CN102017357B - 用于串联电池串的两级充电均衡化方法和装置 - Google Patents

用于串联电池串的两级充电均衡化方法和装置 Download PDF

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Abstract

根据本发明的用于串联电池串的两级充电均衡化装置包括：两级DC-DC转换器，其包括被输入有电池串的总电压并且输出低于所输入电压的电压的第一DC-DC转换器；和被输入有第一DC-DC转换器的输出并且输出充电电流以用于对特定电池单元进行充电的第二DC-DC转换器，其中电池串被分为具有多个串联的电池单元的一个或更多个电池模块，并对于各个电池模块提供第二DC-DC转换器；电流转换开关模块，其在电池模块和第二DC-DC转换器之间形成充电电流的通路以使得充电电流施加到构成电池模块的特定电池单元，并且电流转换开关模块控制充电电流的施加方向；和微处理器，其确定低充电电池单元的要被充电的电池单元，并控制电流转换开关模块以使得充电电流施加到要被充电的电池单元。

Description

用于串联电池串的两级充电均衡化方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于串联电池串的充电均衡化装置和方法，并且更具体地涉及这样的一种充电均衡化装置和方法，其转换施加到两级DC-DC转换器和电池单元的充电电流的方向以减少要对电池单元进行充电的电路的复杂性和体积。
背景技术
如果例如在使用锂离子电池作为电源的混合驱动汽车中需要高于单位电池(电池)的基准电压的电压，则通常串联连接多个单位电池。然而，即使经由通常的制造方法生产的电池具有使用相同阳极、阴极和电解液的相同结构，在串联的各个电池之间也存在充电或放电特性的差异。
因此，因为当使用串联的电池时，单位电池之间存在电压差，所以存在这样的问题，总电压(串联的电池的总电压)变为零，使得不管串联的单位电池中的其它电池的电压，即使一个电池被完全地放电则需要再充电，甚至在再充电时由于各个电池之间的不同电压使得首先达到特定电压的电池被过度充电，并且即使某些电池被过度充电，也存在仍然没有达到任何特定电压的电池。
此外，如果充电/放电次数越高，在构成电池的材料中可能出现显著劣化，以使得电池的特性变得不同，并且这种劣化是加剧个别电池之间的差异的原因。
因此，为了解决这些问题，积极地提出了各种充电均衡化装置以实现串联的电池的充电均衡化。
作为示例，韩国专利特开号2003-0096978涉及一种系统，其由多个单位电池、充电装置、放电装置、和串并转换开关组成，并且通过同等地对多个单位电池进行放电并且然后使用串并转换开关串联连接经放电的单位电池来执行充电。韩国专利特开号2007-0064244涉及一种系统，其包括电池单元、连接到电池单元的场效应晶体管单元、连接到场效应晶体管单元的放大单元、控制放大单元的输出信号的多路器、比较和确定电池单元的电压信号变化的比较器、将来自比较器的输出转换为数字信号的A/D转换单元、被输入有A/D转换器输出的信号并且输出对应于充电/放电条件的信号的微型计算机单元(Micom unit)、根据微型计算机单元的信号提供电池均衡化电流的开关单元、和已知的充电/放电电路。
此外，日本专利特开号1998-032936涉及一种系统，其包括多个单位电池、用于检测各个单位电池中的剩余容量的检测装置、用于执行各个单位电池中的充电和放电的充电代替装置和放电代替装置、用于单独控制各个单位电池中的充电和放电的控制装置、和在各个单位电池中单独执行充电和放电的直流/直流转换器。日本专利特开号2004-194410涉及一种系统，其包括两个或更多个的单位电池组、用于检测第一电池组和第二电池组的每一组中流动电流的差异的电流差异检测装置、和用于基于电流差异控制电池组中充电/放电电流的装置。
然而，因为先前的充电均衡化装置具有在串联的各个电池中提供的充电均衡化装置，使得在各个电池上单独执行充电或放电，所以存在这样的问题，充电均衡化装置的复杂性和体积增加，并且因此生产率降低且生产成本更高，并且构成充电均衡化装置的组件或用于控制它的开关模块必须忍受更高的电压应力。
为了解决这些问题，本申请人在韩国专利申请号10-2007-0104033中提出了一种通过使用两级DC-DC转换器对单个电池进行充电来进行充电均衡化控制的方案。根据先前的专利申请的使用两级DC-DC转换器的充电均衡化装置使得构成电池串的各个电池模块利用充电控制开关来共用DC-DC转换器，以减少DC-DC转换器的数量。然而，因为每当充电控制开关用于各个电池单元时，仅仅在充电控制开关必须用于电池的所有正向和负向的情况下，各个电池单元可以控制充电电流，所以开关的数量通常是电池数量的两倍。就多个电池单元组成的产品的成本和体积而言，这是相当不利的。因此，需要可以减少用于形成各个电池单元的充电通路的充电控制开关的数量的方法。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种充电均衡化装置和方法，其能够有效地实现充电均衡化，同时减少在串联的电池串中进行充电均衡化的充电均衡化装置的复杂性；提供一种充电均衡化装置和方法，其能够通过减少用于控制均衡化和操作的目的的元件的电压应力来使用具有低内电压的元件；和提供一种充电均衡化装置和方法，其通过控制用于对单个电池单元充电的充电电流的通路和方向来减少用于对单个电池单元充电的电路的复杂性和体积。
技术方案
为了实现上面的目的，本发明提供了一种用于具有串联的两个或更多个电池单元的电池串的两级充电均衡化装置，该两级充电均衡化装置包括：两级DC-DC转换器，其包括被输入有所述电池串的总电压并且输出低于所输入电压的电压的第一DC-DC转换器；和被输入有所述第一DC-DC转换器的输出并且输出充电电流以用于对特定电池单元进行充电的第二DC-DC转换器，其中所述电池串被分为具有多个串联的电池单元的一个或更多个电池模块，并且对于各个电池模块提供所述第二DC-DC转换器；电流转换开关模块，其设置在所述电池模块和所述第二DC-DC转换器之间，并形成充电电流的通路，并且控制所述充电电流的施加方向，以使得所述充电电流施加到构成所述电池模块的所述特定电池单元；以及微处理器，其确定低充电电池单元的要被充电的电池单元，并且控制所述电流转换开关模块以使得所述充电电流施加到要被充电的电池单元。
此时，为各个电池模块提供所述电流转换开关模块，并且所述电流转换开关模块包括连接到所述第二DC-DC转换器的输出端的电流转换单元和充电控制开关单元以控制电流的施加方向。
因此，根据本发明的两级充电均衡化装置配备有用于电池模块的第二DC-DC转换器，以使得属于单个电池模块的电池单元共用单个第二DC-DC转换器，第二DC-DC转换器的两个负/正输出端连接到电流转换单元并且电流转换单元的输出端连接到充电控制开关单元。充电控制开关单元形成了充电电流通过其在要被充电的单个电池单元中流动的通路，并且电流转换单元选择性地将第二DC-DC转换器的负或正输出施加到充电电流的通路。
优选地，所述充电控制开关单元用数量与构成所述电池模块的所述电池单元的数量相同的充电控制开关来构造，并且所述充电控制开关单元并联连接到各个电池单元以形成所述电流转换单元和所述电池模块之间的电流移动通路。所述电流转换单元连接到所述第二DC-DC转换器的两个负/正输出端，以选择性地将负输出或正输出施加到由所述充电控制开关形成的所述电流移动通路。
优选地，所述充电控制开关是双向金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关，并且充电电流的通路通过控制构成充电控制开关的双向MOSFET的栅极电压来形成。微处理器进行控制以使得充电控制开关可以形成低阻抗的电流通路。
优选地，当导通构成双向MOSFET开关的所述MOSFET时所施加的Vgs是作为所述电池模块的一部分的两个或更多个串联电池的电压。该两级充电均衡化装置还包括在构成所述双向MOSFET开关的所述MOSFET的栅极中设置的电子继电器。此时，所述电子继电器包括发光二极管和光接收元件，并且在所述微处理器的控制下所述发光二极管发光以用于控制所述充电控制开关单元。
随后，光接收元件被输入有从发光二极管输出的光并且在微处理器的控制下转变为低阻抗状态，并且当光接收元件转变为低阻抗状态时，串联的两个或更多个电池的电压被施加到构成双向MOSFET开关的MOSFET的栅极。
根据本发明的两级充电均衡化装置优选地还包括被输入有构成所述电池串的各个电池单元的电压的多路器和连接到所述多路器的输出端的电压感测器，并且更优选地还包括连接到多路器和电压感测器的模数转换器(ADC)。ADC负责通过将电压感测器的检测值从模拟输出转换为数字值来输入微处理器测量的电池单元的电压作为数字值。
