CN104810867B - 一种电池均衡电路、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池均衡电路、系统和方法。该电池均衡电路包括多个电池单体、多个第一开关、多个第二开关、第一控制元件、第二控制元件和变压器，通过控制第一开关和第二开关闭合以及第一控制元件和第二控制元件的选择性导通，本发明能够在电池组中电池单体存在多余能量时，将电池单体中多余的能量传递至缓冲电池组以及在电池组中电池单体存在能量不足时，从缓冲电池组吸收能量，从而实现了电池组中各电池单体的均衡，提高电池组的使用寿命。

Description

一种电池均衡电路、系统和方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池均衡电路、系统和方法。

背景技术

目前用于储能电站、电动汽车领域的锂离子电池一般由多节较大容量的电池单体串联而成，理想情况下电池组中各电池单体的工作电压、实际容量都一致，但实际的电池组在出厂时就很难保证所有的电池单体完全一致，而且随着电池组充放电次数的增加，电池组内电池单体的不一致性将逐渐增大。电池单体的不一致性将影响电池组的充电效率和放电能力等使用性能，同时也会缩短电池组的使用寿命。

为解决上述问题，现有技术的一种做法是：采用电阻并联均衡方法来降低电池组中电池单体的不一致性。电阻并联均衡方法就是在各个电池单体上并联一个电阻均衡电路，通过电阻来消耗多余的能量。这种做法虽然电路结构简单，但是均衡电流较小、发热量大、散热成本较高，同时只能在充电末期进行均衡，可均衡电量有限。进一步，该种方法只能在单个电池管理单元(Battery Management Control Unit，BMU)管理的电池单体内进行均衡。

现有技术的另一种做法是：采用电感均衡方法来降低电池组中电池单体的不一致性。电感均衡方法就是采用电感作为储能元件，将各单体电池上的电量进行转移。这种做法也只能在单个BMU管理的相邻的电池单体之间进行均衡，且均衡时间较长。

所以，在对电池组中的电池单体进行均衡的过程中，现有技术只能在单个BMU管理的电池单体内进行均衡，无法实现对整个电池组中所有电池单体进行均衡管理。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种电池均衡电路、系统和方法，能够实现对电池组中各电池单体进行均衡管理。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电池均衡电路，包括：多个电池单体，多个电池单体串联连接以形成电池组；多个第一开关和多个第二开关，第一开关和第二开关成对出现且对应于一电池单体，第一开关的第一端与电池单体的负极连接，第二开关的第一端与电池单体的正极连接；第一控制元件，第一控制元件的第一端接收微控制器发送的第一控制信号，以使第一控制元件的第二端和第三端在第一控制信号的控制下选择性导通，第一控制元件的第二端与第一开关的第二端连接；第二控制元件，第二控制元件的第一端接收微控制器发送的第二控制信号，以使第二控制元件的第二端和第三端在第二控制信号的控制下选择性导通；变压器，变压器包括原边线圈和副边线圈，原边线圈的同名端与第二开关的第二端连接，原边线圈的异名端与第一控制元件的第三端连接，副边线圈的同名端与第二控制元件的第三端连接，副边线圈的异名端和第二控制元件的第二端接收外部的用于均衡各电池单体能量的缓冲电池组的能量或者向缓冲电池组发送能量；该电路进一步包括电流采样模块，电流采样模块串联于第一控制元件的第二端和第一开关的第二端之间，用以获取电池均衡电路中的均衡电流并传递给微控制器，以使微控制器根据均衡电流调整第一控制信号和第二控制信号的占空比，以使均衡电流保持为恒定值。

其中，第一控制元件为N型MOS管，第一控制元件的第一端、第二端和第三端分别为N型MOS管的栅极、源极和漏极；第二控制元件为N型MOS管，第二控制元件的第一端、第二端和第三端分别为N型MOS管的栅极、源极和漏极。

