電池均衡裝置和堆疊均衡裝置的製作方法

2024-01-23 19:54:15 4

專利名稱：電池均衡裝置和堆疊均衡裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型的實施例涉及電子電路裝置，更具體但是並非排它地涉及用於均衡電池單元的電池均衡裝置和堆疊均衡裝置。
背景技術：
近年來，越來越多的產品採用由電池單元串聯而成的電池組做為主要電源。由於每個電池單元在容量、充放電、內阻抗和溫度特性等方面的差異，會造成電池單元之間的不均衡。這種不均衡現象使得整個電池組的容量減小、壽命縮短或者內阻過大。因此，均衡裝置被採用以調節電池電量(電壓)，進而確保安全性和穩定性。2011年6月29日公開的實用新型專利《新型電池均衡電路及其調節方法》(公開號CN102111003A)公開了一種電池均衡裝置。相比於傳統技術中的有源均衡電路，該申請 提出的技術方案提高了能量轉移的效率。但是，該技術方案採用的裝置過於複雜，使得電池均衡裝置的成本居高不下。

實用新型內容考慮到現有技術中的一個或多個問題，本實用新型提供了一種電池均衡裝置，包括電池組，具有陽極和陰極，包括N個串聯的電池單元，其中每個電池單元均具有陽極和陰極，N是大於I的整數；電感，具有第一端和第二端；第一整流開關，耦接於所述電池組的陽極和所述電感的第一端之間；第二整流開關，耦接於所述電池組的陰極和所述電感的第一端之間；第三整流開關，耦接於所述電池組的陽極和所述電感的第二端之間；第四整流開關，耦接於所述電池組的陰極和所述電感的第二端之間；以及N+1個受控開關，其中每個電池單元的陽極和陰極均通過受控開關分別耦接至所述電感的兩端。根據本實用新型的一個實施例，所述電池組包括過電電池單元，其中，在第一時間段，耦接於所述過電電池單元陰極與陽極的受控開關導通，所述過電電池單元對所述電感充電，所述電感的電流增大；在第二時間段，耦接於所述過電電池單元陰極與陽極的受控開關關斷，所述電感通過相應整流開關對所述電池組充電，所述電感的電流減小。根據本實用新型的一個實施例，所述第一至第四整流開關是二極體。根據本實用新型的一個實施例，所述電池組包括欠電電池單元，其特徵在於，在第一時間段，所述電池組通過相應整流開關對所述電感充電，所述電感的電流增大；在第二時間段，相應整流開關關斷，耦接於所述欠電電池單元陰極與陽極的受控開關導通，所述電感對所述欠電電池單元充電，所述電感的電流減小。本實用新型還提供了一種電池均衡裝置，包括一種電池均衡裝置，所述電池均衡裝置包括電池組，包括N個串聯的電池單元，其中每個電池單元均具有陽極和陰極，N是大於I的整數；電感，具有第一端和第二端；第一整流開關，耦接於一電壓源的陽極和所述電感的第一端之間；第二整流開關，耦接於所述電壓源的陰極和所述電感的第一端之間;第三整流開關，耦接於所述電壓源的陽極和所述電感的第二端之間；第四整流開關，耦接於所述電壓源的陰極和所述電感的第二端之間；N+1個受控開關，其中每個電池單元的陽極和陰極均通過受控開關分別耦接至所述電感的兩端。根據本實用新型的一個實施例，所述電池組包括欠電電池單元，其特徵在於，在第一時間段，所述電壓源通過相應整流開關對所述電感充電，所述電感的電流增大；在第二時間段，相應整流開關關斷，耦接於所述欠電電池單元陰極與陽極的受控開關導通，所述電感對所述欠電電池單元充電，所述電感的電流減小。根據本實用新型的一個實施例，至少一個受控開關包括兩個串聯的相同類型的MOS器件。本實用新型還提供了一種堆疊均衡裝置，包括電池均衡裝置組，具有陽極和陰極，包括M個串聯的電池均衡裝置，其中每個電池均衡裝置均包括電池組且具有陽極和陰極，M 是大於I的整數；堆疊電感，具有第一端和第二端；第一堆疊整流開關，耦接於所述電池均衡裝置組的陽極和所述堆疊電感的第一端之間；第二堆疊整流開關，耦接於電池均衡裝置組的陰極和所述堆疊電感的第二端之間；第三堆疊整流開關，耦接於所述電池均衡裝置組的陽極和所述堆疊電感的第一端之間；第四堆疊整流開關，耦接於所述電池均衡裝置組的陰極和所述堆疊電感的第二端之間；M+1個堆疊受控開關，其中每個電池均衡裝置的陽極和陰極均通過堆疊受控開關分別耦接至所述堆疊電感的兩端。根據本實用新型的一個實施例，至少一個所述電池均衡裝置包括上述電池均衡裝置。根據本實用新型的一個實施例，其特徵在於，在第一時間段，所述電池均衡裝置對其電池組包含的電池單元進行均衡；在第二時間段，所述堆疊均衡裝置對電池組進行均衡；在第三時間段，所述電池均衡裝置對其電池組包含的電池單元進行均衡。

