电池电压平衡装置及电池充电装置的制作方法

专利名称：电池电压平衡装置及电池充电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池电压平衡装置及电池充电装置，尤其涉及一种通过电力储存 及转换方式进行电池电压平衡的电池电压平衡装置及电池充电装置。
背景技术：
随着可携式电子产品的发展，可充电式电池的需求也随之而起。充电式电池 包括了现有的镍镉电池、后续开发的镍氢电池、锂离子电池以及最新发展的锂聚合物 (Li-Polymer)电池。不同种类的可充电式电池所提供的电压也不尽相同，而可携式电子产 品所需的操作电压也有所不同。因此，电池制造业者会配合可携式电子产品的操作电压，将 数颗电池串联成电池模组以提供所需的电压。电池模组在电池的电能耗尽时，需以充电器再充满电以供下次使用。然而，电池会 因制造或使用而造成蓄电量有所不同。举例来说，7. 4V锂电池模组是由两颗3. 7V的锂电池 串联组成。在出厂时，两颗电池的蓄电量分别是80%及70%。由于锂电池过充会损害电池 本身，因此，锂电池充电器在任一颗锂电池满充电时即停止充电，此时，两颗电池的蓄电量 分别为100% (电池充电容量的最上限)及90%。而使用时，只要任一电池蓄电量降至0% (电池放电的最下限)，电池模组即无法使用，因此，这两颗电池的蓄电量降至分别为10% 及0%时，即须再充电才能使用。由上述例子可知，当电池模组的电池的蓄电量有所不同时，电池模组的实际可使 用电能将由蓄电量最低的电池所决定。而除了上述出厂时电池模组的各电池蓄电量可能不 同外，电池在未使用时，也会自放电，在每个电池自放电速率不同的情况下，也会造成电池 间蓄电量逐渐不平衡，使电池模组实际可使用电能会随着电池使用时间而逐渐变少，造成 电池模组的使用效率下降，使用时间也变短。图1为现有的数字电池平衡控制器的电路示意图，图1所示为htersil在其 ISL9208的数据表(Datasheet)中所揭示的数字电池平衡控制器。一数字电池平衡控制器 10包含一电池平衡微处理器5及晶体管开关S1-S7。晶体管开关S1-S7分别通过电阻R1-R7 与电池BAT1-BAT7并联。电池BAT1-BAT7的电压经模拟/数字转换器(A/D Converter)转 换成数字信号，该电池平衡微处理器5根据电池BAT1-BAT7的电压数字信号，经内建的演算 法比较出其中电压较高的电池，并导通该较高电压的电池并联的晶体管开关，使各电池的 充电电流可根据各电池的电压调整而达到平衡充电的功能。然而电池电压需经由模拟/数字转换器转换成数字信号后，数字的电池平衡微处 理器5才得以处理，而模拟/数字转换器会大幅增加该数字电池平衡控制器10的晶片面 积，故成本相当高是其缺点。另外，数字电池平衡控制器通过电阻R1-R7通过电流分流方 式来调整各电池充电速率，而电流分流经电阻的方式不仅造成不必要的功耗并产生多余的 热。尤其对于大电流充电或快充的充电状态下，会使电池在较高的操作环境下充电而缩短 了电池的使用寿命。

发明内容
本发明的目的是提供一种电池电压平衡装置及电池充装置，使用模拟的电池充电 控制器达到电池的平衡充电以降低电池平衡控制器的成本，并以储能及电力转换方式减少 不必要的功耗并减少温度的上升，以提高电池电压平衡的转换效率并避免了电池使用寿命 缩短的问题。为实现上述目的，本发明实施例提供了一种电池电压平衡装置，包含一平衡判断 单元以及一转换单元。平衡判断单元连接串联的复数个电池单元，平衡判断单元根据每一 电池单元的电池电压决定是否启动一电池电压平衡程序。转换单元具有一储能电路并连接 复数个电池单元，在电池电压平衡程序对储能电路储能并选择性并联储能电路以对复数个 电池单元中至少一电池单元充电，使复数个电池单元中任两个电池单元的电池电压差缩小 至一预定值或一预定百分比以内。本发明也提供了 一种电池充电装置，用以对一电池模组充电，其中电池模组包含 串联的复数个电池单元。电池充电装置包含一充电控制单元、一平衡判断单元以及一转换 单元。充电控制单元连接一电源及电池模组，用以控制电源以提供一充电电流至电池模组 进行充电。平衡判断单元连接电池模组并根据每一电池单元的电池电压决定是否启动一电 池电压平衡程序。转换单元具有一储能电路并连接电池模组，在电池电压平衡程序将充电 电流的电力储存于储能电路并对复数个电池单元中至少一电池单元充电，使复数个电池单 元中任两个电池单元的电池电压差缩小至一预定值或一预定百分比以内。以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的技术 方案。而有关本发明的其他目的与优点，将结合附图，在后续加以说明和阐述。



