串联电池组的主动平衡模块及其控制方法技术

一种串联电池组的主动平衡模块及其控制方法，用于解决现有技术无法全域式平衡的问题，该模块包含：一转换单元，设有一初级侧线圈及数个次级侧线圈；一返驰开关，电性连接该转换单元的初级侧线圈；一初级侧调控器，电性连接该转换单元及该返驰开关，该初级侧调控器、该返驰开关及该转换单元共同构成具有初级侧调节功能的返驰式架构；数个分时切换器，电性连接于该转换单元的数个次级侧线圈与一串联电池组的数个蓄电单元之间；及一处理器，电性连接该分时切换器及该初级侧调控器，该处理器用以分时切换各分时切换器的导通状态，使各次级侧线圈分时输出一定电流至各蓄电单元，并由该初级侧调控器分时取得一参考讯号，用以估算各蓄电单元的充电量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种串联电池组的主动平衡模块及其控制方法，尤其是一种结合电感型及模块化平衡结构的串联电池组的主动平衡模块及其控制方法。
技术介绍
由于环保意识抬头，以电力为动力来源的应用日益蓬勃，如：全电动汽车(EV或BEV)、混合燃气/电动汽车(HEV)、插电式混合电动汽车(PHEV)或储能系统(ESS)等，在上述应用中，普遍需要使用电池组(Battery)储存及供应动力，该电池组可由数个高功率密度、高峰值功率锂聚合物或锂铁磷酸(LiFePO4)电池串联组成。以锂电池组为例，大量串联的锂电池使用过程中，会因老化而导致电池容量不同，每次充电时，因电池间的残余电荷、充电速度等差异，将导致电池中的电荷状态(SoC)不平衡，为避免锂电池因过压(overvoltage)而降低效能或损坏，通常需由电池管理系统(BMS)管控电池组的电荷平衡状态。为免电池充电过量，可采用简单低廉的被动平衡(passivebalance)方式，将储电量较高的电池分流至旁路电阻(bypassresistor)，以免有些电池过量充电，其余电池却充电不足，只是此方式除会耗散功率外，还有发热及充电速度慢等情况尚待改进。因此，逐渐发展出可重新分配电荷状态的主动平衡(activebalance)方式，可于充放电过程中，可补偿电压较低的电池，除确保各电池均不会过量充电外，且可快速充电及降低充电温度，进一步提高电池的效能、可靠性及安全性，并可降低系统成本。是以，主动平衡式电池管理系统实乃促进电动应用产业发展的关键技术。现有主动平衡式电池管理系统主要分为电容型平衡、电感型平衡及模块化平衡方式，电容型平衡方式虽易控制且不需电压侦测电路，但其平衡时间较长，不适用于须快速充电的应用；另，电感型平衡方式虽可快速平衡电荷且能量转换效率高，只是须克服变压器互感及漏感等情况；又，模块化平衡方式虽可提供稳定的电压，然其所需成本较高，且各模块仅能控制有限的电池数量(区域式电池平衡)，无法达成全域式电池平衡。有鉴于此，有必要改善上述现有技术的缺点，以符合实际需求，提升其实用性。
技术实现思路
本专利技术是提供一种串联电池组的主动平衡模块，可快速达成全域式电池平衡。本专利技术揭示一种串联电池组的主动平衡模块，其包含：一转换单元，设有一初级侧线圈及数个次级侧线圈；一返驰开关，电性连接该转换单元的初级侧线圈；一初级侧调控器，电性连接该转换单元及该返驰开关，该初级侧调控器、该返驰开关及该转换单元共同构成具有初级侧调节功能的返驰式架构；数个分时切换器，电性连接于该转换单元的数个次级侧线圈与一串联电池组的数个蓄电单元之间；及一处理器，电性连接该分时切换器及该初级侧调控器，该处理器用以分时切换各分时切换器的导通状态，使各次级侧线圈分时输出一定电流至各蓄电单元，并由该初级侧调控器分时取得一参考讯号，用以估算各蓄电单元的充电量。