[发明专利]均衡充电设备

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种电池均衡充电(charge equalization)设备，并且尤 其涉及一种能够使得变压器的初级线圈和次级线圈被容易地制造的均衡充 电设备，该均衡充电设备能够根据串联的电池的充电状态来控制进入电池的 电荷流，并且能够防止过电流流入当前正在充电的电池。

背景技术

很多系统使用被实施为电池组或电池阵列的电池，所述电池组或电池阵 列为包括相互串联连接的多个电池单元的电池组或电池阵列。

当所述电池单元被充电至远高于或远低于额定充电范围内的电压时，可 能会发生危险。

进一步地，电池单元充电状态中的不平衡是由各种因素造成的，并且会 在电池生产期间或者对电池进行充电或放电时出现。具体地，就锂离子电池 而言，在公司内会对电池单元的生成进行严格的控制，以使电池阵列的单元 (cell)之间的容量差异最小化。然而，无论电池单元(该电池单元会在其 被初始生产之后，保持平衡和均等)的状态如何，都由可能由于各种因素而 出现电池单元之间的不平衡或不均等。

造成电池单元的不平衡的因素可以包括：例如，各个电池单元的化学反 应、阻抗和自放电速率、电池单元容量的减小、电池单元工作温度的差异、 以及电池单元之间的其它类型的差异。

电池单元的温度不一致是导致电池单元不平衡的重要因素。例如，电池 单元中存在“自放电”，该“自放电”与电池温度有关。高温度电池比低温 度电池通常具有更高的自放电速率。因此，随着时间的推移，与低温度电池 相比，高温度电池会展现出更低的充电状态。

电池的充电状态中的不平衡是一个非常严重的问题。例如，该问题通常 出现于电动汽车中，并且电池提供能量的能力会受到的处于最低充电状态的 电池单元的限制。

如果该电池单元的能量耗尽，则其它电池单元将不能继续供电。即使其 它电池单元仍具有供电能力，其它电池单元也将不能继续供电。因此，电池 单元的充电状态中的不平衡会降低电池的供电能力。

当然，以上描述并非意味着，当一个或者多个电池单元的能量耗尽时， 由其余电池进行供电是完全不可能的。然而，它意味着，仅在串联的情况下， 即使一个或者多个电池单元的能量完全耗尽，只要其余的电池单元中存在电 荷，则电池就可以继续使用。但是在这种情况下，会在已经完全放电的电池 单元中生成极性相反的电压，并且从而导致该电池单元会由于过热、或由于 生成气体而具有爆炸的危险，因而电池会失去供电能力。

现已提出了对电池单元的充电状态中的不平衡进行校正的各种方法，而 图1中示出了其中一种方法。

图1是显示了常规的集中式均衡充电设备的示意图。

参考图1，常规的集中式均衡充电设备包括变压器T、N个半导体开关 装置D1～Dn、控制开关SW、以及电压检测和驱动信号生成单元10。

所述变压器T被构建为包括单个初级线圈和N个次级线圈，N个次级 线圈缠绕在单个公共铁心上，并且初级线圈与次级线圈具有不同的极性。换 句话说，初级线圈上形成的同名端(dot)与次级线圈上形成的同名端(dot) 位于不同侧。变压器T的次级线圈具有相同的匝数，且初级线圈与次级线圈 的匝数比为N1∶N2。

半导体开关装置D1～Dn连接在次级线圈的第一端与电池B1～Bn的正 极(+)之间，并被配置为将从次级线圈提供给电池B1～Bn的能量整流。

控制开关SW与初级线圈串联，并被配置为响应于由电压检测和驱动信 号生成单元10提供的驱动信号而形成闭合电路。

电压检测和驱动信号生成单元10检测串联电池B1～Bn中的各个电池 的电压，将所检测到的电压与参考电压比较，并生成驱动信号，该驱动信号 用于对充电至高于参考电压的电池(也就是过充电电池)进行放电。

以下将详细描述由常规集中式均衡充电设备执行的上述均衡充电方法。

首先，电压检测和驱动信号生成单元10检测N个串联电池B1～Bn的 电压。

此后，当从N个串联电池B1～Bn中的任意一个电池检测到的电压高于 参考电压时，电压检测和驱动信号生成单元10导通控制开关SW。

从而，由N个串联电池B1～Bn提供的能量被转化为磁能，并被存储在 变压器T的初级线圈中。