平衡電池單元的平衡電路的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種平衡復數個電池單元的平衡電路包含復數個平衡模塊。各平衡模塊包含第一、第二開關單元以及第一、第二電感組件，其中該第一電感組件耦合于該第二電感組件。該復數個平衡模塊包含第一、第二平衡模塊，分別耦接至該復數個電池單元之第一、第二電池單元。該第一平衡模塊之該第一電感組件依據該第一平衡模塊之該第一開關單元之開關狀態來取走該第一電池單元之多余能量，并將對應該多余能量之感應能量儲存于該第二平衡模塊。該第二平衡模塊之該第二電感組件依據該第二平衡模塊之該第二開關單元之開關狀態來將該感應能量提供給該第二電池單元。
【專利說明】平衡電池單元的平衡電路
【技術領域】
[0001 ] 本發明關于電池平衡，尤指一種透過將復數個電池單元之中具有較高電壓之電池單元的能量提供給該復數個電池單元，來平衡該復數個電池單元之主動式平衡電路。
【背景技術】
[0002]一般來說，為了供應較高的輸出電壓，可串接復數個電池以作為電源供應裝置以提供所需之輸出電壓。然而，在對具有彼此串接之復數個電池的電源供應裝置進行充電時，該復數個電池之間的電壓失衡會造成總能量的降低或導致電源供應裝置的損壞。舉例來說，當在電池供應裝置之中有一部份的電池已大致充滿電，而其他電池仍需要一段時間方可完成充電時，繼續對電池供應裝置進行充電會造成該部份的電池有過充(overcharging)的現象，進而減少該部份的電池的壽命。
[0003]傳統的電源供應裝置使用被動式電池平衡機制(passive battery balancingmechanism)來避免上述情形發生,然而，被動式電池平衡機制是將多余的能量(亦即，過充的能量)消耗，這將造成能量的浪費和過量的熱。因此，需要一種主動式電池平衡電路(active balancing circuit)來解決上述問題。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種透過將復數個電池單元之中具有較高電壓之電池單元的能量提供給該復數個電池單元來平衡該復數個電池單元之主動式平衡電路，以解決上述問題。
[0005]依據本發明之一實施例，其揭示一種用來平衡復數個電池單元的平衡電路。該平衡電路包含復數個平衡模塊。該復數個平衡模塊分別耦接于該復數個電池單元，其中每一平衡模塊包含一第一開關單元、一第二開關單元、一第一電感組件以及一第二電感組件。該第一電感組件耦接于該第一開關單元與該平衡模塊所耦接之一電池單元之間。該第二電感組件耦接于該第二開關單元，其中該第一電感組件耦合于該第二電感組件。該復數個平衡模塊包含一第一平衡模塊與一第二平衡模塊，分別耦接至該復數個電池單元之一第一電池單元與一第二電池單元。該第一平衡模塊之該第一電感組件依據該第一平衡模塊之該第一開關單元之開關狀態來取走該第一電池單元之一多余能量，并將對應該多余能量之一感應能量儲存于該第二平衡模塊。該第二平衡模塊之該第二電感組件依據該第二平衡模塊之該第二開關單元之開關狀態來將該感應能量提供給該第二電池單元。
[0006]本發明所提供之電池平衡電路可快速地平衡電池系統、具有模塊化電路的架構以簡化電路設計與增加設計彈性，以及可采用自激式振蕩器來簡化控制機制與降低成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1為本發明電池系統之一實施例的示意圖。
[0008]圖2為圖1所示之電池系統之一第一實施例的示意圖。[0009]圖3為圖2所不之晶體管的切換時序的一實施例的不意圖。
[0010]圖4為圖2所示之平衡電路之局部電路之一實施例的示意圖。
[0011]圖5為圖1所示之電池系統之一第二實施例的示意圖。
[0012]圖6為圖1所示之電池系統之一第三實施例的示意圖。
