電荷均衡設備的製作方法
2023-06-05 05:21:16 3
專利名稱：電荷均衡設備的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種電池電壓均衡設備，更特別地，涉及一種電荷均衡設備，其使得變壓器的初級和次級線圈能夠被容易地製造，能夠根據串聯電池的充電狀態來控制充入電池的電荷流，並且能夠防止過電流流入當前正在充電的電池。
背景技術：
許多系統使用每個由電池包或電池陣列形成的電池，包括相互串聯地連接的多個電池單元。
當此類電池單元被充電以至於其電壓顯著高於額定充電範圍內的電壓或被放電至低於額定充電範圍內的電壓時，它們可能是危險的。
電池單元的充電狀態之間的不平衡是由各種因素所導致的，而且在電池的製造或電池的充電/放電期間發生。在鋰離子電池的情況下，電池的製造在工廠中受到嚴格控制以使電池陣列的電池的容量之間的差異最小化。然而，電池之間的不平衡或不均衡可能由於各種因素而發生，無論電池的狀態如何，其中，平衡或均衡是最初製造了電池之後在工廠中實現的。
影響電池的不平衡的元素可以包括例如各個電池的化學反應、阻抗以及每個電池的自放電率、電池容量的降低、電池工作溫度的變化、以及電池之間的不同類型的變化。
電池溫度的不一致是引起電池中的不平衡的重要因素。例如，在電池單元中引起"自放電"，並且該"自放電"是電池溫度的函數。具有高溫度的電池的自放電率通常比具有低溫度的電池的自放電率更高。結果，具有高溫度的電池隨著時間的推移而表現出比具有低溫度的電池更低的充電狀態。不平衡是電池的充電狀態中非常嚴重的問題。例如，電池提供能量的能力受到具有最低充電狀態的電池單元的限制，這通常可能發生在電動車輛中。
如果電池單元被完全消耗，則其它電池單元失去繼續提供能量的能力。即使電池的其它電池單元仍然具有供電能力，這一點也是相同的。因此，電池單元的充電狀態中的不平衡降低了電池的供電能力。
當然，以上說明並不意味著當一個或多個電池單元被消耗時，其餘電池單元的供電是完全不可能的。然而，它意味著在串聯的情況下，即使一個或多個電池單元被完全消耗，只要其餘電池單元中仍然有電荷，所述電池也可以繼續使用，但是，在那種情況下，放電已完成的電池單元中產生具有相反極性的電壓，結果，電池單元可能由於其過熱或氣體的產生而有爆炸的危險，並且電池由此而失去供電能力。
已經提出了用於對電池單元的充電狀態之間的不平衡進行修正的各種方法，並且方法之一在圖1中示出。
圖1是示出了現有技術集中式電荷均衡設備的圖示。
參照圖1，現有技術集中式電荷均衡設備包括變壓器T、 N個半導體開關元件Dl Dn、控制開關SW、以及電壓檢測和驅動信號生成單元10.
所述變壓器T包括一個初級線圈和N個次級線圈，所述N個次級線圈被綁在公共鐵心上，且所述初級線圈和所述次級線圈具有相反的極性。換言之，初級線圈的同名端(dot)和次級線圈的同名端位於不同側。變壓器T的次級線圈具有相同的匝數，且初級線圈與次級線圈的匝數比是N1: N2。
半導體開關元件Dl Dn每個均連接在每個次級線圈的一端與每個電池Bl Bn的正(+ )極之間，並將從每個次級線圈提供到每個電池Bl Bn的能量整流。
控制開關SW串聯地連接到初級線圈，並響應於來自電壓檢測和驅動信
8號生成單元10的驅動信號而形成閉合電路。
電壓檢測和驅動信號生成單元10檢測串聯電池Bl Bn的各個電壓、
將所檢測的電壓與基準電壓進行比較、並生成驅動信號，該驅動信號用於從
具有比基準電壓更高的電壓的電池釋放能量，也就是過充電電池。 下面描述用於現有技術集中式電荷均衡設備的電荷均衡方法。 首先，電壓檢測和驅動信號生成單元10檢測N個串聯電池Bl Bn的
各個電壓。
其後，如果所述N個串聯電池Bl Bn中的任何一個的電壓高於基準電 壓，則電壓檢測和驅動信號生成單元10開啟控制開關SW。
因此，來自所述N個串聯電池Bl Bn的能量被轉換成磁能，並存儲在 變壓器T的初級線圈中。
其後，當電壓檢測和驅動信號生成單元10關閉控制開關SW時，存儲 在變壓器T的初級線圈中的磁能被轉換為電荷，並經由次級線圈和半導體開 關元件Dl至Dn而被存儲在所述N個串聯電池Bl Bn中。
在這種情況下，在控制開關SW被關閉的同時，更多的電荷經由綁在變 壓器T的公共鐵心上的次級線圈而移動到具有較低電位的電池，從而使電荷 均衡。
然而，所述現有技術集中式電荷均衡設備存在這樣的問題，即難以製造 變壓器T的次級線圈，因為其數目等於電池數目的次級線圈被綁在一個公共 鐵心上，因此其數目等於增加的串聯電池數目的次級線圈必須被綁到一個公 共鐵心。
此外，所述現有技術集中式電荷均衡設備存在這樣的問題，即變壓器T 的初級線圈與次級線圈的匝數比與串聯電池的數目成比例地增加，因此，變 得難以製造與電池數目的增加成比例的初級線圈。
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發明內容
因此，已考慮到現有技術中發生的以上問題而完成了本發明，且本發明 的目的是提供一種能夠容易地製造變壓器的初級和次級線圈的電荷均衡設 備。
此外，本發明的進一步目的是提供一種能夠根據串聯電池的充電狀態來 控制充入電池的電荷流的電荷均衡設備。
最後，本發明的另一目的是提供一種能夠防止過電流流入當前正在充電 的電池的電荷均衡設備。
為了實現以上目的，本發明提供了一種電荷均衡設備，其包括N個變壓 器，其被並聯地連接到N個單獨串聯電池，並被配置為存儲從所述N個電 池之中的過充電電池釋放的能量以及使用所存儲的能量對除過充電電池之 外的電池進行充電；N個充電控制開關，每一個均連接在所述N個變壓器的 每一個的兩端之間；重新分配開關(redistribution switch),其連接在第N個 變壓器的初級線圈和第N個充電控制開關的公共節點與地線之間；N個第一 半導體開關元件，其串聯地連接到所述N個變壓器的各自的次級線圈；以及 電壓檢測和驅動信號生成單元，其被配置為檢測N個串聯電池的各自的電 壓，並基於所檢測的電壓生成用於驅動所述充電控制開關和所述重新分配開 關的第一驅動信號和第二驅動信號。
