专利名称：电池均衡装置及方法
技术领域：
本发明关于一种电池均衡装置及方法，特别是，关于一种利用电磁耦合效应对串联电池组进行均衡的装置及方法。
背景技术：
随着大型电子产品的需求日益增加，人们对于电池容量的要求也愈来愈大，对于充电时间的要求也愈短。以电动汽车为例，一般需要大量的高容量电池组作为动力来源，因此，如何能快速对高容量电池组充放电且提高电池组的寿命，是目前本领域的发展趋势。目前现有的电池充电器有使用定电流方式充电、定电压方式充电、定电流及定电压相结合方式充电或脉冲宽度调变信号方式充电。然，不管采用何种方式，只要是要求快速充电，就必须考虑电池单体的保护，否则，一但过充电或过放电均会严重减少电池的寿命。以电池包为例，其内部含有多个电池以串联方式连接。当串联电池组在进行充电时，各个电池间的残余电量以及电池特性是否匹配就显得相当重要。由于残余电量会随着使用次数的增加以及串联电池组的匹配与否而产生差异，致使各电池间的端电压差异越来越大，当对残余电量较多的电池进行充电时，容易因过度充电而使电池损坏。因此，若串联电池组于充电时能针对电池单体的状况做适时的监控与调整，使串联电池组中各电池皆能操作于最佳的状态中，例如，让串联电池组各电池间的端电压随时保持均衡，则必能有效地延长电池的使用寿命。而这种技术一般称为电池均衡技术。一般电池均衡技术是利用电阻设计的方式来消耗多余的能量，通常串联电池组会与电阻及开关连接，当串联电池组进行充电时，电池监控电路会持续地电池的端电压进行监控，当侦测到某一电池单体的端电压较高时，会导通开关使该电池单体与电阻形成并联状态，因此会有一部份的电流通过电阻， 如此可延缓该电池单体的端电压上升速率，渐渐地使串联电池组中的各电池电位达到均衡。然而，上述电阻式的电池均衡技术系利用电阻来消耗各电池间的电压不平衡所超出的能量，因此，容易使整个电路产生高热，并且此种做法也会降低总体电能利用率，不符合经济效益。另外，尚有一种利用变压器设计的来进行电池均衡的方式，其利用变压器取代上述的电阻。当某电池的端电压若超过一定数值时，主控制电路会输出一高频讯号，用以驱动开关使得变压器的第一次侧线圈产生激磁感应电压，藉此将能量传递至第二次侧线圈，并在第二次侧线圈上产生感应电流，此感应电流即可经由充电回路对串联电池组充电，渐渐地使串联电池组中的各电池电位达到均衡。然而，此种方式必须对每一个电池均配置一组变压器，当多个电池串联成电池组时，则多个变压器的体积、重量会使整个电路尺寸及重量增加，且也会增加在电池保护版上进行组件配置及电路布局设计的难度。因此，如何克服上述的种种缺点，已成为目前业界急待解决的课题。
发明内容
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鉴于上述现有技术的缺点，本发明的主要目的在于提供一种利用电磁耦合的能量转移技术，使串联、并联或串并联电池包能在任何工作状态下进行各单体电池之间的电量平衡，以提升电池的使用效率及寿命。为了达到上述目的及其它目的，本发明提供一种电池均衡装置，是应用于复数个串联、并联或串并联电池所组成的电池包，用以于该电池包中不同电压的电池间进行能量传递，包括监控模块，用以监控该电池包中各个电池的状态；电磁耦合变压器，具有对应连接该复数个串联电池的复数个绕组；开关模块，具有对应连接该复数个绕组的开关；以及主控模块，依据该监控模块所取得的各个电池的状态控制该开关模块，而由该电池包中至少一电池通过该对应的开关将能量储存于该对应的绕组，使该电磁耦合变压器的复数个绕组间产生电磁耦合效应而对该些电池进行均衡。其次，本发明还提供一种应用于复数个串联、并联或串并联电池所组成的电池包， 以于该电池包中不同电压的电池间进行能量传递，包括监控模块，用以监控该电池包中各个电池的状态；电磁耦合变压器，具有对应连接该复数个串联电池的复数个绕组；开关模块，连接该电池包中各个电池并与该电磁耦合变压器并联；以及主控模块，依据该监控模块所取得的各个电池的状态控制该开关模块，而选择该电池包中至少一电池藉由该电磁耦合变压器的复数个绕组间所产生电磁耦合效应而进行均衡充电。