所述多路器由所述微处理器控制，并且构成所述电池串的各个电池单元的通过所述电压感测器测量的电压被输入到所述微处理器。
优选地，所述第一DC-DC转换器是具有负反馈电路的DC-DC转换器，这导致允许第一DC-DC转换器输出稳定的电压值。
该两级充电均衡化装置还包括控制所述第一DC-DC转换器和所述第二DC-DC转换器中的每一方的开/关的开关元件，此时所述开关元件由所述微处理器控制。
具体地，所述开关元件由所述微处理器生成的PWM信号来控制。
将基于上述均衡化装置执行根据本发明的用于串联电池串的两级充电均衡化方法。
具体地，使用充电均衡化装置来执行充电均衡化方法，所述充电均衡化装置包括：一个或更多个电池模块，其具有构成电池串的多个电池单元并且串联连接到两级DC-DC转换器；被输入有电池串总电压并且输出低于所输入电压的电压的第一DC-DC转换器；被输入有第一DC-DC转换器的输出并且输出充电电流以用于对特定电池单元进行充电的第二DC-DC转换器；电流转换开关模块，其在电池模块和第二DC-DC转换器之间形成充电电流的通路以允许充电电流施加到构成电池模块的特定电池单元，并且控制充电电流的施加方向；多路器，其被输入有构成电池串的各个电池单元的电压；电压感测器，其连接到多路器的输出端以测量各个电池单元的电压；和微处理器，其确定低充电电池单元的要被充电的电池单元，控制电流转换开关模块以允许充电电流施加到要被充电的电池单元，并且控制第一DC-DC转换器和第二DC-DC转换器的开/关操作。
根据本发明的用于串联电池串的两级充电均衡化方法包括以下步骤：(a)基于通过测量构成所述电池串的各个电池单元的电压而获得的电压差来确定是否执行所述电池串的充电均衡化；(b)基于执行所述电池串的充电均衡化时所测量的电压来选择低充电电池单元；(c)控制所述第二DC-DC转换器的两个负输出和正输出的方向，以并联连接所述低充电电池单元和所述第二DC-DC转换器的两个输出端；(d)操作所述第二DC-DC转换器；以及(e)通过操作所述第一DC-DC转换器来对所述低充电电池单元进行充电。
优选地，执行步骤(a)以使得通过控制多路器将经由电压感测器获得的构成电池串的各个电池单元的电压值输入到微处理器，并且如果电池单元的测量电压差高于特定值，则优选地执行电池串的充电均衡化。
在步骤(b)中，微处理器确定对其执行根据本发明的电池串的充电均衡化的电池单元，并且优选地将低充电的电池单元确定为要充电的电池单元。
步骤(c)进行控制以使得第二DC-DC转换器的两个负或正输出被选择性地施加在要充电的电池单元的低充电电池单元上，并且在低充电电池单元和第二DC-DC转换器的两个输出端之间形成电流移动通路。
具体地，由微处理器控制构成电流转换开关模块的充电控制开关单元以形成低阻抗通路，通过该通路来施加第二DC-DC转换器的两个负和正输出，并且控制构成电流转换开关模块的电流转换单元以使得第二DC-DC转换器的负输出施加到低充电电池单元的阴极上形成的低阻抗的通路，并且第二DC-DC转换器的正输出施加到低充电电池单元的阳极上形成的低阻抗的通路。由微处理器控制包括电流转换单元和充电控制开关单元的电流转换开关模块以设置电流通路和电流的施加方向，以使得从第二DC-DC转换器输出的充电电流在作为要充电的电池单元的低充电电池中流动。
步骤(e)执行控制以使得第一DC-DC转换器被中断(关闭)，并且第一DC-DC转换器中存储的磁能移动到第二DC-DC转换器以使得第二DC-DC转换器以特定占空比来操作(开启)。
具体地，如果由微处理器确定作为要被充电的电池单元的低充电电池单元，则电流转换开关模块被输入有微处理器的控制信号以设置低充电电池单元和第二DC-DC转换器之间的电流通路并且设置电流的施加方向，并且然后由微处理器连续操作(开启)第二DC-DC转换器和第一DC-DC转换器。第一DC-DC转换器中断(关闭)并且第一DC-DC转换器上存储的磁能移动到第二DC-DC转换器。在此时，第二DC-DC转换器被输入有微处理器生成的PWM信号并且以特定占空比操作(开启)以输出充电电流。该充电电流在低充电的电池单元中流动以根据电流转换开关模块形成的电流通路和电流施加方向来对电池单元进行充电。
第一DC-DC转换器被输入有电池串的总电压并且输出低于所输入电压的电压，并且第二DC-DC转换器的输入端并联连接到第一DC-DC转换器的输出端，以使得由从第一DC-DC转换器输入的全部电池串的电压来对低充电的电池单元进行充电。
可以实现充电均衡化方法以使得步骤(a)测量构成电池串的所有电池中每一个的电压，并且对于构成电池串和包括多个串联的电池单元的各个电池模块来相互独立地执行步骤(b)到(e)。因此，对于各个电池模块来说，可以相互独立地选择低充电的电池单元，并且通过为各个电池模块提供的单个第二DC-DC转换器的充电电流来相互独立地对为各个电池模块而选择的低充电的电池单元进行充电。在此时，为电池模块和第二DC-DC转换器之间的各个电池模块提供电流转换开关模块，并且由微处理器对于各个模块来相互独立地控制电流转换开关模块。
有利效果
根据本发明的两级充电均衡化装置和方法通过将所有电池分为模块并且在各个电池模块之间共用DC-DC转换器，可以实现有效的充电均衡化同时减少了充电均衡化装置的复杂性，并且显著减少了DC-DC转换器和控制开关中的电压应力，因为它用具有DC-DC转换器(第二级DC-DC转换器)的输入和并联连接的单个DC-DC转换器(第一级DC-DC转换器)的输出的两级DC-DC转换器来构造，并且单个DC-DC转换器(第一级DC-DC转换器)输出低于全部电池串的电压的电压。此外，通过将各个电池模块之间共用的DC-DC转换器并联连接到单个电池，本发明具有与其中为各个电池提供充电电路的现有技术相同的充电效率。此外，本发明具有这样的优点，通过控制用于对单个电池单元进行充电的充电电流的通路和方向，可以减少用于对单个电池单元进行充电的电路的复杂性和体积。
附图说明
根据连同附图给出的优选实施方式的以下描述，本发明的上面和其它目的、特征和优点将变得明显，其中：
图1是根据本发明的两级充电均衡化装置的一个结构图；
图2是根据本发明的两级充电均衡化装置的另一个结构图；
图3(a)是先前的开关模块的结构图，并且图3(b)是根据本发明的电流转换开关模块的部分电路图；
图4是在第M个电池模块中提供的电流转换开关模块的部分电路图；
图5是作为要被充电的电池单元的基础的根据本发明的两级充电均衡化装置的部分电路图；
图6是作为要被充电的其它电池单元的基础的根据本发明的两级充电均衡化装置的部分电路图；以及
图7是根据本发明的示出两级充电均衡化方法的一个流程图。
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述根据本发明的充电均衡化装置和方法。附图被充分地提供作为示例，以将本发明的思想传达给本领域技术人员。因此，本发明不由以下给出的附图所限制，而是可以以另一种形式来指定。此外，在本发明的以下详细描述中，相同的标号表示相同的元素。
此时，如果这里使用的技术术语和科学术语没有任何其它定义，则它们具有可以被本领域技术人员所通常理解的含义。此外，将省略可能在以下描述中不必要地混淆本发明主题的已知功能和结构。
为了在描述本发明结构和特征时清楚地对本发明进行描述，串联电池的全部串一般地被称为电池串，具有多个串联电池的一部分电池串一般地被称为电池模块，并且构成单个电池模块的任何单个电池一般地被称为电池单元。
图1示出了根据本发明的充电均衡化装置的一个示例。将参考图1描述本发明的主要特征。
如图1中所示，电池串1140分为具有串联的K(K≥2)个电池单元的M(M≥2)个电池模块1141到1146。各个电池模块例如在第三电池模块BM31143中具有串联的K个电池单元，并且第三电池模块BM3由电池单元B3，1到B3，K构成。尽管图1中示出了所有的电池模块由相同数量的电池单元构成，但是单个电池模块可以用彼此数量不同的电池单元来组成。
将电池串1140分为各个模块的M个电池模块1141到1146中的每一个连接到电流转换开关模块1131到1136，并且M个电流转换开关模块1131到1136中的每一个连接到构成第二级DC-DC转换器1120的DC-DC转换器1121到1126。因此，M个电池模块装配有M个电流转换开关模块和M个DC-DC转换器。如图1中所示。第二级DC-DC转换器1120的所有输入端并联连接到的第一级DC-DC转换器1110的输出端。不同于构成第二级的DC-DC转换器1120，构成第一级的DC-DC转换器1110由具有连接的电池串的总电压作为输入的单个DC-DC转换器1110构成。如图1中所示，根据本发明的充电均衡化装置构造为使得电池串分为电池模块，以使得各个电池模块共用第二级DC-DC转换器，并且第二级DC-DC转换器的输入端并联连接到第一级DC-DC转换器的输出端，并且第一级DC-DC转换器具有电池串的总电压作为输入。
