TW201136101A - Battery pack balancing system, control circuit control method thereof - Google Patents

Description

201136101 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關-種平衡技術，特別關於—種平衡電池組 的系統、電路及方法。 【先前技術】 現今，雜子電池已被應用於綠色(green)交通工具，如電 動汽車和混合動力電動汽車。鐘離子電池中的單個單元的電壓 大約為3-4V ’但電動汽車和混合動力電動汽車通常需要高達 100多伏的電壓。故通常將包含多個以串聯方式輕合的單元的 電池組用於驅動電動汽車和混合動力電動汽車。 為了便於it行電池管理’電池財的單補分成多個模 組’其t每個模組包含—定數目的單元。但這_型的電池组 在不平衡陳態下容毅m彡響，進㈣彡響電池組的容量。 【發明内容】 本發明要解決的技術問題在於提供一種電池組平衡系 統’其包含—第—平衡架構及—第二平衡架構。其中，該電 池組包含多域組且電池組⑽每賴組包含_單元；第 -平衡級可平衡不平衡模組，第二平衡級與第—平衡級搞 。’並可平衡模_料平衡單元。本發明提供的電池組系 統可使平衡過程較快完成。 201136101 為解決上述技術問題，本發明提供一種電池組平衡系 統包3·-第-平衡架構，平衡該電池組中多個模組中的 一第-不平衡模組’該電池組包含多個單元且鮮個模組中 的每一個包含該多個單元的—子集合；以及—第二平衡架 構與《•玄第-平衡架構搞合並平衡該多個模組中的一第一模 組内的一第一不平衡單元。 本發明進—步提供了—種電池組平衡的控制電路，該電 池組具有多個單元’包含：—第—轉換器，包含一第一主線 圈和夕個第-雜圈；以及U關，使該多個單元與該 第二主線圈串雜合，其巾，響應該電池_檢測之一第一不 平衡單元’該第-不平衡單元與該多㈣—雜關合，且 该第-開_流導通和睛’以將―能量從該多個單元傳送 至該第一不平衡單元。 ' .尽發明進—步提供m缝平衡的控制方法包 含.判定該電池組内是否存在一模組具有一不平衡單元，該電 池組包含知單元且賴組包含該多解元的—子集人.若 料平衡單元存在時，财賊不平解元；敏該:組= 疋否存在—科賴組；以及若财怖驗存 該不平衡模組。 干衡 電路及方法可使 採用本發明的控制電池組平衡的系統 平衡過程較快完成。 201136101 【實施方式】 以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發 明將結合實施例進行闡述’但應理解這並非意指將本發明 限定於這些實施例。相反地，本發明意麵蓋由後附申請 專利範圍所界定的本發明精神和範圍内所定義的各種變 化、修改和均等物。 然而’應該明白的是’這些術語及其相似表述都與適 當的物理量㈣’並僅僅是如於這些物理量的便利的標 記。除非在之後的討論中特別說明，在本申請的全部内容 中，運用“判定（detennining)，，，“ 平衡(balancing)，，，“計算 (counting)，比較（comparing)，，’ ‘‘ 耦合（c〇叩此幻，，，“連接 (connecting)，”"轉換(transferring)”或類似術語之處指的都是 電腦系統或_電子計算設備巾的操作和處理過程 ，所述 的電腦系統對以物理（電子）量形式存在於所述電腦系統 的暫，和記憶體中的資料進行操作，並轉換為類似地以 物理里形式存在於所述電腦系統的暫存器、記憶體或其他 此類貢訊存儲、傳輸或顯示設備中的其他資料。 卜在以下對本發明的詳細福述中，闡明大量的具 體細節以提供針對本發明的全面理解。然而，本技術領威 中具有通常知識者應理解，沒有這些具體細節，本發明同 樣可以實施。在其他實财，對於習知方法、流程、元件 201136101 和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。 本發明的實施例包括一電池組，其具有一多架構平衡 系統。優點在於，多變壓器(multiple)被應用在多架構平衡 系統，在一實施例中，因此，在電池組中的一不平衡的狀 況可以被檢測以及被調整。 圖1為本發明一實施例的包含多個模組的電池組的平 衡電路模組100。如圖1所示，模組100中的多個單元被劃分 為多個子模組。模組100包含多個子模組120、140、160、被 一返驰轉換器的次級所構成的調節器以及一開關156。每個子 模組包含多個單元和至少一類比前端(AFE)設備(如AFE設備 122、142和162)。