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TW201403997A - 平衡電池單元的平衡電路 - Google Patents

平衡電池單元的平衡電路 Download PDF

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TW201403997A
TW201403997A TW102124968A TW102124968A TW201403997A TW 201403997 A TW201403997 A TW 201403997A TW 102124968 A TW102124968 A TW 102124968A TW 102124968 A TW102124968 A TW 102124968A TW 201403997 A TW201403997 A TW 201403997A
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Fu-Sheng Tsai
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Fu-Sheng Tsai
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Abstract

平衡複數個電池單元的平衡電路，包含控制單元、電感單元及能量轉移單元。該控制單元耦接於該複數個電池單元之中的至少一電池單元。該控制單元包含至少一開關元件。該電感單元耦接於該開關元件與該電池單元之間，用以依據該開關元件之開關狀態來取走該電池單元的多餘能量，並據以產生對應於該多餘能量之感應能量。該能量轉移單元係耦接於該電感單元，用以將該感應能量提供給該複數個電池單元，並儲存該感應能量。

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。該平衡電路包含一控制單元、一電感單元以及一能量轉移單元。該控制單元係耦接於該複數個電池單元之中的至少一電池單元，其中該控制單元包含至少一開關元件。該電感單元係耦接於該開關元件與該電池單元之間，用以依據該開關元件之開關狀態來取走該電池單元的一多餘能量，並據以產生對應於該多餘能量之一感應能量。該能量轉移單元係耦接於該電感單元，用以將該感應能量提供給該複數個電池單元，並儲存該感應能量。
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(例如，能量轉換效率高之返馳式轉換電路)以簡化電路設計與增加設計彈性，並可採用自激式振盪器來簡化控制機制與降低成本。
100、200、400、500‧‧‧電池系統
102、202、402、502‧‧‧平衡電路
112、212、512‧‧‧控制單元
122、222、522‧‧‧電感單元
132、232、532‧‧‧能量轉移單元
242‧‧‧控制電路
244‧‧‧邏輯電路
246、452‧‧‧自激式振盪器
248‧‧‧閘極驅動器
442_1~442_n‧‧‧能量調整電路
446_1~446_n‧‧‧邏輯單元
448_1~448_n‧‧‧調整單元
BAT+、BAT-、N+、N-、NA、NB、NC、ND、N‧‧‧端點
VB_1~VB_n、BM_1~BM_n、BM_x、SBM_1~SBM_n、BP_1~BP_n‧‧‧電池單元
SW_1~SW_2、Q_1~Q_n、Q_x‧‧‧開關元件
LP_1~LP_n、LP_x、LS_1~LS_n、LS_x、LS‧‧‧繞組
BD_1~BD_n‧‧‧本體二極體
D、ED_1~ED_n、ED_x、ED、D_1~D_n‧‧‧二極體
C_1~C_n、C_x、C‧‧‧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圖所示之平衡電路之局部電路之一實作範例的示意圖。
第4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5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+(例如，一高壓側(high side terminal))與端點BAT-(例如，一低壓側(low side terminal))來提供一外接電子裝置(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)、放電(discharging)或靜置/閒置(idle)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，再將其提供給所有的複數個電池單元VB_1~VB_n，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所有的複數個電池單元VB_1~VB_n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)一控制單元112、一電感單元122以及一能量轉移單元132，其中控制單元112係耦接於複數個電池單元VB_1~VB_n，並包含複數個開關元件SW_1~SW_n，其中複數個開關元件SW_1~SW_n係分別對應複數個電池單元VB_1~VB_n來設置(亦即，一開關元件對應一電池單元)。對於開關元件SW_1與相對應之電池單元VB_1來說，電感單元122係耦接於兩者之間；相似地，對於開關元件SW_2/SW_n與相對應之電池單元VB_2/VB_n來說，電感單元122亦耦接於兩者之間。由於複數個開關元件SW_1~SW_n可分別控制電感單元122之磁 通量的方向，因此，可藉由複數個開關元件SW_1~SW_n之開關狀態來控制複數個電池單元VB_1~VB_n與電感單元122之間的能量傳遞。
