CN115864606B - 主动均衡电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主动均衡电路及其控制方法，包括多个基本单元，每个所述基本单元包括两节相邻电池、开关组件和储能组件，所有基本单元中的电池依次串联形成电池组，在所述电池组中有两节电池处于能量失衡的状态下，相应的所述基本单元根据所述开关组件选通的能量传输路径，通过所述储能组件在两节电池之间进行能量传递，以达到两节电池之间能量均衡。通过多个独立的基本单元级联，每个基本单元包括两节相邻电池、开关组件和储能组件，在任意两节电池能量失衡情形下，可以根据开关组件接通的传输路径，通过储能组件在两节电池之间进行能量转移，从而实现两节电池之间的能量均衡。均衡过程中参与器件少，转换效率高。

Description

主动均衡电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，具体涉及一种主动均衡电路及其控制方法。

背景技术

目前，电池***在汽车和储能等领域得到了广泛的应用，而随着新能源行业的发展，市场对电池容量的需求越来越高。为了提升电池容量，电池串并联数目在不断增加，但电池***中单体电池的电压不一致性会严重影响到电池容量，造成所谓的短板效应，并且个别单体电池容易过充或过放，影响电池***的可靠性。

为此，一般采用主动均衡技术，把电压偏高的单体电池的电能转移到电压偏低的单体电池中去，从而实现在充电和放电时的实时均衡，发挥出每节电池的潜力，并保证每节电池同时充满或放空，延长***的寿命。

如图1所示，是一种开关矩阵型主动均衡电路拓扑，主要包括开关矩阵电路和隔离双向电源，开关矩阵电路用于选通电压最高和电压最低的电池，双向电源实现两个电池之间的电能传输，但该方案进行一次充放电均衡工作，需要12个MOS管串联参与，参与器件多，转换效率低，且不能多组同时均衡，影响均衡速度。

发明内容

本发明目的在于提供的一种主动均衡电路及其控制方法，以改善现有均衡技术中参与器件多，均衡效率低的问题。

一方面，本发明提供一种主动均衡电路，包括多个基本单元，每个所述基本单元包括两节相邻电池、开关组件和储能组件，所有基本单元中的电池依次串联形成电池组，在所述电池组中有两节电池处于能量失衡的状态下，相应的所述基本单元根据所述开关组件选通的能量传输路径，通过所述储能组件在两节电池之间进行能量传递，以达到两节电池之间能量均衡。

优选地，所述开关组件包括两个开关管，所述储能组件包括电感，所述电感的一端连接所述两节相邻电池的中间节点，所述电感的另一端连接所述两个开关管的中间节点，在所述两节相邻电池能量失衡的状态下，所述电感储存高能量电池中的电量并转移至低能量电池中。

优选地，所述开关组件还包括控制开关，所述储能组件还包括电容，所述控制开关的一端连接所述两个开关管的中间节点，所述控制开关管的另一端连接所述电容，所述电容连接相邻的基本单元；在能量失衡的两节电池分别属于不同基本单元的情形下，相应的控制开关连通所述两节电池之间的能量传输路径，通过相应的电感储存高能量电池中的电量并转移至低能量电池中。

优选地，所述主动均衡电路的均衡工作包括半桥转换模式、CUK转换模式和扩展转换模式；在所述半桥转换模式下，对每个所述基本单元中的两节相邻电池进行能量转移；在所述CUK转换模式下，对不同基本单元之间的2N与2N+1+2k节电池进行能量转移，其中N≥1，K≥0；在扩展转换模式下，对不同基本单元之间的2N-1与2N+2(k+1)节电池进行能量转移，其中N≥1，K≥0。

优选地，所述多个基本单元为第一基本单元、第二基本单元和第三基本单元，所述第一基本单元包括第一电池和第二电池、第一开关管和第二开关管、第一电感、第一控制开关以及第一电容；所述第二基本单元包括第三电池和第四电池、第三开关管和第四开关管、第二电感、第二控制开关以及第二电容；所述第三基本单元包括第五电池和第六电池、第五开关管和第六开关管、第三电感、第三控制开关以及第三电容；所述第一电池至第六电池依次串联，所述第一开关管至第六开关管依次串联，所述第一电容、第二电容和第三电容依次串联。