[0013]符號說明
[0014]100、200、500、600電池系統
[0015]102、202、502、602平衡電路
[0016]112_l、112_2、112_n、212_l、212_2、212_n、212_x、平衡模塊
[0017]512_l、512_2、512_n
[0018]224_1、224_2、224_n、228_1、228_2、228_n、524_1、開關單元
[0019]524_2、524_n、528_l、528_2、528_n、Sff 1_U SW1_2、
[0020]Sff l_n, SW2_1、Sff2_2, SW2_n
[0021]242控制單元
[0022]244邏輯電路
[0023]246、652自激式振蕩器
[0024]248閘極驅動器
[0025]642能量調整電路
[0026]646邏輯單元
[0027]648調整單元
[0028]BAT 十、BAT —、N 十、N —、NA、NB、NC、ND端點
[0029]VB_l、VB_2、VB_n、B_l、B_2、B_n、B_x電池單元
[0030]QD_1、QD_2、QD_n、QD_x、QC_1、QC_2、QC_n、晶體管
[0031]QC_x
[0032]LP_1、LP_2、LP_n、LD_1、LD_2、LD_n、LD_x、電感組件
[0033]LS_1、LS_2、LS_n、LC_1、LC_2、LC_n、LC_x
[0034]BDl_l、BDl_2、BDl_n、BDl_x、BD2_l、BD2_2、本體二極管
[0035]BD2_n、BD2_x
[0036]D、DD_l、DD_2、DD_n、DD_x、DC_l、DC_2、DC_n、 二極管
[0037]DC_x
[0038]C_l、C_2、C_n電容
[0039]R電阻
【具體實施方式】
[0040]在說明書及后續的申請專利范圍當中使用了某些詞匯來指稱特定的組件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個組件。本說明書及后續的申請專利范圍并不以名稱的差異來作為區分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及后續的請求項當中所提及的“包含”為一開放式的用語，故應解釋成“包含但不限 定于”。此外，“耦接” 一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
[0041]請參閱圖1，其為本發明電池系統之一實施例的示意圖。電池系統100包含復數個電池單元VB_1?VB_n (η為正整數)以及用來平衡復數個電池單元VB_1?VB_n的平衡電路102。復數個電池單元VB_1?VB_n可自端點BAT +與端點BAT —來提供外接電子裝置(未顯示于圖1中)所需之電源，或可由端點BAT +與端點BAT—來接收充電電源。當電池系統100在充電(charging)、閑置(idle)或放電(discharging)的情形時,平衡電路102可將復數個電池單元VB_1?VB_n之中具有較高電壓(亦即，較多電荷)之電池單元的能量取出，再將其提供給復數個電池單元VB_1?VB_n之中的至少一電池單元，進而實現電池平衡的目的。換言之，平衡電路102為主動式平衡電路，并透過將能量直接提供給需要的電池單元，來實現快速且高效率的電池平衡機制。
[0042]具體來說，平衡電路102可包含(但不限于)復數個平衡模塊112_1?112_n，其分別耦接于復數個電池單元VB_1?VB_n。復數個平衡模塊112_1?112_n分別包含復數個第一開關單元SW1_1?SWl_n、復數個第二開關單元SW2_1?SW2_n、復數個第一電感組件LP_1?LP_n以及復數個第二電感組件LS_1?LS_n。于各平衡模塊中，第一電感組件耦接于第一開關單元與該平衡模塊所耦接之電池單元之間，而第二電感組件則是耦接于第二開關單元，并且耦合于該平衡模塊之第一電感組件。以下以電池單元VB_1具有過高的電壓(例如，超過額定電壓的默認電壓范圍，或與其他電池單元之電壓之間的差距過大)為例，來簡單地說明平衡電路102之運作方式。