电流转换开关模块1130、1131到1136由充电控制开关单元1133_2和电流转换单元1133_1构成，其中充电控制开关单元1133_2提供了要将作为第二级DC-DC转换器的输出的充电电流施加到特定电池单元(要充电的电池单元)的电流通路，并且电流转换单元1133_1控制由充电控制开关单元1133_2形成的电流通路中流动的充电电流的方向。具体地，当采用属于第三电池模块BM3的电池单元B3，1到B3，K作为示例，对电池单元B3，3进行充电均衡化时，相应电池单元B3，3和属于第二级的DC-DC转换器1123的输出端之间，即相应电池单元B3，3和电流转换单元1133_1之间的电流移动通路(低阻抗)由充电控制开关单元1133_2提供，并且电流流动方向由电流转换单元1133_1控制的充电电流(两级DC-DC转换器1123的输出)在由充电控制开关单元1133_2形成的电流移动通路上流动。由于连接到第一级DC-DC转换器110的电池串的总电压造成了充电电流(第二级DC-DC转换器1123的输出)并且因此使用电池串的总电压对电池单元B3，3进行充电均衡化。
在此时，第一级DC-DC转换器1110优选为输出低于输入电压的电压的DC-DC转换器。由于具有第一级DC-DC转换器1110的输出和并联连接的第二级DC-DC转换器1120的输入的两级DC-DC转换器的结构和以电池模块而不是电池串的想法进行充电均衡化，可以使用低压双向开关元件或低压单向开关元件来构造构成电流转换开关模块1130的开关元件，并且减少第二级DC-DC转换器中的电压应力和用于充电均衡化的DC-DC转换器的数量。
此外，因为电流转换开关模块1130由充电控制开关单元1133_2和电流转换单元1133_1构成，所以控制第二级DC-DC转换器1120的输出端和要被充电的电池单元之间的电流移动通路的充电控制开关单元1133_2的数量可以减少到一半。
第一级DC-DC转换器1110负责通过使用电池串的总电压作为输入来生成低输出电压，并且第二级DC-DC转换器1120负责通过使用第一级DC-DC转换器1110的输出作为输入来实际对低充电电池单元进行充电。此外，低充电电池单元和第二级DC-DC转换器1120的输出端之间的充电电流的移动通路和施加方向经由电流转换开关模块1130来控制和形成。
具体地，根据本发明的两级充电均衡化装置通过控制在电池单元中充电来进行充电均衡化，以克服当对电池串中的电池充电或放电时可能引起的电池之间的电压差。在此时，可以通过将总电池能量移交到具有相对低的电压的电池单元内来进行电池之间的充电均衡化，同时减少总能量消耗，以单独地控制电池单元和有效地将电荷输入到电池。此外，为了当串联连接多个电池时最小化各个电池单元中包括的电路数量，直接连接到电池串的控制设备使用公共的DC-DC转换器以便以相对简单的结构将电荷能量有效地传送到电池内。此外，通过集合特定数量的电池作为各个模块以使用电池模块之间的公共DC-DC转换器，并且经由电流转换开关模块将从模块之间的DC-DC转换器(第二级DC-DC转换器)输出的电荷输入到要被充电的电池单元，来进行充电均衡化，其中所述电流转换开关模块选择性地形成电流流动通路并且经由简单开关控制来控制电流流动方向。
如前所述，根据本发明的两级充电均衡化装置通过将电流转换开关模块连接到各个电池单元同时公共地使用单个DC-DC转换器，可以控制输入到电池单元的电荷数量同时减少了它的复杂性、成本和体积，而不必使用导致增加的复杂性的用于各个电池单元的单独电路。
图2是根据本发明的基于图1的上述两级充电均衡化装置的优选结构图。参考图2，将具体地描述根据本发明控制充电均衡化装置的方法。元件1110到1140的结构类似于图1。但是测量单个电池单元的电压的电压感测模块2100可以与通常的电压感测模块使用，并且它优选地由采用构成电池串的单个电池单元的电压作为输入的多路器MUX 2110和与多路器的输出端连接的电容器2120组成。经由电容器2120测量的单个电池单元的电压优选地经由模数转换器ADC 1230被转换为数字值并且输入到微处理器2200。
优选地，第一级中的DC-DC转换器1110和第二级中用于各个模块的各个DC-DC转换器1121到1126分别配备有主开关，并且主开关负责DC-DC转换器1110、1121到1126中每一个的开/关，并且由微处理器2220或PWM专用的控制芯片(未示出)生成的PWM信号来控制。当使用微处理器生成的PWM信号时，由于微处理器生成的PWM信号的有限电流容量，它被限定为驱动电源开关，并且因此优选地，它配备有另外的电路。
通过允许微处理器2200来在多路器2110的控制下测量单个电池的电压，基于单个电池的电压确定低充电的电池单元并且控制开关模块1130、在第二级中用于各个模块的DC-DC转换器1121到1126中的每一个的主开关和第一级DC-DC转换器1110的主开关，对低充电的电池单元执行充电均衡化。优选地，通过使得电流转换开关模块1130、第二级中用于各个模块的DC-DC转换器1121到1126中每一个的主开关、和第一级中DC-DC转换器1110的主开关以该顺序被控制来执行充电均衡化。电流转换开关模块1130由控制从第二级中用于各个模块的各个DC-DC转换器1121到1126输出的电流的流动方向的电流转换单元(图2中的充电方向控制单元)，和选择性地形成电流的流动通路以允许其流动方向由电流转换单元控制的电流施加到单个电池单元的充电控制开关单元(图2中的充电通路控制单元)组成。
图3(a)示出了先前开关模块的结构图，其中使用开关元件来形成电路移动通路以使得从第二级DC-DC转换器输出的充电电流在要被充电的电池单元中流动；并且图3(b)是根据本发明的其中提供了电流转换单元和充电控制开关单元以允许控制充电电流的流动方向和形成电流移动通路的电路图。从第二级DC-DC转换器输出的充电电流在图3中示出为电流源。
如果充电电流的流动方向未如图3(a)中所示那样被控制，则为各个单个电池单元分别提供负开关元件(S-)和正开关元件(S+)使得必须提供电池单元总数量双倍的开关元件。然而，如果使用如图3(b)中所示的开关元件R来控制充电电流的流动方向，则提供了可以提供用于各个单个电池单元的低阻抗通路的单个开关元件。因此，如果提供了电流转换单元来控制电流的流动方向，则充电控制开关单元可以用与电池单元总数量相同数量的开关元件来构造。电流转换单元构造为使得它可以被输入有从第二级DC-DC转换器输出的充电电流并且在微处理器的控制下选择性地将充电电流输出到电流转换单元的第一输出线路或第二输出线路。电流转换单元可以用如图3中所示的开关元件R3，1到R3，4来构造，尽管它不受构成电流转换的单个元件的种类限制。
图4示出了根据本发明的示出第M个电池模块中提供的电流转换开关模块113M_1和113M_2的示例。对于各个相应的电池模块提供根据本发明的电流转换开关模块，并且由微处理器对于各个电池模块控制全部电流转换开关模块。如上所述，电流转换开关模块用电流转换单元113M_1和充电控制开关单元113M_2来配置，其中电流转换单元113M_1采用第M个电池模块共用的第M个DC-DC转换器的两个输出+、-作为输入I1、I2。电流转换单元113M_1在微处理器的控制下将充电电流输出到第一输出线路O1或第二输出线路O2。具体地，DC-DC转换器的两个输出的正输入被输出到第一输出线路O1或第二输出线路O2，即DC-DC转换器的两个输出的负输入被输出到正输入不输出到的剩余输出线路(第一输出线路O1或第二输出线路O2)。充电控制开关单元113M_2具有在电池模块的端部和电池单元之间分别并联提供的开关元件R1到RK，其中开关元件优选为双向MOSFET元件。开关元件R1到RK的一侧并联连接到构成电池模块的电池单元，并且开关元件R1到RK的另一侧连接到第一输出线路O1或第二输出线路O2。在此时，构成充电控制开关单元113M_2的开关元件R1到RK中的每一个连续地交替连接到第一输出线路O1或第二输出线路O2，如图4中所示。
图5示出了作为第三电池模块BM3 1143的第一电池单元B3，1的基础的根据本发明的两级充电均衡化装置的部分电路图。
