CN106100078A - 一种无损均衡控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种无损均衡控制装置及控制方法，属于电池组均衡控制技术领域。该装置包括由若干电池组成的电池组，还包括均衡开关控制模块、均衡电源控制模块、均衡电源变换模块、均衡充电控制模块、系统电源模块和主控模块；系统电源模块为均衡开关控制模块、均衡充电控制模块和主控模块供电，该装置均衡速度快、均衡过程安全可靠、成本低且便于推广应用；该无损均衡控制装置的控制方法包括检测电池组均衡度、电池组均衡度≥0.3%时开始均衡电池组中落后单体电池、系统故障检测、系统故障清除和等待检测步骤，均衡精度高、均衡过程安全可靠。

Description

一种无损均衡控制装置及控制方法

技术领域

一种无损均衡控制装置及控制方法，属于电池组均衡控制技术领域。

背景技术

微型电动汽车是我国发展新能源战略的一项重要内容，微型电动汽车逐渐成为中短程消费者日常出行中必不可少的交通工具，目前制约微型电动汽车发展的主要瓶颈是动力电池技术和电池管理技术。近年来，应用于微型电动汽车的动力电池技术取得了飞速进步，如采用比能量高、相对稳定的磷酸铁锂电池的电驱动总成技术及明显提高铅酸电池寿命的电容型铅酸电池的电驱动总成技术等，但与之配套的电池管理技术的发展却相对缓慢，究其原因，一方面是因为电池管理技术的研发水平不足，另一方面则受限于微型电动汽车的整车成本要求。

目前微型电动汽车的电池管理技术主要涉及电池组的均衡充放电管理技术，按能耗类型的高低分为有损均衡和无损均衡，有损均衡主要是通过一定的过能量消耗来限制电池组中电压较高的单体电池的充放电电流，实现其和较低电压的单体电池的充电平衡，现有技术的通常做法是在各单体电池的两端串联均衡放电电阻和功率开关，这种方式虽然控制简单，但浪费能量严重，且由于多余的能量以热能的形式释放，在密闭的电池箱中存在一定的安全隐患，已逐渐被淘汰使用；无损均衡是近年来发展迅速地一种电池均衡技术，主要原理是将高电压单体电池的一部分能量通过转换装置回送到电池电路或直接转送到低电压单体电池中，用到的储能元件主要为电容或电感，通过电容或电感的反复充放电实现电池组内各单体电池电压的基本平衡，这成为现有技术中通常采用的方法，另外还有部分研究者提出一种利用双向直流变换模块实现的双向无损均衡控制技术。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

1、采用电容或电感作为电池组中各单体能量转移的中间元件，均衡速度慢，长期使用均衡效果差、精度低；

2、采用双向直流变换模块作为电池组中各单体能量转移的中间模块，成本高、难以在微型电动汽车中推广应用。

经分析发现，出现上述问题的主要原因是：

1、采用电感或是电容作为能量传递的元件，需在每两个相邻的单体电池之间通过开关器件与一个电容或电感并联，通过控制开关器件的开通与关断，利用电容或电感实现能量的逐个传递，由于是逐级传递能量，因此均衡速度较慢；且由于电池组长期进行多循环充放电，尤其是多次深循环充放电时，单体之间的电容性能差异也将变大，从而加速电容或电感老化，导致均衡效果和精度越来越差，导致电池组各单体间的电池充放电性能差异也越来越大；

2、采用双向直流变换模块作为电池组中各单体能量转移的中间模块，即每个电池单体都连接一个双向DC/DC变换器后再串联，由于电池单体电压等级比较低，一般情况下将蓄电池单体作为低压侧，可以根据均衡的需要进行恒压或恒流充放电控制，这种均衡方法可以同时对所有电池单体进行充放电，并针对不同电池单体的容量情况控制充放电电流，但由于每个蓄电池单体都需要一个双向DC/DC变换器，因此成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种均衡速度快、成本低、均衡精度高、均衡过程安全可靠、便于推广应用的无损均衡控制装置及控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该无损均衡控制装置，包括若干电池组成的电池组，还包括均衡开关控制模块、均衡电源控制模块、均衡电源变换模块、均衡充电控制模块、系统电源模块和主控模块；所述均衡开关控制模块分别与主控模块和均衡电源变换模块相连，均衡电源变换模块还分别与均衡电源控制模块和均衡充电控制模块相连，主控模块还与均衡充电控制模块相连，均衡充电控制模块与电池组相连，系统电源模块为均衡开关控制模块、均衡充电控制模块和主控模块供电。

优选的，所述均衡开关控制模块包括连接器J1，网络标号BPGND、SS1、Vm+、MCUGND、MC1，二极管D1，功率场效应管Q1，电阻R1、R2、R3和R4，电容C1，光电耦合器U1，三极管Q2；连接器J1的1脚连接网络标号BPGND，连接器J1的2脚连接电池组的正极，电池组的正极与网络标号BPGND之间反向并联二极管D1，功率场效应管Q1的漏极接连接器J1的2脚，功率场效应管Q1的门极和漏极之间并联电阻R1和电容C1，功率场效应管Q1的源极连接网络标号SS1，功率场效应管Q1的门极串接电阻R2，电阻R2通过光电耦合器U1的输出端连接网络标号BPGND，电阻R3的一端通过光电耦合器U1的输入端连接三极管Q2的集电极，电阻R3的另一端连接网络标号Vm+，网络标号MC1通过电阻R4连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接网络标号MCUGND。

优选的，所述均衡电源控制模块包括高性能固定频率电流模式控制器U2，电容C2~C8，电阻R5~R14，光电耦合器U3，网络标号BPGND、JHDB_IN、JHK、JHDB_OUT、JHC，二极管D2和D3，可控精密稳压源U4；高性能固定频率电流模式控制器U2的1脚与2脚之间连接电容C6，高性能固定频率电流模式控制器U2的3脚与4脚之间连接电容C5，高性能固定频率电流模式控制器U2的1脚经电阻R7并通过光电耦合器U3的输入端接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的2脚和5脚均连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的3脚通过电阻R10连接网络标号JHDB_IN，高性能固定频率电流模式控制器U2的8脚通过电容C3连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的7脚连接网络标号JHK，高性能固定频率电流模式控制器U2的7脚通过电容C2连接网络标号BPGND，网络标号JHK通过反向连接的二极管D2连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的6脚通过电阻R6和R8连接网络标号JHDB_OUT，电阻R8与二极管D3并联，网络标号JHDB_OUT与网络标号BPGND之间串接电阻R9，高性能固定频率电流模式控制器U2的3脚通过电容C7连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的8脚通过电容C3连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的4脚和8脚之间通过电阻R5连接，高性能固定频率电流模式控制器U2的4脚通过电容C4连接网络标号BPGND，网络标号JHC的一端经电阻R12并通过光电耦合器U3的输入端连接可控精密稳压源U4的阴极，光电耦合器U3的输入端并联有电阻R11，网络标号JHC的另一端通过电阻R13和R14接网络标号BPGND，可控精密稳压源U4的参考极与阴极之间连接有电容C8，可控精密稳压源U4的阳极连接网络标号BPGND，可控精密稳压源U4的参考极连接在电阻R13和R14之间。