L1、L2、L3、L4 电感；C1、C2、C3、C5 电容；
CS:电流侦测信号；532 线性稳压器；
120、220、320、420、520转换单元；
100、200、300、400、500平衡判断单元；
105、205、305、405、505启动电路；
110、210、310、410、510电压平衡判断电路；
125、225、325、425、525控制单元；
130、230、330、430、530储能开关组；
135、235、335、435、535释能开关组；
140、240、340、440、540储能电路；
DET、DET1、DET2 电池电压侦测信号；
Mll M17、M21 M26、M31 M35、M41 M46、M51 M54 晶体管开关
Sll S17、S21 S26、S31 S35、S41 S46、S51 S54 控制信号。
具体实施例方式图2为本发明一实施例的电池充电装置的方块示意图，请参考图2，电池充电装置 包含一充电控制单元70、一平衡判断单元50以及一转换单元60，用以对一电池模组BAT充 电，其中电池模组BAT包含串联的复数个电池单元Celll、Cell2、Cell3，而平衡判断单元50 以及转换单元60组成一电池电压平衡装置。充电控制单元70连接一电源VCC及电池模组 BAT，通过充电开关75控制电源VCC决定是否提供一充电电流Ich至电池模组BAT进行充 电。平衡判断单元50连接电池模组BAT，并接收电池单元Celll、Cell2、Cell3连接点的电 池电压侦测信号DET1、DET2以根据每一个电池单元的电池电压来决定是否需启动一电池 电压平衡程序。当电池单元Celll、Cell2、Cell3中任两个电池单元的电池电压差超过一预 定百分比或一预定电压差时，产生一平衡启动信号BC以启动电池电压平衡程序。转换单元60连接电池模组BAT且具有一储能电路(未示出)，在接收平衡启动信 号BC后启动电池电压平衡程序。在电池电压平衡程序时，储能电路储存电力并对复数个 电池单元中至少一电池单元充电，使复数个电池单元中任两个电池单元的电池电压差缩小 至一预定值或一预定百分比值以内。在充电时，储能电路所储存的电力可以来自充电电流 Ich，例如将充电电流Ich的部分或全部导流至储能电路储存，也可以部分由充电电流Ich 提供，部分由电池模组BAT提供。为了使电池模组BAT中的电池单元Celll、Cell2、Cell3的 电池电压差缩小至预定值或预定百分比值以内，可以将最高电池电压的电池单元的电力或 充电电流储存于储能电路，然后释放储能电路所储存的电力至最低电池电压的电池单元或 者释放储能电路所储存的电力至电池模组BAT(即全部的电池单元Celll、Cell2、Cell3)。 或者也可以将电池模组BAT (即全部的电池单元Celll、Cell2、Cell3)的电力或充电电流储 存于储能电路，然后释放储能电路所储存的电力至最低电池电压的电池单元。如此，即可缩 小最高电池电压的电池单元或最低电池电压的电池单元与其他的电池单元的电池电压。详 细操作过程可参见以下实施例的说明。图3为本发明第一实施例的电池电压平衡装置的电路示意图，请参考图3，电池电 压平衡装置连接串联的复数个电池单元Celll、Cell2、Cell3，其包含一平衡判断单元100及一转换单元120。平衡判断单元100包含一启动电路105及一电压平衡判断电路110。启 动电路105判断电压VDD是否达到一预定启动电压之上，其中电压VDD为复数个电池单元 CellU Cell2、Cell3串联而成的电压。若电压VDD大于预定启动电压，启动电路105则产 生一电压判断启动信号EN以确保电池电压平衡装置操作在足够高的驱动电压环境以避免 电压不足可能造成的电路操作错误。另外，启动电路105也可以接收一启动信号EA来启动 电池电压平衡装置，即当电压VDD达到预定启动电压之上时，电池电压平衡装置若尚未收 到启动信号EA则仍不进行操作，如此电池电压平衡装置可与外部的电路搭配运作。