TWI519029B - Battery unit balancing device and battery system - Google Patents
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Description
本發明係關於取得串聯連接之二次電池之電池單元平衡(Cell Balance)的電池單元平衡裝置及電池系統，尤其關於以低價構成取得電池單元平衡之可以提升速度的電池單元平衡裝置及電池系統。
第7圖係表示以往之電池單元平衡調整電路之電路圖。具備以往之電池單元平衡調整電路之電池單元平衡裝置設置有串聯連接複數成為基本之二次電池單元(以下，稱為單元)401~406之組電池的部分，和在各單元之連接部分連接一方之接點的開關411~462。開關411、421、431、441、451、461之另一方之接點連接於屬於電壓保持裝置之電容器407之一方的電極，開關412、422、432、442、452、462之非單元側的接點連接於電壓保持裝置407之另外的電極。在組電池之兩端連接負荷電路或充電電路408。
各開關之開啟關閉訊號被連接成開關411和開關412同時動作。同樣，將以開關421和開關422、開關431和開關432、開關441和開關442、開關451和開關452、開關461和開關462各對應之兩個當作一組的開關，被連接同時進行開啟關閉動作之訊號。再者，開啟關閉訊號係以使開關411和開關412開啟關閉(ON/OFF)→使開關421
和開關422開啟關閉→使開關431和開關432開啟關閉→使開關441和開關442開啟關閉→使開關451和開關452開啟關閉→使開關461和開關462開啟關閉之順序，進行接續的開啟關閉。當結束開關461和開關462之開啟關閉時，返回最初之開關411和開關412之開啟關閉動作，將重複持續性進行開關之開啟關閉的開啟關閉訊號各連接於各自的開關之控制部。
接著，針對動作予以說明。藉由一面在串聯連接而鄰接之單元和電壓保持裝置407之間形成並聯連接，一面在一方向依序掃描開關之切換，在串聯連接全部的單元和電壓保持裝置407之間依序形成並聯連接。然後，於完成成為控制對象之組電池內所有之單元的並聯連接之形成後，藉由返回最初之單元重複進行同樣之切換動作，調整電池單元平衡。
開關411和412成為接受同時進行開啟關閉動作之訊號的構成，開關421和開關422也成為同時進行開啟關閉動作之構成。以下同樣，在開關431和開關432、開關441和開關442、開關451和開關452、開關461和開關462之各開關之組合中同時進行開啟關閉動作。從開關411和開關412依序進行開啟關閉，於開關461和開關462之開啟關閉結束後，再次開始開關411和開關412之開啟關閉，依序重複該動作。在所有之單元中，維持平衡狀態，單元之電壓為相同之時，在電壓保持裝置407和單元之間中不產生電荷之收授。即使進行各開關之開啟關閉
動作，各個單元之狀態也不受到任何影響。另外，於單元之平衡偏離之時，發揮平衡調整功能。
〔先行技術文獻〕
〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2001-178008號公報
但是，以往之技術中，對於應取得平衡之單元數，因電壓保持裝置(電容器)僅一個，故有電池系統之平衡能力低(平衡速度慢)之課題。並且，當連接於電池單元平衡裝置之二次電池數增加時，因施加於電池單元平衡裝置之電壓變高，故必須以高耐壓製程製造電池單元平衡裝置，故有成本變高之課題。
本發明係為了解決上述般之課題而研究出，提供可以提高電池單元平衡能力，不需要高耐壓製程之電池單元平衡裝置及電池系統。
為了解決以往之課題，本發明之電池單元平衡及電池系統設為下述般之構成
為一種電池單元平衡裝置及具備其電池單元平衡裝置之電池系統，其係調整被串聯連接之複數之蓄電器的電池單元平衡，其特徵為：上述電池單元平衡裝置具備：連接
上述被串聯連接之複數之蓄電器的連接點或兩端的複數之蓄電器連接端子；連接電壓保持裝置之電壓保持裝置連接端子；被設置在上述複數之蓄電器連接端子和上述電壓保持裝置之間的複數之開關電路；接收同步訊號之接收端子：發送上述同步訊號之發送端子；及根據上述同步訊號控制上述複數之開關電路之開啟關閉的控制電路，上述控制電路係當接收上述同步訊號時，依序對上述複數之開關電路進行開啟關閉控制。
若藉由本發明，可以提供具有下述般之效果的電池系統。
可以提高電池系統之電池單元平衡能力。再者，即使二次電池之數量變動，亦可以容易設計對應於此之電池系統。再者，因不需要高耐壓製程，故可以降低電池系統之成本。
第1圖為具備第一實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統之電路圖。第2圖為第一實施型態之電池單元平衡裝置之電路圖。
第一實施型態之電池系統10具備有時脈產生電路102、被串聯連接之n+1個之二次電池A1~An+1、n個之
電池單元平衡裝置B1~Bn、n-1個之電壓保持裝置(電容器)C1~Cn-1和充電器101或連接負荷之外部端子(n為2以上之整數)。
