CN106469834A - 电池平衡装置及其电池平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池平衡装置，用以对一电池组进行电池平衡。电池平衡装置包括n个串联的储能元件、n个串联的电阻以及开关单元。n个电阻中第i个电阻的第一端与第二端分别连接至该些储能元件中第i个储能元件的第一端与第二端，其中n及i为正整数且1≤i≤n。在第一期间，开关单元从这些电池单元当中选择至少一第i个电池单元，且将第i个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至第i个储能元件的第一端与第二端，以进行电池平衡。另外一种电池平衡方法也被提出。

Description

电池平衡装置及其电池平衡方法

技术领域

本发明是有关于一种电子装置，且特别是有关于一种电池平衡装置以及电池平衡方法。

背景技术

随着科技发展，电池组在各种电子装置中都有相当广泛的应用，但在电子装置中的电池组可能经过反复充放电，或是各个电池本身的制作差异，甚至人为的不当操作，都可能会造成电池组当中发生电池电量不平衡的情况。而电池不平衡的情况，可能会影响电池的效能与寿命。举例来说，当电池组在放电时，因为含电量低的电池很快就放电完了，但是含电量高的电池因为还有电所以还在放电，所以将造成含电量低的电池芯被迫继续放电，使得含电量低的电池芯过放电损坏。在充电时，因为含电量高的电池很快就充满，但是含电量低的电池芯因为还没充满电所以还在充电，所以将造成含电量高的电池芯被迫继续充电，使得含电量高的电池芯过充电而损坏。

由于上述缺点，如何设计一个电池平衡装置来维持电子装置中的电池效能与电池寿命，为目前一个相当重要的课题。

发明内容

本发明提供一种电池平衡装置以及电池平衡方法，用以对一电池组进行电池平衡。

本发明的实施例提供一种电池平衡装置，用以对一电池组进行电池平衡。电池平衡装置包括n个储能元件、n个电阻以及一个开关单元。n个储能元件以串联方式相互连接。n个电阻以串联方式相互连接。所述n个电阻中的第i个电阻的第一端与第二端分别连接至这些储能元件中的第i个储能元件的第一端与第二端，其中n及i为正整数，n大于1，且1≤i≤n。开关单元用于连接所述n个储能元件与所述电池组当中相互串联的n个电池单元。于第一期间，开关单元从这些电池单元当中选择第i个电池单元，且将第i个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至第i个储能元件的第一端与第二端，以进行电池平衡。

本发明的实施例提供一种电池平衡方法，用以对一电池组进行电量平衡。电池平衡方法包括提供相互串联的n个电阻以及提供相互串联的n个储能元件。这些电阻的第i个电阻的第一端与第二端分别连接至这些储能元件的第i个储能元件的第一端与第二端，其中n及i为正整数，n大于1，且1≤i≤n。在第一期间，从电池单元当中选择至少一个第i个电池单元，且将第i个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至第i个储能元件的第一端与第二端。

在本发明的一实施例中，上述的储能元件分别为一电容。

在本发明的一实施例中，上述的开关单元包括n个开关。这些开关的第一端与第二端分别连接至n个电池单元与n个储能元件。

在本发明的一实施例中，上述的开关单元当中的第i个开关的第一端连接至第i个电池单元的正电极端，以及第i个开关的第二端连接至第i个储能元件的第一端。电池单元中第n个电池单元的负电极端连接至这些储能元件中第n个储能元件的第二端。

在本发明的一实施例中，上述的开关单元当中的第i个开关的第一端连接至第i个电池单元的负电极端。第i个开关的第二端连接至第i个储能元件的第二端。这些电池单元中第1个电池单元的正电极端连接至这些储能元件中第1个储能元件的第一端。

在本发明的一实施例中，上述的电池平衡装置还包括控制单元，连接于开关单元。控制单元用于输出控制信号控制开关单元，使电池单元当中至少其中之一的第i个电池单元与储能元件当中至少其中之一的第i个储能元件进行电池平衡。

在本发明的一实施例中，上述的控制单元包括切换矩阵单元与驱动电路。切换矩阵单元，用于接收一外部输入信号，将其转换为一切换信号并输出。驱动电路，用于接收切换信号，并将其转换为一控制信号，并输出至开关单元。

在本发明的一实施例中，上述的电池平衡装置还包括控制单元。控制单元连接于开关单元，用于检测电池单元的电池电压。当电池单元当中的第i个电池单元的电池电压未等于第i个储能元件的电压时，控制单元控制开关单元。开关单元将第i个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至第i个储能元件的第一端与第二端。

在本发明的一实施例中，上述的电池平衡装置在第二期间。开关单元从电池单元当中选择一个第j个电池单元，将第j个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至第j个储能元件的第一端与第二端。且第i个电池单元的正电极端与负电极端至少其中一端不连接至第i个储能元件的第一端与第二端，其中j为正整数且1≤j≤n，j不等于i。

在本发明的一实施例中，在第一期间，上述的开关单元从这些电池单元当中选择含有第i个电池单元的多个第一电池单元，且将这些第一电池单元的正电极端与负电极端分别连接至这些储能元件中含有第i个储能元件的多个相对应的储能元件的第一端与第二端。在第二期间，上述的开关单元从这些电池单元当中选择多个第二电池单元，且将这些第二电池单元的正电极端与负电极端分别连接至这些储能元件中的多个相对应的储能元件的第一端与第二端。

在本发明的一实施例中，上述的电池平衡方法还包括检测电池单元的电池电压。当电池单元当中的第i个电池单元的电池电压未等于第i个储能元件的电压时，将第i个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至该第i个储能元件的第一端与第二端。

在本发明的一实施例中，上述的电池平衡方法还包括在第二期间，从电池单元当中选择至少一个第j个电池单元，且将第j个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至第j个储能元件的第一端与第二端，其中j为正整数且1≤j≤n，j不等于i。以及在第二期间，第i个电池单元的正电极端与负电极端至少其中一端不连接至第i个储能元件的第一端与第二端。

