電池平衡電路需要以相對(duì)數(shù)量較多的開(kāi)關(guān)或電感、電容元件構(gòu)成，電路結(jié)構(gòu)及線路控制方式均相當(dāng)復(fù)雜，本發(fā)明的主要目的是提供一種電路簡(jiǎn)單且成本相對(duì)較低的電池組電位平衡電路。為達(dá)成前述目的，本發(fā)明電池組電位平衡電路應(yīng)用于平衡多個(gè)串聯(lián)的電池單元彼此間的電力，該多個(gè)電池單元串聯(lián)成為一電池組，該電池組電位平衡電路包含一變壓器，具有一個(gè)一次側(cè)繞組及多個(gè)二次側(cè)繞組，該一次側(cè)繞組的一端連接該電池組的一端，各二次側(cè)繞組具有第一接腳及第二接腳，各第一接腳連接一二極管的正極，各第二接腳連接至另一二次側(cè)繞組的二極管的負(fù)端或是接地，各二極管的負(fù)極連接一相對(duì)應(yīng)的電池單元；一切換開(kāi)關(guān)，連接在該變壓器其一次側(cè)繞組的另端與接地之間；一控制器，連接各電池單元及該切換開(kāi)關(guān)，該控制器輸出一開(kāi)關(guān)信號(hào)以控制該切換開(kāi)關(guān)交替地啟動(dòng)、截止，使變壓器一次側(cè)繞組上的能量耦合至二次側(cè)繞組，以平衡所述電 池單元的電力。本發(fā)明的另一目的是提供一種可簡(jiǎn)化變壓器二次側(cè)繞組結(jié)構(gòu)的電池組電位平衡電路，該電池組電位平衡電路包含一變壓器，具有一個(gè)一次側(cè)繞組及多個(gè)二次側(cè)繞組，該一次側(cè)繞組的一端連接該電池組的一端，各二次側(cè)繞組具有一第一接腳、一中央抽頭接腳及第二接腳，各第一接腳連接一二極管的正極，且各第一接腳及中央抽頭接腳分別連接一相對(duì)應(yīng)的電池單元；一切換開(kāi)關(guān)，連接在該變壓器其一次側(cè)繞組的另端與接地之間；一控制器，連接各電池單元及該切換開(kāi)關(guān)，該控制器輸出一開(kāi)關(guān)信號(hào)以控制該切換開(kāi)關(guān)交替地啟動(dòng)、截止，使變壓器一次側(cè)繞組上的能量耦合至二次側(cè)繞組，以平衡所述電池單元的電力。通過(guò)本發(fā)明的電路，當(dāng)電池單元彼此間的電力不相等時(shí)，該控制器輸出一開(kāi)關(guān)信號(hào)以控制該切換開(kāi)關(guān)交替地啟動(dòng)、截止；于切換開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，可從較高電位的電池單元擷取較高能量并儲(chǔ)存在一次側(cè)繞組上，當(dāng)切換開(kāi)關(guān)截止時(shí)，一次側(cè)繞組上的能量耦合至二次側(cè)繞組，此時(shí)對(duì)應(yīng)連接最低電位的電池單元的二次側(cè)繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電流，對(duì)該電池單元進(jìn)行充電，而使電力逐漸平衡。本發(fā)明利用單一開(kāi)關(guān)配合一變壓器即可對(duì)多個(gè)串接電池單元達(dá)成電位平衡，減少開(kāi)關(guān)及電感等元件的使用數(shù)目，故能降低成本及簡(jiǎn)化控制電路的復(fù)雜度。
圖I :本發(fā)明第一實(shí)施例的詳細(xì)電路圖。圖2 :本發(fā)明的電路動(dòng)作時(shí)序圖。圖3 :本發(fā)明第二實(shí)施例的詳細(xì)電路圖。圖4 :采用齊納二極管的現(xiàn)有的電池平衡電路。圖5 :采用電阻平衡電路的現(xiàn)有的電池平衡電路。圖6 :采用電感的現(xiàn)有的電池平衡電路。圖7 :采用電容的現(xiàn)有的電池平衡電路。主要元件符號(hào)說(shuō)明BI B4電池單元
Tl 變壓器11 一次側(cè)繞組12、13、14、15、16、17 二次側(cè)繞組20 切換開(kāi)關(guān)30 控制器100 電池組 110 充電電路41齊納二極管51 54 電阻55 57 開(kāi)關(guān)58控制器61電感。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參考圖I所示，為本發(fā)明電池組電位平衡電路的第一實(shí)施例，應(yīng)用于平衡多個(gè)串聯(lián)電池單元BI B4之間的電力，該多個(gè)串聯(lián)的電池單元BI B4構(gòu)成一電池組100，以下詳細(xì)說(shuō)明以四個(gè)電池單元BI B4為例說(shuō)明，每一電池單元BI B4可為單顆電池或是由數(shù)顆電池串聯(lián)構(gòu)成，該電池單元BI B4利用一個(gè)與其串聯(lián)的充電電路110進(jìn)行充電作業(yè)。