CN102738860A

CN102738860A - 电池均衡装置和堆叠均衡装置

Info

Publication number: CN102738860A
Application number: CN2012101794023A
Authority: CN
Inventors: 李桢
Original assignee: Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Current assignee: Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-06-04
Also published as: US20130320914A1; CN102738860B

Abstract

公开了一种电池均衡装置和堆叠均衡装置。根据本发明一个实施例的电池均衡装置，包括：电池组，具有阳极和阴极，包括N个串联的电池单元，其中每个电池单元均具有阳极和阴极，N是大于1的整数；电感，具有第一端和第二端；第一整流开关，耦接于所述电池组的阳极和所述电感的第一端之间；第二整流开关，耦接于所述电池组的阴极和所述电感的第一端之间；第三整流开关，耦接于所述电池组的阳极和所述电感的第二端之间；第四整流开关，耦接于所述电池组的阴极和所述电感的第二端之间；以及N+1个受控开关，其中每个电池单元的阳极和阴极均通过受控开关分别耦接至所述电感的两端。

Description

电池均衡装置和堆叠均衡装置

技术领域

本发明的实施例涉及电子电路装置，更具体但是并非排它地涉及用于均衡电池单元的电池均衡装置和堆叠均衡装置。

背景技术

近年来，越来越多的产品采用由电池单元串联而成的电池组做为主要电源。由于每个电池单元在容量、充放电、内阻抗和温度特性等方面的差异，会造成电池单元之间的不均衡。这种不均衡现象使得整个电池组的容量减小、寿命缩短或者内阻过大。因此，均衡装置被采用以调节电池电量（电压），进而确保安全性和稳定性。

2011年6月29日公开的发明专利《新型电池均衡电路及其调节方法》（公开号：CN102111003A）公开了一种电池均衡装置。相比于传统技术中的有源均衡电路，该申请提出的技术方案提高了能量转移的效率。但是，该技术方案采用的装置过于复杂，使得电池均衡装置的成本居高不下。

发明内容

考虑到现有技术中的一个或多个问题，本发明提供了结构简单且成本低廉的用于均衡电池单元的电池均衡装置和堆叠均衡装置。

根据本发明一实施例的一种电池均衡装置，包括：电池组，具有阳极和阴极，包括N个串联的电池单元，其中每个电池单元均具有阳极和阴极，N是大于1的整数；电感，具有第一端和第二端；第一整流开关，耦接于所述电池组的阳极和所述电感的第一端之间；第二整流开关，耦接于所述电池组的阴极和所述电感的第一端之间；第三整流开关，耦接于所述电池组的阳极和所述电感的第二端之间；第四整流开关，耦接于所述电池组的阴极和所述电感的第二端之间；以及N+1个受控开关，其中每个电池单元的阳极和阴极均通过受控开关分别耦接至所述电感的两端。

根据本发明一实施例的一种电池均衡装置，包括：电池组，包括N个串联的电池单元，其中每个电池单元均具有阳极和阴极，N是大于1的整数；电感，具有第一端和第二端；第一整流开关，耦接于一电压源的阳极和所述电感的第一端之间；第二整流开关，耦接于所述电压源的阴极和所述电感的第一端之间；第三整流开关，耦接于所述电压源的阳极和所述电感的第二端之间；第四整流开关，耦接于所述电压源的阴极和所述电感的第二端之间；N+1个受控开关，其中每个电池单元的阳极和阴极均通过受控开关分别耦接至所述电感的两端。

根据本发明一实施例的一种堆叠均衡装置，包括电池均衡装置组，具有阳极和阴极，包括M个串联的电池均衡装置，其中每个电池均衡装置均包括电池组且具有阳极和阴极，M是大于1的整数；堆叠电感，具有第一端和第二端；第一堆叠整流开关，耦接于所述电池均衡装置组的阳极和所述堆叠电感的第一端之间；第二堆叠整流开关，耦接于电池均衡装置组的阴极和所述堆叠电感的第二端之间；第三堆叠整流开关，耦接于所述电池均衡装置组的阳极和所述堆叠电感的第一端之间；第四堆叠整流开关，耦接于所述电池均衡装置组的阴极和所述堆叠电感的第二端之间；M+1个堆叠受控开关，其中每个电池均衡装置的阳极和阴极均通过堆叠受控开关分别耦接至所述堆叠电感的两端。