在本发明的一实施例中，上述的电池平衡方法还包括：在第一期间，从这些电池单元当中选择含有第i个电池单元的多个第一电池单元，且将这些第一电池单元的正电极端与负电极端分别连接至这些储能元件中含有第i个储能元件的多个相对应的储能元件的第一端与第二端；以及在第二期间，从这些电池单元当中选择多个第二电池单元，且将这些第二电池单元的正电极端与负电极端分别连接至这些储能元件中的多个相对应的储能元件的第一端与第二端。

基于上述，本发明实施例所述电池平衡电路及其平衡方法，利用n个储能元件、n个电阻以及开关单元，经由设定不同电池平衡期间，来对于n个电池单元进行电池平衡。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例说明一种电池平衡装置的电路示意图；

图2是本发明一实施例说明图1所示电池平衡装置100的详细电路示意图；

图3是本发明一实施例说明图2所示电池组200未连接电池平衡装置100的情况下，电池组200的电池电量示意图；

图4是本发明一实施例说明图2所示开关单元110进行电池平衡的开关时序示意图；

图5是本发明一实施例说明图2所示电池平衡装置100对电池组200进行电池平衡后，电池组200的电池电量示意图；

图6是本发明一实施例说明图2与图3所示电池单元B2～B4进行电池平衡循环过程中的电池电量变化曲线示意图；

图7是本发明一实施例说明电池满充的电容量与使用次数的关系示意图；

图8是本发明另一实施例说明一种电池平衡装置的电路示意图；

图9是本发明另一实施例说明图2所示开关单元进行电池平衡的开关时序示意图；

图10是本发明另一实施例说明一种电池平衡装置的电路示意图；

图11是本发明另一实施例说明一种电池平衡装置的电路示意图；

图12是本发明另一实施例说明一种电池平衡装置的电路示意图；

图13是本发明一实施例说明一种电池平衡方法的流程示意图；

图14是本发明一实施例说明另一种电池平衡方法的流程示意图。

附图标记说明：

100、300、400、500、600：电池平衡装置；

110、310、410、510、610：开关单元；

200：电池组；

320、420、520、620：控制单元；

621：切换矩阵单元；

622：驱动电路；

701、702：曲线；

B1、B2、B3、B4、Bn：电池单元；

C1、C2、C3、C4、Cn：储能元件；

GND：接地电压；

R1、R2、R3、R4、Rn：电阻；

S1、S2、S3、Sn-1、Sn、SW1、SW2、SW3、SW4、SW5：开关；

T0：初始化期间；

T1：第一期间；

T2：第二期间；

T3：第三期间；

T4：第四期间；

t11_1、t11_2、t11_n、t21_1、t21_2、t21_n：第一端；

t12_1、t12_2、t12_n、t22_1、t22_2、t22_n：第二端；

S1101、S1102、S1103、S1201、S1202、S1203：步骤；

Scon_S1、Scon_S2、Scon_S3、Scon_Sn-1、Scon_Sn：控制信号；

Sin：输入信号；

Sw：切换信号；

Vcc：系统电压。

具体实施方式

在本案说明书全文(包括申请专利范围)中所使用的「耦接(或连接)」一词可指任何直接或间接的连接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接(或连接)于第二装置，则应该被解释成该第一装置可以直接连接于该第二装置，或者该第一装置可以通过其他装置或某种连接手段而间接地连接至该第二装置。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标记的元件/构件/步骤代表相同或类似部分。不同实施例中使用相同标记或使用相同用语的元件/构件/步骤可以相互参照相关说明。

图1是本发明一实施例说明一种电池平衡装置的电路示意图。其中电池平衡装置100用于对电池组200进行电池平衡。电池组200具有n个电池单元B1～Bn，而这些电池单元B1～Bn相互串联于系统电压Vcc与接地电压GND之间，如图1所示。系统电压Vcc与接地电压GND可以对电池组200进行充电。

电池平衡装置100包括n个储能元件C1～Cn、n个电阻R1～Rn与开关单元110。在图1所示实施例中，这些储能元件C1～Cn可以是电容。在其他实施例中，这些储能元件C1～Cn可能是其他类型的电能存储元件，例如电池等。这些储能元件C1～Cn以串联方式相互连接。这些电阻R1～Rn以串联方式相互连接。这些电阻R1～Rn中第i个电阻Ri的第一端t21_i与第二端t22_i分别连接至这些储能元件C1～Cn中第i个储能元件Ci的第一端t11_i与第二端t12_i，其中n及i为正整数，n大于1，且1≤i≤n。举例来说，第1个电阻R1的第一端t21_1与第二端t22_1分别连接至第1个储能元件C1的第一端t11_1与第二端t12_1，第2个电阻R2的第一端t21_2与第二端t22_2分别连接至第2个储能元件C2的第一端t11_2与第二端t12_2，如图1所示。以此类推，第n个电阻Rn的第一端t21_n与第二端t22_n分别连接至第n个储能元件Cn的第一端t11_n与第二端t12_n。在本实施例中，开关单元110可以连接储能元件C1～Cn与电池单元B1～Bn。

值得注意的是，当电池平衡装置100对电池组200进行电池平衡之前，电池平衡装置100会在初始化期间对储能元件C1～Cn进行初始化。在初始化期间，开关单元110可以将系统电压Vcc连接至这些储能元件C1～Cn中第1个储能元件C1的第一端t11_1，以及将接地电压GND连接至这些储能元件C1～Cn中第n个储能元件Cn的第二端t12_n。相互串联的电阻R1～Rn可以依照电阻值比例而对系统电压Vcc进行分压，进而决定/提供多个经分压电压。因为电阻R1～Rn分别与相对应储能元件C1～Cn之间为并联关系，这些经分压电压将会分别对储能元件C1～Cn进行充电，进而决定各储能元件C1～Cn的电压。经由电阻R1～Rn的电阻值比例的设定，每一个储能元件的跨压可以被设定为对应的电池单元的额定满充电压。例如，第i个储能元件Ci的跨压可以被设定为对应的电池单元Bi的额定满充电压。也就是说，电阻R1～Rn的电阻值比例的决定可以响应于电池单元B1～Bn的规格(例如额定电压)。在一些应用范例中，电池单元B1～Bn可能具有相同的额定满充电压，因此电阻R1～Rn可以具有相同的电阻值(也即电阻R1～Rn中任二个电阻的电阻值比例为1:1)。