[0043]首先，第一電感組件LP_1可依據第一開關單元SW1_1之開關狀態來取走電池單元VB_1之一多余能量E0,并將對應多余能量EO之一感應能量(inductive energy)EI儲存至少一平衡模塊之中。舉例來說(但本發明不限于此)，可將多余能量EO耦合至每一平衡模塊，以將感應能量EI儲存于每一平衡模塊之中，此外，也可以將多余能量EO耦合至第二電感組件LS_1以產生感應能量EI，進而將感應能量EI儲存于每一平衡模塊之中。接下來，假設電池單元VB_2過低，則第二平衡模塊112_2之第二電感組件LS_2可依據第二開關單元SW2_2之開關狀態來將感應能量EI提供給電池單元VB_2。簡言之，本發明所提供之電池平衡機制是利用一平衡模塊之一開關單元(例如，第一開關單元LP_1)來釋放該平衡模塊所耦接之電池單元的能量，以及利用另一平衡模塊之另一開關單元(例如，第二開關單元LS_2)來將所釋放的能量提供給該另一平衡模塊所耦接之電池單元。值得注意的是，本發明所提供之電池平衡機制也可將單一電池單元之多余能量提供給復數個電池單元、將復數個電池單元之多余能量提供給單一電池單元，或將復數個電池單元之多余能量提供給復數個電池單元。
[0044]另外，圖1所示之復數個電池單元VB_1?VB_n之中的每一電池單元可以是電池芯(battery cell)(單一電池)、電池區塊(battery block)(包含彼此并聯之復數個電池)、電池模塊(battery module)(包含彼此串聯之復數個電池區塊)或電池組(battery pack)(包含串聯與并聯之復數個電池)。由于圖1所示之平衡模塊112_1?112_11具有相同/相似的電路架構，故平衡電路102可采用模塊化(modularization)的方式來實作出。
[0045]請參閱圖2，其為圖1所示之電池系統100之一第一實施例的示意圖。于此實施例中，電池系統200包含有復數個電池單元[1?B_n以及平衡電路202。復數個電池單元B_1?B_n為復數個電池芯(但本發明不限于此)，并且彼此串接于端點BAT+(亦即，一高壓側(high side))與端點BAT —(亦即，一低壓側(low side))之間，因此,可透過端點BAT +與端點BAT —來提供電源或接收充電電源。平衡電路202包含復數個平衡模塊212_1~212_n，其分別包含復數個第一電感組件LD_1~LD_n、復數個第二電感組件LC_1~LC_n、復數個第一開關單元224_1~224_n以及復數個第二開關單元228_1~228_n。于各平衡模塊之中，該平衡模塊之第一電感組件耦接于該平衡模塊之第一開關單元與該平衡模塊所耦接之電池單元之間，以及該平衡模塊之第二電感組件系耦接于該平衡模塊之第二開關單元與該平衡模塊所耦接之電池單元之間。
[0046]于此實施例中，復數個第一開關單元224_1~224_n可分別用來作為圖1所示之復數個第一開關單元SW1_1~SWl_n，其中復數個第一開關單元224_1~224_n為復數個單向式(un1-directional)開關組件,分別由復數個二極管(diode) DD_1~DD_n以及其所串接之復數個雙向式(b1-directional)開關組件(亦即，具有復數個本體二極管(bodydiode)BDl_l~BDl_n之復數個晶體管(transistor)QD_1~QD_n)來替代。相似地，復數個第二開關單元228_1~228_n可分別用來作為圖1所示之復數個第二開關單元SW2_1~SW2_n，其中復數個第二開關單元228_1~228_n也可以是復數個單向式開關組件，分別由復數個二極管DC_1~DC_n以及其所串接之復數個雙向式開關組件(亦即，具有復數個本體二極管BD2_1~BD2_n之復數個晶體管QC_1~QC_n)來替代。