优选的，所述均衡电源变换模块包括变压器T1，网络标号SS1、JHK、BPGND、JHDB_OUT、JHDB_IN、JHGND、JHCY、JHC，电阻R15~R24，电解电容C10、C12、C13、C16，功率场效应管Q3，电容C9、C11、C14、C15、C17，二极管D4~D9，三端可调节输出正电压稳压器U5，可控精密稳压源U6，电感L1；变压器T1的1脚连接网络标号SS1，网络标号SS1与网络标号JHK之间通过两个并联的电阻R15和R16连接，网络标号JHK连接电解电容C10的正极，电解电容C10的负极连接网络标号BPGND，变压器T1的4脚连接功率场效应管Q3的漏极，变压器T1的1脚和4脚通过电容C9和二极管D4连接，二极管D4的正极连接功率场效应管Q3的漏极，电容C9的两端分别并联电阻R17和R18，功率场效应管Q3的门极连接网络标号JHDB_OUT，功率场效应管Q3的源极连接网络标号JHDB_IN，网络标号JHDB_IN通过电阻R19连接网络标号BPGND，变压器T1的7脚连接网络标号JHGND，变压器T1的8脚连接二极管D8的正极，二极管D8的负极通过电阻R21连接三端可调节输出正电压稳压器U5的输入端，三端可调节输出正电压稳压器U5的调节端连接可控精密稳压源U6的阴极，可控精密稳压源U6的阴极与三端可调节输出正电压稳压器U5的输入端通过电阻R22连接，可控精密稳压源U6的阳极接网络标号JHGND，可控精密稳压源U6的阳极与三端可调节输出正电压稳压器U5的输入端之间连接有二极管D9，二极管D9的两端并联电容C14，三端可调节输出正电压稳压器U5的输出端连接网络标号JHCY，可控精密稳压源U6的阳极与参考极之间通过电阻R24连接，可控精密稳压源U6的阳极与三端可调节输出正电压稳压器U5的输出端通过电阻R23与电容C15连接，三端可调节输出正电压稳压器U5的输出端连接电解电容C16的正极，电解电容C16的负极接网络标号JHGND，网络标号JHGND与网络标号JHCY之间连接有电容C17，变压器T1的9脚和12脚焊接在一起，变压器T1的9脚连接网络标号JHGND，变压器T1的13脚和16脚焊接在一起，变压器T1的16脚连接二极管D6的正极，二极管D6的负极通过电感L1连接网络标号JHC，网络标号JHC与网络标号JHND之间并连有电解电容C12和C13，电解电容C12的正极连接在电感L1与网络标号JHC之间，二极管D7的负极连接在二极管D6的负极与电感L1之间，二极管D7的正极连接变压器T1的9脚，电阻R20与电容C11串联后并联在二极管D6的两端。

优选的，所述均衡充电控制模块包括可控精密稳压源U7，电阻R25~R38，网络标号JHCY、JHGND、Vm+、KSS、MC2、MC3、MCUGND、BPGND、XTD+，电容C18、C20、C21，电解电容C19，运算放大器U11，三极管Q4~Q6，可控精密稳压源U10，功率场效应管Q7，连接器J2，继电器K1，二极管D10、D11，光电耦合器U8、U9；可控精密稳压源U7的阴极通过电阻R25连接网络标号JHCY，可控精密稳压源U7的阳极连接网络标号JHGND，可控精密稳压源U7的参考极与阴极相连，可控精密稳压源U7的阴极与阳极之间并联有电容C18和电解电容C19，电解电容C19的正极一方面通过电阻R31并经光电耦合器U9的输出端连接网络标号JHGND，另一方面通过电阻R32连接运算放大器U11中U11A的2脚，网络标号Vm+通过电阻R29并经过光电耦合器U9的输入端连接三极管Q6的集电极，三极管Q6的基极通过电阻R30连接网络标号MC3，三极管Q6的发射极连接网络标号MCUGND，运算放大器U11中U11A的3脚通过光电耦合器U9的输出端连接网络标号JHGND，运算放大器U11中U11A的8脚连接网络标号JHCY，运算放大器U11中U11A的4脚连接网络标号JHGND，运算放大器U11中U11A的1脚通过电阻R34和R35连接运算放大器U11中U11B的5脚，电阻R35的两端并联电容C20，可控精密稳压源U10的阴极和参考极均连接在电阻R34和R35之间，可控精密稳压源U10的阳极连接网络标号JHGND，运算放大器U11中U11B的6脚通过电阻R36连接网络标号KSS，运算放大器U11中U11B的7脚通过电阻R37连接功率场效应管Q7的门极，功率场效应管Q7的源极通过电阻R38连接网络标号JHGND，电阻R38的两端并联电容C21，网络标号KSS连接在电阻R38和功率场效应管Q7的源极之间，功率场效应管Q7的漏极与连接器J2的1脚和2脚连接，连接器J2的1脚和2脚连接在一起，连接器J2的3脚和4脚连接在一起，连接器J2的3脚和4脚均连接继电器K1的输出端，继电器K1的输入端连接网络标号JHC，继电器K1的线圈正负极分别连接三极管Q5的集电极和发射极，三极管Q5的发射极连接网络标号BPGND，三极管Q5的集电极通过二极管D10连接网络标号XTD+，网络标号XTD+通过光电耦合器U8的输出端并经过电阻R27连接三极管Q5的发射极，网络标号Vm+连接电阻R26并经过光电耦合器U8的输入端连接三极管Q4的集电极，三极管Q4的发射极连接网络标号MCUGND，网络标号MC2通过电阻R28连接三极管Q4的基极。

优选的，所述系统电源模块包括连接器J3、J4，网络标号XTD+、BPGND、DS、KG、JZV-、JZV+、MCUGND、Vm+，二极管D12~D15，三极管Q8，电源隔离模块DD1和DD2，电阻R39~R42，三端可调节输出正电压稳压器U11，电解电容C22、C26，电容C23~C25，可控精密稳压源U12；连接器J3的1脚连接网络标号XTD+，连接器J3的2脚接网络标号BPGND，网络标号XTD+连接二极管D15的负极，二极管D15的正极连接网络标号BPGND，三极管Q8的发射极连接二极管D15的负极，三极管Q8的基极连接网络标号KG，三极管Q8的集电极连接电源隔离模块DD1和DD2的正极输入端，网络标号DS通过电阻R42连接网络标号BPGND，电源隔离模块DD1和DD2的负极输入端连接网络标号BPGND，电源隔离模块DD1的负极输出端连接网络标号JZV-，电源隔离模块DD1的正极输出端连接网络标号JZV+，电源隔离模块DD1的接地端连接网络标号BPGND，电源隔离模块DD2的正极输出端连接三端可调节输出正电压稳压器U11的输入端，电源隔离模块DD2的负极输出端连接网络标号MCUGND，电解电容C22的两端并联有电容C23，电解电容C22的负极连接网络标号MCUGND，电解电容C22的正极连接电源隔离模块DD2的正极输出端，三端可调节输出正电压稳压器U11的输入端与调节端连接有电阻R39，三端可调节输出正电压稳压器U11的输出端与调节端之间连接有电阻R41和电容C24，三端可调节输出正电压稳压器U11的调节端连接可控精密稳压源U12的阴极，可控精密稳压源U12的阳极与参考极之间连接有电阻R40，三端可调节输出正电压稳压器U11的输出端连接网络标号Vm+，网络标号Vm+分别连接电解电容C26的正极、二极管D12的负极和二极管D13的正极，电解电容C26的负极连接网络标号MCUGND，电解电容C26的两端并联电容C25，二极管D14的正极连接二极管D13的负极，二极管D14的负极连接二极管D12的正极，二极管D12的正极与连接器J4的2脚相连，连接器J4的1脚连接网络标号MCUGND。

优选的，所述主控模块包括三极管Q9~Q13，电阻R61~R68，网络标号MC4~MC6、MCUGND、BPGND、Vm+、XTD+、KG、DS，光电耦合器U14，连接器J5、J6，二极管D17、D18；三极管Q9的基极通过电阻R61连接网络标号MC4，三极管Q9的发射极连接网络标号MCUGND，三极管Q9的集电极经光电耦合器U14的输入端并通过电阻R64连接网络标号Vm+，三极管Q13的基极通过电阻R68连接网络标号MC5，三极管Q13的发射极连接网络标号MCUGND，三极管Q13的集电极经光电耦合器U14的输入端并通过电阻R63连接网络标号Vm+，三极管Q12的基极通过电阻R67连接网络标号MC6，三极管Q12的发射极连接网络标号MCUGND，三极管Q12的集电极经光电耦合器U14的输入端并通过电阻R62连接网络标号Vm+，三极管Q10的基极连接电阻R65并通过光电耦合器U14的输出端接网络标号BPGND，三极管Q10的发射极连接网络标号XTD+，三极管Q10的集电极与连接器J5的2脚连接，连接器J5的1脚连接网络标号BPGND，连接器J5的1脚连接二极管D17的正极，二极管D17的负极与连接器J5的2脚连接，三极管Q11的发射极连接网络标号XTD+，三极管Q11的集电极与连接器J6的2脚连接，连接器J6的1脚连接网络标号BPGND，连接器J6的1脚连接二极管D18的正极，二极管D18的负极与连接器J6的2脚连接，网络标号KG经光电耦合器U14的输出端与网络标号DS连接。