舉例來說，在電池單元VB_1之電壓過高的情形下(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)，電感單元122可依據開關元件SW_1之開關狀態來取走電池單元VB_1之一多餘能量EO，並據以產生對應多餘能量EO之一感應能量(inductive energy)EI。感應能量EI可經由能量轉移單元132(耦接於電感單元122)來提供給複數個電池單元VB_1~VB_n。於一實作範例中，能量轉移單元132可將感應能量EI傳送至端點BAT+，以對複數個電池單元VB_1~VB_n進行電壓平衡。於另一實作範例中，能量轉移單元132可耦接於端點BAT+與端點BAT-之間，以將感應能量EI提供給複數個電池單元VB_1~VB_n。
於此實施例中，電感單元122可儲存所產生之感應能量EI，並可根據開關元件之開關狀態來將感應能量EI傳遞至能量轉移單元132。能量轉移單元132可具有一濾波元件(未顯示於第1圖中)，其可用來降低/消弭漣波(ripple)，此外，能量轉移單元132也可以儲存感應能量EI，以維持穩定的能量供應，並可視實際需求來調整感應能量EI以提供予複數個電池單元VB_1~VB_n。
於一設計變化中，控制單元112也可以僅耦接於複數個電池單元VB_1~VB_n之其一，舉例來說，控制單元112所包含的開關元件只有開關元件SW_1，因此，電感單元122僅耦接於開關元件SW_1與電池單元VB_1之間。也就是說，本發明所提供之電池平衡機制也可以用來只對單一電池單元進行電壓監測與調整，以將該單一電池之多餘能量提供給所有的電池單元。值得注意的是，上述複數個電池單元VB_1~VB_n中每一電池單元可以 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)。
由第1圖可知，每一電池單元均可耦接於相對應之開關元件，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BM_1~BM_n以及平衡電路202，其中複數個電池單元BM_1~BM_n分別為複數個電池模組，以及平衡電路202係採用返馳式轉換器(flyback converter)之設計來實現模組化的架構。然而，熟習技藝者應可了解，複數個電池單元BM_1~BM_n並不限定於電池模組的架構，以及平衡電路202也不限定於返馳式轉換器之架構。
相似地，複數個電池單元BM_1~BM_n係彼此串接於端點BAT+與端點BAT-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包含一控制單元212，其包含有複數個開關元件Q_1~Q_n，其中複數個開關元件Q_1~Q_n分別由具有複數個本體二極體(body diode)BD_1~BD_n之複數個電晶體(transistor)來實作出。舉例來說(但本發明並不侷限於此)，複數個開關元件Q_1~Q_n之至少其一可由一金氧半場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)來實作出。平衡電路202另包含電感單元222與能量轉移單元232，其中電感單元222包含一一次側以及一二次側，其中該一次側包含複數個第一繞組(winding)LP_1~LP_n，以及該二次側包含複數個第二繞組LS_1~LS_n，以及能量轉移單元232包含複數個二極體ED_1~ED_n與複數個電容C_1~C_n。於此實作範例中，控制單元212可用來實作出第1圖所示之控制單元112、電感單元222可用來實作出第1圖所示之電感單元122，以及能量轉移 單元232可用來實作出第1圖所示之能量轉移單元132。
由第2圖可知，電感單元222之中的各第一繞組係耦接於相對應之開關元件與相對應之電池單元之間，各第二繞組係耦合於相對應之第一繞組，以及複數個二極體ED_1~ED_n分別耦接於複數個第二繞組LS_1~LS_n，其中每一二極體之兩端分別耦接於相對應之電容與相對應之第二繞組(亦即，各二極體係耦接於相對應之電容與相對應之第二繞組之間)，以及每一電容之兩端分別耦接於相對應之二極體與相對應之第二繞組(亦即，各電容係耦接於相對應之二極體與相對應之第二繞組之間)。更具體地說，可將每一電池單元視為耦接於具有返馳式轉換電路架構的電路模組。以電池單元BM_1為例，其係耦接於由開關元件Q_1、第一繞組LP_1、第二繞組LS_1、二極體ED_1與電容C_1所構成的返馳式轉換電路架構。
另外，能量轉移單元232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，能量轉移單元232係經由電阻R/二極體D來電性連接至端點BAT+，換言之，感應能量EI可經由電阻R與二極體D所構成的傳送路徑來提供給複數個電池單元BM_1~BM_n。這樣的好處之一在於能量轉移單元232所包含之複數個電容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202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。再者，對複數個電容C_1~C_n進行預充電以可以提昇電路運作的速度。
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-間。因此，每一電容所儲存的能量(亦即，能量轉移單元232所儲存之能量)不僅可互相流通，也可提供給所有的電池單元。
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，可將電阻R與二極體D改為分別耦接於端點BAT-與端點N-之間。於另一設計變化中，省略電阻R與二極體D之中至少其一也是可行的。另外，也可以將上述阻抗元件(例如，電阻R)與二極體(例如，二極體D)設置於第1圖所示之電池系統100以提昇電池平衡機制的效能。