其次，本发明亦提供一种电池均衡装置，是应用于复数个串联、并联或串并联电池所组成的电池包，以于该电池包中不同电压的电池间进行能量传递，包括监控模块，用以监控该电池包中各个电池的状态；电磁耦合变压器，具有对应连接该复数个串联电池的复数个绕组；开关模块，连接该电磁耦合变压器；主动电源，连接该开关模块；以及主控模块， 依据该监控模块所取得的各个电池的状态控制该开关模块并设定该电磁耦合变压器的均衡电位，再使该主动电源经由该开关模块提供充电电流，使该电磁耦合变压器的复数个绕组间产生电磁耦合效应而将该些电池均充电至该均衡电位。再者，本发明还提供一种电池均衡方法，是应用于复数个串联、并联或串并联电池所组成的电池包，且该电池包与一电磁耦合变压器连接，该电磁耦合变压器具有对应连接该复数个电池的复数个绕组，该电池均衡方法包括(1)监控该电池包中各个电池的状态； (2)当该复数个电池间的状态差异超过预设定的触发条件时，令该电池包中至少一电池将能量储存于对应的绕组；以及C3)使该电磁耦合变压器的复数个绕组间产生电磁耦合效应而对该电池包中的电池进行均衡。此外，本发明又提供一种电池均衡方法，是应用于复数个串联、并联或串并联电池所组成的电池包，且该电池包与一电磁耦合变压器连接，该电磁耦合变压器具有对应连接该复数个电池的复数个绕组，该电池均衡方法包括(1)监控该电池包中各个电池的状态； (2)当该复数个电池间的状态差异超过预设定的触发条件时，设定该电磁耦合变压器的均衡电位；C3)令一主动电源提供充电电流，使该电磁耦合变压器的复数个绕组间产生电磁耦合效应而将该些电池均充电至该均衡电位；以及(4)监控该电池包中各个电池的残余电量，并通过该些电池的残余电量产生新的充电模式，以由该主动电源依据该新的充电模式对这些电池进行充电。据此，相较于现有技术，本发明的电池均衡装置及方法，无须透过电阻将额外的能量消耗，因此可增加电池包中复数个串联电池进行均衡时的能量转移效率，藉以提高电池的使用寿命并增加电池包的能量储存效率。再者，本发明可搭配主动电源对电池包进行充电使各个电池的电压被箝制在所设定的均衡电位，防止电池包于自主均衡时发生均衡电流不足的问题。另一方面，本发明将所有对应电池单体的绕组形成于单一变压器中，亦即，整个电池包只搭配一组变压器，解决现有技术中感应式电池均衡技术因大量电压器造成质量、体积及电路布局上的困难，并且能减少零组件的传导损耗。
图1为本发明的电池均衡装置的第一实施例的架构图。图2为本发明的电池均衡装置的第二实施例的架构图。图3为本发明的电池均衡装置的第三实施例的架构图。图4为本发明的电池均衡装置的第四实施例的架构图。图5为本发明的电池均衡装置的第三实施例的部分电路示意图。图6为本发明的电池均衡装置的第四实施例的部分电路示意图。图7为本发明的电池均衡方法的一具体实施例的操作流程图。图8为本发明的电池均衡方法的另一具体实施例的操作流程图。主要组件符号说明如下
权利要求
1.一种电池均衡装置，是应用于复数个串联、并联或串并联电池所组成的电池包，以于该电池包中不同电压的电池间进行能量传递，包括监控模块，是用以监控该电池包中各个电池的状态；电磁耦合变压器，是具有对应连接该复数个串联电池的复数个绕组；开关模块，是具有对应连接该复数个绕组的开关；以及主控模块，是依据该监控模块所取得的各个电池的状态控制该开关模块，而由该电池包中至少一电池通过该对应的开关将能量储存于该对应的绕组，使该电磁耦合变压器的复数个绕组间产生电磁耦合效应而对该些电池进行均衡。
2.如权利要求1所述的电池均衡装置，其特征在于，该主控模块还具有信号输出单元， 当该监控模块检测出该复数电池中具有最高电压的电池时，该主控模块控制该信号输出单元输出脉冲信号以导通对应该电池的开关，使对应该电池的绕组进行能量储存并透过该电磁耦合变压器对具有最低电压的电池进行均衡。
3.如权利要求2所述的电池均衡装置，其特征在于，主控模块具有预设定的触发条件， 当该电池包中复数个电池间的个别电压差超过该触发条件时，则该主控模块开始触发该信号输出单元以对该复数个电池进行均衡。