下面將參考附圖詳細說明本實用新型的具體實施方式
，其中相同的附圖標記表示相同的部件或特徵。圖I示出根據本實用新型一個實施例的電池均衡裝置100的電路原理圖；圖2示出根據本實用新型一個實施例的電池均衡裝置200的電路原理圖；圖3A 3C示出電池組的不同組成結構；圖4示出根據本實用新型一個實施例的電池均衡裝置400的電路原理圖；圖5A1D示出電池均衡裝置100中過電電池單元將能量轉移給電池組的工作原理圖；圖6示出根據本實用新型一個實施例的電池均衡裝置600的電路原理圖；圖7A 7D示出電池均衡裝置100中電池組將能量轉移給欠電電池單元的工作原理圖；圖8A 8B示出電池均衡裝置100中過電電池單元將能量轉移給欠電電池單元的工作原理圖；圖9示出根據本實用新型一個實施例的電池均衡裝置900的電路原理圖；圖IOA IOB示出電池均衡裝置900中電壓源將能量轉移給欠電電池單元的工作原理圖；[0025]圖IlAllC示出根據本實用新型一個實施例的電池均衡裝置1100、1101和1102的電路原理圖；圖12示出一根據本實用新型一個實施例的電池堆疊均衡裝置1200的電路原理圖；圖13示出根據本實用新型一個實施例的電池堆疊均衡裝置1300的電路原理圖。
具體實施方式
在下文所述的特定實施例代表本實用新型的示例性實施例，並且本質上僅為示例說明而非限制。在以下描述中，為了提供對本實用新型的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是這些特定細節對於本實用新型而言不是必需的。在其他實例中，為了避免混淆本實用新型，未具體描述公知的電路、材料或方法。在說明書中，提及「一個實施例」或者「實施例」意味著結合該實施例所描述的特定特徵、結構或者特性包括在本實用新型的至少一個實施例中。術語「在一個實施例中」在··說明書中各個位置出現並不全部涉及相同的實施例，也不是相互排除其他實施例或者可變實施例。本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的示圖都是為了說明的目的，並且示圖不一定是按比例繪製的。應當理解，當稱「元件」「連接到」或「耦接」到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件「直接連接到」或「直接耦接到」另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這裡使用的術語「和/或」包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。圖I示出根據本實用新型一個實施例的電池均衡裝置100的電路原理圖。電池均衡裝置100包括電池組101、整流開關Rf R4、電感L以及受控開關S^SN+1。電池組101包括串聯的電池單元C1 CN。電池組101具有陽極102和陰極103，以及多個相鄰電池單元連接形成的公共連接點104。電感L具有兩端，第一端P1和第二端P2。第一整流開關R1耦接於電池組101的陽極102和電感L的第一端P1之間。第二整流開關R2耦接於電池組101的陰極103和電感L的第一端P1之間。第三整流開關R3耦接於電池組101的陽極102和電感L的第二端P2之間。第四整流開關R4耦接於電池組101的陰極103和電感L的第二端P2之間。N+1個受控開關S廣SN+1用以將每個電池單元的陽極和陰極分別耦接至電感L的一端(第一端P1或者第二端P2)和另外一端(第二端P2或者第一端P1),包括稱接於電池組101的陽極102的受控開關S1，耦接於公共連接點104的受控開關S2 SN，以及耦接於電池組101的陰極103的受控開關SN+1。每個電池單元都具有陽極和陰極，在圖I所示的實施例中，電池單元C1的陽極同時也是電池組101的陽極102，電池單元Cn的陰極同時也是電池組101的陰極103。