根據本發明的另一實施方式，提供了一種電荷均衡設備，其包括N個變 壓器，其並聯地連接到N個單獨的串聯電池，並被配置為每個均包括一個初 級線圈和兩個次級線圈且用從過充電電池釋放的能量來對除過充電電池之 外的電池充電；第一電荷存儲設備和第二電荷存儲設備，每個均並聯地連接 到所述N個串聯電池和所述N個變壓器；第一重新分配開關和第二重新分 配開關，其串聯地連接在第一和第二電荷存儲設備與所述N個變壓器之間； 充電控制開關，每一個均連接到所述N個變壓器中的每一個的初級線圈的兩端；N個第一半導體開關元件，每一個均連接到所述N個變壓器中的每一個 的第一次級線圈和所述N個電池中的每一個的正極；以及N個第二半導體
開關元件，每一個均連接到所述N個變壓器中的每一個的第二次級線圈和所 述N個電池中的每一個的正極。
根據本發明，無論串聯電池的數目多少，小容量的變壓器都被並聯地連 接到串聯電池，因此，不僅可以保持優良的電荷均衡特性，而且還可以容易 地製造變壓器的初級和次級線圈。
此外，按照本發明的電荷均衡設備可以藉助於並聯地連接到變壓器的初 級線圈的充電控制開關來根據串聯電池的各個充電狀態而控制充入電池的
電荷流。
最後，根據本發明的電荷均衡設備可以，通過當在電池的電荷均衡幾乎 完成或幾乎所有充電控制開關被開啟的時候過電流流入少數電池時控制被
施加於重新分配開關的第二驅動信號的PWM佔空比來防止過電流流入當前 正在充電的電池。
圖1是示出了現有技術集中式電荷均衡設備的圖示；
圖2是示出了根據本發明的實施方式的電荷均衡設備的圖示；
圖3是示出了圖2所示的電壓檢測和驅動信號生成單元的圖示；
圖4和圖5是示出了用於使圖2所示的電荷均衡設備中的電池的電荷均
衡的閉合環路的圖示；
圖6是示出了根據本發明的另一種實施方式的電荷均衡設備的圖示； 圖7和圖8是示出了用於使圖6所示的電荷均衡設備中的電池的電荷均
衡的閉合環路的圖示；
圖6是示出了根據本發明的另一種實施方式的電荷均衡設備的圖示；以及
圖IO和圖11是示出了用於使圖9所示的電荷均衡設備中的電池的電荷 均衡的閉合環路的圖示。
附圖中的主要元件的附圖標記的簡要說明
10、 20、 30、和40:電壓檢測和驅動信號生成單元 22:傳感單元 24:微處理器
26:開關驅動電路單元
具體實施例方式
下面將參照附圖來詳細描述本發明的實施方式。
圖2是示出了根據本發明的實施方式的電荷均衡設備的圖示，圖3是示 出了圖2所示的電壓檢測和驅動信號生成單元20的圖示。
參照圖2和圖3，根據本發明的實施方式的電荷均衡設備包括並聯地連 接到N個單獨串聯電池Bl Bn的N個變壓器Tl Tn、並聯地連接到所述 N個變壓器Tl Tn的各個初級線圈的N個充電控制開關SWl SWn、串聯 的連接到N個變壓器Tl Tn的各個次級線圈的N個半導體開關元件Dl Dn、連接在第N個充電控制開關SWn與地線GND之間的重新分配開關 CSW、以及電壓檢測和驅動信號生成單元20，所述電壓檢測和驅動信號生 成單元20被適配為檢測電池Bl Bn的電壓並基於所檢測的值來控制充電 控制開關SWl SWn和重新分配開關CSW的工作。
所述變壓器Tl Tn並聯地連接到所述N個單獨串聯電池Bl Bn以便 降低所述N個串聯電池Bl Bn之中的過充電電池的電壓。
更詳細地說，每個變壓器Tl Tn中的次級線圈的一端連接到每個半導 體幵關元件Dl Dn中的陽極，且每個半導體幵關元件Dl Dn的陰極連接
12到每個電池Bl Bn的正(+ )極。每個變壓器Tl Tn的次級線圈的另一端 連接到每個電池Bl Bn的負(一)極。
雖然變壓器Tl Tn以逆向變換器型式形成，其中初級線圈和次級線圈 具有相反的極性，亦即初級線圈的同名端與次級線圈的同名端位於不同側， 但是它們可以以正向變換器型式形成，其中初級線圈和次級線圈具有相同的 極性。這裡，每個變壓器Tl Tn的初級線圈與相應的次級線圈的匝數比是 同一值，亦即N1:N2。
充電控制開關SW1 SWn每個均連接在每個變壓器Tl Tn的初級線圈 的兩端之間。響應於來自電壓檢測和驅動信號生成單元20的第一驅動信號， 充電控制開關SWl SWn構成旁路電路以便將從N個串聯電池Bl Bn之 中的一個或多個過充電電池釋放的能量提供給並聯地連接到除過充電電池 之外的各個電池的變壓器的初級線圈，並防止電流流入並聯地連接到過充電 電池的變壓器的初級線圈。
為此，向並聯地連接到過充電電池的充電控制開關提供來自電壓檢測和 驅動信號生成單元20的高狀態第一驅動信號，並向並聯地連接到除過充電 電池之外的電池的充電控制開關提供低狀態第一驅動信號。
因此，電流流過並聯地連接到除過充電電池之外的電池的變壓器的初級 線圈，而電流不流過並聯地連接到過充電電池的變壓器的初級線圈，因為旁 路電路由充電控制幵關形成。
雖然充電控制開關SWl SWn由N型MOSFET形成，但是它們不限於 N型MOSFET,而是它們每個均可以由諸如MOSFET、 BJT、以及繼電器等 任何一種開關元件形成。
半導體開關元件Dl Dn每個均連接在每個變壓器Tl Tn的次級線圈 一端(沒有點的一端)與每個電池Bl Bn的正極之間。半導體開關元件 Dl Dn這樣工作，即來自變壓器Tl Tn的次級線圈的能量被提供到電池Bl Bn。
雖然半導體開關元件Dl Dn由二極體形成，但是它們每個均可以由諸 如MOSFET、 BJT、繼電器、以及二極體等任何一種開關元件形成。
重新分配開關CSW連接在第N個變壓器Tn的初級線圈的另一端(沒 有同名端的一端)、第N個充電控制開關SWn的另一端(源端)、與地線GND 之間，形成閉合環路，從而將從過充電電池釋放的能量提供給連接到除過充 電電池之外的電池的變壓器的初級線圈，並用於將從非過充電變壓器的初級 線圈提供的能量傳送到其次級線圈。
