【11】證書號數：I558063
【45】公告日： 中華民國 105 (2016) 年 11 月 11 日
【51】Int. Cl.： H02J7/34 (2006.01)
發明 全 12 頁
【54】名 稱：電容切換式電池電量平衡電路
SWITCH CAPACITOR CHARGE EQUALIZATION CIRCUIT FOR SERIES- CONNECTED BATTERY CELLS
【21】申請案號：103138779 【22】申請日： 中華民國 103 (2014) 年 11 月 07 日
【11】公開編號：201618417 【43】公開日期： 中華民國 105 (2016) 年 05 月 16 日
【72】發 明 人： 謝耀慶 (TW) HSIEH, YAO CHING；蔡政修 (TW) TSAI, CHENG HSIU；邱 于峻 (TW) CHIU, YU CHUN
【71】申 請 人： 國立臺灣科技大學 NATIONAL TAIWAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
基隆路 4 段 43 號
【74】代 理 人： 葉信金
【56】參考文獻：
TW M441267 TW 201338340A US 2013/0049691A1
TW 201304350A US 2013/0049691A1 審查人員：林迺信
[57]申請專利範圍
1. 一種電容切換式電池電量平衡電路，適用於第一單電池(Cell)以及一第二單電池，其中，
第二單電池的第一端耦接第一個單電池的第二端，該電容切換式電池電量平衡電路包 括：一電容器，包括一第一端以及一第二端，用以儲存能量；一上支開關電路，包括至 少兩個第一端以及一第二端，其中，該上支開關電路的第二端耦接該電容器的第一端，
該上支開關電路的第一個第一端耦接該第一個單電池的第一端，該上支開關電路的第二 個第一端耦接該第二個單電池的第一端；一下支開關電路，包括至少兩個第一端以及一 第二端，其中，該下支開關電路的第二端耦接該電容器的第二端，該下支開關電路的第 一個第一端耦接該第一個單電池的第二端，該下支開關電路的第二個第一端耦接該第二 個單電池的第二端；一控制電路，用以控制該上支開關電路以及該下支開關電路，其 中，當進行第 K 個單電池的電量平衡時：在一第一預設時間，該控制電路控制該上支開 關電路的第一個第一端與該上支開關電路的第二端導通，且該控制電路控制該下支開關 電路的第二個第一端與該下支開關電路的第二端導通，使該第一單電池(Cell)以及該第 二單電池串聯對該電容器進行充電，在一第二預設時間，該控制電路控制該上支開關電 路的第 K 個第一端與該上支開關電路的第二端導通，且該控制電路控制該下支開關電路 的第 K 個第一端與該下支開關電路的第二端導通，使該電容器對該第 K 個單電池進行放 電，其中，K<=2。
2. 如申請專利範圍第 1 項所記載之電容切換式電池電量平衡電路，其中，該上支開關電路 包括：一第一電晶體，包括一閘極、一第一源汲極以及第二源汲極，其中，該第一電晶 體的閘極耦接該控制電路，該第一電晶體的第一源汲極耦接該上支開關電路的第一個第 一端，該第一電晶體的第二源汲極耦接該上支開關電路的第二端；以及一第二電晶體，
包括一閘極、一第一源汲極以及第二源汲極，其中，該第二電晶體的閘極耦接該控制電
路，該第二電晶體的第一源汲極耦接該上支開關電路的第二個第一端，該第二電晶體的 第二源汲極耦接該上支開關電路的第二端，其中，該下支開關電路包括：一第三電晶 體，包括一閘極、一第一源汲極以及第二源汲極，其中，該第三電晶體的閘極耦接該控 制電路，該第三電晶體的第一源汲極耦接該下支開關電路的第一個 第一端，該第三電晶 體的第二源汲極耦接該下支開關電路的第二端；以及一第四電晶體，包括一閘極、一第 一源汲極以及第二源汲極，其中，該第四電晶體的閘極耦接該控制電路，該第四電晶體 的第一源汲極耦接該下支開關電路的第二個第一端，該第四電晶體的第二源汲極耦接該 下支開關電路的第二端。
