CN103051031A - 用于电池组的均衡装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于均衡电池组的电池均衡装置，所述电池组包括多个串联的电池单元，根据本发明一个实施例的述均衡装置包括：电池检测装置，检测各个电池单元两端的电压差，输出多个电池电压信号；临界检测装置，将部分或全部所述电池电压信号分别与第一参考信号比较，发出临界信号；逻辑电路，所述临界信号表明所述多个电池电压信号中的部分或全部大于所述第一参考信号时发出第一使能信号；电压选择装置，基于所述多个电池电压信号，输出参考电池电压信号；判断装置，基于所述多个电池电压信号的至少之一与所述参考电池电压信号之差发出至少一个均衡信号；以及均衡控制装置，接收所述均衡信号，对所述电池组进行均衡。

Description

用于电池组的均衡装置及其方法

技术领域

本发明的实施例涉及电子电路装置，更具体但是并非排它地涉及用于均衡电池单元的电池均衡装置和电池均衡方法。

背景技术

近年来，越来越多的产品采用由电池单元串联而成的电池组做为主要电源。由于每个电池单元在容量、充放电、内阻抗和温度特性等方面的差异，会造成电池单元之间的不均衡。这种不均衡现象使得整个电池组的容量减小、寿命缩短或者内阻过大。因此，均衡装置被采用以调节电池电量(电压)，进而确保安全性和稳定性。

发明内容

考虑到现有技术中的一个或间题，本发明提供了结构简单且成本低廉的用于均衡电池单元的电池均衡装置以及电池均衡方法。

根据本发明一个实施例的一种用于均衡电池组的装置，所述电池组包括多个串联的电池单元，所述均衡装置包括：电池检测装置，检测各个电池单元两端的电压差，输出多个电池电压信号；临界检测装置，耦接至所述电池检测装置以接收所述多个电池电压信号，将部分或全部所述电池电压信号分别与第一参考信号比较，发出临界信号；逻辑电路，接收所述临界信号，所述临界信号表明所述多个电池电压信号中的部分或全部大于所述第一参考信号时发出第一使能信号；电压选择装置，耦接至所述电池检测装置以接收所述多个电池电压信号，耦接至所述逻辑电路以接收所述第一使能信号，基于所述多个电池电压信号，输出参考电池电压信号；判断装置，耦接至所述电池检测装置以接收所述多个电池电压信号，耦接至所述电压选择装置以接收所述参考电池电压信号，基于所述多个电池电压信号的至少之一与所述参考电池电压信号之差发出至少一个均衡信号；以及均衡控制装置，接收所述均衡信号，对所述电池组进行均衡。

根据本发明一个实施例的一种用于均衡电池组的方法，所述电池组至少包括多个串联的电池单元，所述均衡方法包括：检测各个电池单元两端的电压差，提供多个电池电压信号；将部分或全部所述电池电压信号分别与第一参考信号比较，当所述多个电池电压信号中的部分或全部大于所述第一参考信号时，基于所述多个电池电压信号输出参考电池电压信号；基于所述多个电池电压信号至少之一与所述参考电池电压信号之差发出至少一个均衡信号；基于所述多个均衡信号对所述电池单元进行均衡。

根据上述实施例的方案，可以实现对电池组中的电池单元之间的差异的均衡。

附图说明

下面将参考附图详细说明本发明的具体实施方式，其中相同的附图标记表示相同的部件或特征。

图1示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置100的示意电路图；

图2A、图2B和图2C示出电池组101的不同组成结构；

图3A和图3B示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置300的示意电路图；

图4示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置400的示意电路图；

图5示出电池均衡装置400中电池检测单元4021的示意电路图；

图6示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置600的示意电路图；

图7示出根据本发明一个实施例的一种均衡控制装置600的示意电路图；

图8A、图8B、图8C和图8D示出电池均衡装置100中过电电池单元将能量转移给电池组的工作原理图；

图9示出根据本发明一个实施例的一种均衡控制装置900的示意电路图；

图10A示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置1000的部分示意电路图；

图10B示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置1000的部分示意电路图；

图11示出根据本发明一个实施例的电池均衡方法的流程图1100。

具体实施方式

在下文所述的特定实施例代表本发明的示例性实施例，并且本质上仅为示例说明而非限制。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：这些特定细节对于本发明而言不是必需的。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在说明书中，提及“一个实施例”或者“实施例”意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。术语“在一个实施例中”在说明书中各个位置出现并不全部涉及相同的实施例，也不是相互排除其他实施例或者可变实施例。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或相关列出的项目的任何和所有组合。

图1示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置100的示意电路图。在图示的实施例中，电池均衡装置100用以均衡电池组101，电池组101包括多个串联的电池单元C1、C2和CN，所述电池组101具有电池组的阳极1011和电池组的阴极1012，以及相邻所述电池单元连接形成的公共连接点1013。