附图说明

下面将参考附图详细说明本发明的具体实施方式，其中相同的附图标记表示相同的部件或特征。

图1示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置100的电路原理图；

图2示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置200的电路原理图；

图3A~3C示出电池组的不同组成结构；

图4示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置400的电路原理图；

图5A~5D示出电池均衡装置100中过电电池单元将能量转移给电池组的工作原理图；

图6示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置600的电路原理图；

图7A~7D示出电池均衡装置100中电池组将能量转移给欠电电池单元的工作原理图；

图8A~8B示出电池均衡装置100中过电电池单元将能量转移给欠电电池单元的工作原理图；

图9示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置900的电路原理图；

图10A~10B示出电池均衡装置900中电压源将能量转移给欠电电池单元的工作原理图；

图11A~11C示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置1100、1101和1102的电路原理图；

图12示出一根据本发明一个实施例的电池堆叠均衡装置1200的电路原理图；

图13示出根据本发明一个实施例的电池堆叠均衡装置1300的电路原理图。

具体实施方式

在下文所述的特定实施例代表本发明的示例性实施例，并且本质上仅为示例说明而非限制。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：这些特定细节对于本发明而言不是必需的。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在说明书中，提及“一个实施例”或者“实施例”意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。术语“在一个实施例中”在说明书中各个位置出现并不全部涉及相同的实施例，也不是相互排除其他实施例或者可变实施例。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图1示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置100的电路原理图。电池均衡装置100包括电池组101、整流开关R1~R4、电感L以及受控开关S₁~S_N+1。电池组101包括串联的电池单元C₁ ~ C_N。电池组101具有阳极102和阴极103，以及多个相邻电池单元连接形成的公共连接点104。电感L具有两端，第一端P₁和第二端P₂。第一整流开关R₁耦接于电池组101的阳极102和电感L的第一端P₁之间。第二整流开关R₂耦接于电池组101的阴极103和电感L的第一端P₁之间。第三整流开关R₃耦接于电池组101的阳极102和电感L的第二端P₂之间。第四整流开关R₄耦接于电池组101的阴极103和电感L的第二端P₂之间。 N+1个受控开关S₁~S_N+1用以将每个电池单元的阳极和阴极分别耦接至电感L的一端（第一端P₁或者第二端P₂）和另外一端（第二端P₂或者第一端P₁），包括耦接于电池组101的阳极102的受控开关S₁，耦接于公共连接点104的受控开关S₂~S_N, 以及耦接于电池组101的阴极103的受控开关S_N+1。

每个电池单元都具有阳极和阴极，在图1所示的实施例中，电池单元C₁的阳极同时也是电池组101的阳极102，电池单元C_N的阴极同时也是电池组101的阴极103。每个电池单元的阳极和阴极均通过受控开关分别耦接至电感L的两端。例如，电池单元C₁的阳极和阴极分别通过受控开关S₁和S₂耦接至电感L的第二端P₂和第一端P₁，电池单元C₂的阳极与阴极分别通过受控开关S₂和S₃耦接至电感L的第一端P₁和第二端P₂。

电池组101可以由两个电池单元C1和C2组成，如图2所示的电池均衡装置200，也可以由3个、4个、数百个或者更多的电池单元组成，即N是大于1的整数，可以取2、3、4或者更大的整数。在一个实施例中，每个电池单元可以由一节电池组成。在另外一个实施例中，如图3A所示，每个电池单元也可以由数节电池并联组成，例如每个电池单元可以由2节、3节或者更多的电池并联而成。在上述实施例中，每个电池单元并联的电池可以相等（比如都是2节或者更多），也可以不等（包括设计上的并联数量不等，或者因其中一个电池损坏、连接不当等造成的并联数量实质不等）。例如电池单元C₁可以是两节电池并联，电池单元C₂可以是三节电池并联或者更多。当然，由于并联电池的节数不一致，会导致充电或者放电的差异。在一个实施例中，这些差异可以通过本申请公开的均衡装置进行均衡。在一个实施例中，如图3B所示，为减少开关数量，每个电池单元可以由数量相等的电池串联而成，每个电池单元可以包括两节、三节或者更多的电池串联。在一个特别的实施例中，如图3C所示，每个电池单元可以由多个电池串联后并联而成，每个电池单元的电池串联节数应当一致，而电池并联的节数可以相等也可以不等。