3. 一種電容切換式電池電量平衡電路，適用於 N 組串接的電池組(Group of Cells)，其中，
每一組串接的電池組包含至少兩個單電池(Cell)，其中，第 I+1 個電池組的第一端耦接第 I 個電池組的第二端，該電容切換式電池電量平衡電路包括：一電容器，包括一第一端 以及一第二端，用以儲存能量；一上支開關電路，包括 N 個第一端以及一第二端，其 中，該上支開關電路的第二端耦接該電容器的第一端，該上支開關電路的第 J 個第一端 耦接該第 J 個電池組的第一端；一下支開關電路，包括 N 個第一端以及一第二端，其 中，該下支開關電路的第二端耦接該電容器的第二端，該下支開關電路的第 J 個第一端 耦接該第 J 個電池組的第二端；一控制電路，用以控制該上支開關電路以及該下支開 關 電路，其中，當進行第 K 個電池組的電量平衡時：在一第一預設時間，該控制電路控制 該上支開關電路的第一個第一端與該上支開關電路的第二端導通，且該控制電路控制該 下支開關電路的第 N 個第一端與該下支開關電路的第二端導通，使 N 個電池組對該電容 器進行充電，在一第二預設時間，該控制電路控制該上支開關電路的第 K 個第一端與該 上支開關電路的第二端導通，且該控制電路控制該下支開關電路的第 K 個第一端與該下 支開關電路的第二端導通，使該電容器對該第 K 個電池組進行放電，其中，N、I、J、K 為自然數，且 0<I、J、K<=N。
4. 如申請專利範圍第 3 項所記載之電容切換式電池電量平衡電路，其中，每一組電池組包 括一第一單電池(Cell)以及一第二單電池，其中，第二單電池的第一端耦接第一個單電池 的第二端，且每一組電池組更耦接一小組電池電量平衡電路，此小組電池電量平衡電路 包括：一小組電容器，包括一第一端以及一第二端，用以儲存能量；一小組上支開關電 路，包括至少兩個第一端以及一第二端，其中，該小組上支開關電路的第二端耦接該小 組電容器的第一端，該小組上支開關電路的第一個第一端耦接該第一個單電池的第一 端，該小組上支開關電路的第二個 第一端耦接該第二個單電池的第一端；一小組下支開 關電路，包括至少兩個第一端以及一第二端，其中，該小組下支開關電路的第二端耦接 該小組電容器的第二端，該小組下支開關電路的第一個第一端耦接該第一個單電池的第 二端，該小組下支開關電路的第二個第一端耦接該第二個單電池的第二端；其中，在一 第三預設時間，該控制電路控制該小組上支開關電路的第一個第一端與該小組上支開關 電路的第二端導通，且該控制電路控制該小組下支開關電路的第二個第一端與該小組下 支開關電路的第二端導通，使該第一單電池(Cell)以及該第二單電池串聯對該小組電容器 進行充電，在一第四預設時間，該控制電路控制該小組上支開關電路的第 K 個第一端與 該小組上支開關電路的第二端導通，且該控制電路控制該小組下支開關電路的第 K 個第 一端與該小組下支開關電路的第二端導通，使該小組電容器對該第 K 個單電池進行放 電，其中，0<K<=2。
5. 如申請專利範圍第 4 項所記載之電容切換式電池電量平衡電路，其中，該小組上支開關 電路包括：一第一電晶體，包括一閘極、一第一源汲極以及第二源汲極，其中，該第一 電晶體的閘極耦接該控制電路，該第一電晶體的第一源汲極耦接該小組上支開關電路的 第 一個第一端，該第一電晶體的第二源汲極耦接該小組上支開關電路的第二端；以及一
(2)