优选地，在所述第一电池和第二电池能量失衡的情形下，所述第一基本单元在所述半桥转换模式下工作；在所述第一电池的电压高于所述第二电池的电压的状态时，所述第一开关管导通，所述第二开关管断开，所述第一电池的能量转移至所述第一电感，之后，所述第一开关管断开，所述第二开关管导通，所述第一电感将能量转移至所述第二电池；在所述第一电池的电压低于所述第二电池的电压状态时，所述第二开关管导通，所述第一开关管断开，所述第二电池的能量转移至所述第一电感，之后，所述第二开关管断开，所述第一开关管导通，所述第一电感将能量转移至所述第一电池。

优选地，在所述第二电池和第五电池能量失衡的情形下，所述第一基本单元和第三基本单元在CUK转换模式下工作；在所述第二电池的电压高于所述第五电池的电压的状态时，所述第二开关管、第一控制开关和第三控制开关导通，其他开关管和控制开关断开，所述第二电池的能量转移至所述第一电感和第三电感，之后，所述第五开关管导通，其他开关管和控制开关断开，所述第三电感将能量转移至所述第五电池；在所述第二电池的电压低于所述第五电池的电压的状态时，所述第五开关管、第一控制开关和第三控制开关导通，其他开关管和控制开关断开，所述第五电池的能量转移至所述第一电感和第三电感，之后，所述第二开关管导通，其他开关管和控制开关断开，所述第一电感将能量转移至所述第二电池。

优选地，在所述第一电池和第四电池能量失衡的情形下，所述第一基本单元和第二基本单元在扩展转换模式下工作；在所述第一电池的电压高于所述第四电池的电压的状态时，所述第一开关管、第一控制开关和第二控制开关导通，其他开关管和控制开关断开，所述第一电池的能量转移至所述第一电感和第二电感，之后，所述第四开关管导通，其他开关管和控制开关断开，所述第二电感将能量转移至所述第四电池；在所述第一电池的电压低于所述第四电池的电压的状态时，所述第四开关管、第一控制开关和第三控制开关导通，其他开关管和控制开关断开，所述第四电池的能量转移至所述第一电感和第二电感，之后，所述第一开关管导通，其他开关管和控制开关断开，所述第一电感将能量转移至所述第一电池。

另一方面，本发明还提供一种主动均衡电路的控制方法，应用于上述任一项所述的主动均衡电路，所述控制方法包括：

采集电池组中每节电池的电池电压；

根据所述电池电压判断是否存在两节电池能量失衡的情形；以及

在所述两节电池之间能量失衡的情形下，控制相应基本单元选通能量传输路径，在所述两节电池之间进行能量转移，以达到所述两节电池之间的能量均衡。

优选地，具体步骤包括：

S10：采集所有电池的电压，并获取最高压电池和最低压电池；

S20：判断所述最高压电池和最低压电池的压差是否大于预设的失衡电压值，若是，则执行S30，若否，则不进行主动均衡；

S30：判断每个基本单元中两节相邻电池之间的压差是否大于所述失衡电压值，若是，在半桥转换模式下对该两节相邻电池进行能量转移；若否，执行S40；

S40：判断2N与2N+1+2k节电池之间的压差是否大于所述失衡电压值，若是，在CUK转换模式下对所述2N与2N+1+2k节电池进行能量转移，若否，执行S50；

S50：判断2N-1与2N+2(k+1)节电池之间的压差是否大于所述失衡电压值，若是，在扩展转换模式下对所述2N-1与2N+2(k+1)节电池进行能量转移，若否，执行S60；