在一個實施例中，返驰轉換器包含一主線圈 188，一鐵心180，多個副線圈182、184和186。副線圈182 與AFE設備122透過一二極體126耦合。在一個實施例中，一 電容125與AFE設備122並聯搞合。相似地，副線圈184與 AFE設備142透過二極體146耦合。電容145與AFE設備142 並聯耦合。副線圈186與AFE設備162透過二極體166耦合。 電容165與AFE設備162並聯耦合。在此情形下，包含副線圈 182、184和186的調節器被構成。調節器分別透過afe設備 122、124和126與子模組丨2〇、140和160耦合。儘管圖1所 示為3個子模組’本發明並不限於此。 在一個實施例中’ AFE設備122、142和162中的每個都 201136101 包含開關陣列’如多工器(MUX)127、147或167。每個AFE 設備也包含一個垂直通訊匯流排17〇，以用來上下傳遞資訊， 將資訊從一個子模組傳遞至與其在不同電位上的另一個子模 組。透過垂直通訊匯流排，多個子模組間的通訊以及多個模組 間的通訊得以實現。在操作過程中，每個AFE設備可用於檢測 相應子模組的不平衡狀態。 在一個實施例中，AFE設備122發送控制信號以控制多 工器127、147和167以及開關156。不平衡狀態存在時，多工 器127、147和167以及開關I56被控制用來實行主動平衡。 例如’當AFE設備142在子模組14〇内檢測到不平衡單元，指 不子模組140不平衡狀態的警告信號被透過垂直通訊匯流排 170傳送到底層AFE設備122。底層AFE設備122可傳送控制 信號至AFE設備142。作為響應，AFE設備142中的多工器 147可選中不平衡單元，並將其與副線圈184耦合。若子模組 120和160中無單元處於不平衡狀態，則多工器127和167不 選中某單兀’且子模組120和16〇分別透過AFE設備122和 162與副線圈182和186搞合。在一個實施财，底層細設 備122還可包含-脈寬調m(pwm)驅動器。為響應一警告信 號’ PWM4區動器輸出-脈衝信號，如，pWM信號，以輪流導 通和關斷開關156直至主動平衡完成/終止。 在-個實施例中，主動平衡包含多個週期且每個週期包 201136101 含開關156料通和關斷時段。在一個實施例中，開關156包 3 N型MOSFET(金屬氧化物半導體場效應電晶體）。當開關 156導通時，流經主線圈188的電流隨時間增大，主線圈188 儲存從模組1〇〇獲取的能量’且由於二極體126、146和166 被施以反向偏壓’無電流流經副線圈182、184和186。當開關 156關斷時，流經主線圈188的電流隨時間下降，因此所有副 線圈182、184和186獲得正向電壓以分別驅動二極體126、146 和166。在此情形下，流經副線圈182、184和186的電流產生 且儲存在主線圈188巾的能量被傳送到副線_ 182、184和 186。如上所述’子模、组14〇 +的不平衡單元與副線圈184耦 合。因此’副線圈184獲得的能量進一步被傳送至不平衡單元。 子模組120和160分別與副線圈182和186耦合。因此，副線 圈182和186獲得的能量進一步被分別傳送至子模組12〇和 160。 即，在主動平衡的週期中，返驰轉換器的主線圈188在 開關156的導通期間接收來自模組1〇〇的能量，並在開關156 的關斷期間將自模組100獲得的能量傳送給子模組14〇中的不 平衡單元以及子模組12G和160。主動平_職觸進行直 至子模組14G巾的不平衡單元被平衡。當不平衡單城平衡 後，AFE設備142透過垂直通訊匯流排17〇將子模組14〇中的 平衡狀態通知給AFE設備122。作為響應，AFE設備122可發 201136101 送控制信號以禁用模組⑽_工 開關156。因此，主動平衡終止。 147和⑹以及 優點:於’從整體模組⑽獲得的能 衡早疋，平衡_程可哺快速度糾。科，如 子模組包含不平解元，這些不平衡單元社動 I個 行。如一個子模組包含不止一個不平衡單元，平衡不;^ 的多個平衡過程可„進行;^千衡早疋 多工a 八體而3,子模組中的 雜f顿触帽鮮—平鮮元 在第二平衡過程中選擇第二平衡單元進行主動平衡。 在-個實施例中’另-個開關陣列(未示出)可與圖！中的 每個AFE設備中的開關陣列並_合。在此情形下，一個更大 的電流得以產生並在平衡過程中流經副線圈，進而平衡過程可 以更快的速度完成。 β在-個f施例中，AFE設備監控流經單元的電流並判定 是否存在碰狀態。如被監控的電流高於紋/輯值電流，則 AFE设備判定過流狀態存在。