換言之，重新分配開關CSW響應於來自電壓檢測和驅動信號生成單元 20的高狀態第二驅動信號而被開啟並形成閉合環路，從而將過充電電池釋放 的能量提供給並聯地連接到除過充電電池之外的電池的變壓器的初級線圈。 此外，重新分配開關CSW響應於來自電壓檢測和驅動信號生成單元20的低 狀態第二驅動信號而被關閉，並將存儲在非過充電變壓器的初級線圈中的能 量傳送到其次級線圈。
為此，重新分配開關CSW連同充電控制開關SWl SWn—起工作，或 者在充電控制開關SWl SWn已工作之後工作。
雖然重新分配開關CSW由N型MOSFET形成，但其不限於N型 MOSFET，而是其可以由MOSFET、 BJT、以及繼電器等任何一種開關元件 形成。
電壓檢測和驅動信號生成單元20檢測N個串聯電池Bl Bn的各個電 壓，將所檢測的電壓與基準電壓進行比較，生成用於從具有高於基準電壓的 電壓的電池(即過充電電池)釋放能量的第一驅動信號和第二驅動信號，並 在任何一個所檢測的電壓高於基準電壓時對除過充電電池之外的電池充電， 且向充電控制開關SW1 SWn和重新分配開關CSW提供第一和第二驅動信 號。這裡，所述基準電壓指的是從電池Bl Bn檢測到的電壓的平均電壓。這時，電壓檢測和驅動信號生成單元20向並聯地連接到過充電電池的 充電控制開關提供高狀態第一驅動信號，並向並聯地連接到除過充電電池之 外的電池的充電控制開關提供低狀態第一驅動信號。
此外，電壓檢測和驅動信號生成單元20在從過充電電池釋放能量時向 重新分配開關CSW提供高狀態第二驅動信號，並在對除過充電電池之外的 電池充電時向重新分配開關CSW提供低狀態驅動信號。
在這種情況下，電壓檢測和驅動信號生成單元20當在幾乎所有充電控 制開關被開啟或電池的電荷均衡幾乎完成的時侯只有少數電池被充入電荷 時，向重新分配開關CSW提供基於窄的佔空比脈衝寬度調製(PWM)的第 二驅動信號。這種情況的原因是從一開始就從N個串聯電池釋放少量電荷， 以便防止電流過量地流入當前正在充電的電池。
因此，開啟並聯地連接到過充電電池的充電控制開關，而關閉並聯地連 接到除過充電電池之外的電池的充電控制開關。此外，當從過充電電池釋放 能量時，開啟重新分配開關CSW，當對除過充電電池之外的電池充電時， 關閉重新分配開關CSW。
也就是說，當開啟重新分配開關CSW時，並聯地連接到過充電電池的 充電控制開關形成旁路電路，因此，電流不流過並聯地連接到過充電電池的 變壓器的初級線圈，且從過充電電池釋放的能量存儲在並聯地連接到除過充 電電池之外的電池的變壓器的初級線圈中。
此外，當關閉重新分配開關CSW時，存儲在並聯地連接到除過充電電 池之外的電池的變壓器的初級線圈中的能量被傳送到其次級線圈，並對除過 充電電池之外的電池充入能量。
電壓檢測和驅動信號生成單元20同時向充電控制開關SWl SWn和重 新分配開關CSW提供第一驅動信號和第二驅動信號，或者在向充電控制開 關SWl SWn提供第一驅動信號之後向重新分配開關CSW提供第二驅動信號。
為此，電壓檢測和驅動信號生成單元20包括傳感單元22、微處理器24、 以及開關驅動電路單元26。
傳感單元22連接到各個電池Bl Bn，並檢測電池Bl Bn的各個電壓。
微處理器24將由傳感單元22檢測的電池B1 Bn的平均電壓設置為基 準電壓，並且如果基準電壓與由傳感單元22所檢測的電壓之一之間存在等 於或大於預定值的差，則設置用於電池充電/放電的充電控制開關SW1 SWn和重新分配開關CSW的開/關時間。
開關驅動電路單元26響應於來自微處理器24的信號而生成第一驅動信 號和第二驅動信號，並將所生成的信號提供給充電控制開關SWl SWn和 重新分配開關CSW。
在根據本發明的本實施方式的電荷均衡設備中，無論N個串聯電池B1 Bn的數目多少，小容量變壓器都被並聯地連接到串聯電池Bl Bn，從而不 僅可以保持優良的電荷均衡特性，而且還可以容易地製造變壓器的初級和次 級線圈。
此外，根據本發明的本實施方式的電荷均衡設備藉助於並聯地連接到變 壓器Tl Tn的初級線圈的充電控制開關SWl SWn根據N個串聯電池 Bl Bn的各個充電狀態來控制充入電池的電荷流。
最後，根據本發明的本實施方式的電荷均衡設備可以通過當過電流在電 池的電荷均衡幾乎完成或幾乎所有充電控制開關被開啟的時候流入少數電 池時控制被施加於重新分配開關CSW的第二驅動信號的PWM佔空比來防 止過電流流入當前正在充電的電池。
下面描述根據本發明的本實施方式的使用電荷均衡設備來使串聯電池 電壓均衡的方法。
首先，電壓檢測和驅動信號生成單元20檢測N個串聯電池Bl Bn的各個電壓。
這時，當從所述N個串聯電池Bl Bn中的一個或多個檢測到高於基準 電壓的一個或多個電壓時，電壓檢測和驅動信號生成單元20生成用於驅動 並聯地連接到過充電電池的充電控制開關以便從過充電電池釋放能量的第 一驅動信號，並將該第一驅動信號提供給充電控制開關。
例如，當除第一電池B1和第N電池Bn之外的電池被過量充電時，電 壓檢測和驅動信號生成單元20向並聯地連接到第一電池Bl和第N電池Bn 的充電控制開關SW1和SWn提供低狀態第一驅動信號，並向並聯地連接到 除第一電池Bl和第N電池Bn之外的電池的充電控制開關提供高狀態第一 驅動信號。
這時，電壓檢測和驅動信號生成單元20向重新分配開關CSW提供高狀
態第二驅動信號。
因此，如圖4所示，從過充電的電池釋放的電荷被轉換成磁能並隨後存 儲在並聯地連接到第一電池Bl和第N電池Bn的變壓器Tl和Tn的初級線 圈中，並聯地連接到除第一電池Bl和第N電池Bn之外的電池的充電控制 開關形成旁路電路，因此，電流不流過並聯地連接到除第一電池B1和第N 電池Bn之外的電池的變壓器的初級線圈。
其後，電壓檢測和驅動信號生成單元20向重新分配開關CSW提供低狀 態第二驅動信號，從而關閉重新分配開關CSW。
因此，如圖5所示，生成了反電動勢，因此，存儲在並聯地連接到第一 電池Bl和第N電池Bn的變壓器Tl和Tn的初級線圈中的能量被傳送到其 次級線圈並隨後轉換成電荷，而且該電荷經由串聯地連接到其次級線圈的半 導體開關元件D1和Dn而被提供給除過充電電池之外的電池。因此，除過 充電電池之外的電池被充入經由半導體開關元件Dl和Dn而提供的電荷。
