[发明专利]具有有源平衡电路和有源平衡算法的装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年5月15日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2013-0054978的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及具有用于对串联连接的多个二次电池充电和放电的有源平衡电路和算法的二次电池充电/放电控制装置和方法。所述二次电池充电/放电控制装置和方法可以利用有源平衡电路和继电器来使串联连接的多个电池能够同时被充电和放电以实现每个电池的平衡，使得在用于对串联连接的多个二次电池同时充电和放电的装置中，电池可以在恒定电压(CV)模式下以设定的最大电压来充电。因为电池的容量和内部电阻不完全相同，因此电池可能具有不同的充电/放电特性。

背景技术

用于电动车辆的大容量锂二次电池每个都具有较低的操作电压，例如，大约2伏特(V)至大约4.7V的电压，以及具有较高的操作电流，例如，大约25安培(A)至大约50A的电流。

在电动车辆中，几十至几百个大容量锂二次电池连接使用。在制造电池组件的过程中，单位模块的电池(例如，单个电池、或者几个电池串联或并联连接)需要以最大容量来充电和放电。然而，由于将电能转换成交流电(AC)和回收电能的低转换效率的缘故，存在很多技术困难。

在以开关模式对大容量二次电池同时充电和放电的装置中，可以将具有大约2V至大约4.7V的操作电压的单个锂二次电池放电。放电所得的电需要通过以热而消耗电或者通过将电转换成AC电而在全国AC电网中再次产生。

用于再次产生电能的直流(DC)至AC(DC/AC)转换器可能具有非常低的转换效率、例如典型地为40％，这是由于单个电池的电压显著低于商用AC电网的电压(例如，220V或380V)。在转换期间，剩余的能量可能在DC/AC转换器中以热而消耗。

因此，在制造包括用于冷却的调节设备的电池的工厂中，已知使用现有的二次电池充电/放电装置的过程来使用最大的电能。

当具有略微不同容量和略微不同内部电阻的二次电池串联连接、且通过单个双向恒定电流电源来充电和放电时，可能由于二次电池的特性上的不同而难于以恒定电压(CV)来对多个二次电池中的每个充电和放电，并且可能发生过度充电或过度放电。

作为相关技术，在韩国专利公开No.10-2011-0008337中公开了用于平衡多个锂二次电池或锂二次电池组的、与电池组控制模块相关的技术配置及使用其的方法。但是另一方面，在本发明中，在利用恒定电流源对串联连接且具有不同充电/放电特性的多个二次电池充电和放电时，当保持相同的电流和最大的电压时，可终止充电。因而，韩国专利公开No.10-2011-0008337与本发明显著不同。

另外，作为相关技术，在韩国专利公开No.10-2010-0122911中公开了包括用于每个串联连接的二次电池和用于保护过度充电的放电路径电路的技术配置。然而，由于多个二次电池中的每个包括单独的放电电阻器和开关元件以形成放电路径电路，所以功耗和制造成本可能增加。

发明内容

本发明的一个方面是为了：当通过单个双向恒定电流源来对二次电池充电和放电时，通过在二次电池中的每个的两端添加被配置成增加或减去预定电流量的有源平衡电路，来克服串联连接且具有不同容量和不同内部电阻的二次电池之间在特性上的差异，以及在串联电路中启用恒定电压(CV)充电/放电。

本发明的另一个方面是为了：利用在每个二次电池充电/放电电路中具有极小容量的有源平衡电路而在CV充电期间使每个托盘(tray)中的所有的电池都能够平衡，这是因为以相同工艺制造的电池在特性(例如，内部电阻、容量等)上典型地彼此具有较低值(例如，大约5％，该值通过用户来设定以确定电池为良好还是故障)的差异，并且因为以相同工艺制造的电池之间的容量分布不是很大。

本发明的另一个方面是为了：当单个托盘中的多个二次电池串联连接并且被同时充电和放电时，通过配置具有单个双向直流(DC)至直流(DC/DC)转换器、单个双向线性电流源、以及单个控制器的装置来降低制造成本；创新性地利用被放电的电来增加电能转换效率以在没有变化的情况下在DC状态下执行充电；显著地减小尺寸和重量；以及显著地减小安装空间。