每個電池單元的陽極和陰極均通過受控開關分別耦接至電感L的兩端。例如，電池單元C1的陽極和陰極分別通過受控開關S1和S2耦接至電感L的第二端P2和第一端P1,電池單元C2的陽極與陰極分別通過受控開關S2和S3耦接至電感L的第一端P1和第二端P2。電池組101可以由兩個電池單元Cl和C2組成，如圖2所示的電池均衡裝置200，也可以由3個、4個、數百個或者更多的電池單元組成，即N是大於I的整數，可以取2、3、4或者更大的整數。在一個實施例中，每個電池單元可以由一節電池組成。在另外一個實施例中，如圖3A所示，每個電池單元也可以由數節電池並聯組成，例如每個電池單元可以由2節、3節或者更多的電池並聯而成。在上述實施例中，每個電池單元並聯的電池可以相等(比如都是2節或者更多)，也可以不等(包括設計上的並聯數量不等，或者因其中一個電池損壞、連接不當等造成的並聯數量實質不等)。例如電池單元C1可以是兩節電池並聯，電池單元C2可以是三節電池並聯或者更多。當然，由於並聯電池的節數不一致，會導致充電或者放電的差異。在一個實施例中，這些差異可以通過本申請公開的均衡裝置進行均衡。在一個實施例中，如圖3B所示，為減少開關數量，每個電池單元可以由數量相等的電池串聯而成，每個電池單元可以包括兩節、三節或者更多的電池串聯。在一個特別的實施例中，如圖3C所示，每個電池單元可以由多個電池串聯後並聯而成，每個電池單元的電池串聯節數應當一致，而電池並聯的節數可以相等也可以不等。在一個實施例中，電池均衡裝置的陰極被耦接至地電位。在其他的實施例中，電池均衡裝置的陰極還可以耦接至正電源或者負電源，形成如4所示的電池均衡裝置400。圖400所示的電源VF可以由電池單元或者電池組提供，也可以由開關變換器或者線性穩壓器 等提供。在以下敘述中，將需要減少能量(電量或者容量)的電池單元稱為過電電池單元，造成電池單元過電的原因包括電池容量過高、過充電、少放電等原因。將需要增加能量的電池單元稱為欠電電池單元,造成欠電電池單元的原因包括電池容量過低、充電少、放電多等原因。對電池單元進行均衡的方法有多種，包括將過電電池單元的能量轉移給電池組，將電池組的能量轉移給欠電電池單元，或者將過電電池單元的能量轉移給欠電電池單元。根據本申請的一個實施例，過電電池單元通過電感L對電池組101充電，將能量轉移給電池組101。假定電池單元C1為過電電池單元，C1的能量將被轉移至電池組101。圖5A和5B示出了過電電池單元C1將能量轉移給電池組101的過程。如圖5A所示，在第一時間段，耦接於過電電池單元C1陰極與陽極的受控開關S2和S1導通，過電電池單元C1對電感L充電，電感電流L增大。如圖5B所示，在第二時間段，受控開關S2和S1關斷，整流開關R1和R4導通，電感電流込對電池組101充電，電感電流込減小。由於電感電流込不能突變，為此應當選擇整流開關R1和R4組成的通路對電池組充電，而不選擇整流開關R2和R3組成的通路。電感電流込上升的速率和電池單元C1的電壓有關(成正比)，電感電流込減小的速率和整個電池組101的電壓有關。由於電池組101的電壓高於電池單元C1的電壓，電感電流込減小的速率高於上升的速率，電感電流込容易變為負值。為此，在一些應用中，當電感電流下降至零，通過關斷(斷開)整流開關R1和R4防止電感電流變負。即，還包括第三時間段，在該第三時間段中，整流開關R1 R4斷開，電感電流L保持為零。需要指出的是，由於電路精度的限制，零是一個近似值，一般在正負數百毫安之間。假定電池單元C2為過電電池單元，電池單元C2的能量將被轉移至電池組101。圖5C和5D示出了過電電池單元C2將能量轉移給電池組101的過程。如圖5C所示，在第一時間段，耦接於過電電池單元C2陰極與陽極的受控開關&和S2導通，過電電池單元C2對電感L充電，電感電流L增大。如圖所示，在第二時間段，受控開關S3和S2關斷，整流開關R2和R3導通，電感電流込對電池組101充電，電感電流込減小。由於電感電流込不能突變，為此應當選擇整流開關R3和R2組成的通路對電池組充電，而不選擇整流開關R4和R1組成的通路。