[0047]由圖2可知，除了各平衡模塊之中的第一電感組件與第二電感組件彼此耦合之外，不同平衡模塊之間的第一電感組件也彼此耦合，以及不同平衡模塊之間的第二電感組件也是彼此耦合，換言之，每一電感組件(亦即，復數個第一電感組件LD_1~LD_n與復數個第二電感組件LC_1~LC_n)彼此耦合，因此，當復數個平衡模塊212_1~212_n之中的一平衡模塊自該平衡模塊所耦接之電池單元取走一多余能量時，其他的平衡模塊均可儲存對應該多余能量之一感應能量。
[0048]考慮電池單元B_1之電壓過高(例如，超過額定電壓的默認電壓范圍，或與其他電池單元之電壓之間的差距過大)而電池單元B_2之電壓過低(例如，低于額定電壓的默認電壓范圍，或低于其他電池單元之電壓甚多)的情形。當第一開關單元224_1(或晶體管QD_1)由關斷(turn-off)狀 態切換為導通(turn-on)狀態時,可取走電池單元B_1之多余能量E0,并透過第一電感組件LD_1與其他電感組件之間的耦合關系來將多余能量EO轉換為感應能量EI,進而儲存于其他電感組件之中(亦即，電感組件之磁芯(magnetic core))。接著可將第二開關單元228_2 (或晶體管QC_2)由關斷狀態切換至導通狀態，一旦第一開關單元224_1由導通狀態再次切換至關斷狀態，則第二電感組件LC_2所儲存之感應能量EI可提供給電池單元B_2。
[0049]由上可知，當電池單元B_x(l ^ X ^ η)之電壓過高時，可導通第一開關單元224_X (或晶體管QD_X)，以釋放多余能量(例如，多余能量E0)并儲存相對應之感應能量(例如，感應能量EI);接著可藉由導通第二開關單元228_y (或晶體管QC_y) (I ^ y ^ η)來將感應能量提供予電池單元B_y (亦即，具有較低電壓之電池單元)。換言之，導通晶體管QD_x可視為對電池單元B_x進行放電，以及導通晶體管QC_y可視為對電池單元B_y進行充電。
[0050]關于圖2所示之開關單元之切換時序可參閱圖3。圖3為圖2所示之晶體管之切換時序的一實施例的示意圖，其中晶體管QD_x代表復數個晶體管QD_1~QD_n的其中之一(對應于第一開關單元224_x)，以及晶體管QC_y代表復數個晶體管QC_1~QC_n的其中之一(對應于第二開關單元228_y )。由上可知，當晶體管QC_y處于導通狀態(例如，訊號S (QC_y)處于高準位)，而晶體管QD_x由導通狀態再次切換至關斷狀態(例如，訊號S(QD_x)由高準位切換為低準位)時，可將儲存于磁芯之感應能量提供予對應于晶體管QC_y之電池單元。因此，為了將感應能量提供給對應于晶體管QC_y之電池單元，晶體管QC_y可于晶體管QD_X關斷的同時導通(亦即，第二開關單元228_y可于第一開關單元224_x關閉的同時開啟)(如第3圖所示)。于一設計變化中，晶體管QC_y也可于晶體管QD_x關斷之前就導通，舉例來說，晶體管QC_y可與晶體管QD_x同時導通。
[0051]另外，為了避免磁芯所儲存之能量飽和，透過適當地設計用來驅動晶體管QD_x與晶體管QC_y之訊號的責任周期(duty cycle)，可使儲存于磁芯之感應能量能夠完全釋放出來，舉例來說，可將晶體管QC_y于晶體管QD_x關斷之后的導通時間(例如，TC)設計為大于晶體管QD_x之導通時間(例如，TD)。于一實施例中，也可設計第一電感組件與第二電感組件之間的阻數比(turn rat iο ),并搭配訊號責任周期的設定,來使儲存于磁芯之感應能量能夠完全釋放出來。