在本例中，ΑρΕ設備122可減小 送至開關156的PWM信號的一責任週期。因此，流經單元的 電流相應下降。 模組100更包含開關152和154、電阻194和196、二極 體U4、電容116和端子P+和關於端子p+和卜的操作將 結合圖6進行描述。圖6所示為本發明一實施例的一電池組平 201136101 衡系統的電路框圖。如圖6所示，電池組600中的多個單元被 劃分為多個模組。電池組600包含多個模組1〇〇、1〇2和1〇4、 被一返驰轉換器的次級所構成的調節器，一開關650和一控制 單元680。模組1〇2和104基本上與模組1〇〇相同。儘管圖6 所示為3個模組，本發明並不僅限於此。在一個實施例中，返 驰轉換器包^ 主線圈668、一鐵心660、多個副線圈662、664 和666。副線圈662、664和666分別與模組1〇〇、1〇2、1〇4耦 合。在一個實施例中，控制單元68〇是一中央電子控制單元 (CECU) ° 在一個實施例中，模組100、102和104具有相同的架構。 透過二極體114和開關152，圖ό中的每個副線圈與相應的模 組輕合。在此情形下，包含副線圈662、664和666的調節器 將被構成。 如上所述，模組100、1〇2和104間的通訊可透過垂直通 訊匯流排實現。控制單元680與模組1〇〇耦合。因此，控制單 凡680可檢測模組1〇〇、1〇2和1〇4的不平衡狀態，即，兩個 模組間的糕差是否低於臨界值。更進-步地，控制單元680 可檢測電池組600中每個單元的不平衡狀態。 在個實施例中，控制單元68〇發送控制信號至開關154 孝開關650。開關154和開關65〇被控制用來平衡電池組_ 中的不平衡模組。例如，如控解元㈣檢測出模組⑽是不 201136101 平衡’控制單元680發送控制信號至模組励並發送脈衝信 號’如’ PWM信號至開關⑽。作為響應，參照圖丨，模組剛 中的開關154可由發自控制單元_的控制信號開啟導通。相 應地’與開關152的栅源電壓相等的電阻194上的電壓降產 生。因此，開關152導通且模組100透過端子p+和p_與圖6 所示相應的副線圈662輕合。 PWM信號控制開關65G輪流導通和瞒直至主動平衡完 成/終止。在-個實施例中’主動平衡包含多個週紅每個週期 包含開關650料通和_雜。在—個實施财，開關㈣ =含N型MOSFET。當開關65G導通時，流經主線圈_的電 机隨時間增大’主線圈_儲存從電池組_獲取的能量且 由於圖1所示二極體114被施以反向偏壓，無電流流經副線圈 662。當開關65〇關斷時，流經主線圈_的電流隨時間下降， 因此副線圈662獲得正向電壓以驅動二極體114 ^由於不平衡 拉組100中的開關1S2導通，流經副線圈662的電流產生且儲 存在主線圈668中的能量被傳送至副線圈662，進而傳送至不 平衡模組100。 主動平衡的週期迴圈進行直至電池組600中的不平衡 拉組1〇〇被平衡。當控制單元_檢測到不平麵組被平衡 後’控制早7G 680可發送控制信號以禁用開關65〇和各模組中 的開關如’圖1戶斤示開關154。因此，主動平衡終止。 201136101 優點在於，如電池組_ &含有不止一個不平衡模組這 些不平衡模組的主動平衡可同時進行。因此，平衡可快速實現。 如圖1和圖6巾所贿的平衡電路可被_乡級平衡電 路。具體而言，圖1所示平衡電路完成模組内二級平衡的功能， 而圖6所示平衡系統完成模組間—級平衡的功能呼衡系統_ 包含如圖6所示包含變壓器和開關650的-第-平衡架構。第 一平衡架構可平衡電池財料平衡模組。平衡祕_還包 含如圖1所示的包含變壓器和開關156的-第二平衡架構。第 一平衡架構可平衡不平衡模組内的不平衡單元。 更進-步地’控制單元68〇與模組！⑽輕合，且可透過 垂直通訊匯流排與平衡系統_中的的模組通訊。例如，發 自控制早το 680的控制信號可被傳送至模組〗⑻模組刚可 透過模組間的垂直通繩流排將該㈣信號傳送域組⑺2， 模組102可透過模組間的垂直通訊匯流排將該控制信號傳送至 模組104。 優點在於，如圖6所示，模組1〇〇、1〇2和1〇4間串聯， 且不平賴組可相對可靠地被轉換器及_伽平衡。在另一 1 固實施例^，圖6㈣轉㈣不存在且每個·跑含—個轉換 Γ構成引述的帛平衡架構。在本例中，每個模組中的轉換 益的主線圈與電池軸合，且轉換㈣副線圈與各模組内的單 元耗合’_如® 6所示#施例具有更高的可靠性。 12 201136101 在-個實施财，控制單元_先判定電池組_中是 否有触时林平鮮元。如含林平鮮元，該不 平衡單元可被前述第二平衡_平衡。如—模_的不平衡單 1數目超過臨界值’控鮮元_判定模組為不平衡。