例如 启动信号EA可以由如图2所示的充电控制单元70所产生。当充电控制单元70决定开始 对电池单元Celll、Cell2、Cell3充电，充电控制单元70可产生启动信号EA，如此可使电池 电压平衡程序在充电过程进行而避免电池电压平衡程序在非充电过程进行时会额外损耗 电池电力。或者，充电控制单元70也可以在电池单元Celll、Cell2、Cell3均充电到一预定 电池电位时才产生启动信号EA以启动电池电压平衡程序，如此，对于一些具有记忆效应的 电池，可以选择在一个比较没有记忆效应的电压范围来进行电池电压平衡程序，以避免记 忆效应对电池后续的使用造成不好的影响。电压平衡判断电路110在接收到电压判断启动信号EN时，开始操作以根据电池电 压侦测信号DET1、DET2及串联的电池单元Celll、Cell2、Cell3的正端及负端(即连接电压 VDD及接地)而判断每一个电池单元的电池电压，并据此决定是否启动电池电压平衡程序， 若是则产生一平衡启动信号BC。例如电压平衡判断电路110可以在任两个电池单元的电 池电压差超过一预定启动电压差或一预定启动百分比差时产生平衡启动信号BC，而在任两 个电池单元的电池电压差均缩小至一预定值、一预定百分比或相等时停止产生平衡启动信 号BC。转换单元120具有一储能电路140并连接电池单元Celll、Cell2、Cell3，在接收 平衡启动信号BC时对储能电路140储能并选择性并联储能电路140至电池单元Celll、 Cell2、Cell3释能以对电池单元Celll、Cell2、Cell3其中之一进行充电，使电池单元 Celll、Cell2、Cell3中任两个电池单元的电池电压差缩小至预定值或预定百分比以内。在 本实施例中，转换单元120为一降压转换电路，用以将电压VDD转换成一预定充电电压值输 出。预定充电电压值可以根据电池单元种类以及电路网路中的压降来决定，例如电池单元 为锂电池，充电电压为4. 2V，而充电电路中的晶体管开关导通及二极管顺向偏压压降和为 0. 9V，则预定充电电压值为4. 2V+0. 9V = 5. IV。转换单元120包含一开关模组、一控制单元125及储能电路140，其中开关模组具 有一储能开关组130及一释能开关组135，储能电路140通过储能开关组130储能并通过释 能开关组135释能。储能开关组130包含晶体管开关M11、M12，连接串联的电池单元Celll、 Cell2、Cell3的正端及负端(即连接电压VDD及接地)。释能开关组135包含晶体管开关 M13、M14、M15、M16、M17及二极管D18。储能电路140包含一电感Ll及一电容Cl，并连接在 储能开关组130及释能开关组135之间。控制单元125接收平衡启动信号BC时开始对应晶体管开关Mll M16产生控制 信号Sll S16，以进行储能电路140的储能及释能。在一第一时序时，控制单元125导通 储能开关组130中的晶体管开关Mil、M17以连接储能电路140至复数个电池单元Celll、 Cell2、Cell3的正端，以电压VDD对储能电路140储能。在一第二时序时，控制单元125导通储能开关组130中的晶体管开关M12并截止晶体管开关M11，使电感Ll上的电流通过电 容Cl及晶体管开关M12的路径续流。而第一时序的时间长度Tl及第二时序的时间长度T2 可以根据预定充电电压值与电压VDD来决定，也就是工作周期(Duty Cycle)=预定充电电 压值/电压VDD = T1/(T1+T2)。而为了确保电感Ll上的电流不致太高，可以将第一时序的 时间长度Tl设为或小于一预定时间长度，使电感Ll的电流确保在一限制电流值之内。释能开关组135中的晶体管开关的导通与截止则根据电池单元Celll、Cell2、 Cell3中电池电压最低的电池单元来决定。若电池单元Celll的电池电压最低，则在第二时 序时释能开关组135中的晶体管开关M15、M17导通并截止释能开关组135中的其余晶体管 开关，使储能电路140中的电容Cl通过晶体管开关M15及二极管D18并联电池单元Celll 以对之充电。若电池单元Cell2的电池电压最低，则在第二时序时释能开关组135的晶体 管开关M13、M16导通并截止释能开关组135中的其余晶体管开关。