所述初级侧调控器具有一取样端及一调节端，该取样端电性连接该转换单元的初级侧线圈，该调节端电性连接该返驰开关。所述转换单元设有一辅助线圈，该辅助线圈的极性与各次级侧线圈的极性相同。所述初级侧调控器具有一取样端及一调节端，该取样端电性连接该转换单元的辅助线圈，该调节端电性连接该返驰开关。所述处理器由该初级侧调控器的调节端分时取得一脉宽调变讯号，并依据该脉宽调变讯号的工作周期等比换算各蓄电单元的电压值。所述串联电池组的主动平衡模块，另包含一限流元件，该限流元件电性连接于该返驰开关与一接地端之间。所述串联电池组的主动平衡模块，另包含一变阻切换器，该变阻切换器电性连接于该返驰开关及该处理器。所述变阻切换器设有一变阻开关、一小阻元件及一大阻元件，该变阻开关电性连接该返驰开关及该处理器，该小阻元件及该大阻元件电性连接该变阻开关。所述串联电池组的主动平衡模块，另包含数个隔离器，各隔离器电性连接于该处理器与各分时切换器之间。所述隔离器为一光耦合器。所述串联电池组的主动平衡模块，另包含一电压侦测器，该电压侦测器设有数个侦测端及数个管控端及一个通信埠，各侦测端电性连接各蓄电单元，各管控端电性连接各分时切换器，该通信埠电性连接该处理器。所述电压侦测器设有一指示灯，用以指示该电压侦测器的工作状态。所述各分时切换器分别设有一分时开关，该分时开关具有一输入端、一输出端及一受控端，该输入端电性连接至该次级侧线圈，该输出端电性连接该蓄电单元，该受控端电性连接该处理器。所述各分时开关的输入端与各次级侧线圈之间电性连接一逆止元件，该逆止元件与各次级侧线圈之间电性连接一RC并联回路。所述逆止元件为一肖特基二极管。所述分时开关为一PMOS电晶体。所述返驰开关为一NMOS电晶体。所述初级侧调控器的取样端与该转换单元的辅助线圈之间电性连接一分压器。所述初级侧调控器与该处理器之间电性连接一电子开关。所述处理器设有二撷取端及数个切控端，该二撷取端电性连接该初级侧调控器的取样端及调节端，各切控端电性连接各分时切换器。所述处理器另设有一通讯埠。所述通讯埠电性连接一电压侦测器。所述处理器设有一换阻端，该换阻端电性连接该变阻切换器。本专利技术另揭示一种主动平衡模块的控制方法，是应用于上述的串联电池组的主动平衡模块，该控制方法包含一补充步骤，是由该主动平衡模块的处理器接收一补充电池名单，该补充电池名单具有需要补充电力的蓄电单元，导通该补充电池名单所列蓄电单元与该转换单元的次级侧线圈之间的充电路径，使该次级侧线圈分时以一定电流补充电力至该补充电池名单所列蓄电单元。所述处理器设有一通讯埠，并由该通讯埠接收该补充电池名单。所述补充步骤前另包含一侦测步骤，是由该处理器分时导通各蓄电单元与该转换单元的各次级侧线圈之间的充电路径，排序各次级侧线圈分时耦合至该初级侧调控器的电性特征，依据排序结果选择至少一蓄电单元列入该补充电池名单。所述处理器计算该辅助线圈对应各蓄电单元的电压值与该等电压值中的最大值的差异值，将该差异值大于一门槛值的蓄电单元列入该补充电池名单。所述门槛值为该最大值与一百分比的乘积。所述补充步骤的次级侧线圈输出的电流为一补充电流，所述侦测步骤的次级侧线圈输出的电流为一侦测电流，该侦测电流小于或等于该补充电流。上揭串联电池组的主动平衡模块主要借助该转换单元的初级侧线圈或辅助线圈耦合次级侧线圈的电气讯号，利用分时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联电池组的主动平衡模块，其特征在于包含：一个转换单元，设有一个初级侧线圈及数个次级侧线圈；一个返驰开关，电性连接该转换单元的初级侧线圈；一个初级侧调控器，电性连接该转换单元及该返驰开关，该初级侧调控器、该返驰开关及该转换单元共同构成具有初级侧调节功能的返驰式架构；数个分时切换器，电性连接于该转换单元的数个次级侧线圈与一个串联电池组的数个蓄电单元之间；及一个处理器，电性连接该分时切换器及该初级侧调控器，该处理器用以分时切换各分时切换器的导通状态，使各次级侧线圈分时输出一个定电流至各蓄电单元，并由该初级侧调控器分时取得一个参考讯号，用以估算各蓄电单元的充电量。

