CN101606300B

CN101606300B - 均衡充电设备

Info

Publication number: CN101606300B
Application number: CN2008800042257A
Authority: CN
Inventors: 李重辉; 张洙晔; 吴全根; 文建又; 金正恩; 朴弘善; 金喆浩
Original assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST; SK Innovation Co Ltd
Current assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST; SK On Co Ltd
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2028-02-05
Also published as: EP2115851B1; US20100007308A1; JP2010529818A; US8008890B2; EP2720346B1; KR20080074582A; CN101606300A; WO2008097033A1; JP5059876B2; KR101081255B1; EP2720346A3; EP2720346A2; EP2115851A4; EP2115851A1

Abstract

本发明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。

Description

均衡充电设备

技术领域

本发明主要涉及一种电池均衡充电(charge equalization)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。

背景技术

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D1～Dn、控制开关SW、以及电压检测和驱动信号生成单元10。

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D1～Dn连接在次级线圈的第一端与电池B1～Bn的正极(+)之间，并被配置为将从次级线圈提供给电池B1～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10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B1～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B1～Bn的电压。

此后，当从N个串联电池B1～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B1～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10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D1～Dn而对N个串联电池B1～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。

发明内容

因此，本发明是在考虑到现有技术中出现的上述问题的情况下作出的，本发明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，本发明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，本发明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。

根据本发明的一个方面，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。

根据本发明的另一方面，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，连接在所述第一和第二再分配开关的公共节点与所述变压器的初级线圈的第一端之间，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个变压器的第一次级线圈和所述电池的正极之间；以及N个第二半导体开关装置，分别连接在所述N个变压器的第二次级线圈与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的驱动。

因此，本发明的优点在于小容量的变压器与串联的电池中的各个电池并联，而不管串联的电池的数量，从而使得能够容易地制造出变压器的初级线圈和次级线圈，同时保持了良好的均衡充电特性。

进一步地，本发明的优点在于通过使用与变压器的初级线圈串联的充/放电控制开关，能够根据串联电池的充电状态来控制流入电池的电荷流。

此外，本发明的优点在于通过使用与N个串联电池并联的再分配开关，能够根据N个串联电池的充电状态来控制流入电池的电荷流。

进一步地，发明的优点在于当电池的均衡充电几乎完成时，或者当几乎所有充/放电控制开关都导通时，如果过电流流入少数任意电池，则控制被应用于再分配开关的驱动信号的PWM占空比(duty ratio)，从而防止过电流流入当前正被充电的电池。

附图说明

图1是显示了常规的均衡充电设备的示意图；

图2是显示了根据本发明的一种实施方式的均衡充电设备的示意图；

图3是图2中的电压检测和驱动信号生成单元的示意图；

图4和图5是显示了用于对图2的均衡充电设备中的电池的电荷进行均衡的闭合电路的示意图；

图6是显示了根据本发明的另一实施方式的均衡充电设备的示意图；

图7和图8是显示了用于对图6的均衡充电设备中的电池的电荷进行均衡的闭合电路的示意图；

图9是显示了根据本发明又一实施方式的均衡充电设备的示意图；以及

图10和图11是显示了用于对图9的均衡充电设备中的电池的电荷进行均衡的闭合电路的示意图。

主要元件的附图标记的说明

10，100：电压检测和驱动信号生成单元

102：感测单元 104：微处理器

106：开关驱动电路单元

具体实施方式

下文中将参考附图详细描述本发明的实施方式。

图2是显示了根据本发明的一种实施方式的均衡充电设备的示意图，而图3是显示了图2中的电压检测和驱动信号生成单元120的示意图。

参考图2和图3，根据本发明一种实施方式的均衡充电设备包括：N个变压器T1～Tn，所述N个变压器T1～Tn分别与N个串联电池B1～Bn并联；N个充/放电控制开关SW1～SWn以及N个第一半导体开关装置D11～D1n，分别串联在N个变压器T1～Tn的初级线圈的第一端与N个串联电池B1～Bn的第一电池B1的正极(+)之间；N个第二半导体开关装置D21～D2n，分别串联在N个变压器T1～Tn的次级线圈的第一端与N个串联电池B 1～Bn的正极之间；再分配开关CSW，连接在变压器T1～Tn的初级线圈的第二端的公共节点与地线(GND)之间；以及电压检测和驱动信号生成单元100，该电压检测和驱动信号生成单元100检测电池B1～Bn的电压，并使用所检测到的电压控制充/放电控制开关SW1～SWn以及再分配开关CSW的操作。

变压器T1～Tn分别与N个串联电池B1～Bn并联，从而将电压大于参考电压的电池(即在N个串联电池B1～Bn中的过充电电池)的电压减小到参考电压，并将电压小于参考电压的电池(即过放电电池)的电压增大到参考电压。

变压器T1～Tn的初级线圈的第一端(其上形成同名端的一端)通过充/放电控制开关SW1～SWn以及第一半导体开关装置D11～D1n共同与串联电池中的第一电池B1的正极(+)连接，而其第二端(其上没有形成同名端的一端)共同与再分配开关CSW的第一端连接。

进一步地，变压器T1～Tn的次级线圈的第一端(其上形成同名端的一端)通过第二半导体开关装置D21～D2n与电池B 1～Bn的正极(+)连接，而其第二端(其上没有形成同名端的一端)分别与电池B1～Bn的负极(-)连接。

在这种情况下，使用逆向(flyback)结构来实施变压器T1～Tn中的每个变压器，其中初级线圈和次级线圈具有相反的极性，即其中初级线圈上的同名端与次级线圈上的同名端位于不同侧。在变压器T1～Tn中的每个变压器中，初级线圈与次级线圈的匝数比为N1∶N2，其中N1大于N2。

在本实施方式中，使用逆向结构来实施变压器T1～Tn中的每个变压器，其中初级线圈上的同名端与次级线圈上的同名端位于不同侧，但是还可以使用正向(forward)结构来实施，其中初级线圈与次级线圈上的同名端位于同一侧，即其中初级线圈和次级线圈具有相同的极性。

充/放电控制开关SW1～SWn连接在电池B1的正极(+)与第一半导体开关装置D11～D1n的阳极之间，并且被配置为使得它们响应于由电压检测和驱动信号生成单元100提供的高电平的第一驱动信号而导通，并将从N个串联的电池B1～Bn中的过充电电池释放的能量提供给与除过充电电池之外的电池并联的变压器的初级线圈，并且使得它们响应于由电压检测和驱动信号生成单元100提供的低电平的第二驱动信号而断开，并防止电流流入与过充电电池并联的变压器的初级线圈。

为实现这一目的，与过充电电池并联的充/放电控制开关从电压检测和驱动信号生成单元100接收低电平的第二驱动信号。与除过充电电池之外的电池并联的充/放电控制开关接收高电平的第一驱动信号。