在一个实施例中，电池均衡装置的阴极被耦接至地电位。在其他的实施例中，电池均衡装置的阴极还可以耦接至正电源或者负电源，形成如4所示的电池均衡装置400。图400所示的电源VF可以由电池单元或者电池组提供，也可以由开关变换器或者线性稳压器等提供。

在以下叙述中，将需要减少能量（电量或者容量）的电池单元称为过电电池单元，造成电池单元过电的原因包括电池容量过高、过充电、少放电等原因。将需要增加能量的电池单元称为欠电电池单元，造成欠电电池单元的原因包括电池容量过低、充电少、放电多等原因。

对电池单元进行均衡的方法有多种，包括将过电电池单元的能量转移给电池组，将电池组的能量转移给欠电电池单元，或者将过电电池单元的能量转移给欠电电池单元。

根据本申请的一个实施例，过电电池单元通过电感L对电池组101充电，将能量转移给电池组101。假定电池单元C_-1为过电电池单元，C₁的能量将被转移至电池组101。图5A和5B示出了过电电池单元C₁将能量转移给电池组101的过程。如图5A所示，在第一时间段，耦接于过电电池单元C₁阴极与阳极的受控开关S₂和S₁导通，过电电池单元C₁对电感L充电，电感电流I_L增大。如图5B所示，在第二时间段，受控开关S₂和S₁关断，整流开关R₁和R₄导通，电感电流I_L对电池组101充电，电感电流I_L减小。由于电感电流I_L不能突变，为此应当选择整流开关R₁和R₄组成的通路对电池组充电，而不选择整流开关R₂和R₃组成的通路。

电感电流I_L上升的速率和电池单元C₁的电压有关（成正比），电感电流I_L减小的速率和整个电池组101的电压有关。由于电池组101的电压高于电池单元C₁的电压，电感电流I_L减小的速率高于上升的速率，电感电流I_L容易变为负值。为此，在一些应用中，当电感电流I_L下降至零，通过关断（断开）整流开关R₁和R₄防止电感电流I_L变负。即，还包括第三时间段，在该第三时间段中，整流开关R₁ ~ R₄断开，电感电流I_L保持为零。需要指出的是，由于电路精度的限制，零是一个近似值，一般在正负数百毫安之间。

假定电池单元C₂为过电电池单元，电池单元C₂的能量将被转移至电池组101。图5C和5D示出了过电电池单元C₂将能量转移给电池组101的过程。如图5C所示，在第一时间段，耦接于过电电池单元C₂阴极与阳极的受控开关S₃和S₂导通，过电电池单元C₂对电感L充电，电感电流I_L增大。如图5D所示，在第二时间段，受控开关S₃和S₂关断，整流开关R₂和R₃导通，电感电流I_L对电池组101充电，电感电流I_L减小。由于电感电流I_L不能突变，为此应当选择整流开关R₃和R₂组成的通路对电池组充电，而不选择整流开关R₄和R₁组成的通路。

同样，在一些应用中，当电感电流I_L下降为零以后，通过关断整流开关R₂和R₃防止电感电流I_L变负。即，还包括第三时间段，在该第三时间段中，整流开关R₁~R₄断开，电感电流I_L为零。

同样，可以采用上述方法或者步骤转移其他过电池单元的能量至电池组101。

需要注意的是，本文所述的受控开关和整流开关是为了表述的方便，根据其连接位置和\或功能作用和\或表现形式而作的划分，并不代表这些开关之间存在物理上的差别。在这里“整流”和“受控”是名称上的区分，并不代表其功能上必须具有某些功能或者必须不具有某些功能，也不代表其一定受外力控制或者一定不受外力控制。例如，整流开关不能理解为必须具有或者只能具有整流功能，在一些实施例中整流开关也是受控的开关。受控开关也并非一定或者只能受控，可以使用某些可以自我控制的器件，也可以使用某些具有整流功能的器件（比如二极管）实现。在一些实施例中，采用二极管后受控开关可以根据电流的变化实现自动的开关，从而无需外力控制（例如通过控制MOS器件的栅极控制开关）。