[0052]上述開關單元之開關狀態的切換可透過一控制單元(control unit)來控制。請連同圖2來參閱圖4，圖4為圖2所示之平衡電路202之局部電路之一實施例的示意圖。于此實施例中，平衡電路202另包含一控制單元242，其用以產生一驅動訊號S_G來控制電池單元B_x所對應之平衡模塊212_x之操作，其中第一電感組件LD_x、第二電感組件LC_x、復數個二極管00_1與0(:_1、晶體管QD_x (具有本體二極管BDl_x)以及晶體管QC_x (具有本體二極管BD2_x)為平衡模塊212_x所包含之電路組件。控制單元242包含有一邏輯電路(logic circuit) 244、一自激式振蕩器(free-running oscillator) 246 以及一閘極驅動電路(gate drive circuit) 248。由于自激式振蕩器246可自我觸發,故控制單元242具有簡化之電路設計與低成本的優點。更具體地說，邏輯電路244可偵測復數個電池單元B_1?B_n之電壓以取得一電壓信息，并根據該電壓信息來產生一致能訊號S_EN，閘極驅動電路248可根據致能訊號S_EN與自激式振蕩器246所產生之振蕩訊號S_0來產生驅動訊號S_G以控制晶體管(例如，晶體管QD_x及/或晶體管QC_x)之開關狀態。
[0053]舉例來說，當邏輯電路244偵測出復數個電池單元B_1?B_n之間的電壓失衡時，所產生之致能訊號S_EN會具有一特定電壓準位(例如，高電壓準位)，此外，閘極驅動電路248會根據振蕩訊號S_0來產生驅動訊號S_G,換言之,驅動訊號S_G會具有振蕩訊號S_0之頻率與責任周期的信息，因此，電池單元B_x所釋放(或接收)的能量大小可由振蕩訊號S_0之頻率與責任周期來控制之。
[0054]值得注意的是，以上僅供說明之需，并非用來作為本發明之限制。于一實施例中，可以同時導通至少一電池單元以釋放其多余能量并儲存于各平衡模塊之中，并將相對應之感應能量同時提供給需要的至少一電池單元。另外，圖4所示之控制單元242之電路架構僅供說明之需，舉例來說，自激式振蕩器246也可以直接根據致能訊號S_EN來輸出振蕩訊號S_0以作為驅動訊號S_G。于一設計變化中，閘極驅動電路248也可直接根據致能訊號S_EN來產生驅動訊號S_G。
[0055]請參閱圖5，其為圖1所示之電池系統100之一第二實施例的示意圖。于此實施例中，電池系統500包含有第2圖所示之復數個電池單元B_1?B_n以及平衡電路502。平衡電路502包含復數個平衡模塊512_1?512_n，其分別包含有圖1所示之復數個第一電感組件LP_1?LP_n與復數個第二電感組件LS_1?LS_n、復數個第一開關單元524_1?524_η、復數個第二開關單元528_1~528_η以及復數個電容C_1~C_n。于各平衡模塊之中，該第一電感組件耦接于該第一開關單元與該平衡模塊所耦接之電池單元之間、該第二電感組件耦接于該第二開關單元，以及該平衡模塊之電容的兩端分別耦接于該第二電感組件與該
第二開關單元。 [0056]于此實施例中，復數個第一開關單元524_1~524_n可分別由圖所2示之復數個晶體管QD_1~QD_n來實作出，以及復數個第二開關單元528_1~528_n可分別由圖2所示之復數個晶體管QC_1~QC_n來實作出。另外，復數個電容C_1~C_n彼此并聯于端點N +與端點N -(亦即端點BAT —)之間，因此，當復數個平衡模塊512_1~512_n之中的一平衡模塊自該平衡模塊所耦接之電池單元取走一多余能量時，其他的平衡模塊均可儲存對應該多余能量之一感應能量。