因此，电流流过与除过充电电池之外的电池并联的变压器的初级线圈，但是由于电流被充/放电控制开关阻挡，所以电流不流过与过充电电池并联的变压器的初级线圈。

根据从串联电池B1～Bn中的过放电电池检测到的电压，充/放电控制开关SW1～SWn在不同时间被导通或断开。

换句话说，当串联电池B1～Bn中的第一电池B1和第三电池B3被过放电时，操作充/放电控制开关SW1～SWn以使得更多能量被提供给与这两个电池中具有较低电压值的一个电池并联的变压器的初级线圈。

也就是说，所述两个电池中，为具有较低电压的电池提供维持较长时间的高电平的驱动信号，使得对该电池充电较长时间，而为具有较高电压的电池提供维持较短时间的高电平驱动信号，使得对该电池充电较短时间。结果，两个过放电电池被均衡到参考电压。

为实现这一目的，充/放电控制开关SW1～SWn从电压检测和驱动信号生成单元100接收具有不同或相同时间的第一驱动信号和第二驱动信号。

充/放电控制开关SW1～SWn使用N型金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)来实施，但不限于N型MOSFET，还可以使用诸如P型MOSFET、双极结晶体管(BJT)、二极管、以及中继器的开关装置中的一种来实施。

第一半导体开关装置D11～D1n连接在变压器T1～Tn的初级线圈的第一端与充/放电控制开关SW1～SWn之间，并且可以被操作以将由N个串联电池B1～Bn提供的能量提供给变压器T1～Tn的初级线圈。

进一步地，当由串联电池B1～Bn提供的电荷被提供给变压器T1～Tn的初级线圈时，第一半导体开关装置D11～D1n防止存储在变压器T1～Tn的初级线圈中的能量提供给串联电池B1～Bn。

第一半导体开关装置D11-D1n连接在充/放电控制开关SW1～SWn与变压器T1～Tn的初级线圈之间，但是可替换地还可以连接在串联电池B1～Bn中的第一电池B1的正极(+)与充/放电控制开关SW1～SWn之间。

换句话说，充/放电控制开关SW1～SWn与第一半导体开关装置D11～D1n的位置可以彼此互换。

在本实施方式中，第一半导体开关装置D11～D1n使用二极管来实施，但也可以使用诸如MOSFET、BJT、以及中继器的开关装置中的一种来实施。

由于当对N个串联电池B1～Bn充电或放电时，充/放电控制开关SW1～SWn以及第一半导体开关装置D11～D1n形成充/放电路径，并防止由变压器T1～Tn的初级线圈提供的电荷被提供给N个串联电池B1～Bn，因此所述充/放电控制开关SW1～SWn以及第一半导体开关装置D11～D1n可以被指定为充/放电控制开关单元。

在这种情况下，充/放电控制开关单元仅以一个方向操作，这是因为通过使用第一半导体开关装置D11～D1n，所述充/放电控制开关单元防止由变压器T1～Tn的初级线圈提供的电荷被提供给N个串联电池B1～Bn。

但是，当充/放电控制开关单元的充/放电控制开关和第一半导体开关装置使用同一类型的MOSFET来实施，并且其内部二极管以相反方向排放时，充/放电控制开关单元可以双向方式操作。在这种情况下，相同的驱动信号必须被提供给充/放电控制开关和第一半导体开关装置的门极。下文中将参考图9来详细描述这一特征，图9示出了本发明的又一实施方式。

第二半导体开关装置D21～D2n连接在变压器T1～Tn的次级线圈的第一端与电池B1～Bn的正极之间，并且被操作以将能量从自次级线圈提供给电池B1～Bn。

此外，当来自变压器T1～Tn的次级线圈的能量被提供给电池B1～Bn时，第二半导体开关装置D21～D2n防止由电池B1～Bn提供的电荷被提供给变压器T1～Tn的次级线圈。

第二半导体开关装置D21～D2n使用二极管来实施，但还可以使用诸如MOSFET、BJT、以及中继器的开关装置中的一者来实施。

再分配开关CSW连接在变压器T1～Tn的初级线圈的第二端的公共节点与地线(GND)之间，并用于形成闭合电路，从而使得从过充电电池释放的能量能够被提供给与除过充电电池之外的电池并联的变压器的初级线圈，并且将提供给与除过充电电池之外的电池并联的变压器的初级线圈的能量传送给所述变压器的次级线圈。

换句话说，再分配开关CSW响应于由电压检测和驱动信号生成单元100提供的高电平的第三驱动信号而导通，从而形成闭合电路以使得从串联电池释放的能量被提供给与除过充电电池之外的电池并联的变压器的初级线圈。此外，再分配开关CSW响应于低电平的第四驱动信号而断开，从而将存储在与除过充电电池之外的电池并联的变压器的初级线圈中的能量传送给次级线圈。

针对这一操作，再分配开关CSW在充/放电控制开关SW1～SWn导通/断开的同时导通/断开，或在充/放电控制开关SW1～SWn导通/断开之后导通/断开。

再分配开关CSW使用N型MOSFET来实施，但不限于N型MOSFET来实施，并且还可以使用诸如P型MOSFET、BJT、以及中继器的开关装置中的一者来实施。

电压检测和驱动信号生成单元100检测N个串联电池B1～Bn中的各个电池的电压，将所检测到的电压与参考电压进行比较，生成高电平的第一和第三驱动信号以及低电平的第二和第四驱动信号，从而在所检测到的电压大于参考电压时，对电压被充电到高于参考电压的电池(即过充电电池)进行放电，以及对除过充电电池以外的电池充电，并将第一和第四驱动信号提供给充/放电控制开关SW1～SWn以及再分配开关CSW。这里，术语“参考电压”指的是从电池B1～Bn检测到的电压的平均电压。

电压检测和驱动信号生成单元100提供低电平的第二驱动信号给与过充电电池并联的充/放电控制开关，并且提供高电平的第一驱动信号给与除过充电电池之外的电池并联的充/放电控制开关。

进一步地，电压检测和驱动信号生成单元100在能量从串联电池放电/释放时，提供高电平的第三驱动信号给再分配开关CSW，并且在除过充电电池之外的电池被充电时，提供低电平的第四驱动信号给再分配开关CSW。

如果在几乎所有的充/放电控制开关导通或者在电池的均衡充电几乎完成时，仅少量的任意电池被用电荷充电，则电压检测和驱动信号生成单元100提供第三和第四驱动信号给再分配开关CSW，所述第三和第四驱动信号中的每个驱动信号都被形成为具有低占空比的脉宽调制(PWM)信号。执行这一过程以最初从N个串联电池释放少量电荷，从而防止过大电流流入当前正被充电的电池。

