[发明专利]自动电池均衡电路

说明书

本发明涉及电池均衡技术，特别涉及采用谐振电路的电池均衡装置。

电池一般被串联以获得相对较大的总电压来驱动负载。由于采用可充电电池是比较理想的，因此已经开发出同时对串联的所有电池充电的电池充电器。

必须注意对串联的每个电池进行完全地充电，而能不使其中一个电池比其他电池处于更高的充电状态。如果在串联中一个电池上相对较低的电荷与其他电池之间存在差别，则串联电池的总有效容量被减小到具有低充电状态的电池的容量。

人们已经开发出电池均衡电路来保证在串联中的所有电池基本上保持相同的充电状态。授予Brainard的美国专利第5,479,083示出一种常规的电池均衡电路10。该电路在图1中示出。

Brainard的专利示出串联连接的电池对B1、B2，其可以通过充电电路12进行充电。均衡电路包括跨接串联连接电池的一对串联连接的晶体管Q1、Q2。电感器L连接于这对晶体管Q1、Q2与电池B1、B2之间。振荡器14产生到晶体管Q1、Q2的门驱动信号，使得它们在相同的时间段内被交替偏置导通和截止。该电感器作为非消耗型分流器，其被交替切换来与每个电池相并联，使得在一个电池上的过度电荷被传送到另一个电池。

但是，在Brainard的均衡电路10中的元件公差将影响在电池之间获得的均衡度。确实，影响振荡器14的工作周期和由晶体管Q1、Q2对电池给出的合成工作周期的公差将明显地影响均衡的质量。因此，为了获得满意的均衡，必须获得对每个电池的测量，并且反馈回振荡器以按照需要改变工作周期(参见Brainard专利的图3)。

授予Pascual的美国专利第5,710,504号公开一种电池均衡电路，其不需要来自每个电池的反馈机构以获得适当的均衡。但是，Pascual专利的电路需要在该电路中的所有开关器件相互同步，而不管有多少电池串联结合。

当串联电池的数目相对较大并且导致从最高电池到最低电池的高端电压时，Pascual电路的布局可能导致不理想的故障状态。

转到Pascual‘504专利的图1，其中示出多个串联的电池，并且所有开关通过控制线路18和控制单元12相同步。假设从最高电池到最低电池的总电压足够大(例如，600伏)，通过均衡电路的布线，实际电路必须被设计为能经受从最高电池端到最低电池端的故障。通常，串联电池必须传送许多安培(接近1000安培或更多)，这使得难以设计出经受故障并且不损坏任何电池的电路。

相应地，在本领域中需要一种新的电池均衡电路，其能够自动工作(即，不需要与其他服务于串联电池的均衡电路同步)，并且不需要闭环补偿电路来获得满意的均衡。

本发明的电池均衡电路至少均衡第一和第二串联电池之间的充电。每个电池具有正端和负端，其中第二电池的正端在一公共节点连接到第一电池的负端。开关电路可以(i)在正节点连接到第一电池的正端，以及(ii)在负节点连接到第二电池的负端；以及谐振电路可连接在开关电路和电池的公共节点之间，其中开关电路适合于交替地使该谐振电路与第一和第二电池相并联，使得直流成分通过谐振电路作为第一和第二电池之间电荷不平衡的函数在它们之间流动。

该谐振电路优选为串联的谐振电路，包括与谐振电容器相串联的谐振电感器。直流旁路电路跨接谐振电容器，使得直流成分能够流过并且流到第一和第二电池中的一个。直流旁路电路优选地包括旁路电感器，该旁路电感器所具有的电感明显大于谐振电感器的电感。

该开关电路优选地包括从正节点到负节点以半桥式结构连接的第一和第二开关晶体管，并且确定它们之间的一个输出节点。晶体管驱动电路被提供并且适合于分别产生用于使第一和第二开关晶体管导通和截止的第一和第二偏压信号。该晶体管驱动电路连接到谐振电感器，使得第一和第二偏压信号是跨过该谐振电感器的电压的一个函数。

绕在谐振电感器的公共铁芯上的第一和第二绕组优选地包含在开关电路中，该第一和第二绕组相反地缠绕，并且分别连接到第一和第二开关晶体管的偏置端。跨过谐振电感器的电压感应成比例的偏压，用于在正反馈结构中将第一和第二开关晶体管偏置导通和截止。

可以提供第一和第二旁路电容器，第一旁路电容器从正节点连接到公共节点，并且第二旁路电容器从公共节点连接到负节点。还可以提供第一和第二旁路二极管，第一二极管的正极从谐振电路的中间节点连接到正节点，并且第二二极管的负极从谐振电路的中间节点连接到负节点。

从本文结合附图的讨论，对于本领域内的专业人员来说本发明的其他目的、特点和优点将变得更加清楚。