根据图示的实施例，电池均衡装置100包括，电池检测装置102、临界检测装置106、逻辑电路105、电压选择装置107、判断装置108和均衡控制装置110。

在一些实施例中，电池检测装置102的输入端耦接至每个电池单元的阴极与阳极，检测各个电池单元两端的电压差，输出多个电池电压信号103。临界检测装置104耦接至所述电池检测装置102以接收所述多个电池电压信号103，将部分或者全部电池电压信号103分别与第一参考信号REF1比较，发出临界信号106。逻辑电路105接收所述临界信号106。所述临界信号106表明当部分或者全部所述多个电池电压信号103大于所述第一参考信号REF1时发出第一使能信号111。本领域的技术人员，可以根据需要灵活选择是在1个、两个、多个或者全部电池电压信号103大于所述第一参考信号REF1时发出第一使能信号111。

电压选择装置107耦接至所述电池检测装置102以接收所述多个电池电压信号103，耦接至所述逻辑电路105以接收所述第一使能信号111，基于所述多个电池电压信号103，输出参考电池电压信号112，其中参考电池电压信号112是多个电池电压信号103中的一个。在不同的实施例中，可以根据电池单元在容量、充放电、内阻抗和温度特性等方面的差异，确定参考电池电压信号112。例如，在一些实施例中，参考电池电压信号112可以是多个电池电压信号103中最小的一个，在其他实施例中可以是多个电池电压信号103中较小的一个，在另外的实施例中还可以是某一电压阈值或者处于某一电压区间中的电池电压信号103中最小或者较小的一个。此外，可以通过将多个电池电压信号103进行相互比较，输出最小或者较小的电池电压信号103作为所述参考电池电压信号112，也可以将所述多个电池电压信号与预定的阈值进行比较，输出大于预定阈值的最小电池电压信号，作为所述参考电池电压信号112。

判断装置108耦接至所述电池检测装置102以接收所述多个电池电压信号103，耦接至所述电压选择装置107以接收所述参考电池电压信号112，基于所述多个电池电压信号103中的至少一个与所述参考电池电压信号112之差发出至少一个均衡信号109。均衡控制装置110接收所述多个均衡信号109，对电池组进行均衡，其中对电池组进行均衡包括对其中的部分或者全部电池单元进行均衡。

每个电池单元都具有阳极和阴极，在图1所示的实施例中，电池单元C1的阳极同时也是电池组101的阳极1011，电池单元CN的阴极同时也是电池组101的阴极1012。电池组101可以由两个电池单元C1和C2串联组成，也可以由3个、4个、数十、数百个或者更多的电池单元串联组成，即N是大于1的整数，可以取2、3、4或者更大的整数。在图示的实施例中，串联的电池单元之间的节点表示为1013。在一个实施例中，每个电池单元可以由一节电池组成。

在另外一个实施例中，如图2A所示，串联的多个电池单元中的每个电池单元也可以由数节电池并联组成，例如每个电池单元可以由2节、3节或者更多的电池并联而成。在上述实施例中，每个电池单元并联的电池可以相等(比如都是2节或者更多)，也可以不等(包括设计上的并联数量不等，或者因其中一个电池损坏、连接不当等造成的并联数量实质不等)。例如电池单元C₁可以是两节电池并联，电池单元C2可以是三节电池并联或者更多。当然，由于并联电池的节数不一致，会导致充电或者放电的差异。在一个实施例中，这些差异可以通过本申请公开的均衡装置进行均衡。

在一个实施例中，如图2B所示，每个电池单元可以由数量相等的电池串联而成，每个电池单元可以包括两节、三节或者更多的电池串联。

在一个特别的实施例中，如图2C所示，每个电池单元可以由多个电池串联后再并联而成，每个电池单元的电池串联节数应当一致，而电池并联的节数可以相等也可以不等。

在一个实施例中，电池组101的阴极1012被耦接至地电位。在其他的实施例中，电池均衡装置的阴极还可以耦接至正电源或者负电源，形成如图3A所示的电池均衡装置300A。图300所示的电源VF可以由电池单元或者电池组提供，也可以由开关变换器或者线性稳压器等提供。在一些实施例中，如图3B所示的电池均衡装置300B，电池组101可以是一串电池中的部分电池组成的电池组。

图4示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置400的示意电路图。电池均衡装置400包括：电池检测装置402、临界检测装置404、逻辑电路405、电压选择装置407、判断装置408和均衡控制装置410。

在图示的实施例中，电池检测装置402的输入端耦接至每个电池单元的阴极与阳极，检测各个电池单元两端的电压差，输出多个电池电压信号403。电池电压信号403包括第一电池电压信号4031、第二电池电压信号4032以及第N电池电压信号403N。在本文中，电池电压信号403既可以是指其中一个信号，如第一电池电压信号4031或者第二电池电压信号4032，也可以指其中几个信号如第一电池电压信号4031和第二电池电压信号4032，还可以电池检测装置402所有的输出信号，如第一电池电压信号4031至第N电池电压信号403N。