一种无损均衡控制装置的控制方法，步骤为：

S901，检测电池组均衡度；

S902，电池组均衡度≥0.3%，进入步骤S903，否则进入步骤S906；

S903，均衡电池组中落后的单体电池；

S904，均衡结束，等待延时，否则返回步骤S903；

S905，延时时间到，返回步骤S901，否则继续等待；

S906，系统故障检测；

S907，判断有无故障；

S908，无故障，均衡检测等待，进入步骤S909，有故障，进入步骤S910；

S909，等待时间到，返回步骤S901，否则返回步骤S908；

S910，系统故障清除；

S911，故障清除完毕，返回步骤S901，否则返回步骤S910。

优选的，步骤S905所述延时时间≤30s。

优选的，步骤S909所述等待时间≤5小时。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、该无损均衡控制装置仅需均衡开关控制模块、均衡电源控制模块、均衡电源变换模块、均衡充电控制模块、系统电源模块和主控模块，便可实现电池组的无损均衡过程，克服了现有技术中采用电容或电感作为电池组中各单体能量转移的中间元件，均衡速度慢，长期使用均衡效果差的不足，同时克服了现有技术中采用双向直流变换模块作为电池组中各单体能量转移的中间模块，成本高、难以在微型电动汽车中推广应用的不足，均衡速度快、成本低。

2、设置的均衡开关控制模块采用连接器J1，二极管D1，功率场效应管Q1，电阻R1、R2、R3和R4，电容C1，光电耦合器U1和三极管Q2等常规电子器件，成本低、电路成熟可靠；网络标号MC1通过电阻R4连接三极管Q2的基极，当微处理器向网络标号MC1发送电平信号使三极管Q2导通时，光电耦合器U1的输出端瞬间导通，此时电阻R2的一端连接电池负极，功率场效应管Q1瞬间导通，网络标号SS1产生电压；采用此种电路设计，开关响应准确、快速，开关控制过程电气隔离，电路安全性高。

3、设置的均衡电源控制模块采用高性能固定频率电流模式控制器U2，电容C2~C8，电阻R5~R14，光电耦合器U3，二极管D2和D3和可控精密稳压源U4等常规电子器件，成本低、输出频率稳定、均衡电源控制可靠；采用高性能固定频率电流模式控制器U2进行均衡电源的输出控制，确保控制均衡电源输出的精度和稳定性，提高均衡电源变换模块的电路输出调整范围。

4、设置的均衡电源变换模块采用变压器T1，电解电容C10、C12、C13、C16，功率场效应管Q3，电容C9、C11、C14、C15、C17，二极管D4~D9，三端可调节输出正电压稳压器U5，可控精密稳压源U6和电感L1等电子器件，成本低、电路可靠性高；在变压器T1的初级侧由图3的均衡电源控制模块产生一定频率的脉冲输出信号，此时功率场效应管Q5按照该一定频率的脉冲输出信号进行开通和关断，从而在变压器T1初级侧产生交变信号，进而在变压器T1的次级侧感生出交变的信号，并经过变压器T1次级侧的各绕组进行相关信号处理；在电感L1所在的次级侧绕组，该交变信号经整流滤波后变为均衡充电用电源，其供电电源正极的网络标号为JHC，在三端可调节输出正电压稳压器U5所在的次级侧绕组，该信号经整流稳压后为图5所示的运算放电器U11供电，其供电电源正极的网络标号为JHCY；采用上述原理的电路结构设计，确保均衡电源输出稳定、范围宽、精度高、电源转换效率高、均衡过程安全可靠。

5、设置的均衡充电控制模块采用可控精密稳压源U7，电阻R25~R38，电容C18、C20、C21，电解电容C19，运算放大器U11，三极管Q4~Q6，可控精密稳压源U10，功率场效应管Q7，连接器J2，继电器K1，二极管D10、D11，光电耦合器U8、U9等电子器件，成本低、电路稳定性高；当网络标号MC3接收一系列高低电平信号和继电器K1接通时，连接器J2连接的各单体电池的两端便产生一定频率的脉冲充电电流；当网络标号MC3接收一固定电平和继电器K1接通时，则在连接器J2连接的各单体电池的两端产生变频率的脉冲充电电流，采用此种方式设计的电路，确保均衡充电控制精度高、控制方式灵活、控制响应实时性强、均衡充电过程无损、安全可靠、与单体电池的接口连接方式灵活、简单、便捷。

6、设置的系统电源模块采用连接器J3、J4，二极管D12~D15，三极管Q8，电源隔离模块DD1和DD2，电阻R39~R42，三端可调节输出正电压稳压器U11，电解电容C22、C26，电容C23~C25，可控精密稳压源U12等电子器件，成本低、电气隔离效果好，电路精度高；连接器J3和J4均为汽车用线路连接器，连接器J3连接汽车的12V电源系统，连接器J4连接备用电池，备用电池选择3.7V左右的可充电电池，为系统开始工作时的微处理器初始供电使用，启动后由汽车系统12V电源隔离降压后为其充电，网络标号DS、KG用于控制系统电源的启动和停止，采用上述器件的此种电路设计，确保系统电源供电稳定、安全、可靠，电源输出精度高。

7、设置的主控模块采用三极管Q9~Q13，电阻R61~R68，光电耦合器U14，连接器J5、J6和二极管D17、D18等电子器件，电路成本低、可靠性高；均衡充电时，当微处理器从图7所示网络标号DYAD发来的均衡信息，确定单体电池需要均衡时，微处理器向主控模块的网络标号MC4发送高电平信号，此时连接器J5连接的继电器断开电池组的回路；同样的控制思路适用于连接器J6所连接的继电器的控制；当微处理器向网络标号MC6发送高电平信号时，图6所示的网络标号KG和DS连接，系统电源进入工作状态；采用上述电子元件设计的电路，确保均衡控制响应及时、控制方式灵活多样、电气隔离性强。

8、采用包括检测电池组均衡度、电池组均衡度≥0.3%、均衡电池组中落后的单体电池、均衡结束，等待延时、延时时间到、系统故障检测、均衡检测等待、系统故障清除和故障清除完毕步骤的无损均衡控制装置的控制方法，且采用不大于30s进行一次均衡检测，不大于5小时进行一次系统故障检测，均衡精度高、均衡过程安全可靠、均衡控制响应及时，可使电池组中各单体电池始终处于充放电性能一致的状态，延长电池组的循环使用寿命。

附图说明

图1 无损均衡控制装置硬件结构框图。

图2 均衡开关控制模块电路图。

图3 均衡电源控制模块电路图。

图4 均衡电源变换模块电路图。

图5 均衡充电控制模块电路图。

图6 系统电源模块电路图。

图7 电压采样模块电路图。

图8 主控模块电路图。

图9 无损均衡控制方法流程框图。

具体实施方式

下面结合附图1~9对本发明无损均衡控制装置及控制方法做进一步说明。

下述提到的微处理器选用STM32系列或瑞萨78F0503系列单片机。

图1为无损均衡控制装置硬件结构框图，包括若干电池组成的电池组，还包括均衡开关控制模块、均衡电源控制模块、均衡电源变换模块、均衡充电控制模块、系统电源模块和主控模块；均衡开关控制模块分别与主控模块和均衡电源变换模块相连，均衡电源变换模块还分别与均衡电源控制模块和均衡充电控制模块相连，主控模块还与均衡充电控制模块相连，均衡充电控制模块与电池组相连，系统电源模块为均衡开关控制模块、均衡充电控制模块和主控模块供电。

