[发明专利]电池系统的电压平衡装置、方法及电器设备

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池系统的电压平衡装置、方法及电器设备。

背景技术

目前常用的可充电式蓄电池的普遍特点是单个电芯电压较低，例如单个铅酸电芯的电压为2.0V、单个锂离子电芯的电压为3.7V、单个镍氢电芯的电压为1.2V。在一些电器设备中，需使用由多节同类电芯串联形成的电池系统来实现供电。如在笔记本电脑上，可将3个锂离子电芯串联起来形成11.1V的电池系统，或将4个锂离子电芯串联起来形成14.8V的电池系统。

在这样的电池系统中，由于各个单个电芯的电气特性存在差异，因此会导致相互串联的各个单个电芯上的电压产生差异，如在充放电过程中，某个单个电芯上的电压明显高于或低于其他单个电芯。而且，这种差异经过多次的充放电循环后会变得越来越明显，从而严重影响电池系统的寿命和可靠性。

为此，可以在由多个电芯串联形成的电池系统中增加电压平衡装置，以降低电池系统中各单个电芯之间的电压差异。如图1所示，现有的电压平衡装置1包括：在每个单个电芯如S1上并联一个电阻如R1和一个开关如Q1，电压平衡调节电路监测每个单个电芯的电压，并在其中一个单个电芯的电压异常时，控制相应的开关打开或关闭。具体实现涉及如下两个应用场合：

1)充电过程中的平衡。在充电过程中，当发现其中一个单个电芯如S1的电压比其他单个电芯的电压高时，就将和该单个电芯S1并联的开关Q1闭合，这样一部分充电电流就会通过相应的电阻R1被旁路掉，从而减缓单个电芯S1的充电速度，以使各个单个电芯的电压趋于平衡。

2)放电过程中的平衡。在放电过程中，当发现其中一个单个电芯如S3的电压比其他单个电芯的电压高时，就将和该单个电芯S3并联的开关Q3闭合，这样单个电芯S3就存在负载和旁路电阻R3两个放电回路，因此单个电芯S3的电压就会加速下降，从而使得各个单个电芯的电压趋于平衡。

在实现上述使用的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

图1所示的电压平衡装置使用被动的方式平衡各单个电芯上的电压，多余的能量(电压高的单个电芯存储了多余能量)通过平衡电阻R以热能的方式消耗掉，能量利用率低。另外，由于电阻、开关以及电压平衡调节电路一般集成在专用的控制芯片内部以节约单板面积，这样由于受限于控制芯片的散热能力，因此平衡电流一般都不会超过100mA，这样对于一些大容量的电池系统来说，平衡电压的整个过程所需要的时间可能长达8小时甚至更长，平衡的效率低。

发明内容

本发明的实施例提供一种电池系统的电压平衡装置，以提高电池系统的能量利用率和电压平衡效率。

为达到上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一种电池系统的电压平衡装置，所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，所述装置包括：

变压器，所述变压器包括初级绕组、磁性芯体和至少两个次级绕组；

初级开关，所述初级开关串联于所述初级绕组，并与所述初级绕组一起并联于所述电池系统；

至少两个次级开关，每个所述次级开关串联于一个所述次级绕组，并与相串联的次级绕组一起并联于一个单个电芯；

第一电压平衡调节电路，用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，并在所述电池系统充电时控制所述初级开关闭合，且于一设定时间后断开该初级开关同时控制与电压最低的单个电芯相并联的次级开关闭合。

本发明实施例还提供了一种电池系统的电压平衡装置，所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，所述装置包括：

变压器，所述变压器包括初级绕组、磁性芯体和至少两个次级绕组；

初级开关，所述初级开关串联于所述初级绕组，并与所述初级绕组一起并联于所述电池系统；

至少两个次级开关，每个所述次级开关串联于一个所述次级绕组，并与相串联的次级绕组一起并联于一个单个电芯；

第二电压平衡调节电路，用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，并在所述电池系统放电时控制与电压最高的单个电芯相并联的次级开关闭合，且于一设定时间后断开该次级开关同时控制所述初级开关闭合。

本发明实施例提供的电池系统的电压平衡装置，将多余的能量通过变压器绕组耦合的方式重新传递到电池系统中，提高了能量利用率；而且，变压器绕组的散热能力受到较小的限制，该绕组中能够通过较大的电流，提高了电压平衡效率。

本发明的实施例提供一种电池系统的电压平衡方法，以提高电池系统的能量利用率和电压平衡效率。

为达到上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一种电池系统的电压平衡方法，所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，所述方法包括：