同樣，在一些應用中，當電感電流込下降為零以後，通過關斷整流開關R2和R3防止電感電流L變負。即，還包括第三時間段，在該第三時間段中，整流開關R^R4斷開，電感電流L為零。同樣，可以採用上述方法或者步驟轉移其他過電池單元的能量至電池組101。需要注意的是，本文所述的受控開關和整流開關是為了表述的方便，根據其連接位置和\或功能作用和\或表現形式而作的劃分，並不代表這些開關之間存在物理上的差另IJ。在這裡「整流」和「受控」是名稱上的區分，並不代表其功能上必須具有某些功能或者必 須不具有某些功能，也不代表其一定受外力控制或者一定不受外力控制。例如，整流開關不能理解為必須具有或者只能具有整流功能，在一些實施例中整流開關也是受控的開關。受控開關也並非一定或者只能受控，可以使用某些可以自我控制的器件，也可以使用某些具有整流功能的器件(比如二極體)實現。在一些實施例中，採用二極體後受控開關可以根據電流的變化實現自動的開關，從而無需外力控制(例如通過控制MOS器件的柵極控制開關)。在一個實施例中，整流開關R^R4是二極體，比如肖特基二極體，如圖6所示。圖6示出根據本實用新型一個實施例的電池均衡裝置600的電路原理圖，其中用二極體D廣D4分別實現整流開關R^R4。二極體D1和D3的陰極耦接至電池組101的陽極102，二極體D2和D4的陽極耦接至電池組101的陰極103。用二極體實現整流開關後，對於圖5B所示的能量轉移過程，在第二時間段，受控開關S2和S1關斷後，由於電感電流込不能突變，電流込將會自動選擇二極體D1和D4 (對應R1和R 4)組成的通路對電池組101充電。同樣，當電感電流Il下降至零，二極體Dp D4可以自動關斷。根據本申請的一個實施例，電池組101通過電感L對欠電電池單元充電，將能量轉移給欠電電池單元。假定電池單元C1為欠電電池單元，電池組101的能量將被轉移至電池單元Cf圖7A和7B示出電池組101將能量轉移給欠電電池單元C1的工作原理圖。如圖7A所示，在第一時間段，整流開關R1和R4導通，電池組101對電感L充電，電感電流込增大。如圖7B所示，在第二時間段，整流開關R1和R4關斷，耦接於欠電電池單元C1陰極與陽極的受控開關SjP S1導通，電感電流込對欠電電池單元C1充電，電感電流込減小。由於電感電流L不能突變，為此應當選擇整流開關R1和R4組成的通路對電感L充電，而不選擇整流開關R2和R3組成的通路。在一些應用中，當電感電流Ilj下降至零，通過關斷整流開關R1和R4防止電感電流V變負。即，還包括第三時間段，在該第三時間段中，整流開關R1'斷開，電感電流L為零。假定電池單元C2為欠電電池單元，電池組的能量將被轉移至C2。圖7C和7D示出了電池組101將能量轉移給欠電電池單元C2的過程。如圖7C所示，在第一時間段，整流開關民和R3導通，電池組101對電感L充電，電感電流込增大。如圖7D所示，在第二時間段，整流開關R2和R3關斷，耦接於過電電池單元C2陰極與陽極的受控開關S3和S2導通，電感電流L對過電電池單元C2充電，電感電流L減小。由於電感電流L不能突變，為此應當選擇整流開關R2和R3組成的通路對電感L充電，而不選擇整流開關R1和R4組成的通路。同樣，在一些應用中，當電感電流込下降至零，通過關斷整流開關R2和R3防止電感電流V變負。即，還包括第三時間段，在該第三時間段中，整流開關R1'斷開，電感電流h為零。可以採用上述步驟轉移電池組101的能量至其他欠電電池單元。在實際應用中，電池組101可能同時包含過電電池單元和欠電電池單元，為此，根據本申請的一個實施例，過電電池單元通過電感L對欠電電池單元充電，將能量轉移給欠電電池單元。電池單元之間的能量轉換更為直接和迅捷，也提高了轉換效率。假定電池單元仏為過電電池單元，C2為欠電電池單元，C1的能量將被轉移至電池單元C2。如圖8A所示，在第一時間段，耦接於過電電池單元C1陰極與陽極的受控開關S2和S1導通，過電電池單元C1對電感L充電，電感電流L增大。如圖SB所示，在第二時間段，受控開關S1關斷，耦接於欠電電池單元C2陰極與陽極的受控開關S3和S2導通，電感L對欠電電池單元C2充電，電感電流込減小。