S60：选择所述最高压电池或最低压电池所在基本单元中的相邻电池作为桥接电池，先在半桥转换模式下对所述最高压电池和最低压电池中的一个电池与所述桥接电池进行能量转移，再在CUK转换模式或扩展转换模式下对所述桥接电池和另一个电池进行能量转移。

本发明的有益效果是：通过多个独立的基本单元级联，每个基本单元包括两节相邻电池、开关组件和储能组件，在任意两节电池能量失衡情形下，可以根据开关组件接通的传输路径，通过储能组件在两节电池之间进行能量转移，从而实现两节电池之间的能量均衡。均衡过程中参与器件少，转换效率高。

具体的，每个基本单元通过电感分别连接两节相邻电池和两个开关管，可对各自两节相邻电池进行能量均衡，且每个基本单元可同时进行均衡工作，互不干扰，功率通路短，均衡效率高；使用的开关管数量少，成本低。

具体的，相邻的基本单元之间通过电容连接，且通过控制开关来接通两个基本单元之间的能量传输路径，可以对不同基本单元中任意两节电池之间进行能量转移。在不同基本单元的奇偶数电池之间可以点对点进行能量均衡，无需多级传递，降低能量衰减风险，均衡速度快。对两个奇数电池或两个偶数也只需两次转换，无需使用隔离器件，转换效率高，均衡速度快。

本发明提供的主动均衡电路及其控制方法具有三种工作模式，一是半桥转换模式，二是CUK转换模式，三是扩展转换模式，三种工作模式结合实现整个电池组的能量均衡。

同时，本发明提供的主动均衡电路标准化、模块化和体积小，电池数量扩充方便，对电池串数没有限制，能极大地提高了电池组的工作电压上限，参与器件用量少，成本低，易于实现小型化。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1所示为现有技术中开关矩阵型主动均衡电路的示意图；

图2所示为现有技术中Buck-Boost型主动均衡电路的示意图；

图3所示为现有技术中隔离型多绕组耦合主动均衡电路的示意图；

图4所示为本发明提供的主动均衡电路实施例示意图；

图5示出图4所示主动均衡电路在半桥转换模式下对两节相邻电池进行能量转移的工作示意图；

图6和图7分别示出图4所示主动均衡电路在CUK转换模式下对两节奇偶数电池进行能量转移的工作示意图；

图8和图9分别示出图4所示主动均衡电路在扩展转换模式下对两节奇偶数电池进行能量转移的工作示意图；

图10所示为本发明提供的主动均衡电路的控制方法的流程框图；

图11所示为本发明提供的主动均衡电路的控制方法的实施例具体流程图。

实施方式

目前针对电池组的主动均衡拓扑方案，基本架构大部分采用双向DCDC电源转换电路。如图1所示的开关矩阵型主动均衡电路拓扑，主要包括开关矩阵电路和隔离双向电源，开关矩阵电路用于选通电压最高和电压最低的电池，双向电源实现两个电池之间的电能传输，但该方案进行一次充放电均衡工作，需要12个MOS管串联参与，转换效率低，且不能多组同时均衡，影响均衡速度，另外开关数量多，需要隔离变压器，电路复杂、成本高，不易于实现模块化。如图2所示，是一种基于非隔离的Buck-Boost DC/DC变换电路的主动均衡电路拓扑，基本单元为一个非隔离的Buck-Boost变换器，实现相邻两个电池之间的能量传递，但如果需要进行均衡的电池是不相邻的电池，两个电池之间间隔较多，则需要进行多级传递，传递过程中能量会有衰减，影响均衡速度。如图3所示，为隔离型多绕组耦合主动均衡电路拓扑，是一种多绕组耦合方式的双向单端反激DC/DC变换器，同一时间工作的是电量最高和电量最低的一对电池之间进行能量传递，该方案采用的变压器绕组数量多，变压器加工复杂，耦合差漏感大，对开关管耐压要求高，转换效率低，且开关数量多，变压器体积大，整体很难小型化，成本高。