当图7所示的电压采样模块检测到电池组某一电池单体电压与整组其它单体电池的一致性大于系统的均衡度时，该均衡信息被微处理器通过通信电路发送至主控模块、均衡开关控制模块和均衡充电控制模块；当该均衡信息被发送到主控模块时，主控模块控制系统电源上电，并断开此时整个电池组的充电或是放电回路；当该均衡信息被发送到均衡开关控制模块中时，均衡开关控制模块控制均衡电源变换模块进行工作，同时均衡电源控制模块配合均衡电源变换模块的工作参数要求进行均衡电源的稳定控制；当该均衡信息被微处理器通过通信电路发送到均衡充电控制模块进行均衡充电控制，均衡充电控制模块根据该信息对该单体电池进行无损均衡充电过程。

该无损均衡控制装置克服了现有技术中采用电容或电感作为电池组中各单体能量转移的中间元件，均衡速度慢，长期使用均衡效果差的不足，同时克服了现有技术中采用双向直流变换模块作为电池组中各单体能量转移的中间模块，成本高、难以在微型电动汽车中推广应用的不足，均衡速度快、成本低。

图2为均衡开关控制模块电路图，包括连接器J1，网络标号BPGND、SS1、Vm+、MCUGND、MC1，二极管D1，功率场效应管Q1，电阻R1、R2、R3和R4，电容C1，光电耦合器U1，三极管Q2；连接器J1为电池充放电专用连接器，过电流大小根据实际充放电功率选择，连接器J1根据均衡需要既可以连接整组电池也可以连接单体电池，连接方式灵活；网络标号BPJND代表连接电池组或单体电池的负极，网络标号SS1表示连接图4所示的变压器T1的1脚，网络标号Vm+表示连接微处理器供电电源的正极，网络标号MCUGND表示连接微处理器回路的信号地，网络标号MC1连接微处理器的任一I/O端口引脚，二极管D1为1N40XX系列的整流二极管，功率场效应管Q1选用IRF6XX系列MOS管，电阻R1~R4选用精度1%的金属氧化膜电阻，电容C1选用独石电容或CBB电容，光电耦合器U1选用PS2801-1系列高速光耦，三极管Q2选用2SC系列三极管。

连接器J1的1脚连接网络标号BPGND，连接器J1的2脚连接电池组或单体电池的正极，电池组或单体电池的正极与网络标号BPGND之间反向并联二极管D1，当电池组或单体电池的正负极反接时起到电路保护作用；功率场效应管Q1的漏极接连接器J1的2脚，功率场效应管Q1的门极和漏极之间并联电阻R1和电容C1，功率场效应管Q1的源极连接网络标号SS1，功率场效应管Q1的门极串接电阻R2，电阻R2通过光电耦合器U1的输出端连接网络标号BPGND，电阻R3的一端通过光电耦合器U1的输入端连接三极管Q2的集电极，电阻R3的另一端连接网络标号Vm+，网络标号MC1通过电阻R4连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接网络标号MCUGND，当微处理器向网络标号MC1赋值高电平时，三极管Q2导通，此时光电耦合器的输出端对电池组负极联通，从而功率场效应管Q1导通，网络标号SS1输出电池组或单体电池的电压。

该均衡开关控制模块采用上述电子元件进行的电路设计成本低、电路成熟可靠、开关响应准确、快速，开关控制过程电气隔离，电路安全性高。

图3为均衡电源控制模块电路图，包括高性能固定频率电流模式控制器U2，电容C2~C8，电阻R5~R14，光电耦合器U3，网络标号BPGND、JHDB_IN、JHK、JHDB_OUT、JHC，二极管D2和D3，可控精密稳压源U4；高性能固定频率电流模式控制器U2选用UC384X系列，电容C2~C8选用独石电容，电阻R5~R14选用精度1%的金属氧化膜电阻，光电耦合器U3选用PS2801-1系列高速光耦，网络标号BPGND表示连接电池组或单体电池的负极，网络标号JHDB_IN、JHK、JHC和JHDB_OUT表示与图4所示的相应网络标号连接，二极管D2选用1N47XX系列的稳压二极管，二极管D3选用ΜF54XX系列二极管，可控精密稳压源U4选用TL431系列可控精密稳压源。

高性能固定频率电流模式控制器U2的1脚与2脚之间连接电容C6，高性能固定频率电流模式控制器U2的3脚与4脚之间连接电容C5，高性能固定频率电流模式控制器U2的1脚经电阻R7并通过光电耦合器U3的输入端接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的2脚和5脚均连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的3脚通过电阻R10连接网络标号JHDB_IN，高性能固定频率电流模式控制器U2的8脚通过电容C3连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的7脚连接网络标号JHK，高性能固定频率电流模式控制器U2的7脚通过电容C2连接网络标号BPGND，网络标号JHK通过反向连接的二极管D2连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的6脚通过电阻R6和R8连接网络标号JHDB_OUT，电阻R8与二极管D3并联，网络标号JHDB_OUT与网络标号BPGND之间串接电阻R9，高性能固定频率电流模式控制器U2的3脚通过电容C7连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的8脚通过电容C3连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的4脚和8脚之间通过电阻R5连接，高性能固定频率电流模式控制器U2的4脚通过电容C4连接网络标号BPGND，网络标号JHC的一端经电阻R12并通过光电耦合器U3的输入端连接可控精密稳压源U4的阴极，光电耦合器U3的输入端并联有电阻R11，网络标号JHC的另一端通过电阻R13和R14接网络标号BPGND，可控精密稳压源U4的参考极与阴极之间连接有电容C8，可控精密稳压源U4的阳极连接网络标号BPGND，可控精密稳压源U4的参考极连接在电阻R13和R14之间。

该均衡电源控制模块采用上述电子元件组成的均衡电源控制电路，成本低、输出频率稳定、均衡电源控制可靠、确保控制均衡电源输出的精度和稳定性，提高均衡电源变换模块的电路输出调整范围。

图4为均衡电源变换模块电路图，包括变压器T1，网络标号SS1、JHK、BPGND、JHDB_OUT、JHDB_IN、JHGND、JHCY、JHC，电阻R15~R24，电解电容C10、C12、C13、C16，功率场效应管Q3，电容C9、C11、C14、C15、C17，二极管D4~D9，三端可调节输出正电压稳压器U5，可控精密稳压源U6，电感L1；变压器T1设计为具有复位绕组的正激式变压器，可利用图3的均衡电源控制模块最大限度提升其电磁转换效率，网络标号SS1表示与图2所示的网络标号连接，网络标号JHK、JHDB_OUT、JHDB_IN、JHC表示与图3所示相应网络标号连接，网络标号JHGND表示均衡电源变换模块的电源地，网络标号JHCY与图5所示相同的网络标号连接，为运算放电器U11供电电源的正极，网络标号JHC表示均衡充电用电源的正极，电阻R15~R24选用精度1%的金属氧化膜电阻，电解电容C10选用200V/470μF规格以下电解电容，电解电容C12、C13、C16选用50V/470μF规格以下电解电容，功率场效应管Q3选用IRF7XX系列MOS管，电容C9、C11、C14、C15、C17选用独石电容或CBB电容，二极管D4、D5选用ΜF540X系列二极管，二极管D6、D7选用MBR20XX系列超快恢复二极管，二极管D9选用1N47XX系列的稳压二极管，三端可调节输出正电压稳压器U5选用LM317，可控精密稳压源U6选用TL431系列可控精密稳压源，电感L1选择参数量为0~15A/100uH的铁硅铝磁芯滤波电感。