在一个实施例中，整流开关R₁~R₄是二极管，比如肖特基二极管，如图6所示。图6示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置600的电路原理图，其中用二极管D₁~D₄分别实现整流开关R₁~R₄。二极管D₁和D₃的阴极耦接至电池组101的阳极102，二极管D₂和D₄的阳极耦接至电池组101的阴极103。用二极管实现整流开关后，对于图5B所示的能量转移过程，在第二时间段，受控开关S₂和S₁关断后，由于电感电流I_L不能突变，电流I_L将会自动选择二极管D₁和D₄（对应R₁和R₄）组成的通路对电池组101充电。同样，当电感电流I_L下降至零，二极管D₁、D₄可以自动关断。

根据本申请的一个实施例，电池组101通过电感L对欠电电池单元充电，将能量转移给欠电电池单元。假定电池单元C₁为欠电电池单元，电池组101的能量将被转移至电池单元C₁。图7A和7B示出电池组101将能量转移给欠电电池单元C₁的工作原理图。如图7A所示，在第一时间段，整流开关R₁和R₄导通，电池组101对电感L充电，电感电流I_L增大。如图7B所示，在第二时间段，整流开关R₁和R₄关断，耦接于欠电电池单元C₁阴极与阳极的受控开关S₂和S₁导通，电感电流I_L对欠电电池单元C₁充电，电感电流I_L减小。由于电感电流I_L不能突变，为此应当选择整流开关R₁和R₄组成的通路对电感L充电，而不选择整流开关R₂和R₃组成的通路。

在一些应用中，当电感电流I_L下降至零，通过关断整流开关R₁和R₄防止电感电流I_L变负。即，还包括第三时间段，在该第三时间段中，整流开关R₁~R₄断开，电感电流I_L为零。

假定电池单元C₂为欠电电池单元，电池组的能量将被转移至C₂。图7C和7D示出了电池组101将能量转移给欠电电池单元C₂的过程。如图7C所示，在第一时间段，整流开关R₂和R₃导通，电池组101对电感L充电，电感电流I_L增大。如图7D所示，在第二时间段，整流开关R₂和R₃关断，耦接于过电电池单元C₂阴极与阳极的受控开关S₃和S₂导通，电感电流I_L对过电电池单元C₂充电，电感电流I_L减小。由于电感电流I_L不能突变，为此应当选择整流开关R₂ 和R₃组成的通路对电感L充电，而不选择整流开关R₁和R₄组成的通路。

同样，在一些应用中，当电感电流I_L下降至零，通过关断整流开关R₂ 和R₃防止电感电流I_L变负。即，还包括第三时间段，在该第三时间段中，整流开关R₁~R₄断开，电感电流I_L为零。

可以采用上述步骤转移电池组101的能量至其他欠电电池单元。

在实际应用中，电池组101可能同时包含过电电池单元和欠电电池单元，为此，根据本申请的一个实施例，过电电池单元通过电感L对欠电电池单元充电，将能量转移给欠电电池单元。电池单元之间的能量转换更为直接和迅捷，也提高了转换效率。假定电池单元C₁为过电电池单元，C₂为欠电电池单元，C₁的能量将被转移至电池单元C₂。如图8A所示，在第一时间段，耦接于过电电池单元C₁阴极与阳极的受控开关S₂和S₁导通，过电电池单元C₁对电感L充电，电感电流I_L增大。如图8B所示，在第二时间段，受控开关S₁关断，耦接于欠电电池单元C₂阴极与阳极的受控开关S₃和S₂导通，电感L对欠电电池单元C₂充电，电感电流I_L减小。

电池组101可能包含多个过电电池单元和多个欠电电池单元，但并非任意欠电电池单元和过电电池单元都可以相互组合充电。因此，在一个实施例中还包括，还包括一优化单元，选择合适的过电电池单元和欠电电池单元使之进行能量转换。被选择的过电电池单元和欠电电池单元具有如下特点：耦接至过电电池单元阳极的受控开关与耦接至欠电电池单元阴极的受控开关耦接至电感的一端（例如第二端P₂），耦接至过电电池单元阴极的受控开关与耦接至欠电电池单元阳极的受控开关耦接至电感的另一端（例如第一端P₁）。在一个实施例中，耦接至电感的一端的受控开关可以是同一个受控开关，例如对于图8A和8B所示的实施例，耦接至过电电池单元C₁阳极的受控开关S₁与耦接至欠电电池单元C₂阴极的受控开关S₃耦接至电感的第二端P2，耦接至过电电池单元阴极和欠电电池单元阳极的受控开关S₂耦接至电感的另一端，即第一端P₁。