考慮電池單元BM_1之電壓過高的情形(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)。當開關元件Q_1由關斷切換為導通時，電池單元BM_1之多餘能量EO會轉換為感應能量EI並儲存在第一繞組LP_1裡。接下來，當開關元件Q_1再度關斷時，感應能量EI會透過第一繞組LP_1與第二繞組LS_1之間的耦合作用來傳遞至能量轉移單元232(例如，複數個電容C_1~C_n)，並經由電阻R與二極體D所構成的傳送路徑來提供給複數個電池單元BM_1~BM_n。由於熟習返馳式轉換器之運作原理的人員應可輕易地了解上述能量轉換/傳遞的原理與細節，故進一步的說明在此便不再贅述。
由上可知，針對具有過高電壓之電池單元所對應的開關元件進行開關狀態的切換，即可將多餘能量轉移至能量轉移單元，進而提供給所有的電池單元。因此，除了將單一電池單元之多餘能量提供給所有的電池單元，本發明所提供之電池平衡機制也可將複數個電池單元之多餘能量提供給所有的電池單元。
上述開關元件之開關狀態的切換可透過一控制電路來控制之。請連同第2圖來參閱第3圖，第3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另包含一控制電路242，其係用以產生一驅動訊號S_G來控制電池單元BM_x所耦接之返馳式轉換電路之操作，其中電池單元BM_x表示複數個電池單元BM_1~BM_n的其中之一(亦即，索引值x係為介於1~n之間的正整數)，以及開關元件Q_x(具有本體二極體BD_x)、第一繞組LP_x、第二繞組LS_x、二極體ED_x與電容C_x係為相對應之返馳式轉換電路元件。值得注意的是，控制電路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，故控制電路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BM_1~BM_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以控制開關元件Q_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BM_1~BM_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(duty cycle)的資訊，因此，電池單元BM_x所釋放/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。
請注意，第3圖所示之控制電路242之電路架構係僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於一設計變化中，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。於另一設 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。
請再次參閱第2圖。平衡電路202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。當平衡電路202應用於高電壓之電池系統時，僅需將平衡電路202之電路元件的耐壓性提高，即可維持電池系統之正常運作，此外，也可以增加一能量調整電路而無需提昇平衡電路202之電路元件的耐壓性，以維持電池系統之正常運作。請參閱第4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。電池系統400所包含之平衡電路402之架構係基於第2圖所示之電池系統202的架構，而兩者之間主要的差別在於平衡電路402另包含至少一能量調整電路442_n。能量調整電路442_n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SBM_1~SBM_n。
於此實作範例中，當感應能量EI較低時(例如，未超過48伏特)，能量調整電路442_n不會對感應能量EI進行調整，換言之，平衡電路402之電池平衡機制與第2圖所示之平衡電路402的電池平衡機制大致相同/相似。當平衡電路402應用於高電壓之電池系統時(亦即，複數個電池單元SBM_1~SBM_n之額定電壓為高電壓)，感應能量EI可能會比較高(例如，超過48伏特)，因此，可利用能量調整電路442_n來對感應能量EI進行升壓轉換(亦即，能量調整電路442_n可以是一升壓轉換電路(boost converter circuit))，並據以提供予複數個電池單元SBM_1~SBM_n，以維持電池系統之正常運作。
實作上，能量調整電路442_n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+(亦即，高壓側)與端點BAT-(亦即，低壓側)，因此，能量調整電路442_n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442_n可包含一邏輯單元(logic unit)446_n以及一調整單元448_n。邏輯單元446_n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DR。調整單元448_n係耦接於邏輯單元446_n，用以依據判斷結果DR來調整感應能量EI。舉例來說，邏輯單元446_n可採用磁滯門檻化(voltage threshold with a hysteresis)的判斷邏輯，因此，當判斷結果DR指示出感應能量EI位於磁滯區間(hysteresis band)外時，調整單元448_n可對感應能量EI進行調整。
