TW201404000A - 平衡電池單元的平衡電路 - Google Patents

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Abstract

平衡複數個電池單元的平衡電路包含複數個平衡模組。各平衡模組包含第一、第二開關單元以及第一、第二電感元件，其中該第一電感元件耦合於該第二電感元件。該複數個平衡模組包含第一、第二平衡模組，分別耦接至該複數個電池單元之第一、第二電池單元。該第一平衡模組之該第一電感元件依據該第一平衡模組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餘能量，並將對應該多餘能量之感應能量儲存於該第二平衡模組。該第二平衡模組之該第二電感元件依據該第二平衡模組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。

Description

平衡電池單元的平衡電路
本發明係關於電池平衡，尤指一種透過將複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複數個電池單元，來平衡該複數個電池單元之主動式平衡電路。
一般來說，為了供應較高的輸出電壓，可串接複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複數個電池的電源供應裝置進行充電時，該複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。
傳統的電源供應裝置係使用被動式電池平衡機制(passive battery balancing mechanism)來避免上述情形發生，然而，被動式電池平衡機制係將多餘的能量(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。
有鑑於此，本發明的目的之一在於提供一種透過將複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複數個電池單元來平衡該複 數個電池單元之主動式平衡電路，以解決上述問題。
依據本發明之一實施例，其揭示一種用來平衡複數個電池單元的 平衡電路。該平衡電路包含複數個平衡模組。該複數個平衡模組分別耦接於該複數個電池單元，其中每一平衡模組包含一第一開關單元、一第二開關單元、一第一電感元件以及一第二電感元件。該第一電感元件係耦接於該第一開關單元與該平衡模組所耦接之一電池單元之間。該第二電感元件係耦接於該第二開關單元，其中該第一電感元件係耦合於該第二電感元件。該複數個平衡模組包含一第一平衡模組與一第二平衡模組，分別耦接至該複數個電池單元之一第一電池單元與一第二電池單元。該第一平衡模組之該第一電感元件係依據該第一平衡模組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餘能量，並將對應該多餘能量之一感應能量儲存於該第二平衡模組。該第二平衡模組之該第二電感元件係依據該第二平衡模組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。
本發明所提供之電池平衡電路可快速地平衡電池系統、具有模組 化電路的架構以簡化電路設計與增加設計彈性，以及可採用自激式振盪器來簡化控制機制與降低成本。
100、200、500、600‧‧‧電池系統
102、202、502、602‧‧‧平衡電路
112_1、112_2、112_n、212_1、212_2、212_n、212_x、512_1、512_2、512_n‧‧‧平衡模組
224_1、224_2、224_n、228_1、228_2、228_n、524_1、524_2、524_n、528_1、528_2、528_n、SW1_1、SW1_2、SW1_n、SW2_1、SW2_2、SW2_n‧‧‧開關單元
242‧‧‧控制單元
244‧‧‧邏輯電路
246、652‧‧‧自激式振盪器
248‧‧‧閘極驅動器
642‧‧‧能量調整電路
646‧‧‧邏輯單元
648‧‧‧調整單元
BAT+、BAT-、N+、N-、NA、NB、NC、ND‧‧‧端點
VB_1、VB_2、VB_n、B_1、B_2、B_n、B_x‧‧‧電池單元
QD_1、QD_2、QD_n、QD_x、QC_1、QC_2、QC_n、QC_x‧‧‧電晶體
LP_1、LP_2、LP_n、LD_1、LD_2、LD_n、LD_x、LS_1、LS_2、LS_n、LC_1、LC_2、LC_n、LC_x‧‧‧電感元件
BD1_1、BD1_2、BD1_n、BD1_x、BD2_1、BD2_2、BD2_n、BD2_x‧‧‧本體二極體
D、DD_1、DD_2、DD_n、DD_x、DC_1、DC_2、DC_n、DC_x‧‧‧二極體
C_1、C_2、C_n‧‧‧電容
R‧‧‧電阻
第1圖為本發明電池系統之一實施例的示意圖。
第2圖為第1圖所示之電池系統之一第一實作範例的示意圖。
第3圖為第2圖所示之電晶體的切換時序的一實施例的示意圖。
第4圖為第2圖所示之平衡電路之局部電路之一實作範例的示意圖。
第5圖為第1圖所示之電池系統之一第二實作範例的示意圖。