第1號之電池單元平衡裝置B1係由開關電路S11、S21、S31，和控制電路201，和端子T11、T21、T31、T41、T51、T61所構成。其他之電池單元平衡裝置B2~Bn也相同。
電池單元平衡裝置B1係端子T11連接於二次電池A1之負極，端子T21連接於二次電池A1之正極及電池單元平衡裝置B2之端子T12，端子T31連接於二次電池A2之正極及電池單元平衡裝置B2之端子T22，端子T41連接於電壓保持裝置C1之一方之端子，端子T51連接於時脈產生電路102之輸出，端子T61連接於電池單元平衡裝置B2之端子T52。電池單元平衡裝置B2係端子T22連接於電池單元平衡裝置B3之端子T13，端子T32連接於二次電池A3之正極及電池單元平衡裝置B3之端子T23，端子T42連接於電壓保持裝置C2之一方之端子及電壓保持裝置C1之另一方之端子，端子T62連接於電池單元平衡裝置B3之端子T53。然後，至第n-1號之電池單元平衡裝置Bn-1，同樣與電池單元平衡裝置B2連接。電池單元平衡裝置Bn係端子T1n連接於二次電池An之負極，端子T2n連接於二次電池An之正極及電池單元平衡裝置Bn-1之端子T3n-1，端子T3n連接於二次電池An+1之正極，端子T4n連接於電壓保持裝置Cn-1。
電池單元平衡裝置B1係開關電路S11連接於端子T11及端子T41，開關電路S21連接於端子T21及端子T41，開關電路S31連接於端子T31及端子T41。開關電路S11、S12、S13係藉由控制電路201之訊號而被開啟關閉控制。其他之電池單元平衡裝置B2~Bn也相同被連接。
接著，針對第一實施型態之電池裝置10之動作予以說明。第3圖為表示第一實施型態之電池單元平衡裝置之訊號之時序圖。
在時刻t0中，當在電池系統10之外部端子連接充電器101時，時脈產生電路102則輸出時脈訊號CLK。電池單元平衡裝置B1係當端子T51接收時脈訊號CLK時，控制電路201與時脈訊號CLK同步而產生開啟開關電路S11~S31之訊號，依序進行輸出。再者，控制電路201係將時脈訊號CLK輸出至端子T61。接著的電池單元平衡裝置B2係在端子T52從電池單元平衡裝置B1接收時脈訊號CLK。如此一來，時脈訊號CLK被傳達至電池單元平衡裝置Bn，全部的電池單元平衡裝置B1~Bn可以取得同步。因此，開關電路S11~S1n、開關電路S21~S2n、開關電路S31~S3n被控制成同步依序開啟。
在時刻t1中，當開關電路S11~S1n全部開啟，開關電路S21~S2n和開關電路S31~S3n全部關閉時，二次電池A1~An-1各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A1~An-1和電壓保持裝置C1~Cn-1各自
進行放電或者充電。
在時刻t2中，當開關電路S21~S2n全部開啟，開關電路S11~S1n和開關電路S31~S3n全部關閉時，二次電池A2~An各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A2~An和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
在時刻t3中，當開關電路S31~S3n全部開啟，開關電路S11~S1n和開關電路S21~S2n全部關閉時，二次電池A3~An+1各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A3~An+1和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
然後，全部之電池單元平衡裝置B1~Bn係將3時脈當作一週期重複同樣之動作。
然後，當充電器101從電池系統10之外部端子被拆下時，時脈產生電路102停止時脈訊號CLK之輸出而結束電池單元平衡之動作。
如此一來，藉由在二次電池A1~An+1和電壓保持裝置C1~Cn-1之間重複進行充放電，可以使二次電池A1~An+1之電壓平均化，可以減少電壓之偏差。然後，因依照應取得平衡之二次電池數而設為具備複數之電壓保持裝置的構成，故可以提高電池單元平衡裝置之平衡能力(可以加快取得平衡之速度)。
再者，因使電池單元平衡裝置及電壓保持裝置縱向堆疊而構成電池單元平衡系統，故相對於二次電池之數量的
增減可以簡單對應。然後，即使增加二次電池之數量，因連接於一個電池單元平衡裝置之二次電池數不會改變，故電池單元平衡裝置不需要高耐壓製程，可以降低製造成本。
並且，在本實施型態中，雖然以具備有二次電池的電池系統10當作蓄電器而予以說明，但是蓄電器即使為電性2重疊電容或電容器亦亦可以構成相同。
再者，於電池系統10連接充電器101之時，雖然以進行電池單元平衡動作之構成而予以說明，但是即使於檢測出二次電池之過放電之時，構成進行電池單元平衡動作亦可。電池系統10係藉由於二次過放電之時取得電池單元平衡，故可以增長動作時間。