電池組101可能包含多個過電電池單元和多個欠電電池單元，但並非任意欠電電·池單元和過電電池單元都可以相互組合充電。因此，在一個實施例中還包括，還包括一優化單元，選擇合適的過電電池單元和欠電電池單元使之進行能量轉換。被選擇的過電電池單元和欠電電池單元具有如下特點耦接至過電電池單元陽極的受控開關與耦接至欠電電池單元陰極的受控開關耦接至電感的一端(例如第二端P2),耦接至過電電池單元陰極的受控開關與耦接至欠電電池單元陽極的受控開關耦接至電感的另一端(例如第一端P1X在一個實施例中，耦接至電感的一端的受控開關可以是同一個受控開關，例如對於圖8A和SB所示的實施例，耦接至過電電池單元C1陽極的受控開關S1與耦接至欠電電池單元C2陰極的受控開關S3耦接至電感的第二端P2，耦接至過電電池單元陰極和欠電電池單元陽極的受控開關S2耦接至電感的另一端，即第一端P」圖9示出根據本實用新型一個實施例的電池均衡裝置900的電路原理圖，電池均衡裝置900耦接至電壓源VI，其中電壓源Vl具有陽極和陰極。電池均衡裝置900包括電池組101、整流開關Rf R4、電感L以及受控開關S^SN+1。電池組101包括串聯的電池單元C1 CN。電池組101具有陽極102和陰極103，以及多個相鄰電池單元連接形成的公共連接點104。電感L具有第一端P1和第二端P2。第一整流開關R1耦接於電壓源Vl的陽極905和電感L的第一端P1之間。第二整流開關R2耦接於電壓源Vl的陰極906和電感L的第一端P1之間。第三整流開關R3耦接於電電壓源Vl的陽極905和電感L的第二端P2之間。第四整流開關R4耦接於電壓源Vl的陰極906和電感L的第二端P2之間。N+1個受控開關S廣SN+1用以將每個電池單元的陽極和陰極分別耦接至電感的一端(第一端P1或者第二端P2)和另外一端(第二端P2或者第一端P1 )，包括耦接於電池組101的陽極102的受控開關S1，耦接於公共連接點104的受控開關S2 SN，以及耦接於電池組101的陰極103的受控開關SN+1。[0051 ] 電壓源Vl可以由電池或者電池組提供，也可以由開關變換器或者線性穩壓器等提供。在一個實施例中，還可以將開關變換器和電池均衡裝置900的部分器件(例如受控開關和整流開關)集成到同一個晶圓中。在一些應用中，只在充電階段對電池單元進行均衡。優化的均衡方式就是對整個電池組充電後,分別將每個電池都補充充電到滿電狀態,即對電池單元進行補充充電。圖9所示的系統900，可以首先對電池組101充電，而後對每個電池單元進行補充充電。[0054]電壓源Vl可以不經過電感L對電池組101或者其中一個或者幾個電池單元充電。例如，當受控開關S1和SN+1、整流開關R2和R3導通時，電壓源Vl對電池組101充電；當受控開關S1和S2、整流開關R2和R3導通時，電壓源Vl對電池單元C1充電。在優化的實施例中，電壓源Vl具有限流功能或者裝置900通過限流電路耦接至電壓源VI，以保護直接充電時電池單元或者電池組不被損壞。電壓源Vl可以通過電感L對電池單元充電。假定電池單元C1為欠電電池單元，電壓源Vl的能量將被轉移至電池單元Cf圖IOAlOB示出電池均衡裝置900中電壓源Vl將能量轉移給欠電電池單元C1的工作原理圖。如圖IOA所示，在第一時間段，整流開關札和R4導通，電壓源Vl對電感L充電，電感電流L增大。如圖IOB所示，在第二時間段，整流開關R1和R4關斷，耦接於過電電池單元C1陰極與陽極的受控開關S2和S1導通，電感L對過電電池單元C1充電，電感電流Ilj減小。由於電感電流Ilj不能突變，為此應當選擇整流開關R1和R4組成的通路對電感L充電，而不選擇整流開關R2和R3組成的通路。在一些應用中，當電感電流Ilj下降至零，通過關斷整流開關R1和R4防止電感電流^變負。即，在第三時間段，整流開關R^R4斷開，電感電流込為零。 通常，MOS (金屬氧化物半導體)器件是實現開關的最佳選擇。MOS器件可以分為P型MOS器件和N型MOS器件，受控開關和整流開關既可以使用P型MOS也可以使用N型MOS0特別地，在一個實施例中，如圖IlA所示的電池均衡裝置1100，可以使用P型MOS器件MP1實現受控開關S1,使用N型MOS器件MN1實現受控開關SN+1。