[0057]考慮電池單元B_1之電壓過高(例如，超過額定電壓的默認電壓范圍，或與其他電池單元之電壓之間的差距過大)而電池單元B_2之電壓過低(例如，低于額定電壓的默認電壓范圍，或低于其他電池單元之電壓甚多)的情形。當晶體管QD_1由關斷狀態切換為導通狀態時，可取走電池單元B_1之多余能量E0，其中多余能量EO透過第一電感組件LP_1與第二電感組件LS_1之間的耦合關系而轉換為感應能量EI，其可儲存于彼此并聯之復數個電容C_1~C_n之中。接著可將晶體管QC_2由關斷切換至導通，以使儲存于電容C_2之感應能量EI可透過第一電感組件LP_2與第二電感組件LS_2之間的耦合關系來提供給電池單元 B—2。
[0058]透過將感應能量系儲存于各平衡模塊之電容，一旦開啟至少一平衡模塊之第二開關單元，即可將能量提供給該至少一平衡模塊所耦接之電池單元，此外，即便是同時開啟第一開關單元(例如，導通晶體管QD_x)與第二開關單元(例如，導通晶體管QC_y)，仍可實現上述電池平衡操作。簡言之，在電池系統500之運作期間，平衡電路502可于任意時間點進行電池平衡操作,此外，由于導通晶體管QD_x (I ^ X ^ η)可視為對電池單元B_x進行放電，以及導通晶體管QC_y (I ^ y ^ η)可視為對電池單元B_y進行充電，因此，平衡電路502所不之電路架構可應用于處于充電模式、放電模式或閑置模式之電池系統。
[0059]相似地，可經由適當地設計用來驅動晶體管之訊號的責任周期，及/或第一電感組件與第二電感組件之間的匝數比，來避免電容所儲存之能量飽和。另外，平衡電路502之開關單元的控制機制可采用第4圖所示之控制單元242的架構，以控制電池單元所釋放(或接收)的能量大小。
[0060]平衡電路502另可包含一阻抗組件(于此實施例中，為電阻R)以及一二極管D，其中電阻R與二極管D分別耦接于端點BAT +與端點N +之間，因此，復數個電容C_1~C_n經由電阻R/ 二極管D來電性連接至端點BAT +。這樣的好處之一在于復數個電容C_1~C_n均可透過電阻R (或該阻抗組件)來被預充電，避免平衡電路502在運作時產生不想要的浪涌電流(surge current),也就是說,可以不需考慮提供軟啟動(soft start)機制來消弭/減少浪涌電流，進而簡化電路設計與減少成本。另外，對復數個電容(:_1~C_n進行預充電還可以提升電路運作的速度，而二極管D的設置也可以減少/消弭浪涌電流。
[0061]當二極管D導通時，可將端點BAT +與端點N +視為等電位。由于復數個電容C_1~C_n系并聯于端點N +與端點BAT —之間，故可將復數個電容C_1~C_n視為并聯于端點BAT +與端點BAT —之間。因此，每一電容所儲存的能量不僅可互相流通，也可提供給所有的電池單元，以提升電池平衡效率，并且防止復數個電容c_l?C_n具有過高的電壓。
[0062]請注意，以上所述僅供說明之需，并非用來作為本發明之限制。于一設計變化中，省略電阻R與二極管D之中至少其一也是可行的。于另一設計變化中，復數個電容C_1?C_n也可替換為其他類型的能量儲存組件。
[0063]本發明所提供之平衡電路可應用于高電壓(例如，400伏特以上)或低電壓(例如，20伏特)之電池系統。于高電壓電池系統之應用中，除了將平衡電路之電路組件的耐壓性提高，以維持電池系統之正常運作之外，也可以增加一能量調整電路(無需提升電路組件的耐壓性)來維持電池系統之正常運作。請參閱圖6，其為圖1所示之電池系統100之一第三實施例的不意圖。電池系統600所包含之平衡電路602之架構是基于圖5所不之電池系統502的架構，而兩者之間主要的差別在于平衡電路602另包含一能量調整電路642。能量調整電路642耦接于復數個電容C_1?C_n，用以選擇性地調整復數個電容C_1?C_n所儲存之感應能量EI，并將調整后的感應能量EI提供給復數個電池單元B_1?B_n。