第6圖為第1圖所示之電池系統之一第三實作範例的示意圖。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定 的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」一詞在此係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於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，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。
請參閱第1圖，其係為本發明電池系統之一實施例的示意圖。電池系統100包含複數個電池單元VB_1~VB_n(n為正整數)以及用來平衡複數個電池單元VB_1~VB_n的平衡電路102。複數個電池單元VB_1~VB_n可自端點BAT+與端點BAT-來提供外接電子裝置(未顯示於第1圖中)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)、閒置(idle)或放電(discharging)的情形時，平衡電路102可將複數個電池單元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，再將其提供給複數個電池單元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係為主動式平衡電路，並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。
具體來說，平衡電路102可包含(但不限於)複數個平衡模組112_1~112_n，其係分別耦接於複數個電池單元VB_1~VB_n。複數個平衡模組112_1~112_n分別包含複數個第一開關單元SW1_1~SW1_n、複數個第二開 關單元SW2_1~SW2_n、複數個第一電感元件LP_1~LP_n以及複數個第二電感元件LS_1~LS_n。於各平衡模組中，第一電感元件係耦接於第一開關單元與該平衡模組所耦接之電池單元之間，而第二電感元件則是耦接於第二開關單元，並且耦合於該平衡模組之第一電感元件。以下係以電池單元VB_1具有過高的電壓(例如，超過額定電壓的預設電壓範圍，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。
首先，第一電感元件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之一多餘能量EO，並將對應多餘能量EO之一感應能量(inductive energy)EI儲存至少一平衡模組之中。舉例來說(但本發明不限於此)，可將多餘能量EO耦合至每一平衡模組，以將感應能量EI儲存於每一平衡模組之中，此外，也可以將多餘能量EO耦合至第二電感元件LS_1以產生感應能量EI，進而將感應能量EI儲存於每一平衡模組之中。接下來，假設電池單元VB_2過低，則第二平衡模組112_2之第二電感元件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係利用一平衡模組之一開關單元(例如，第一開關單元LP_1)來釋放該平衡模組所耦接之電池單元的能量，以及利用另一平衡模組之另一開關單元(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組所耦接之電池單元。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餘能量提供給複數個電池單元、將複數個電池單元之多餘能量提供給單一電池單元，或將複數個電池單元之多餘能量提供給複數個電池單元。
另外，第1圖所示之複數個電池單元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)(包含彼此並聯之複數個電池)、電池模組(battery module)(包含彼此串聯之複 數個電池區塊)或電池組(battery pack)(包含串聯與並聯之複數個電池)。由於第1圖所示之平衡模組112_1~112_n具有相同/相似的電路架構，故平衡電路102可採用模組化(modularization)的方式來實作出。
請參閱第2圖，其係為第1圖所示之電池系統100之一第一實作範例的示意圖。於此實作範例中，電池系統200包含有複數個電池單元B_1~B_n以及平衡電路202。複數個電池單元B_1~B_n係為複數個電池芯(但本發明不限於此)，並且彼此串接於端點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包含複數個平衡模組212_1~212_n，其分別包含複數個第一電感元件LD_1~LD_n、複數個第二電感元件LC_1~LC_n、複數個第一開關單元224_1~224_n以及複數個第二開關單元228_1~228_n。於各平衡模組之中，該平衡模組之第一電感元件係耦接於該平衡模組之第一開關單元與該平衡模組所耦接之電池單元之間，以及該平衡模組之第二電感元件係耦接於該平衡模組之第二開關單元與該平衡模組所耦接之電池單元之間。