電池組陽極是相對較高電位，P型MOS的柵極控制電壓一般低於或者等於電池組陽極電位；電池陰極是相對較低電位，N型MOS的柵極控制電壓一般高於或者等於電池組陰極電位，這樣可以簡化柵極控制。同時，P型MOS耦接至電位相對較高的電池組陽極，N型MOS耦接至電位相對較低的電池組陰極，避免使用襯底選擇裝置選擇相對較低電位，簡化了襯底控制。在一個實施例中，至少一個受控開關包括兩個串聯的P型MOS器件MP2和MP3J圖IlB所示。串聯的P型MOS器件的襯底耦接於兩個P型MOS的公共端。在其他的實施例中，可以用上述串聯的P型MOS器件實現受控開關Sf SN。在一個實施例中，至少一個受控開關包括兩個串聯的N型MOS器件MN2和MN3,如圖IlC所示。串聯的N型MOS器件的襯底分別耦接於與兩個N型MOS的公共端相對的另外一端。在其他的實施例中，可以用上述串聯的N型MOS器件實現受控開關SfSN。在電池組101充放電或者電池單元充放電過程中，電感L兩端的電壓會發生變化，導致受控開關SfSN耦接至電感L 一端的電壓時而高於、時而低於耦接至公共連接點104—端的電壓。而PMOS的襯底應該耦接至相對高電位，NMOS的襯底應該耦接至相對低電位，否則將穿通漏電。上述兩種相同類型MOS器件串聯實現開關的方式，使得串聯P型和N型MOS中一個MOS的襯底保持截止，避免穿通，進而避免使用襯底選擇電路(根據電位選擇襯底的連接方式)。同樣可以採用圖11A 1 IC所示的PMOS或者NMOS實現圖9所示的實施例900的受控開關S^SN+1。一些應用中，可能需要數百個電池單元。通過電池單元之間或者電池單元和電池組之間進行能量轉換會導致能量轉移速率低下。解決的方式之一是將這些數百個電池單元劃分為若干電池組(相應地這些數百個電池單元組成的電池組稱為堆疊電池組)，或者說將若干電池組堆疊成數百個電池單元組成的堆疊電池組。使用堆疊均衡裝置對電池組進行均衡(包括堆疊電池組和電池組之間的能量轉移以及電池組之間的能量轉移)，使用電池均衡裝置對電池單元進行均衡(包括電池組和電池單元之間的能量轉移以及電池單元之間的能量轉移)。圖12示出根據本實用新型一個實施例的堆疊均衡裝置1200的電路原理圖。堆疊均衡裝置1200包括電池均衡裝置組1101、堆疊整流開關SR廣SR4、堆疊電感SL以及堆疊受控開關SS廣SSM+1。電池均衡裝置組1101包括多個串聯的電池均衡裝置PAC1 PACm。電池均衡裝置組1101具有陽極1102和陰極1103，以及相鄰電池均衡裝置連接形成的堆疊公共連接點1104。堆疊電感SL具有兩端，第一端SP1和第二端SP2。第一堆疊整流開關SR1-接於電池均衡裝置組1101的陽極1102和堆疊電感SL的第一端SP1之間。第二堆疊整流開關SR2-接於電池均衡裝置組1101的陰極1103和堆疊電感SL的第一端SP1之間。第三堆疊整流開關SR3-接於電池均衡裝置組1101的陽極1102和堆疊電感SL的第二端SP2之間。第四堆疊整流開關SR4-接於電池均衡裝置組1101的陰極1103和堆疊電感SL的第二端SP2之間。M+1個堆疊受控開關SS1 35 +1用以分別將每個電池均衡裝置的陽極和陰極(即其包含的電池組的陽極和陰極)耦接至堆疊電感SL的一端(第一端SP1或者第二端SP2) 疊受控開關S1，耦接於堆疊公共連接點1104的堆疊受控開關SSfSSM，以及耦接於電池均衡裝置組1101的陰極1103的堆疊受控開關SSM+1。與圖I所示的電池均衡裝置100相比，其區別在於堆疊均衡裝置1200使用電池均衡裝置組1101代替電池組101。因此，前述各種關於電池均衡裝置100的工作原理、改進和變形同樣適用於圖12所示的堆疊均衡裝置1200。每個電池均衡裝置均包含一個電池組。在以下敘述中，將需要減少能量(電量或者容量)的電池組稱為過電電池組，包含該電池組的電池均衡裝置稱為過電電池均衡裝置；將需要增加能量的電池組稱為欠電電池組，包含該電池組的電池均衡裝置稱為欠電電池均衡