针对现有技术存在的问题，申请人在能量转换效率、均衡速度、体积和成本等维度来进行研发，提供一种主动均衡电路及其控制方法，以改善现有技术中串联电池组在能量均衡过程中能量衰减、影响均衡速度，参与器件多，成本大的问题。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面，参照附图对本发明进行详细说明。

图4示出本发明提供的主动均衡电路的实施例示意图。

请参考图4，本发明提供的主动均衡电路包括多个依次连接的基本单元，以三个基本单元为例，分别为第一基本单元110、第二基本单元120、第三基本单元130，每个基本单元包括两节相邻电池，所有电池根据排列的位置依次为BT1、BT2、BT3、BT4、BT5和BT6，六节电池串联形成电池组，即每个基本单元包含一节奇数电池和一节偶数电池。每个基本单元还包括开关组件和储能组件，当电池组中有两节电池能量失衡时，相应的基本单元可以根据开关组件选通的能量传输路径，通过储能组件的充放电过程对该两节电池进行能量转移，实现两节电池之间能量均衡，均衡过程参与器件少，均衡效率高。

每个基本单元中，开关组件包括两个开关管和控制开关，储能组件包括电感和电容。如图4所示，第一基本单元110包括电池BT1和BT2、电感L1、开关管Q1和Q2、控制开关S1以及电容C1，电感L1一端连接电池BT1和BT2的中间节点，另一端连接开关管Q1和Q2的中间节点，控制开关S1一端连接开关管Q1和Q2的中间节点，另一端连接电容C1，电容C1连接第二基本单元120。第二基本单元120包括电池BT3和BT4、电感L2、开关管Q3和Q4、控制开关S2以及电容C2，电感L2一端连接电池BT3和BT4的中间节点，另一端连接开关管Q3和Q4的中间节点，控制开关S2一端连接开关管Q3和Q4的中间节点，另一端连接电容C2，电容C2连接第三基本单元130；第三基本单元130包括电池BT5和BT6、电感L3、开关管Q5和Q6、控制开关S3以及电容C3，电感L3一端连接电池BT5和BT6的中间节点，另一端连接开关管Q5和Q6的中间节点，控制开关S3一端连接开关管Q5和Q6的中间节点，另一端连接电容C3，每个基本单元的电容依次串联。

在另一些实施例中，每个基本单元的电也可以是并联连接，每个基本单元的控制开关可以采用两个反向串联的MOS管形成的双向开关来代替。

本实施例中，所有开关管均为PWM功率MOS管，每节电池对应一个MOS管，每个MOS管依次串联。各MOS管和控制开关均与微控制单元（Micro control unit，MCU）（图中未示出）连接，根据MCU的开关控制信号进行导通或关断；每节电池与电池模拟前端芯片（Analogfront end，AFE）（图中未示出）连接，由AFE芯片采集每节电池的状态，MCU根据各电池所处状态执行相应均衡算法控制相关电路实现对MOS和控制开关的相应控制驱动，从而实现整个电池组各节电池之间的能量转移。

本实施例中，主动均衡电路的均衡工作包括半桥转换模式、CUK转换模式和扩展转换模式三种，其中，在半桥转换模式下，可以对同一个基本单元中的两节相邻电池（例如BT1和BT2）进行能量转移，且多个基本单元可以同时在此模式下工作，功率通路短，均衡效率高。在CUK转换模式下，可以对不同基本单元之间的2N与2N+1+2k节电池进行能量转移，其中N=1,2,3......，K=0,1,2......，即对不同的基本单元的两个奇偶数电池进行能量转移，且奇数电池的位数比偶数电池的位数高（例如BT2和BT3、BT2和BT5），此模式下相应两个电池可以实现点对点能量传递，无需多级传递，降低能量衰减风险，提供均衡速度。在扩展转换模式下，可以对不同基本单元之间的2N-1与2N+2(k+1)节电池进行能量转移，其中N=1,2,3......，K=0,1,2......，即对不同的基本单元的两个奇偶数电池进行能量转移，且奇数电池的位数比偶数电池的位数低（例如BT1和BT4、BT1和BT6），此模式下相应两个电池可以实现点对点能量传递，无需多级传递，降低能量衰减风险，提供均衡速度。在需要进行能量转移的电池均是奇数电池或均是偶数电池的情况下，可以结合多种转换模式进行能量，例如第一位电池BT1和第三位电池BT3均是奇数位电池，在电池BT1的电压最高而电池BT3最低时，相应基本单元先在半桥转换模式下将电池BT1的能量转移至电池BT2，再在CUK转换模式下，将电池BT2的能量转移电池BT3，从而实现电池BT1对电池BT3充电。以此类推，通过三种工作模式的结合，可以对电池组中的任意两节电池进行均衡工作，实现整个电池组的能量均衡，避免电池组出现过充或过放的现象，提高电池组的使用寿命，且最多进行两次转换，均衡效率高，速度快。