再者，就以取得電池單元平衡裝置B1~Bn之同步的方法而言，雖然為接收發送時脈訊號CLK之構成，但是並不限定於該方法。例如，即使將時脈訊號CLK並列地輸入至電池單元平衡裝置B1~Bn亦可。再者，時脈訊號CLK即使成為規格與提高週期開始之第1時脈的峰值，或是使duty變化等之其他時脈不同的時脈而取得每週期之同步亦可。再者，時脈訊號CLK即使插入規格與上述其他時脈不同之重置時脈，而取得每週期之同步亦可。再者，即使時脈產生電路102將輸出取得週期之同步的訊號和時脈訊號CLK之構成，電池單元平衡裝置B1~Bn設為輸入取得週期之同步的訊號和時脈訊號CLK之構成亦可。再者，即使時脈產生電路102設為輸出取得週期之同
步的訊號，電池單元平衡裝置B1~Bn設為藉由取得週期之同步的訊號而產生開啟開關電路之訊號的構成亦可。
如上述說明般，若藉由具備有第一實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統時，因可以提高電池單元平衡裝置之平衡能力，故可以更快取得電池單元平衡。再者，即使增加二次電池之數量，因連接於一個電池單元平衡裝置之二次電池數不會改變，故不需要高耐壓製程，可以降低製造成本。然後，相對於二次電池之數量之增減可以簡單對應。
第4圖為具備第二實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統之電路圖。第5圖為第二實施型態之電池單元平衡裝置之電路圖。與第一實施型態不同的係增加電池單元平衡裝置所使用之開關電路之數量，對應此而變更電池系統之配線的點。
第二實施型態之電池系統11具備有時脈產生電路102a、串聯連接之2n+1個之二次電池A1~A2n+1、n個電池單元平衡裝置D1~Dn、2n-1個之電壓保持裝置(電容器)C1~C2n-1(n為2以上之整數)。
第1號之電池單元平衡裝置D1係由開關電路S111、S121、S131、S141、S151、S161，和控制電路201，和端子T111、T121、T131、T141、T151、T161、T171、T181所構成。其他之電池單元平衡裝置D2~Dn也相同。
電池單元平衡裝置D1係端子T111連接於二次電池A1之負極，端子T121連接於二次電池A1之正極，端子T131連接於二次電池A2之正極及電池單元平衡裝置D2之端子T112，端子T141連接於二次電池A3之正極及電池單元平衡裝置D2之端子T122，端子T171連接於電壓保持裝置C1之一方之端子，端子T181連接於電壓保持裝置C1之另一方之端子及電壓保持裝置C2之一方之端子，端子T151連接於時脈產生電路102a之輸出，端子T161連接於電池單元平衡裝置D2之端子T152。
電池單元平衡裝置D2係端子T112連接於二次電池A3之負極，端子T122連接於二次電池A3之正極，端子T132連接於二次電池A4之正極及電池單元平衡裝置D3之端子T113，端子T142連接於二次電池A5之正極及電池單元平衡裝置D3之端子T123，端子T172連接於電壓保持裝置C2之另一方之端子及電壓保持裝置C3之一方之端子，端子T182連接於電壓保持裝置C3之另一方之端子及電壓保持裝置C4之一方之端子，端子T152連接於電池單元平衡裝置D1之端子T161，端子T162連接於電池單元平衡裝置D3之端子T153。
然後，電池單元平衡裝置Dn係端子T11n連接於二次電池A2n-1之負極及電池單元平衡裝置Dn-1之端子T13n-1，端子T12n連接於二次電池A2n-1之正極及電池單元平衡裝置Dn-1之端子T14n-1，端子T13n連接於二次電池A2n之正極，端子T14n連接於二次電池A2n+1之正極，
端子T17n連接於電壓保持裝置C2n-2及電壓保持裝置C2n-1之一方之端子，端子T18n連接於電壓保持裝置C2n-1之另一方之端子，端子T15n連接於電池單元平衡裝置Dn-1之端子T16n。
電池單元平衡裝置D1係開關電路S111連接於端子T111及端子T171，開關電路S121連接於端子T121及端子T171，開關電路S131連接於端子T131及端子T171，開關電路S141連接於端子T121及端子T181，開關電路S151連接於端子T131及端子T181，開關電路S161連接於端子T141及端子T181。開關電路S111~S161係藉由控制電路201之訊號而被開啟關閉控制。其他之電池單元平衡裝置D2~Dn也相同被連接。
接著，針對第二實施型態之電池裝置11之動作予以說明。第6圖為表示第二實施型態之電池單元平衡裝置之訊號之時序圖。
在時刻t0中，當在電池系統11之外部端子連接充電器101時，時脈產生電路102a則輸出時脈訊號CLKa。電池單元平衡裝置D1係當端子T151接收時脈訊號CLKa時，控制電路201與時脈訊號CLKa同步而產生開啟開關電路S111~S161之訊號，依序進行輸出。再者，控制電路201係將時脈訊號CLKa輸出至端子T161。接著的電池單元平衡裝置D2係在端子T152從電池單元平衡裝置D1接收時脈訊號CLKa。如此一來，時脈訊號CLKa被傳達至電池單元平衡裝置Dn，全部的電池單元平衡裝置D1~