因此，在第二时序时，电 容Cl通过晶体管开关M13、M16并联至电池单元Cel 12以对之充电。若电池单元Cel 13的 电池电压最低，则在第二时序时释能开关组135中的晶体管开关M14导通并截止释能开关 组135中的其余晶体管开关。因此，在第二时序时，电容Cl通过晶体管开关M14及二极管 D18并联至电池单元Cell3以对之充电。另外，为了避免晶体管开关M13、M15、M16在操作 过程不当通过二极管导通，故其基底均接地以使二极管不致因操作不当导通而影响电路运 作。如上说明，转换单元120在电池电压平衡程序时，根据平衡启动信号BC选择性将 储能电路140与电池单元Celll、Cell2、Cell3中电池电压最低者并联，使电池电压最低者 获得额外的充电直至电池电压平衡程序结束。而且，转换单元通过电力的储存与转换，可使 大部分电力均用于电池电压平衡而非损耗消失，故与现有技术相比，不仅效率更高，也同时 可减少电池电压平衡时热的产生。除了上述的降压转换电路外，本发明的转换单元可以为任何具有能量储存及转换 功能的电路，以储存及转换能量并对复数个电池单元其中至少之一充电，使对高电池电压 的电池单元及最低电池电压的电池单元的充电速率不同而逐渐缩小电压差。图4为本发明第二实施例的电池电压平衡装置的电路示意图，请参考图4，在本实 施例中，转换单元220为一升压转换电路。电池电压平衡装置连接串联的复数个电池单元 Celll、Cell2、Cell3，其包含一平衡判断单元200及转换单元220。平衡判断单元200包含 一启动电路205及一电压平衡判断电路210，其中启动电路205用以判断电压VDD是否达 到一预定启动电压之上以产生电压判断启动信号EN来启动电池电压平衡装置。电压平衡 判断电路210在接收到电压判断启动信号EN时，开始操作以根据电池电压侦测信号DET1、 DET2及串联的电池单元Celll、Cell2、Cell3的正端及负端(即连接电压VDD及接地)而 判断每一个电池单元的电池电压。与图2的实施例不同之处为启动电路205并未接收外部 电路的启动信号EA，而是通过电压平衡判断电路210来判断电池单元Ce 111、Ce 112、Ce 113 的电池电压是否均在预定电池电位之上。若是且任两个电池单元的电池电压差超过一预定 启动电压差或一预定启动百分比差时电压平衡判断电路210产生平衡启动信号BC，以通知 转换单元220哪一电池电压最高并进行电池电压平衡程序。转换单元220包含一控制单元225、一开关模组及储能电路M0，其中开关模组包 含一储能开关组230及释能开关组235。储能开关组230包含了晶体管开关M21、M22、M23、M24、M25及二极管D27，分别连接至电池单元Celll、Cell2、Cell3的正极及负极。释能开 关组235包含晶体管开关似6及一二极管D28，连接至串联的电池单元Celll、Cell2、Cell3 的正端，即电压VDD。储能电路240包含一电感L2及一电容C2，连接储能开关组230及释 能开关组235。转换单元220是将电池单元Celll、Cell2、Cell3中电池电压最高者的电力 (或在充电过程，则可以是充电电流的部分或充电电流及电池单元电力的组合)储存至储 能电路240并升压以对所有的电池单元Celll、Cell2、Cell3提供电力充电。电路运作如下 说明控制单元225接收平衡启动信号BC时开始对应晶体管开关M21 IC6产生控制 信号S21 S26，以进行储能电路MO的储能及释能。若电池单元Celll的电池电压最高， 则在第一时序时导通储能开关组230中的晶体管开关M23并截止其余晶体管开关，使储能 电路240中的电感L2通过晶体管开关M23及二极管D27进行储能，并在第二时序时截止储 能开关组230的所有晶体管开关及导通释能开关组235中的晶体管开关M26，此时电感L2 的电流通过晶体管开关似6及二极管拟8续流。若电池单元Cell2的电池电压最高，则在 第一时序时导通储能开关组230中的晶体管开关M22、M25并截止其余晶体管开关，使储能 电路240中的电感L2通过晶体管开关M22、M25进行储能，并在第二时序时截止储能开关组 230的所有晶体管开关及导通释能开关组235中的晶体管开关M26，此时电感L2的电流通 过晶体管开关似6及二极管拟8续流。