【技术特征摘要】
2014.10.03 TW 1031346291.一种串联电池组的主动平衡模块，其特征在于包含：
一个转换单元，设有一个初级侧线圈及数个次级侧线圈；
一个返驰开关，电性连接该转换单元的初级侧线圈；
一个初级侧调控器，电性连接该转换单元及该返驰开关，该初级侧调控器、该返驰开关及该转换单元共同构成具有初级侧调节功能的返驰式架构；
数个分时切换器，电性连接于该转换单元的数个次级侧线圈与一个串联电池组的数个蓄电单元之间；及一个处理器，电性连接该分时切换器及该初级侧调控器，该处理器用以分时切换各分时切换器的导通状态，使各次级侧线圈分时输出一个定电流至各蓄电单元，并由该初级侧调控器分时取得一个参考讯号，用以估算各蓄电单元的充电量。
2.根据权利要求1所述的串联电池组的主动平衡模块，其特征在于：该初级侧调控器具有一个取样端及一个调节端，该取样端电性连接该转换单元的初级侧线圈，该调节端电性连接该返驰开关。
3.根据权利要求1所述的串联电池组的主动平衡模块，其特征在于：该转换单元设有一个辅助线圈，该辅助线圈的极性与各次级侧线圈的极性相同。
4.根据权利要求3所述的串联电池组的主动平衡模块，其特征在于：该初级侧调控器具有一个取样端及一个调节端，该取样端电性连接该转换单元的辅助线圈，该调节端电性连接该返驰开关。
5.根据权利要求2或4所述的串联电池组的主动平衡模块，其特征在于：该处理器由该初级侧调控器的调节端分时取得一个脉宽调变讯号，并依据该脉宽调变讯号的工作周期等比换算各蓄电单元的电压值。
6.根据权利要求1所述的串联电池组的主动平衡模块，其特征在于：另包含一个限流元件，该限流元件电性连接于该返驰开关与一个接地端之间。
7.根据权利要求1所述的串联电池组的主动平衡模块，其特征在于：另包含一个变阻切换器，该变阻切换器电性连接于该返驰开关及该处理器。
8.根据权利要求7所述的串联电池组的主动平衡模块，其特征在于：该变阻切换器设有一个变阻开关、一个小阻元件及一个大阻元件，该变阻开关电性连接该返驰开关及该处理器，该小阻元件及该大阻元件电性连接该变阻开关。
9.根据权利要求1所述的串联电池组的主动平衡模块，其特征在于：另包含数个隔离器，各隔离器电性连接于该处理器与各分时切换器之间。
10.根据权利要求9所述的串联电池组的主动平衡模块，其特征在于：该隔离器为一个光耦合器。
11.根据权利要求1所述的串联电池组的主动平衡模块，其特征在于：另包含一个电压侦测器，该电压侦测器设有数个侦测端、数个管控端及一个通信埠，各侦测端电性连接各蓄电单元，各管控端电性连接各分时切换器，该通信埠电性连接该处理器。
12.根据权利要求11所述的串联电池组的主动平衡模块，其特征在于：该电压侦测器设有一个指示灯，用以指示该电压侦测器的工作状态。
13.根据权利要求1所述的串联电池组的主动平衡模块，其特征在于：各分时切换器分别设有一个分时开关，该分时开关具有一个输入端、一个输出端及一个受控端，该输入端电性连接至该次级...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣伟，
申请(专利权)人：辉创电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71