[发明专利]多个变压器的初级线圈并联的电荷均衡设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电池的电荷均衡设备，更具体地，涉及一种充电设备， 在该充电设备中，对应于电池单元数目的多个变压器中的初级线圈相互并 联，用于控制并联的变压器中初级线圈电流的开关与并联的初级线圈串联， 与初级线圈对应的各个次级线圈与电池单元并联，以及电池单元之间相互串 联。

背景技术

许多系统中把电池作为电池组或电池阵列使用，该电池组或电池阵列包 括彼此相互串联的多个电池单元。

当这样的电池单元被充电到比额定充电范围的电压高得多或者低得多 的电压时，可能会很危险。

电池单元的荷电状态不均衡由多种因素导致，并在电池生产或电池充放 电期间发生。在锂离子电池单元的情况下，电池单元的生产在工厂内被严格 控制以将电池阵列的各电池单元的容量之间的差异最小化。不管电池单元处 于何种状态，其中在电池单元被最初制造后保持均衡性或均等性，但是，由 于各种因素，可能会出现电池单元间的不均衡性或不均等性。

影响电池单元的不均衡性的因素可能包括，如化学反应、各个电池单元 的阻抗和自放电速度、电池单元容量的减少、各电池单元工作温度的变化及 各电池单元之间的其它类型的变化。

电池单元温度的不一致是导致电池单元中不均衡的一个重要因素。例 如，“自放电”在一个电池单元中产生，并且“自放电”是电池温度的函数。 温度高的电池通常比温度低的电池自放电速率高。因此，随着时间的推移， 温度高的电池比温度低的电池表现出更低的荷电状态。

不均衡性是电池荷电状态中一个非常严重的问题。例如，这种问题可能 通常发生在电动车辆中，电池提供能量的容量受具有最低荷电状态的电池单 元的限制。

如果串联连接的电池中之一被完全耗能，其它电池单元会失去继续提供 能量的能力。即使电池中的其它电池单元仍然具有供电的能力也一样。因此， 电池单元的荷电状态的不均衡降低了电池供电性能。

当然，以上描述并不意味着当一个或多个电池单元被消耗时，剩余电池 单元完全不可能提供电能。然而，它意味着，只在串联的情况下，即使一个 或多个电池单元被完全耗能，只要电荷存在于剩余的电池单元中，电池就可 被继续使用。但是，在这种情况下，完全被放电的电池单元中会产生相反极 性的电压，因此，电池单元可能因过热或气体的产生而存在爆炸的危险，进而 导致电池失去供电的能力。

已经提出校正电池单元的荷电状态中不均衡性的多种方法，其中一种方 法如图1所示。

图1显示了具有串联的电池单元的常规集中电荷均衡设备的结构。

参照图1，具有串联的电池单元的常规集中电荷均衡设备构造如下：提 供变压器T的公共铁心，单个初级线圈M1缠绕在公共铁心上，以及多个对 应于电池单元B1～BN的数目的多个次级线圈M21～M2N缠绕在公共铁心 上。次级线圈M21～M2N具有相同的匝数和相同的极性即负极。在这种情 况下，次级线圈M21～M2N的极性为负极意味着在各个线圈的下面部分标 记上同名端。

只有单个初级线圈M1缠绕在变压器公共铁心上，并且开关S与初级线 圈M1串联，所述初级线圈M1的极性与次级线圈M21～M2N的极性相反。

开关S用作开启/关闭流过与开关S串联的初级线圈M1的电流，并响 应于由电压感测和开关驱动信号产生单元100输出的控制信号来进行开/关 操作。

整流二极管D1～DN与缠绕在变压器T的共同铁心上的各个次级线圈 M21～M2N相串联。电池单元B1～BN与各个次级线圈M21～M2N相并联。

此外，电池单元B1～BN连接在电压感测和开关驱动信号产生单元100 上。

电压感测和开关驱动信号产生单元100感测连接到其上的各个电池单元 B1～BN的电压，并基于所感测的电压开启/关闭开关S，进而将串联电池单 元B1～BN的电压保持在统一的电压。