平衡電路402另可包含一自激式振盪器452，其係用以產生一振盪訊號S_C來控制能量調整電路442_n之能量調整操作。舉例來說，在能量調整電路442_n係為一升壓轉換電路的情形下，能量調整電路442_n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3圖所示之控制電路242的設計概念來實作出能量調整電路442_n相對應之控制電路(並未顯示於第4圖中)。
值得注意的是，平衡電路402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。於第4圖所示之實作範例中，複數個電容C_1~C_n分別耦接複數個能量調整電路442_1~442_n，其中複數個能量調整電路442_1~442_n可視實際設計需求來啟用之，並可分別包含複數個邏輯單元446_1~446_n以及複數個調整單元448_1~448_n。於此實作範例中，僅需啟 用複數個能量調整電路442_1~442_n的其中之一(例如，能量調整電路442_n)即可實現上述升壓轉換操作，其中未被啟用之能量調整電路係以虛線表示之。於另一實作範例中，也可以只設置單一能量調整電路(例如，能量調整電路442_n)於平衡電路402之中。
請參閱第5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500所包含之平衡電路502之架構係基於第2圖所示之電池系統202的架構，而兩者之間主要的差別在於電感單元所包含之繞組的個數與耦合方式。電池系統500包含複數個電池單元BP_1~BP_n(例如，複數個電池組)、一控制單元512、一電感單元522以及一能量轉移單元532。控制單元512包含第2圖所示之複數個開關元件Q_1~Q_n。電感單元522包含一一次側以及一二次側，其中該一次側包含複數個第一繞組LP_1~LP_n，以及該二次側包含一第二繞組LS。第二繞組LS係耦合於複數個第一繞組LP_1~LP_n。能量轉移單元532包含有一二極體ED以及一電容C，其中二極體ED係耦接於第二繞組LS，以及電容C係耦接於二極體ED與第二繞組LS。於此實作範例中，二極體ED之兩端分別耦接於電容C與第二繞組LS(亦即，二極體ED係耦接於電容C與第二繞組LS之間)，以及電容C之兩端分別耦接於二極體ED與第二繞組LS(亦即，電容C係耦接於二極體ED與第二繞組LS之間)。
相似地，針對具有過高電壓之電池單元所對應的開關元件進行開關狀態的切換，即可將多餘能量轉移至能量轉移單元，進而提供給所有的電池單元。另外，可採用第3圖所示之控制電路242來控制複數個開關元件Q_1~Q_n之開關操作。
於此實作範例中，能量轉移單元532另包含第2圖所示之二極體 D。由於熟習技藝者經由閱讀第2圖的相關說明之後，應可了解電容C可經由一阻抗元件(例如，第2圖所示之電阻R)及/或二極體D來電性連接於端點BAT+與端點BAT-之間，故該阻抗元件、二極體D與電容C於電池系統500之中的配置方式與功效在此便不再贅述。
值得注意的是，由於複數個第一繞組LP_1~LP_n係彼此耦合，因此，當電池單元之間的電壓差過大時，可能會在電池單元之間產生過電流。舉例來說，當第一繞組LP_1所取走的多餘能量EO會耦合至第一繞組LP_2，且電池單元BP_1之電壓高過電池單元BP_2之電壓許多時，過大的電流會自端點N流入開關元件Q_1，造成電池系統500的損壞。因此，控制單元512另可包含複數個二極體D_1~D_n，其係分別耦接於複數個開關元件Q_1~Q_n與複數個電池單元BP_1~BP_n之間，用以防止/阻絕過電流。
於一設計變化中，複數個二極體D_1~D_n也可以分別耦接於複數個第一繞組LP_1~LP_n與複數個電池單元BP_1~BP_n之間。於另一設計變化中，複數個二極體D_1~D_n也可以分別耦接於複數個開關元件Q_1~Q_n與複數個第一繞組LP_1~LP_n之間。簡言之，可採用單向式開關元件來實作出控制單元所包含之開關元件，以防止/阻絕過電流。由於熟習技藝者在閱讀第1圖~第4圖的相關說明之後，應可輕易地了解第5圖所示之電池系統500之操作細節，故進一步的說明在此便不再贅述。
請注意，上述單向式開關元件的架構也可以應用於第1圖/第2圖/第4圖所示之電池平衡機制中，也就是說，控制單元112/212也可以包含至少一二極體，以實作出單向式開關元件。另外，第1圖/第2圖/第4圖/第5圖所示之電池平衡機制也可以用來只對單一電池單元進行電壓監測與調整，以將該單一電池之多餘能量提供給所有的電池單元。
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(例如，能量轉換效率高之返馳式轉換電路)以簡化電路設計與增加設計彈性，並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。
200‧‧‧電池系統
202‧‧‧平衡電路
212‧‧‧控制單元
222‧‧‧電感單元
232‧‧‧能量轉移單元
BAT+、BAT-、N+、N-‧‧‧端點
BM_1~BM_n‧‧‧電池單元
Q_1~Q_n、Q_x‧‧‧開關元件
LP_1~LP_n、LS_1~LS_n‧‧‧繞組
BD_1~BD_n‧‧‧本體二極體
ED_1~ED_n‧‧‧二極體
C_1~C_n‧‧‧電容
R‧‧‧電阻

Claims (17)