图9示出根据本发明一个实施例的电池均衡装置900的电路原理图，电池均衡装置900耦接至电压源V1，其中电压源V1具有阳极和阴极。电池均衡装置900包括电池组101、整流开关R1~R4、电感L以及受控开关S₁~S_N+1。电池组101包括串联的电池单元C₁ ~ C_N。电池组101具有阳极102和阴极103，以及多个相邻电池单元连接形成的公共连接点104。电感L具有第一端P₁和第二端P₂。第一整流开关R₁耦接于电压源V1的阳极905和电感L的第一端P₁之间。第二整流开关R₂耦接于电压源V1的阴极906和电感L的第一端P₁之间。第三整流开关R₃耦接于电电压源V1的阳极905和电感L的第二端P₂之间。第四整流开关R₄耦接于电压源V1的阴极906和电感L的第二端P₂之间。 N+1个受控开关S₁~ S_N+1用以将每个电池单元的阳极和阴极分别耦接至电感的一端（第一端P₁或者第二端P₂）和另外一端（第二端P₂或者第一端P₁），包括耦接于电池组101的阳极102的受控开关S₁，耦接于公共连接点104的受控开关S₂~S_N, 以及耦接于电池组101的阴极103的受控开关S_N+1。

电压源V1可以由电池或者电池组提供，也可以由开关变换器或者线性稳压器等提供。在一个实施例中，还可以将开关变换器和电池均衡装置900的部分器件（例如受控开关和整流开关）集成到同一个晶圆中。

在一些应用中，只在充电阶段对电池单元进行均衡。优化的均衡方式就是对整个电池组充电后，分别将每个电池都补充充电到满电状态，即对电池单元进行补充充电。

图9所示的***900，可以首先对电池组101充电，而后对每个电池单元进行补充充电。

电压源V1可以不经过电感L对电池组101或者其中一个或者几个电池单元充电。例如，当受控开关S₁和S_N+1、整流开关R₂和R₃导通时，电压源V1对电池组101充电；当受控开关S₁和S₂、整流开关R₂和R₃导通时，电压源V1对电池单元C₁充电。在优化的实施例中，电压源V1具有限流功能或者装置900通过限流电路耦接至电压源V1，以保护直接充电时电池单元或者电池组不被损坏。

电压源V1可以通过电感L对电池单元充电。假定电池单元C₁为欠电电池单元，电压源V1的能量将被转移至电池单元C₁。图10A~10B示出电池均衡装置900中电压源V1将能量转移给欠电电池单元C₁的工作原理图。如图10A所示，在第一时间段，整流开关R₁和R₄导通，电压源V1对电感L充电，电感电流I_L增大。如图10B所示，在第二时间段，整流开关R₁和R₄关断，耦接于过电电池单元C₁阴极与阳极的受控开关S₂和S₁导通，电感L对过电电池单元C₁充电，电感电流I_L减小。由于电感电流I_L不能突变，为此应当选择整流开关R₁和R₄组成的通路对电感L充电，而不选择整流开关R₂和R₃组成的通路。

在一些应用中，当电感电流I_L下降至零，通过关断整流开关R₁和R₄防止电感电流I_L变负。即，在第三时间段，整流开关R₁~R₄断开，电感电流I_L为零。

通常，MOS（金属氧化物半导体）器件是实现开关的最佳选择。MOS器件可以分为P型MOS器件和N型MOS器件，受控开关和整流开关既可以使用P型MOS也可以使用N型MOS。特别地，在一个实施例中，如图11A所示的电池均衡装置1100，可以使用P型MOS器件MP₁实现受控开关S₁，使用N型MOS器件MN₁实现受控开关S_N+1。电池组阳极是相对较高电位，P型MOS的栅极控制电压一般低于或者等于电池组阳极电位；电池阴极是相对较低电位，N型MOS的栅极控制电压一般高于或者等于电池组阴极电位，这样可以简化栅极控制。同时，P型MOS耦接至电位相对较高的电池组阳极，N型MOS耦接至电位相对较低的电池组阴极，避免使用衬底选择装置选择相对较低电位，简化了衬底控制。