变压器T1的1脚连接网络标号SS1，网络标号SS1与网络标号JHK之间通过两个并联的电阻R15和R16连接，网络标号JHK连接电解电容C10的正极，电解电容C10的负极连接网络标号BPGND，变压器T1的4脚连接功率场效应管Q3的漏极，变压器T1的1脚和4脚通过电容C9和二极管D4连接，二极管D4的正极连接功率场效应管Q3的漏极，电容C9的两端分别并联电阻R17和R18，功率场效应管Q3的门极连接网络标号JHDB_OUT，功率场效应管Q3的源极连接网络标号JHDB_IN，网络标号JHDB_IN通过电阻R19连接网络标号BPGND，变压器T1的7脚连接网络标号JHGND，变压器T1的8脚连接二极管D8的正极，二极管D8的负极通过电阻R21连接三端可调节输出正电压稳压器U5的输入端，三端可调节输出正电压稳压器U5的调节端连接可控精密稳压源U6的阴极，可控精密稳压源U6的阴极与三端可调节输出正电压稳压器U5的输入端通过电阻R22连接，可控精密稳压源U6的阳极接网络标号JHGND，可控精密稳压源U6的阳极与三端可调节输出正电压稳压器U5的输入端之间连接有二极管D9，二极管D9的两端并联电容C14，三端可调节输出正电压稳压器U5的输出端连接网络标号JHCY，可控精密稳压源U6的阳极与参考极之间通过电阻R24连接，可控精密稳压源U6的阳极与三端可调节输出正电压稳压器U5的输出端通过电阻R23与电容C15连接，三端可调节输出正电压稳压器U5的输出端连接电解电容C16的正极，电解电容C16的负极接网络标号JHGND，网络标号JHGND与网络标号JHCY之间连接有电容C17，变压器T1的9脚和12脚焊接在一起，变压器T1的9脚连接网络标号JHGND，变压器T1的13脚和16脚焊接在一起，变压器T1的16脚连接二极管D6的正极，二极管D6的负极通过电感L1连接网络标号JHC，网络标号JHC与网络标号JHND之间并连有电解电容C12和C13，电解电容C12的正极连接在电感L1与网络标号JHC之间，二极管D7的负极连接在二极管D6的负极与电感L1之间，二极管D7的正极连接变压器T1的9脚，电阻R20与电容C11串联后并联在二极管D6的两端。

在变压器T1的初级侧由图3的均衡电源控制模块产生一定频率的脉冲输出信号，此时功率场效应管Q5按照该一定频率的脉冲输出信号进行开通和关断，从而在变压器T1初级侧产生交变信号，进而在变压器T1的次级侧感生出交变的信号，并经过变压器T1次级侧的各绕组进行相关信号处理；在电感L1所在的次级侧绕组，该交变信号经整流滤波后变为均衡充电用电源，其供电电源正极的网络标号为JHC，在三端可调节输出正电压稳压器U5所在的次级侧绕组，该信号经整流稳压后为图5所示的运算放电器U11供电，其供电电源正极的网络标号为JHCY。

该均衡电源变化模块采用上述电子器件设计的电路，成本低、电路可靠性高、均衡充电控制精度高、控制方式灵活、控制响应实时性强、均衡充电过程无损、安全可靠、与单体电池的接口连接方式灵活、简单、便捷。

图5为均衡充电控制模块电路图，包括可控精密稳压源U7，电阻R25~R38，网络标号JHCY、JHGND、Vm+、KSS、MC2、MC3、MCUGND、BPGND、XTD+，电容C18、C20、C21，电解电容C19，运算放大器U11，三极管Q4~Q6，可控精密稳压源U10，功率场效应管Q7，连接器J2，继电器K1，二极管D10、D11，光电耦合器U8、U9；可控精密稳压源U7选用TL431系列可控精密稳压源，电阻R25~R34，电阻R36~R38选用精度1%的金属氧化膜电阻，R35选用3296式的顶调式精密可调电阻，网络标号JHCY、JHGND分别与图4所示的网络标号相连接，网络标号KSS与图5所示的相同网络标号相连接，网络标号Vm+表示连接微处理器供电电源的正极，网络标号MCUGND表示连接微处理器回路的信号地，网络标号MC2、MC3表示连接微处理器的任一I/O端口引脚，网络标号BPGND与图2所示的相同网络标号连接，网络标号XTD+表示连接继电器电路供电电源的正极，为继电器供电电路相关电源的正极网络标号，电容C18、C20、C21选用独石电容或CBB电容，电解电容C19选用50V/100μF以下规格的电解电容，运算放大器U11选用LF347系列运算放大器，三极管Q4~Q6选用2SC系列三极管，可控精密稳压源U10选用TL431系列可控精密稳压源，功率场效应管Q7选用IRF7XX系列MOS管，连接器J2为电池充放电专用连接器，过电流大小根据实际充放电功率选择，连接器J2连接整各单体电池，连接器J2的1脚和2脚连接在一起接各单体电池的负极，连接器J2的3脚和4脚连接在一起接各单体电池的正极，继电器K1选用汽车继电器JD2912系列，二极管D10选用UF54XX系列二极管、二极管D11选用1N47XX系列的稳压二极管，光电耦合器U8、U9选用PS2801-1系列高速光耦。

可控精密稳压源U7的阴极通过电阻R25连接网络标号JHCY，可控精密稳压源U7的阳极连接网络标号JHGND，可控精密稳压源U7的参考极与阴极相连，可控精密稳压源U7的阴极与阳极之间并联有电容C18和电解电容C19，电解电容C19的正极一方面通过电阻R31并经光电耦合器U9的输出端连接网络标号JHGND，另一方面通过电阻R32连接运算放大器U11中U11A的2脚，网络标号Vm+通过电阻R29并经过光电耦合器U9的输入端连接三极管Q6的集电极，三极管Q6的基极通过电阻R30连接网络标号MC3，三极管Q6的发射极连接网络标号MCUGND，运算放大器U11中U11A的3脚通过光电耦合器U9的输出端连接网络标号JHGND，运算放大器U11中U11A的8脚连接网络标号JHCY，运算放大器U11中U11A的4脚连接网络标号JHGND，运算放大器U11中U11A的1脚通过电阻R34和R35连接运算放大器U11中U11B的5脚，电阻R35的两端并联电容C20，可控精密稳压源U10的阴极和参考极均连接在电阻R34和R35之间，可控精密稳压源U10的阳极连接网络标号JHGND，运算放大器U11中U11B的6脚通过电阻R36连接网络标号KSS，运算放大器U11中U11B的7脚通过电阻R37连接功率场效应管Q7的门极，功率场效应管Q7的源极通过电阻R38连接网络标号JHGND，电阻R38的两端并联电容C21，网络标号KSS连接在电阻R38和功率场效应管Q7的源极之间，功率场效应管Q7的漏极与连接器J2的1脚和2脚连接，连接器J2的1脚和2脚连接在一起，连接器J2的3脚和4脚连接在一起，连接器J2的3脚和4脚均连接继电器K1的输出端，继电器K1的输入端连接网络标号JHC，继电器K1的线圈正负极分别连接三极管Q5的集电极和发射极，三极管Q5的发射极连接网络标号BPGND，三极管Q5的集电极通过二极管D10连接网络标号XTD+，网络标号XTD+通过光电耦合器U8的输出端并经过电阻R27连接三极管Q5的发射极，网络标号Vm+连接电阻R26并经过光电耦合器U8的输入端连接三极管Q4的集电极，三极管Q4的发射极连接网络标号MCUGND，网络标号MC2通过电阻R28连接三极管Q4的基极。

一种充电方式是，网络标号MC3接收一系列高低电平信号，此时当继电器K1接通时，连接器J2连接的各单体电池的两端便产生一定频率的脉冲充电电流；另一种充电方式是网络标号MC3接收一固定电平，此时当继电器K1接通时，若充电电流为5A，电阻R65选择100毫欧姆的阻值，那么运算放大器U11中U11B的6脚电压为0.5V，此时调节电阻R69的阻值为0.55V，则在连接器J2连接的各单体电池的两端便产生变频率的脉冲充电电流。

该均衡充电控制模块采用上述电子元件设计的电路，成本低、电路稳定性高、均衡充电控制精度高、控制方式灵活、控制响应实时性强、均衡充电过程无损、安全可靠、与单体电池的接口连接方式灵活、简单、便捷。