重複上述處理直到使N個串聯電池Bl Bn的電壓均衡。為此，電壓撿測和驅動信號生成單元20連續地檢測N個串聯電池Bl Bn的電壓，生成 第一驅動信號和第二驅動信號，並將該第一和第二驅動信號提供給充電控制 開關SWl SWn和重新分配開關CSW。
圖6是示出了根據本發明的另一實施方式的電荷均衡設備的圖示。
參照圖6，根據本發明的另一實施方式的電荷均衡設備包括並聯地連接 到N個單獨串聯電池Bl Bn的N個變壓器Tl Tn、並聯地連接到所述N 個變壓器Tl Tn的各個初級線圈的N個充電控制開關SWl SWn、每個均 串聯地連接到每個變壓器Tl Tn的次級線圈的第一半導體開關元件D11 Dnl和電感器Ll Ln、每個均連接在每個電池Bl Bn的負極與每個第一半 導體開關元件Dll Dnl和每個電感器Ll Ln的公共節點之間的第二半導 體開關元件Dll Dnl、連接在第N個充電控制開關SWn與地線GND之間 的重新分配開關CSW、以及電壓檢測和驅動信號生成單元30，該電壓檢測 和驅動信號生成單元30被適配為檢測電池Bl Bn的電壓並基於所檢測的 值來控制充電控制開關SWl SWn和重新分配開關CSW的工作。
變壓器Tl Tn並聯地連接到N個單獨串聯電池Bl Bn以便降低N個 串聯電池Bl Bn之中的過充電電池的電壓。
更詳細地說，每個變壓器Tl Tn的次級線圈的一端連接到每個半導體 開關元件Dll Dnl的陽極，每個半導體開關元件Dll到Dnl的陰極連接 到每個電感器Ll Ln的一端，且每個電感器Ll Ln的另一端連接到每個 電池Bl Bn的正(+)極。此外，每個變壓器Tl Tn的次級線圈的另一端 連接到每個電池Bl Bn的負(一)極。
雖然變壓器Tl Tn以前向變換器型式形成，其中初級線圈和次級線圈 具有相同的極性，亦即初級線圈的同名端與次級線圈的同名端位於同側，但 是它們可以以逆向變換器型式形成。這裡，每個變壓器Tl Tn的初級線圈 與相應的次級線圈的匝數比是N1: N2。
18充電控制開關SWl SWn每個均連接在每個變壓器Tl Tn的初級線圈的兩端之間。響應於來自電壓檢測和驅動信號生成單元30的第一驅動信號，充電控制開關SWl SWn將從N個串聯電池Bl Bn之中的一個或多個過充電電池釋放的能量提供給並聯地連接到除過充電電池之外的各個電池的變壓器的初級線圈，並形成旁路電路以使電流不流入並聯地連接到過充電電池的變壓器的初級線圈。
為此，向並聯地連接到過充電電池的充電控制開關提供來自電壓檢測和驅動信號生成單元30的高狀態第一驅動信號，並向並聯地連接到除過充電電池之外的電池的充電控制開關提供低狀態第一驅動信號。
因此，電流流過並聯地連接到除過充電電池之外的電池的變壓器的初級線圈，而電流不流過並聯地連接到過充電電池的變壓器的初級線圈，因為旁路電路由充電控制開關形成。
雖然充電控制開關SWl SWn由N型MOSFET形成，但是它們不限於N型MOSFET，而且它們每個均可以由諸如MOSFET、 BJT、以及繼電器等
任何一種開關元件形成。
第一半導體開關元件Dll Dnl每個均連接在每個變壓器Tl Tn的次級線圈的一端(形成同名端的一端)與每個電感器Ll Ln之間，並進行工作，以使得來自變壓器Tl Tn的次級線圈的能量被提供給電池Bl Bn。
雖然第一半導體開關元件Dll Dnl由二極體形成，但它們不限於二極體，而是每個均可以由諸如MOSFET、 BJT、繼電器、以及二極體等任何一種開關元件形成。
電感器Ll Ln每個均連接在每個第一半導體開關元件Dll Dnl的陰極與每個電池Bl Bn的正極之間。電感器Ll Ln在重新分配開關CSW被開啟時存儲來自變壓器Tl Tn的次級線圈的能量，並在重新分配開關CSW被關閉時將存儲的能量提供給電池Bl Bn。第二半導體開關元件D12 Dn2每個均連接在每個電池Bl Bn的負極與每個第一半導體開關元件Dll Dnl和每個電感器Ll Ln的公共節點之間，並形成閉合環路，以便將存儲在電感器LI Ln中的能量提供給電池B1 Bn。
為此，每個第二半導體開關元件D12 Dn2的陽極連接到每個電池B1 Bn的負極，且其陰極連接到每個第一半導體開關元件Dll Dnl的陰極。
雖然第二半導體開關元件D12 Dn2由二極體形成，但它們不限於二極體，而是每個均可以由諸如MOSFET、 BJT、繼電器、以及二極體等任何一種開關元件形成。
重新分配開關CSW連接在第N個變壓器Tn的初級線圈的另一端(沒有形成同名端的一端)與地線GND之間，形成閉合環路以便經由並聯地連接到除過充電電池之外的電池的變壓器將從過充電電池釋放的能量提供給除過充電電池之外的電池，並允許將存儲在電感器Ll Ln中的能量提供給除過充電電池之外的電池。
換言之，重新分配開關CSW響應於來自電壓檢測和驅動信號生成單元30的高狀態第二驅動信號而被開啟，並形成閉合環路，以便將從過充電電池釋放的能量提供給並聯地連接到除過充電電池之外的電池的變壓器的初級線圈。
因此，存儲在並聯地連接到除過充電電池之外的電池的變壓器的初級線圈中的能量被傳送到其次級線圈，並經由第一半導體開關元件Dll和Dnl及電感器Ll Ln而被提供給除過充電電池之外的電池。因此，除過充電電池之外的電池被充電。
此外，重新分配開關CSW響應於來自電壓檢測和驅動信號生成單元30的低狀態第二驅動信號而被關閉，在電感器Ll Ln中生成反電動勢，並允許對除過充電電池之外的電池充入存儲在電感器L1 Ln中的能量。重新分配開關CSW連同充電控制開關SWl SWn —起工作，或者在充電控制開關SWl SWn己工作之後工作。
雖然重新分配開關CSW由N型MOSFET形成，但其不限於N型MOSFET，而是其可以由MOSFET、 BJT、以及繼電器等任何一種開關元件形成。
