均衡充电设备制造技术

本发明专利技术涉及一种均衡充电设备，该均衡充电设备使变压器的初级线圈和次级线圈能够容易地被制造，能够根据串联电池的充电状态来控制进入电池的电荷流，并能防止过电流流入当前正被充电的电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及一种电池均衡充电(charge叫ualization)设备，并且尤其涉及一种能够使得变压器的初级线圈和次级线圈被容易地制造的均衡充 电设备，该均衡充电设备能够根据串联的电池的充电状态来控制进入电池的 电荷流，并且能够防止过电流流入当前正在充电的电池。
技术介绍
很多系统使用被实施为电池组或电池阵列的电池，所述电池组或电池阵 列为包括相互串联连接的多个电池单元的电池组或电池阵列。当所述电池单元被充电至远高于或远低于额定充电范围内的电压时，可 能会发生危险。进一步地，电池单元充电状态中的不平衡是由各种因素造成的，并且会 在电池生产期间或者对电池进行充电或放电时出现。具体地，就锂离子电池 而言，在公司内会对电池单元的生成进行严格的控制，以使电池阵列的单元 (cell)之间的容量差异最小化。然而，无论电池单元(该电池单元会在其 被初始生产之后，保持平衡和均等)的状态如何，都由可能由于各种因素而 出现电池单元之间的不平衡或不均等。造成电池单元的不平衡的因素可以包括例如，各个电池单元的化学反 应、阻抗和自放电速率、电池单元容量的减小、电池单元工作温度的差异、 以及电池单元之间的其它类型的差异。电池单元的温度不一致是导致电池单元不平衡的重要因素。例如，电池 单元中存在"自放电"，该"自放电"与电池温度有关。高温度电池比低温 度电池通常具有更高的自放电速率。因此，随着时间的推移，与低温度电池相比，高温度电池会展现出更低的充电状态。电池的充电状态中的不平衡是一个非常严重的问题。例如，该问题通常 出现于电动汽车中，并且电池提供能量的能力会受到的处于最低充电状态的 电池单元的限制。如果该电池单元的能量耗尽，则其它电池单元将不能继续供电。即使其 它电池单元仍具有供电能力，其它电池单元也将不能继续供电。因此，电池 单元的充电状态中的不平衡会降低电池的供电能力。当然，以上描述并非意味着，当一个或者多个电池单元的能量耗尽时， 由其余电池进行供电是完全不可能的。然而，它意味着，仅在串联的情况下， 即使一个或者多个电池单元的能量完全耗尽，只要其余的电池单元中存在电 荷，则电池就可以继续使用。但是在这种情况下，会在已经完全放电的电池 单元中生成极性相反的电压，并且从而导致该电池单元会由于过热、或由于 生成气体而具有爆炸的危险，因而电池会失去供电能力。现已提出了对电池单元的充电状态中的不平衡进行校正的各种方法，而 图1中示出了其中一种方法。图1是显示了常规的集中式均衡充电设备的示意图。参考图1，常规的集中式均衡充电设备包括变压器T、 N个半导体开关 装置Dl Dn、控制开关SW、以及电压检测和驱动信号生成单元IO。所述变压器T被构建为包括单个初级线圈和N个次级线圈，N个次级 线圈缠绕在单个公共铁心上，并且初级线圈与次级线圈具有不同的极性。换 句话说，初级线圈上形成的同名端(dot)与次级线圈上形成的同名端(dot) 位于不同侧。变压器T的次级线圈具有相同的匝数，且初级线圈与次级线圈 的匝数比为N1:N2。半导体开关装置Dl Dn连接在次级线圈的第一端与电池Bl Bn的正 极(+ )之间，并被配置为将从次级线圈提供给电池Bl Bn的能量整流。控制开关sw与初级线圈串联，并被配置为响应于由电压检测和驱动信号生成单元io提供的驱动信号而形成闭合电路。电压检测和驱动信号生成单元10检测串联电池Bl Bn中的各个电池 的电压，将所检测到的电压与参考电压比较，并生成驱动信号，该驱动信号 用于对充电至高于参考电压的电池(也就是过充电电池)进行放电。以下将详细描述由常规集中式均衡充电设备执行的上述均衡充电方法。 首先，电压检测和驱动信号生成单元10检测N个串联电池Bl Bn的 电压。此后，当从N个串联电池Bl Bn中的任意一个电池检测到的电压高于 参考电压时，电压检测和驱动信号生成单元10导通控制开关SW。从而，由N个串联电池Bl Bn提供的能量被转化为磁能，并被存储在 变压器T的初级线圈中。此后，当电压检测和驱动信号生成单元IO断开控制开关SW时，存储 在变压器T的初级线圈中的磁能被转换为电荷，并且从而通过次级线圈和半 导体开关装置Dl Dn而对N个串联电池Bl Bn用电荷充电。