当初始化期间完成后，电池平衡装置100可以对电池组200进行电池平衡。开关单元110可以在进行电池平衡期间中的第一期间从电池单元B1～Bn当中选择一个或多个电池单元。举例来说(但不限于此)，开关单元110可以在第一期间从电池单元B1～Bn当中选择第i个电池单元Bi。在选择第i个电池单元Bi后，开关单元110可以在第一期间将电池单元Bi的正电极端与负电极端分别连接至对应储能元件的第一端与第二端(例如第i个储能元件Ci的第一端t11_i与第二端t12_i)，以进行电池平衡。开关单元110可以在进行电池平衡期间中的第二期间从电池单元B1～Bn当中选择一个或多个电池单元。举例来说(但不限于此)，开关单元110可以在第二期间从电池单元B1～Bn当中选择第j个电池单元Bj，其中j为正整数且1≤j≤n，j不等于i。在选择第j个电池单元Bj后，开关单元110可以在第二期间将第j个电池单元Bj的正电极端与负电极端分别连接至第j个储能元件Cj的第一端t11_j与第二端t12_j，以及将该第i个电池单元Bi的正电极端与负电极端至少其中一端不连接至该第i个储能元件的第一端t11_i与第二端t12_i。其余电池单元的操作将以此类推。

因此，在进行电池平衡的期间，开关单元110可以在不同时间选择将不同电池单元电性连接至对应的储能元件。举例来说，在进行电池平衡期间的第一期间中，开关单元110可以选择将第1个电池单元B1的正电极端与负电极端分别电性连接至第1个储能元件C1的第一端t11_1与第二端t12_1，并将第2个电池单元B2的负电极不连接至第2个储能元件C2的第二端t12_2，以及将其他电池单元B3～Bn的正电极端与负电极端不连接至对应储能元件C3～Cn的第一端与第二端。在进行电池平衡期间的第二期间中，开关单元110可以选择将第2个电池单元B2的正电极端与负电极端分别电性连接至第2个储能元件C2的第一端t11_2与第二端t12_2，并将第1个电池单元B1的正电极不连接至第1个储能元件C1的第一端t11_1，并将第3个电池单元B3的负电极不连接至第3个储能元件C3的第二端，以及将其他电池单元B4～Bn的正电极端与负电极端不连接至对应储能元件C4～Cn的第一端与第二端。以此类推，在进行电池平衡期间的第n期间中，开关单元110可以选择将第n个电池单元Bn的正电极端与负电极端分别电性连接至第n个储能元件Cn的第一端t11_n与第二端t12_n，并将第n-1个电池单元Bn-1的正电极不连接至第n-1个储能元件Cn-1的第一端，以及将其他电池单元B1～Bn-2的正电极端与负电极端不连接至对应储能元件C1～Cn-2的第一端与第二端。

在另一些实施例中，开关单元110可以在第一期间从电池单元B1～Bn当中选择含有第i个电池单元Bi的多个第一电池单元，且将被选择的第一电池单元的正电极端与负电极端分别连接至储能元件C1～Cn中含有第i个储能元件Ci的多个相对应的储能元件的第一端t11_i与第二端t12_i；以及开关单元110可以在第二期间从电池单元B1～Bn当中选择多个第二电池单元，且将这些第二电池单元的正电极端与负电极端分别连接至储能元件C1～Cn中的多个相对应的储能元件的第一端与第二端。举例来说(但不限于此)，在进行电池平衡期间的第一期间中，开关单元110可以选择将第1个电池单元B1的正电极端与负电极端分别电性连接至第1个储能元件C1的第一端t11_1与第二端t12_1，且将第2个电池单元B2的正电极端与负电极端分别电性连接至第2个储能元件C2的第一端t11_2与第二端t12_2，并将第3个电池单元B3的负电极不连接至第3个储能元件C3的第二端，以及将其他电池单元B4～Bn的正电极端与负电极端不连接至对应储能元件C3～Cn的第一端与第二端。在进行电池平衡期间的第二期间中，开关单元110可以选择将第2个电池单元B2的正电极端与负电极端分别电性连接至第2个储能元件C2的第一端t11_2与第二端t12_2，且将第3个电池单元B3的正电极端与负电极端分别电性连接至第3个储能元件C3的第一端与第二端，并将第1个电池单元B1的正电极不连接至第1个储能元件C1的第一端t11_1，并将第4个电池单元B4的负电极不连接至第4个储能元件C4的第二端，以及将其他电池单元B5～Bn的正电极端与负电极端不连接至对应储能元件C5～Cn的第一端与第二端。以此类推，在进行电池平衡期间的第n-1期间中，开关单元110可以选择将第n-1个电池单元Bn-1的正电极端与负电极端分别电性连接至第n-1个储能元件Cn-1的第一端与第二端，且将第n个电池单元Bn的正电极端与负电极端分别电性连接至第n个储能元件Cn的第一端t11_n与第二端t12_n，并将第n-2个电池单元Bn-2的正电极不连接至第n-2个储能元件Cn-2的第一端，以及将其他电池单元B1～Bn-3的正电极端与负电极端不连接至对应储能元件C1～Cn-3的第一端与第二端。

在又一些实施例中，开关单元110可以在进行电池平衡的期间将所有电池单元B1～Bn分别电性连接至储能元件C1～Cn中的相对应者。

在再一实施例，电池平衡装置100可以在非充电期间对电池组200进行电池平衡。在所述非充电期间，系统电压Vcc可以被移除，或是系统电压Vcc没有对电池组200充电。在系统电压Vcc没有对电池组200充电的情况下，电池组200可以经由开关单元110提供电压给储能元件C1～Cn与电阻R1～Rn，以便在初始化期间对储能元件C1～Cn进行初始化。在初始化期间，开关单元110可以将电池组200的正电极端连接至这些储能元件C1～Cn中第1个储能元件C1的第一端t11_1，以及将电池组200的负电极端连接至这些储能元件C1～Cn中第n个储能元件Cn的第二端t12_n。相互串联的电阻R1～Rn可以依照电阻值比例而对电池组200的电压进行分压，进而对储能元件C1～Cn进行充电。当初始化期间完成后，电池平衡装置100可以对电池组200进行电池平衡。开关单元110在进行电池平衡期间中的电池平衡操作可以参照前述诸实施例的相关说明而类推，故不再赘述。