如控 制早元判定賴組斜衡’模組可麵述第—平触構平衡。 在-個實施例中，主線圈668不與電池組_輕合，而是 與低電壓電池系統(圖6未示出你合，如㈣或請電池 組。在此情形下，開關650的擊穿電墨更低，且更易於對開關 650進行控制。 參照圖1’開關152和154以及電阻194和196共同作用， 以使模組觸與圖6中相應的副線_合。或者，只有-個開 關可被胁讀組UK)朗6巾減·線_合。在本例 中’開關可_合於圖1所示的子模組12G和端子p_間。 在-個實施例中’開關152不存在且二極體ιΐ4的陰極 直接與主線圈188和電阻194的共同結點耗合。在本例中，如 模、.且100不平衡且其電位高於圖6所示電池組_中的其他模 組，如上所述，開關154導通，且模組100的電量可被由電阻 194和196構成的無源放電通路消耗。因此，模組1〇〇的點位 元可降至平衡電位。 -圖斤示為本發明另一實施例的電池組中子模組的平 衡電路200與圖）具有相同標號的元件具有相似功能。圖2 13 201136101 將結合圖1進行說明。如圖2所示，子模組200與副線圈182 耦合，並包含多個單元202、204與206、AFE設備220、開關 陣列如多工器240、二極體126和電容125。與子模組200相 似的子模組可相似地分別與圖1所示副線圈184和186耦合。 如圖2所示，開關陣列(如’多工器240)位於AFE設備220 外。在一個實施例中，多工器240與圖1所示各子模組中的多 工器相似。優點在於，平衡過程的最大電流可透過在多工器240 中使用不同級別的開關改變。完成一次平衡過程需要的時間也 可調整。例如，平衡過程需要相對較快地完成，則可使用可透 過大電流的開關。 如圖2所示’ AFE設備220包含平衡AFE部222和高級 AFE部224。在一個實施例中，平衡AFE部分在平衡過程中控 制多工器240。高級AFE部224可包含ADC(類比-數位轉換 器）’以將一單元的狀態從類比信號轉換成數位信號，該數位信 號可提供給處理器(圖2未示出）。處理器可為各種信號處理目 的處理數位信號。 在一個實施例中，多工器240中的第一組開關一次側使多 個單元的正端中的—個與副線圈182的—邊麵合。在一個實施 例中’多工器24G中的第二組關-次側使多個單元的負端中 的一個與副線圈182的另一邊耦合。因此，多工器24〇可選擇 每個單元進行主動平衡。 14 201136101 在一個實施例中，AFE設備220可構成積體電路晶片。在 本例中，來自AFE設備220的多個引腳的信號可控制多工器 240中的開關使單元與副線圈丨82耦合。如圖2所示，單元206 在子模組200中的所有單元中具有最高的對地電位，單元2〇2 在子模組200中的所有單元中具有最低的對地電位，而單元2〇4 的電位介於單元206的電位和單元2〇2的電位之間。開關SP(K) 和SN(K)使單元206與副線圈ι82耦合，並可分別被來自平衡 AFE部222的引聊CBT和CB(K)的信號控制。開關SP(1)和SN(1) 使單元202與副線圈182耦合’並可分別被來自平衡AFE部 222的引腳CBB和CB(1)的信號控制。開關SP(K-l)和SN(K-l) 使單元204與副線圈182耦合，並可被來自平衡ApE部222 的引腳CB(K_1)的信號控制。在本例中，開關SP(K-l)和開關 SN(K-l)可同時導通或關斷。 因此，在一個實施例中，在平衡過程中，來自平衡部 的乜號了控制夕工器240中的開關。如子模組2〇〇有個不 平衡早7L，在平衡過程巾，來自相應引觸信細啟導通與不 平衡單_正負_合的_。，透過使不平衡單元與副 線圈182輕合，不平衡單元可被選中以進行主動平衡。否則， 如子模組200内沒有不平衡單元，在平衡過程中，來自引腳咖 和CBB的信號開啟導通開關sp(K)和版⑴，以使子模組細 與副線圈182相耦合。 15 201136101 在一個實施例令，平衡AFE222的引腳BUS Ι/F是1/0(輸 入/輸出)介面。引腳BUS I/F處的信號可以兩個方向傳送。例 如，該信號可透過前述垂直通訊匯流排被傳送至高級AFE部 224或其他子模組中的AFE設備。位於引腳bus_cfg處的信 號可用來指示傳送位於引腳BUS I/F處信號的方向。 在一個實施例中，另一開關陣列(未示出)可與AFE設備220 外的開關陣列240並聯耦合。在此情形下，在平衡過程中可產 生車乂大流經副線圏182的電流，進而平衡過程可以更快速度完 成0 圖3所示為本發明另一實施例的含多個模組的電池組中子 模組的平衡電路3〇〇。