4.如权利要求2所述的电池均衡装置，其特征在于，当该主控模块控制该信号输出单元输出脉冲信号以导通对应该电池的开关时，将对应该电池的电压箝制为一自定义电压值，而其它电池的对应绕组因该电磁耦合变压器所产生电磁耦合效应亦被箝制于该自定义电压值，以对该电池包中低电压的电池进行充电。
5.一种电池均衡方法，是应用于复数个串联、并联或串并联电池所组成的电池包，且该电池包与一电磁耦合变压器连接，该电磁耦合变压器具有对应连接该复数个电池的复数个绕组，该电池均衡方法包括步骤一、监控该电池包中各个电池的状态；步骤二、当该复数个电池间的状态差异超过预设定的触发条件时，令该电池包中至少一电池将能量储存于对应的绕组；以及步骤三、使该电磁耦合变压器的复数个绕组间产生电磁耦合效应而对该电池包中的电池进行均衡。
6.如权利要求5所述的电池均衡方法，其特征在于，该步骤一还包括监控该电池包中各个电池的状态，以检测出该复数个电池中具有最高电压及最低电压的电池；该步骤二还包括当该最高电压及最低电压的差值超过预设定的触发条件时，令该最高电压的电池将能量储存于对应的绕组；以及该步骤三还包括使该电磁耦合变压器的复数个绕组间产生电磁耦合效应而对该最低电压的电池进行充电。
7.—种电池均衡装置，是应用于复数个串联、并联或串并联电池所组成的电池包，以于该电池包中不同电压的电池间进行能量传递，包括监控模块，是用以监控该电池包中各个电池的状态；电磁耦合变压器，是具有对应连接该复数个串联电池的复数个绕组；开关模块，是连接该电池包中各个电池并与该电磁耦合变压器并联；以及主控模块，是依据该监控模块所取得的各个电池的状态控制该开关模块，而选择该电池包中至少一电池通过该电磁耦合变压器的复数个绕组间所产生电磁耦合效应而进行均衡充电。
8.如权利要求7所述的电池均衡装置，还包括主动电源，用以提供充电电流，使该电磁耦合变压器的复数个绕组间产生电磁耦合效应而对该主控模块透过该开关模块所选择的至少一电池进行均衡充电。
9.一种电池均衡装置，是应用于复数个串联、并联或串并联电池所组成的电池包，以于该电池包中不同电压的电池间进行能量传递，包括监控模块，是用以监控该电池包中各个电池的状态；电磁耦合变压器，是具有对应连接该复数个串联电池的复数个绕组；开关模块，是连接该电磁耦合变压器；主动电源，是连接该开关模块；以及主控模块，是依据该监控模块所取得的各个电池的状态控制该开关模块并设定该电磁耦合变压器的均衡电位，再使该主动电源经由该开关模块提供充电电流，使该电磁耦合变压器的复数个绕组间产生电磁耦合效应而将该些电池均充电至该均衡电位。
10.一种电池均衡方法，是应用于复数个串联电池所组成的电池包，且该电池包与一电磁耦合变压器连接，该电磁耦合变压器具有对应连接该复数个电池的复数个绕组，该电池均衡方法包括步骤一、监控该电池包中各个电池的状态；步骤二、当该复数个电池间的状态差异超过预设定的触发条件时，设定该电磁耦合变压器的均衡电位；步骤三、令一主动电源提供充电电流，使该电磁耦合变压器的复数个绕组间产生电磁耦合效应而将该些电池均充电至该均衡电位；以及步骤四、监控该电池包中各个电池的残余电量，并藉由该些电池的残余电量产生新的充电模式，以由该主动电源依据该新的充电模式对该电池进行充电。
全文摘要
一种电池均衡装置及方法，是应用于复数个串并联电池所组成的电池包，用以于该电池包中不同电压之电池间进行能量转移以实现各电池间的电量平衡，该电池均衡装置包括用以监控电池的监控模块、连接该电池包的电磁耦合变压器及开关模块、以及触发该电磁耦合变压器产生电磁耦合效应而对该些电池进行均衡的主控模块。据此，本发明可降低电池包中复数个串并联电池进行均衡时的能量传递损耗，以提高电池的使用寿命并增加电池包的能量储存效率。
文档编号H01M10/44GK102480141SQ201010559129
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者黄学正 申请人:黄学正