专利名称：电池组电位平衡电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池组电位平衡电路，尤指一种电路结构相对简单而可均衡不同电池或电池组之间电力的平衡电路。
背景技术：
为适应各种不同的应用，电池常被串、并联使用。在充电的过程中，因为串接的缘故，流经同一串电池的电流大小相等，可以使得电池的充电电流一致。但每一颗电池因为时间、材料、制造方法及使用状态等差异，造成电池的电位、电池容量不尽相同，将会导致有些电池发生过度充电、或是某些电池充电不足的情形。判断电池的充电状态一般是以电池的电位做为基准，当电池过充时，电池的电位将会超过材料的电位，此时充电的能量将转化为热散逸，造成电池的温度升高，使得电池寿命快速减短，而且可能导致电池产生不可逆的永久性损坏。因此电池串接充电时,必须确保每一颗电池不会过度充电，以保护电池，当电池串联充电时，电池电位平衡器的使用是必要的。现有的电池串联充电平衡电路大概有以下几种方式I、齐纳(Zener) 二极管平衡请参考图4，为一齐纳二极管41并联在一电池的两端，以齐纳二极管41的崩溃电压作为电池的箝制电压。但由于齐纳二极管41的失效模式为短路，不仅会损耗能量，且其散逸功率受限于元件尺寸，而成为主要缺点。2、电阻平衡电路请参考图5所示，在各个串联电池的一端均连接一电阻51 54,在两相邻电阻51 54之间连接一开关55 57,利用一控制器58决定各开关55 57的导通及截止，此种结构虽然能达到电力平衡目的，但却是将电池的能源传输至电阻51 54消耗，无法有效利用电池的电力为其主要缺点。3、电感式平衡请参考图6所示，以两串联电池为例，在串联节点上连接一电感61，该电感61的另一端连接两开关62、63，各开关62、63的另一端连接至一相对应电池的另端。此方式的电路效率高，可令电池快速达到电力平衡状态，但需要对各电池的电位状态进行精确的检测，并决定不同开关62、63的导通时序，因此线路控制复杂、成本高，且检测电位状态的硬件要求高。4、电容式平衡如图7所示，利用切换式电容技术，达到电力平衡，但其主要的缺点为线路控制复杂，与前述电感式平衡的问题相同。以上技术，每一个电池皆必须独自搭配一个开关进行电力平衡，其电路成本很高，且由于电路元件数目提高，整体可靠度将会下降。以前述众多种类的电池平衡电路来看，当有N个电池串联时，则至少需要使用到N个开关或N-I个电感，并需要N个脉宽调制信号来控制该N个开关，线路的复杂度及成本均会明显增加。
发明内容
由于现有电池平衡电路需要以相对数量较多的开关或电感、电容元件构成，电路结构及线路控制方式均相当复杂，本发明的主要目的是提供一种电路简单且成本相对较低的电池组电位平衡电路。为达成前述目的，本发明电池组电位平衡电路应用于平衡多个串联的电池单元彼此间的电力，该多个电池单元串联成为一电池组，该电池组电位平衡电路包含一变压器，具有一个一次侧绕组及多个二次侧绕组，该一次侧绕组的一端连接该电池组的一端，各二次侧绕组具有第一接脚及第二接脚，各第一接脚连接一二极管的正极，各第二接脚连接至另一二次侧绕组的二极管的负端或是接地，各二极管的负极连接一相对应的电池单元；一切换开关，连接在该变压器其一次侧绕组的另端与接地之间；一控制器，连接各电池单元及该切换开关，该控制器输出一开关信号以控制该切换开关交替地启动、截止，使变压器一次侧绕组上的能量耦合至二次侧绕组，以平衡所述电 池单元的电力。本发明的另一目的是提供一种可简化变压器二次侧绕组结构的电池组电位平衡电路，该电池组电位平衡电路包含一变压器，具有一个一次侧绕组及多个二次侧绕组，该一次侧绕组的一端连接该电池组的一端，各二次侧绕组具有一第一接脚、一中央抽头接脚及第二接脚，各第一接脚连接一二极管的正极，且各第一接脚及中央抽头接脚分别连接一相对应的电池单元；一切换开关，连接在该变压器其一次侧绕组的另端与接地之间；一控制器，连接各电池单元及该切换开关，该控制器输出一开关信号以控制该切换开关交替地启动、截止，使变压器一次侧绕组上的能量耦合至二次侧绕组，以平衡所述电池单元的电力。通过本发明的电路，当电池单元彼此间的电力不相等时，该控制器输出一开关信号以控制该切换开关交替地启动、截止；于切换开关导通时，可从较高电位的电池单元撷取较高能量并储存在一次侧绕组上，当切换开关截止时，一次侧绕组上的能量耦合至二次侧绕组，此时对应连接最低电位的电池单元的二次侧绕组上产生感应电流，对该电池单元进行充电，而使电力逐渐平衡。本发明利用单一开关配合一变压器即可对多个串接电池单元达成电位平衡，减少开关及电感等元件的使用数目，故能降低成本及简化控制电路的复杂度。