Dn可以取得同步。因此，開關電路S111~S11n及S141~S14n，和開關電路S121~S12n及S151~S15n，和開關電路S131~S13n及S161~S16n係被控制成依序開啟。
在時刻t1中，當開關電路S111~S11n及S141~S14n全部開啟，開關電路S121~S12n及S151~S15n和開關電路S131~S13n及S161~S16n全部關閉時，二次電池A1~An-1各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A1~An-1和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
在時刻t2中，當開關電路S121~S12n及S151~S15n全部開啟，開關電路S111~S11n及S141~S14n和開關電路S131~S13n及S161~S16n全部關閉時，二次電池A2~An各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A2~An和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
在時刻t3中，當開關電路S131~S13n及S161~S16n全部開啟，開關電路S111~S11n及S141~S14n和開關電路S121~S12n及S151~S15n全部關閉時，二次電池A3~An+1各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A3~An+1和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
然後，全部之電池單元平衡裝置D1~Dn係將3時脈當作一週期重複同樣之動作。
然後，當充電器101從電池系統11之外部端子被拆
下時，時脈產生電路102a停止時脈訊號CLKa之輸出而結束電池單元平衡之動作。
如此一來，藉由在二次電池A1~An+1和電壓保持裝置C1~Cn-1之間重複進行充放電，可以使二次電池A1~An+1之電壓平均化，可以減少電壓之偏差。然後，因依照應取得平衡之二次電池數而設為具備複數之電壓保持裝置的構成，故可以提高電池單元平衡裝置之平衡能力(可以加快取得平衡之速度)。
在此，時脈產生電路102a輸出之時脈訊號CLKa改變週期開始之第1時脈的峰值。例如，使高位準之峰值成為其他時脈之1/2。藉由設為如此之時脈訊號CLKa，電池單元平衡裝置D1~Dn可以取得週期之同步，可以降低誤動作之可能性。
並且，雖然無圖示但即使又增加電池單元平衡裝置內之開關電路，亦可以同樣動作成取得電池單元平衡。
再者，具備第二實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統係與第一實施型態相同，並不限定於在此所說明之構成。
如上述說明般，若藉由具備有第二實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統時，因可以提高電池單元平衡裝置之平衡能力，故可以更快取得電池單元平衡。再者，即使增加二次電池之數量，因連接於一個電池單元平衡裝置之二次電池數不會改變，故不需要高耐壓製程，可以降低製造成本。然後，相對於二次電池之數量之增減可以簡單對
應。
第8圖為具備第三實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統之電路圖。第9圖為第三實施型態之電池單元平衡裝置之電路圖。
第三實施型態之電池系統10具備有時脈產生電路102、被串聯連接之n+1個之二次電池A1~An+1、n個之電池單元平衡裝置E1~En、n-1個之電壓保持裝置(電容器)C1~Cn-1和充電器101或連接負荷之外部端子(n為2以上之整數)。
第1號之電池單元平衡裝置E1係由開關電路S11、S21、S31，和控制電路201，和端子T11、T21、T31、T41、T51、T61、T71、T81所構成。端子T71為重置訊號接收端子，端子T81為重置訊號接收端子。其他之電池單元平衡裝置E2~En也相同。
電池單元平衡裝置E1係端子T11及端子T71連接於二次電池A1之負極，端子T21連接於二次電池A1之正極及電池單元平衡裝置E2之端子T12，端子T31連接於二次電池A2之正極及電池單元平衡裝置E2之端子T22，端子T41連接於電壓保持裝置C1之一方之端子，端子T51連接於時脈產生電路102之輸出，端子T61連接於電池單元平衡裝置E2之端子T52，端子T81連接於電池單元平衡裝置E2之端子T72。電池單元平衡裝置E2係端子
T22連接於電池單元平衡裝置E3之端子T13，端子T32連接於二次電池A3之正極及電池單元平衡裝置E3之端子T23，端子T42連接於電壓保持裝置C2之一方之端子及電壓保持裝置C1之另一方之端子，端子T62連接於電池單元平衡裝置E3之端子T53，端子T82連接於電池單元平衡裝置E3之端子T73。然後，至第n-1號之電池單元平衡裝置En-1，同樣與電池單元平衡裝置E2連接。電池單元平衡裝置En係端子T1n連接於二次電池An之負極，端子T2n連接於二次電池An之正極及電池單元平衡裝置En-1之端子T3n-1，端子T3n連接於二次電池An+1之正極，端子T4n連接於電壓保持裝置Cn-1。