本發(fā)明包含有一反馳式變壓器Tl，具有一個(gè)一次側(cè)繞組11及多個(gè)二次側(cè)繞組12 15，本實(shí)施例中二次側(cè)繞組12 15的數(shù)目與電池單元BI B4的數(shù)量一致，該一次側(cè)繞組11的一端連接到電池組100的一端；各二次側(cè)繞組12 15具有獨(dú)立的第一接腳及第二接腳，其中各第一接腳連接一二極管Dl D4的正極，各第二接腳連接至另一二次側(cè)繞組13 15的二極管D2 D4的負(fù)端或是接地，各二極管Dl D4的負(fù)端連接至對(duì)應(yīng)電池單元BI B4的正極；—切換開(kāi)關(guān)20，連接在變壓器Tl其一次側(cè)繞組11的另端及接地之間，本實(shí)施例的切換開(kāi)關(guān)20利用一金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管構(gòu)成，其柵極作為一控制端；一控制器30，用以偵測(cè)各電池單元BI B4的電壓Vl V4并連接該切換開(kāi)關(guān)20，控制器30輸出一開(kāi)關(guān)信號(hào)\控制該切換開(kāi)關(guān)20導(dǎo)通、截止。請(qǐng)參考圖2所示，本發(fā)明的電路動(dòng)作原理如下I、當(dāng)各電池單元BI B4兩端的端電壓Vl V4發(fā)生不一致時(shí)，該控制器30輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)\至切換開(kāi)關(guān)20，當(dāng)開(kāi)關(guān)信號(hào)Vs為高電位時(shí)，啟動(dòng)切換開(kāi)關(guān)20，對(duì)整個(gè)電池組100抽取能量，故變壓器Tl 一次側(cè)繞組11有電流通過(guò)，變壓器Tl會(huì)從各電池單元BI B4抽取能量以進(jìn)行儲(chǔ)能，由于電池單元BI B4為串聯(lián)，電流相同，故對(duì)較高電位者抽取較大能量，對(duì)較低電位者抽取較少能量，在一次側(cè)繞組11上所測(cè)得儲(chǔ)能電壓Vp的最大值為所有電池BI B4的電壓總和V1+V2+V3+V4。2、當(dāng)控制器30輸出至切換開(kāi)關(guān)20的開(kāi)關(guān)信號(hào)Vs轉(zhuǎn)為低電位時(shí)，切換開(kāi)關(guān)20截止，變壓器Tl 一次側(cè)繞組11及二次側(cè)繞組12 15發(fā)生極性反轉(zhuǎn)，一次側(cè)繞組11上的能量將耦合到各二次側(cè)繞組12 15 ;假設(shè)第二電池單元B2的電壓V2最小，則第二個(gè)二次側(cè)繞組13的二極管D2會(huì)最先導(dǎo)通，由于各二次側(cè)繞組12 15的線圈匝數(shù)相同。因此，所有二次側(cè)繞組12 15上的電壓均會(huì)被箝位于V2 (忽略二極管順向?qū)▔航?，此時(shí)僅第二個(gè)二次側(cè)繞組13上有電流Is2通過(guò)而對(duì)該第二電池單元B2進(jìn)行充電，設(shè)在二次側(cè)繞組13上的二極管D2確保電流Is2順向進(jìn)入第二電池單元B2，其它二次側(cè)繞組12、14、15的電流為零，因此第二電池單元B2的電壓V2會(huì)逐漸上升，而較高電位的電池因能量遞減而進(jìn)行放電。3、經(jīng)過(guò)一段的操作時(shí)間T后，各電池單元BI B4的電壓Vl V4將會(huì)趨于一致。此時(shí)控制器30停止工作，避免電池單元BI B4電壓持續(xù)下降。4、該控制器30的操作時(shí)間T可為一預(yù)設(shè)的固定值，或是由控制器30偵測(cè)各電池單元BI B4的電壓Vl V4后而決定應(yīng)持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間。本實(shí)施例僅需使用到單一個(gè)切換開(kāi)關(guān)20，并搭配與電池單元BI B4數(shù)目相同的二次側(cè)繞組12 15，即可對(duì)電池組100進(jìn)行電位平衡，所需元件相對(duì)較少，故成本甚低，并 可提高電路的可靠度。請(qǐng)參考圖3，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，改變?cè)撟儔浩鱐l 二次側(cè)繞組的結(jié)構(gòu)，該變壓器Tl 二次側(cè)繞組的數(shù)量為電池單元BI B4數(shù)量的半數(shù)，各個(gè)二次側(cè)繞組16、17具有一中央抽頭接腳，故可提供三支輸出接腳。其中，各二次側(cè)繞組16、17的第一接腳通過(guò)一順向二極頭連接至電池單元BI、B3，而中央抽頭接腳也連接其它電池單元B2、B4,而第二接腳通過(guò)一反相二極管連接至下一個(gè)二次側(cè)繞組的第一接腳或是接地。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于二次側(cè)繞組16、17的數(shù)目可減少，且輸出接腳的總數(shù)量也可降低，達(dá)到節(jié)省材料、降低成本的功效。例如以圖I實(shí)施例相比，第一實(shí)施例的變壓器Tl其二次側(cè)輸出接腳有八支，圖3第二實(shí)施例的變壓器Tl其二次側(cè)輸出接腳因中央抽頭設(shè)計(jì)已降低成為六支。綜上所述，本發(fā)明電池組電位平衡電路可利用單一開(kāi)關(guān)配合一變壓器對(duì)多個(gè)串接電池單元提供電位平衡，相比于現(xiàn)有作法，可降低開(kāi)關(guān)及電感等元件的使用數(shù)目，降低成本及簡(jiǎn)化電路的復(fù)雜度。
權(quán)利要求