於此實作範例中，複數個第一開關單元224_1~224_n可分別用來實作出第1圖所示之複數個第一開關單元SW1_1~SW1_n，其中複數個第一開關單元224_1~224_n係為複數個單向式(uni-directional)開關元件，分別由複數個二極體(diode)DD_1~DD_n以及其所串接之複數個雙向式(bi-directional)開關元件(亦即，具有複數個本體二極體(body diode)BD1_1~BD1_n之複數個電晶體(transistor)QD_1~QD_n)來實作出。舉例來說(但本發明不限於此)，複數個電晶體QD_1~QD_n之至少其一可由金氧半場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)來實作出。相似地，複數個第二開關單元228_1~228_n可分別用來實作出第1圖 所示之複數個第二開關單元SW2_1~SW2_n，其中複數個第二開關單元228_1~228_n也可以是複數個單向式開關元件，分別由複數個二極體DC_1~DC_n以及其所串接之複數個雙向式開關元件(亦即，具有複數個本體二極體BD2_1~BD2_n之複數個電晶體QC_1~QC_n)來實作出。
由第2圖可知，除了各平衡模組之中的第一電感元件係與第二電感元件彼此耦合之外，不同平衡模組之間的第一電感元件係為彼此耦合，以及不同平衡模組之間的第二電感元件也是彼此耦合，換言之，每一電感元件(亦即，複數個第一電感元件LD_1~LD_n與複數個第二電感元件LC_1~LC_n)係彼此耦合，因此，當複數個平衡模組212_1~212_n之中的一平衡模組自該平衡模組所耦接之電池單元取走一多餘能量時，其他的平衡模組均可儲存對應該多餘能量之一感應能量。
考慮電池單元B_1之電壓過高(例如，超過額定電壓的預設電壓範圍，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，低於額定電壓的預設電壓範圍，或低於其他電池單元之電壓甚多)的情形。當第一開關單元224_1(或電晶體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之多餘能量EO，並透過第一電感元件LD_1與其他電感元件之間的耦合關係來將多餘能量EO轉換為感應能量EI，進而儲存於其他電感元件之中(亦即，電感元件之磁芯(magnetic core))。接著可將第二開關單元228_2(或電晶體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，則第二電感元件LC_2所儲存之感應能量EI可提供給電池單元B_2。
由上可知，當電池單元B_x(1≦x≦n)之電壓過高時，可導通第一開關單元224_x(或電晶體QD_x)，以釋放多餘能量(例如，多餘能量EO) 並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(或電晶體QC_y)(1≦y≦n)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，導通電晶體QD_x可視為對電池單元B_x進行放電，以及導通電晶體QC_y可視為對電池單元B_y進行充電。
關於第2圖所示之開關單元之切換時序可參閱第3圖。第3圖係為第2圖所示之電晶體之切換時序的一實施例的示意圖，其中電晶體QD_x代表複數個電晶體QD_1~QD_n的其中之一(對應於第一開關單元224_x)，以及電晶體QC_y代表複數個電晶體QC_1~QC_n的其中之一(對應於第二開關單元228_y)。由上可知，當電晶體QC_y處於導通狀態(例如，訊號S(QC_y)處於高準位)，而電晶體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，可將儲存於磁芯之感應能量提供予對應於電晶體QC_y之電池單元。因此，為了將感應能量提供給對應於電晶體QC_y之電池單元，電晶體QC_y可於電晶體QD_x關斷的同時導通(亦即，第二開關單元228_y可於第一開關單元224_x關閉的同時開啟)(如第3圖所示)。於一設計變化中，電晶體QC_y也可於電晶體QD_x關斷之前就導通，舉例來說，電晶體QC_y可與電晶體QD_x同時導通。
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電晶體QD_x與電晶體QC_y之訊號的責任週期(duty cycle)，可使儲存於磁芯之感應能量能夠完全釋放出來，舉例來說，可將電晶體QC_y於電晶體QD_x關斷之後的導通時間(例如，TC)設計為大於電晶體QD_x之導通時間(例如，TD)。於一實作範例中，也可設計第一電感元件與第二電感元件之間的匝數比(turn ratio)，並搭配訊號責任週期的設定，來使儲存於磁芯之感應能量能夠完全釋放出來。
上述開關單元之開關狀態的切換可透過一控制單元(control unit)來控制之。請連同第2圖來參閱第4圖，第4圖係為第2圖所示之平衡電路202之局部電路之一實作範例的示意圖。於此實作範例中，平衡電路202另包含一控制單元242，其係用以產生一驅動訊號S_G來控制電池單元B_x所對應之平衡模組212_x之操作，其中第一電感元件LD_x、第二電感元件LC_x、複數個二極體DD_x與DC_x、電晶體QD_x(具有本體二極體BD1_x)以及電晶體QC_x(具有本體二極體BD2_x)係為平衡模組212_x所包含之電路元件。控制單元242包含有一邏輯電路(logic circuit)244、一自激式振盪器(free-running oscillator)246以及一閘極驅動電路(gate drive circuit)248。由於自激式振盪器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可偵測複數個電池單元B_1~B_n之電壓以取得一電壓資訊，並根據該電壓資訊來產生一致能訊號S_EN，閘極驅動電路248可根據致能訊號S_EN與自激式振盪器246所產生之振盪訊號S_O來產生驅動訊號S_G以控制電晶體(例如，電晶體QD_x及/或電晶體QC_x)之開關狀態。