其中，缓冲电池组的电压为12伏特直流电压。

其中，第一控制信号和第二控制信号为占空比可调的脉冲信号。

其中，该电路进一步包括电流采样模块，电流采样模块串联于第一控制元件的第二端和第一开关的第二端之间，用以获取电池均衡电路中的均衡电流并传递给微控制器，以使微控制器根据均衡电流调整第一控制信号和第二控制信号。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种电池均衡系统，该系统包括微控制器、多个电池管理模块和缓冲电池组，电池管理模块包括上述电池均衡电路，其中，微控制器通过第一总线分别与多个电池管理模块连接，多个电池管理模块通过第二总线分别与缓冲电池组连接。

其中，第一总线为控制器局域网络总线，第二总线为电源总线。

为解决上述技术问题，本发明采用的再一个技术方案是：提供一种电池均衡方法，该方法基于上述电池均衡系统，该方法包括：由微控制器通过第一总线分别获取各电池管理模块中各电池单体的容量；由微控制器分别比较各电池单体的容量与预定阈值；当电池单体的容量高于预定阈值时，由微处理控制电池均衡电路将电池单体的能量通过第二总线发送至缓冲电池组，以使发送能量后的电池单体的容量达到预定阈值；当电池单体的容量低于预定阈值时，由微控制器控制电池均衡电路将缓冲电池组的能量通过第二总线转移至电池单体，以使获取能量后的电池单体的容量达到预定阈值。

其中，由微处理控制电池均衡电路将电池单体的能量通过第二总线发送至缓冲电池组的步骤具体为：由微控制器控制与电池单体对应的第一开关和第二开关闭合；由微控制器通过第一控制信号控制电池单体与原边线圈接通，同时通过第二控制信号控制缓冲电池组与副边线圈断开，以将电池单体的能量通过原边线圈存储至变压器的磁芯；由微控制器通过第一控制信号控制电池单体与原边线圈断开，同时通过第二控制信号控制缓冲电池组与副边线圈接通，以将存储至磁芯的能量依次通过副边线圈和第二总线发送至缓冲电池组。

其中，由微控制器控制电池均衡电路将缓冲电池组的能量通过第二总线转移至电池单体的步骤具体为：由微控制器控制与电池单体对应的第一开关和第二开关闭合；由微控制器通过第二控制信号控制缓冲电池组与副边线圈接通，同时通过第一控制信号控制电池单体与原边线圈断开，以将缓冲电池组的能量依次通过第二总线和副边线圈存储至变压器的磁芯；由微控制器通过第二控制信号控制缓冲电池组与副边线圈断开，同时由微控制器通过第一控制信号控制电池单体与原边线圈接通，以将存储于磁芯的能量通过原边线圈转移至电池单体。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的电池均衡电路、系统和方法通过控制第一控制元件和第二控制元件的选择性导通，使得电池单体存在多余能量时，将多余的能量传递至缓冲电池组以及电池单体能量不足时，从缓冲电池组吸收能量，从而能够以相对简单的电路实现电池组中各电池单体的均衡，提高电池组的使用寿命。同时，本发明解决了现有技术只能对单个电池管理模块管理的电池单体进行均衡，无法对整个电池组中所有电池单体进行均衡管理的问题。

附图说明

图1是本发明电池均衡系统的结构示意图；

图2是图1中电池均衡电路的第一实施例的电路原理图；

图3是图1中电池均衡电路的第二实施例的电路原理图；

图4是本发明电池均衡方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明电池均衡系统的结构示意图。如图1所示，电池均衡系统包括微控制器11、多个电池管理模块12、缓冲电池组13、第一总线14和第二总线15。

微控制器11通过第一总线14分别与多个电池管理模块12连接，具体来说，微控制器11通过控制器局域网络总线(Controller Area Network，CAN)分别与多个电池管理模块12连接。多个电池管理模块12通过第二总线15分别与缓冲电池组13连接，具体来说，第二总线15为电源总线，其包括电源正线P和电源负线N，多个电池管理模块12通过电源正线P和电源负线N连接至缓冲电池组13。