若电池单元Cell3的电池电压最高，则在第一时序 时导通储能开关组230中的晶体管开关M21、M24并截止其余晶体管开关，使储能电路240 中的电感L2通过晶体管开关M21、M24进行储能，并在第二时序时截止储能开关组230的所 有晶体管开关及导通释能开关组235中的晶体管开关M26，此时电感L2的电流通过晶体管 开关似6及二极管拟8续流。转换单元220的储能电路MO中的电容C2的跨压被提升至一预定充电电压以对 电池单元Celll、Cell2、Cell3充电。在本实施例中，预定充电电压值可以根据电池单元种 类来决定，例如电池单元为锂电池，其充电电压为4. 2V，则预定充电电压值为4. 2V*3 = 12. 6V。另外，根据升压电路的升压比例可求得控制信号S21 S25的工作周期，也就是根 据预定充电电压值/电池电压最高者的电压可决定了第一时序及第二时序的时间长度比。 另外，可限制第一时序的时间长度等于或小于一预定时间长度，使电感L2的电流确保在限 制电流值之内。另外，为了避免晶体管开关M22、M24、M25在操作过程不当通过二极管导通，故其 基底均接地以使二极管不致因不当操作导通而影响电路运作。图5为本发明第三实施例的电池电压平衡装置的电路示意图，请参考图5，其中电 池电压平衡装置包含一平衡判断单元300及一转换单元320，并连接串联的复数个电池单 元Celll、Cell2。在本实施例及以下各实施例为了更简洁描述本发明电池电压平衡装置的 操作过程，故以两个电池单元Celll、Cell2为例来说明。平衡判断单元300包含一启动电路305及一电压平衡判断电路310，其中启动电路 305在接收启动信号EA后启动以判断电压VDD是否达到一预定启动电压之上，若是则产生 电压判断启动信号EN来启动电池电压平衡装置。电压平衡判断电路310在接收到电压判 断启动信号EN时，开始操作以根据电池电压侦测信号DET(即电池单元Celll的正端与电 池单元Cell2的负端的连接点电压)及串联的电池单元Celll、Cell2的正端及负端(即电压VDD及接地)而判断每一个电池单元的电池电压。若任两个电池单元的电池电压差超过 一预定启动电压差或一预定启动百分比差时电压平衡判断电路310产生平衡启动信号BC， 以通知转换单元320哪一电池电压最高或最低以启动电池电压平衡程序。在本实施例中， 转换单元320为一升降压转换电路，可以配合电池单元Celll、Cell2之间的状态决定以升 压或降压的方式进行电池电压平衡程序。转换单元320包含一控制单元325、一开关模组及一储能电路340，其中开关模组 包含一储能开关组330及释能开关组335。控制单元325对应晶体管开关M31 M35产生 控制信号S31 S35，以进行储能电路340的储能及释能。储能开关组330包含了晶体管 开关M31、M32、M33、M35。释能开关组335包含一晶体管开关M34、一二极管D36。储能电路 340包含一电感L3及一电容C3，连接储能开关组330及释能开关组335。当电池单元Celll的电压小于电池单元Cell2的电压时，转换单元320以降压转 换方式进行电池电压平衡程序。此时，在一第一时序时导通晶体管开关M31并截止晶体管 开关M32、M33、M35使储能电路340进行储能。并在一第二时序时截止晶体管开关M31、M33、 M35并导通晶体管开关M32、M34，使电感L3的电流通过晶体管开关M32、M34续流。储能电 路340中的电容C3的跨压稳定在一预定充电电压值并通过导通的晶体管开关M34对电池 单元Celll充电。在本实施例中，预定充电电压值为充电电压加上晶体管开关M34的导通 压降。当电池单元Celll的电压大于电池单元Cell2的电压时，转换单元320以升压转 换方式进行电池电压平衡程序。此时，在一第一时序时导通晶体管开关M33、M35并截止晶 体管开关M31、M32、M34，使储能电路340中的电感L3进行储能。并在一第二时序时截止晶 体管开关M31、M32、M33、M34并持续导通晶体管开关M35，使电感L3的电流通过晶体管开关 M35续流。储能电路340中的电容C3的跨压稳定在一预定充电电压值并通过二极管D36对 电池单元Cel 11、Cel 12充电。