此外，电压检测和驱动信号生成单元100提供具有不同或相同ON/OFF(导通/断开)时间的第一驱动信号和第二驱动信号给充/放电控制开关SW1～SWn。

因此，较多的能量提供给与过充电电池中具有相对较低电压的电池并联的变压器的初级线圈，而较少的能量被提供给与具有相对较高电压的电池并联的变压器的初级线圈。

电压检测和驱动信号生成单元100可以同时提供第一和第二驱动信号以及第三和第四驱动信号给充/放电控制开关SW1～SWn以及再分配开关CSW，或者可以在提供第一或第二驱动信号给充/放电控制开关SW1～SWn之后提供第三或第四驱动信号给再分配开关CSW。

针对这一操作，如图3所示，电压检测和驱动信号生成单元100包括感测单元(sensing unit)102、微控制器104、以及开关驱动电路单元106。

感测单元102与电池B1～Bn连接，并被配置为检测电池B1～Bn中各个电池的电压。

微处理器104设定电池B1～Bn(所述电池B1～Bn的电压由感测单元102检测)的平均电压作为参考电压，并在确定由感测单元102检测到的电压高于参考电压或者具有高于参考电压的可能性时，设定需要用于对电池进行充/放电所需的充/放电控制开关SW1～SWn以及再分配开关CSW的ON/OFF时间。

开关驱动电路单元106响应于从微控制器104输入的信号而生成第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号以及第四驱动信号，并将所述信号提供给充/放电控制开关SW1～SWn中的各个开关以及再分配开关CSW。

根据本发明的一个实施方式的均衡充电设备被实施以使得小容量的变压器分别与串联电池B1～Bn并联，而不管N个串联电池B1～Bn的数量如何，从而使得在保持良好的均衡充电特性的同时，变压器的初级线圈和次级线圈能够被容易地制造。

进一步地，根据本发明的一个实施方式的均衡充电设备能够通过使用充/放电控制开关SW1～SWn来根据N个串联电池B1～Bn的充电状态控制进入电池的电荷流，所述充/放电控制开关SW1～SWn与变压器T1～Tn的初级线圈串联。

此外，根据本发明的一个实施方式的均衡充电设备能够在电池的均衡充电几乎完成或者在几乎所有的充/放电控制开关被导通时，在过电流流过少量任意电池的情况下，控制被施加到再分配开关CSW的驱动信号的PWM占空比，从而防止过电流流入当前正被充电的电池。

下面描述根据本发明的一个实施方式的使用均衡充电设备来均衡串联电池的电压的方法。

在这种情况下，根据本发明的该实施方式的均衡充电设备基于以下基本规则来实施：其中当电气充电装置或电气负载未连接到串联电池B1～Bn时执行串联电池B1～Bn的电荷均衡。但是，当电流容量高到使得变压器T1～Tn的初级线圈和再分配开关CSW作为旁路(bypass)电路时，或者当充电电流或放电电流的量值较小时，即使电气充电装置或电气负载被连接到串联电池B1～Bn，串联电池B1～Bn的电荷也能被均衡。

首先，电压检测和驱动信号生成单元100检测N个串联电池B1～Bn中的各个电池的电压。

如果确定N个串联电池B1～Bn中的某些电池的电压高于参考电压或者具有大于参考电压的可能，则为了对过充电电池或几乎过充电的电池进行放电，并且为了对除过充电电池之外的电池(即过放电电池)进行充电，电压检测和驱动信号生成单元100提供低电平的第二驱动信号给与并联于过充电的电池的变压器的初级线圈相串联的充/放电控制开关，并且提供高电平的第一驱动信号给与并联于过放电电池的变压器的初级线圈相串联的充/放电控制开关。

因此，与并联于过充电电池的变压器的初级线圈相串联的充/放电控制开关被断开，而与并联于除过充电电池之外的电池的变压器的初级线圈相串联的充/放电控制开关被导通。

进一步地，电压检测和驱动信号生成单元100通过提供高电平的第三驱动信号给再分配开关CSW来导通再分配开关CSW。

此时，电压检测和驱动信号生成单元100可以通过同时提供第一、第二以及第三驱动信号给充/放电控制开关和再分配开关来同时操作充/放电控制开关和再分配开关，或者可以在通过提供第一和第二驱动信号给充/放电控制开关来操作充/放电控制开关之后操作再分配开关。

因此，从串联电池B1～Bn释放的电荷转化为磁能，并存储在与除过充电电池之外的电池(即过放电电池)并联的变压器的初级线圈中。

例如，当除第一电池B1和第N电池Bn之外的电池被过充电时，电压检测和驱动信号生成单元100提供高电平的第一驱动信号给第一充/放电控制开关SW1和第N充/放电控制开关SWn，而提供低电平的第二驱动信号给其余的充/放电控制开关SW2～SWn-1。

进一步地，电压检测和驱动信号生成单元100提供高电平的第三驱动信号给再分配开关CSW。

因此，如图4所示，从串联电池B1～Bn释放的电荷被转化为磁能，并且被存储在第一变压器T1和第N变压器Tn的初级线圈中。能量不被充电到其余变压器T2～Tn-1中，而被充电到第一变压器T1和第N变压器Tn中。

也就是说，第二开关SW2至第N-1开关SWn-1形成开路(open circuit)，从而防止由串联电池B1～Bn提供的电荷被存储在第二变压器T2至第N-1变压器Tn-1的初级线圈中。

此后，电压检测和驱动信号生成单元100通过提供低电平的第四驱动信号给再分配开关CSW来断开再分配开关CSW。

从而，如图5所示，产生了反电动势(counter electromotive force)，使得存储在与第一电池B1～第N电池Bn并联的变压器T1和Tn的初级线圈中的能量被传递到其次级线圈，并且从而被转化为电荷。电荷通过与所述次级线圈串联的第二半导体开关装置D21和D2n而被提供给除过充电电池之外的电池。结果，除过充电电池之外的电池用通过第二半导体开关装置D21和D2n提供的电荷而被充电。

这一过程被重复，直到N个串联电池B1～Bn的电压被均衡。为实现这一目的，电压检测和驱动信号生成单元100通过继续检测N个串联电池B 1～Bn的电压而生成第一驱动信号和第二驱动信号，并且然后将第一驱动信号和第二驱动信号提供给充/放电控制开关SW1～SWn以及再分配开关CSW。

图6是根据本发明的另一实施方式的均衡充电设备的示意图。

参考图6，根据本发明的另一实施方式的均衡充电设备包括N个变压器T1～Tn，分别与N个串联电池B1～Bn并联；N个充/放电控制开关SW1～SWn，分别与所述N个变压器T1～Tn的初级线圈的第一端串联；N个第一半导体开关装置D11～D1n，分别连接在充/放电控制开关SW1～SWn与所述N个变压器T1～Tn的初级线圈之间；第二半导体开关装置D21～D2n和电感器L1～Ln，串联在所述N个变压器T1～Tn的次级线圈的第一端与所述电池B1～Bn的正极(+)之间；第三半导体开关装置D31～D3n，连接在变压器T1～Tn的次级线圈的第二端和所述电池B1～Bn的负极的公共节点与第二半导体开关装置D21～D2n和电感器L1～Ln的公共节点之间；再分配开关CSW，连接在变压器T1～Tn的初级线圈的第二端与地线(GND)之间；以及电压检测和驱动信号生成单元100，检测电池B1～Bn的电压，并使用检测到的电压控制所述充/放电控制开关SW1～SWn和所述再分配开关CSW的操作。