电池管理模块12用于管理依次串联连接的电池单体，其中，电池单体的数量可以达到上百节，依次串联连接的上百节的电池单体形成一电池组。具体来说，电池管理模块12包括电池管理单元121和电池均衡电路122。电池管理单元121用于向微控制器11提供电池单体的电压、温度和容量等信息。电池均衡电路122用于在微控制器11的控制下，对电池组中电池单体的容量进行均衡，以使均衡后的电池组中各电池单体的容量相同。

微控制器11用于控制电池均衡电路122，具体来说，微控制器11用于根据从电池管理单元121获取到电池单体的电压、温度和容量信息控制电池均衡电路122，其具体包括开启电池均衡电路122、关闭电池均衡电路122、调整电池均衡电路122的工作时间和工作电流等等。

缓冲电池组13用于缓冲电池组中电池单体的均衡能量，具体来说，缓冲电池组13用于向电池组中的容量低的电池单体提供能量或者吸收电池组中容量高的电池单体的能量。优选地，缓冲电池组的电压为12伏特直流电压。

具体来说，在电池组的充电阶段，微控制器11通过第一总线14获取各电池管理模块12中各电池单体的电压、温度和容量信息，根据上述信息判断各电池管理模块12中是否存在有容量超过预定阈值的电池单体。当微控制器11判断存在有容量超过预定阈值的电池单体时，微控制器11开启电池均衡电路122，控制电池均衡电路122将容量超过预定阈值的电池单体的能量通过第二总线15转移至缓冲电池组13，也即对缓冲电池组13进行充电。

在电池组的放电阶段，微控制器11通过第一总线14获取各电池管理模块12中各电池单体的电压、温度和容量信息，根据上述信息判断各电池管理模块12中是否存在有容量低于预定阈值的电池单体。当微控制器11判断存在有容量低于预定阈值的电池单体时，微控制器11开启电池均衡电路12，控制电池均衡电路12通过第二总线15从缓冲电池组13获取能量并将该能量提供给容量低于预定阈值的电池单体。

在电池组的静置阶段，也即在电池组既不充电也不放电的情况下，微控制器11通过第一总线14获取各电池管理模块12中各电池单体的电压、温度和容量信息，根据上述信息开启电池均衡电路12，控制电池均衡电路12将容量超过预定阈值的电池单体的能量通过第二总线15转移至缓冲电池组13，以及通过第二总线15从缓冲电池组13获取能量并提供给容量低于预定阈值的电池单体。

图2是图1中电池均衡电路的第一实施例的电路原理图。如图2所示，电池均衡电路122包括多个电池单体BTN(N＝1，2…，n)、多个第一开关MN(N＝1，2…，n)、多个第二开关M’N(N＝1，2…，n)、第一控制元件Q1、第二控制元件Q2和变压器T1。其中，n为正整数。

在本实施例中，第一开关MN包括第一端MN1和第二端MN2，第二开关包括第一端M’N1和第二端M’N2，第一控制元件Q1包括第一端Q11、第二端Q12和第三端Q13，第二控制元件Q2包括第一端Q21、第二端Q22和第三端Q23，变压器T1包括原边线圈Ns和副边线圈Np。

多个电池单体BTN相互串联连接以形成电池组。具体来说，以N＝3为例来说，电池均衡电路中包括三个电池单体，分别为BT1、BT2和BT3，其中，BT1的负极与BT2的正极连接，BT2的负极与BT3的正极连接，从而形成包括三个电池单体的电池组。

第一开关MN和第二开关M’N成对出现，且对应一电池单体BTN。第一开关MN的第一端MN1与其对应的电池单体BTN的负极连接，第一开关MN的第二端与第一控制元件Q1的第二端Q12连接。第二开关M’N的第一端M’N1与其对应的电池单体BTN的正极连接，第二开关M’N的第二端M’N2与变压器T1的原边线圈Ns的同名端连接。