>J-U ρ α裝直。對電池組進行均衡的方法有多種，包括將過電電池組的能量轉移給堆疊電池組，將堆疊電池組的能量轉移給欠電電池組，或者將過電電池組的能量轉移給欠電電池組。其工作原理可以參考前文的電池組和電池單元之間以及電池單元之間的能量轉移。電池均衡裝置PAC廣PACm可以是現有的各種均衡裝置，也可以是背景技術所示的的均衡裝置，還可以是本申請所列舉的各種均衡裝置。在一個實施例中，一個、多個或者全部電池均衡裝置包括圖flic所示的實施例或者由上述圖flic所示的實施例實現。由於堆疊均衡裝置包含多個均衡裝置，每個均衡裝置都可獨立地對其包含的電池單元進行均衡，這種均衡可以同時進行，也可以不同時進行。例如，在PAC2對其包含的電池單元進行均衡的同時，PAC1也正對其包含的電池單元進行均衡。堆疊均衡裝置對電池單元的均衡，可以首先由電池均衡裝置對電池單元進行均衡，而後堆疊均衡裝置對電池組進行均衡；也可以首先由堆疊均衡裝置對電池組進行均衡，其次電池均衡裝置對電池單元進行均衡。特別地，在一個實施例中，在第一時間段電池均衡裝置對電池單元進行均衡，在第二時間段堆疊均衡裝置對電池組進行均衡，在第三時間段電池均衡裝置對電池單元進行再次均衡。在一個特別的實施例中，如圖13所示的堆疊均衡裝置1300包括電池均衡裝置組、堆疊電感SL、堆疊二極體SDf SD4以及堆疊受控開關SMl SM4。電池均衡裝置組包括串聯的電池均衡裝置組PAC^ PAC3。堆疊電感SL具有第一端SPl和第二端SP2。第一堆疊二極體SDl耦接於電池均衡裝置組陽極和堆疊電感SL第一端SPl之間，第二堆疊二極體SD2耦接於電池均衡裝置組陰極和堆疊電感SL第一端SPl之間，第三堆疊二極體SD3耦接於電池均衡裝置組陽極和堆疊電感SL第二端SP2之間，第四堆疊二極體SD4耦接於電池均衡裝置組陰極和堆疊電感SL第二端SP2之間。堆疊受控開關SMl SM4用以分別將每個電池均衡裝置的陽極和陰極(即其包含的電池組的陽極和陰極)耦接至堆疊電感SL的一端(第一端SPl或第二端SP2)和另一端(第二端SP2或第一端SPl )。電池均衡裝置PAC1包括電池組131、電感LI、整流二極體Dlf D14以及受控開關M11115。電池組131包括串聯的電池單元Clf C14。電感LI包括第一端P3和第二端P4。二極體Dll耦接於電池組131的陽極和電感LI的第一端P3，二極體D14耦接於電池組131的陰極和電感LI的第一端P3之間，二極體D12耦接於電池組131的陽極和電感LI的第二端P4之間，二極體D13耦接於電池組131的陰極和電感LI的第二端P4之間。受控開關M11115用以將電池單元ClfC14的陽極和陰極分別耦接至電感LI的一端(第一端P3或 第二端P4)和另一端(第二端P4或第一端P3)。電池均衡裝置PAC2和PAC3具有與電池均衡裝置PAC1基本相同的結構，在此不再贅述。儘管本實用新型已經結合其具體示例性實施方式進行了描述，很顯然的是，多種備選、修改和變形對於本領域技術人員是顯而易見的。由此，在此闡明的本實用新型的示例性實施方式是示意性的而並非限制性。可以在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下作出修改。在本公開內容中所使用的量詞「一個」、「一種」等不排除複數。文中的「第一」、「第二」等僅表示在實施例的描述中出現的先後順序，以便於區分類似部件。「第一」、「第二」在權利要求書中的出現僅為了便於對權利要求的快速理解而不是為了對其進行限制。權利要求書中的任何附圖標記都不應解釋為對範圍的限制。
權利要求1.一種電池均衡裝置，其特徵在於，包括 電池組，具有陽極和陰極，包括N個串聯的電池單元，其中每個電池單元均具有陽極和陰極，N是大於I的整數； 電感，具有第一端和第二端； 第一整流開關，耦接於所述電池組的陽極和所述電感的第一端之間； 第二整流開關，耦接於所述電池組的陰極和所述電感的第一端之間； 第三整流開關，耦接於所述電池組的陽極和所述電感的第二端之間； 第四整流開關，耦接於所述電池組的陰極和所述電感的第二端之間；以及N+1個受控開關，其中每個電池單元的陽極和陰極均通過受控開關分別耦接至所述電感的兩端。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述電池組包括過電電池單元，其中 在第一時間段，耦接於所述過電電池單元陰極與陽極的受控開關導通，所述過電電池單元對所述電感充電，所述電感的電流增大； 在第二時間段，耦接於所述過電電池單元陰極與陽極的受控開關關斷，所述電感通過相應整流開關對所述電池組充電，所述電感的電流減小。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述第一至第四整流開關是二極體。