在其他实施例中，为检测电池两端电压差，电池检测装置402通常具有多个电池检测单元4021，图5示出一种电池检测单元4021的实施例，用以检测相应电池单元两端的电压差(此处的相应的电池单元是指任一电池单元CM)。本技术领域的技术人员应该意识到，电池检测装置4021既可以选择一个或者多个图5所示的电池电池检测单元4021，也可以选择其他装置以检测任何一个电池单元两端的电压差。图5所示的电池检测单元4021包括第一放大器40210，它具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第二输入端耦接至地，第一输入端通过第一开关40211耦接至第二输入端，并通过第一电容40212耦接至输出端，输出端通过第二电容40213和第二开关40214耦接至地。第三电容40215具有第一端和第二段，其第一端通过第三开关40216耦接至任一电池单元CM的阳极，通过第四开关40217耦接至第一放大器40210的第一输入端，其第二端通过第五开关40218耦接至电池单元CN的阴极，通过第六开关40219耦接至第一放大器40210的第二输入端。开关40211、40214、40216～40219在开关信号的控制下进行开关动作，在开关信号的第一个时间段，第三开关40216和第五开关40218导通，电池单元CN两端的电压差被反应在第二电容40215上。在开关信号的第二个时间段，第三开关40216和第五开关40218截止，第四开关40217和第六开关40219导通，存储在第三电容40215上的电荷会通过第一电容40212逐渐转移至第二电容40213上，因此输出信号403可以反应电池电压差的大小。在一些实施例中，输出电池电压信号403M可以等于相应电池单元CM两端的电压差。在一些实施例中，输出电池电压信号403M可以与相应电池单元CM两端的电压差成正比。

在图4中用总线(直线加斜线)表示电池电压信号403，以表明该信号包含多个电池电压信号4031，4032、403N。可以使用多条线路并行传输上述信号。在其他的实施例中，可以将这些并行的信号调整为串行信号，在信号的第一周期传输第一电池电压信号4031，第二周期传送电池电压信号4032，依次类推。

通常，对电池单元的均衡选择在部分或者全部电池单元(至少一个电池单元)达到一定预设条件后进行，例如超过某一预设电压。由于输出电池电压信号403表征了电池电压差的大小，可以通过将电池电压信号403与特定参考电压比较的方法确定电池电压差是否超过预设电压。临界检测装置404，耦接于所述电池检测装置和逻辑电路405之间，耦接至所述电池检测装置402以接收所述多个电池电压信号403，将所述多个电池电压信号403的部分或者全部分别与第一参考信号REF1分别比较，发出临界信号406。在一个实施例中，临界检测装置404包括第一比较器4041和第一多用开关4042。第一比较器4041所述第一比较器4041具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收第一参考信号REF1，其第二输入端通过第一多用开关4042接收所述电池电压信号403，输出端提供临界信号406。第一多用开关4042具有输入端IN、输出端OUT和(寻址)控制端SEL，其输入端接收所述电池电压信号403，其控制端接收第一寻址信号ADD1，在第一寻址信号ADD1的控制下，将电池电压信号403输出至第一比较器4041的第二端。例如，当第一寻址信号为00时，传输第一电池电压信号4031；当第一寻址信号为01时，传输第二电池电压信号4032。

逻辑电路405接收所述临界信号406，所述临界信号406表明所述多个电池电压信号403中的至少一个(部分或者全部)大于所述第一参考信号REF1时发出第一使能信号411。在其他实施例中，也可以将逻辑电路制作为其他电路(例如临界检测装置404的一部分)。逻辑电路可以根据收到的临界信号406和预设状态(例如，一个电池单元或者三分之一的电池单元或者二分之一的电池单元或者所有电池单元两端的电压差均超过预设幅度，即一个电池电压信号或者三分之一的电池电压信号或者二分之一的电池电压信号或者所有电池电压信号高于第一参考信号REF1)而发出第一使能信号411。

电压选择装置407耦接至所述电池检测装置402以接收所述多个电池电压信号403，耦接至所述逻辑电路405以接收所述第一使能信号411，基于所述多个电池电压信号403，输出参考电池电压信号412，其中参考电池电压信号412是多个电池电压信号403中的一个。参考电池电压信号412可以是多个电池电压信号403中最小的一个，也可以是多个电池电压信号403中较小的一个。可以通过将多个电池电压信号103进行相互比较，输出最小或者较小的电池电压信号103作为所述参考电池电压信号112。

在一个实施例中，电压选择装置407包括：第二多用开关4072、第三多用开关4073、第二比较器4071和控制电路4074。第二多用开关4072具有输入端、输出端和控制端，其输入端接收所述电池电压信号403。第三多用开关4073具有输入端、输出端和控制端，其输入端接收所述电池电压信号403。第二比较器4071具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端通过第二多用开关4072接收所述电池电压信号403，其第二输入端通过第三多用开关4073接收所述电池电压信号403。控制电路4074耦接至第二比较器4071的输出端，根据第二比较器4071的输出信号产生第二寻址信号ADD2和第三寻址信号ADD3分别控制所述第二多用开关4072和第三多用开关4073，使得传输较小电池电压信号(较小的电池电压信号403代表较小的电池电压差)的多用开关保持上个周期的选择，传输较大输出电压信号的多用开关继续选择其他输出电压信号。