图6为系统电源模块电路图，包括连接器J3、J4，网络标号XTD+、BPGND、DS、KG、JZV-、JZV+、MCUGND、Vm+，二极管D12~D15，三极管Q8，电源隔离模块DD1和DD2，电阻R39~R42，三端可调节输出正电压稳压器U11，电解电容C22、C26，电容C23~C25，可控精密稳压源U12；

连接器J3和J4均为汽车用线路连接器，连接器J3连接汽车的12V电源系统，连接器J4连接备用电池，备用电池选择3.7V左右的可充电电池，为系统开始工作时的微处理器初始供电使用，启动后由汽车系统12V电源隔离降压后为其充电，网络标号XTD+为继电器供电电路相关电源的正极网络标号，由汽车的12V电源系统提供，网络标号BPGND表示与电池组或单体电池的负极连接、网络标号DS、KG与图8的相同网络标号连接，用于控制系统电源的启动和停止，网络标号JZV+、JZV-与图7所示的相同网络标号连接，表示为运算放电器U13供电的正负电源，网络标号MCUGND表示连接微处理器回路的信号地，网络标号Vm+表示连接微处理器供电电源的正极；二极管D12~D15选用UF54XX系列的二极管，三极管Q8选用2SA系列的三极管，电源隔离模块DD1选用输出为±9V的正负双电源型电源隔离模块B1209S，电源隔离模块DD2选用输出为+12V的电源隔离模块B1212S，电阻R39~R42选用精度1%的金属氧化膜电阻，三端可调节输出正电压稳压器U11选用LM317T，电解电容C22、C26选用50V/100μF以下规格的电解电容，电容C23~C25选用独石电容或是CBB电容，可控精密稳压源U12选用TL431系列的可控精密稳压源。

连接器J3的1脚连接网络标号XTD+，连接器J3的2脚接网络标号BPGND，网络标号XTD+连接二极管D15的负极，二极管D15的正极连接网络标号BPGND，三极管Q8的发射极连接二极管D15的负极，三极管Q8的基极连接网络标号KG，三极管Q8的集电极连接电源隔离模块DD1和DD2的正极输入端，网络标号DS通过电阻R42连接网络标号BPGND，电源隔离模块DD1和DD2的负极输入端连接网络标号BPGND，电源隔离模块DD1的负极输出端连接网络标号JZV-，电源隔离模块DD1的正极输出端连接网络标号JZV+，电源隔离模块DD1的接地端连接网络标号BPGND，电源隔离模块DD2的正极输出端连接三端可调节输出正电压稳压器U11的输入端，电源隔离模块DD2的负极输出端连接网络标号MCUGND，电解电容C22的两端并联有电容C23，电解电容C22的负极连接网络标号MCUGND，电解电容C22的正极连接电源隔离模块DD2的正极输出端，三端可调节输出正电压稳压器U11的输入端与调节端连接有电阻R39，三端可调节输出正电压稳压器U11的输出端与调节端之间连接有电阻R41和电容C24，三端可调节输出正电压稳压器U11的调节端连接可控精密稳压源U12的阴极，可控精密稳压源U12的阳极与参考极之间连接有电阻R40，三端可调节输出正电压稳压器U11的输出端连接网络标号Vm+，网络标号Vm+分别连接电解电容C26的正极、二极管D12的负极和二极管D13的正极，电解电容C26的负极连接网络标号MCUGND，电解电容C26的两端并联电容C25，二极管D14的正极连接二极管D13的负极，二极管D14的负极连接二极管D12的正极，二极管D12的正极与连接器J4的2脚相连，连接器J4的1脚连接网络标号MCUGND。

该系统电源模块采用上述电子器件设计的电路，成本低、电气隔离效果好，电路精度高、系统电源供电稳定、安全、可靠，电源输出精度高。

图7为电压采样模块电路图，包括电阻R43~R60，连接器J1，电容C27~C32，运算放大器U13，二极管D16，网络标号JZV+、JZV-、BPGND、DYAD；电阻R43~R60选用精度1%的金属氧化膜电阻，连接器J1与图2中的连接器J1相同，电容C27~C32选用常规的独石电容，运算放大器U13选用LF347D，二极管D16选用1N47XX系列的稳压二极管，网络标号JZV+、JZV-与图6中相同的网络标号连接，网络标号DYAD连接微处理器的任一AD接收端口发送电池组或单体电压的采用数据，网络标号BPGND表示连接电池组或单体电池的负极。

连接器J1与图2中的连接器J1为同一个连接器，连接器J1的1脚接电池组的负极（对应的网络标号BPGND），连接器J2的2脚接电池组的正极，连接器J2的2脚经串联后的电阻R43~R48后，与运算放大器U13中U13A的2脚相连，连接器J2的1脚经串联后的电阻R49~R54后，与运算放大器U13中U13A的3脚相连，运算放大器U13中U13A的4脚连接网络标号JZV+，运算放大器U13中U13A的11脚连接网络标号JZV-，网络标号JZV-与运算放大器U13中U13A的3脚之间连接有电阻R59和R60，电阻R59和R60的两端并联电容C29，网络标号JZV-与网络标号BPGND之间连接有电容C30，网络标号JZV+与网络标号BPGND之间连接有电容C28，运算放大器U13中U13A的1脚与2脚之间连接有电阻R55和R56，电阻R55和R56的两端并联电容C27，运算放大器U13中U13A的1脚通过电阻R57连接运算放大器U13中U13D的12脚，运算放大器U13中U13D的12脚与网络标号BPGND之间连接有电容C31，运算放大器U13中U13D的13脚和14脚相连，运算放大器U13中U13D的14脚经电阻R58连接网络标号DYAD，网络标号DYAD连接二极管D16的负极，二极管D16的正极连接网络标号BPGND，二极管D16的两端并联电容C32。

微处理器根据网络标号DYAD处的AD采样数据确定电池组是否充电完成，进而确定进入各单体电池均衡过程的时刻；当针对某一单体电池进行均衡时，相邻回路连接均衡充电控制模块的继电器断开，确保均衡过程安全、可靠进行。

图8为主控模块电路图，包括三极管Q9~Q13，电阻R61~R68，网络标号MC4~MC6、MCUGND、BPGND、Vm+、XTD+、KG、DS，光电耦合器U14，连接器J5、J6，二极管D17、D18；三极管Q9、Q12、Q13选用2SC系列三极管，三极管Q10、Q11选用2SA系列三极管，电阻R61~R68选用精度为1%的金属氧化膜电阻，光电耦合器U14选用PS2801-1系列高速光耦，连接器J5和J6选用汽车级连接器，分别连接充电和放电回路的汽车继电器，二极管D17和D18选用UF54XX系列的二极管，网络标号MC4~MC6连接微处理器的任一I/O端口引脚，网络标号MCUGND表示连接微处理器回路的信号地，网络标号BPGND表示连接电池组或单体电池的负极，网络标号Vm+表示连接微处理器供电电源的正极，网络标号XTD+表示连接继电器电路供电电源的正极，网络标号KG、DS与图6中的相同网络标号连接。

三极管Q9的基极通过电阻R61连接网络标号MC4，三极管Q9的发射极连接网络标号MCUGND，三极管Q9的集电极经光电耦合器U14的输入端并通过电阻R64连接网络标号Vm+，三极管Q13的基极通过电阻R68连接网络标号MC5，三极管Q13的发射极连接网络标号MCUGND，三极管Q13的集电极经光电耦合器U14的输入端并通过电阻R63连接网络标号Vm+，三极管Q12的基极通过电阻R67连接网络标号MC6，三极管Q12的发射极连接网络标号MCUGND，三极管Q12的集电极经光电耦合器U14的输入端并通过电阻R62连接网络标号Vm+，三极管Q10的基极连接电阻R65并通过光电耦合器U14的输出端接网络标号BPGND，三极管Q10的发射极连接网络标号XTD+，三极管Q10的集电极与连接器J5的2脚连接，连接器J5的1脚连接网络标号BPGND，连接器J5的1脚连接二极管D17的正极，二极管D17的负极与连接器J5的2脚连接，三极管Q11的发射极连接网络标号XTD+，三极管Q11的集电极与连接器J6的2脚连接，连接器J6的1脚连接网络标号BPGND，连接器J6的1脚连接二极管D18的正极，二极管D18的负极与连接器J6的2脚连接，网络标号KG经光电耦合器U14的输出端与网络标号DS连接。