综上所述，每一个电池单元被分配了一个对应的储能元件。在初始化期间，每一个储能元件可以被充电，而达到对应的电池单元的额定满充电压。当初始化期间完成后，电池平衡装置100可以对电池组200进行电池平衡。在进行电池平衡的期间，开关单元110可以在不同时间选择将不同电池单元电性连接至对应的储能元件。举例来说，假设第i个电池单元Bi充电不完全(电量未达到100％，也就是电池单元Bi的电压低于额定满充电压)，则对应的储能元件Ci可以通过开关单元110输出充电电能给电池单元Bi。反之，假设第i个电池单元Bi过度充电(电量超到100％，也就是电池单元Bi的电压高于额定满充电压)，则电池单元Bi的过多电能可以通过开关单元110被卸载至对应的储能元件Ci与对应的电阻Ri。因此，本实施例经由执行上述至少一个第i个电池单元Bi与相对应至少一个第i个储能元件Ci的充放电方式，来调节电池单元Bi的电量，使得各电池单元B1～Bn之间达到额定的电压比例，进而达到电池平衡。

图2～图5为本发明实施例有关于图1电池平衡装置的电路示意图的范例实施例，但本发明不限于此。为方便说明，在此假设电池单元B1～Bn的数量n为4，并依此将图1所示电池平衡装置100的详细实施例示出于图2。在图2所示实施例中，开关单元110包括5个开关SW1、SW2、SW3、SW4与SW5。开关SW1的第一端与第二端分别连接至电池单元B1的正电极端与储能元件C1的第一端。开关SW2的第一端连接至电池单元B1的负电极端与电池单元B2的正电极端，而开关SW2的第二端连接至储能元件C1的第二端与储能元件C2的第一端。开关SW3的第一端连接至电池单元B2的负电极端与电池单元B3的正电极端，而开关SW3的第二端连接至储能元件C2的第二端与储能元件C3的第一端。开关SW4的第一端连接至电池单元B3的负电极端与电池单元B4的正电极端，而开关SW4的第二端连接至储能元件C3的第二端与储能元件C4的第一端。开关SW5的第一端与第二端分别连接至电池单元B4的负电极端与储能元件C4的第二端。图3是本发明一实施例说明图2所示电池组200未连接电池平衡装置100的情况下，电池组200的电池电压(电池电量)示意图。图3纵轴表示电池单元的电量(capacity，其单位为百分比)。请参照图2与图3，在电池平衡装置100没有连接至电池单元B1～B4之前，电池单元B1～B4可能发生电量不平衡。例如图2所示，第1、4个电池单元B1、B4可能充电不完全(电量未达到100％)，以及第2个电池单元B2可能过度充电(电量超到100％)。在图2所示情境中，只有第3个电池单元B3充电完全(电量达到100％)。

图4是本发明一实施例说明图2所示开关单元110进行电池平衡的开关时序示意图。电池平衡装置100在初始化期间T0针对储能元件C1～C4进行初始化。在初始化期间T0，开关SW1与SW5导通(turn on)而开关SW2、SW3与SW4截止(turn off)，因此开关单元110可以将系统电压Vcc连接至第1个储能元件C1的第一端，以及将接地电压GND连接至第4个储能元件C4的第二端。相互串联的电阻R1～R4可以依照电阻值比例而对系统电压Vcc进行分压，进而决定/提供多个经分压电压给储能元件C1～C4。这些经分压电压将会分别对储能元件C1～C4进行充电，而决定各储能元件C1～C4的初始电压。

经由电阻R1～R4的电阻值比例的设定，每一个储能元件的初始电压可以被设定为对应的电池单元的电压。例如一些实施例中的电阻R1～R4可能具有相同的电阻值，则在电池B1～B4的充电过程中，储能元件C1～C4各自的初始电压可以是充电当时电池B1～B4的电压(跨压)平均值。在电池B1～B4满充时，第1个储能元件C1的初始电压可以被设定为对应的电池单元B1的额定满充电压，第2个储能元件C2的初始电压可以被设定为对应的电池单元B2的额定满充电压，第3个储能元件C3的初始电压可以被设定为对应的电池单元B3的额定满充电压，而第4个储能元件C4的初始电压可以被设定为对应的电池单元B4的额定满充电压。也就是说，电阻R1～R4的电阻值比例的决定可以响应于电池单元B1～B4的规格(例如额定电压)。在一些应用范例中，电阻R1～R4的电阻值比例的决定可以响应于电池单元B1～B4的额定满充电压的比例。在另一些应用范例中，电池单元B1～B4可能具有相同的额定满充电压，因此电阻R1～R4可以具有相同的电阻值(也即电阻R1～R4中任二个电阻的电阻值比例为1:1)。

当初始化期间T0完成后，电池平衡装置100可以对电池组200进行电池平衡。在进行电池平衡期间中的第一期间T1，开关SW1与SW2导通而开关SW3、SW4与SW5截止，因此开关单元110可以将第1个电池单元B1的正电极端与负电极端分别连接至第1个储能元件C1的第一端与第二端，进而使第1个储能元件C1对充电不完全(电量未达100％)的第1个电池单元B1进行充电。在进行电池平衡期间中的第二期间T2，开关SW2与SW3导通而开关SW1、SW4与SW5截止，因此开关单元110将第2个电池单元B2的正电极端与负电极端分别连接至第2个储能元件C2的第一端与第二端，进而使过度充电(电量超过100％)的第2个电池单元B2将多余电能释放至储能元件C2与电阻R2。在进行电池平衡期间中的第三期间T3，开关SW3与SW4导通而开关SW1、SW2与SW5截止，因此开关单元110将第3个电池单元B3的正电极端与负电极端分别连接至第3个储能元件C3的第一端与第二端。在进行电池平衡期间中的第四期间T4，开关SW4与SW5导通而开关SW1、SW2与SW3截止，因此开关单元110可以将第4个电池单元B4的正电极端与负电极端分别连接至第4个储能元件C4的第一端与第二端，进而使第4个储能元件C4对充电不完全(电量未达100％)的第4个电池单元B4进行充电。