图I :本发明第一实施例的详细电路图。图2 :本发明的电路动作时序图。图3 :本发明第二实施例的详细电路图。图4 :采用齐纳二极管的现有的电池平衡电路。图5 :采用电阻平衡电路的现有的电池平衡电路。图6 :采用电感的现有的电池平衡电路。图7 :采用电容的现有的电池平衡电路。主要元件符号说明BI B4电池单元
Tl 变压器11 一次侧绕组12、13、14、15、16、17 二次侧绕组20 切换开关30 控制器100 电池组 110 充电电路41齐纳二极管51 54 电阻55 57 开关58控制器61电感。
具体实施例方式请参考图I所示，为本发明电池组电位平衡电路的第一实施例，应用于平衡多个串联电池单元BI B4之间的电力，该多个串联的电池单元BI B4构成一电池组100，以下详细说明以四个电池单元BI B4为例说明，每一电池单元BI B4可为单颗电池或是由数颗电池串联构成，该电池单元BI B4利用一个与其串联的充电电路110进行充电作业。本发明包含有一反驰式变压器Tl，具有一个一次侧绕组11及多个二次侧绕组12 15，本实施例中二次侧绕组12 15的数目与电池单元BI B4的数量一致，该一次侧绕组11的一端连接到电池组100的一端；各二次侧绕组12 15具有独立的第一接脚及第二接脚，其中各第一接脚连接一二极管Dl D4的正极，各第二接脚连接至另一二次侧绕组13 15的二极管D2 D4的负端或是接地，各二极管Dl D4的负端连接至对应电池单元BI B4的正极；—切换开关20，连接在变压器Tl其一次侧绕组11的另端及接地之间，本实施例的切换开关20利用一金属氧化物半导体(MOS)晶体管构成，其栅极作为一控制端；一控制器30，用以侦测各电池单元BI B4的电压Vl V4并连接该切换开关20，控制器30输出一开关信号\控制该切换开关20导通、截止。请参考图2所示，本发明的电路动作原理如下I、当各电池单元BI B4两端的端电压Vl V4发生不一致时，该控制器30输出开关信号\至切换开关20，当开关信号Vs为高电位时，启动切换开关20，对整个电池组100抽取能量，故变压器Tl 一次侧绕组11有电流通过，变压器Tl会从各电池单元BI B4抽取能量以进行储能，由于电池单元BI B4为串联，电流相同，故对较高电位者抽取较大能量，对较低电位者抽取较少能量，在一次侧绕组11上所测得储能电压Vp的最大值为所有电池BI B4的电压总和V1+V2+V3+V4。2、当控制器30输出至切换开关20的开关信号Vs转为低电位时，切换开关20截止，变压器Tl 一次侧绕组11及二次侧绕组12 15发生极性反转，一次侧绕组11上的能量将耦合到各二次侧绕组12 15 ;假设第二电池单元B2的电压V2最小，则第二个二次侧绕组13的二极管D2会最先导通，由于各二次侧绕组12 15的线圈匝数相同。因此，所有二次侧绕组12 15上的电压均会被箝位于V2 (忽略二极管顺向导通压降)，此时仅第二个二次侧绕组13上有电流Is2通过而对该第二电池单元B2进行充电，设在二次侧绕组13上的二极管D2确保电流Is2顺向进入第二电池单元B2，其它二次侧绕组12、14、15的电流为零，因此第二电池单元B2的电压V2会逐渐上升，而较高电位的电池因能量递减而进行放电。3、经过一段的操作时间T后，各电池单元BI B4的电压Vl V4将会趋于一致。此时控制器30停止工作，避免电池单元BI B4电压持续下降。4、该控制器30的操作时间T可为一预设的固定值，或是由控制器30侦测各电池单元BI B4的电压Vl V4后而决定应持续多长时间。本实施例仅需使用到单一个切换开关20，并搭配与电池单元BI B4数目相同的二次侧绕组12 15，即可对电池组100进行电位平衡，所需元件相对较少，故成本甚低，并 可提高电路的可靠度。