变压器T1～Tn分别与N个串联电池B1～Bn并联，从而将N个串联电池B1～Bn中具有高于参考电压的电压的电池(即过充电电池)的电压减小到参考电压，并且将具有低于参考电压的电压的电池(即过放电电池)的电压增大到参考电压。

变压器T1～Tn的初级线圈的第一端(其上形成同名端的一端)通过充/放电控制开关SW1～SWn以及第一半导体开关装置D11～D1n来共同与串联电池的第一电池B1的正极(+)连接，而其第二端(其上没有形成同名端的一端)共同与再分配开关CSW的第一端连接。

进一步地，变压器T1～Tn的次级线圈的第一端(其上形成同名端的一端)通过第二半导体开关装置D21～D2n以及电感器L1～Ln而与串联电池B1～Bn的正极(+)连接，而其第二端(其上没有形成同名端的一端)与电池B1～Bn中的各个电池的负极(-)连接。

在这种情况下，变压器T1～Tn中的各个变压器使用正向结构来实施，在该正向结构中初级线圈与次级线圈具有相同的极性，即其中初级线圈上的同名端与次级线圈上的同名端位于同一侧。在变压器T1～Tn中的每个变压器中，初级线圈与次级线圈的匝数比是N1∶N2，其中N1大于N2。

充/放电控制开关SW1～SWn被连接在电池B1的正极(+)与第一半导体开关装置D11～D1n的阳极之间，并且被配置为使得它们响应于由电压检测和驱动信号生成单元100提供的高电平的第一驱动信号而导通，并将从N个串联电池B1～Bn释放的能量提供给与除过充电电池之外的电池并联的变压器的初级线圈，从而响应于由电压检测和驱动信号生成单元100提供的低电平的第二驱动信号而断开，并防止电流流过与过充电电池并联的变压器的初级线圈。

因此，电流流过与除过充电电池之外的电池并联的变压器的初级线圈，但是电流不流与过充电电池并联的变压器的初级线圈，这是因为电流被充/放电控制开关中断。

充/放电控制开关SW1～SWn根据从串联电池B1～Bn中的过放电的电池中检测到的电压而在不同时间导通或断开。

换句话说，当串联电池B1～Bn中的第一电池B1和第三电池B3过充电时，充/放电控制开关SW1～SWn被操作从而使得较多能量被提供给与两个电池中具有较低电压值的一个电池并联的变压器的初级线圈。

也就是说，在两个电池中，具有较低电压的电池被提供有维持较长时间的高电平的驱动信号，从而使得该电池被充电较长时间，而具有较高电压的电池被提供有维持较短时间的高电平的驱动信号，从而使得该电池被充电较短时间。结果，两个过放电电池的电压被均衡到参考电压。

为实现这一目的，充/放电控制开关SW1～SWn从电压检测和驱动信号生成单元100接收维持不同时间或相同时间的第一驱动信号和第二驱动信号。

充/放电控制开关SW1～SWn使用N型MOSFET来实施，但不限于N型MOSFET，并且还可以使用诸如P型MOSFET、BJT、二极管、以及中继器的开关装置中的一种来实施。

第一半导体开关装置D11～D1n连接在变压器T1～Tn的初级线圈的第一端与充/放电控制开关SW1～SWn之间，并且被操作用于将由N个串联电池B1～Bn提供的能量提供给变压器T1～Tn的初级线圈。

进一步地，当由串联电池B1～Bn提供的电荷被提供给变压器T1～Tn的初级线圈时，第一半导体开关装置D11～D1n防止存储在变压器T1～Tn的初级线圈中的能量被提供给串联电池B1～Bn。

第一半导体开关装置D11～D1n连接在充/放电控制开关SW1～SWn与变压器T1～Tn的初级线圈之间，但还可以可替换地连接在串联电池B1～Bn的第一电池B1的正极(+)与充/放电控制开关SW1～SWn之间。

换句话说，充/放电控制开关SW1～SWn与第一半导体开关装置D11～D1n可以与彼此互换。

在该实施方式中，第一半导体开关装置D11～D1n使用二极管来实施，但还可以使用诸如MOSFET、BJT、以及中继器的开关装置中的一者来实施。

由于当N个串联电池B1～Bn被充电或放电时，充/放电控制开关SW1～SWn与第一半导体开关装置D11～D1n形成充/放电路径，并且防止由变压器T1～Tn的初级线圈提供的电荷被提供给N个串联电池B1～Bn，所以它们可以被指定为充/放电控制开关单元。

在这种情况下，充/放电控制开关单元仅以一个方向进行工作，这是因为通过使用第一半导体开关装置D11～D1n，所述充/放电控制开关单元防止由变压器T1～Tn的初级线圈提供的电荷被提供给N个串联电池B1～Bn。

但是，当充/放电控制开关单元的充/放电控制开关和第一半导体开关装置使用同一类型的MOSFET来实施，并且其内部二极管以相反方向被排列时，充/放电控制开关单元可以双向工作。在这种情况下，相同的驱动信号必须被提供给充/放电控制开关的门极和第一半导体开关装置。在下文中将参考图9详细描述这一过程，图9示出了根据本发明的进一步的实施方式。

第二半导体开关装置D21～D2n连接在变压器T1～Tn的次级线圈的第一端与电感器L1～Ln之间，并且被操作以通过电感器L1～Ln将来自变压器的次级线圈的能量提供给电池B1～Bn。

进一步地，当来自变压器T1～Tn的次级线圈的能量被提供给电池B1～Bn时，第二半导体开关装置D21～D2n防止由电池B1～Bn提供的电荷被提供给变压器T1～Tn的次级线圈。

电感器L1～Ln连接在第二半导体开关装置D21～D2n的阴极与电池B1～Bn的正极(+)之间，并且被配置为当再分配开关CSW导通时存储由变压器T1～Tn的次级线圈提供的能量，并且当再分配开关CSW断开时将所存储的能量提供给电池B1～Bn。

第三半导体开关装置D31～D3n连接在变压器T1～Tn的次级线圈的第二端和电池B1～Bn的负极(-)的公共节点与第二半导体开关装置D21～D2n的阴极和电感器L1～Ln的公共节点之间，并且被配置为形成闭合电路，从而存储在电感器L1～Ln中的能量被提供给电池B1～Bn。

第三半导体开关装置D31～D3n使用二极管来实施，但还可以使用诸如MOSFET、BJT、以及中继器的开关装置中的一者来实施。

再分配开关CSW连接在变压器T1～Tn的初级线圈的第二端的公共节点与地线(GND)之间，并且用于形成闭合电路，使得从串联电池释放的能量被提供给与除过充电电池之外的电池并联的变压器的初级线圈，并且将提供给与除过充电电池之外的电池并联的变压器的初级线圈的能量传递给所述变压器的次级线圈。