在本实施例中，预定充电电压值为两个电池单元得充电电压 加上二极管D36的导通压降。另外，为了避免晶体管开关M34、M35在操作过程不当通过二极管导通，故其基底 均接地以使二极管不致因操作不当导通而影响电路运作。图6为本发明第四实施例的电池电压平衡装置的电路示意图，请参考图6，其中电 池电压平衡装置包含一平衡判断单元400及一转换单元420，并连接串联的复数个电池单 元Celll、Cell2。平衡判断单元400包含一启动电路405及一电压平衡判断电路410，其中 启动电路405在接收启动信号EA后启动，并根据电压VDD产生电压判断启动信号EN以启 动电池电压平衡装置。电压平衡判断电路410在接收到电压判断启动信号EN时，开始操作 以根据电池电压侦测信号DET及串联的电池单元Celll、Cell2的正端及负端(即电压VDD 及接地)而判断每一个电池单元的电池电压。若任两个电池单元的电池电压差超过一预定 启动电压差或一预定启动百分比差时电压平衡判断电路410产生平衡启动信号BC，以通知 转换单元420哪一电池电压最高或最低以启动电池电压平衡程序。转换单元420包含一控制单元425、一开关模组及一储能电路440，其中开关模组 包含一储能开关组430及释能开关组435。储能开关组430包含了晶体管开关M41、M42、 M43、M46。释能开关组435包含一晶体管开关M44、M45。在本实施例中，储能电路440仅使 用一电感L4，连接储能开关组430及释能开关组435。控制单元425接收一电流侦测信号CS以对应晶体管开关M41 M46产生控制信号S41 S46，以进行储能电路440的储能及 释能。控制单元425可控制储能开关组430，以电池单元Cell 1及电池单元Cell2的串联 电压(或在充电过程，则可以是充电电流的部分或充电电流及电池单元电力的组合)来对 电感L4储能并对电池单元Celll及电池单元Cell2中最低电池电压者进行充电以平衡电 池单元Celll及电池单元Cell2的电池电压。说明如下当电池单元Celll的电压小于电池单元Cell2的电压时，控制单元425在第一时 序时产生控制信号S41、S43以导通晶体管开关M41、M43并截止其他晶体管开关，使电感L4 进行储能。随后，控制单元425在第二时序产生控制信号S42、S44以导通晶体管开关M42、 M44并截止其他晶体管开关，使电感L4所储存的电力通过晶体管开关M42、M44释放至电池 单元Celll。当电池单元Celll的电压大于电池单元Cell2的电压时，控制单元425在第 一时序时产生控制信号S46、S43以导通晶体管开关M46、M43并截止其他晶体管开关，使电 感L4进行储能。随后，控制单元425在第二时序产生控制信号S45、S46以导通晶体管开关 M45、M46并截止其他晶体管开关，使电感L4所储存的电力通过晶体管开关M45、M46释放至 电池单元Cell2。当然，控制单元425也可控制储能开关组430，以电池单元Celll及电池单元 Cell2中最高电池电压者的电力(或在充电过程，则可以是充电电流的部分或充电电流及 电池单元电力的组合)来对电感L4储能并对电池单元Celll及电池单元Cel 12中对低电 池电压者进行充电以平衡电池单元Celll及电池单元Cell2的电池电压。说明如下当电池单元Celll的电压小于电池单元Cell2的电压时，控制单元425在第一时 序时产生控制信号S41、S44以导通晶体管开关M41、M44并截止其他晶体管开关，电池单元 Cell2对电感L4充电使电感L4储能。随后，控制单元425在第二时序产生控制信号S42、 S44以导通晶体管开关M42、M44并截止其他晶体管开关，使电感L4所储存的电力通过晶体 管开关M42、M44释放至电池单元Celll。当电池单元Celll的电压大于电池单元Cell2的 电压时，控制单元425在第一时序时产生控制信号S43、S46以导通晶体管开关M43、M46并 截止其他晶体管开关，电池单元Celll对电感L4充电使电感L4储能。随后，控制单元425 在第二时序产生控制信号S45、S46以导通晶体管开关M45、M46并截止其他晶体管开关，使 电感L4所储存的电力通过晶体管开关M45、M46释放至电池单元Cell2。