在一个实施例中，至少一个受控开关包括两个串联的P型MOS器件MP₂和MP₃，如图11B所示。串联的P型MOS器件的衬底耦接于两个P型MOS的公共端。在其他的实施例中，可以用上述串联的P型MOS器件实现受控开关S₂~S_N。

在一个实施例中，至少一个受控开关包括两个串联的N型MOS器件MN₂和MN₃，如图11C所示。串联的N型MOS器件的衬底分别耦接于与两个N型MOS的公共端相对的另外一端。在其他的实施例中，可以用上述串联的N型MOS器件实现受控开关S₂~S_N。在电池组101充放电或者电池单元充放电过程中，电感L两端的电压会发生变化，导致受控开关S₂~S_N耦接至电感L一端的电压时而高于、时而低于耦接至公共连接点104一端的电压。而PMOS的衬底应该耦接至相对高电位，NMOS的衬底应该耦接至相对低电位，否则将穿通漏电。上述两种相同类型MOS器件串联实现开关的方式，使得串联P型和N型MOS中一个MOS的衬底保持截止，避免穿通，进而避免使用衬底选择电路（根据电位选择衬底的连接方式）。

同样可以采用图11A~11C所示的PMOS或者NMOS实现图9所示的实施例900的受控开关S₁~S_N+1。

一些应用中，可能需要数百个电池单元。通过电池单元之间或者电池单元和电池组之间进行能量转换会导致能量转移速率低下。解决的方式之一是将这些数百个电池单元划分为若干电池组（相应地这些数百个电池单元组成的电池组称为堆叠电池组），或者说将若干电池组堆叠成数百个电池单元组成的堆叠电池组。使用堆叠均衡装置对电池组进行均衡（包括堆叠电池组和电池组之间的能量转移以及电池组之间的能量转移），使用电池均衡装置对电池单元进行均衡（包括电池组和电池单元之间的能量转移以及电池单元之间的能量转移）。

图12示出根据本发明一个实施例的堆叠均衡装置1200的电路原理图。堆叠均衡装置1200包括电池均衡装置组1101、堆叠整流开关SR₁~SR₄、堆叠电感SL以及堆叠受控开关SS₁~SS_M+1。电池均衡装置组1101包括多个串联的电池均衡装置PAC₁ ~ PAC_M。电池均衡装置组1101具有阳极1102和阴极1103，以及相邻电池均衡装置连接形成的堆叠公共连接点1104。堆叠电感SL具有两端，第一端SP₁和第二端SP₂。第一堆叠整流开关SR₁耦接于电池均衡装置组1101的阳极1102和堆叠电感SL的第一端SP₁之间。第二堆叠整流开关SR₂耦接于电池均衡装置组1101的阴极1103和堆叠电感SL的第一端SP₁之间。第三堆叠整流开关SR₃耦接于电池均衡装置组1101的阳极1102和堆叠电感SL的第二端SP₂之间。第四堆叠整流开关SR₄耦接于电池均衡装置组1101的阴极1103和堆叠电感SL的第二端SP₂之间。M+1个堆叠受控开关SS₁ ~ SS_M+1用以分别将每个电池均衡装置的阳极和阴极（即其包含的电池组的阳极和阴极）耦接至堆叠电感SL的一端（第一端SP₁或者第二端SP₂）和另一端（第二端SP₂或者第一端SP₁），包括耦接于电池均衡装置组1101的阳极1102的堆叠受控开关S₁，耦接于堆叠公共连接点1104的堆叠受控开关SS₂~SS_M, 以及耦接于电池均衡装置组1101的阴极1103的堆叠受控开关SS_M+1。

与图1所示的电池均衡装置100相比，其区别在于堆叠均衡装置1200使用电池均衡装置组1101代替电池组101。因此，前述各种关于电池均衡装置100的工作原理、改进和变形同样适用于图12所示的堆叠均衡装置1200。