承接上述举例，当电池均衡电路中包括BT1、BT2和BT3三个电池单体时，其对应包括三个第一开关，分别为M1、M2和M3，以及三个第二开关，分别为M’1、M’2和M’3，其中第一开关M1和第二开关M’1与电池单体BT1相对应，第一开关M2和第二开关M’2与电池单体BT2相对应，第一开关M3和第二开关M’3与电池单体BT3相对应。第一开关M1的第一端M11与电池单体BT1的负极连接，第一开关M2的第一端M12与电池单体BT2的负极连接，第一开关M3的第一端M13与电池单体BT3的负极连接，第一开关M1的第二端M12、第一开关M2的第二端M22以及第一开关M3的第二端M32彼此连接且连接至第一控制元件Q1的第二端Q12。第二开关M’1的第一端M’11与电池单体BT1的正极连接，第二开关M’2的第一端M’21与电池单体BT2的正极连接，第二开关M’3的第一端M’31与电池单体BT3的正极连接，第二开关M’1的第二端M’12、第二开关M’2的第二端M’22以及第二开关M’3的第二端M’32彼此连接且连接至变压器T1的原边线圈Ns的同名端。

第一控制元件Q1的第一端Q11接收微控制器11发送的第一控制信号，以使第一控制元件Q1的第二端Q12和第三端Q13在第一控制信号的控制下选择性导通。其中，第一控制元件Q1的第三端Q13与变压器T1的原边线圈Ns的异名端连接，第一控制信号为占空比可调的脉冲信号。

在本实施例中，第一控制元件Q1为N型MOS管，第一控制元件Q1的第一端Q11为N型MOS管的栅极，第一控制元件Q1的第二端Q12为N型MOS管的源极，第一控制元件Q1的第三端Q13为N型MOS管的漏极。当N型MOS管的栅极接收到微控制器11发送的脉冲信号中的高电平信号时，N型MOS管的源极和漏极导通，此时，当第一开关MN和第二开关M’N闭合导通时，与第一开关MN和第二开关M’N对应的电池单体BTN与变压器T1的原边线圈Ns连通。

承接上述举例，当N型MOS管的栅极接收到微控制器11发送的脉冲信号中的高电平信号时，若第一开关M1和第二开关M’1闭合导通，电池单体BT1与变压器T1的原边线圈Ns连通，若第一开关M2和第二开关M’2闭合导通，电池单体BT2与变压器T1的原边线圈Ns连通，若第一开关M3和第二开关M’3闭合导通，电池单体BT3与变压器T1的原边线圈Ns连通。本领域技术人员可以理解，对应同一电池单体的一对第一开关和第二开关同时处于闭合导通状态或者同时处于断开截止状态。另外，在对电池单体进行均衡的过程中，可以一次仅对电池管理模块12中的一个电池单体进行均衡，此时多个第一开关和多个第二开关中的一对第一开关和第二开关处于闭合导通状态。也可以一次同时对多个电池单体进行均衡，此时多个第一开关和多个第二开关中的多对第一开关和第二开关处于闭合导通状态。

反之，当N型MOS管的栅极接收到微控制器11发送的脉冲信号中的低电平信号时，N型MOS管的源极和漏极截止，此时，无论第一开关MN和第二开关M’N处于闭合导通状态还是断开截止状态，与第一开关MN和第二开关M’N对应的电池单体BTN与变压器T1的原边线圈Ns均处于断开状态。