在本实施例中，控制单元425通过电流侦测信号CS来侦测流经电感L4的电流大 小，藉此将电感L4的电流限于一限制电流值之内以避免产生过大的电流而影响或毁损电 池单元。另外，控制单元425也可以将电感L4的电流稳定在一预定电流值附近，此时电感 L4处于连续电流模式使电力传递的速率较快，而缩短电池电压平衡所需的时间。图7为本发明第五实施例的电池电压平衡装置的电路示意图，请参考图7，其中电 池电压平衡装置包含一平衡判断单元500及一转换单元520，并连接串联的复数个电池单 元Celll、Cell2。平衡判断单元500包含一启动电路505及一电压平衡判断电路510，其中 启动电路505在接收启动信号EA后启动，并根据电压VDD产生电压判断启动信号EN以启 动电池电压平衡装置。电压平衡判断电路510在接收到电压判断启动信号EN时，开始操作 以根据电池电压侦测信号DET及串联的电池单元Celll、Cell2的正端及负端而判断每一个 电池单元的电池电压。若任两个电池单元的电池电压差超过一预定启动电压差或一预定启动百分比差时电压平衡判断电路510产生平衡启动信号BC，以通知转换单元520哪一电池 电压最高或最低以启动电池电压平衡程序。转换单元520包含一控制单元525、一开关模组及一储能电路M0，其中开关模组 包含一储能开关组530及一释能开关组535。储能开关组530包含了晶体管开关M51、M52 及一线性稳压器532。释能开关组535包含一晶体管开关M53、M54。在本实施例中，储能电 路540仅使用一电容C5，连接储能开关组530及释能开关组535。控制单元525对应晶体 管开关M51 MM产生控制信号S51 S54，以进行储能电路540的储能及释能。线性稳压 器532接收一电流侦测信号CS，以控制对电容C5充电的电流限制在一电流值以内，以避免 电池单元Celll、Cell2提供过大的电流对电容C5充电而造成电池单元的影响或毁损。当电池单元Celll的电压小于电池单元Cell2的电压时，控制单元525在第一时 序时产生控制信号S51以导通晶体管开关M51并截止其他晶体管开关，使电容C5进行储 能。随后，控制单元525在第二时序产生控制信号S51、S54以导通晶体管开关M51、M54并 截止其他晶体管开关，使电容C5所储存的电力通过晶体管开关M51、MM释放至电池单元 Celll0当电池单元Celll的电压大于电池单元Cell2的电压时，控制单元525在第一时序 时产生控制信号S51以导通晶体管开关M51并截止其他晶体管开关，使电容C5进行储能。 随后，控制单元525在第二时序产生控制信号S52、S53以导通晶体管开关M52、M53并截止 其他晶体管开关，使电容C5所储存的电力通过晶体管开关M52、M53释放至电池单元Cell2。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制， 尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依 然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修 改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
1权利要求
1.一种电池电压平衡装置，包含一平衡判断单元，连接串联的复数个电池单元，所述平衡判断单元根据每一所述电池 单元的电池电压决定是否启动一电池电压平衡程序；以及一转换单元，具有一储能电路并连接所述复数个电池单元，在所述电池电压平衡程序 对所述储能电路储能并选择性并联所述储能电路以对所述复数个电池单元中至少一电池 单元充电，使所述复数个电池单元中任两个电池单元的电池电压差缩小至一预定值或一预 定百分比以内。
2.根据权利要求1所述的电池电压平衡装置，其中所述转换单元具有一开关模组，所 述开关模组在所述电池电压平衡程序时以下列处理程序之一进行a.所述开关模组连接所述储能电路至所述复数个电池单元中电池电压最高的电池单 元使所述储能电路储能，并连接所述储能电路至所述复数个电池单元以对所述复数个电池 单元充电；b.所述开关模组连接所述储能电路至所述复数个电池单元使所述储能电路储能，并连 接所述储能电路至所述复数个电池单元中电池电压最低的电池单元以对电池电压最低的 所述电池单元充电；或c.所述开关模组连接所述储能电路至所述复数个电池单元中电池电压最高的电池单 元使所述储能电路储能，并连接所述储能电路至所述复数个电池单元中电池电压最低的电 池单元以对电池电压最低的所述电池单元充电。