4.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述電池組包括欠電電池單元，其中 在第一時間段，所述電池組通過相應整流開關對所述電感充電，所述電感的電流增大； 在第二時間段，相應整流開關關斷，耦接於所述欠電電池單元陰極與陽極的受控開關導通，所述電感對所述欠電電池單元充電，所述電感的電流減小。
5.一種電池均衡裝置，其特徵在於，所述電池均衡裝置包括 電池組，包括N個串聯的電池單元，其中每個電池單元均具有陽極和陰極，N是大於I的整數； 電感，具有第一端和第二端； 第一整流開關，耦接於一電壓源的陽極和所述電感的第一端之間； 第二整流開關，耦接於所述電壓源的陰極和所述電感的第一端之間； 第三整流開關，耦接於所述電壓源的陽極和所述電感的第二端之間； 第四整流開關，耦接於所述電壓源的陰極和所述電感的第二端之間； N+1個受控開關，其中每個電池單元的陽極和陰極均通過受控開關分別耦接至所述電感的兩端。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所述電池組包括欠電電池單元，其中 在第一時間段，所述電壓源通過相應整流開關對所述電感充電，所述電感的電流增大； 在第二時間段，相應整流開關關斷，耦接於所述欠電電池單元陰極與陽極的受控開關導通，所述電感對所述欠電電池單元充電，所述電感的電流減小。
7.根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於，至少一個受控開關包括兩個串聯的相同類型的MOS器件。
8.—種堆疊均衡裝置，其特徵在於，包括電池均衡裝置組，具有陽極和陰極，包括M個串聯的電池均衡裝置，其中每個電池均衡裝置均包括電池組且具有陽極和陰極，M是大於I的整數； 堆疊電感，具有第一端和第二端； 第一堆疊整流開關，耦接於所述電池均衡裝置組的陽極和所述堆疊電感的第一端之間； 第二堆疊整流開關，耦接於電池均衡裝置組的陰極和所述堆疊電感的第二端之間； 第三堆疊整流開關，耦接於所述電池均衡裝置組的陽極和所述堆疊電感的第一端之間； 第四堆疊整流開關，耦接於所述電池均衡裝置組的陰極和所述堆疊電感的第二端之間； M+1個堆疊受控開關，其中每個電池均衡裝置的陽極和陰極均通過堆疊受控開關分別耦接至所述堆疊電感的兩端。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，至少一個所述電池均衡裝置包括權利要求廣7中任意一項所述的電池均衡裝置。
10.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於 在第一時間段，所述電池均衡裝置對其電池組包含的電池單元進行均衡； 在第二時間段，所述堆疊均衡裝置對電池組進行均衡； 在第三時間段，所述電池均衡裝置對其電池組包含的電池單元進行均衡。
專利摘要公開了一種電池均衡裝置和堆疊均衡裝置。根據本實用新型一個實施例的電池均衡裝置，包括電池組，具有陽極和陰極，包括N個串聯的電池單元，其中每個電池單元均具有陽極和陰極，N是大於1的整數；電感，具有第一端和第二端；第一整流開關，耦接於所述電池組的陽極和所述電感的第一端之間；第二整流開關，耦接於所述電池組的陰極和所述電感的第一端之間；第三整流開關，耦接於所述電池組的陽極和所述電感的第二端之間；第四整流開關，耦接於所述電池組的陰極和所述電感的第二端之間；以及N+1個受控開關，其中每個電池單元的陽極和陰極均通過受控開關分別耦接至所述電感的兩端。
文檔編號H02J7/00GK202695664SQ20122025762
公開日2013年1月23日 申請日期2012年6月4日 優先權日2012年6月4日
發明者李楨 申請人:成都芯源系統有限公司