電池單元平衡裝置E1係開關電路S11連接於端子T11及端子T41，開關電路S21連接於端子T21及端子T41，開關電路S31連接於端子T31及端子T41。開關電路S11、S12、S13係藉由控制電路201之訊號而被開啟關閉控制。其他之電池單元平衡裝置E2~En也相同被連接。
接著，針對第三實施型態之電池裝置10之動作予以說明。第10圖為表示第三實施型態之電池單元平衡裝置之訊號之時序圖。
當在電池系統10之外部端子連接充電器101時，時脈產生電路102則輸出時脈訊號CLK。在電池單元平衡裝置E1中當時脈訊號CLK被輸入至端子T51時，控制電路201則從端子T61輸出同樣之時脈訊號CLK。再者，控制
電路201係與時脈訊號CLK同步，重複下述1循環之動作。
1 循環
t0：初期狀態
t1：S11開啟訊號(ON signal)輸出(Hi之訊號)
t2：S21開啟訊號輸出(Hi之訊號)
t3：S31開啟訊號輸出(Hi之訊號)
t4：RESET1訊號輸出(Hi之訊號)→重置訊號輸出(端子T81)
控制電路201內之OR電路211係以OR方式控制與時脈訊號CLK同步而被輸出之內部節點RESET1訊號和被輸入至端子T71之訊號，且從端子T81輸出重置訊號(Hi之訊號)。再者，該重置訊號也被輸入至控制電路201，將控制電路201返回至t0之初期狀態。從電池單元平衡裝置E2至En及從控制電路202至20n也各自進行同樣之動作。
在此，如第8圖及第9圖所示般，在電池系統10中，各自連接端子T61和端子T52及端子T81和端子T72，以下同樣，至端子T6n-1和端子T5n及端子T8n-1和端子T7n，各自連續被連接。因此，時脈訊號CLK和重置訊號通訊，如下述般，從電池單元平衡裝置E1取得En之同步，可以在二次電池A1~An-1和電壓保持裝置C1~Cn-1之間進行電荷交換。
在時刻t1中，當開關電路S11~S1n全部開啟，開關
電路S21~S2n和開關電路S31~S3n全部關閉時，二次電池A1~An-1各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A1~An-1和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
在時刻t2中，當開關電路S21~S2n全部開啟，開關電路S11~S1n和開關電路S31~S3n全部關閉時，二次電池A2~An各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A2~An和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
在時刻t3中，當開關電路S31~S3n全部開啟，開關電路S11~S1n和開關電路S21~S2n全部關閉時，二次電池A3~An+1各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A3~An+1和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
在時刻t4中，從端子T81~T8n之全部輸出重置訊號，藉由重置訊號，全部之電池單元平衡裝置E1~En可取得再同步。然後，全部之電池單元平衡裝置E1~En係重複上述1循環(4時脈)之同步動作。
如此一來，藉由在二次電池A1~An+1和電壓保持裝置C1~Cn-1之間重複進行充放電，可以使二次電池A1~An+1之電壓平均化，可以減少電壓之偏差(可以取得電池單元平衡)。
然後，當充電器101從電池系統10之外部端子被拆下時，時脈產生電路102停止時脈訊號CLK之輸出而結
束電池單元平衡之動作。
在此，當在例如端子T52混入外部雜訊時，則在時脈訊號CLK產生散亂，有一時無法取得電池單元平衡裝置E1和電池單元平衡裝置E2~En的同步之情形。即是，因電池單元平衡裝置E1在t1之狀態下S11開啟，故電池單元平衡裝置E2~En成為t2之狀態，有S22~S2n呈開啟之情形等。即使在該情形下，因在上述1循環之t4中從端子T81被輸出之重置訊號經OR電路212~21n被通訊，故電池單元平衡裝置E1~En同時成為初期狀態，可以取得電池單元平衡裝置E1~En之再同步。
如此一來，本發明之電池單元平衡裝置及電池系統因成為可以取得各電池單元平衡裝置之再同步，故對外部雜訊變強，可以提高電池單元平衡能力。再者，因依照應取得平衡之二次電池數而設為具備複數之電壓保持裝置的構成，故可以提高電池單元平衡裝置之平衡能力(可以加快取得平衡之速度)。再者，因使電池單元平衡裝置及電壓保持裝置縱向堆疊而構成電池單元平衡系統，故相對於二次電池之數量的增減可以簡單對應。然後，即使增加二次電池之數量，因連接於一個電池單元平衡裝置之二次電池數不會改變，故電池單元平衡裝置不需要高耐壓製程，可以降低製造成本。
