专利名称：阶层式电池电位平衡装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池电压的电位平衡装置，尤指一种阶层式电池电位平衡装置与电路架构。
背景技术：
在大多数的电池应用场合，除了在少数低电压与低耗能的电子设备外，皆将电池作串联使用，这是因为现今单个电池电压不高，单独使用时电能损耗较大。举例来说，在相同负载功率下，采用四个电池串联的系统比起采用单个电池的系统，其电压与容量大了四倍，然其所需输出电流仅为单电池系统的四分之一，如此约可减少16倍的线路传输损耗。使用串联电池组虽有其优点，然而若不考虑单电池间彼此特性差异，仅将其视为一个具高电压与大容量的“单电池”，则在实际应用上将会出现整体效能不如原先所预期的情况。
可充电电池的充放电容量、充电转换效率、初始电量、内阻等特性，即使是同一批生产的产品也无法完全相同，如此直接将这些具有些微差异的单电池串联起来使用，或许在刚开始使用时，不觉得性能有何不妥，然而随着重复充放电使用次数增加，使用者会逐渐发现电池电源可使用的时间越来越短，常常需要重新充电，另外在充放电时，觉得电池组的温度比起新电池时高出许多；这是因为电池组刚开始使用时，单电池间彼此差异不大，但随着充放电次数增加时，将逐渐加大彼此的差异，如此恶性循环，使得特性差的单电池越来越差，导致整个电池组的效能均受限于这些特性较差的单电池。因此，目前产业为解决前述问题，必须对串联电池组中各个单电池的电压进行监控，并利用电池电位平衡器来平衡单电池间因彼此特性差异所造成储能不均的现象，进而提升电池组实际可充放电量与延长使用寿命。
串联电池组中各电池端电压的大小与电池容量及其所储存的电量有关，欲使各电池电压相等，是一种能量转移动作；换言之，即将电池电压较高的能量消耗或转移至电压较低的电池中。在分类上以能量消耗与否，可分为消耗式与非消耗式两类电池电位平衡装置前者将电池电压较高的能量利用开关切换式电阻负载转变为热能或使用开关切换式缓冲电容，达到电压平衡的目的；后者采用切换式直流转换器使能量在电池中传递，其理论上若忽略开关切换损失，可达到无损耗的传递。非消耗式电池电位平衡装置若以能量转移是否牵涉总电池能量转移，可进一步分为总电量分配法及单元电量分配法两种前者为汲取或灌输总串联电池能量，以平衡各电池电压，后者则通过相邻单电池间的能量传递，达成平衡目的。其中，总电量分配法中若采用的电力转换器为互相独立的，则称为分散型电池电位平衡装置，相对地，若采用单一电力转换器，称为集中型电池电位平衡装置。
依现有技术，图1显示一种消耗式电池电位平衡装置的电路架构图，通过开关的动作，将端电压较高的电池3的能量消耗于各别电位平衡器2的负载电阻，虽然电路架构简单，但需要对各别电池端电压进行检测且有散热问题。在非消耗式电池电位平衡技术中，图2显示一种基于单元电量分配的电池电位平衡装置的电路架构图，基本上以相邻两单元电池为平衡机制，将端电压较高的电池的能量传送至较低的电池，虽然电路架构具有模块扩充性，但电位平衡器2的数量比充电电池3的数量多一个且平衡速度慢；图3显示一种基于总电量分配的分散型电池电位平衡装置的电路架构图，所有的直流转换器电路为互相独立的，当电池电压异于平均值时，启动直流转换器电路，将过高的电池能量抽离而转移至串联电池组或由串联电池组提供额外能量至较低电压的电池3，虽然控制自由度高，但缺点为必须依赖中控电路以决定转换器动作，且电路体积大、成本高；图4显示一种基于总电量分配的集中型电池电位平衡装置的电路架构图，使用单一直流转换器作为串联电池组中各电池均压机制，理论上，此集中式均压电路体积较小、成本较低，但匹配设计难度高且不具有模块扩充性。此外，当串联电池数量越来越多时，基于总电量分配的电池电位平衡电路设计不易，且效率提升不易。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适用于高串联数电池场合的电池电位平衡装置。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种适用于高串联数电池场合的阶层式电池电位平衡电路架构。
为达上述目的本发明提供一种阶层式电池电位平衡装置，用于多个电池串联的电位等化，该电池分为多个群组，每一群组由一个电位平衡器进行电池间电位等化，而不同群组由至少一个电位平衡器进行群组间电位等化。
本发明提供一种阶层式电池电位平衡装置，包含多个电位平衡器，该电位平衡器具有阶层式结构，该阶层式结构的第一层电位平衡器进行相邻单电池间电位等化，其它层电位平衡器进行相邻串联电池组间电位等化。