如上所述，第一级DC-DC转换器1110优选为具有负反馈电路的DC-DC转换器，并且第二级DC-DC转换器1123经由电流转换开关模块连接到第三电池模块1143，BM3。电流转换开关模块用电流转换单元1133_1和充电控制开关单元1133_2来配置。图5示出了其中第三电池模块BM3 1143的第一电池单元B3，1是要充电的电池单元的情况。为了清楚地理解的目的，仅仅示出了涉及要被充电的电池单元B3，1的电流转换单元1133_1和充电控制开关单元1133_2的部分。
因为充电控制开关单元1133_2用低压双向充电控制开关元件构造，以允许它根据微处理器的开/关信号来操作，所以电子继电器11连接到充电控制开关的输入端(栅极)以造成开/关信号。
电子继电器11可以是固态继电器或者光耦合器，并且优选地由发光二极管和光接收元件的双极结晶体管(BJT)组成。通过接收发光二极管的光，BJT处于低阻抗状态(导通状态)，以使得串联的两个或更多个电池的电压施加到构成开关元件的MOSFET的栅极。
具体地，发光二极管在微处理器2220的控制下发光，用于控制充电控制开关单元1133_2，并且由于发光二极管的发射而使BJT导通，以允许导通电压施加到构成充电控制开关的MOSFET的栅极。在此时，Vgs(Vgs是采用MOSFET的源极电压作为基础的栅极电压)是串联的两个或更多个的电池的电压，用以导通构成充电控制开关单元1133_2的MOSFET，如图5中所示。在图5的情况下，串联的3个电池的电压成为在导通MOSFET时施加的Vgs。为了控制栅极电压和漏极电压，可以在栅极电压施加路径和漏极电压施加路径中提供电阻器，如图5中所示。电池模块中的一部分电压用作为将驱动构成充电控制开关单元1133_2的MOSFET开关的每一个的电源。
电流转换单元1133_1由双向或单向元件组成，并且连接到第二级DC-DC转换器1123的两个输出端(+、-)。在此时，如图5中所示，电子继电器11的发光二极管在微处理器的控制下发光，以对第三电池模块BM31143中的第一电池单元B3，1进行充电，并且随后并联连接到第一电池单元B3，1的两个端子的双向MOSFET开关S3，1、S3，2导通并且在电流转换单元1133_1和第一电池单元B3，1之间形成电流移动通路。微处理器控制构成电流转换单元1133_1的开关以控制施加到充电控制开关单元1133_2形成的两个电流移动通路(将导通的双向MOSFET开关的通道表示为S3，1、S3，2)的充电电流的方向。通过导通构成电流转换单元1133_1的开关R3，2和开关R3，3，微处理器控制充电电流的方向以使得DC-DC转换器1123的正输出施加到电流移动通路S3，1并且DC-DC转换器1123的负输出施加到电流移动通路S3，2。随后，从第二级DC-DC转换器1123输出的充电电流在第一电池单元B3，1中流动以使得对低充电电池的第一电池单元B3，1进行充电。
如图5中所示，如果由微处理器确定低充电的电池单元B3，2，则在微处理器的控制下控制电流转换开关模块以使得控制和形成电流移动通路和电流施加方向，以使得充电电流施加到低充电的电池单元B3，2。在电流转换开关模块由微处理器控制之后，如果电池单元所属的电池模块BM31143的DC-DC转换器1123导通并且第一级DC-DC转换器1110的主开关导通，则由于第一级变压器的初级绕组中全部电池的电压而感生了电流，并且因此相同量的磁能存储在变压器中。随后，如果第一级DC-DC转换器的主开关截止，变压器中存储的磁能通过次级绕组和二极管移动到第二级DC-DC转换器1123。在此时，优选地，第一级中的DC-DC转换器的输出电压必须经由负反馈电路保持在相等电压，因为它用作下一个第二级中的DC-DC转换器1123的输入。借助于具有固定占空比的开关操作，当开关截止时，第二级DC-DC转换器1123将导通开关时存储的变压器的初级侧能量传递到次级侧，其中传递到次级侧的能量根据电流转换开关模块控制的方向中所控制的电流移动通路来移动到特定电池单元，由此电荷可以提供到期望的电池单元。
因为可以不管所使用的DC-DC转换器的种类而实现本发明的思想，所以根据本发明的两级充电均衡化装置可以与各种现有DC-DC转换器组合来配置。例如，第一级中使用的DC-DC转换器可以与和第二级DC-DC转换器相同种类的DC-DC转换器一起使用，并且也可以与其它种类的DC-DC转换器一起使用。曾经由第一级中的公共DC-DC转换器递送电池串的总电压，并且用于下一级中连接的各个电池模块的DC-DC转换器的输入电压必须低于从第一级DC-DC转换器输出的电压，而不是电池串的总电压。因为通过将更低的电压施加到第一级DC-DC转换器中用于各个电池模块的DC-DC转换器的输入端，用于各个电池模块的DC-DC转换器中的各个元件具有在第一级降低的电压，而不是全部电池的电压，作为内电压，第二级中用于各个电池模块的DC-DC转换器可以有利地设计为低容量转换器。此外，通过将电池串分类为由K个电池组成的M个电池模块，可以使用仅具有K个电池的电压作为内电压的低压充电控制开关，而不是具有电池串的总电压作为内电压的充电控制开关。此外，可以通过电流转换单元选择性地将负或正输出电压(第二级中DC-DC转换器的输出电压)施加到充电控制开关单元中形成的一个电流移动通路，并且因此显著地减少了构成充电控制开关单元的开关元件的数量。
参考图5和图6，将描述在电流转换单元1133_1中控制充电电流的方向。
电流转换单元1133_1根据要被充电的电池单元而不同地控制和输出充电电流的方向。如果第三电池模块BM3 1143的第一电池单元B3，1是要被充电的电池，则控制充电电流的方向以使得在第三模块的电流转换单元1133_1中导通开关R3，2和开关R3，3并且在第三模块的充电控制开关单元1133_2中导通双向MOSFET开关S3，1和双向MOSFET开关S3，2，以使得DC-DC转换器1123的正输出和负输出施加到分别在充电控制开关单元1133_2中形成的电流移动通路S3，1和电流移动通路S3，2，如图5中所示。
如果第三电池模块BM3 1143的第二电池单元B3，2是要被充电的电池单元，则控制充电电流的方向以使得在第三模块的电流转换单元1133_1中导通开关R3，1和开关R3，4并且在第三模块的充电控制开关单元1133_2中导通双向MOSFET开关S3，2和双向MOSFET开关S3，3，以使得DC-DC转换器1123的正输出和负输出施加到分别在充电控制开关单元1133_2中形成的电流移动通路S3，2和电流移动通路S3，3，如图6中所示。
将它们考虑为普遍的概念，如果构成电池模块的电池单元是第M个电池模块中的第j个电池单元(j是偶数)，则控制充电电流的方向以使得导通第M个模块的电流转换单元1133_1的开关R3，2和开关R3，3并且导通并联连接到构成第M个模块中的充电控制开关单元1133_2的双向MOSFET开关的第j个电池单元(其是要被充电的电池单元)的两个端子的两个双向MOSFET开关S3，j和双向MOSFET开关S3，j+1，以使得DC-DC转换器1123的正输出和负输出施加到分别在充电控制开关单元1133_2中形成的电流移动通路S3，j和电流移动通路S3，j+1。因此，相同电流移动通路(图5和图6中的S3，2作为示例)中流动的充电电流的流动方向取决于要被充电的电池单元。
如果构成电池模块的电池单元是第M个电池模块中的第j个电池单元(j是奇数)，则控制充电电流的方向以使得导通第M个模块的电流转换单元1133_1的开关R3，1和开关R3，4并且导通并联连接到构成第M个模块中的充电控制开关单元1133_2的双向MOSFET开关的第i个电池单元(其是要被充电的电池单元)的两个端子的两个双向MOSFET开关S3，i和双向MOSFET开关S3，i+1，以使得DC-DC转换器1123的正输出和负输出施加到分别在充电控制开关单元1133_2中形成的电流移动通路S3，i和电流移动通路S3，i+1。
因此，因为可以通过电流转换单元来将正向电流或反向电流选择性地施加到单个电流移动通路，而不需要形成用于各个要被充电的电池的正向和负向的两个电流移动通路，所以可以显著地减少构成充电控制开关单元的开关数量。
参考图7，将描述根据本发明的充电均衡化方法。
将基于上述的充电均衡化装置来执行根据本发明的用于串联电池串的两级充电均衡化方法。
具体地，使用充电均衡化装置来执行充电均衡化方法，所述充电均衡化装置包括：一个或更多个电池模块，其具有构成电池串的多个电池单元并且串联连接到两级DC-DC转换器；被输入有电池串总电压并且输出低于所输入电压的电压的第一DC-DC转换器；被输入有第一DC-DC转换器的输出并且输出充电电流以用于对特定电池单元进行充电的第二DC-DC转换器；电流转换开关模块，其在电池模块和第二DC-DC转换器之间形成充电电流的通路以允许充电电流施加到构成电池模块的特定电池单元，并且控制充电电流的施加方向；多路器，其被输入有构成电池串的各个电池单元的电压；电压感测器，其连接到多路器的输出端以测量各个电池单元的电压；和微处理器，其确定低充电电池单元的要被充电的电池单元，控制电流转换开关模块以允许充电电流施加到要被充电的电池单元，并且控制第一DC-DC转换器和第二DC-DC转换器的开/关操作。