换句话说，再分配开关CSW响应于由电压检测和驱动信号生成单元100提供的高电平的第三驱动信号而导通，从而形成闭合电路，使得从过充电电池释放的能量被提供给与除过充电电池之外的电池并联的变压器的初级线圈。

在这种情况下，提供给变压器T1～Tn的初级线圈的能量被传递给其次级线圈。换句话说，由于变压器T1～Tn的初级线圈的同名端和次级线圈的同名端形成在同一侧，所以当再分配开关CSW导通时提供给变压器T1～Tn的初级线圈的能量立即被传递给其次级线圈。

因此，通过第三半导体开关装置D21～D2n以及电感器L1～Ln，传递给变压器T1～Tn的次级线圈的能量被提供给除过充电电池之外的电池(即过放电电池)。结果，过放电的电池被充电。

进一步地，再分配开关CSW响应于由电压检测和驱动信号生成单元100提供的低电平的第四驱动信号而断开，并且被配置为产生感测单元L1～Ln上的反电动势，并用存储在电感器L1～Ln中的能量来对除过充电电池之外的电池进行充电。

再分配开关CSW在充/放电控制开关SW1～SWn导通/断开的同时导通/断开，或者在充/放电控制开关SW1～SWn导通/断开之后导通/断开。

进一步地，再分配开关CSW使用N型MOSFET来实施，但是不限于N型MOSFET，并且还可以使用诸如P型MOSFET、BJT、二极管以及中继器的开关装置中的一者来实施。

电压检测和驱动信号生成单元100检测N个串联电池B1～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，生成高电平的第一和第三驱动信号以及低电平的第二和第四驱动信号，以使过充电的电池放电并对除过充电电池之外的电池充电，并且提供第一至第四驱动信号给充/放电控制开关SW1～SWn以及再分配开关CSW。这里，术语“参考电压”指的是从电池B1～Bn检测到的电压的平均电压。

电压检测和驱动信号生成单元100提供低电平的第二驱动信号给与并联于过充电电池的变压器的初级线圈相串联的充/放电控制开关，并提供高电平的第一驱动信号给与并联于除过充电电池之外的电池的变压器的初级线圈相串联的充/放电控制开关。

进一步地，当从过充电的电池释放能量时，电压检测和驱动信号生成单元100提供高电平的第三驱动信号给再分配开关CSW，并且在除过充电的电池之外的电池被充电时，提供低电平的第四驱动信号给再分配开关CSW。

在这种情况下，如果在几乎所有充/放电控制开关被导通或者电池的均衡充电几乎完成时，仅少量任意电池被电荷充电，则电压检测和驱动信号生成单元100提供第三和第四驱动信号给再分配开关CSW，所述第三和第四驱动信号中的每个信号都被形成为具有低占空比的脉宽调制(PWM)信号。执行这一过程以最初从N个串联电池释放一小部分电荷，从而防止过大电流流入当前正被充电的电池。

进一步地，电压检测和驱动信号生成单元100提供持续相同或不同ON/OFF时间的第一和第二驱动信号给充/放电控制开关SW1～SWn。

因此，较多能量被提供给与过放电电池中具有相对低电压的电池并联的变压器的初级线圈，而较少能量被提供给与具有相对高电压的电池并联的变压器的初级线圈。

电压检测和驱动信号生成单元100可以同时提供第一和第二驱动信号以及第三和第四驱动信号给充/放电控制开关SW1～SWn以及再分配开关CSW，或者可以在提供第一或第二驱动信号给充/放电控制开关SW1～SWn之后，提供第三或第四驱动信号给再分配开关CSW。

针对这一操作，如图3所示，电压检测和驱动信号生成单元100包括感测单元102、微控制器104、以及开关驱动电路单元106。

感测单元102与电池B1～Bn连接，并且该感测单元102被配置为检测电池B1～Bn中各个电池的电压。

微处理器104设定电池B1～Bn(该电池B1～Bn的电压由感测单元102检测)的平均电压作为参考电压，并在确定由感测单元102检测到的电压大于参考电压或者具有大于参考电压的可能性时，设定充/放电控制开关SW1～SW2以及再分配开关CSW的ON/OFF时间。

根据本发明的另一实施方式的均衡充电设备被实施为使得小容量的变压器分别与串联电池B1～Bn并联，不管N个串联电池B1～Bn的数量如何，从而使得在保持良好的均衡充电特性的同时，变压器的初级线圈和次级线圈能够容易地被制造。

进一步地，根据本发明的另一实施方式的均衡充电设备能够通过使用充/放电控制开关SW1～SWn根据N个串联电池B1～Bn的充电状态来控制流入电池的电荷流，所述充/放电控制开关SW1～SWn与变压器T1～Tn的初级线圈串联。

此外，根据本发明的另一实施方式的均衡充电设备能够在电池的均衡充电几乎完成或者在几乎所有的充/放电控制开关被导通时，在过电流流过少量任意电池的情况下，控制施加到再分配开关CSW的驱动信号的PWM占空比，从而防止过电流流入当前正被充电的电池。

下面描述根据本发明的另一实施方式的使用均衡充电设备来均衡串联电池的电压的方法。

在这种情况下，根据本发明的另一实施方式的均衡充电设备基于以下基本规则来实施：其中在电气充电装置或电气负载未连接到串联电池B1～Bn时执行串联电池B1～Bn的电荷均衡。但是，当电流容量高到使得变压器T1～Tn的初级线圈和再分配开关CSW作为旁路电路时，或者当充电电流或放电电流的量值较小时，即使电气充电装置或电气负载连接到串联电池B1～Bn，串联电池B1～Bn的电荷也能被均衡。

如果确定N个串联电池B1～Bn中的某些电池的电压高于参考电压、或者具有高于参考电压的可能性的情况下，则为了使过充电电池或几乎过充电的电池放电，以及为了对除过充电电池之外的电池(即过放电的电池)进行充电，电压检测和驱动信号生成单元100提供低电平的第二驱动信号给与并联于过充电电池的变压器的初级线圈相串联的充/放电控制开关，并且提供高电平的第一驱动信号给与并联于过放电电池的变压器的初级线圈相串联的充/放电控制开关。

因此，与并联于过充电电池的变压器的初级线圈相串联的充/放电控制开关断开，而与并联于除过充电电池之外的电池的变压器的初级线圈相串联的充/放电控制开关导通。

此时，电压检测和驱动信号生成单元100可以通过同时提供第一、第二以及第三驱动信号给充/放电控制开关和再分配开关来同时操作充/放电控制开关和再分配开关，或者可以在通过提供第一和第二驱动信号给充/放电控制开关来操作充/放电控制开关之后提供第三驱动信号给再分配开关CSW来操作再分配开关CSW。