本发明提供一种阶层式电池电位平衡电路架构，用于等化串联电池组的电位，该串联电池组分为多个群组，每一群组由一个电位平衡器进行电池间电位等化，而不同群组由至少一个电位平衡器进行群组间电位等化。
根据本发明所实施的阶层式电池电位平衡装置与电路架构平衡速度快，对于高串联数电池组平衡速度快，而使用的电位平衡器的电路设计容易，且能量转换损失小。
图1为消耗式电池电位平衡装置的电路架构图。
图2为基于单元电量分配的电池电位平衡装置的电路架构图。
图3为基于总电量分配的分散型电池电位平衡装置的电路架构图。
图4为基于总电量分配的集中型电池电位平衡装置的电路架构图。
图5为本发明阶层式电池电位平衡电路架构图。
1直流电源2电位平衡器3电池4群组或串联电池5阶层式架构具体实施方式
请参考图5，显示本发明阶层式电池电位平衡电路架构图。本发明电池电位平衡装置包含多个电位平衡器，适用于高串联数电池场合。该电位平衡器具有阶层式结构5，该阶层式结构的第一层(最底层)电位平衡器2进行相邻单电池间电位等化，而第二层以后的电位平衡器2进行相邻串联电池组4(或群组)间电位等化，其中较高层电位平衡器2所等化的串联电池组4(或群组)的电池数量多于较低层电位平衡器2所等化的串联电池组4(或群组)的电池数量。
如图5所示的实施例中，本发明电池电位平衡装置例示性包含九个电位平衡器，用于十二个电池串联组的电位等化，该电位平衡器形成三层的阶层式结构5。第一层电位平衡器分别对两电池串联的单电池间进行电位等化，而两电池串联视为一群组4，所以第一层电位平衡器2分别对应一群组等化单电池间的电位。第二层电位平衡器2分别对三群组4间进行电位等化，换言之，第二层电位平衡器2等化三个串联电池组间的电位。第三层电位平衡器则对两大群组进行群组间电位等化，换言之，第三层电位平衡器等化两个串联电池组间(每一串联电池组由六个电池串联)的电位。
根据本发明所实施的阶层式电池电位平衡装置与电路架构，以图5所示为例，第一层与第三层电位平衡器分别等化两单电池间与两大群组间的电位，而第二层电位平衡器等化两群组间的电位，所以电路设计容易且能量转换损失小，而阶层式结构使电位平衡装置具有快速平衡之效。
本发明技术可适用于各式电池，例如锂电池、铅酸电池等，且适用于高串联数目电池应用场合，如分布式发电系统，再生能源...等场合，而本发明电池电位平衡装置与电路架构采用包含的电位平衡器可针对不同应用场合选择不同的电路种类，如混合消耗式与非消耗式电位平衡器。
在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉该项技术人士可清楚的了解，在不脱离本发明的权利要求范围与精神下可进行各种变化与改变，而本发明亦不受限于说明书的所举实施例的实施方式，例如不同的群组间电池串联数量可相等或不相等；对应群组的电位平衡器采用消耗式或非消耗式电位平衡器；每个群组可进一步细分为数个次群组，再利用至少一个电位平衡器等化次群组间的电位，而不同的次群组间电池串联数量可以相等或不相等；不同层的电位平衡器所需等化的电池数量可相等或不相等。
权利要求
1.一种阶层式电池电位平衡装置，用于多个电池串联的电位等化，其特征在于所述电池分成多个群组，每一群组由一个电位平衡器进行电池间电位等化，而不同群组由至少一个电位平衡器进行群组间电位等化。
2.如权利要求1所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于每个所述群组的电池数量相等。
3.如权利要求1所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于不同群组的电池数量不相等。
4.如权利要求1所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于所述电位平衡器为消耗式或非消耗式电位平衡器。
5.如权利要求1所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于所述群组进一步细分为数个次群组，再利用至少一个电位平衡器等化次群组间的电位。
6.如权利要求5所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于每个所述次群组的电池数量相等。
7.如权利要求5所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于不同次群组的电池数量不相等。