電壓檢測和驅動信號生成單元30檢測N個串聯電池Bl Bn的各個電壓，將所檢測的電壓與基準電壓進行比較，生成用於從具有比基準電壓更高的電壓的電池(即過充電電池)釋放能量的第一驅動信號和第二驅動信號，並且如果任何一個所檢測的電壓高於基準電壓，則對除過充電電池之外的電池充電，並向充電控制開關SW1 SWn和重新分配開關CSW提供第一和第二驅動信號。
這時，電壓檢測和驅動信號生成單元30向並聯地連接到過充電電池的充電控制開關提供高狀態第一驅動信號，並向並聯地連接到除過充電電池之外的電池的充電控制開關提供低狀態第一驅動信號。
此外，電壓檢測和驅動信號生成單元30在從過充電電池釋放能量並對除過充電電池之外的電池充入所述能量時向重新分配開關CSW提供高狀態第二驅動信號，並在對除過充電電池之外的電池充入存儲在電感器Ll Ln中的能量時向重新分配開關CSW提供低狀態第二驅動信號。
在這種情況下，電壓檢測和驅動信號生成單元30在只有少數電池在幾乎所有充電控制開關被開啟或電池的電荷均衡幾乎完成的時候被充入電荷時，向重新分配開關CSW提供基於窄的佔空比脈衝寬度調製(PWM)的第二驅動信號。這種情況的原因是從一開始就從N個串聯電池釋放少量電荷，以便防止電流過量地流入當前正在充電的電池。
因此，開啟並聯地連接到過充電電池的充電控制開關，而關閉並聯地連接到除過充電電池之外的電池的充電控制開關。此外，當從過充電電池釋放
21能量並對除過充電電池之外的電池充入該能量時，開啟重新分配開關csw， 當對除過充電電池之外的電池充電時，關閉重新分配開關csw。
也就是說，當開啟重新分配開關csw時，並聯地連接到過充電電池的
充電控制開關形成旁路電路，從而電流不流過並聯地連接到過充電電池的變 壓器的初級線圈，且從過充電電池釋放的電荷被轉換成磁能並隨後存儲在並 聯地連接到除過充電電池之外的電池的變壓器的初級線圈中。此外，存儲在 並聯地連接到除過充電電池之外的電池的變壓器的初級線圈中的能量被傳 送到並聯地連接到除過充電電池之外的電池的變壓器的次級線圈，且傳送到 次級線圈的磁能被轉換成電荷，並經由第一半導體開關元件和電感器來對除 過充電電池之外的電池充電。
此外，當關閉重新分配開關csw時，對除過充電電池之外的電池充入
存儲在電感器中的能量。
電壓檢測和驅動信號生成單元30同時向充電控制開關SWl SWn和重 新分配開關CSW提供第一驅動信號和第二驅動信號，或者在向充電控制開 關S Wl SWn提供第一驅動信號之後向重新分配開關CSW提供第二驅動信 號。
為此，如圖3所示，電壓檢測和驅動信號生成單元30包括傳感單元22、 微處理器24、以及開關驅動電路單元26。
傳感單元22連接到各個電池Bl Bn，並檢測電池Bl Bn各自的電壓。
微處理器24將由傳感單元22檢測的電池Bl Bn的平均電壓設置為基 準電壓，並且當基準電壓與由傳感單元22所檢測的電壓之一之間存在等於 或高於預定值的差時，為了電池充電/放電而設置充電控制開關SWl SWn 和重新分配開關CSW的開/關時間。
開關驅動電路單元26響應於來自微處理器24的信號而生成第一驅動信 號和第二驅動信號，並將所生成的信號提供給充電控制開關SWl SWn和重新分配開關CSW。
在根據本發明的實施方式的電荷均衡設備中，無論N個串聯電池B1 Bn的數目多少，小容量變壓器都被並聯地連接到各個串聯電池Bl Bn，因 此不僅可以保持優良的電荷均衡特性，而且還可以容易地製造變壓器的初級 和次級線圈。
此外，根據本發明的本實施方式的電荷均衡設備藉助於並聯地連接到變 壓器Tl Tn的初級線圈的充電控制開關SWl SWn，根據N個串聯電池 Bl Bn的各個充電狀態來控制充入電池的電荷流。
最後，根據本發明的本實施方式的電荷均衡設備可以通過當過電流在電 池的電荷均衡幾乎完成時或幾乎所有充電控制開關被開啟的時候流入少數 電池時控制被施加於重新分配開關CSW的第二驅動信號的PWM佔空比來 防止過電流流入當前正在充電的電池。
下面描述根據本發明的本實施方式的使用電荷均衡設備來使串聯電池 電壓均衡的方法。
首先，電壓檢測和驅動信號生成單元30檢測N個串聯電池Bl Bn的 各個電壓。
這時，當從所述N個串聯電池Bl Bn中的一個或多個檢測到高於基準 電壓的一個或多個電壓時，電壓檢測和驅動信號生成單元30生成用於驅動 並聯地連接到過充電電池的充電控制開關以便從過充電電池釋放能量的第 一驅動信號，並將該第一驅動信號提供給充電控制開關。
例如，當除第一電池B1和第N電池Bn之外的電池被過量充電時，電 壓檢測和驅動信號生成單元30向並聯地連接到第一電池B1和第N電池Bn 的充電控制開關SW1和SWn提供低狀態第一驅動信號，並向並聯地連接到 除第一電池Bl和第N電池Bn之外的電池的充電控制開關提供高狀態第一 驅動信號。此外，電壓檢測和驅動信號生成單元30向重新分配開關CSW提供高狀 態第二驅動信號。
因此，如圖7所示，從過充電的電池釋放的電荷被轉換成磁能並隨後存 儲在並聯地連接到第一電池Bl和第N電池Bn的變壓器Tl和Tn的初級線 圈中，並聯地連接到除第一電池Bl和第N電池Bn之外的電池的充電控制 開關形成旁路電路，因此，電流不流過並聯地連接到除第一電池B1和第N 電池Bn之外的電池的變壓器的初級線圈。
這時，存儲在並聯地連接到第一電池Bl和第N電池Bn的變壓器Tl 和Tn的初級線圈中的能量被傳送到其次級線圈，且傳送到次級線圈的磁能 被轉換為電荷，並且第一電池Bl和第N電池Bn經由第一半導體開關元件 Dll和Dnl及電感器Ll和Ln而被充入所述電荷。此外，經由次級線圈而 提供的電荷被轉換成磁能並隨後存儲在電感器L1和Ln中。
其後，電壓檢測和驅動信號生成單元30向重新分配開關CSW提供低狀 態第二驅動信號，從而關閉重新分配開關CSW。
因此，如圖8所示，存儲在電感器L1和Ln中的磁能被反電動勢轉換成 電荷，且第一電池Bl和第N電池Bn使用所述電荷進行充電。
重複上述處理直到使N個串聯電池Bl Bn的電壓均衡。為此，電壓檢 測和驅動信號生成單元30連續地檢測N個串聯電池Bl Bn的電壓，生成 第一驅動信號和第二驅動信號，並將該第一和第二驅動信號提供給充電控制 開關SWl SWn和重新分配開關CSW。