根据本发明的用于串联电池串的两级充电均衡化方法包括如下步骤：(a)基于通过测量构成电池串的各个电池单元的电压而获得的电压差来确定是否执行电池串的充电均衡化(s10-s40)；(b)基于执行电池串的充电均衡化时测量的电压来选择低充电的电池单元(s50)；(c)控制第二DC-DC转换器的两个负输出和正输出的方向，以并联连接低充电的电池单元和第二DC-DC转换器的两个输出(s60)；(d)操作第二DC-DC转换器(s80)；和(e)通过操作第一DC-DC转换器来对低充电的电池单元进行充电(s80)。
优选地，执行步骤(a)以使得通过控制多路器将经由电压感测器获得的构成电池串的各个电池单元的电压值输入到微处理器(s10-s80)，并且如果电池单元的测量电压差高于特定值，则优选地执行电池串的充电均衡化(s40)。在此时，步骤(a)可以测量构成电池串的所有电池的各个电压，测量构成电池串的部分电池的电压，和测量一个或更多个电池模块的电压。
在步骤(b，s50)中，微处理器确定对其执行根据本发明的电池串的充电均衡化的电池单元，并且优选地将低充电的电池单元确定为要充电的电池单元。
步骤(c，s60)进行控制以使得第二DC-DC转换器的两个负或正输出被选择性地施加在要充电的电池单元的低充电电池单元上，并且在低充电电池单元和第二DC-DC转换器的两个输出端之间形成电流移动通路。
具体地，由微处理器控制构成电流转换开关模块的充电控制开关单元以形成低阻抗通路，通过该通路来施加第二DC-DC转换器的两个负和正输出，并且控制构成电流转换开关模块的电流转换单元以使得第二DC-DC转换器的负输出施加到低充电电池单元的阴极上形成的低阻抗的通路，并且第二DC-DC转换器的正输出施加到低充电电池单元的阳极上形成的低阻抗的通路。由微处理器控制包括电流转换单元和充电控制开关单元的电流转换开关模块以设置电流通路和电流的施加方向，以使得从第二DC-DC转换器输出的充电电流在作为要充电的电池单元的低充电电池中流动。
步骤(e)执行控制以使得第一DC-DC转换器被中断(关闭)，并且第一DC-DC转换器中存储的磁能移动到第二DC-DC转换器以使得第二DC-DC转换器以特定占空比来操作(开启)。
具体地，如果由微处理器确定作为要被充电的电池单元的低充电电池单元，则电流转换开关模块被输入有微处理器的控制信号以设置低充电电池单元和第二DC-DC转换器之间的电流通路并且设置电流的施加方向，并且然后由微处理器连续操作(开启)第二DC-DC转换器和第一DC-DC转换器。第一DC-DC转换器中断(关闭)并且第一DC-DC转换器上存储的磁能移动到第二DC-DC转换器。在此时，第二DC-DC转换器被输入有微处理器生成的PWM信号并且以特定占空比操作(开启)以输出充电电流。该充电电流在低充电的电池单元中流动以根据电流转换开关模块形成的电流通路和电流施加方向来对电池单元进行充电。
第一DC-DC转换器被输入有电池串的总电压并且输出低于所输入电压的电压，并且第二DC-DC转换器的输入端并联连接到第一DC-DC转换器的输出端，以使得由从第一DC-DC转换器输入的全部电池串的电压来对低充电的电池单元进行充电。
可以实现充电均衡化方法以使得步骤(a)测量构成电池串的所有电池中每一个的电压，并且对于构成电池串和包括多个串联的电池单元的各个电池模块来相互独立地执行步骤(b)到(e)。因此，对于各个电池模块来说，可以相互独立地选择低充电的电池单元，并且通过为各个电池模块提供的单个第二DC-DC转换器的充电电流来相互独立地对为各个电池模块而选择的低充电的电池单元进行充电。在此时，为电池模块和第二DC-DC转换器之间的各个电池模块提供电流转换开关模块，并且由微处理器对于各个模块来相互独立地控制电流转换开关模块。
本领域技术人员将会理解，前面描述中公开的概念和具体实施方式可以容易地用作为修改或设计其它实施方式的基础，以实现本发明的相同目的。本领域技术人员还将理解，这些等同的实施方式不会偏离如所附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。

Claims (18)

1.一种用于具有串联的两个或更多个电池单元的电池串的两级充电均衡化装置，该两级充电均衡化装置包括：
两级DC-DC转换器，其包括被输入有所述电池串的总电压并且输出低于所输入电压的电压的第一DC-DC转换器；和被输入有所述第一DC-DC转换器的输出并且输出充电电流以用于对特定电池单元进行充电的第二DC-DC转换器，其中所述电池串被分为具有多个串联的电池单元的一个或更多个电池模块，并且对于各个电池模块提供所述第二DC-DC转换器；
电流转换开关模块，其在所述电池模块和所述第二DC-DC转换器之间形成充电电流的通路以使得所述充电电流施加到构成所述电池模块的所述特定电池单元，并且所述电流转换开关模块控制所述充电电流的施加方向；以及
微处理器，其确定要被充电的电池单元，并且控制所述电流转换开关模块以使得所述充电电流施加到要被充电的电池单元。
2.根据权利要求1所述的两级充电均衡化装置，其中为各个电池模块提供所述电流转换开关模块，并且
所述电流转换开关模块包括连接到所述第二DC-DC转换器的输出端的电流转换单元和充电控制开关单元以控制电流的施加方向。
3.根据权利要求2所述的两级充电均衡化装置，其中所述充电控制开关单元用数量与构成所述电池模块的所述电池单元的数量相同的充电控制开关来构造，并且所述充电控制开关单元并联连接到各个电池单元以形成所述电流转换单元和所述电池模块之间的电流移动通路。
4.根据权利要求3所述的两级充电均衡化装置，其中所述电流转换单元连接到所述第二DC-DC转换器的两个负/正输出端，以选择性地将负输出或正输出施加到由所述充电控制开关形成的所述电流移动通路。
5.根据权利要求3所述的两级充电均衡化装置，其中所述充电控制开关是双向金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET开关。
6.根据权利要求5所述的两级充电均衡化装置，其中当导通构成所述双向MOSFET开关的MOSFET时所施加的Vgs是作为所述电池模块的一部分的两个或更多个串联电池单元的电压，其中Vgs是采用所述MOSFET的源极电压作为基础的栅极电压。
7.根据权利要求5所述的两级充电均衡化装置，该两级充电均衡化装置还包括在构成所述双向MOSFET开关的MOSFET的栅极中设置的电子继电器。
8.根据权利要求7所述的两级充电均衡化装置，其中所述电子继电器包括发光二极管和光接收元件，并且在所述微处理器的控制下所述发光二极管发光以用于控制所述充电控制开关单元。
9.根据权利要求1所述的两级充电均衡化装置，该两级充电均衡化装置还包括被输入有构成所述电池串的各个电池单元的电压的多路器和连接到所述多路器的输出端的电压感测器。
10.根据权利要求9所述的两级充电均衡化装置，其中所述多路器由所述微处理器控制，并且构成所述电池串的各个电池单元的通过所述电压感测器测量的电压被输入到所述微处理器。
11.根据权利要求1所述的两级充电均衡化装置，其中所述第一DC-DC转换器是具有负反馈电路的DC-DC转换器。
12.根据权利要求1所述的两级充电均衡化装置，该两级充电均衡化装置还包括控制所述第一DC-DC转换器和所述第二DC-DC转换器中的每一方的开/关的开关元件，其中所述开关元件由所述微处理器控制。
13.根据权利要求12所述的两级充电均衡化装置，其中所述开关元件由所述微处理器生成的脉冲宽度调制PWM信号来控制。
14.一种使用根据权利要求1到13中任何一项所述的充电均衡化装置的用于串联电池串的两级充电均衡化方法，该两级充电均衡化方法包括以下步骤：
（a）基于通过测量构成所述电池串的各个电池单元的电压而获得的电压差来确定是否执行所述电池串的充电均衡化；
（b）基于执行所述电池串的充电均衡化时所测量的电压来选择要被充电的电池单元；
（c）控制所述第二DC-DC转换器的两个负输出和正输出的方向，以并联连接所述要被充电的电池单元和所述第二DC-DC转换器的两个输出端；
（d）操作所述第二DC-DC转换器；以及
（e）通过操作所述第一DC-DC转换器来对所述要被充电的电池单元进行充电。