需要均衡充电时，当微处理器从图7所示网络标号DYAD发来的均衡信息，确定此时电池组处于充电状态结束时，微处理器向主控模块的网络标号MC4发送高电平信号，此时连接器J5连接的继电器断开电池组充电回路；同样的控制思路适用于连接器J6所连接的继电器的控制；当微处理器向网络标号MC6发送高电平信号时，图6所示的网络标号KG和DS连接，系统电源进入工作状态。

该主控模块采用上述电子器件设计的电路，成本低、可靠性高、系统控制响应及时、控制方式灵活多样、电气隔离性强。

图9为无损均衡控制方法流程框图，控制方法的具体步骤为：

步骤S901，检测电池组均衡度，通过图7所示的电压采样模块检测各单体电池间的压差，经公式（单体电压高-单体电压低）/电池组平均电压×100%进行电池组均衡度计算；

步骤S902，电池组均衡度≥0.3%或电池组各单体电压压差大于35mV，进入步骤S903，否则进入步骤S906；

步骤S903，图5中所示的均衡充电控制模块，无损均衡电池组中落后的单体电池，各单体电池集中均衡，均衡效率高；

步骤S904，均衡结束，等待延时30S以内，否则返回步骤S903；

步骤S905，延时30S时间到，返回步骤S901，否则继续等待；

步骤S906，系统故障检测，主要检测电池组回路继电器的超温、粘连故障，确保均衡过程安全可靠；

步骤S907，判断有无故障；

步骤S908，无故障，均衡检测等待，进入步骤S909，有故障，进入步骤S910；

步骤S909，等待5小时间到，设置5小时以内确保电池在最佳均衡状态点，返回步骤S901，否则返回步骤S908；

步骤S910，系统故障清除；

步骤S911，故障清除完毕，返回步骤S901，否则返回步骤S910。

采用上述控制方法，确保均衡控制的均衡精度高、均衡过程安全可靠、均衡控制响应及时，可使电池组中各单体电池始终处于充放电性能一致的状态，延长电池组的循环使用寿命。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种无损均衡控制装置，包括若干电池组成的电池组，其特征在于：还包括均衡开关控制模块、均衡电源控制模块、均衡电源变换模块、均衡充电控制模块、系统电源模块和主控模块；所述均衡开关控制模块分别与主控模块和均衡电源变换模块相连，均衡电源变换模块还分别与均衡电源控制模块和均衡充电控制模块相连，主控模块还与均衡充电控制模块相连，均衡充电控制模块与电池组相连，系统电源模块为均衡开关控制模块、均衡充电控制模块和主控模块供电。

2.根据权利要求1所述的无损均衡控制装置，其特征在于：所述均衡开关控制模块包括连接器J1，网络标号BPGND、SS1、Vm+、MCUGND、MC1，二极管D1，功率场效应管Q1，电阻R1、R2、R3和R4，电容C1，光电耦合器U1，三极管Q2；连接器J1的1脚连接网络标号BPGND，连接器J1的2脚连接电池组的正极，电池组的正极与网络标号BPGND之间反向并联二极管D1，功率场效应管Q1的漏极接连接器J1的2脚，功率场效应管Q1的门极和漏极之间并联电阻R1和电容C1，功率场效应管Q1的源极连接网络标号SS1，功率场效应管Q1的门极串接电阻R2，电阻R2通过光电耦合器U1的输出端连接网络标号BPGND，电阻R3的一端通过光电耦合器U1的输入端连接三极管Q2的集电极，电阻R3的另一端连接网络标号Vm+，网络标号MC1通过电阻R4连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接网络标号MCUGND。

3.根据权利要求1所述的无损均衡控制装置，其特征在于：所述均衡电源控制模块包括高性能固定频率电流模式控制器U2，电容C2~C8，电阻R5~R14，光电耦合器U3，网络标号BPGND、JHDB_IN、JHK、JHDB_OUT、JHC，二极管D2和D3，可控精密稳压源U4；高性能固定频率电流模式控制器U2的1脚与2脚之间连接电容C6，高性能固定频率电流模式控制器U2的3脚与4脚之间连接电容C5，高性能固定频率电流模式控制器U2的1脚经电阻R7并通过光电耦合器U3的输入端接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的2脚和5脚均连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的3脚通过电阻R10连接网络标号JHDB_IN，高性能固定频率电流模式控制器U2的8脚通过电容C3连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的7脚连接网络标号JHK，高性能固定频率电流模式控制器U2的7脚通过电容C2连接网络标号BPGND，网络标号JHK通过反向连接的二极管D2连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的6脚通过电阻R6和R8连接网络标号JHDB_OUT，电阻R8与二极管D3并联，网络标号JHDB_OUT与网络标号BPGND之间串接电阻R9，高性能固定频率电流模式控制器U2的3脚通过电容C7连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的8脚通过电容C3连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的4脚和8脚之间通过电阻R5连接，高性能固定频率电流模式控制器U2的4脚通过电容C4连接网络标号BPGND，网络标号JHC的一端经电阻R12并通过光电耦合器U3的输入端连接可控精密稳压源U4的阴极，光电耦合器U3的输入端并联有电阻R11，网络标号JHC的另一端通过电阻R13和R14接网络标号BPGND，可控精密稳压源U4的参考极与阴极之间连接有电容C8，可控精密稳压源U4的阳极连接网络标号BPGND，可控精密稳压源U4的参考极连接在电阻R13和R14之间。

4.根据权利要求1所述的无损均衡控制装置，其特征在于：所述均衡电源变换模块包括变压器T1，网络标号SS1、JHK、BPGND、JHDB_OUT、JHDB_IN、JHGND、JHCY、JHC，电阻R15~R24，电解电容C10、C12、C13、C16，功率场效应管Q3，电容C9、C11、C14、C15、C17，二极管D4~D9，三端可调节输出正电压稳压器U5，可控精密稳压源U6，电感L1；变压器T1的1脚连接网络标号SS1，网络标号SS1与网络标号JHK之间通过两个并联的电阻R15和R16连接，网络标号JHK连接电解电容C10的正极，电解电容C10的负极连接网络标号BPGND，变压器T1的4脚连接功率场效应管Q3的漏极，变压器T1的1脚和4脚通过电容C9和二极管D4连接，二极管D4的正极连接功率场效应管Q3的漏极，电容C9的两端分别并联电阻R17和R18，功率场效应管Q3的门极连接网络标号JHDB_OUT，功率场效应管Q3的源极连接网络标号JHDB_IN，网络标号JHDB_IN通过电阻R19连接网络标号BPGND，变压器T1的7脚连接网络标号JHGND，变压器T1的8脚连接二极管D8的正极，二极管D8的负极通过电阻R21连接三端可调节输出正电压稳压器U5的输入端，三端可调节输出正电压稳压器U5的调节端连接可控精密稳压源U6的阴极，可控精密稳压源U6的阴极与三端可调节输出正电压稳压器U5的输入端通过电阻R22连接，可控精密稳压源U6的阳极接网络标号JHGND，可控精密稳压源U6的阳极与三端可调节输出正电压稳压器U5的输入端之间连接有二极管D9，二极管D9的两端并联电容C14，三端可调节输出正电压稳压器U5的输出端连接网络标号JHCY，可控精密稳压源U6的阳极与参考极之间通过电阻R24连接，可控精密稳压源U6的阳极与三端可调节输出正电压稳压器U5的输出端通过电阻R23与电容C15连接，三端可调节输出正电压稳压器U5的输出端连接电解电容C16的正极，电解电容C16的负极接网络标号JHGND，网络标号JHGND与网络标号JHCY之间连接有电容C17，变压器T1的9脚和12脚焊接在一起，变压器T1的9脚连接网络标号JHGND，变压器T1的13脚和16脚焊接在一起，变压器T1的16脚连接二极管D6的正极，二极管D6的负极通过电感L1连接网络标号JHC，网络标号JHC与网络标号JHND之间并连有电解电容C12和C13，电解电容C12的正极连接在电感L1与网络标号JHC之间，二极管D7的负极连接在二极管D6的负极与电感L1之间，二极管D7的正极连接变压器T1的9脚，电阻R20与电容C11串联后并联在二极管D6的两端。