與圖2具有相同標號的元件具有相似功 月b如圖3所示，子模組3〇〇包含多個單元202、204與206、 AFE設備320，關陣列如多工器34〇與轉換器。AFE設備32〇 可包含平衡AFE部分切和高級AFE部故。轉換器包含主 線圈338，多個副線圈，如開關332、334和336，以及鐵芯33〇。 該平衡電路支援子模組3〇〇的局部主動平衡。 在-個實施例中，子模組300中的每個單元透過多工器34〇 與轉，器的每個副線_合。優點在於，如子模組獅中不止 個單元不平衡’這些不平衡單元的主動平衡可同時進行。更 進-步地’ _ 2中的多工器24G中的開關相比，圖3所示實 施例使用更少數目的開關。 16 201136101 多工器340中的開關SB(1)使單元202與副線圈332耦合。 相似地’開關SB(K-l)使單元204與副線圈334耦合，開關SB(K) 使單元206與副線圈336搞合。在一個實施例中，開關 SB(1)...SB(K-1)和SB(K)可被來自AFE設備320的引腳 CB(1)...CB(K-1)和CB(K)的信號分別控制。開關s(0)是子模組 300與轉換器的主線圈338耦合，並可被來自引腳CBB的信號 控制。 在平衡過程中，多工器340中的開關可被脈衝信號控制。 例如，如單元202不平衡，在平衡過程中，開關s(〇)可被來自 引腳CBB的脈衝信號控制’關關SB〇)可被來自引腳cb⑴ 的脈衝信號控制。在平衡過程中，開關孙)和SB⑴輪流導通， 即，當關s(o)導通時，開關SB⑴關斷且當開關s⑼關斷時， 開關SB(1)導通。 ^ τ月匕虿雙向流動。具體 而言，如單元202科衡且其電位比模組中的其他單元低，則 子模組300的電量可用作主動平衡。也即，在平衡過程中，來 ^線圈别的能量傳送至與單元2〇2輕合的副線_。如 早凡202不是不平衡且其電位高於模組中的其他單元，則在平 衡過程^來自副線圈332的能量傳送至主線圈现。 =早το 2G2和2G4不平衡’在平衡過程中 來自引腳哪的脈衝信號控制，而開關犯⑴和SB㈣可被 201136101 和CB(K，脈衝信號控制。也即，如子模組 :、有不止-财平鮮元，這衫平衡單_絲平衡可 同時進行。因此，平衡可較快實現。 如圖3所示，主線圈338可與子模組3〇〇中的所有單元輕 合。因此’來自子模、组300的能量用來平衡子模組避中的不 平衡單元。或者，主線圈338可與不止一個子模組，如，包含 子模組300的模組。在本例中，主線圈现與開關聊分別具 有與圖1巾的主線圈188和開關156_的功能。因此，來自 模組的能量用來平衡不平衡單元。 子模組300可以如下方式被包含於圖1所示模組100中。 參照圖1，在一個實施例中，子模組120、140和160中的每一 個均可被圖3中的子模組300代替，且圖！中的轉換器和開關 156可去除。在本例中，如圖丨中子模組中内包含不止一個單 元不平衡，如上所述，這些不平衡單元的主動平衡可同時進 行。更進一步地，如圖1中不止一個子模組包含不平衡單元， 這些不平衡單元的主動平衡可同時進行。 圖4所示為本發明另一實施例的電池組中子模組的平衡電 路400。如圖4所示’子模組400包含多個單元402、404、406 與408、AFE設備420、開關陣列如多工器440和兩個轉換器。 AFE設備包含平衡AFE部分422和高級AFE部224。 如圖4所示，多個單元402、404、406與408可被分成兩 201136101 組，且每組可與轉換器的副線_合。透過使用不止一個轉換 器’每可盡可能近地靠近域的轉換器的鐵芯中心。 在此情形下，與副線圈的電磁輕合相對較好。如圖4所示位 於子模組400邊緣的單元408和術，透過開關sb(k)和兕⑴ 分別與副線圈454和极麵合。相對於圖3中位於子模組3〇〇 邊緣的副線圈，副線圈454和432具有較好的電磁輕合。在此 情形下，如單元408或單元402不平衡，則針對單元4〇8或單 元402的平衡過程具有較好效果。 夕工器440中的第-組開關使第一組單元與第一轉換器的 副線_合。例如，開關SB⑴使單元4〇2與副線圈432耦合， 開關SB(I)使單元404與副線圈434搞合。相似地，多工器_ 中的第二組開關使第二組單元與第二轉換器的副線圈耗合。例 如’開關SB(I+1)使單元概與副線圈452輕合，開關$购 使皁7〇顿與副線圈454搞合。在一個實施例中，開關吻） 使第轉換器的主線圈43〇與子模組獅巾的所有單元輕合， 而開關SC(2)使第二轉換器的主線圈45〇與子模組侧中的 有單元耦合。 儘管如圖4所示，子模組4〇〇中的單元被分為兩組且相應 使用了兩個轉換器，本發明並不限於此。