並且，在本實施型態中，雖然以具備有二次電池的電池系統10當作蓄電器而予以說明，但是蓄電器即使為電性2重疊電容或電容器亦可以構成相同。
再者，於電池系統10連接充電器101之時，雖然以進行電池單元平衡動作之構成而予以說明，但是即使於檢測出二次電池之過放電之時，構成進行電池單元平衡動作亦可。並且，於充電後之充電器被拆下時，即使進行電池單元平衡動作亦可，並不限定於電池單元平衡動作之狀態。電池系統10係不管充電器連接時或過放電狀態，藉由取得電池單元平衡，可以增長動作時間。
如上述說明般，若藉由具備有第三實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統時，因可以提高電池單元平衡裝置之平衡能力，故可以更快取得電池單元平衡。再者，即使增加二次電池之數量，因連接於一個電池單元平衡裝置之二次電池數不會改變，故不需要高耐壓製程，可以降低製造成本。然後，相對於二次電池之數量之增減可以簡單對應。並且，藉由從電池單元平衡裝置輸出重置訊號，可以取得全部之電池單元平衡裝置同步。
第11圖為具備第四實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統之電路圖。第12圖為第四實施型態之電池單元平衡裝置之電路圖。
第四實施型態之電池系統11具備有時脈產生電路102a、串聯連接之2n+1個之二次電池A1~A2n+1、n個電池單元平衡裝置F1~Fn、2n-1個之電壓保持裝置(電容器)C1~C2n-1(n為2以上之整數)。
第1號之電池單元平衡裝置F1係由開關電路S111、S121、S131、S141、S151、S161，和控制電路201，和端子T111、T121、T131、T141、T151、T161、T171、T181、T191、T101所構成。端子T191為重置訊號接收端子，端子T101為重置訊號接收端子。其他之電池單元平衡裝置F2~Fn也相同。
電池單元平衡裝置F1係端子T111及端子T191連接於二次電池A1之負極，端子T121連接於二次電池A1之正極，端子T131連接於二次電池A2之正極及電池單元平衡裝置F2之端子T112，端子T141連接於二次電池A3之正極及電池單元平衡裝置F2之端子T122，端子T171連接於電壓保持裝置C1之一方之端子，端子T181連接於電壓保持裝置C1之另一方之端子及電壓保持裝置C2之一方之端子，端子T151連接於時脈產生電路102a之輸出，端子T161連接於電池單元平衡裝置F2之端子T152，端子T101連接於電池單元平衡裝置F2之端子T192。
電池單元平衡裝置F2係端子T112連接於二次電池A3之負極，端子T122連接於二次電池A3之正極，端子T132連接於二次電池A4之正極及電池單元平衡裝置F3之端子T113，端子T142連接於二次電池A5之正極及電池單元平衡裝置F3之端子T123，端子T172連接於電壓保持裝置C2之另一方之端子及電壓保持裝置C3之一方之端子，端子T182連接於電壓保持裝置C3之另一方之端子及電壓保持裝置C4之一方之端子，端子T152連接於電池
單元平衡裝置F1之端子T161，端子T192連接於電池單元平衡裝置F1之端子T101，端子T162連接於電池單元平衡裝置F3之端子T153，端子T102連接於電池單元平衡裝置F3之端子T193。
然後，電池單元平衡裝置Fn係端子T11n連接於二次電池A2n-1之負極及電池單元平衡裝置Fn-1之端子T13n-1，端子T12n連接於二次電池A2n-1之正極及電池單元平衡裝置Fn-1之端子T14n-1，端子T13n連接於二次電池A2n之正極，端子T14n連接於二次電池A2n+1之正極，端子T17n連接於電壓保持裝置C2n-2及電壓保持裝置C2n-1之一方之端子，端子T18n連接於電壓保持裝置C2n-1之另一方之端子，端子T15n連接於電池單元平衡裝置Fn-1之端子T16n。
電池單元平衡裝置F1係開關電路S111連接於端子T111及端子T171，開關電路S121連接於端子T121及端子T171，開關電路S131連接於端子T131及端子T171，開關電路S141連接於端子T121極端子T181，開關電路S151連接於端子T131及端子T181，開關電路S161連接於端子T141及端子T181。開關電路S111~S161係藉由控制電路201之訊號而被開啟關閉控制。其他之電池單元平衡裝置F2~Fn也相同被連接。
接著，針對第四實施型態之電池裝置11之動作予以說明。第13圖為表示第四實施型態之電池單元平衡裝置之訊號之時序圖。
當在電池系統11之外部端子連接充電器101時，時脈產生電路102a則輸出時脈訊號CLKa。在電池單元平衡裝置F1中當時脈訊號CLKa被輸入至端子T151時，控制電路201則從端子T161輸出同樣之時脈訊號CLKa。再者，控制電路201係與時脈訊號CLKa同步，重複下述1循環之動作。
1 循環
t0：初期狀態