15.根据权利要求14所述的两级充电均衡化方法，其中步骤（c）执行控制以使得所述第二DC-DC转换器的两个负输出或正输出被选择性地施加在所述要被充电的电池单元上，并且在所述要被充电的电池单元和所述第二DC-DC转换器的两个输出端之间形成电流移动通路。
16.根据权利要求14所述的两级充电均衡化方法，其中步骤（e）执行控制以使得所述第一DC-DC转换器被中断，并且所述第一DC-DC转换器中存储的磁能移动到所述第二DC-DC转换器以使得所述第二DC-DC转换器以特定占空比来操作。
17.根据权利要求14所述的两级充电均衡化方法，其中在步骤（a）中所述充电均衡化方法测量构成所述电池串的所有电池单元中每一个的电压，并且
对于构成所述电池串并由多个串联的电池单元组成的各个电池模块来相互独立地执行步骤（b）到（e）。
18.根据权利要求14所述的两级充电均衡化方法，其中由于所述电池串的作为所述第一DC-DC转换器的输入的总电压而使得在步骤（e）中对所述要被充电的电池单元进行充电。
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Families Citing this family (74)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101093597B1 (ko) * 2009-01-30 2011-12-15 한국과학기술원 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치
US9397508B2 (en) 2009-05-22 2016-07-19 Intersil Americas LLC System and method for cell balancing and charging using a serially coupled inductor and capacitor
DE102009037725A1 (de) * 2009-08-17 2011-02-24 Li-Tec Battery Gmbh Energiespeichervorrichtung mit einer Energiespeichereinrichtung
JP5497421B2 (ja) * 2009-12-24 2014-05-21 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 多直列リチウムイオン二次電池情報伝達システム
CA2791124C (en) 2010-02-23 2016-03-29 Abb Research Ltd. An electric plant with capacity to charge electric batteries
CN102237695A (zh) * 2010-04-23 2011-11-09 陈跃明 一种电动汽车动力锂电池组的均衡充电方法
CN101826743A (zh) * 2010-04-28 2010-09-08 陈跃明 一种电动汽车锂动力电池组
US8659263B2 (en) * 2010-12-03 2014-02-25 Motorola Solutions, Inc. Power supply circuit having low idle power dissipation
FR2972581B1 (fr) * 2011-03-09 2015-01-02 Commissariat Energie Atomique Systeme d'equilibrage de charge pour batteries
US20140042974A1 (en) * 2011-04-22 2014-02-13 Sk Innovation Co., Ltd. Detachable battery module, and method and apparatus for the charge equalization of a battery string using same
WO2013001680A1 (ja) 2011-06-28 2013-01-03 パナソニック株式会社 電圧計測装置
CN102882236A (zh) * 2011-07-13 2013-01-16 山东电力集团公司泰安供电公司 电池组均衡设备
US8766596B2 (en) * 2011-09-06 2014-07-01 Energy Pass Incorporation Battery management system and battery management method
CN103091635A (zh) * 2011-11-07 2013-05-08 宁波拜特测控技术有限公司 能量回馈型动力电池测试系统
TWI443929B (zh) * 2011-11-16 2014-07-01 Via Tech Inc 電池控制電路、系統和方法
US20130127399A1 (en) * 2011-11-21 2013-05-23 GM Global Technology Operations LLC Cell balancing system and method
CN102427259A (zh) * 2011-12-02 2012-04-25 苏州冠硕新能源有限公司 电池管理系统
US20130141047A1 (en) * 2011-12-02 2013-06-06 Golden Crown New Energy (Hk) Limited Battery management system and method thereof
KR101322528B1 (ko) * 2011-12-09 2013-10-28 현대오트론 주식회사 전기 자동차의 고전압 배터리 셀 센싱 장치 및 이를 이용한 방법
US8624567B2 (en) * 2011-12-30 2014-01-07 O2Micro, Inc. Controllers for DC/DC converters
EP2814132B1 (en) * 2012-02-09 2016-10-19 Mitsubishi Electric Corporation Parallel accumulator system and method of control thereof
KR101326103B1 (ko) * 2012-03-29 2013-11-06 숭실대학교산학협력단 배터리 충전량 밸런싱 장치 및 배터리 충전량 밸런싱 시스템
US20150002082A1 (en) * 2012-04-30 2015-01-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Energy storage charging from an adjustable power source
CN102664438B (zh) * 2012-05-11 2016-07-06 深圳市清友能源技术有限公司 一种电池管理系统的功率管驱动电路
US9209676B2 (en) 2012-12-07 2015-12-08 Motorola Solutions, Inc. Method and apparatus for charging batteries having different voltage ranges with a single conversion charger
CN103887834B (zh) * 2012-12-20 2016-08-10 中国移动通信集团甘肃有限公司 一种蓄电池组柔性均衡充放电管理整流模块、装置及系统
CN103887836B (zh) * 2012-12-20 2016-08-31 东莞钜威动力技术有限公司 一种电池管理系统及其方法
WO2014105092A2 (en) * 2012-12-24 2014-07-03 Tutunaru Catalin Advances in electric car technology
FR3001089B1 (fr) * 2013-01-11 2016-09-09 Enerstone Equilibrage de charge dans une batterie electrique
KR101450717B1 (ko) * 2013-01-18 2014-10-16 포항공과대학교 산학협력단 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로