在一個實施例中，子 模組400中的單元可被分為不止兩組且相應可使用不止兩徊轉 換器。 19 201136101 相似地，如圖1所示的子模組100可被分為兩個或更多 組，且相應使用兩個或更多轉換器。因此，針對子模組12〇或 子模組140中不平衡單元的平衡過程效果可更好。 參照圖4 ’在一個實施例中，如第一組内包含不平衡單元， 開關SC(1)、SB(1)…SB(I)可由來自AFE設備42〇的引腳 CC(1)、CB(1)...CB(I)的信號控制以平衡不平衡單元。相似地， 如第二組内包含不平衡單元，開關sc(2)、SB(I+1) sb(幻可 由來自 AFE 設備 420 的 CB(K)CC(2)、CB(I+1)...CB(K)的信號 控制以平衡不平衡單元。優點在於，能量可雙向流動。 如圖4所示，主線圏430和450與子模組400中的所有單 元耗合。或者’主線圏430# 45〇可與不止一個子模組輕合， 例如’包含子模組4〇〇的模組。 子模組400可以如下方式被包含於圖丨所示模組1〇〇中。 參照圖卜在一個實施例中，子模組12〇、14〇和16〇中的每— 個均可被圖4中的子模組代替，且圖丨中的轉換器和開關 156可去除。在本例中，如圓j中子模組中内包含不止一個單 π不平衡’如上所述，這些*平鮮元的主動平衡可同時進 行更進纟地，如圖！中不止一個子模組包含不平衡單元， 這些不平衡單元的絲平衡可同時進行。 圖5所不為本發明另一實施例的電池組中子模組的平衡電 路500。標號與圖4相同的元件具有相似功能。如圖5所示， 201136101 子模組5〇0包含多個單元512、514、…524、526與528、AFE 設備420、開關陣列如多工器540和兩個轉換器。多個單元 512、514、"·524、526與528透過多工器540中的開關與兩個 轉換器耦合。 在一個實施例中，子模組500與圖4所示子模組400相似。 多個單元被分成兩組，第一組單元透過多工器54〇與第一轉換 痛合’第二組單元透過多1與第二轉換器的副線 圈輕合。 每組中每兩個單元與相應轉換器的副線圈耦合。具體而 s，例如，單元512和514與第一轉換器的副線圈532耦合， 而早兀516和518與第-轉換器的副線圈534耗合。相似地， 單7L 522和524與第二轉換器的副線圈552輕合，而單元创 和528與第二轉換器的副線圈垃麵合。因此，與圖4所示的 子模組400相比，子模組5〇〇使用較少數目的副線圈。 用於使單元與副線_合的兩個開關可被來自AFE設備 的引腳的信號控制。例如，用於使單元528與副線圈说 輕合的兩個開關可被來自弓1腳CB(K)的信號控制，用於使單元 526與副線圈554搞合的兩個開關可被來自引腳⑶㈣的作 號控制。優點在於，能量可雙向流動。 如圖5所示’主線圈53〇和柳與子模組中的所有單 讀合。或者，湖53^物止-鮮模_合， 201136101 如’包含子模組500的模組。 儘管如圖5所示，子模組5〇〇中的單元被分為兩組且相應 使用了兩個轉換器，本發明並不限於此。更進一步地，儘管如 圖5所示’每兩個單元與轉換器的每個副線_合，本發明並 不僅限於itb可有多於兩個單元與轉換器的每個副線圈輕合。 子模組500可以如下方式被包含於圖i所示模組！⑽中。 參照圖1 ’在-個實施例中，子模組12〇、14〇和脱中的每一 個均可被圖5巾的子模組代替，且圖〗中_換器和開關 156可去除。在本例中，如圖j中子模組中内包含不止一個單 元不平衡⑹上所述，這些不平衡單元的主動平衡可同時進 行更進步地’如圖^不止一個子模組包含不平衡單元， 這些不平衡單元的絲平衡可同時進行。 圖7所示為本發明一實施例的控制電池組平衡的方法流程 圖700。圖7將結合圖1和圖6進行指述。 在步驟702 ’控制單元_可判定電池組_中的模組是 否G s不平衡單元。控制單元68〇可與模組_中的A即設備 通Λ ’並可透過垂直通訊匯流排與模组⑽和ι〇4中的模組通 訊因此’控制單元_可得到每個單元的狀態，如每個單元 的電位，並可檢測到不平衡單元。 、在步驟704，不平衡單元可被第二平衡架構平衡。一個第 二平衡架構的例子如圖丨所^在—個實施例中，如模組刚 22 201136101 包含不平衡單元，則如上所述，該不平衡單元可被 換器平衡。 w ,在步驟706，控制單元68〇可判定電池組_是否包含不 平，模組。在一個實施例中，控制單元㈣可得到每個模組的 «’如每個模組的電位’並可檢測到不平衡模組。在另一個 實施例中’控制單元先判定是否有模組包含不平衡單元，且如 模組内不平衡單元的數目超過臨界值，控制單元進-步判定該 模組不平衡。 