在这种情况下，当控制开关SW断开时，较大量的电荷通过缠绕在变压 器T的公共铁心上的次级线圈而移动到具有相对低电压的电池中，从而实现 了均衡充电。但是，在常规的集中式均衡充电设备中，由于与电池数量相应的多个次 级线圈缠绕在单个公共核心上，因此当串联电池的数量增加时，与电池的增 加数量相应的增加数量的次级线圈必须缠绕在单个公共铁心上。因而，存在 以下问题难以制造出变压器T的次级线圈，并且变压器T的初级线圈与次 级线圈的匝数比与串联电池的数量成比例增加，从而难以制造出随电池数量 增加的初级线圈。进一步地，常规的集中式均衡充电设备存在以下问题，由于与电池数量9相应的多个次级线圈缠绕在单个公共核心上，所以不能根据串联电池的充电状态而单独地控制流入电池的电荷流，并且不能防止过电流(overcurrent) 流入当前正被充电的电池。因此，存在以下问题当执行串联电池的均衡充电时， 一些电池可能被 过充电或过放电。
技术实现思路
因此，本专利技术是在考虑到现有技术中出现的上述问题的情况下作出的， 本专利技术要提供一种均衡充电设备，该均衡充电设备使得能够容易地制造出变 压器的初级线圈和次级线圈。进一步地，本专利技术要提供一种均衡充电设备，该均衡充电设备能够根据 串联电池的充电状态来控制进入电池的电荷流。此外，本专利技术还要提供一种均衡充电设备，该均衡充电设备能够防止过 电流流入当前正被充电的电池。根据本专利技术的一个方面，提供了一种均衡充电设备，该均衡充电设备包 括N个变压器，该N个变压器分别与N个串联电池并联，并被配置为存储 所述N个电池中从过充电电池放电的能量，并用所存储的能量对除所述过充 电电池之外的电池充电；N个充/放电控制开关单元，分别连接在所述N个 变压器的初级线圈的第一端与所述N个电池的第一电池的正极之间，从而将 由所述N个串联电池提供的电荷提供给所述N个变压器的初级线圈；再分 配开关(redistribution switch),连接在所述N个变压器的初级线圈的第二端 的公共节点与地线之间，从而将由所述N个串联电池提供的电荷提供给所述 N个变压器的初级线圈；N个第一半导体开关装置，分别连接在所述N个变 压器的次级线圈的第一端和所述电池的正极之间；以及电压检测和驱动信号 生成单元，被配置为检测N个串联的电池中的各个电池的电压，根据检测到的电压生成用于驱动所述充/放电控制开关单元和所述再分配开关所需的驱 动信号，并控制所述充/放电控制开关单元和所述再分配开关。根据本专利技术的另一方面，提供了一种均衡充电设备，该均衡充电设备包 括N个变压器，其中每个变压器具有单个初级线圈以及两个次级线圈，所述N个变压器分别与N个串联电池并联，从而用从过充电电池释放的能量 对除所述过充电电池之外的电池充电；第一和第二充电装置，与所述N个串 联电池并联；第一和第二再分配开关，与N个串联电池并联，并被配置为将 由所述N个串联电池提供的电荷提供给所述N个变压器的初级线圈；N个 充/放电控制开关单元，连接在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种均衡充电设备，该均衡充电设备包括：　Ｎ个变压器，分别与Ｎ个串联电池并联，并被配置为存储从所述Ｎ个电池中的过充电电池释放的能量，以及用所存储的能量对除所述过充电电池之外的电池充电；　Ｎ个充／放电控制开关单元，分别连接在所述Ｎ个 变压器的初级线圈的第一端与所述Ｎ个电池的第一电池的正极之间，从而将由所述Ｎ个串联电池提供的电荷提供给所述Ｎ个变压器的初级线圈；　再分配开关，连接在所述Ｎ个变压器的初级线圈的第二端的公共节点与地线之间，从而将由所述Ｎ个串联电池提供的电荷 提供给所述Ｎ个变压器的初级线圈；　Ｎ个第一半导体开关装置，分别连接在所述Ｎ个变压器的次级线圈的第一端和所述电池的正极之间；以及　电压检测和驱动信号生成单元，被配置为检测Ｎ个串联电池中的各个电池的电压，根据检测到的电压生成用于驱动 所述充／放电控制开关单元和所述再分配开关所需的驱动信号，并控制所述充／放电控制开关单元和所述再分配开关的驱动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李重辉，张洙晔，吴全根，文建又，金正恩，朴弘善，金喆浩，
申请(专利权)人：SK能源株式会社，韩国科学技术院，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]