例如，假定初始时刻，第二多用开关4072选择输出电池电压信号4031，第三多用开关4073选择电池电压信号4032。经过第二比较器4071的比较，电池电压信号4031大于电池电压信号4032，则第二多用开关4072选择输出电池电压信号4033，而第三多用开关4073继续输出电池电压信号4032。再次比较后，如果电池电压信号4033大于电池电压信号4032，则第二多用开关4072继续选择其他输出电压信号，第三多用开关4073继续保持输出电池电压信号4032；如果电池电压信号4033小于电池电压信号4032，则第三多用开关4073选择电池电压信号4034，而第二开关4072继续保持输出电池电压信号4033。如此比较，直至获得最小的电池电压信号。找到最小电池电压信号后，可以选择直接输出该电池电压信号(例如，图4中输出第三多用开关的输出信号)，或者输出代表该电池电压信号的电池检测装置4021的信息，或者输出相应的地址信息使得可以使用多用开关输出该最小电池电压信号，或者输出该最小电池电压信号所在的传输线等信息。在其他实施例中，控制电路4074还可以将高于最小电池电压的电池电压信号403再次比较，输出较小的电池电压的电池电压信号403作为参考电池电压信号412。参考电池电压信号412还可以是高于某一电压阈值或者处于某一电压区间中的多个电池电压信号403最小或者较小的一个。也可以通过所述多个电池电压信号与预定的一个或者两个阈值进行比较，输出大于某一预定阈值的最小或者较小电池电压信号，或者是介于两个阈值之间的最小或者较小电池电压信号，作为所述参考电池电压信号112。第一使能信号411用以使能电压选择装置407。

本领域的技术人员应该意识到，不使能一个电路可以通过使该电路不工作，或者屏蔽该电路的输入信号，或者屏蔽该电路的输出信号不发挥作用的技术手段，而使能包括使能电路和解除对输入或者输出信号的屏蔽。第一使能信号411可以通过使电压选择装置407不工作或者不输出相应信号等办法不使能电压选择装置407。例如，第一使能信号411可以可以通过不使能控制电路4074或者第二比较器4071的方法不不使能电压选择装置407。

判断装置408耦接至所述电池检测装置402以接收所述多个电池电压信号403，耦接至所述电压选择装置407以接收参考电池电压信号412，基于所述多个电池电压信号403至少之一与所述参考电池电压信号412之差发出至少一个均衡信号409。

在一个实施例中，判断装置408包括：第四多用开关4082、求差电路4081、第三比较器4083和均衡信号产生电路4085。第四多用开关4082具有输入端、输出端和控制端，其中输入端接收所述多个电池电压信号403，其中控制端接第四寻址信号ADD4。求差电路4081用以获取最小的电池电压信号与电池电压信号之差，求差电路4081具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收所述最小电池电压信号，其第二输入端通过第四多用开关4082接收所述电池电压信号403，输出端提供差值信号4084。第四多用开关4082在第四寻址信号ADD4的作用下，将电池电压信号403输出至求差电路4081的第二端。本领域的技术人员应该实施到，第四多用开关4082在第四寻址ADD4信号的作用下，可以无需传输最小最小电池电压信号，但是当最小电池电压信号被传输至求差电路的第二端，由于求差电路的输出近似为零，根据后级比较器的设置，也不会出现错误。

第三比较器4083具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端耦接至求差电路的输出端，其第二输入端接收第二参考信号REF2。假定4031为最低电池电压信号，则第四多用开关4082不停的将电池电压信号403传输至求差电路4081的输入端并与最小电池电压信号求差，二者之差(即差值信号4083)与第二参考信号(例如50mV)比较，高于此电压证明电池电压差过大，需要被放电(过电电池单元)，低于某一电池电压，则证明电池电压和最小电池电压相差不大，无需放电。正如之前描述，最小电池电压与最小电池电压相互求差的结果是0mV，无需均衡，因而当最小电池电压信号被传输至求差电路的第二端也不会产生误触发。均衡信号产生电路4085，将比较器的输出端包含的电池单元是否需要被均衡的信息转化为并行的控制信号去控制电池单元的均衡(例如图6中的CB1～CB5中的至少一个)。均衡信号产生电路4085具有输入端和输出端，其输入端耦接至所述第三比较器的输出端，其输出端提供至少一个所述均衡信号409(在一个实施例中，如图6中的CB1～CB5中的一个或者多个或者全部)。

均衡控制装置110接收所述均衡控制信号109，对电池单元进行均衡。在以下叙述中，将需要减少能量(电量或者容量)的电池单元称为过电电池单元，造成电池单元过电的原因包括电池容量过高、过充电、少放电等原因，例如上一段所述的“需要被放电的电池”。将需要增加能量的电池单元称为欠电电池单元，造成欠电电池单元的原因包括电池容量过低、充电少、放电多等原因。对电池单元进行均衡的方法有多种，包括将过电电池单元的能量消耗转化为热能，过电电池单元的能量转移给电池组等，将电池组的能量转移给欠电电池单元，或者将过电电池单元的能量转移给欠电电池单元。

图6示出一种均衡控制装置600，均衡控制装置600接收均衡信号409(CB1～CB5中的一个或者多个或者全部)，以控制旁路开关MN1～MN5。均衡控制装置600包括多个旁路开关MN1～MN5和多个旁路电容Cap。所述旁路开关MN1～MN5具有第一端、第二段和控制端，旁路开关的第一端和第二段分别通过旁路电阻器Res耦接至每个所述电池单元的阴极与阳极，多个旁路开关的控制端接收所述多个均衡信号CB1～CB5。多个旁路电容Cap分别每个放电开关并联。放电开关可以由N型或者P型场效应晶体管构成。通过旁路电阻器和旁路开关对电压较高的电池单元放电，从而使得过多的能量被消耗。从而实现了对电池单元的均衡。