舉例來說，當邏輯電路244偵測出複數個電池單元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會根據振盪訊號S_O來產生驅動訊號S_G，換言之，驅動訊號S_G會具有振盪訊號S_O之頻率與責任週期的資訊，因此，電池單元B_x所釋放(或接收)的能量大小可由振盪訊號S_O之頻率與責任週期來控制之。
值得注意的是，以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於一實作範例中，可以同時導通至少一電池單元以釋放其多餘能量並儲存於各平衡模組之中，並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，第4圖所示之控制單元242之電路架構係僅供說明之需，舉例來說，自激式振盪器246也可以直接根據致能訊號S_EN來輸出振盪訊號S_O以作為驅動訊號S_G。於一設計變化中，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。
請參閱第5圖，其係為第1圖所示之電池系統100之一第二實作範例的示意圖。於此實作範例中，電池系統500包含有第2圖所示之複數個電池單元B_1~B_n以及平衡電路502。平衡電路502包含複數個平衡模組512_1~512_n，其分別包含有第1圖所示之複數個第一電感元件LP_1~LP_n與複數個第二電感元件LS_1~LS_n、複數個第一開關單元524_1~524_n、複數個第二開關單元528_1~528_n以及複數個電容C_1~C_n。於各平衡模組之中，該第一電感元件係耦接於該第一開關單元與該平衡模組所耦接之電池單元之間、該第二電感元件係耦接於該第二開關單元，以及該平衡模組之電容的兩端分別耦接於該第二電感元件與該第二開關單元。
於此實作範例中，複數個第一開關單元524_1~524_n可分別由第2圖所示之複數個電晶體QD_1~QD_n來實作出，以及複數個第二開關單元528_1~528_n可分別由第2圖所示之複數個電晶體QC_1~QC_n來實作出。另外，複數個電容C_1~C_n係彼此並聯於端點N+與端點N-(亦即端點BAT-)之間，因此，當複數個平衡模組512_1~512_n之中的一平衡模組自該平衡模組所耦接之電池單元取走一多餘能量時，其他的平衡模組均可儲存對應該多餘能量之一感應能量。
考慮電池單元B_1之電壓過高(例如，超過額定電壓的預設電壓範圍，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，低於額定電壓的預設電壓範圍，或低於其他電池單元之電壓甚多) 的情形。當電晶體QD_1由關斷狀態切換為導通狀態時，可取走電池單元B_1之多餘能量EO，其中多餘能量EO透過第一電感元件LP_1與第二電感元件LS_1之間的耦合關係而轉換為感應能量EI，其可儲存磁芯，並於電晶體QD_1切換至關斷狀態時儲存於彼此並聯之複數個電容C_1~C_n之中。當電晶體QC_2由關斷切換至導通時，儲存於電容C_2之感應能量EI可透過第一電感元件LP_2與第二電感元件LS_2之間的耦合關係來提供給電池單元B_2。
透過將感應能量係儲存於各平衡模組之電容，一旦開啟至少一平衡模組之第二開關單元，即可將能量提供給該至少一平衡模組所耦接之電池單元，此外，即便是同時開啟第一開關單元(例如，導通電晶體QD_x)與第二開關單元(例如，導通電晶體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可於任意時間點進行電池平衡操作，此外，由於導通電晶體QD_x(1≦x≦n)可視為對電池單元B_x進行放電，以及導通電晶體QC_y(1≦y≦n)可視為對電池單元B_y進行充電，因此，平衡電路502所示之電路架構可應用於處於充電模式、放電模式或閒置模式之電池系統。
相似地，可經由適當地設計用來驅動電晶體之訊號的責任週期，及/或第一電感元件與第二電感元件之間的匝數比，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採用第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。
平衡電路502另可包含一阻抗元件(於此實施例中，係為電阻R)以及一二極體D，其中電阻R與二極體D係分別耦接於端點BAT+與端點N+之間，因此，複數個電容C_1~C_n係經由電阻R/二極體D來電性連接至端點BAT+。這樣的好處之一在於複數個電容C_1~C_n均可透過電阻R(或 該阻抗元件)來被預充電，避免平衡電路502在運作時產生不想要的浪湧電流(surge current)，也就是說，可以不需考慮提供軟啟動(soft start)機制來消弭/減少浪湧電流，進而簡化電路設計與減少成本。另外，對複數個電容C_1~C_n進行預充電還可以提昇電路運作的速度，而二極體D的設置也可以減少/消弭浪湧電流。