请参考图5，示出主动均衡电路在半桥转换模式下对两节相邻电池进行能量转移的工作示意图。如图5中的（a）和（b）所示，电池BT1和BT2之间能量失衡，电池BT3和BT4之间能量失衡，第一基本单元110和第二基本单元120同步在半桥转换模式下进行均衡工作。如图5中的（a）,所示，在电池BT1的电压高于电池BT2的电压的状态下，开关管Q1作为主开关导通，开关管Q2断开，Q1导通时，电池BT1将能量转移至电感L1，之后，开关管Q1断开，开关管Q2导通做同步整流，电感L1将能量转移至电池BT2中，从而实现电池BT1对BT2充电。同理，在电池BT3的电压高于电池BT4的电压的状态下，电池BT3也可以同步将能量转移至电池BT4中，从而提高均衡效率。如图5中的（b）,所示，在电池BT1的电压低于电池BT2的电压的状态下，开关管Q1断开，开关管Q2作为主开关导通，电池BT2将能量转移至电感L1，之后，开关管Q2断开，开关管Q1导通做同步整流，电感L1将能量转移至电池BT1中，从而实现电池BT2对BT1充电。同理，在电池BT3的电压低于电池BT4的电压的状态下，电池BT4也可以同步将能量转移至电池BT3中，从而提高均衡效率。在半桥转换模式下开展均衡工作的过程中，相应基本单元的控制开关均断开。

请参考图6和图7，示出主动均衡电路在CUK转换模式下对两个奇偶数电池进行能量转移的工作示意图。如图6所示，在电池BT2的电压最高而电池BT5的电压最低的状态下，开关管Q2、控制开关S1和S3导通，其他开关管和控制开关均断开，此时，电池BT2将能量转移至电感L1和L3，之后，开关管Q2断开，开关管Q5导通做同步整流，其他开关管和控制开关断开，电感L3将能量转移至电池BT5中，从而实现电池BT2对BT5充电。如图7所示，在电池BT2的电压最低而电池BT5的电压最高的状态下，开关管Q5、控制开关S1和S2导通，其他开关管和控制开关均断开，此时，电池BT5将能量转移至电感L1和L3，之后，开关管Q5断开，开关管Q2导通做同步整流，其他开关管和控制开关断开，电感L1将能量转移至电池BT2中，从而实现电池BT5对BT2充电。

请参考图8和图9，示出主动均衡电路在扩展转换模式下对两个奇偶数电池进行能量转移的工作示意图。如图8所示，在电池BT1的电压最高而电池BT4的电压最低的状态下，开关管Q1、控制开关S1和S2导通，其他开关管和控制开关均断开，此时，电池BT1将能量转移至电感L1和L2，之后，开关管Q1断开，开关管Q4导通做同步整流，其他开关管和控制开关均断开，电感L2将能量转移至电池BT4中，从而实现电池BT1对BT4充电。如图9所示，在电池BT1的电压最低而电池BT4的电压最高的状态下，开关管Q4、控制开关S1和S2导通，其他开关管和控制开关均断开，此时，电池BT4将能量转移至电感L1和L2，之后，开关管Q4断开，开关管Q1导通做同步整流，其他开关管和控制开关均断开，电感L1将能量转移至电池BT1中，从而实现电池BT4对BT1充电。