第二控制元件Q2的第一端Q21接收微控制器11发送的第二控制信号，以使第二控制元件Q2的第二端Q22和第三端Q23在第二控制信号的控制下选择性导通。其中，第二控制元件Q2的第三端Q23与变压器T1的副边线圈Np的同名端连接，第二控制元件Q2的第二端Q22与图1中的第二总线15中的电源正线P连接。另外，压器T1的副边线圈Np的异名端与图1中的第二总线15中的电源负线N连接。第二控制元件Q2的第二端Q22与变压器T1的副边线圈Np的异名端接收外部的用户均衡个电池单体BTN能量的缓冲电池组13的能量或者向缓冲电池组13发送能量。其中，第二控制信号为占空比可调的脉冲信号。

在本实施例中，第二控制元件Q2为N型MOS管，第二控制元件Q2的第一端Q21为N型MOS管的栅极，第二控制元件Q2的第二端Q22为N型MOS管的源极，第二控制元件Q2的第三端Q23为N型MOS管的漏极。当N型MOS管的栅极接收到微控制器11发送的脉冲信号中的高电平信号时，N型MOS管的源极和漏极导通，此时，变压器T1的副边线圈Np与缓冲电池组13连通。反之，当N型MOS管的栅极接收到微控制器11发送的脉冲信号中的低电平信号时，N型MOS管的源极和漏极截止，此时，变压器T1的副边线圈Np与缓冲电池组13处于断开状态。

优选地，电池均衡电路122进一步包括第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1并联于变压器T1的原边线圈Ns的同名端和异名端，第二电容C2并联于变压器T1的副边线圈Np的同名端和异名端，第一电容C1和第二电容C2用于滤除高频谐波。

承接上述举例，假设电池均衡电路中电池单体BT1的容量大于预定阈值，电池单体BT2的容量小于预定阈值时，电池均衡电路122的工作原理具体如下所示：

当电池单体BT1的容量大于预定阈值时，微控制器11首先控制第一开关M1和第二开关M’1处于闭合导通状态，继而在第一控制元件Q1的栅极和第二控制元件Q2的栅极输入可调节占空比的脉冲信号以均衡电池单体BT1的容量减少至预定阈值，最后控制第一开关M1和第二开关M’1处于断开截止状态。

具体来说，首先，微控制器11在控制第一控制元件Q1打开的期间，也即控制第一控制元件Q1的栅极输入高电平信号的期间，微控制器11控制第二控制元件Q2关闭，也即控制第二控制元件Q2的栅极输入低电平信号，此时，电池单体BT1的能量通过变压器T1的原边线圈Ns存储在变压器T1的磁芯内。接着，微控制器11在控制第一控制元件Q1关闭的期间，也即控制第一控制元件Q1的栅极输入低电平信号的期间，微控制器11控制第二控制元件Q2打开，也即控制第二控制元件Q2的栅极输入高电平信号，此时，存储在变压器T1的磁芯内的能量通过变压器T1的副边线圈传递给缓冲电池组13，以对缓冲电池组13进行充电。随后，微控制器11交替控制第一控制元件Q1打开或关闭，相应地，交替控制第二控制元件Q2关闭或打开，直至电池单体BT1的能量达到预定阈值。

当电池单体BT2的容量小于预定阈值时，微控制器11首先控制第一开关M2和第二开关M’2处于闭合导通状态，继而在第一控制元件Q1的栅极和第二控制元件Q2的栅极输入可调节占空比的脉冲信号以均衡电池单体BT2的容量增大至预定阈值，最后控制第一开关M2和第二开关M’2处于断开截止状态。

具体来说，首先，微控制器11在控制第二控制元件Q2打开的期间，也即控制第二控制元件Q2的栅极输入高电平信号的期间，微控制器11控制第一控制元件Q1关闭，也即控制第一控制元件Q1的栅极输入低电平信号，此时，缓冲电池组13的能量经过第二总线15通过变压器T1的副边线圈Np存储在变压器T1的磁芯内。接着，微控制器11在控制第二控制元件Q2关闭的期间，也即控制第二控制元件Q2的栅极输入低电平信号的期间，微控制器11控制第一控制元件Q1打开，也即控制第一控制元件Q1的栅极输入高电平信号，此时，存储在变压器T1的磁芯内的能量通过变压器T1的原边线圈Ns传递给电池单体BT2，以对电池单体BT2进行充电。随后，微控制器11交替控制第二控制元件Q2打开或关闭，相应地，交替控制第一控制元件Q1关闭或打开，直至电池单体BT2的能量增大至预定阈值。