因此，从串联电池B1～Bn释放的电荷被转化为磁能，并被存储在与除过充电电池之外的电池(即过放电电池)并联的变压器的初级线圈中。

因此，如图7所示，从串联电池B1～Bn释放的电荷转化为磁能，并且被存储在第一变压器和第N变压器Tn的初级线圈中。能量不被充电到其余变压器T2～Tn-1中，而被充电到第一变压器T1和第N变压器Tn中。

也就是说，第二开关SW2至第N-1开关SWn-1形成开路，从而防止由串联电池B1～Bn提供的电荷被存储在第二变压器T2至第N-1变压器Tn-1的初级线圈中。

此时，存储在与第一电池B1和第N电池Bn并联的第一变压器T1和第N变压器Tn的初级线圈中的能量分别被传递给所述变压器的次级线圈，传递给所述次级线圈的能量被转化为电荷，并且通过第二半导体开关装置D21和D2n以及电感器L1～Ln而被充电到第一电池B1和第N电池Bn中。进一步地，通过第一变压器T1和第N变压器Tn的次级线圈而提供的电荷被转化为磁能，并被存储在电感器L1～Ln中。

从而，如图8所示，产生了反电动势，使得存储在电感器L1～Ln中的能量转化为电荷，并且在第一电池B1和第N电池Bn中充电。

重复这一过程，直到N个串联电池B1～Bn的电压被均衡。为实现这一目的，电压检测和驱动信号生成单元100通过继续检测N个串联电池B1～Bn的电压而生成第一、第二、第三以及第四驱动信号，并且然后将所生成的信号提供给充/放电控制开关SW1～SWn以及再分配开关CSW。

图9是示出了根据本发明的又一实施方式的均衡充电设备的简图。

参考图9，根据本发明的另一实施方式的均衡充电设备包括N个变压器T1～Tn；充电装置C1和C2，和再分配开关CSW1和CSW2，与N个串联电池B1～Bn并联；N个充/放电控制开关SW1～SWn，分别连接在所述N个变压器T1～Tn的初级线圈的第一端与再分配开关CSW1和CSW2的公共节点之间；第一半导体开关装置D11～D1n，分别串联在连接在所述N个变压器T1～Tn的第一次级线圈的第一端与所述电池的B1～Bn正极(+)之间；第二半导体开关装置D21～D2n，分别连接在所述变压器T1～Tn的第二次级线圈的第二端与所述电池B1～Bn的正极之间；以及电压检测和驱动信号生成单元100，检测电池B1～Bn的电压，并使用检测到的电压控制所述充/放电控制开关SW1～SWn和所述再分配开关CSW1和CSW2。

N个变压器T1～Tn与N个串联电池B1～Bn并联，从而将N个串联电池B1～Bn中具有高于参考电压的电压的电池(即过充电电池)的电压减小到参考电压，并且将具有低于参考电压的电池(即过放电电池)的电压增大到参考电压。

变压器T1～Tn的初级线圈的第一端(其上形成同名端的一端)分别与充/放电控制开关SW1～SWn连接，而其第二端(其上没有形成同名端的一端)共同与彼此连接，并且从而连接到第一充电装置C1和第二充电装置C2的公共节点。

进一步地，变压器T1～Tn的第一次级线圈的第一端(其上形成同名端的一端)分别与第一半导体开关装置D11～D1n的阳极连接，而其第二端(其上没有形成同名端的一端)分别与电池B1～Bn的负极(-)连接。变压器T1～Tn的第二次级线圈的第一端(其上形成同名端的一端)分别与电池B1～Bn的负极连接，而其第二端(其上没有形成同名端的一端)分别与第二半导体开关装置D21～D2n的阳极连接。

换句话说，变压器T1～Tn的初级线圈的第一端通过充/放电控制开关SW1～SWn和第一再分配开关CSW1与电池B1～Bn的正极连接，而其第二端通过第二充电装置C2共同与地线(GND)连接。

进一步地，变压器T1～Tn的第一次级线圈的第一端通过第一半导体开关装置D11～D1n分别与电池B1～Bn的正极连接。第一次级线圈的第二端和第二次级线圈的第一端共同连接并且被连接到电池B1～Bn的负极。第二次级线圈的第二端(其上没有形成同名端的一端)分别通过第二半导体开关装置D21～D2n与电池B1～Bn的正极连接。

变压器T1～Tn中的每个变压器使用半桥变换器来实施，其中初级线圈、第一次级线圈一级第二次级线圈具有相同的极性，即其中在初级线圈上形成的同名端、在第一次级线圈上形成的同名端、以及在第二次级线圈上形成的同名端位于同一侧，并且其中次级线圈被分为两部分。

在变压器T1～Tn中的每个变压器中，初级线圈与次级线圈的匝数比是N1∶N2，以及第一次级线圈和第二次级线圈具有相同的匝数，其中N1大于N2。

第一和第二充电装置C1和C2与N个串联电池B1～Bn以及变压器T1～Tn并联，并且存储由N个串联电池B1～Bn提供的电荷。

也就是说，第一和第二充电装置C1～C2串联在N个串联电池B1～Bn的第一电池B1的正极与地线(GND)之间，并且被配置为存储由N个串联电池B1～Bn提供的电荷.

第一和第二充电装置C1～C2使用电容器来实施，但还可以使用电容器或电池来实施。进一步地，第一和第二充电装置C1～C2具有相同的电容。

在充电装置C1和C2与变压器T1～Tn之间，第一再分配开关CSW1和第二再分配开关CSW2与充电装置C1和C2以及变压器T1～Tn并联，并且被配置为形成闭合电路从而响应于由电压检测和驱动信号生成单元100提供的高电平的第一驱动信号而使N个电池B1～Bn中具有高于参考电压的电压的电池(即过充电电池)进行放电，并且对除过充电电池之外的电池(即具有等于或小于参考电压的电压的电池)进行充电。

为实现这一目的，第一和第二再分配开关CSW1和CSW2被操作使得在过充电电池被放电而其余电池被充电时，如果第一再分配开关CSW1导通，则第二再分配开关CSW2断开，以及如果第一再分配开关断开，则第二再分配开关CSW2导通。

第一再分配开关CSW1和第二再分配开关CSW2串联在N个串联电池B1～Bn的第一电池B1的正极与地线(GND)之间，而第一再分配开关CSW1和第二再分配开关CSW2的公共节点与充/放电控制开关SW1～SWn的第一端连接。

在这种情况下，第一和第二再分配开关CSW1和CSW2使用N型MOSFET来实施，但还可以使用诸如P型MOSFET、BJT、二极管、以及中继器的开关装置中的一种来实施。

充/放电控制开关SW1～SWn(是双向开关)使用N型MOSFET来实施，并且被配置为使得所述充/放电控制开关中的每个充/放电控制开关的内部二极管以相反方向被排列，且其门极接线端(gate terminal)共同与彼此连接。充/放电控制开关SW1～SWn连接在第一和第二再分配开关CSW1和CSW2的公共节点与变压器T1～Tn的初级线圈的第一端之间。