圖9是示出了根據本發明的另一實施方式的電荷均衡設備的圖示。
參照圖9，根據本發明的實施方式的電荷均衡設備包括並聯地連接到N 個單獨串聯電池Bl Bn的N個變壓器Tl Tn、第一電荷存儲裝置C1、第 二電荷存儲裝置C2、第一重新分配開關CSW1、第二重新分配開關CSW2、 並聯地連接到所述N個變壓器Tl Tn的各個初級線圈的N個充電控制開關SWl SWn、串聯地連接到所述N個變壓器Tl Tn的各個第一次級線圈的 第一半導體開關元件Dll到Dnl、串聯地連接到所述N個變壓器Tl Tn的 各個第二次級線圈的第二半導體開關元件D12 Dn2、以及電壓檢測和驅動 信號生成單元40，該電壓檢測和驅動信號生成單元40被適配為檢測電池 Bl Bn的電壓並基於所檢測的值來控制充電控制開關SWl SWn和重新分 配開關CSW的工作。
變壓器Tl Tn並聯地連接到N個單獨串聯電池Bl到Bn以便降低N 個串聯電池Bl Bn之中的過充電電池的電壓並對除過充電電池之外的電池 充電。
更詳細地說，每個變壓器Tl Tn的第一次級線圈的一端(形成同名端 的一端)連接到每個第一半導體開關元件Dll Dnl的陽極，第二次級線圈 的另一端(沒有形成同名端的一端)連接到每個第二半導體開關元件D12 Dn2的陽極，且每個第一半導體開關元件Dll Dnl和第二半導體開關元件 D12 Dn2的陰極連接到每個電池Bl Bn的正極。
此外，變壓器Tl Tn的每個第一次級線圈的另一端和每個第二次級線 圈的一端連接到每個電池Bl Bn的負極，且每個充電控制開關SWl SWn
連接到每個初級線圈的兩端。
變壓器Tl Tn以半橋式變換器型式形成，其中，初級線圈、第一次級
線圈和第二次級線圈具有相同的極性，亦即初級線圈的同名端及第一和第二 次級線圈的同名端位於相同側，且每個次級線圈分成兩個線圈。
在這種情況下，每個變壓器T1到Tn的初級線圈與其次級線圈的匝數比 是N1:N2，且第一次級線圈和第二次級線圈具有相同的匝數比。
第一電荷存儲裝置Cl和第二電荷存儲裝置C2每個均並聯地連接到N 個串聯電池Bl Bn和變壓器Tl Tn，並存儲從N個串聯電池Bl Bn提 供的電荷。
25雖然第一電荷存儲裝置Cl和第二電荷存儲裝置C2由電容器形成，但 它們每個均可以由電容器和蓄電池中的任何一個形成。此外，第一電荷存儲 裝置Cl和第二電荷存儲裝置C2具有相同的容量。
第一重新分配開關CSW1和第二重新分配幵關CSW2每個均並聯地連 接在電池Bl Bn與每個電荷存儲裝置Cl和C2之間，並響應於來自電壓檢 測和驅動信號生成單元40而生成閉合環路以便從N個串聯電池Bl Bn之 中的過充電電池釋放能量並對除過充電電池之外的電池充電。
第一重新分配開關CSW1和第二重新分配開關CSW2在從電壓檢測和 驅動信號生成單元40提供高狀態第二驅動信號時被開啟，並在從其提供低 狀態第二驅動信號時被關閉。
也就是說，當從過充電電池釋放能量並對除過充電電池之外的電池充電 時，第二重新分配開關CSW2在第一重新分配開關CSW1被開啟時被關閉， 且第二重新分配開關CSW2在第一重新分配開關CSW1被關閉時被開啟。
第一重新分配開關CSW1和第二重新分配開關CSW2串聯地連接在第 一電池B1的正極與地線GND之間。此外，第一重新分配開關CSW1與第 二重新分配開關CSW2之間的公共節點連接到第一變壓器Tl的初級線圈的 一端。
雖然第一重新分配開關CSW1和第二重新分配開關CSW2由N型 MOSFET形成，但是它們每個均可以由諸如MOSFET、 BJT、以及繼電器等
任何一種開關元件形成。
充電控制開關SW1 SWn每個均連接在每個變壓器Tl Tn的初級線圈 的兩端之間。響應於來自電壓檢測和驅動信號生成單元40的第一驅動信號， 充電控制開關SWl SWn構成旁路電路以便將從N個串聯電池Bl Bn之 中的一個或多個過充電電池釋放的能量提供給並聯地連接到除過充電電池 之外的各個電池的變壓器的初級線圈，並防止電流流入並聯地連接到過充電電池的變壓器的初級線圈。
為此，向並聯地連接到過充電電池的充電控制開關提供來自電壓檢測和
驅動信號生成單元40高狀態第一驅動信號，並向並聯地連接到除過充電電
池之外的電池的充電控制開關提供低狀態第一驅動信號。
因此，電流流過並聯地連接到除過充電電池之外的電池的變壓器的初級 線圈，而電流不流過並聯地連接到過充電電池的變壓器的初級線圈，因為旁 路電路由充電控制開關形成。
雖然充電控制開關SWl SWn由N型MOSFET形成，但是它們不限於 N型MOSFET，而是它們每個均可以由諸如MOSFET、 BJT、以及繼電器等
任何一種開關元件形成。
第一半導體開關元件Dll Dnl每個均連接在每個變壓器Tl Tn的第 一次級線圈的一端(形成同名端的一端)與每個電池Bl Bn的正極之間， 並進行工作，以使得來自變壓器Tl Tn的第一次級線圈的能量被提供給電 池Bl Bn。
第二半導體開關元件D12 Dn2每個均連接在每個變壓器Tl Tn的第 一次級線圈的另一端(沒有形成同名端的一端)與每個電池Bl Bn的正極 之間，並進行工作，以使得來自變壓器Tl Tn的第二次級線圈的能量被提 供給電池Bl Bn。
雖然第一半導體開關元件Dll Dnl由二極體形成，但它們不限於二極 管，而是每個均可以由諸如MOSFET、 BJT、繼電器、以及二極體等任何一 種開關元件形成。
電壓檢測和驅動信號生成單元40檢測N個串聯電池Bl Bn的各個電 壓，將所檢測的電壓與基準電壓進行比較，生成用於從具有比基準電壓更高 的電壓的電池(即過充電電池)釋放能量的第一驅動信號和第二驅動信號， 並且如果任何一個所檢測的電壓高於基準電壓，則對除過充電電池之外的電池充電，並向充電控制開關SWl SWn、第一重新分配開關CSW1、以及第 二重新分配開關CSW2提供所述第一和第二驅動信號。