1.一種電池組電位平衡電路，應(yīng)用于平衡多個(gè)串聯(lián)的電池單元彼此間的電力，該多個(gè)電池單元串聯(lián)成為一電池組，該電池平衡電路包含 一變壓器，具有一個(gè)一次側(cè)繞組及多個(gè)二次側(cè)繞組，該一次側(cè)繞組的一端連接該電池組的一端，各二次側(cè)繞組具有第一接腳及第二接腳，各第一接腳連接一二極管的正極，各第二接腳連接至另一個(gè)二次側(cè)繞組的二極管的負(fù)端或是接地，各二極管的負(fù)極連接一相對(duì)應(yīng)的電池單元； 一切換開(kāi)關(guān)，連接在該變壓器其一次側(cè)繞組的另端與接地之間； 一控制器，連接各電池單元及該切換開(kāi)關(guān)，該控制器輸出一開(kāi)關(guān)信號(hào)以控制該切換開(kāi)關(guān)交替地啟動(dòng)、截止，當(dāng)該切換開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，該變壓器抽取整個(gè)電池組的能量，當(dāng)該切換開(kāi)關(guān)截止時(shí)，將能量耦合傳遞至二次側(cè)繞組并對(duì)電位最低的電池單元充電，以平衡所述電池單元的電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組電位平衡電路，該切換開(kāi)關(guān)為一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其柵極為一控制端以接收該控制器的開(kāi)關(guān)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電池組電位平衡電路，該變壓器為一返馳式變壓器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池組電位平衡電路，該變壓器二次側(cè)繞組的數(shù)量與電池組中的電池單元數(shù)量相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池組電位平衡電路，各二次側(cè)繞組的線圈匝數(shù)相同。
6.一種電池組電位平衡電路，應(yīng)用于平衡多個(gè)串聯(lián)的電池單元彼此間的電力，該多個(gè)電池單元串聯(lián)成為一電池組，該電池組電位平衡電路包含 一變壓器，具有一個(gè)一次側(cè)繞組及多個(gè)二次側(cè)繞組，該一次側(cè)繞組的一端連接該電池組的一端，各二次側(cè)繞組具有一第一接腳、一中央抽頭接腳及第二接腳，各第一接腳連接一二極管的正極，且各第一接腳及中央抽頭接腳分別連接一相對(duì)應(yīng)的電池單元； 一切換開(kāi)關(guān)，連接在該變壓器其一次側(cè)繞組的另端與接地之間； 一控制器，連接各電池單元及該切換開(kāi)關(guān)，該控制器輸出一開(kāi)關(guān)信號(hào)以控制該切換開(kāi)關(guān)交替地啟動(dòng)、截止，當(dāng)該切換開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，該變壓器抽取整個(gè)電池組的能量，當(dāng)該切換開(kāi)關(guān)截止時(shí)，將能量耦合傳遞至二次側(cè)繞組并對(duì)電位最低的電池單元充電，以平衡所述電池單元的電力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池組電位平衡電路，該切換開(kāi)關(guān)為一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其柵極為一控制端以接收該控制器的開(kāi)關(guān)信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的電池組電位平衡電路，該變壓器為一返馳式變壓器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池組電位平衡電路，該變壓器二次側(cè)繞組的數(shù)量為電池單元數(shù)量的半數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明為一種電池組電位平衡電路，可用以平衡一電池組內(nèi)部所串聯(lián)的電池單元彼此間的電力，電池組電位平衡電路包含有一變壓器、一切換開(kāi)關(guān)及一控制器，該變壓器的一次側(cè)繞組的一端連接電池組，一次側(cè)繞組的另端串接該控制器，該變壓器具有多個(gè)二次側(cè)繞組，可分別連接電池單元；當(dāng)控制器控制該切換開(kāi)關(guān)交替啟動(dòng)、截止時(shí)，變壓器向具有較高電位的電池單元取出較多能量，并由二次側(cè)繞組耦合輸出能量，對(duì)較低電位的電池單元進(jìn)行充電，由此可利用簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)而發(fā)揮電力平衡的功效。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102638063SQ201110037450
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月14日
發(fā)明者王仕元 申請(qǐng)人:康舒科技股份有限公司