图7示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置700的示意电路图。电池均衡装置700用以均衡电池组701，包括整流开关R1～R4、电感L以及受控开关S1～SN+1。电感L具有两端，第一端P1和第二端P2。第一整流开关R1耦接于电池组101的阳极102和电感L的第一端P1之间。第二整流开关R2耦接于电池组101的阴极103和电感L的第一端P1之间。第三整流开关R3耦接于电池组101的阳极102和电感L的第二端P2之间。第四整流开关R4耦接于电池组101的阴极103和电感L的第二端P2之间。N+1个受控开关S1～SN+1用以将每个电池单元的阳极和阴极分别耦接至电感L的一端(第一端P1或者第二端P2)和另外一端(第二端P2或者第一端P1)，包括耦接于电池组101的阳极1011的受控开关S1，耦接于公共连接点1013的受控开关S2～SN，以及耦接于电池组101的阴极1012的受控开关SN+1。

根据本申请的一个实施例，过电电池单元通过电感L对电池组101充电，将能量转移给电池组101。假定电池单元C1为过电电池单元，C1的能量将被转移至电池组101。图8A和8B示出了过电电池单元C1将能量转移给电池组101的过程。如图8A所示，在第一时间段，耦接于过电电池单元C1阴极与阳极的受控开关S2和S 1导通，过电电池单元C1对电感L充电，电感电流IL增大。如图8B所示，在第二时间段，受控开关S2和S1关断，整流开关R1和R4导通，电感电流IL对电池组101充电，电感电流IL减小。由于电感电流IL不能突变，为此应当选择整流开关R1和R4组成的通路对电池组充电，而不选择整流开关R2和R3组成的通路。

电感电流IL上升的速率和电池单元C1的电压有关(成正比)，电感电流IL减小的速率和整个电池组101的电压有关。由于电池组101的电压高于电池单元C1的电压，电感电流IL减小的速率高于上升的速率，电感电流IL容易变为负值。为此，在一些应用中，当电感电流IL下降至零，通过关断(断开)整流开关R1和R4防止电感电流IL变负。即，还包括第三时间段，在该第三时间段中，整流开关R1～R4断开，电感电流IL保持为零。需要指出的是，由于电路精度的限制，零是一个近似值，一般在正负数百毫安之间。

假定电池单元C2为过电电池单元，电池单元C2的能量将被转移至电池组101。图8C和8D示出了过电电池单元C2将能量转移给电池组101的过程。如图5C所示，在第一时间段，耦接于过电电池单元C2阴极与阳极的受控开关S3和S2导通，过电电池单元C2对电感L充电，电感电流IL增大。如图8D所示，在第二时间段，受控开关S3和S2关断，整流开关R2和R3导通，电感电流IL对电池组101充电，电感电流IL减小。由于电感电流IL不能突变，为此应当选择整流开关R3和R2组成的通路对电池组充电，而不选择整流开关R4和R1组成的通路。

同样，在一些应用中，当电感电流IL下降为零以后，通过关断整流开关R2和R3防止电感电流IL变负。即，还包括第三时间段，在该第三时间段中，整流开关R1～R4断开，电感电流IL为零。

同样，可以采用上述方法或者步骤转移其他过电池单元的能量至电池组101。每个电池单元的阳极和阴极均通过受控开关分别耦接至电感L的两端。

在一个实施例中，整流开关R1～R4是二极管，比如肖特基二极管，如图9所示。图9示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置900的示意电路图，其中用二极管D1～D4分别实现整流开关R1～R4。二极管D1和D3的阴极耦接至电池组101的阳极102，二极管D2和D4的阳极耦接至电池组101的阴极1012。用二极管实现整流开关后，对于图8B所示的能量转移过程，在第二时间段，受控开关S2和S1关断后，由于电感电流IL不能突变，电流IL将会自动选择二极管D1和D4(对应R1和R4)组成的通路对电池组101充电。同样，当电感电流IL下降至零，二极管D1、D4可以自动关断。

需要注意的是，本文所述的受控开关和整流开关是为了表述的方便，根据其连接位置和\或功能作用和\或表现形式而作的划分，并不代表这些开关之间存在物理上的差别。在这里“整流”和“受控”是名称上的区分，并不代表其功能上必须具有某些功能或者必须不具有某些功能，也不代表其一定受外力控制或者一定不受外力控制。例如，整流开关不能理解为必须具有或者只能具有整流功能，在一些实施例中整流开关也是受控的开关。受控开关也并非一定或者只能受控，可以使用某些可以自我控制的器件，也可以使用某些具有整流功能的器件(比如二极管)实现。在一些实施例中，采用二极管后受控开关可以根据电流的变化实现自动的开关，从而无需外力控制(例如通过控制MOS器件的栅极控制开关)。