图3是图1中电池均衡电路的第二实施例的电路原理图。图3中具有与图2中相同名称的模块的结构以及功能相同，在此不再赘述。图3所示电池均衡电路122’与图2中的电池均衡电路122主要区别在于：

电池均衡电路122’进一步包括电流采样模块16。

电流采样模块16串联于第一控制元件Q1的第二端Q12和第一开关元件MN的第二端MN2，用以获取电池均衡电路122’中的均衡电流并传递给微控制器11，微控制器11根据获取到的均衡电流调整第一控制信号和第二控制信号的占空比，以使均衡电流保持为恒定值。其中，当电池单体的容量大于预定阈值时，均衡电流为恒定的放电电流，当电池单体的容量小于预定阈值时，均衡电流为恒定的充电电流。

图4是本发明实施例电池均衡方法的的流程图。举例来说，图4所示的方法可由图1所示的电池均衡系统执行。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图4所示的流程顺序为限。如图4所示，该方法包括如下步骤：

步骤S101：由微控制器通过第一总线分别获取各电池管理模块中各电池单体的容量；

在步骤S101中，多个电池单体相互串联连接以形成一电池组。电池管理模块为多个，用于管理依次串联连接的多个电池单体，优选地，一个电池管理模块最多管理12个相互串联的电池单体。

其中，第一总线优选为CAN总线，微控制器通过CAN总线实时获取各电池管理模块中各电池单体的容量。

步骤S102：由微控制器分别比较各电池单体的容量与预定阈值；

在步骤S102中，由微控制器比较各电池管理模块中各电池单体的容量与预定阈值的大小关系。当电池单体的容量大于预定阈值时，对电池单体进行放电操作以降低电池单体的容量。当电池单体的容量小于预定阈值时，对电池单体进行充电操作以提高电池单体的容量。当电池单体的容量接近预定阈值时，不进行任何操作。

步骤S103：当电池单体的容量高于预定阈值时，由微控制器控制电池均衡电路将电池单体的能量通过第二总线发送至缓冲电池组，以使发送能量后的电池单体的容量达到预定阈值；

在步骤S103中，由微控制器控制电池均衡电路将电池单体的能量通过第二总线发送至缓冲电池组的步骤具体为：首先，由微控制器控制与电池单体对应的第一开关和第二开关闭合。其次，由微控制器通过第一控制信号控制电池单体与变压器的原边线圈接通，同时通过第二控制信号控制缓冲电池组与副边线圈断开，以将电池单体的能量通过原边线圈存储至变压器的磁芯。具体来说，由微控制器控制第一控制信号输出高电平信号以打开第一控制元件，使电池单体与变压器的原边线圈接通。同时，由微控制器控制第二控制信号输出低电平信号以关闭第二控制元件，使缓冲电池组与副边线圈断开。再次，由微控制器通过第一控制信号控制电池单体与原边线圈断开，同时通过第二控制信号控制缓冲电池组与副边线圈接通，以将存储至磁芯的能量依次通过副边线圈和第二总线发送至缓冲电池组。具体来说，由微控制器控制第一控制信号输出低电平信号以关闭第一控制元件，使电池单体与变压器的原边线圈断开。同时，由微控制器控制第二控制信号输出高电平信号以打开第二控制元件，使缓冲电池组与副边线圈连通。其中，第二总线为电源总线。接着，微控制器交替控制第一控制元件打开或关闭，相应地，交替控制第二控制元件关闭或打开，使电池单体的能量通过电源总线传递至缓冲电池组，直至电池单体的能量减少至预定阈值。最后，由微控制器控制与电池单体对应的第一开关和第二开关断开。