每个电池均衡装置均包含一个电池组。在以下叙述中，将需要减少能量（电量或者容量）的电池组称为过电电池组，包含该电池组的电池均衡装置称为过电电池均衡装置；将需要增加能量的电池组称为欠电电池组，包含该电池组的电池均衡装置称为欠电电池均衡装置。

对电池组进行均衡的方法有多种，包括将过电电池组的能量转移给堆叠电池组，将堆叠电池组的能量转移给欠电电池组，或者将过电电池组的能量转移给欠电电池组。其工作原理可以参考前文的电池组和电池单元之间以及电池单元之间的能量转移。

电池均衡装置PAC₁~PAC_M可以是现有的各种均衡装置，也可以是背景技术所示的的均衡装置，还可以是本申请所列举的各种均衡装置。在一个实施例中，一个、多个或者全部电池均衡装置包括图1~11C所示的实施例或者由上述图1~11C所示的实施例实现。

由于堆叠均衡装置包含多个均衡装置，每个均衡装置都可独立地对其包含的电池单元进行均衡，这种均衡可以同时进行，也可以不同时进行。例如，在PAC₂对其包含的电池单元进行均衡的同时，PAC₁也正对其包含的电池单元进行均衡。

堆叠均衡装置对电池单元的均衡，可以首先由电池均衡装置对电池单元进行均衡，而后堆叠均衡装置对电池组进行均衡；也可以首先由堆叠均衡装置对电池组进行均衡，其次电池均衡装置对电池单元进行均衡。特别地，在一个实施例中，在第一时间段电池均衡装置对电池单元进行均衡，在第二时间段堆叠均衡装置对电池组进行均衡，在第三时间段电池均衡装置对电池单元进行再次均衡。

在一个特别的实施例中，如图13所示的堆叠均衡装置1300包括电池均衡装置组、堆叠电感SL、堆叠二极管SD1~SD4以及堆叠受控开关SM1 ~ SM4。电池均衡装置组包括串联的电池均衡装置组PAC₁~ PAC₃。堆叠电感SL具有第一端SP1和第二端SP2。第一堆叠二极管SD1耦接于电池均衡装置组阳极和堆叠电感SL第一端SP1之间，第二堆叠二极管SD2耦接于电池均衡装置组阴极和堆叠电感SL第一端SP1之间，第三堆叠二极管SD3耦接于电池均衡装置组阳极和堆叠电感SL第二端SP2之间，第四堆叠二极管SD4耦接于电池均衡装置组阴极和堆叠电感SL第二端SP2之间。堆叠受控开关SM1 ~ SM4用以分别将每个电池均衡装置的阳极和阴极（即其包含的电池组的阳极和阴极）耦接至堆叠电感SL的一端（第一端SP1或第二端SP2）和另一端（第二端SP2或第一端SP1）。

电池均衡装置PAC₁包括电池组131、电感L1、整流二极管D11~D14以及受控开关M11~M15。电池组131包括串联的电池单元C11~C14。电感L1包括第一端 P3和第二端P4。二极管D11耦接于电池组131的阳极和电感L1的第一端P3，二极管D14耦接于电池组131的阴极和电感L1的第一端P3之间，二极管D12耦接于电池组131的阳极和电感L1的第二端P4之间，二极管D13耦接于电池组131的阴极和电感L1的第二端P4之间。受控开关M11~M15用以将电池单元C11~C14的阳极和阴极分别耦接至电感L1的一端（第一端 P3或第二端P4）和另一端（第二端P4或第一端 P3）。

电池均衡装置PAC₂和PAC₃具有与电池均衡装置PAC₁基本相同的结构，在此不再赘述。

尽管本发明已经结合其具体示例性实施方式进行了描述，很显然的是，多种备选、修改和变形对于本领域技术人员是显而易见的。由此，在此阐明的本发明的示例性实施方式是示意性的而并非限制性。可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出修改。

在本公开内容中所使用的量词“一个”、“一种”等不排除复数。文中的“第一”、“第二”等仅表示在实施例的描述中出现的先后顺序，以便于区分类似部件。“第一”、“第二”在权利要求书中的出现仅为了便于对权利要求的快速理解而不是为了对其进行限制。权利要求书中的任何附图标记都不应解释为对范围的限制。