在步驟70S，不平衡單元可被第一平衡架構平衡。一個第 -平衡架構的例子如@ 6所示。在_個實施例中，如上所述， 不平衡模組可被圖6所示轉換器平衡。 上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。 顯然’在不脫離申請專利範圍所界定的本發明精神和發明範圍 的則提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該 理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不 背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元 件、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅說 明而非限制，本發明之範圍由後附申請專利範圍及其合法等同 物界定’而不限於此前之描述。 【圖式簡單說明】 圖1所示為本發明一實施例的包含多個模組的電池堆 23 201136101 疊中模組的均衡電路的結構示意圖； 圖2所示為本發明一實施例的電池堆疊内子模 衡電路的結構示意圖； 、、、 圖3所示為本發明另一實施例的電池堆疊 均衡電路的結構示意圖； 模、、且的 圖4所示為本發明又一實施例的電池堆疊内子模組的 均衡電路的結構示意圖； 圖5所示為本發明再一實施例的電池堆叠 均衡電路的結構示意圖； 子模、、且的 結構示=發明-實施例的電池堆疊的均衡系統的 圖7所示為本發明一實施例的控制電池堆 法流程圖。 询的方 【主要元件符號說明】 100 I平衡電路 152、154、156 :開關 114、126、146、166 :二極體 116、125、145、165 :電容 120、140、160 :子模組 122、142、162 :類比前端設備 127、147、167 :多工器 170 :垂直通訊匯流排 182、184、186 :副線圈 180 :鐵心 24 201136101 18 8 .主線圈 194、196 :電阻 200 :平衡電路 202、204、206 :單元 220 : AFE 設備 222 :平衡AFE部 224 :高級AFE部 300 :平衡電路 336 :開關 330 :鐵芯 320 :類比前端設備 322 :類比前端部 332、334 :開關 338 :主線圈 400 :平衡電路 402、404、406、408 :單元 420 :類比前端設備 422 :類比前端部 452、454 :副線圈 430、450 :主線圈 432、434 :副線圈 500 :平衡電路 512、514、516、518、522、524、526、528 :單元 550、552、554 :副線圈 530 :主線圈 25 201136101 532、534 :副線圈 600 :電池組 650 :開關 660 :鐵心 662、664、666 :副線圈 668 :主線圈 680 :控制單元 700 :流程圖 702〜708 :步驟 P+、P-:端子 SP(K)〜SP(1):開關 SN(K)〜SN(1):開關 SB(0)~SB(K):開關 SCI〜SC2 :開關 CBT :引腳 CBB :引腳 CB(K)〜CB(1):引腳 CC(1)~CC(2):引腳 26

Claims (1)

1. 201136101 七 申請專利範圍： L 種電池組平衡系統，包含： 第平衡架構，平衡該電池組中多個模 一 ::衡該電池組包含多個單元且該多個模” 的母一個包含該多個單元的一子集人. 7_;合並平衡該多個 第杈組内的一第一不平衡單元。 •,料利範up項的平衡系統，其中， =構::平衡該多個模組中的該第」不平衡:模組和 禾一不平衡模組。 3. 如申請專利範圍第1項的平衡系統，其中，該第二单 :ΐ=Τ模組中的該第—不平衡單；:第 供、、且τ的一第二不平衡單元。 4. 如申請專利範圍第1項的平衡系統，其中，兮多健 個包含多個子模組且該多個:模 匕3该多個單元的該子集合中的—子集人， 構同時平衡該第一模組中的該第；；單 -不平:：不:衡單元，且該第-不平衡單元和該第 5二Ϊ 早7"在該第—模組的同-子模組内。 μ專利範圍第1項的平衡系統，其巾，該多個 二 多個子模組且該多個子模組中的每 :千__時平衡該第—模財的該第—不平衡單 :不 不:衡單元’且該第一不平衡單元和該第 -不千衡早4該第—模组的不同子模組内。 27 201136101 6·如申請專利範圍第i項的平衡系統，其中，該電池組 的一電壓透過一轉換器平衡該第一不平衡模组。 