當二極體D導通時，可將端點BAT+與端點N+視為等電位。由於複數個電容C_1~C_n係並聯於端點N+與端點BAT-之間，故可將複數個電容C_1~C_n視為並聯於端點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，以提昇電池平衡效率，並且防止複數個電容C_1~C_n具有過高的電壓。
請注意，以上所述僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於一設計變化中，省略電阻R與二極體D之中至少其一也是可行的。於另一設計變化中，複數個電容C_1~C_n也可替換為其他類型的能量儲存元件。
本發明所提供之平衡電路可應用於高電壓(例如，400伏特以上)或低電壓(例如，20伏特)之電池系統。於高電壓電池系統之應用中，除了將平衡電路之電路元件的耐壓性提高，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(無需提昇電路元件的耐壓性)來維持電池系統之正常運作。請參閱第6圖，其係為第1圖所示之電池系統100之一第三實作範例的示意圖。電池系統600所包含之平衡電路602之架構係基於第5圖所示之電池系統502的架構，而兩者之間主要的差別在於平衡電路602另包含一能量調整電路642。能量調整電路642耦接於複數個電容C_1~C_n，用以選擇性地調整複數個電容C_1~C_n所儲存之感應能量EI，並將調整後的感應能量EI提供給複數個電池單元B_1~B_n。
於此實作範例中，當感應能量EI較低時(例如，複數個電容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之電池平衡機制與第5圖所示之平衡電路502的電池平衡機制大致相同/相似。當平衡電路602應用於高電壓電池系統時(亦即，複數個電池單元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 converter circuit))，並據以提供轉換後的能量予複數個電池單元B_1~B_n，以維持電池系統之正常運作。
實作上，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係分別耦接於電容C_n的兩端，以及第三端點NC及第四端點ND係分別耦接於端點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來輸出調整後的感應能量EI。
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可用來判斷複數個電容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係耦接於邏輯單元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可採用磁滯門檻化(voltage threshold with a hysteresis)的判斷邏輯，因此，當該判斷結果指示出感應能量EI位於磁滯區間(hysteresis band)外時，調整單元648可對感應能量EI進行調整。
平衡電路602另可包含一自激式振盪器652，其係用以產生一振盪訊號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係為一升壓轉換電路的情形下，能量調整電路642可根據振盪訊號S_C之頻率與責任週期來調整感應能量EI之增加量。另外，也可以採用第4圖所示之控制單元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(並未顯示於第6圖中)。
值得注意的是，平衡電路602另可包含複數個能量調整電路，進而實現模組化電路設計的概念。舉例來說，第6圖所示之每一平衡模組均可耦接一能量調整電路(未顯示於第6圖中)，也就是說，複數個平衡模組512_1~512_n之中的每一平衡模組均可耦接於與能量調整電路642相同/相似之電路元件。請注意，在平衡電路602包含複數個能量調整電路的情形下，在進行上述升壓轉換操作時，僅需啟用該複數個能量調整電路的其中之一即可。
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、具有模組化電路的架構以簡化電路設計與增加設計彈性，以及可採用自激式振盪器來簡化控制機制與降低成本。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧電池系統
102‧‧‧平衡電路
112_1、112_2、112_n‧‧‧平衡模組
SW1_1、SW1_2、SW1_n、SW2_1、SW2_2、SW2_n‧‧‧開關單元
BAT+、BAT-‧‧‧端點
VB_1、VB_2、VB_n‧‧‧電池單元
LP_1、LP_2、LP_n、LS_1、LS_2、LS_n‧‧‧電感元件

Claims (15)