  1. 一種用來平衡複數個電池單元的平衡電路，包含：一控制單元，耦接於該複數個電池單元之中的至少一電池單元，其中該控制單元包含至少一開關元件；一電感單元，耦接於該開關元件與該電池單元之間，用以依據該開關元件之開關狀態來取走該電池單元的一多餘能量，並據以產生對應於該多餘能量之一感應能量；以及一能量轉移單元，耦接於該電感單元，用以將該感應能量提供給該複數個電池單元，並儲存該感應能量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之平衡電路，其中該電感單元包含有：一一次側，包含：一第一繞組，耦接於該開關元件；以及一二次側，包含：一第二繞組，耦合於該第一繞組；其中該第一繞組係依據該開關元件之開關狀態來將該多餘能量儲存為該感應能量，以及該感應能量係經由第二繞組傳遞至該能量轉移單元。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之平衡電路，其中該控制單元另包含：至少一二極體，其中該二極體係耦接於該開關元件與該電池單元之間、該第一繞組與該電池單元之間或該開關元件與該第一繞組之間。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之平衡電路，其中該能量轉移單元包含有：一二極體，耦接於該第二繞組；以及一電容，耦接於該二極體以及該第二繞組，其中該二極體係耦接於該電容與該第二繞組之間，以及該電容係耦接於該二極體與該第二繞組之 間。
  5. 如申請專利範圍第4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，以及該電容係耦接於該高壓側與該低壓側之間。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之平衡電路，另包含：一能量調整電路，耦接於該電容，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。
  7. 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；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電容的兩端；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。
  8. 如申請專利範圍第6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。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之平衡電路，其中該能量調整電路包含：一邏輯單元，用來判斷該電容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。
  10. 如申請專利範圍第6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。
  11. 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；該能量轉移單元係電性連接於該高壓側與該低壓側之間；以及該能量轉移單元包含一阻抗元件，耦接於該高壓側與該低壓側之其一；以及一二極體，耦接於該高壓側與該低壓側之其一。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之平衡電路，另包含：一控制電路，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，以及該控制電路係依據該振盪訊號來產生一驅動訊號以控制該開關元件之開關狀態。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之平衡電路，其中該控制單元係耦接於該複數個電池單元，該至少一開關元件包含複數個開關元件，該複數個開關元件分別對應該複數個電池單元來設置，以及該電感單元包含：一一次側，包含：複數個第一繞組，其中每一第一繞組係耦接於一開關元件與一電池單元之間；以及一二次側，包含：複數個第二繞組，分別耦合於該複數個第一繞組；以及該能量轉移單元包含有：複數個二極體，分別耦接於該複數個第二繞組；以及複數個電容，分別耦接於該複數個二極體且分別耦接於該複數個第二繞組，其中每一二極體係耦接於一電容與一第二繞組之間，每一電容係耦接於一二極體與一第二繞組之間，以及該複數個電容係彼此並聯； 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，以及彼此並聯之該複數個電容係電性連接於該高壓側與該低壓側之間。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之平衡電路，其中該能量轉移單元包含：一阻抗元件，耦接於該高壓側與該複數個電容之間或該低壓側與該複數個電容之間；以及一二極體，耦接於該高壓側與該複數個電容之間或該低壓側與該複數個電容之間。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之平衡電路，其中該控制單元係耦接於該複數個電池單元，該至少一開關元件包含複數個開關元件，該複數個開關元件分別對應該複數個電池單元來設置，以及該電感單元包含有：一一次側，包含：複數個第一繞組，其中每一第一繞組係耦接於一開關元件與一電池單元之間；以及一二次側，包含：一第二繞組，耦合於該複數個第一繞組；以及該能量轉移單元包含有：一第一二極體，耦接於該第二繞組；以及一電容，耦接於該第一二極體與該第二繞組，其中該第一二極體係耦接於該電容與該第二繞組之間，以及該電容係耦接於該第一二極體與該第二繞組之間；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，以及該電容另電性連接於該高壓側與該低壓側之間。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之平衡電路，其中該能量轉移單元包含一阻 抗元件，以及該阻抗元件係耦接於該高壓側與該電容之間或該低壓側與該電容之間。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之平衡電路，其中該能量轉移單元包含一第二二極體，以及該第二二極體係耦接於該高壓側與該電容之間或該低壓側與該電容之間。
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