还可以通过如中国发明专利申请公开CN102111003A的说明书中所描述的均衡控制装置进行电池均衡，将过电电池单元的电量转移至电池组。

在一个特别的实施例中，逻辑电路405接收临界信号405，控制所述电压选择装置407和所述判断装置408的工作状态。在一个特别的实施例中，所述电压选择装置407选择所述参考电池电压信号412(例如最小电池电压信号)后，所述逻辑电路405使能产生第二使能信号以使能所述判断装置408。在另外一个特别的实施例中，逻辑电路405还可以产生第三使能信号以使能临界检测装置404。在其他的实施例中，控制电路的状态还包括不使能该电路，或者使得电路频繁的循环使能或者不使能。例如，当均衡电路对电池单元或者电池组进行一次均衡后，依次使能电池检测装置402以检测电池状态、临界检测装置404、电压选择装置407和判断装置408。

图10A和10B示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置1000的示意电路图。在此，相同功能单元不在重复介绍。图10A主要示出了，电池均衡装置1000的电池检测装置402和均衡控制装置600，其中电池检测装置402的输入端既可以直接连接至各个电池单元的阴极与阳极，也连接至旁路电阻和旁路开关连接处，即通过旁路电阻Res耦接至电池单元的阴极与阳极。

参考图10B，逻辑电路T05产生第三使能信号state 01控制临界检测装置404，产生第一使能信号state 11控制电压选择装置407，产生第二使能信号state 10控制判断装置408。在一个实施例中，所述逻辑电路产生第三使能信号state 01使能所述临界检测装置404；所述逻辑电路405接收所述临界信号406，并根据预设条件产生第一使能信号state 11使能所述电压选择装置407；所述电压选择装置407选择参考电池电压信号412(例如最小电池电压信号)，所述逻辑电路405产生第二使能信号state 10使能所述判断装置408。在另外一个实施例中，逻辑电路可以不产生第三使能信号state 01。

临界检测装置T04还包括第一寻址电路T041，具有使能端EN、时钟端CLK和地址端ADDR，接收到第三使能信号state 01后在时钟信号Clock的控制下，在寻址端ADDR上产生第一寻址信号ADD1以控制第一多用开关4042。

电压选择装置T07包括控制电路T074，所述的逻辑电路T074包括反相信号产生装置T0741，接收第一使能信号state 11和比较器4071的输出信号，以控制第二寻址电路T0742和第三寻址电路T0743。反相信号产生装置T0741，可以包括两个与门与一个反相器，当state 11为无效电平(低电平)时候，与门输出低电平，第二寻址电路T0742的输出信号第二寻址信号ADD2和第三寻址电路T0743的输出信号第三寻址信号ADD3，分别使第二多用开关4072和第三多用开关4073均保持上一个周期的选择；当state 11为有效电平(高电平)时候，反相信号产生装置T0741将分别输出与第二比较器4071的输出信号同向和反向的信号，第二寻址电路T0742和第三寻址电路T0743输出的寻址信号使得第二多用开关4072和第三多用开关4073一个保持上一个周期的选择，另外一个继续选择其他的电池电压信号403。经过多次比较后，电压选择装置T07即可以直接输出最小电池电压信号，也可以经过寻址电路T075输出最小电池电压信号的地址信息。第二寻址电路T0742和第三寻址电路T0743输出的寻址信号包含了最小电池电压信号所在的地址信息，为此电压选择装置T07还包括：最小电池电压信号寻址电路T075，具有第一输入端、第二输入端和输出端，接收所述第二寻址信号ADD2和所述第三寻址信号ADD3，输出最小电池电压寻址信号，最小电池电压信号寻址电路T075经过选择，从两个输出寻址信号中(第二寻址信号ADD2和第三寻址信号ADD3)选择出包含小电池电压信号的地址位信息，并输出为最小电池电压寻址信号；第五多用开关T076，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端接收所述电池电压信号403，其中控制端接收所述最小电池电压寻址信号，其中输出端输出最小电池电压信号。

判断装置T08，还包括：

第四寻址电路T086，接收第二使能信号state 01后，在时钟信号Clock的控制下，产生第四寻址信号ADD4以控制第四多用开关4082。

均衡信号产生电路T085，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端耦接至所述第三比较器4083的输出端，其第二输入端耦接至所述第四寻址电路T086的地址端以接收第四寻址信号ADD4，其输出端提供所述至少一个均衡信号，以控制旁路开关MN1～MN5。第四寻址信号ADD4控制第四多用开关4082，分别将第一电池电压信号4031、第二电池电压信号4032等传输至求差电路4081，即第三比较器4083的输出信号中包含了第四寻址信号ADD4的信息。为此，第四寻址信号ADD4和第三比较器4083的输出信号组合以后更容易确定哪些电池需要被均衡哪些电池无需均衡，使得均衡信号产生电路T085可以更好的确定每个电池是否需要进行均衡。所述第一至第五多用开关可以采用相同的内部结构，也可以采用不同的内部结构。所述第一至第四寻址电路可以采用相同的内部结构，也可以采用不同的内部结构。

图11示出根据本发明一个实施例的电池均衡方法1100的流程图。电池均衡方法1100可以用以均衡电池组101，电池组101包括多个串联的电池单元，电池均衡方法1100包括：

在1101，检测各个电池单元两端的电压差，提供多个电池电压信号；

在1102，将所述多个电池电压信号分别与第一参考信号比较，当所述多个电池电压信号中的部分或全部大于所述第一参考信号时，基于所述多个电池电压信号输出参考电池电压信号；