请参考图3，在本发明的第二实施例中，改变该变压器Tl 二次侧绕组的结构，该变压器Tl 二次侧绕组的数量为电池单元BI B4数量的半数，各个二次侧绕组16、17具有一中央抽头接脚，故可提供三支输出接脚。其中，各二次侧绕组16、17的第一接脚通过一顺向二极头连接至电池单元BI、B3，而中央抽头接脚也连接其它电池单元B2、B4,而第二接脚通过一反相二极管连接至下一个二次侧绕组的第一接脚或是接地。此结构的优点在于二次侧绕组16、17的数目可减少，且输出接脚的总数量也可降低，达到节省材料、降低成本的功效。例如以图I实施例相比，第一实施例的变压器Tl其二次侧输出接脚有八支，图3第二实施例的变压器Tl其二次侧输出接脚因中央抽头设计已降低成为六支。综上所述，本发明电池组电位平衡电路可利用单一开关配合一变压器对多个串接电池单元提供电位平衡，相比于现有作法，可降低开关及电感等元件的使用数目，降低成本及简化电路的复杂度。
权利要求
1.一种电池组电位平衡电路，应用于平衡多个串联的电池单元彼此间的电力，该多个电池单元串联成为一电池组，该电池平衡电路包含 一变压器，具有一个一次侧绕组及多个二次侧绕组，该一次侧绕组的一端连接该电池组的一端，各二次侧绕组具有第一接脚及第二接脚，各第一接脚连接一二极管的正极，各第二接脚连接至另一个二次侧绕组的二极管的负端或是接地，各二极管的负极连接一相对应的电池单元； 一切换开关，连接在该变压器其一次侧绕组的另端与接地之间； 一控制器，连接各电池单元及该切换开关，该控制器输出一开关信号以控制该切换开关交替地启动、截止，当该切换开关导通时，该变压器抽取整个电池组的能量，当该切换开关截止时，将能量耦合传递至二次侧绕组并对电位最低的电池单元充电，以平衡所述电池单元的电力。
2.根据权利要求I所述的电池组电位平衡电路，该切换开关为一金属氧化物半导体晶体管，其栅极为一控制端以接收该控制器的开关信号。
3.根据权利要求I或2所述的电池组电位平衡电路，该变压器为一返驰式变压器。
4.根据权利要求3所述的电池组电位平衡电路，该变压器二次侧绕组的数量与电池组中的电池单元数量相同。
5.根据权利要求3所述的电池组电位平衡电路，各二次侧绕组的线圈匝数相同。
6.一种电池组电位平衡电路，应用于平衡多个串联的电池单元彼此间的电力，该多个电池单元串联成为一电池组，该电池组电位平衡电路包含 一变压器，具有一个一次侧绕组及多个二次侧绕组，该一次侧绕组的一端连接该电池组的一端，各二次侧绕组具有一第一接脚、一中央抽头接脚及第二接脚，各第一接脚连接一二极管的正极，且各第一接脚及中央抽头接脚分别连接一相对应的电池单元； 一切换开关，连接在该变压器其一次侧绕组的另端与接地之间； 一控制器，连接各电池单元及该切换开关，该控制器输出一开关信号以控制该切换开关交替地启动、截止，当该切换开关导通时，该变压器抽取整个电池组的能量，当该切换开关截止时，将能量耦合传递至二次侧绕组并对电位最低的电池单元充电，以平衡所述电池单元的电力。
7.根据权利要求6所述的电池组电位平衡电路，该切换开关为一金属氧化物半导体晶体管，其栅极为一控制端以接收该控制器的开关信号。
8.根据权利要求6或7所述的电池组电位平衡电路，该变压器为一返驰式变压器。
9.根据权利要求8所述的电池组电位平衡电路，该变压器二次侧绕组的数量为电池单元数量的半数。
全文摘要
本发明为一种电池组电位平衡电路，可用以平衡一电池组内部所串联的电池单元彼此间的电力，电池组电位平衡电路包含有一变压器、一切换开关及一控制器，该变压器的一次侧绕组的一端连接电池组，一次侧绕组的另端串接该控制器，该变压器具有多个二次侧绕组，可分别连接电池单元；当控制器控制该切换开关交替启动、截止时，变压器向具有较高电位的电池单元取出较多能量，并由二次侧绕组耦合输出能量，对较低电位的电池单元进行充电，由此可利用简单的电路结构而发挥电力平衡的功效。
文档编号H02J7/00GK102638063SQ201110037450
公开日2012年8月15日 申请日期2011年2月14日 优先权日2011年2月14日
发明者王仕元 申请人:康舒科技股份有限公司