這時，電壓檢測和驅動信號生成單元40向並聯地連接到過充電電池的 充電控制開關提供高狀態第一驅動信號，並向並聯地連接到除過充電電池之 外的電池的充電控制開關提供低狀態第一驅動信號。
此外，電壓檢測和驅動信號生成單元40在從過充電電池釋放能量並對 除過充電電池之外的電池充入該能量時交替地向第一和第二重新分配開關 CSW1和CSW2提供高狀態第二驅動信號和低狀態第二驅動信號
在這種情況下，電壓檢測和驅動信號生成單元40在只有少數電池在幾 乎所有充電控制開關被開啟或電池的電荷均衡幾乎完成的時候被充入電荷 時，交替地向第一和第二重新分配開關CSW1和CSW2提供給予窄佔空比 PWM的高狀態和低狀態第二驅動信號。這種情況的原因是從一開始就從N 個串聯電池釋放少量電荷，以便防止電流過量地流入當前正在充電的電池。
因此，開啟並聯地連接到過充電電池的充電控制開關，而關閉並聯地連 接到除過充電電池之外的電池的充電控制開關。此外，當從過充電電池釋放 能量，並對除過充電電池之外的電池充入該能量時，第一和第二重新分配開 關CSW1和CSW2被交替地開啟和關閉。
也就是說，當第一重新分配開關CSW1被開啟且第二重新分配開關 CSW1被關閉時，並聯地連接到過充電電池的充電控制開關被開啟以形成旁 路電路，以使電流不流過並聯地連接到過充電電池的變壓器的初級線圈，且 並聯地連接到除過充電電池之外的電池的充電控制開關被關閉，以便電流可 以流過並聯地連接到除過充電電池之外的電池的變壓器的初級線圈。
電壓檢測和驅動信號生成單元40同時向充電控制開關SWl SWn、第 一重新分配開關CSW1和第二重新分配開關CSW2提供第一驅動信號和第 二驅動信號，或者在向充電控制開關SWl SWn提供第一驅動信號之後向第一重新分配開關CSW1和第二重新分配開關CSW2提供第二驅動信號。 這時，具有不同狀態的第二驅動信號被提供給第一重新分配開關CSW1和第 二重新分配開關CSW2。
為此，如圖3所示，電壓檢測和驅動信號生成單元40包括傳感單元22、 微處理器24、以及開關驅動電路單元26。
傳感單元22連接到各個電池Bl Bn，並檢測電池Bl Bn的各自的電壓。
微處理器24將由傳感單元22檢測的電池Bl Bn的平均電壓設置為基 準電壓，並且當基準電壓與由傳感單元22所檢測的電壓之一之間存在等於 或大於預定值的差時，為了電池充電/放電設置充電控制開關SWl SWn和 重新分配開關CSW1禾口 CSW2的開/關時間。
開關驅動電路單元26響應於來自微處理器24的信號而生成第一驅動信 號和第二驅動信號，並將所生成的信號提供給充電控制開關SWl SWn和 重新分配開關CSW1和CSW2。
在根據本發明的實施方式的電荷均衡設備中，無論N個串聯電池Bl Bn的數目多少，小容量變壓器都被並聯地連接到各個串聯電池Bl Bn，因 此不僅可以保持優良的電荷均衡特性，而且還可以容易地製造變壓器的初級 和次級線圈。
此外，根據本發明的本實施方式的電荷均衡設備藉助於並聯地連接到變 壓器Tl Tn的初級線圈的充電控制開關SWl SWn，根據N個串聯電池 Bl Bn的各個充電狀態來控制充入電池的電荷流。
最後，根據本發明的本實施方式的電荷均衡設備可以通過當過電流在電 池的電荷均衡幾乎完成時或幾乎所有充電控制開關被開啟的時候流入少數 電池時控制被施加於重新分配開關CSW的第二驅動信號的PWM佔空比來 防止過電流流入當前正在充電的電池。下面描述根據本發明的本實施方式的使用電荷均衡設備來使串聯電池 電壓均衡的方法。
首先，電壓檢測和驅動信號生成單元40檢測N個串聯電池Bl Bn的 各個電壓。
這時，當從所述N個串聯電池Bl Bn中的一個或多個檢測到高於基準 電壓的一個或多個電壓時，電壓檢測和驅動信號生成單元40生成用於驅動 並聯地連接到過充電電池的充電控制開關以便從過充電電池釋放能量的第 一驅動信號，並將該第一驅動信號提供給充電控制開關。
例如，當除第一電池B1和第N電池Bn之外的電池被過量充電時，電 壓檢測和驅動信號生成單元40向並聯地連接到第一電池Bl和第N電池Bn 的充電控制開關SW1和SWn提供低狀態第一驅動信號，並向並聯地連接到 除第一電池Bl和第N電池Bn之外的電池的充電控制開關提供高狀態第一 驅動信號。
此外，電壓檢測和驅動信號生成單元40向第一重新分配開關CSW1提 供高狀態第二驅動信號，並向第二重新分配開關CSW2提供低狀態第二驅動 信號。
因此，如圖10所示，電流流過並聯地連接到第一電池Bl和第N電池 Bn的變壓器Tl和Tn的初級線圈，以便經由次級線圈和第一半導體開關元 件Dll Dnl將提供給初級線圈的能量提供給第一和第二電池B1和Bn。
因此，對第一電池B1和第N電池Bn充入從過充電電池提供的能量。
這時，電流不流過並聯地連接到除第一電池Bl和第N電池Bn之外的 電池的變壓器T2 Tn-l的初級線圈，因為旁路電路由充電控制開關形成。
因此，除第一電池B1和第N電池Bn之外的電池釋放電荷，並降低了 其內部電壓。
結果，如圖10所示，電流流過並聯地連接到第一電池Bl和第N電池Bn的變壓器T1和Tn的初級線圈，以便經由次級線圈和第一半導體開關元 件Dll Dnl將提供給初級線圈的能量提供給第一和第N電池Bl和Bn。 因此，對第一電池Bl和第N電池Bn充入從過充電電池提供的能量。 這時，存儲在並聯地連接到第一電池Bl和第N電池Bn的變壓器Tl 和Tn的初級線圈中的能量被傳送到第二次級線圈，且傳送到第二次級線圈 的磁能被轉換成電荷並隨後經由第二半導體開關元件D12和Dn2而存儲在 第一電池B1和第N電池Bn中。
重複上述處理直到使N個串聯電池Bl Bn的電壓均衡。為此，電壓檢 測和驅動信號生成單元40連續地檢測N個串聯電池Bl Bn的電壓，生成 第一驅動信號和第二驅動信號，並將該第一和第二驅動信號提供給充電控制 開關SWl SWn、第一重新分配開關CSW1，以及第二重新分配開關CSW2。
權利要求