KR101451009B1 (ko) 2013-03-27 2014-10-15 주식회사 엘지씨엔에스 직렬 연결된 다수 개의 전지 직류 마이크로그리드 충방전 시스템
CN104124726B (zh) * 2013-04-25 2016-08-31 财团法人工业技术研究院 充电装置与充电方法
US9318893B2 (en) * 2013-07-24 2016-04-19 General Electric Company Isolated battery management systems and methods thereof
CN104348199B (zh) 2013-08-01 2017-03-01 通用电气公司 电池管理系统和方法
CN103618352B (zh) * 2013-11-26 2017-01-11 山东圣阳电源股份有限公司 一种电池组功率均衡电路
KR102222305B1 (ko) 2014-10-14 2021-03-03 삼성전자주식회사 배터리 관리 장치 및 방법
KR102305583B1 (ko) 2014-10-23 2021-09-27 삼성전자주식회사 배터리 충방전 장치
KR101673710B1 (ko) * 2014-12-08 2016-11-07 대우조선해양 주식회사 대용량 축전지 사고전류제어 및 저부하 시 병렬제어가 가능한 스트링컨버터를 갖는 함정용 추진 네트워크 및 이를 사용한 함정용 추진 네트워크 제어 방법
US9827865B2 (en) 2014-12-30 2017-11-28 General Electric Company Systems and methods for recharging vehicle-mounted energy storage devices
CN104795857B (zh) * 2015-03-23 2017-09-29 上海交通大学 锂离子电池能量均衡的实现方法
US10300804B2 (en) 2015-04-29 2019-05-28 General Electric Company Apparatus and method for automated positioning of a vehicle
CN105449735B (zh) * 2015-09-15 2020-04-24 许继电源有限公司 一种梯次电池组维护装置
CN106602615B (zh) * 2015-10-14 2023-09-01 山东鲁软数字科技有限公司智慧能源分公司 一种电池组主动均衡级联系统及均衡方法
CN105356549B (zh) * 2015-10-28 2018-03-20 深圳市盈动力科技有限公司 高压锂电池包及包括该高压锂电池包的便携式用电设备
US9987938B2 (en) 2015-12-04 2018-06-05 General Electric Company Energy storage device, exchange apparatus, and method for exchanging an energy storage device
CN105429236B (zh) * 2015-12-25 2018-07-10 华南理工大学 一种基于电流预测的动力电池组均衡控制方法
KR102636361B1 (ko) 2016-01-05 2024-02-14 삼성전자주식회사 배터리 제어 장치 및 배터리 제어 시스템
CN105515117B (zh) * 2016-01-21 2018-01-16 苏州纳新新能源科技有限公司 一种电池充放电智能管理系统
JP6883396B2 (ja) * 2016-08-25 2021-06-09 矢崎総業株式会社 急速充電装置
US10014773B2 (en) * 2016-08-31 2018-07-03 General Electric Company Hybrid active power link module device and associated systems and methods
CN106356927B (zh) * 2016-09-19 2018-11-30 华中科技大学 一种锂电池组soc均衡系统及方法
KR101854247B1 (ko) * 2016-09-20 2018-06-14 성균관대학교산학협력단 배터리 충방전 시험 장치
US9779781B1 (en) * 2016-10-21 2017-10-03 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Memory module battery backup
EP3571753B1 (en) * 2017-01-23 2024-04-24 Rafael Advanced Defense Systems Ltd. System for balancing a series of cells
DE102017201604A1 (de) * 2017-02-01 2018-08-02 Robert Bosch Gmbh Ladeschaltung mit Gleichspannungswandler und Ladeverfahren für ein elektrisches Energiespeichersystem
US10992144B2 (en) * 2017-05-17 2021-04-27 Galley Power LLC Battery balancing and current control with bypass circuit for load switch
KR102150147B1 (ko) * 2017-05-24 2020-09-01 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 균등화 장치 및 방법
WO2018227278A1 (en) 2017-06-12 2018-12-20 Gbatteries Energy Canada Inc. Battery charging through multi-stage voltage conversion
JP6928347B2 (ja) * 2017-08-02 2021-09-01 ＮＥｘＴ−ｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ株式会社 管理装置、蓄電装置、蓄電システム、及び、電気機器
KR102202613B1 (ko) * 2017-09-27 2021-01-12 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 균등화 장치, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR102308299B1 (ko) * 2017-11-06 2021-10-01 주식회사 엘지에너지솔루션 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치 및 방법
JP6955972B2 (ja) * 2017-11-13 2021-10-27 ＮＥｘＴ−ｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ株式会社 制御装置、制御システム、蓄電装置及びプログラム
US10444295B2 (en) * 2017-12-20 2019-10-15 National Chung Shan Institute Of Science And Technology Battery balance management circuit
WO2020241144A1 (ja) * 2019-05-24 2020-12-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 エネルギ移動回路、及び蓄電システム
CN110912235B (zh) * 2019-12-13 2021-11-02 阳光电源股份有限公司 储能系统及其均流方法
EP3960532A1 (en) * 2020-08-27 2022-03-02 Ningbo Geely Automobile Research & Development Co. Ltd. A power supply system for an electric vehicle drivetrain