t1：S111、S141開啟訊號輸出(Hi之訊號)
t2：S121、S151開啟訊號輸出(Hi之訊號)
t3：S131、S161開啟訊號輸出(Hi之訊號)
t4：RESET1訊號輸出(Hi之訊號)→重置訊號輸出(端子T101)
控制電路201內之OR電路211係以OR方式控制與時脈訊號CLKa同步而被輸出之內部節點RESET1訊號和被輸入至端子T191之訊號，且從端子T101輸出重置訊號(Hi之訊號)。再者，該重置訊號也被輸入至控制電路201，將控制電路201返回至t0之初期狀態。從電池單元平衡裝置F2至Fn及從控制電路202至20n也各自進行同樣之動作。
在此，如第11圖及第12圖所示般，在電池系統11中，各自連接端子T161和端子T152及端子T101和端子T192，以下同樣，至端子T16n-1和端子T15n及端子T10n-1和端子T19n，各自連續被連接。因此，時脈訊號
CLKa和重置訊號通訊，如下述般，從電池單元平衡裝置F1取得Fn之同步，可以在二次電池A1~An-1和電壓保持裝置C1~Cn-1之間進行電荷交換。
在時刻t1中，當開關電路S111~S11n及S141~S14n全部開啟，開關電路S121~S12n及S151~S15n和開關電路S131~S13n及S161~S16n全部關閉時，二次電池A1~An-1各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A1~An-1和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
在時刻t2中，當開關電路S121~S12n及S151~S15n全部開啟，開關電路S111~S11n及S141~S14n和開關電路S131~S13n及S161~S16n全部關閉時，二次電池A2~An各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A2~An和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
在時刻t3中，當開關電路S131~S13n及S161~S16n全部開啟，開關電路S111~S11n及S141~S14n和開關電路S121~S12n及S151~S15n全部關閉時，二次電池A3~An+1各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A3~An+1和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
在時刻t4中，從端子T101~T10n之全部輸出重置訊號，藉由重置訊號，全部之電池單元平衡裝置F1~Fn可取得再同步。然後，全部之電池單元平衡裝置F1~Fn係
重複上述1循環(4時脈)之同步動作。
如此一來，藉由在二次電池A1~An+1和電壓保持裝置C1~Cn-1之間重複進行充放電，可以使二次電池A1~An+1之電壓平均化，可以減少電壓之偏差(可以取得電池單元平衡)。
然後，當充電器101從電池系統11之外部端子被拆下時，時脈產生電路102a停止時脈訊號CLKa之輸出而結束電池單元平衡之動作。
在此，當在例如端子T152混入外部雜訊時，則在時脈訊號CLKa產生散亂，有一時無法取得電池單元平衡裝置F1和電池單元平衡裝置F2~Fn的同步之情形。即是，因電池單元平衡裝置F1在t1之狀態下S111開啟，故電池單元平衡裝置F2~Fn成為t2之狀態，有S122~S12n呈開啟之情形等。即使在該情形下，因在上述1循環之t4中從端子T101被輸出之重置訊號經OR電路212~21n被通訊，故電池單元平衡裝置F1~Fn同時成為初期狀態，可以取得電池單元平衡裝置F1~Fn之再同步。
如此一來，本發明之電池單元平衡裝置及電池系統因成為可以取得各電池單元平衡裝置之再同步，故外部雜訊變強，可以提高電池單元平衡能力。再者，因依照應取得平衡之二次電池數而設為具備複數之電壓保持裝置的構成，故可以提高電池單元平衡裝置之平衡能力(可以加快取得平衡之速度)。
並且，雖然無圖示但即使又增加電池單元平衡裝置內
之開關電路，亦可以同樣動作成取得電池單元平衡。
再者，具備第四實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統係與第三實施型態相同，並不限定於在此所說明之構成。
如上述說明般，若藉由具備有第四實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統時，因可以提高電池單元平衡裝置之平衡能力，故可以更快取得電池單元平衡。再者，即使增加二次電池之數量，因連接於一個電池單元平衡裝置之二次電池數不會改變，故不需要高耐壓製程，可以降低製造成本。然後，相對於二次電池之數量之增減可以簡單對應。並且，藉由從電池單元平衡裝置輸出重置訊號，可以取得全部之電池單元平衡裝置同步。
A1~A2n+1‧‧‧二次電池
B1~Bn‧‧‧電池單元平衡裝置
C1~C2n-1‧‧‧電壓保持裝置