8.如权利要求1所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于所述电位平衡器形成阶层式结构，而最底层电位平衡器分别对应一个群组进行单电池间电位等化。
9.如权利要求8所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于其它层电位平衡器分别进行群组间电位等化。
10.如权利要求8所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于较高层电位平衡器所等化的串联电池数量多于较低层电位平衡器所等化的串联电池数量。
11.一种阶层式电池电位平衡装置，包含多个电位平衡器，其特征在于所述电位平衡器具有阶层式结构，该阶层式结构的第一层电位平衡器进行相邻单电池间电位等化，其它层电位平衡器进行相邻串联电池组间电位等化。
12.如权利要求11所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于第一层电位平衡器分别对应一群组，而每一群组由多个电池串联组成。
13.如权利要求12所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于每个所述群组的电池数量相等。
14.如权利要求12所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于不同群组的电池数量不相等。
15.如权利要求11所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于所述电位平衡器为消耗式或非消耗式电位平衡器。
16.如权利要求12所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于所述群组进一步细分为数个次群组，再利用至少一个电位平衡器等化次群组间的电位。
17.如权利要求16所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于每个所述次群组的电池数量相等。
18.如权利要求16所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于不同次群组的电池数量不相等。
19.如权利要求11所述的阶层式电池电位平衡装置，其特征在于较高层电位平衡器所等化的串联电池数量多于较低层电位平衡器所等化的串联电池数量。
20.一种阶层式电池电位平衡电路架构，用于等化串联电池组的电位，其特征在于所述串联电池组分成多个群组，每一群组由一个电位平衡器进行电池间电位等化，而不同群组由至少一个电位平衡器进行群组间电位等化。
21.如权利要求20所述的阶层式电池电位平衡电路架构，其特征在于每个所述群组的电池数量相等。
22.如权利要求20所述的阶层式电池电位平衡电路架构，其特征在于不同群组的电池数量不相等。
23.如权利要求20所述的阶层式电池电位平衡电路架构，其特征在于所述电位平衡器为消耗式或非消耗式电位平衡器。
24.如权利要求20所述的阶层式电池电位平衡电路架构，其特征在于所述群组进一步细分为数个次群组，再利用至少一个电位平衡器等化次群组间的电位。
25.如权利要求24所述的阶层式电池电位平衡电路架构，其特征在于每个所述次群组的电池数量相等。
26.如权利要求24所述的阶层式电池电位平衡电路架构，其特征在于不同次群组的电池数量不相等。
27.如权利要求20所述的阶层式电池电位平衡电路架构，其特征在于所述电位平衡器形成阶层式结构，而最底层电位平衡器分别对应一个群组进行单电池间电位等化。
28.如权利要求27所述的阶层式电池电位平衡电路架构，其特征在于其它层电位平衡器分别进行群组间电位等化。
29.如权利要求27所述的阶层式电池电位平衡电路架构，其特征在于较高层电位平衡器所等化的串联电池数量多于较低层电位平衡器所等化的串联电池数量。
全文摘要
本发明提供一种阶层式电池电位平衡装置，用于多个电池串联的电位等化，该电池分成多个群组，每一群组由一个电位平衡器进行电池间电位等化，而不同群组由至少一个电位平衡器进行群组间电位等化；其中，所述电位平衡器具有阶层式结构，该阶层式结构的第一层电位平衡器分别对应一群组进行电位等化，其它层电位平衡器进行群组间电位等化。
文档编号H01M10/42GK1805193SQ20051000036
公开日2006年7月19日 申请日期2005年1月10日 优先权日2005年1月10日
发明者黄怡硕, 李俊贤, 罗天赐 申请人:财团法人工业技术研究院