在完成电池平衡期间(期间T1～T4)后，电池平衡装置100可以再一次进入初始化期间T0。当初始化期间T0完成后，电池平衡装置100可以再一次进入电池平衡期间(期间T1～T4)，以对电池组200进行电池平衡。以此类推，如此反复循环进入初始化期间T0与电池平衡期间(期间T1～T4)，则电池单元B1～B4的电量将会趋近额定电量。图5是本发明一实施例说明图2所示电池平衡装置100对电池组200进行电池平衡后，电池组200的电池电量示意图。经由上述反复循环的电池平衡动作，电池单元B1～B4的电压(电量)可以被平衡(如图5所示)。

图6是本发明一实施例说明图2与图3所示电池单元B2～B4的电池电量变化曲线示意图。图2与图3所示电池单元B1可以参照电池单元B4的相关说明而类推。如图6所示，经过多次电池平衡动作(详参图4的相关说明)后，电池单元B2～B4的电压(电量)可以被平衡至额定满充电压。电池平衡动作的次数可以依据设计需求与/或依据电池B2～B4的规格(例如电容量)来决定。以图6为例，经过约略30次电池平衡动作后，电池单元B1～B3可以被平衡而达到相同的电压。

图7是本发明一实施例说明电池满充的电容量与使用次数的关系示意图。如图7所示，曲线701表示在未进行电池平衡的状况下，电池单元的使用寿命。若电池单元在多次的使用过程中未进行电池平衡，随着使用次数的增加，电池单元的损害也会增加，而造成电池满充的电容量的下降。而曲线702表示在进行电池平衡的状况下，电池单元的使用寿命。若电池单元在多次的使用过程中进行电池平衡，则可以减少电池单元的损害，并减缓电池满充的电容量的下降速度，以增加电池单元的使用寿命。

图8是本发明另一实施例说明一种电池平衡装置300的电路示意图。电池平衡装置300包括控制单元320、储能元件C1～Cn、电阻R1～Rn与开关单元310。图8所示的电池平衡装置300、电池单元B1～Bn、开关单元310、储能元件C1～Cn以及电阻R1～Rn可以参照图1至图7所述电池平衡装置100、电池单元B1～Bn、开关单元110、储能元件C1～Cn以及电阻R1～Rn的相关说明而类推，故不再赘述。

在本实施例中，控制单元320连接开关单元310。控制单元320可以输出控制信号来控制开关单元310。依据控制单元320的控制，开关单元310可以使电池单元B1～Bn当中至少一个(例如第i个电池单元Bi)与储能元件C1～Cn当中至少一个(例如第i个储能元件Ci)进行电池平衡。举例来说，假设电池单元B1～Bn的数量n为4，则控制单元320可以依据图4的说明内容来控制开关单元310。

在另一些实施例中(但不限于此)，如图8的控制单元320还可以检测电池单元B1～Bn的个别电池电量(或电池电压)，并依据检测结果而动态决定是否触发开关单元310进行电池平衡。举例来说，当控制单元320检测到电池单元B1～Bn其中至少一个电池单元(例如第i个电池单元Bi)的电压未等于相对应的储能元件(例如第i个储能元件Ci)的电压时，控制单元320可以动态地(选择性地)控制开关单元310将第i个电池单元Bi的正电极端与负电极端分别连接至第i个储能元件Ci的第一端与第二端，以进行电池平衡动作。

为方便说明，在此假设电池单元B1～Bn的数量n为4，并依此将图8所示电池平衡装置300的详细实施例示出于图2。图9是本发明另一实施例说明图2所示开关单元310进行电池平衡的开关时序示意图。电池平衡装置300在初始化期间T0针对储能元件C1～C4进行初始化。在初始化期间T0，开关SW1与SW5导通而开关SW2、SW3与SW4截止，因此开关单元310可以将系统电压Vcc连接至第1个储能元件C1的第一端，以及将接地电压GND连接至第4个储能元件C4的第二端。相互串联的电阻R1～R4可以依照电阻值比例而对系统电压Vcc进行分压，进而决定/提供多个经分压电压给储能元件C1～C4。这些经分压电压将会分别对储能元件C1～C4进行充电，而决定各储能元件C1～C4的初始电压。在初始化期间T0中，控制单元320还可以检测电池单元B1～B4的个别电池电压。在此假设电池单元B1～B4的个别电池电压(电量)为图3所示。

当初始化期间T0完成后，电池平衡装置300可以依据检测结果对电池组200进行电池平衡。在进行电池平衡期间中的第一期间T1，因为电池单元B1、B2与B4的电压未等于相对应的储能元件C1、C2与C4的电压(换句话说，电池单元B1、B2与B4的电压未达到额定满充电压，如图3所示)，因此控制单元320可以动态地(选择性地)导通开关SW1、SW2、SW3、SW4与SW5，以对电池单元B1、B2与B4进行电池平衡动作。在完成电池平衡期间(期间T1)后，电池平衡装置300可以再一次进入初始化期间T0。在第二次的初始化期间T0中，控制单元320可以再一次检测电池单元B1～B4的个别电池电压。在此假设电池单元B2～B4的电池电压已达到额定满充电压，而电池单元B1尚未达到额定满充电压。

当第二次的初始化期间T0完成后，电池平衡装置300可以再一次依据新的检测结果对电池组200进行电池平衡。在进行电池平衡期间中的第二期间T2，因为电池单元B1的电压未等于相对应的储能元件C1的电压(换句话说，电池单元B1的电压未达到额定满充电压)，因此控制单元320可以动态地(选择性地)导通开关SW1与SW2并且截止开关SW3、SW4与SW5，以对电池单元B1进行电池平衡动作。在完成电池平衡期间(期间T2)后，电池平衡装置300可以再一次进入初始化期间T0。以此类推，如此反复循环进入初始化期间T0与电池平衡期间，直到电池单元B1～B4的电量趋近额定电量(电池单元B1～B4的电压达到额定满充电压)。