当电压检测和驱动信号生成单元100提供高电平的第三驱动信号时，充/放电控制开关SW1～SWn导通。因此，由N个串联电池B1～Bn提供的电荷通过双向开关被提供给变压器T1～Tn的初级线圈。

进一步地，当电压检测和驱动信号生成单元100提供低电平的第四驱动信号时，充/放电控制开关SW1～SWn导通。因此，由N个串联电池B1～Bn提供的电荷不被提供给变压器T1～Tn的初级线圈。下文将详细描述这一过程。

如上所述，充/放电控制开关SW1～SWn双向工作，从而串联电池B1～Bn的电压一直被均衡，无论电压检测和驱动信号生成单元100提供的驱动信号的状态(高或低)如何。

这里，充/放电控制开关SW1～SWn使用N型MOSFET来实施，但是并不限于N型MOSFET，并且还可以使用诸如P型MOSFET、BJT、以及中继器的装置中的一者来实施。

电压检测和驱动信号生成单元100检测N个串联电池B1～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，生成高电平的第一和第三驱动信号以及低电平的第二和第四驱动信号，从而对被充电到高于参考电压的电池(即过充电电池)进行放电，并对除过充电电池之外的电池充电，并且提供第一和第四驱动信号给再分配开关CSW1和CSW2以及充/放电控制开关SW1～SWn。这里，术语“参考电压”指的是从电池B1～Bn检测到的电压的平均电压。

电压检测和驱动信号生成单元100可替换地提供高电平的第一驱动信号和低电平的第二驱动信号给与电池B1～Bn并联的第一再分配开关CSW1和第二再分配开关CSW2，从而从N个串联电池B1～Bn中的过充电电池释放能量，并将能量存储在过放电电池中。

在这种情况下，当电压检测和驱动信号生成单元100将低电平的第二驱动信号提供给第一再分配开关CSW1和第二再分配开关CSW2时，不执行均衡串联电池B1～Bn的电荷的操作。

进一步地，当电压检测和驱动信号生成单元100将高电平的第一驱动信号提供给第一再分配开关CSW1和第二再分配开关CSW2、而将高电平的第三驱动信号和低电平的第四驱动信号中的一者提供给充/放电控制开关SW1～SWn时，电池B1～Bn中的过充电电池继续被放电到使电压下降到参考电压，而过放电电池继续充电到使电压上升到参考电压。

从而，所有的N个串联电池B1～Bn的电压都被均衡。

在这种情况下，如果当几乎所有充/放电控制开关导通或者当电池的均衡充电几乎完成时仅少量电池被用电荷充电的话，则电压检测和驱动信号生成单元100可替换地提供第三驱动信号和第四驱动信号(其中每个都形成为具有低占空比的PWM信号)给第一再分配开关CSW1和第二再分配开关CSW2。这一过程被执行，以最初从N个串联电池释放少量电荷，从而防止过大电流流入当前正被充电的电池。

如图3所示，电压检测和驱动信号生成单元100包括感测单元102、微控制器104、以及开关驱动电路单元106。

微处理器104设定电池B1～Bn(该电池B1～Bn的电压由感测单元102检测)的平均电压作为参考电压，并当确定由感测单元102检测到的电压大于参考电压或者具有大于参考电压的可能性时设定充/放电电池所需的充/放电控制开关SW1～SWn以及再分配开关CSW1和CSW2的ON/OFF时间。

开关驱动电路单元106响应于从微控制器104输入的信号而生成第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号以及第四驱动信号，并将所述信号提供给充/放电控制开关SW1～SWn中的各个开关以及各个再分配开关CSW1和CSW2。

根据本发明的又一实施方式的均衡充电设备被实施使得小容量的变压器分别与串联电池B1～Bn并联，不管N个串联电池B1～Bn的数量如何，从而使得在保持良好的均衡充电特性的同时，变压器的初级线圈和次级线圈能够容易地被制造。

进一步地，根据本发明的又一实施方式的均衡充电设备能够通过使用再分配开关CSW1和CSW2来根据N个串联电池B1～Bn的充电状态控制进入电池的电荷流，所述再分配开关CSW1和CSW2与N个串连电池并联。

此外，根据本发明的又一实施方式的均衡充电设备能够在电池的均衡充电几乎完成、或者在几乎所有的充/放电控制开关被导通时，在过电流流过少量任意电池的情况下，控制施加到再分配开关CSW1和CSW2的驱动信号的PWM占空比，从而防止过电流流入当前正被充电的电池。

下面描述根据本发明的又一实施方式的使用均衡充电设备来均衡串联电池的电压的方法。

在这种情况下，根据本发明的又一实施方式的均衡充电设备基于以下基本规则来实施：其中在电气充电装置或电气负载未连接到串联电池B1～Bn时执行串联电池B1～Bn的电荷均衡。但是，当电流容量高到使得变压器T1～Tn的初级线圈和再分配开关CSW作为旁路电路时，或者当充电电流或放电电流的量值较小时，即使电气充电装置或电气负载连接到串联电池B1～Bn，串联电池B1～Bn的电荷也能被均衡。

在这种情况下，电压检测和驱动信号生成单元100通过提供低电平的第二驱动信号给开关CSW1和CSW2来断开与N个串联电池B1～Bn并联的第一和第二再分配开关CSW1和CSW2。

此后，如果确定N个串联电池B1～Bn中的某些电池的电压大于参考电压、或者具有大于参考电压的可能，则为了对过充电的电池或几乎过充电的电池进行放电，以及为了对除过充电电池之外的电池进行充电，电压检测和驱动信号生成单元100提供高电平的第一驱动信号给与N个串联电池B1～Bn并联的变压器的初级线圈并联的第一再分配开关CSW1，并且提供低电平的第二驱动信号给第二再分配开关CSW2。

进一步地，电压检测和驱动信号生成单元100提供低电平的第四驱动信号给与并联于过充电电池的变压器的初级线圈的第一端相连接的充/放电控制开关，并且提供高电平的第三驱动信号给与并联于除过充电电池之外的电池的变压器的初级线圈的第一端相连接的充/放电控制开关。

结果，从N个串联电池B1～Bn释放的电荷转化为磁能，并被存储在与除过充电电池之外的电池并联的变压器的初级线圈中，并且存储在所述初级线圈中的磁能被传递到变压器的第一次级线圈。传递到第一次级线圈的磁能转化为电荷，并被提供给除过充电电池之外的电池。

换句话说，如图10所示，当除第一电池B1和第N电池Bn之外的电池被过充电时，第一再分配开关CSW1、第一充/放电控制开关SW1、以及第N充/放电控制开关SWn断开，并且第二再分配开关CSW2以及第二至第N～1充/放电控制开关SW2～SWn-1响应于由电压检测和驱动信号生成单元100提供的高电平的第一和第三驱动信号以及低电平的第二和第四驱动信号而断开。