D1~Dn‧‧‧電池單元平衡裝置
E1~En‧‧‧電池單元平衡裝置
F1~Fn‧‧‧電池單元平衡裝置
101‧‧‧充電器
102、102a‧‧‧時脈產生電路
201~20n‧‧‧控制電路
第1圖為具備第一實施型態之電池裝置的電池系統之電路圖。
第2圖為第一實施型態之電池單元平衡裝置之電路圖。
第3圖為表示第一實施型態之電池單元平衡裝置之訊號之時序圖。
第4圖為具備第二實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統之電路圖。
第5圖為第二實施型態之電池單元平衡裝置的電路圖。
第6圖為表示第二實施型態之電池單元平衡裝置之訊號的時序圖。
第7圖為具備以往之電池單元平衡調整電路的電池單元平衡裝置之電路圖。
第8圖為具備第三實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統之電路圖。
第9圖為第三實施型態之電池單元平衡裝置之電路圖。
第10圖為表示第三實施型態之電池單元平衡裝置之訊號之時序圖。
第11圖為具備第四實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統之電路圖。
第12圖為第四實施型態之電池單元平衡裝置之電路圖。
第13圖為表示第四實施型態之電池單元平衡裝置之訊號之時序圖。
A1、A2、An、An+1‧‧‧二次電池
B1、B2、Bn、Bn-1‧‧‧電池單元平衡裝置
C1、Cn-1‧‧‧電壓保持裝置
10‧‧‧電池系統
101‧‧‧充電器
102‧‧‧時脈產生電路
Claims (9)
- 一種電池單元平衡裝置，調整被串聯連接之複數之蓄電器的電池單元平衡，其特徵為：上述電池單元平衡裝置具備：連接上述被串聯連接之複數之蓄電器的連接點或兩端的複數之蓄電器連接端子；連接電壓保持裝置之電壓保持裝置連接端子；被設置在上述複數之蓄電器連接端子和上述電壓保持裝置之間的複數之開關電路；接收同步訊號之接收端子；發送上述同步訊號之發送端子；及根據上述同步訊號控制上述複數之開關電路之開啟關閉(ON/OFF)的控制電路，上述控制電路係當接收上述同步訊號時，依序對上述複數之開關電路進行開啟關閉控制，上述蓄電器連接端子具備第一、第二、第三之蓄電器連接端子，上述開關電路具備第一、第二、第三之開關電路，於上述第一之蓄電器連接端子和上述電壓保持裝置連接端子之間連接上述第一之開關電路，於上述第二之蓄電器連接端子和上述電壓保持裝置連接端子之間連接上述第二之開關電路，於上述第三之蓄電器連接端子和上述電壓保持裝置連接端子之間連接上述第三之開關電路， 根據上述同步訊號依序使上述第一之開關電路、上述第二之開關電路、上述第三之開關電路開啟關閉。
- 如申請專利範圍第1項所記載之電池單元平衡裝置，其中上述蓄電器連接端子又具備第四之蓄電器連接端子，上述開關電路又具備第四、第五、第六之開關電路，上述電壓保持裝置連接端子又具備第二之電壓保持裝置連接端子，於上述第二之蓄電器連接端子和上述第二之電壓保持裝置連接端子之間連接上述第四之開關電路，於上述第三之蓄電器連接端子和上述第二之電壓保持裝置連接端子之間連接上述第五之開關電路，於上述第四之蓄電器連接端子和上述第二之電壓保持裝置連接端子之間連接上述第六之開關電路，根據上述同步訊號依序使上述第一及第四之開關電路、上述第二及第五之開關電路、上述第三及第六之開關電路開啟關閉。
- 如申請專利範圍第1項所記載之電池單元平衡裝置，其中上述同步訊號為時脈訊號。
- 如申請專利範圍第1項所記載之電池單元平衡裝置，其中上述電池單元平衡裝置又具備：接收第一之重置訊號之重置訊號接收端子；和 發送第二之重置訊號之重置訊號發送端子。
- 如申請專利範圍第4項所記載之電池單元平衡裝置，其中上述控制電路係當上述接收端子接收到上述同步訊號時，於以規定數計數上述同步訊號之後，從上述重置訊號發送端子發送上述第二之重置訊號，或是當在上述重置訊號接收端子接收到上述第一之重置訊號時，從上述重置訊號發送端子發送上述第二之重置訊號。
- 一種電池系統，其特徵為：具備被串聯連接之複數之蓄電器；被串聯連接之複數之如申請專利範圍第1至5項中之任一項所記載之電池單元平衡裝置；被串聯連接之複數之電壓保持裝置；輸出上述同步訊號之時脈產生電路，上述電池單元平衡裝置係在上述蓄電器連接端子連接上述蓄電器之兩端，在上述電壓保持裝置連接端子連接上述電壓保持裝置之一端或兩端。
- 如申請專利範圍第6項所記載之電池系統，其中初段之電池單元平衡裝置之上述接收端子係與上述時脈產生電路之輸出端子連接，2段以後之電池單元平衡裝置之上述發送端子係與下一段之上述接收端子連接。
- 如申請專利範圍第6項所記載之電池系統，其中上述複數之電池單元平衡裝置之上述接收端子係與上 述時脈產生電路之輸出端子連接。
- 如申請專利範圍第6項所記載之電池系統，其中上述時脈產生電路係檢測在上述電池系統之外部端子連接充電器而輸出上述同步訊號。
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