图10是本发明另一实施例说明一种电池平衡装置400的电路示意图。电池平衡装置400包括控制单元420、储能元件C1～Cn、电阻R1～Rn与开关单元410。图10所示的电池平衡装置400、电池单元B1～Bn、开关单元410、储能元件C1～Cn以与n个电阻R1～Rn可以参照图1至图7所述电池平衡装置100、电池单元B1～Bn、开关单元110、储能元件C1～Cn以及电阻R1～Rn的相关说明而类推，故不再赘述。图10所示开关单元410与控制单元420可以参照图8所述开关单元310与控制单元320的相关说明而类推，故不再赘述。

在图10所示实施例中，开关单元410包括n个开关S1、S2、S3、…、Sn。其中图10的开关S1～Sn以N型金氧半(NMOS)场效应晶体管为例，开关的第一端指NMOS晶体管的源极，开关的第二端指NMOS晶体管的漏极，开关的控制端指NMOS晶体管的栅极。但本发明的开关不以此类型晶体管为限。在其他实施例中，图10的开关S1～Sn可为N型金氧半(NMOS)场效应晶体管或其他各类型开关元件/电路。这些开关S1～Sn的第一端与第二端分别连接至电池单元B1～Bn与储能元件C1～Cn，开关S1～Sn的控制端皆连接于控制单元420。举例来说，开关S1～Sn当中的第i个开关Si的第一端连接至第i个电池单元Bi的正电极端。第i个开关Si的第二端连接至第i个储能元件Ci的第一端。第n个电池单元Bn的负电极端连接至第n个储能元件Cn的第二端。

在图10所示实施例中，控制单元420可以输出控制信号Scon_S1、Scon_S2、Scon_S3、…、Scon_Sn。控制信号Scon_S1～Scon_Sn被输出至开关单元410的各开关S1～Sn的控制端。因此控制单元420可以控制电池平衡装置400，进而对于电池单元B1～Bn进行电池平衡。

在初始化期间，控制单元420可以导通开关S1并截止其余开关S2～Sn，使得系统电压Vcc可以对储能元件C1～Cn进行充电。接着在进行电池平衡期间中的第一期间，控制单元420可以导通开关S1、S2并截止其余开关S3～Sn，以便对电池B1进行电池平衡。在进行电池平衡期间中的第二期间，控制单元420可以导通开关S2、S3并截止其余开关S1、S4～Sn，以便对电池B2进行电池平衡。以此类推，在进行电池平衡期间中的第n期间，控制单元420可以导通开关Sn并截止其余开关，以便对电池Bn进行电池平衡。如此反复循环进入初始化期间与电池平衡期间，直到电池单元B1～Bn的电量趋近额定电量(电池单元B1～Bn的电压达到额定满充电压)。

电池平衡期间的操作并不限于上述方式。举例来说(在另一个实施例中)，在进行电池平衡期间中的第一期间，控制单元420可以导通开关S1、S2、S3(或更多开关)并截止其余开关，以便对电池B1、B2(或更多电池)进行电池平衡。在进行电池平衡期间中的第二期间，控制单元420可以导通开关S2、S3、S4(或更多开关)并截止其余开关，以便对电池B2、B3(或更多电池)进行电池平衡。以此类推，在进行电池平衡期间中的第n-1期间，控制单元420可以导通开关Sn-1、Sn(或更多开关)并截止其余开关，以便对电池Bn-1、Bn(或更多电池)进行电池平衡。如此反复循环进入初始化期间与电池平衡期间，直到电池单元B1～Bn的电量趋近额定电量(电池单元B1～Bn的电压达到额定满充电压)。

图11是本发明另一实施例说明一种电池平衡装置500的电路示意图。电池平衡装置500包括控制单元520、储能元件C1～Cn、电阻R1～Rn与开关单元510。图11所示的电池平衡装置500、电池单元B1～Bn、开关单元510、储能元件C1～Cn以及n个电阻R1～Rn可以参照图1至图7所述电池平衡装置100、电池单元B1～Bn、开关单元110、储能元件C1～Cn以及电阻R1～Rn的相关说明而类推，故不再赘述。图11所示控制单元520可以参照图8所述控制单元320或图10所述控制单元420的相关说明而类推，故不再赘述。

在图11所示实施例中，开关单元510包括n个开关S1、S2、…、Sn-1、Sn。图11所示开关S1～Sn可以参照图10所述开关S1～Sn的相关说明而类推。这些开关S1～Sn的第一端与第二端分别连接至电池单元B1～Bn与储能元件C1～Cn。开关S1～Sn的控制端皆连接于控制单元520。举例来说，开关S1～Sn当中的第i个开关Si的第一端连接至第i个电池单元Bi的负电极端。第i个开关Si的第二端连接至第i个储能元件Ci的第二端。第1个电池单元B1的正电极端连接至第1个储能元件C1的第一端。

在图11所示实施例中，控制单元520可以输出控制信号Scon_S1、Scon_S2、…、Scon_Sn-1、Scon_Sn。控制信号Scon_S1～Scon_Sn被输出至开关单元510的各开关S1～Sn的控制端。因此控制单元520可以控制电池平衡装置500，进而对于电池单元B1～Bn进行电池平衡。

在初始化期间，控制单元520可以导通开关Sn并截止其余开关S1～Sn-1，使得系统电压Vcc可以对储能元件C1～Cn进行充电。接着在进行电池平衡期间中的第一期间，控制单元520可以导通开关S1并截止其余开关S2～Sn，以便对电池B1进行电池平衡。在进行电池平衡期间中的第二期间，控制单元520可以导通开关S1、S2并截止其余开关S3～Sn，以便对电池B2进行电池平衡。以此类推，在进行电池平衡期间中的第n期间，控制单元420可以导通开关Sn-1与Sn并截止其余开关，以便对电池Bn进行电池平衡。如此反复循环进入初始化期间与电池平衡期间，直到电池单元B1～Bn的电量趋近额定电量(电池单元B1～Bn的电压达到额定满充电压)。