7. 如申請專利範圍帛i項的平衡系统，其中、，該第一模 組的一電壓透過一轉換器平衡該第一不平衡單元。 8. -種電池組平衡的控制電路，該電池組具有多個單元， 包含： 一第-轉換器’包含-第-主線圈和多個第—副線圈； 以及 一第-開關’使該多個單元與該第—主線圈串聯搞合， 其中、，，響應該電池組内檢測之一第一不平衡單元，該第 不平衡單元與該多個第—副線關合，且該第一開 關輪流導通和關斷，以將一能量從該多個單元傳送至 該第一不平衡單元。 9. 如申清專利範圍第8項的電路，其中，響應該電池組 内檢測之-第二不平衡單元，該第二不平衡單元與該 多個第-副線_合’且該第開關輪流導通和關 f ’以將-能量從該多個該單元傳送至該第一不平衡 單元和該第二不平衡單元。 10. 如申請專利範圍第9 電路，其中，該電池組包含 多鋪組且該多個模組中的每一個包含該多個單元的 -子集合’且該第—不平衡單元和—第二不平衡單元 在同一模組内。 U·如申請專利範圍第9項的電路，其中，該電池組包含 夕^/固模組且该模組的每一個包含該多個單元的一子集 合’且該模組的每一個包含多個子模組且該子模組的 28 12 12201136101 每—個包含該多個單元賴子t合中的—子集人，且 該第-不平衡單元和-第二科鮮元在同―;模組 ^申請專利範圍第9項的電路’其巾，該電池組包含 ^個模組且該模組的每一個包含該多個單元的—子集 ^ ’且該模組的每—個包含多個子模組域子模组的 I—個包含該多個單元的該子m合的—子集合且該 ^了不平衡單灿—第二不平衡單元在—模組的不同 予模組内。 U·如申請專利範圍第8項的電路，進一步包含： y第二轉換器，包含—第二主線圈和多個第二副線圈； 以及 2二開關’使該多個單元與該第二主線圈串_合， ::中響應該電池組内檢測之—第二不平衡單元，該不 =單元與該多個第二副線_合，且該第二開關輪 机導通和關斷’以將-能量從該多個單元傳送至該 —不平衡單元。 14·!^專圍第13項的電路，其中’該電池組包含 :個挺組且該多個模組中的每—個包含該多個單元的 一子集合，且該模組的每一個包含多個子模组且咳多 個子模組中的每-個包含該多個單元的該子集合°中的 二子集合，且該第一不平衡單元和一第二斜：單元 在—模組的不同子模組内。 專職圍第13項的電路，其中，該電池組包含 換組且该多個模組中的每一個包含該多個單元的 29 201136101 -子集合，且該多個模組中的每—個 中的每一個包含該多個單元二 二二-集子合：第一不平衡單元和-第二不平 16.如申請專利範圍第8項的電路進 2二轉換器，包含—第二主線圈和多個第二副線圈； -第二開關’使多個該單元與該 :=r多個模組且該模組每元 ，集。’且響賴電池組内檢測之—第 組，該第-不平衡模組與該多個第 射、 該第二開關輪流導通和關 、’’ 〇且 組傳送至該第-不平衡量從該多個該電池 内利ί圍第16項的電路’其中^應該電池組 以二該第二開關輪流導通和關斷 ===魏轉送至料—不平衡模組和_第 18· 一種電池組平衡的控制方法，包含： 判定該電池組内是否存在一模叙具有 隼合:： ° _ = 萬、’且 包含該多個單元°的一I ^Ι\ Ό ， 若該不平衡單元存树，财_不平衡單元. 爿定該電触岐飾在—不， 若該不平賴畴树，解衡财平 201136101 i9.如申請專利範圍第18項的控制電池組平衡的方法，進 一步包含： 計算該模組内該不平衡單元的-數目；以及 將^數目與—臨界值比較，以敢該模組是否不平衡。 20」„月專利範圍帛18項的控制電池組平衡的方法，直 中，平衡該不平衡單元的步驟包含： 一 使該不平衡單元與—轉換器的—副線_合； ^流連接和斷開包含财平衡單元的職組與該轉換器 的一主線圈； ，—’從包含該不平解元_模轉送至該不平衡 單元。 21. ^申請專利範圍第18項的控制電池組平衡的方法，其 中，该平衡該不平衡單元包含： 2不平衡單元與-轉換器的-副線_合； 沾《•連接和斷開包含該不平衡單元的簡組與該轉 的一主線圈；以及 ^能量贱不平解元傳送至包含财平衡單元的該 22. ^申請專利範圍第Μ項的控制電池組平衡的方法，其 ，平衡該不平衡模組的步驟包含： ίΓ平衡模組與—轉換11的—副線_合； :連接和斷開該電池組與該轉換器的—主線圈； 23 ^能量從該電池組傳送至該不平衡模組。 。月專利範圍第18項的控制電池组平衡的方法 中，平衡該不平衡模組的步驟包含： 、 31 201136101 使該不平衡模組與一轉換器的一副線圈耦合； 輪流連接和斷開該電池組與該轉換器的一主線圈； 將一能量從該不平衡模組傳送至該電池組。 32