[0064]于此實施例中，當感應能量EI較低時(例如，復數個電容C_1?C_n之電壓未超過180伏特)，能量調整電路642不會對感應能量EI進行調整，換言之，平衡電路602之電池平衡機制與圖5所示之平衡電路502的電池平衡機制大致相同/相似。當平衡電路602應用于高電壓電池系統時(亦即，復數個電池單元B_1?B_n所串成之額定電壓(端點BAT +與端點BAT —之間的電壓)為高電壓)，感應能量EI若有過高的現象(例如，超過180伏特)，可利用能量調整電路642來對感應能量EI進行升壓轉換(亦即，能量調整電路642可以是一升壓轉換電路(boost converter circuit)或一返馳式轉換電路(flyback convertercircuit))，并據以提供轉換后的能量予復數個電池單元[1?B_n，以維持電池系統之正常運作。
[0065]實際上，能量調整電路642可具有一第一端點NA、一第二端點NB、一第三端點NC及一第四端點NC，其中第一端點NA及第二端點NB分別耦接于電容C_n的兩端，以及第三端點NC及第四端點ND分別耦接于端點BAT +與端點BAT —，因此，能量調整電路642可經由第一端點NA與第二端點NB來接收感應能量EI，以及可經由第三端點NC與第四端點ND來輸出調整后的感應能量EI。
[0066]另外，能量調整電路642可包含一邏輯單元(logic unit) 646以及一調整單元648。邏輯單元646可用來判斷復數個電容C_1?C_n所儲存之感應能量EI是否達到一預定能量值，以產生一判斷結果。調整單元648耦接于邏輯單元646，用以依據該判斷結果來調整感應能量EI。舉例來說,邏輯單元646可采用磁滯門坎化(voltage thresholdwith a hysteresis)的判斷邏輯，因此，當該判斷結果指示出感應能量EI位于磁滯區間(hysteresis band)外時,調整單元648可對感應能量EI進行調整。
[0067]平衡電路602另可包含一自激式振蕩器652,其是用以產生一振蕩訊號S_C來控制能量調整電路642之能量調整操作。舉例來說，在能量調整電路642為一升壓轉換電路的情形下，能量調整電路642可根據振蕩訊號S_C之頻率與責任周期來調整感應能量EI之增加量。另外，也可以采用圖4所示之控制單元242的設計概念來實作出能量調整電路642相對應之控制單元(并未顯示于圖6中)。
[0068]值得注意的是，平衡電路602另可包含復數個能量調整電路，進而實現模塊化電路設計的概念。舉例來說，圖6所示之每一平衡模塊均可耦接一能量調整電路(未顯示于圖6中)，也就是說，復數個平衡模塊512_1?512_n之中的每一平衡模塊均可耦接于與能量調整電路642相同/相似之電路組件。請注意，在平衡電路602包含復數個能量調整電路的情形下，在進行上述升壓轉換操作時，僅需啟用該復數個能量調整電路的其中之一即可。
[0069]綜上所述，本發明所提供之電池平衡電路可快速地平衡電池系統、具有模塊化電路的架構以簡化電路設計與增加設計彈性，以及可采用自激式振蕩器來簡化控制機制與降低成本。
[0070]以上結合最佳實施例對本發明進行了描述，但本發明并不局限于以上揭示的實施例，而應當涵蓋各種根據本發明的本質進行的修改、等效組合。
【權利要求】
1.一種用來平衡復數個電池單元的平衡電路，其特征在于，包含: 復數個平衡模塊，分別耦接于復數個所述電池單元，其中每一所述平衡模塊包含: 一第一開關單元； 一第二開關單元； 一第一電感組件，耦接于所述第一開關單元與所述平衡模塊所耦接的一電池單元之間；以及 一第二電感組件，耦接于所述第二開關單元 ，其中所述第一電感組件耦合于所述第二電感組件； 其中復數個所述平衡模塊包含一第一平衡模塊與一第二平衡模塊，所述第一平衡模塊與所述第二平衡模塊分別耦接至復數個所述電池單元的一第一電池單元與一第二電池單元；所述第一平衡模塊的第一電感組件依據所述第一平衡模塊的第一開關單元的開關狀態取走所述第一電池單元的一多余能量，并將對應所述多余能量的一感應能量儲存于所述第二平衡模塊；以及所述第二平衡模塊的第二電感組件依據所述第二平衡模塊的第二開關單元的開關狀態來將所述感應能量提供給所述第二電池單元。