步骤S104：当电池单体的容量低于所述预定阈值时，由微控制器控制电池均衡电路将缓冲电池组的能量通过第二总线转移至电池单体，以使获取能量后的电池单体的容量达到预定阈值。

在步骤S104中，由微控制器控制电池均衡电路将缓冲电池组的能量通过第二总线转移至电池单体的步骤具体为：首先，由微控制器控制与电池单体对应的第一开关和所述第二开关闭合。其次，由微控制器通过第二控制信号控制缓冲电池组与副边线圈接通，同时通过第一控制信号控制电池单体与原边线圈断开，以将缓冲电池组的能量依次通过第二总线和副边线圈存储至变压器的磁芯。具体来说，由微控制器控制第二控制信号输出高电平信号以打开第二控制元件，使缓冲电池组与副边线圈连通，同时，由微控制器控制第一控制信号输出低电平信号以关闭第一控制元件，使电池单体与变压器的原边线圈断开。再次，由微控制器通过第二控制信号控制缓冲电池组与副边线圈断开，同时由微控制器通过第一控制信号控制电池单体与原边线圈接通，以将存储于磁芯的能量通过原边线圈转移至电池单体。具体来说，由微控制器控制第二控制信号输出低电平信号以关闭第二控制元件，使缓冲电池组与副边线圈断开。同时，由微控制器控制第一控制信号输出高电平信号以打开第一控制元件，使电池单体与变压器的原边线圈接通。接着，微控制器交替控制第二控制元件打开或关闭，相应地，交替控制第一控制元件关闭或打开，使电池单体吸收缓冲电池组中的能量，直至电池单体的能量增大至预定阈值。最后，由微控制器控制与电池单体对应的第一开关和第二开关断开。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的电池均衡电路、系统和方法通过控制第一控制元件和第二控制元件的选择性导通，使得电池单体存在多余能量时，将多余的能量传递至缓冲电池组以及电池单体能量不足时，从缓冲电池组吸收能量，从而能够以相对简单的电路实现电池组中各电池单体的均衡，提高电池组的使用寿命。同时，本发明解决了现有技术只能对单个电池管理模块管理的电池单体进行均衡，无法对整个电池组中所有电池单体进行均衡管理的问题。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种电池均衡电路，其特征在于，包括：

多个电池单体，所述多个电池单体串联连接以形成电池组；

多个第一开关和多个第二开关，所述第一开关和所述第二开关成对出现且对应于一所述电池单体，所述第一开关的第一端与所述电池单体的负极连接，所述第二开关的第一端与所述电池单体的正极连接；

第一控制元件，所述第一控制元件的第一端接收微控制器发送的第一控制信号，以使所述第一控制元件的第二端和第三端在所述第一控制信号的控制下选择性导通，所述第一控制元件的所述第二端与所述第一开关的第二端连接；

第二控制元件，所述第二控制元件的第一端接收所述微控制器发送的第二控制信号，以使所述第二控制元件的第二端和第三端在所述第二控制信号的控制下选择性导通；

变压器，所述变压器包括原边线圈和副边线圈，所述原边线圈的同名端与所述第二开关的第二端连接，所述原边线圈的异名端与所述第一控制元件的第三端连接，所述副边线圈的同名端与所述第二控制元件的第三端连接，所述副边线圈的异名端和所述第二控制元件的第二端接收外部的用于均衡各所述电池单体能量的缓冲电池组的能量或者向所述缓冲电池组发送能量；