TWI749776B (zh) * 2020-09-21 2021-12-11 致茂電子股份有限公司 電壓隔離電路
CN115036951A (zh) * 2021-03-04 2022-09-09 华为数字能源技术有限公司 储能系统及电池管理方法
CN113612277B (zh) * 2021-07-30 2024-02-09 阳光电源股份有限公司 一种电池单元及其控制方法
CN113517747B (zh) * 2021-08-30 2024-02-23 阳光储能技术有限公司 一种电池簇均衡储能系统及其控制方法
WO2023039888A1 (zh) * 2021-09-18 2023-03-23 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种动力电池的充电方法、充电装置和充电系统
DK202270132A1 (en) * 2022-03-23 2023-12-11 Kk Wind Solutions As A method of charging batteries connected in a battery string
CN116224107B (zh) * 2023-03-09 2023-11-14 北京索英电气技术股份有限公司 一种电池测试设备及相关系统
CN116599190B (zh) * 2023-07-13 2023-09-29 深圳艾为电气技术有限公司 可改善输入电流的充电电池系统及控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1449085A (zh) * 2003-05-13 2003-10-15 长沙交通学院 蓄电池、超级电容充放电均衡方法与装置
CN101164215A (zh) * 2005-03-24 2008-04-16 西门子威迪欧汽车电子股份公司 用于对能量存储器的各个串联的单元进行电荷均衡的设备和方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6432936A (en) 1987-07-29 1989-02-02 Daihatsu Motor Co Ltd Controller for automatic starting clutch
JPH04275022A (ja) 1991-03-04 1992-09-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 直流電力供給システムの起動方法
US5659237A (en) * 1995-09-28 1997-08-19 Wisconsin Alumni Research Foundation Battery charging using a transformer with a single primary winding and plural secondary windings
JP3922655B2 (ja) 1996-07-12 2007-05-30 株式会社東京アールアンドデー 電源装置の制御システムおよび電源装置の制御方法
US5982143A (en) 1996-08-27 1999-11-09 The University Of Toledo Battery equalization circuit with ramp converter and selective outputs
JP2000228830A (ja) 1999-02-05 2000-08-15 Toyama Prefecture ２次電池用充電方法と装置
TW492021B (en) * 1999-11-05 2002-06-21 Tokin Corp Electrical energy storage provided with cell energy adjusting device and adjust method of cell energy
TW542470U (en) * 2000-07-11 2003-07-11 Ind Tech Res Inst Battery voltage balancer
CN100386941C (zh) 2001-03-30 2008-05-07 运输设计有限公司 蓄电池管理单元、系统和方法
JP2003189495A (ja) * 2001-12-14 2003-07-04 Nissan Motor Co Ltd 充放電制御装置
JP3867581B2 (ja) * 2002-01-17 2007-01-10 松下電器産業株式会社 組電池システム
JP3898092B2 (ja) 2002-06-03 2007-03-28 株式会社指月電機製作所 蓄電素子の電圧均一化回路およびこれを利用した電圧検出回路、均圧充電回路
KR100451637B1 (ko) 2002-06-18 2004-10-08 오세광 충전용 배터리 관리기
US7193392B2 (en) * 2002-11-25 2007-03-20 Tiax Llc System and method for determining and balancing state of charge among series connected electrical energy storage units
JP3979283B2 (ja) 2002-12-10 2007-09-19 株式会社デンソー 電源装置及びその制御方法
JP3672551B2 (ja) 2002-12-26 2005-07-20 株式会社エヌ・ティ・ティ・データ・イー・エックス・テクノ バッテリの放電制御回路、充電制御回路および充放電制御回路
JP2005160233A (ja) * 2003-11-26 2005-06-16 Makita Corp 組電池及び電池パック
JP4092580B2 (ja) * 2004-04-30 2008-05-28 新神戸電機株式会社 多直列電池制御システム
DE102004062186A1 (de) * 2004-12-23 2006-07-13 Temic Automotive Electric Motors Gmbh Ladungsumverteilungsschaltung
CN1893216B (zh) * 2005-06-30 2010-10-27 松下电器产业株式会社 电子设备和该电子设备所用的电池组件及负载装置
KR100991084B1 (ko) 2005-12-15 2010-10-29 주식회사 엘지화학 멀티 전지 팩 시스템 및 그 제어방법, 및 이를 이용한 전지팩
KR20070104033A (ko) 2006-04-21 2007-10-25 (주)씨에프정보통신울산 위험작업장 안전관리를 위한 작업승인시스템
KR100836457B1 (ko) * 2006-05-18 2008-06-09 (주) 다쓰테크 배터리 충전 균등화기
KR101188944B1 (ko) * 2006-06-15 2012-10-08 한국과학기술원 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치
KR101164629B1 (ko) * 2007-10-16 2012-07-11 한국과학기술원 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및장치
US8030890B2 (en) * 2008-02-15 2011-10-04 Sony Ericsson Mobile Communications Ab Automatic disconnect of an AC source from a converter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1449085A (zh) * 2003-05-13 2003-10-15 长沙交通学院 蓄电池、超级电容充放电均衡方法与装置
CN101164215A (zh) * 2005-03-24 2008-04-16 西门子威迪欧汽车电子股份公司 用于对能量存储器的各个串联的单元进行电荷均衡的设备和方法

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KR20090111571A (ko) 2009-10-27
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