电池平衡期间的操作并不限于上述方式。举例来说(在另一个实施例中)，在进行电池平衡期间中的第一期间，控制单元520可以导通开关S1、S2(或更多开关)并截止其余开关，以便对电池B1、B2(或更多电池)进行电池平衡。在进行电池平衡期间中的第二期间，控制单元520可以导通开关S1、S2、S3(或更多开关)并截止其余开关，以便对电池B2、B3(或更多电池)进行电池平衡。在进行电池平衡期间中的第三期间，控制单元520可以导通开关S2、S3、S4(或更多开关)并截止其余开关，以便对电池B3、B4(或更多电池)进行电池平衡。以此类推，在进行电池平衡期间中的第n-1期间，控制单元520可以导通开关Sn-2、Sn-1、Sn(或更多开关)并截止其余开关，以便对电池Bn-1、Bn(或更多电池)进行电池平衡。如此反复循环进入初始化期间与电池平衡期间，直到电池单元B1～Bn的电量趋近额定电量(电池单元B1～Bn的电压达到额定满充电压)。

图12是本发明另一实施例说明一种电池平衡装置600的电路示意图。电池平衡装置600包括控制单元620、储能元件C1～Cn、电阻R1～Rn与开关单元610。图12所示的电池平衡装置600、电池单元B1～Bn、储能元件C1～Cn、电阻R1～Rn、控制单元620、开关单元610与开关S1～Sn可以参照图10所述电池平衡装置400、电池单元B1～Bn、储能元件C1～Cn、电阻R1～Rn、控制单元420、开关单元410与开关S1～Sn的相关说明而类推，故不再赘述。

在本实施例中，如图12所示的控制单元620包括切换矩阵单元621与驱动电路622。切换矩阵单元621可以接收外部输入信号Sin，并将外部输入信号Sin转换为切换信号Sw并输出。驱动电路622可以接收切换信号Sw，并将切换信号Sw转换为控制信号Scon_S1、Scon_S2、Scon_S3、…、Scon_Sn。控制信号Scon_S1～Scon_Sn被输出至开关单元610的各开关S1～Sn的控制端。因此前级电路或系统(例如作业系统、电源管理程式或应用程式)可以通过外部输入信号Sin来控制电池平衡装置600，进而对于电池单元B1～Bn进行电池平衡。

值得注意的是，在不同的应用情境中，上述控制单元(例如320、420或520)、切换矩阵单元621及/或驱动电路622的相关功能可以利用一般的编程语言(programming languages，例如C或C++)、硬件描述语言(hardwaredescription languages，例如Verilog HDL或VHDL)或其他合适的编程语言来实现为软件、固件或硬件。可执行所述相关功能的软件(或固件)可以被布置为任何已知的计算机可存取介质(computer-accessible medias)，例如磁带(magnetic tapes)、半导体(semiconductors)存储器、磁盘(magnetic disks)或光盘(compact disks，例如CD-ROM或DVD-ROM)，或者可通过互联网(Internet)、有线通信(wired communication)、无线通信(wirelesscommunication)或其它通信介质传送所述软件(或固件)。该软件(或固件)可以被存放在计算机的可存取介质中，以便于由计算机的处理器来存取/执行所述软件(或固件)的编程码(programming codes)。另外，本发明的装置和方法可以通过硬件和软件的组合来实现。

图13是本发明一实施例说明一种电池平衡方法的流程示意图。请同时参考图1与图13。首先步骤S1101可以对包含多个电池单元B1～Bn的电池组200提供电池平衡电路100，包括提供相互串联的n个电阻R1～Rn，以及提供相互串联的n个储能元件C1～Cn。电阻R1～Rn中第i个电阻的第一端t21_i与第二端t22_i分别连接至该些储能元件中第i个储能元件的第一端t11_i与第二端t12_i，其中n及i为正整数，n大于1，且1≤i≤n。接着步骤S1102在第一期间中从电池单元B1～Bn当中选择第i个电池单元Bi，且将电池单元Bi的正电极端与负电极端分别连接至第i个储能元件Ci的第一端t11_i与第二端t12_i，以进行电池平衡。步骤S1103在第二期间从电池单元B1～Bn当中选择第j个电池单元Bj，且将第j个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至第j个储能元件的第一端t11_j与第二端t12_j，其中j为正整数且1≤j≤n，j不等于i。步骤S1103还在该第二期间将第i个电池单元的正电极端与负电极端至少其中一端不连接至第i个储能元件的第一端t11_i与第二端t12_i。

图14是本发明另一实施例说明电池平衡方法的流程示意图。请同时参考图1与图14。首先步骤S1201可以对包含多个电池单元B1～Bn的电池组200提供电池平衡电路100，包括提供相互串联的n个电阻R1～Rn，以及提供相互串联的n个储能元件C1～Cn。电阻R1～Rn中第i个电阻的第一端t21_i与第二端t22_i分别连接至该些储能元件中第i个储能元件的第一端t11_i与第二端t12_i，其中n及i为正整数，n大于1，且1≤i≤n。接着步骤S1202在第一期间中从电池单元B1～Bn当中选择含有第i个电池单元Bi的多个第一电池单元，且将这些第一电池单元的正电极端与负电极端分别连接至储能元件C1～Cn中含有第i个储能元件Ci的多个第一对应储能元件的第一端与第二端，以进行电池平衡。步骤S1203在第二期间中从电池单元B1～Bn当中选择多个第二电池单元，且将这些第二电池单元的正电极端与负电极端分别连接至储能元件C1～Cn中的多个第二对应储能元件的第一端与第二端，以进行电池平衡。

值得注意的是，上述图13与图14的实施例中，当电池平衡装置100对电池组200进行电池平衡之前，电池平衡装置100会在初始化期间对储能元件C1～Cn的电压进行初始化。在初始化期间，开关单元110可以利用系统电压Vcc对相互串联连接的储能元件C1～Cn进行充电。