  1. 一種用來平衡複數個電池單元的平衡電路，包含：複數個平衡模組，分別耦接於該複數個電池單元，其中每一平衡模組包含：一第一開關單元；一第二開關單元；一第一電感元件，耦接於該第一開關單元與該平衡模組所耦接之一電池單元之間；以及一第二電感元件，耦接於該第二開關單元，其中該第一電感元件係耦合於該第二電感元件；其中該複數個平衡模組包含一第一平衡模組與一第二平衡模組，分別耦接至該複數個電池單元之一第一電池單元與一第二電池單元；該第一平衡模組之該第一電感元件係依據該第一平衡模組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餘能量，並將對應該多餘能量之一感應能量儲存於該第二平衡模組；以及該第二平衡模組之該第二電感元件係依據該第二平衡模組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。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之平衡電路，其中該感應能量係同時儲存於各平衡模組之該第二電感元件之中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之平衡電路，其中各平衡模組之該第二電感元件係耦接於各平衡模組所耦接之該電池單元與各平衡模組之該第二開關單元之間；該複數個平衡模組之第一電感元件係彼此耦合；以及該複數個平衡模組之第二電感元件係彼此耦合。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之平衡電路，其中該第一開關單元以及該第二 開關單元中的每一開關單元係為一單向式開關元件，以及該單向式開關元件包含：一二極體；以及一雙向式開關元件，串接於該二極體。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之平衡電路，其中該第二開關單元係於該第一開關單元關閉之前開啟，或於該第一開關單元關閉的同時開啟。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之平衡電路，其中該複數個電池單元係彼此串接於一高壓側及一低壓側之間，以及每一平衡模組另包含：一能量儲存元件，用以儲存該感應能量，其中該能量儲存元件係電性連接於該高壓側與該低壓側之間，且該能量儲存元件之兩端分別耦接於該第二電感元件與該第二開關單元；其中該複數個平衡模組之能量儲存元件係彼此互相並聯。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之平衡電路，其中該感應能量係同時儲存於各平衡模組之該能量儲存元件之中。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之平衡電路，其中該複數個電池單元係彼此串接於一高壓側及一低壓側之間，以及該平衡電路另包含：一阻抗元件，其中該能量儲存元件係經由該阻抗元件來電性連接至該高壓側與該低壓側之其一；以及一二極體，其中該能量儲存元件係經由該二極體來電性連接至該高壓側與該低壓側之其一。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之平衡電路，其中該第一開關單元以及該第二 開關單元係同時開啟。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之平衡電路，另包含：一能量調整電路，耦接於該能量儲存元件，用以選擇性地調整該感應能量，並將調整後的該感應能量提供給該複數個電池單元。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之平衡電路，其中該複數個電池單元係彼此串接於一高壓側及一低壓側之間；該能量調整電路係具有一第一端點、一第二端點、一第三端點及一第四端點；該第一端點及該第二端點係分別耦接於該能量儲存元件的兩端；以及該第三端點及該第四端點係分別耦接於該高壓側與該低壓側。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之平衡電路，其中該能量調整電路係為一升壓轉換電路。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之平衡電路，其中該能量調整電路包含：一邏輯單元，用來判斷該能量儲存元件所儲存之該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，耦接於該邏輯單元，用以依據該判斷結果來調整該感應能量。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之平衡電路，另包含：一自激式振盪器(free-running oscillator)，用以產生一振盪訊號來控制該能量調整電路之能量調整操作。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之平衡電路，另包含：一控制單元，具有一自激式振盪器，其中該自激式振盪器係用以產生一振盪訊號，以及該控制單元係依據該振盪訊號來產生一驅動訊號以控制 該第一開關單元與該第二開關單元之至少其一的開關狀態。
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