1. 一種電荷均衡設備，該電荷均衡設備包括N個變壓器，並聯地分別連接到N個串聯電池，並且該N個變壓器被配置為存儲從所述N個電池中的過充電電池釋放的能量以及使用所存儲的能量對除所述過充電電池之外的電池進行充電；N個充電控制開關，每一個充電控制開關均連接在所述N個變壓器的每一個變壓器的兩端之間；重新分配開關，連接在第N個變壓器的初級線圈和第N個充電控制開關的公共節點與地線之間；N個第一半導體開關元件，串聯地連接到所述N個變壓器各自的次級線圈；以及電壓檢測和驅動信號生成單元，被配置為檢測所述N個串聯電池各自的電壓，並基於所檢測的電壓生成用於驅動所述充電控制開關和所述重新分配開關的第一驅動信號和第二驅動信號。
2. 根據權利要求1所述的電荷均衡設備，其中，所述N個變壓器中的 每一個變壓器的初級線圈與相對應的次級線圈的匝數比是N1: N2，該匝數 比對於所述N個變壓器是相同的。
3. 根據權利要求2所述的電荷均衡設備，該電荷均衡設備還包括N個電感器，每一個電感器均連接在所述N個第一半導體開關元件中的 每一個第一半導體開關元件與所述N個電池中的每一個電池的正極之間；以 及N個第二半導體開關元件，每一個第二半導體開關元件均連接在所述N 個電池中的每一個電池的負極與每個第一半導體開關元件和每個電感器的 公共節點之間。
4. 根據權利要求3所述的電荷均衡設備，其中，所述第一半導體開關 元件和所述第二半導體開關元件中的每個均是MOSFET、 BJT、繼電器以及 二極體中的任何一者。
5. 根據權利要求4所述的電荷均衡設備，其中，所述第一半導體開關 元件和所述第二半導體開關元件是二極體。
6. 根據權利要求5所述的電荷均衡設備，其中，所述充電控制開關和 所述重新分配開關中的每個均是MOSFET、 BJT以及繼電器中的任何一者。
7. 根據權利要求6所述的電荷均衡設備，其中，所述充電控制開關和 所述重新分配開關是N型MOSFET。
8. 根據權利要求7所述的電荷均衡設備，其中，所述電壓檢測和驅動 信號生成單元包括傳感單元，用於檢測所述N個電池的電壓；微處理器，用於基於由所述傳感單元檢測到的電壓來設置所述充電控制 開關和所述重新分配開關的開/關時間；以及開關驅動電路單元，用於響應於從所述微處理器輸入的信號而生成用於 驅動所述充電控制開關和所述重新分配開關的第一驅動信號和第二驅動信 號。
9. 根據權利要求8所述的電荷均衡設備，其中，所述變壓器被這樣配 置，即在所述初級線圈中的每一個初級線圈上形成的同名端和在所述次級線 圈中的每一個次級線圈上形成的同名端位於不同側。
10. 根據權利要求8所述的電荷均衡設備，其中，所述變壓器被這樣配 置，即在所述初級線圈中的每一個初級線圈上形成的同名端和在所述次級線 圈中的每一個次級線圈上形成的同名端位於相同側。
11. 一種電荷均衡設備，該電荷均衡設備包括N個變壓器，並聯地分別連接到N個串聯電池，並且該N個變壓器被 配置為每個變壓器均包括一個初級線圈和兩個次級線圈並使用從過充電電 池釋放的能量對除了所述過充電電池之外的電池進行充電；第一電荷存儲設備和第二電荷存儲設備，每個均並聯地連接到所述N個 串聯電池和所述N個變壓器；第一重新分配開關和第二重新分配開關，串聯地連接在所述第一電荷存 儲設備和所述第二電荷存儲設備與所述N個變壓器之間；充電控制開關，每個均連接到所述N個變壓器中的每一個變壓器的初級 線圈的兩端；N個第一半導體開關元件，每個均連接到所述N個變壓器中的每一個變 壓器的第一次級線圈以及所述N個電池中的每一個電池的正極；以及N個第二半導體開關元件，每個均連接到所述N個變壓器中的每一個變 壓器的第二次級線圈以及所述N個電池中的每一個電池的正極。
12. 根據權利要求11所述的電荷均衡設備，其中，所述第一半導體開 關元件和所述第二半導體開關元件中的每個均是MOSFET、 BJT、繼電器以 及二極體中的任何一者。
13. 根據權利要求12所述的電荷均衡設備，其中，所述第一半導體開 關元件和所述第二半導體開關元件是二極體。
14. 根據權利要求13所述的電荷均衡設備，其中，所述充電控制開關、 所述第一重新分配開關以及所述第二重新分配開關中的每個均是MOSFET、 BJT以及繼電器中的任何一者。
15. 根據權利要求14所述的電荷均衡設備，其中，所述充電控制開關、 所述第一重新分配開關以及所述第二重新分配開關是N型MOSFET。
16. 根據權利要求15所述的電荷均衡設備，其中，所述N個變壓器中 的每一個變壓器的初級線圈與相對應的次級線圈的匝數比是N1:N2，所述匝 數比對於第一次級線圈和第二次級線圈是相同的。
17. 根據權利要求16所述的電荷均衡設備，其中，所述初級線圈、所 述第一次級線圈以及所述第二次級線圈的極性彼此相同。
18. 根據權利要求17所述的電荷均衡設備，其中，所述第一次級線圈 的每一個與所述第二次級線圈的每一個的公共節點連接到每一個所述電池 的負極。
19. 根據權利要求18所述的電荷均衡設備，其中，所述電壓檢測和驅 動信號生成單元包括-傳感單元，用於檢測所述N個電池的電壓；微處理器，用於基於由所述傳感單元檢測到的電壓來設置所述充電控制 開關和所述重新分配開關的開/關時間；以及開關驅動電路單元，用於響應於從所述微處理器輸入的信號而生成用於 驅動所述充電控制開關和所述重新分配開關的第一驅動信號和第二驅動信 號。
20. 根據權利要求19所述的電荷均衡設備，其中，所述第一電荷存儲 設備和所述第二電荷存儲設備中的每個均是電容器和蓄電池中的任何一者。
21. 根據權利要求20所述的電荷均衡設備，其中，所述第一電荷存儲 設備和所述第二電荷存儲設備是電容器。
全文摘要
本發明涉及一種電荷均衡設備，該設備使得變壓器的初級和次級線圈能夠容易地製造，能夠根據串聯電池的充電狀態來控制充入電池的電荷流，並且能夠防止過電流流入當前正在充電的電池。
文檔編號H02J7/00GK101467328SQ200780022222
公開日2009年6月24日 申請日期2007年6月13日 優先權日2006年6月15日
發明者吳全根, 張洙曄, 文建又, 樸弘善, 李重輝, 金正恩 申請人:Sk能源株式會社;韓國科學技術院