2.如權利要求1所述的平衡電路，其特征在于，所述感應能量同時儲存于各平衡模塊的所述第二電感組件之中。
3.如權利要求1所述的平衡電路，其特征在于，各平衡模塊的所述第二電感組件耦接于各平衡模塊所耦接的所述電池單元與各平衡模塊的所述第二開關單元之間；復數個所述平衡模塊的第一電感組件彼此耦合；以及復數個所述平衡模塊的第二電感組件彼此耦合。
4.如權利要求3所述的平衡電路，其特征在于，所述第一開關單元以及所述第二開關單元中的每一開關單元為一單向式開關組件，所述單向式開關組件包含: 一二極管；以及 一雙向式開關組件，串接于所述二極管。
5.如權利要求3所述的平衡電路，其特征在于，所述第二開關單元于所述第一開關單元關閉之前開啟，或于所述第一開關單元關閉的同時開啟。
6.如權利要求1所述的平衡電路，其特征在于，每一所述平衡模塊還包含: 一能量儲存組件，用以儲存所述感應能量，其中所述能量儲存組件的兩端分別耦接于所述第二電感組件與所述第二開關單元； 其中復數個所述平衡模塊的能量儲存組件彼此互相并聯，復數個所述電池單元彼此串接于一高壓側及一低壓側之間，以及所述能量儲存組件電性連接于所述高壓側與所述低壓側之間。
7.如權利要求6所述的平衡電路，其特征在于，所述感應能量同時儲存于各平衡模塊的所述能量儲存組件之中。
8.如權利要求6所述的平衡電路，其特征在于，復數個所述電池單元彼此串接于一高壓側及一低壓側之間，以及所述平衡電路還包含: 一阻抗組件，其中所述能量儲存組件經由所述阻抗組件來電性連接至所述高壓側與所述低壓側之其一。
9.如權利要求6所述的平衡電路，其特征在于，復數個所述電池單元彼此串接于一高壓側及一低壓側之間，以及所述平衡電路還包含:一二極管，其中所述能量儲存組件經由所述二極管來電性連接至所述高壓側與所述低壓側之其一。
10.如權利要求6所述的平衡電路，其特征在于，所述第一開關單元以及所述第二開關單元同時開啟。
11.如權利要求6所述的平衡電路，其特征在于，還包含: 一能量調整電路，耦接于所述能量儲存組件，用以選擇性地調整所述感應能量，并將調整后的所述感應能量提供給復數個所述電池單元。
12.如權利要求11所述的平衡電路，其特征在于，復數個所述電池單元彼此串接于一高壓側及一低壓側之間；所述能量調整電路具有一第一端點、一第二端點、一第三端點及一第四端點；所述第一端點及所述第二端點分別耦接于所述能量儲存組件的兩端；以及所述第三端點及所述第四端點分別耦接于所述高壓側與所述低壓側。
13.如權利要求11所述的平衡電路，其特征在于，所述能量調整電路為一升壓轉換電路。
14.如權利要求11所述的平衡電路，其特征在于，所述能量調整電路包含: 一邏輯單元，用來判斷所述能量儲存組件所儲存的所述感應能量是否達到一預定能量值，以產生一判斷結果；以及 一調整單元，耦接于所述邏 輯單元，用以依據所述判斷結果來調整所述感應能量。
15.如權利要求11所述的平衡電路，其特征在于，還包含: 一自激式振蕩器，用以產生一振蕩訊號來控制所述能量調整電路的能量調整操作。
16.如權利要求1所述的平衡電路，其特征在于，還包含: 一控制單元，具有一自激式振蕩器，其中所述自激式振蕩器用以產生一振蕩訊號，以及所述控制單元依據所述振蕩訊號來產生一驅動訊號以控制所述第一開關單元與所述第二開關單元之至少其一的開關狀態。
【文檔編號】H02J7/00GK103545870SQ201310294577
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月12日 優先權日:2012年7月13日
【發明者】蔡富生 申請人:蔡富生