5.根据权利要求1所述的无损均衡控制装置，其特征在于：所述均衡充电控制模块包括可控精密稳压源U7，电阻R25~R38，网络标号JHCY、JHGND、Vm+、KSS、MC2、MC3、MCUGND、BPGND、XTD+，电容C18、C20、C21，电解电容C19，运算放大器U11，三极管Q4~Q6，可控精密稳压源U10，功率场效应管Q7，连接器J2，继电器K1，二极管D10、D11，光电耦合器U8、U9；可控精密稳压源U7的阴极通过电阻R25连接网络标号JHCY，可控精密稳压源U7的阳极连接网络标号JHGND，可控精密稳压源U7的参考极与阴极相连，可控精密稳压源U7的阴极与阳极之间并联有电容C18和电解电容C19，电解电容C19的正极一方面通过电阻R31并经光电耦合器U9的输出端连接网络标号JHGND，另一方面通过电阻R32连接运算放大器U11中U11A的2脚，网络标号Vm+通过电阻R29并经过光电耦合器U9的输入端连接三极管Q6的集电极，三极管Q6的基极通过电阻R30连接网络标号MC3，三极管Q6的发射极连接网络标号MCUGND，运算放大器U11中U11A的3脚通过光电耦合器U9的输出端连接网络标号JHGND，运算放大器U11中U11A的8脚连接网络标号JHCY，运算放大器U11中U11A的4脚连接网络标号JHGND，运算放大器U11中U11A的1脚通过电阻R34和R35连接运算放大器U11中U11B的5脚，电阻R35的两端并联电容C20，可控精密稳压源U10的阴极和参考极均连接在电阻R34和R35之间，可控精密稳压源U10的阳极连接网络标号JHGND，运算放大器U11中U11B的6脚通过电阻R36连接网络标号KSS，运算放大器U11中U11B的7脚通过电阻R37连接功率场效应管Q7的门极，功率场效应管Q7的源极通过电阻R38连接网络标号JHGND，电阻R38的两端并联电容C21，网络标号KSS连接在电阻R38和功率场效应管Q7的源极之间，功率场效应管Q7的漏极与连接器J2的1脚和2脚连接，连接器J2的1脚和2脚连接在一起，连接器J2的3脚和4脚连接在一起，连接器J2的3脚和4脚均连接继电器K1的输出端，继电器K1的输入端连接网络标号JHC，继电器K1的线圈正负极分别连接三极管Q5的集电极和发射极，三极管Q5的发射极连接网络标号BPGND，三极管Q5的集电极通过二极管D10连接网络标号XTD+，网络标号XTD+通过光电耦合器U8的输出端并经过电阻R27连接三极管Q5的发射极，网络标号Vm+连接电阻R26并经过光电耦合器U8的输入端连接三极管Q4的集电极，三极管Q4的发射极连接网络标号MCUGND，网络标号MC2通过电阻R28连接三极管Q4的基极。

6.根据权利要求1所述的无损均衡控制装置，其特征在于：所述系统电源模块包括连接器J3、J4，网络标号XTD+、BPGND、DS、KG、JZV-、JZV+、MCUGND、Vm+，二极管D12~D15，三极管Q8，电源隔离模块DD1和DD2，电阻R39~R42，三端可调节输出正电压稳压器U11，电解电容C22、C26，电容C23~C25，可控精密稳压源U12；连接器J3的1脚连接网络标号XTD+，连接器J3的2脚接网络标号BPGND，网络标号XTD+连接二极管D15的负极，二极管D15的正极连接网络标号BPGND，三极管Q8的发射极连接二极管D15的负极，三极管Q8的基极连接网络标号KG，三极管Q8的集电极连接电源隔离模块DD1和DD2的正极输入端，网络标号DS通过电阻R42连接网络标号BPGND，电源隔离模块DD1和DD2的负极输入端连接网络标号BPGND，电源隔离模块DD1的负极输出端连接网络标号JZV-，电源隔离模块DD1的正极输出端连接网络标号JZV+，电源隔离模块DD1的接地端连接网络标号BPGND，电源隔离模块DD2的正极输出端连接三端可调节输出正电压稳压器U11的输入端，电源隔离模块DD2的负极输出端连接网络标号MCUGND，电解电容C22的两端并联有电容C23，电解电容C22的负极连接网络标号MCUGND，电解电容C22的正极连接电源隔离模块DD2的正极输出端，三端可调节输出正电压稳压器U11的输入端与调节端连接有电阻R39，三端可调节输出正电压稳压器U11的输出端与调节端之间连接有电阻R41和电容C24，三端可调节输出正电压稳压器U11的调节端连接可控精密稳压源U12的阴极，可控精密稳压源U12的阳极与参考极之间连接有电阻R40，三端可调节输出正电压稳压器U11的输出端连接网络标号Vm+，网络标号Vm+分别连接电解电容C26的正极、二极管D12的负极和二极管D13的正极，电解电容C26的负极连接网络标号MCUGND，电解电容C26的两端并联电容C25，二极管D14的正极连接二极管D13的负极，二极管D14的负极连接二极管D12的正极，二极管D12的正极与连接器J4的2脚相连，连接器J4的1脚连接网络标号MCUGND。

7.根据权利要求1所述的无损均衡控制装置，其特征在于：所述主控模块包括三极管Q9~Q13，电阻R61~R68，网络标号MC4~MC6、MCUGND、BPGND、Vm+、XTD+、KG、DS，光电耦合器U14，连接器J5、J6，二极管D17、D18；三极管Q9的基极通过电阻R61连接网络标号MC4，三极管Q9的发射极连接网络标号MCUGND，三极管Q9的集电极经光电耦合器U14的输入端并通过电阻R64连接网络标号Vm+，三极管Q13的基极通过电阻R68连接网络标号MC5，三极管Q13的发射极连接网络标号MCUGND，三极管Q13的集电极经光电耦合器U14的输入端并通过电阻R63连接网络标号Vm+，三极管Q12的基极通过电阻R67连接网络标号MC6，三极管Q12的发射极连接网络标号MCUGND，三极管Q12的集电极经光电耦合器U14的输入端并通过电阻R62连接网络标号Vm+，三极管Q10的基极连接电阻R65并通过光电耦合器U14的输出端接网络标号BPGND，三极管Q10的发射极连接网络标号XTD+，三极管Q10的集电极与连接器J5的2脚连接，连接器J5的1脚连接网络标号BPGND，连接器J5的1脚连接二极管D17的正极，二极管D17的负极与连接器J5的2脚连接，三极管Q11的发射极连接网络标号XTD+，三极管Q11的集电极与连接器J6的2脚连接，连接器J6的1脚连接网络标号BPGND，连接器J6的1脚连接二极管D18的正极，二极管D18的负极与连接器J6的2脚连接，网络标号KG经光电耦合器U14的输出端与网络标号DS连接。

8.一种权利要求1~7任一项所述无损均衡控制装置的控制方法，其特征在于：所述控制方法的步骤为：

S901，检测电池组均衡度；

S902，电池组均衡度≥0.3%，进入步骤S903，否则进入步骤S906；

S903，均衡电池组中落后的单体电池；

S904，均衡结束，等待延时，否则返回步骤S903；

S905，延时时间到，返回步骤S901，否则继续等待；

S906，系统故障检测；

S907，判断有无故障；

S908，无故障，均衡检测等待，进入步骤S909，有故障，进入步骤S910；

S909，等待时间到，返回步骤S901，否则返回步骤S908；

S910，系统故障清除；

S911，故障清除完毕，返回步骤S901，否则返回步骤S910。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：步骤S905所述延时时间≤30s。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：步骤S909所述等待时间≤5小时。