其中，当所述电池组处于充电阶段，电池容量超过预定阈值的所述电池单体的能量转移至所述缓冲电池组；

其中，当所述电池组处于放电阶段，电池容量低于预定阈值的所述电池单体从所述缓冲电池组获取能量；

其中，当所述电池组处于静置阶段，电池容量高于预定阈值的所述电池单体的能量转移至所述缓冲电池组，电池容量低于预定阈值的所述电池单体从所述缓冲电池组获取能量；

其中，所述电路进一步包括电流采样模块，所述电流采样模块串联于所述第一控制元件的所述第二端和所述第一开关的第二端之间，用以获取所述电池均衡电路中的均衡电流并传递给所述微控制器，以使所述微控制器根据所述均衡电流调整所述第一控制信号和所述第二控制信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一控制元件为N型MOS管，所述第一控制元件的所述第一端、第二端和第三端分别为所述N型MOS管的栅极、源极和漏极；所述第二控制元件为N型MOS管，所述第二控制元件的所述第一端、第二端和第三端分别为所述N型MOS管的栅极、源极和漏极。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述缓冲电池组的电压为12伏特直流电压。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一控制信号和所述第二控制信号为占空比可调的脉冲信号。

5.一种电池均衡系统，其特征在于，所述电池均衡系统包括微控制器、多个电池管理模块和缓冲电池组，所述电池管理模块包括权利要求1-4任意一项所述的电池均衡电路，其中，所述微控制器通过第一总线分别与多个所述电池管理模块连接，多个所述电池管理模块通过第二总线分别与所述缓冲电池组连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一总线为控制器局域网络总线，所述第二总线为电源总线。

7.一种电池均衡方法，其特征在于，所述方法基于权利要求5-6任一项所述的电池均衡系统，所述方法包括：

由所述微控制器通过所述第一总线分别获取各所述电池管理模块中各所述电池单体的容量；

由所述微控制器分别比较各所述电池单体的所述容量与所述预定阈值；

当所述电池单体的所述容量高于所述预定阈值时，由所述微控制器控制所述电池均衡电路将所述电池单体的能量通过所述第二总线发送至所述缓冲电池组，以使发送能量后的所述电池单体的所述容量达到所述预定阈值；

当所述电池单体的所述容量低于所述预定阈值时，由所述微控制器控制所述电池均衡电路将所述缓冲电池组的能量通过所述第二总线转移至所述电池单体，以使获取能量后的所述电池单体的所述容量达到所述预定阈值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述由所述微控制器控制所述电池均衡电路将所述电池单体的能量通过所述第二总线发送至所述缓冲电池组的步骤具体为：

由所述微控制器控制与所述电池单体对应的所述第一开关和所述第二开关闭合；

由所述微控制器通过所述第一控制信号控制所述电池单体与所述原边线圈接通，同时通过所述第二控制信号控制所述缓冲电池组与所述副边线圈断开，以将所述电池单体的能量通过所述原边线圈存储至所述变压器的磁芯；

由所述微控制器通过所述第一控制信号控制所述电池单体与所述原边线圈断开，同时通过所述第二控制信号控制所述缓冲电池组与所述副边线圈接通，以将存储至所述磁芯的所述能量依次通过所述副边线圈和所述第二总线发送至所述缓冲电池组。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述由所述微控制器控制所述电池均衡电路将所述缓冲电池组的能量通过所述第二总线转移至所述电池单体的步骤具体为：

由所述微控制器控制与所述电池单体对应的所述第一开关和所述第二开关闭合；

由所述微控制器通过所述第二控制信号控制所述缓冲电池组与所述副边线圈接通，同时通过所述第一控制信号控制所述电池单体与所述原边线圈断开，以将所述缓冲电池组的能量依次通过所述第二总线和所述副边线圈存储至所述变压器的磁芯；

由所述微控制器通过所述第二控制信号控制所述缓冲电池组与所述副边线圈断开，同时由所述微控制器通过所述第一控制信号控制所述电池单体与所述原边线圈接通，以将存储于所述磁芯的能量通过所述原边线圈转移至所述电池单体。