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第二電晶體，包括一閘極、一第一源汲極以及第二源汲極，其中，該第二電晶體的閘極 耦接該控制電路，該第二電晶體的第一源汲極耦接該小組上支開關電路的第二個第一 端，該第二電晶體的第二源汲極耦接該小組上支開關電路的第二端，其中，該小組下支 開關電路包括：一第三電晶體，包括一閘極、一第一源汲極以及第二源汲極，其中，該 第三電晶體的閘極耦接該控制電路，該第三電晶體的第一源汲極耦接該小組下支開關電 路的第一個第一端，該第三電晶體的第二源汲極耦接該小組下支開關電路的第二端；以 及一第四電晶體，包括一閘極、一第一源汲極以及第二源汲極，其中，該第四電晶體的 閘極耦接該控制電路，該第四電晶體的第一源汲極耦接該小組下支開關電路的第二個第 一端，該第四電晶體的第二源汲極耦接該小組下支開關電路的第二端。
6. 一種電容切換式電池電量平衡電路，適用於 N 個串接的單電池(Cell)，其中，第 I+1 個單 電池的第一端耦接第 I 個單電池的第二端，該電容切換式電池電量平衡電路包括：一電 容器，包括一第一端以及一第二端，用以儲存能 量；一上支開關電路，包括 N 個第一端 以及一第二端，其中，該上支開關電路的第二端耦接該電容器的第一端，該上支開關電 路的第 J 個第一端耦接該第 J 個單電池的第一端；一下支開關電路，包括 N 個第一端以 及一第二端，其中，該下支開關電路的第二端耦接該電容器的第二端，該下支開關電路 的第 J 個第一端耦接該第 J 個單電池的第二端；一控制電路，用以控制該上支開關電路 以及該下支開關電路，其中，當進行第 K 個單電池的電量平衡時：在一第一預設時間，
該控制電路控制該上支開關電路的第一個第一端與該上支開關電路的第二端導通，且該 控制電路控制該下支開關電路的第 N 個第一端與該下支開關電路的第二端導通，使 N 個 單電池對該電容器進行充電，在一第二預設時間，該控制電路控制該上支開關電路的第 K 個第一端與該上支開關電路的第二端導通，且該控制電路控制該下支開關電路的第 K 個第一端與該下支開關電路的第二端導通，使該電容器對該第 K 個單電池進行放電，其 中，N、I、J、K 為自然數，且 0<I、J、K<=N。
圖式簡單說明
第 1 圖繪示為傳統的電容切換式電量平衡電路的電路圖。
第 2 圖繪示為傳統的電容切換式電量平衡電路的電壓電流的理想波形圖。
第 3 圖繪示為傳統的電容切換式電量平衡電路的簡化電路圖。
第 4 圖繪示為傳統的電容切換式電量平衡電路的操作模式圖。
第 5 圖繪示為傳統的電容切換式電量平衡電路的操作模式圖。
第 6 圖繪示為傳統的電容切換式電量平衡電路的平衡結果圖。
第 7 圖繪示為本發明較佳實施例所述之電容切換式電量平衡電路的電路架構圖。
第 8 圖繪示為本發明較佳實施例所述之電容切換式電量平衡電路的電壓電流的波形圖。
第 9 圖繪示為本發明較佳實施例所述之電容切換式電量平衡電路的簡化電路圖。
第 10 圖繪示為本發明較佳實施例所述之電容切換式電量平衡電路操作於模式 1 的示意 圖。
第 11 圖繪示為本發明較佳實施例所述之電容切換式電量平衡電路操作於模式 2 的示意 圖。
第 12 圖繪示為本發明較佳實施例所述之電容切換式電量平衡電路操作於模式 3 的示意 圖。
第 13 圖繪示為本發明較佳實施例所述之電容切換式電量平衡電路的平衡結果圖。
第 14 圖繪示為本發明較佳實施例所述之電容切換式電量平衡電路的電路架構圖。
第 15 圖繪示為本發明較佳實施例所述之電容切換式電量平衡電路的詳細電路圖。
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