在1103，基于所述多个电池电压信号至少之一与所述参考电池电压信号之差发出至少一个均衡信号；

在1104，基于所述多个均衡信号对所述电池单元进行均衡。

根据本发明的一个实施例，基于所述多个电池电压信号输出参考电池电压信号包括：将所述多个电池电压信号进行相互比较，输出最小的电池电压信号，作为所述参考电池电压信号。

根据本发明的一个实施例，基于所述多个电池电压信号与所述参考电池电压信号之差发出多个均衡信号包括：将所述多个电池电压信号与所述参考电池电压信号之差与第二参考信号比较，基于比较结果发出所述多个均衡信号。

根据本发明的一个实施例，对所述电池单元进行均衡包括：对所述电池单元进行均衡是通过将过电电池单元的能量消耗或者转移至电池组。

尽管本发明已经结合其具体示例性实施方式进行了描述，很显然的是，多种备选、修改和变形对于本领域技术人员是显而易见的。由此，在此阐明的本发明的示例性实施方式是示意性的而并非限制性。可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出修改。

在本公开内容中所使用的量词“一个”、“一种”等不排除复数。文中的“第一”、“第二”等仅表示在实施例的描述中出现的先后顺序，以便于区分类似部件。“第一”、“第二”在权利要求书中的出现仅为了便于对权利要求的快速理解而不是为了对其进行限制。权利要求书中的任何附图标记都不应解释为对范围的限制。

Claims (21)

1.一种用于电池组的均衡装置，所述电池组包括多个串联的电池单元，所述均衡装置包括：

电池检测装置，检测各个电池单元两端的电压差，输出多个电池电压信号；

临界检测装置，耦接至所述电池检测装置以接收所述多个电池电压信号，将部分或全部所述电池电压信号分别与第一参考信号比较，发出临界信号；

逻辑电路，接收所述临界信号，所述临界信号表明所述多个电池电压信号中的部分或全部大于所述第一参考信号时发出第一使能信号；

电压选择装置，耦接至所述电池检测装置以接收所述多个电池电压信号，耦接至所述逻辑电路以接收所述第一使能信号，基于所述多个电池电压信号，输出参考电池电压信号；

判断装置，耦接至所述电池检测装置以接收所述多个电池电压信号，耦接至所述电压选择装置以接收所述参考电池电压信号，基于所述多个电池电压信号的至少之一与所述参考电池电压信号之差发出至少一个均衡信号；以及

均衡控制装置，接收所述均衡信号，对所述电池组进行均衡。

2.根据权利要求1所述的均衡装置，其中所述电压选择装置进一步配置为对所述多个电池电压信号进行相互比较，输出最小的电池电压信号，作为所述参考电池电压信号。

3.根据权利要求1所述的均衡装置，其中所述电压选择装置进一步配置为将所述多个电池电压信号与预定阈值进行比较，输出大于所述预定阈值的最小电池电压信号，作为所述参考电池电压信号。

4.根据权利要求1所述的均衡装置，所述电池检测装置包括多个电池检测单元，所述多个电池检测单元中的每一个包括：

第一放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第二输入端耦接至地，其第一输入端通过第一开关耦接至所述第二输入端，并通过第一电容耦接至所述输出端，其输出端通过第二电容和第二开关耦接至地；以及

第三电容，具有第一端和第二端，其第一端通过第三开关耦接至相应电池单元的阳极，通过第四开关耦接至所述第一放大器的第一输入端，其第二端通过第五开关耦接至所述相应电池单元的阴极，并通过第六开关耦接至所述第一放大器的第二输入端。

5.根据权利要求1所述的均衡装置，其中，所述临界检测装置包括：

第一多用开关，具有输入端、输出端和控制端，其输入端接收所述多个电池电压信号，其控制端接收第一寻址信号；以及

第一比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收所述第一参考信号，其第二输入端耦接至所述第一多用开关的输出端，其输出端提供所述临界信号。

6.根据权利要求1或2所述的均衡装置，其中，所述电压选择装置包括：

第二多用开关，具有输入端、输出端和控制端，其输入端接收所述多个电池电压信号；

第三多用开关，具有输入端、输出端和控制端，其输入端接收所述多个电池电压信号；

第二比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端耦接至所述第二多用开关的输出端，其第二输入端耦接至所述第三多用开关的输出端；以及

控制电路，耦接至所述第二比较器的输出端，根据所述第二比较器的输出信号控制所述第二多用开关和第三多用开关。

7.根据权利要求1或2所述的均衡装置，其中，所述判断装置将所述多个电池电压信号与所述参考电池电压信号之差与第二参考信号比较，基于比较结果发出所述均衡信号。

8.根据权利要求7所述的均衡装置，其中，所述判断装置包括：

第四多用开关，具有输入端、输出端和控制端，其输入端接收所述多个电池电压信号；

求差电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收所述最小电池电压信号，其第二输入端耦接至所述第四多用开关的输出端；

第三比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端耦接至求差电路的输出端，其第二输入端接收第二参考信号；以及