Claims

1.一种电池均衡装置，包括：

电池组，具有阳极和阴极，包括N个串联的电池单元，其中每个电池单元均具有阳极和阴极，N是大于1的整数；

电感，具有第一端和第二端；

第一整流开关，耦接于所述电池组的阳极和所述电感的第一端之间；

第二整流开关，耦接于所述电池组的阴极和所述电感的第一端之间；

第三整流开关，耦接于所述电池组的阳极和所述电感的第二端之间；

第四整流开关，耦接于所述电池组的阴极和所述电感的第二端之间；以及

N+1个受控开关，其中每个电池单元的阳极和阴极均通过受控开关分别耦接至所述电感的两端。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，过电电池单元通过所述电感对所述电池组充电，将能量转移给所述电池组。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述能量转移过程包括:

在第一时间段，耦接于所述过电电池单元阴极与阳极的受控开关导通，所述过电电池单元对所述电感充电，所述电感的电流增大；

在第二时间段，耦接于所述过电电池单元阴极与阳极的受控开关关断，所述电感通过相应整流开关对所述电池组充电，所述电感的电流减小。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一至第四整流开关是二极管。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电池组通过所述电感对欠电电池单元充电，将能量转移给所述欠电电池单元。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述能量转移过程包括:

在第一时间段，所述电池组通过相应整流开关对所述电感充电，所述电感的电流增大；

在第二时间段，相应整流开关关断，耦接于所述欠电电池单元阴极与阳极的受控开关导通，所述电感对所述欠电电池单元充电，所述电感的电流减小。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，过电电池单元通过所述电感对欠电电池单元充电，将能量转移给所述欠电电池单元。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，耦接至所述过电电池单元阳极的受控开关与耦接至所述欠电电池单元阴极的受控开关耦接至所述电感的一端，耦接至所述过电电池单元阴极的受控开关与耦接至所述欠电电池单元阳极的受控开关耦接至所述电感的另一端。

9.一种电池均衡装置，包括：

电池组，包括N个串联的电池单元，其中每个电池单元均具有阳极和阴极，N是大于1的整数；

电感，具有第一端和第二端；

第一整流开关，耦接于一电压源的阳极和所述电感的第一端之间；

第二整流开关，耦接于所述电压源的阴极和所述电感的第一端之间；

第三整流开关，耦接于所述电压源的阳极和所述电感的第二端之间；

第四整流开关，耦接于所述电压源的阴极和所述电感的第二端之间；

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述电压源通过所述电感对欠电电池单元充电，将能量转移给所述欠电电池单元。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述能量转移过程包括:

在第一时间段，所述电压源通过相应整流开关对所述电感充电，所述电感的电流增大；

12.根据权利要求9所述的装置，其中，至少一个受控开关包括两个串联的相同类型的MOS器件。

13.一种堆叠均衡装置，包括：

电池均衡装置组，具有阳极和阴极，包括M个串联的电池均衡装置，其中每个电池均衡装置均包括电池组且具有阳极和阴极，M是大于1的整数；

堆叠电感，具有第一端和第二端；

第一堆叠整流开关，耦接于所述电池均衡装置组的阳极和所述堆叠电感的第一端之间；

第二堆叠整流开关，耦接于电池均衡装置组的阴极和所述堆叠电感的第二端之间；

第三堆叠整流开关，耦接于所述电池均衡装置组的阳极和所述堆叠电感的第一端之间；

第四堆叠整流开关，耦接于所述电池均衡装置组的阴极和所述堆叠电感的第二端之间；

M+1个堆叠受控开关，其中每个电池均衡装置的阳极和阴极均通过堆叠受控开关分别耦接至所述堆叠电感的两端。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，至少一个所述电池均衡装置包括权利要求1~12中任意一项所述的电池均衡装置。

15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述堆叠均衡装置对电池均衡装置的电池组进行均衡，电池均衡装置对其电池组包含的电池单元进行均衡。

16.根据权利要求13所述的装置，其中：

在第一时间段，所述电池均衡装置对其电池组包含的电池单元进行均衡；

在第二时间段，所述堆叠均衡装置对电池组进行均衡；

在第三时间段，所述电池均衡装置对其电池组包含的电池单元进行均衡。