从而，从N个串联电池B1～Bn释放的电荷通过第一再分配开关CSW1和第一充/放电控制开关SW1被提供给第一变压器T1的初级线圈，并且还通过第一再分配开关CSW1和第N充/放电控制开关SWn被提供给第N变压器Tn的初级线圈。

在这种情况下，提供给第一变压器T1和第N变压器Tn的初级线圈的电荷被传递给变压器的第一次级线圈，并且从而被提供给第一电池B 1和第n电池Bn。

进一步地，从N个串联电池B1～Bn提供的电荷被存储在第二充电装置C2中。

结果，电池B1和第N电池Bn用从过充电电池提供的电荷充电，并且除第一电池B1和第N电池Bn之外的电池的内部电压降低，同时其余电池被放电。

此后，电压检测和驱动信号生成单元100提供低电平的第二驱动信号给第一再分配开关CSW1，并提供高电平的第一驱动信号给第二再分配开关CSW2。

结果，第一再分配开关CSW1断开，而第二再分配开关CSW2导通。

从而，如图11所示，第一充/放电控制开关SW1和第N充/放电控制开关SWn与第二再分配开关CSW2一起形成闭合电路，使得从N个串联电池B1～Bn释放的电荷被提供给第一变压器T1和第N变压器Tn的初级线圈。

此时，由于由N个串联电池B1～Bn提供的电荷被提供给第一变压器T1和第N变压器Tn的初级线圈的第二端，电流以反(-)方向流过第一变压器T1和第N变压器Tn的初级线圈。

流入第一变压器T1和第N变压器Tn的初级线圈的电流流出第一变压器T1和第N变压器Tn的次级线圈，并且从而通过第二半导体开关装置D21～D2n提供给第一电池B1和第N电池Bn。

结果，第一电池B1和第N电池Bn用由过充电电池提供的电荷充电，而除第一电池B1和第N电池Bn之外的电池的内部电压减低，同时其余电池被放电。

这一过程被重复，直到N个串联电池B1～Bn的电压被均衡。为实现这一目的，电压检测和驱动信号生成单元100通过继续检测N个串联电池B1～Bn的电压而生成高电平的第一和第三驱动信号以及低电平的第二和第四驱动信号，并且然后将所生成的信号提供给第一再分配开关CSW1、第二再分配开关CSW2、以及充/放电控制开关SW1～SWn。

Claims

1.一种均衡充电设备，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个串联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个串联电池的正极端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N个串联电池的各自的正极之间；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。

2.根据权利要求1所述的均衡充电设备，其中在所述N个变压器中的每个变压器中，所述初级线圈与所述次级线圈的匝数比是N1∶N2。

3.根据权利要求2所述的均衡充电设备，其中N1大于N2。

4.根据权利要求3所述的均衡充电设备，该均衡充电设备还包括：

N个电感器，分别连接在所述N个第一半导体开关装置与所述N个串联电池的正极之间；以及

第二半导体开关装置，连接在所述N个串联电池的负极与所述第一半导体开关装置和所述电感器的公共节点之间。

5.根据权利要求4所述的均衡充电设备，其中所述充/放电控制开关单元中的每个充/放电控制开关单元包括：

充/放电控制开关，被驱动以防止由所述N个串联电池提供的电荷被提供给与所述过充电电池并联的变压器的初级线圈，并将由所述N个串联电池提供的电荷提供给除所述过充电电池以外的电池；以及

第三半导体开关装置，被配置为防止由所述变压器的初级线圈提供的电荷被提供给所述N个串联电池。

6.根据权利要求5所述的均衡充电设备，其中所述第三半导体开关装置连接在所述充/放电控制开关与所述变压器的初级线圈的第一端之间，或者连接在所述N个串联电池的第一电池的正极与所述充/放电控制开关之间。

7.根据权利要求6所述的均衡充电设备，其中所述变压器中的每个变压器被实施为使得所述初级线圈上形成的同名端与所述次级线圈上形成的同名端位于不同侧。

8.根据权利要求6所述的均衡充电设备，其中所述变压器中的每个变压器被实施为使得所述初级线圈上形成的同名端与所述次级线圈上形成的同名端位于同一侧。

9.根据权利要求6所述的均衡充电设备，其中所述第一半导体开关装置、所述第二半导体开关装置以及所述第三半导体开关装置是金属氧化物半导体场效应管、双极结晶体管、继电器以及二极管中的一者。

10.根据权利要求9所述的均衡充电设备，其中所述第一半导体开关装置、所述第二半导体开关装置以及所述第三半导体开关装置是二极管。

11.根据权利要求6所述的均衡充电设备，其中所述充/放电控制开关和所述再分配开关是金属氧化物半导体场效应管、双极结晶体管以及继电器中的一者。

12.根据权利要求11所述的均衡充电设备，其中所述充/放电控制开关和所述再分配开关是N-型金属氧化物半导体场效应管。

13.根据权利要求1所述的均衡充电设备，其中所述电压检测和驱动信号生成单元包括：

感测单元，用于检测所述N个串联电池的电压；

微处理器，用于根据由所述感测单元检测到的电压来设定所述充/放电控制开关和所述再分配开关的导通/断开时间；以及

开关驱动电路单元，用于响应于从所述微控制器输入的信号而生成用于驱动所述充/放电控制开关和所述再分配开关所需的驱动信号。

14.一种均衡充电设备，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；

第一充电装置和第二充电装置，与所述N个串联电池并联；

串联的第一再分配开关和第二再分配开关，与所述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，连接在所述第一再分配开关和所述第二再分配开关的公共节点与所述变压器的初级线圈的第一端之间，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个变压器的第一次级线圈与所述N个串联电池的各自的正极之间；以及

N个第二半导体开关装置，分别连接在所述N个变压器的第二次级线圈与所述N个串联电池的各自的正极之间；以及

15.根据权利要求14所述的均衡充电设备，其中在所述N个变压器中的每个变压器中，所述初级线圈与所述次级线圈的匝数比是N1∶N2，并且所述第一次级线圈与所述第二次级线圈具有相同的匝数。

16.根据权利要求15所述的均衡充电设备，其中N1大于N2。

17.根据权利要求16所述的均衡充电设备，其中所述变压器中的每个变压器被实施为使得所述初级线圈上形成的同名端与所述第一次级线圈和所述第二次级线圈上形成的同名端位于同一侧。

18.根据权利要求14所述的均衡充电设备，其中所述第一半导体开关装置和所述第二半导体开关装置是金属氧化物半导体场效应管、双极结晶体管、继电器以及二极管中的一者。

19.根据权利要求18所述的均衡充电设备，其中所述第一半导体开关装置和所述第二半导体开关装置是二极管。

20.根据权利要求19所述的均衡充电设备，其中所述再分配开关是金属氧化物半导体场效应管、双极结晶体管以及继电器中的一者。

21.根据权利要求14所述的均衡充电设备，其中所述电压检测和驱动信号生成单元包括：

感测单元，用于检测所述N个串联电池的电压；