均衡信号产生电路，具有输入端和输出端，其输入端耦接至所述第三比较器的输出端，其输出端提供所述至少一个均衡信号。

9.根据权利要求1或2所述的均衡装置，其中，所述均衡控制装置消耗过电电池单元的能量或者将过电电池单元的能量转移至所述电池组。

10.根据权利要求1或2所述的均衡装置，其中，所述均衡控制装置包括：

多个旁路开关，所述旁路开关具有第一端、第二段和控制端，各个所述旁路开关的第一端和第二段分别通过旁路电阻器耦接至每个所述电池单元的阴极与阳极，所述旁路开关的控制端接收所述均衡信号；以及

多个旁路电容，分别与各个所述旁路开关并联。

11.根据权利要求1或2所述的均衡装置，其中，所述均衡控制装置包括：

电感，具有第一端和第二端；

第一整流开关，耦接于所述电池组的阳极和所述电感的第一端之间；

第二整流开关，耦接于所述电池组的阴极和所述电感的第一端之间；

第三整流开关，耦接于所述电池组的阳极和所述电感的第二端之间；

第四整流开关，耦接于所述电池组的阴极和所述电感的第二端之间；以及

多个受控开关，其中每个电池单元的阳极和阴极均通过受控开关分别耦接至所述电感的两端；其中

所述均衡信号控制所述至少一个整流开关和至少一个受控开关的导通与关断，以均衡所述电池组。

12.根据权利要求1或2所述的均衡装置，其中，所述电压选择装置输出所述参考电池电压信号后，所述逻辑电路产生第二使能信号使能所述判断装置。

13.根据权利要求1或2所述的均衡装置，其中，所述逻辑电路产生第三使能信号使能所述临界检测装置；所述电压选择装置输出所述参考电池电压信号后，所述逻辑电路产生第二使能信号使能所述判断装置。

14.根据权利要求13所述的均衡装置，其中，所述临界检测装置包括：

第一寻址电路，接收到所述第三使能信号后在一时钟信号的控制下，产生第一寻址信号；

第一多用开关，具有输入端、输出端和控制端，其输入端接收所述电池电压信号，其控制端接收第一寻址信号；以及

第一比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收所述第一参考信号，其第二输入端耦接至所述第一多用开关的输出端，其输出端提供所述临界信号。

15.根据权利要求12所述的均衡装置，其中，所述电压选择装置包括：

第二多用开关，具有输入端、输出端和控制端，其输入端接收所述多个电池电压信号；

第三多用开关，具有输入端、输出端和控制端，其输入端接收所述多个电池电压信号；

第二比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端耦接至所述第二多用开关的输出端，其第二输入端耦接至第三多用开关的输出端；以及

控制电路，包括，

反相信号产生装置，接收所述第一使能信号和所述第二比较器的输出信号，产生第一控制信号和第二控制信号；

第二寻址电路，接收第一控制信号，产生第二寻址信号以控制所述第二多用开关；以及

第三寻址电路，接收第二控制信号，产生第三寻址信号以控制所述第三多用开关。

16.根据权利要求15所述的均衡装置，其中，所述电压选择装置还包括：

最小电池电压信号寻址电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，接收所述第二寻址信号和所述第三寻址信号，输出最小电池电压寻址信号；以及

第五多用开关，具有输入端、输出端和控制端，其输入端接收所述多个电池电压信号，其控制端接收所述最小电池电压寻址信号，其中输出端输出所述最小电池电压信号。

17.根据权利要求12所述的均衡装置，其中，所述判断装置包括：

第四多用开关，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端接收所述多个电池电压信号；

第四寻址电路，接收到所述第三状态信后在时钟信号的控制下，产生第四寻址信号以控制所述第四多用开关；

求差电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收所述最小电池电压信号，其第二输入端耦接至所述第四多用开关的输出端；

第三比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端耦接至所述求差电路的输出端，其第二输入端接收第二参考信号；以及

均衡信号产生电路，具有输入端和输出端，其输入端耦接至所述第三比较器的输出端，其输出端基于所述第三比较器的输出信号和所述第四寻址信号提供所述至少一个均衡信号。

18.一种用于电池组的均衡方法，所述电池组包括多个串联的电池单元，所述均衡方法包括：

检测各个电池单元两端的电压差，提供多个电池电压信号；

将部分或全部所述电池电压信号分别与第一参考信号比较，当所述多个电池电压信号中的部分或全部大于所述第一参考信号时，基于所述多个电池电压信号输出参考电池电压信号；

基于所述多个电池电压信号至少之一与所述参考电池电压信号之差发出至少一个均衡信号；

基于所述多个均衡信号对所述电池单元进行均衡。

19.根据权利要求18所述的均衡方法，其中，基于所述多个电池电压信号输出参考电池电压信号包括：将所述多个电池电压信号进行相互比较，输出最小的电池电压信号，作为所述参考电池电压信号。

20.根据权利要求18所述的均衡方法，其中，基于所述多个电池电压信号与所述参考电池电压信号之差发出多个均衡信号包括：将所述多个电池电压信号与所述参考电池电压信号之差与第二参考信号比较，基于比较结果发出所述至少一个均衡信号。

21.根据权利要求18所述的均衡方法，其中，对所述电池单元进行均衡包括：消耗过电电池单元的能量或者将过电电池单元的能量转移至所述电池组。

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