综上所述，本发明诸实施例揭示了电池平衡装置与电池平衡方法，可以用来平衡电池组的电池电量。电池平衡装置包括以串联方式相互连接的n个储能元件以及以串联方式相互连接的n个电阻。开关单元可以在电池平衡期间的不同时间使不同电池单元连接至相对应的储能元件，以对这些电池单元进行电池平衡。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种电池平衡装置，用以对电池组进行电池平衡，其特征在于，所述电池平衡装置包括：

n个储能元件，以串联方式相互连接；

n个电阻，以串联方式相互连接，其中所述n个电阻中第i个电阻的第一端与第二端分别连接至所述n个储能元件中第i个储能元件的第一端与第二端，其中n及i为正整数，n大于1，且1≤i≤n；以及

开关单元，用于连接n个储能元件与所述电池组当中相互串联的n个电池单元，其中在第一期间，所述开关单元从所述n个电池单元当中选择第i个电池单元，且将所述第i个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至所述第i个储能元件的第一端与第二端，以进行电池平衡。

2.根据权利要求1所述的电池平衡装置，其特征在于，所述n个储能元件分别为电容。

3.根据权利要求1所述的电池平衡装置，其特征在于，所述开关单元包括:

n个开关，其中所述n个开关的第一端与第二端分别连接至所述n个电池单元与所述n个储能元件。

4.根据权利要求3所述的电池平衡装置，其特征在于，所述开关单元当中的第i个开关的第一端连接至所述第i个电池单元的正电极端，以及所述第i个开关的第二端连接至所述第i个储能元件的第一端，而所述n个电池单元中第n个电池单元的负电极端连接至所述n个储能元件中第n个储能元件的第二端。

5.根据权利要求3所述的电池平衡装置，其特征在于，所述开关单元当中的第i个开关的第一端连接至所述第i个电池单元的负电极端，以及所述第i个开关的第二端连接至所述第i个储能元件的第二端，而所述n个电池单元中第1个电池单元的正电极端连接至所述n个储能元件中第1个储能元件的第一端。

6.根据权利要求1所述的电池平衡装置，其特征在于，所述电池平衡装置还包括：

控制单元，连接于所述开关单元，用于输出控制信号控制该开关单元，使所述n个电池单元当中至少其中之一的第i个电池单元与所述n个储能元件当中至少其中之一的第i个储能元件进行电池平衡。

7.根据权利要求6所述的电池平衡装置，其特征在于，所述控制单元包括：

切换矩阵单元，用于接收外部输入信号，将其转换为切换信号并输出；

驱动电路，用于接收所述切换信号，并将其转换为控制信号，并输出至所述开关单元。

8.根据权利要求1所述的电池平衡装置，其特征在于，所述电池平衡装置还包括：

控制单元，连接于所述开关单元，以及用于检测所述n个电池单元的电池电压，其中当所述n个电池单元当中的所述第i个电池单元的电池电压未等于所述第i个储能元件的电压时，所述控制单元控制所述开关单元将所述第i个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至所述第i个储能元件的第一端与第二端。

9.根据权利要求1所述的电池平衡装置，其特征在于，在第二期间，所述开关单元从所述n个电池单元当中选择第j个电池单元，且将所述第j个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至所述第j个储能元件的第一端与第二端，以及将所述第i个电池单元的正电极端与负电极端至少其中一端不连接至所述第i个储能元件的第一端与第二端，其中j为正整数且1≤j≤n，j不等于i。

10.根据权利要求1所述的电池平衡装置，其特征在于，在所述第一期间，所述开关单元从所述n个电池单元当中选择含有所述第i个电池单元的多个第一电池单元，且将所述多个第一电池单元的正电极端与负电极端分别连接至所述n个储能元件中含有所述第i个储能元件的多个第一对应储能元件的第一端与第二端；以及在第二期间，所述开关单元从所述n个电池单元当中选择多个第二电池单元，且将所述多个第二电池单元的正电极端与负电极端分别连接至所述n个储能元件中的多个第二组对应的储能元件的第一端与第二端。

11.一种电池平衡方法，用以对一电池组进行电量平衡，其特征在于，所述电池平衡方法包括：

提供相互串联的n个电阻；

提供相互串联的n个储能元件，其中所述n个电阻中第i个电阻的第一端与第二端分别连接至所述n个储能元件中第i个储能元件的第一端与第二端，其中n及i为正整数，n大于1，且1≤i≤n；以及

在第一期间，从电池单元当中选择第i个电池单元，且将所述第i个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至所述第i个储能元件的第一端与第二端。

12.根据权利要求11所述的电池平衡方法，其特征在于，所述n个储能元件分别为电容。

13.根据权利要求11所述的电池平衡方法，其特征在于，所述电池平衡方法还包括：

检测所述电池单元的电池电压，其中当所述电池单元当中的所述第i个电池单元的电池电压未等于所述第i个储能元件的电压时，将所述第i个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至所述第i个储能元件的第一端与第二端。

14.根据权利要求11所述的电池平衡方法，其特征在于，所述电池平衡方法还包括：

在第二期间，从所述电池单元当中选择第j个电池单元，且将所述第j个电池单元的正电极端与负电极端分别连接至所述n个储能元件中第j个储能元件的第一端与第二端，其中j为正整数且1≤j≤n，j不等于i；以及

在所述第二期间，将所述第i个电池单元的正电极端与负电极端至少其中一端不连接至所述第i个储能元件的第一端与第二端。

15.根据权利要求11所述的电池平衡方法，其特征在于，所述电池平衡方法还包括：

在所述第一期间，从所述电池单元当中选择含有所述第i个电池单元的多个第一电池单元，且将所述多个第一电池单元的正电极端与负电极端分别连接至所述n个储能元件中含有所述第i个储能元件的多个第一对应储能元件的第一端与第二端；以及

在第二期间，从所述电池单元当中选择多个第二电池单元，且将所述多个第二电池单元的正电极端与负电极端分别连接至所述n个储能元件中的多个第二对应储能元件的第一端与第二端。