3.根据权利要求1所述的电池电压平衡装置，其中所述转换单元包含一升压转换电 路，用以根据所述复数个电池单元中电池电压最高的电池单元的电池电压升压使所述储能 电路对所述复数个电池单元释能。
4.根据权利要求1所述的电池电压平衡装置，其中所述转换单元包含一降压转换电 路，用以根据所述复数个电池单元的电压进行降压使所述储能电路对所述复数个电池单元 中电池电压最低的电池单元释能。
5.根据权利要求4所述的电池电压平衡装置，其中所述降压转换电路包含一线性稳压 器，所述储能电路包含一电容，所述线性稳压器对所述电容储能使所述电容的跨压到达一 预定充电电压。
6.根据权利要求1-4任一项所述的电池电压平衡装置，其中所述储能电路包含一电 感，在所述电池电压平衡程序时，所述转换单元控制所述电感的电流在一限制电流值之内。
7.根据权利要求1-4任一项所述的电池电压平衡装置，其中所述储能电路包含一电 感，在进行所述电池电压平衡程序时，所述转换单元控制所述电感的电流在一预定电流值。
8.根据权利要求2所述的电池电压平衡装置，其中所述开关模组包含一储能开关组及 一释能开关组，所述储能电路通过所述储能开关组储能，通过所述释能开关组释能。
9.根据权利要求1所述的电池电压平衡装置，其中所述平衡判断单元在接收一启动信 号后开始根据每一所述电池单元的电池电压决定是否启动所述电池电压平衡程序。
10.根据权利要求1所述的电池电压平衡装置，其中所述平衡判断单元在所述复数个 电池单元中任两个电池单元的电池电压差超过一预定百分比或一预定电压差时启动所述 电池电压平衡程序。
11.一种电池充电装置，用以对一电池模组充电，所述电池模组包含串联的复数个电池单元，所述电池充电装置包含一充电控制单元，连接一电源及所述电池模组，用以控制所述电源以提供一充电电流 至所述电池模组进行充电；一平衡判断单元，连接所述电池模组并根据每一所述电池单元的电池电压决定是否启 动一电池电压平衡程序；以及一转换单元，具有一储能电路并连接所述电池模组，在所述电池电压平衡程序将所述 充电电流的电力储存于所述储能电路并对所述复数个电池单元中至少一电池单元充电，使 所述复数个电池单元中任两个电池单元的电池电压差缩小至一预定值或一预定百分比以 内。
12.根据权利要求11所述的电池充电装置，其中所述转换单元包含一降压转换电路或一升压转换电路。
13.根据权利要求12所述的电池充电装置，其中所述降压转换电路包含一线性稳压器 及所述储能电路包含一电容，所述线性稳压器对所述电容储能使所述电容的跨压到达一预 定充电电压。
14.根据权利要求11所述的电池充电装置，其中所述储能电路包含一电感。
15.根据权利要求11所述的电池充电装置，其中所述充电控制单元产生一启动信号使 所述平衡判断单元开始操作以决定是否启动所述电池电压平衡程序。
16.根据权利要求11所述的电池充电装置，其中所述平衡判断单元在所述复数个电池 单元中任两个电池单元的电池电压差超过一预定百分比或一预定电压差时启动所述电池 电压平衡程序。
全文摘要
本发明涉及一种电池电压平衡装置及电池充电装置，其中电池电压平衡装置，包含一平衡判断单元以及一转换单元。平衡判断单元连接串联的复数个电池单元，平衡判断单元根据每一电池单元的电池电压决定是否启动一电池电压平衡程序。转换单元具有一储能电路并连接复数个电池单元，在电池电压平衡程序对储能电路储能并选择性并联储能电路以对复数个电池单元中至少一电池单元充电，使复数个电池单元中任两个电池单元的电池电压差缩小至一预定值以内。本发明提供的电池电压平衡装置及电池充电装置，可以降低电池平衡控制器的成本，同时提高了电池电压平衡的转换效率并避免了电池使用寿命缩短的问题。
文档编号H01M10/44GK102074748SQ20091022196
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月23日 优先权日2009年11月23日
发明者余仲哲, 徐献松, 李立民 申请人:登丰微电子股份有限公司