在本实施例中，是以电压不一致指标作为均衡变量的，当然并不以此作为限制，在可替代的其他实施例中，也可采用本领域普通技术人员易于想到的参数作为检测指标来实现主动能量均衡，以减小均衡电路的开关损耗，提高均衡速度，延长电池组的使用寿命。

在上述实施例中，所有电池是二次电池，可选自以下锂离子电池、铅酸电池、超级电容器或镍氢电池中的任意一种。

本发明实施例通过采用一种新的主动均衡电路来保证电池组中的单体电池在充电和放电过程中不出现过充电和过放电，以改善串联电池组不均衡的现象，提高电池组的可用容量，减小串联电池组的维修和更换周期，延长电池组的使用寿命，降低其在混合动力汽车、电动汽车和蓄能电站等应用场景下的运行成本。

另一方面，本发明还提供了一种主动均衡电路的控制方法，请参考图10，示出本发明提供的主动均衡控制方法的的流程框图，包括：

采集电池组中每节电池的电池电压；

根据所述电池电压判断是否存在两节电池能量失衡的情形；以及在所述两节电池之间能量失衡的情形下，控制相应基本单元选通能量传输路径，在所述两节电池之间进行能量转移，以达到所述两节电池之间的能量均衡。

本实施例中，通过AFE采集到的电压数据反馈至MCU，MCU分别判断采集的电压中是否存在两节电池能量失衡的情形，若判断出存在能量失衡的情形，MCU通过开关控制信号控制相应基本单元的开关组件的通断，来选择基本单元的能量传输路径，实现两节电池之间的能量均衡。

本实施例根据电池组中最高压电池和最低压电池之间的压差来判断是否存在两节电池能量失衡的情形，在此判断标准下，如图11所示，主动均衡电路的控制方法的具体步骤包括：

S10：采集所有电池的电压，并获取最高压电池和最低压电池；

S20：判断所述最高压电池和最低压电池的压差是否大于预设的失衡电压值，若是，则执行S30，若否，则不进行主动均衡；

S30：判断每个基本单元中两节相邻电池之间的压差是否大于所述失衡电压值，若是，在半桥转换模式下对该两节相邻电池进行能量转移；若否，执行S40；

S40：判断2N与2N+1+2k节电池之间的压差是否大于所述失衡电压值，若是，在CUK转换模式下对所述2N与2N+1+2k节电池进行能量转移，若否，执行S50；

S50：判断2N-1与2N+2(k+1)节电池之间的压差是否大于所述失衡电压值，若是，在扩展转换模式下对所述2N-1与2N+2(k+1)节电池进行能量转移，若否，执行S60；

S60：选择所述最高压电池或最低压电池所在基本单元中的相邻电池作为桥接电池，先在半桥转换模式下对所述最高压电池和最低压电池中的一个电池与所述桥接电池进行能量转移，再在CUK转换模式或扩展转换模式下对所述桥接电池和另一个电池进行能量转移。

在步骤S10中，AFE采集电池组中所有电池的电压Vi（i=1，2，3……n)反馈至MCU，MCU从反馈的电压中找出最高电压值Vmax和最低电压值Vmin，并获得所对应的最高压电池BTp和最低压电池BTk，即Vp=Vmax，Vk=Vmin。

在步骤S20中，MCU可以先预设一个失衡电压值Vth，通过公式ΔV1=Vp-Vk来获得最高压电池BTp和最低压电池BTk的压差ΔV1并进行判断，若ΔV1＞Vth，视为最高压电池BTp和最低压电池BTk存在能量失衡情形，需要开展均衡工作，则执行步骤S30，若ΔV1＜Vth，视为最高压电池BTp和最低压电池BTk不存在能量失衡情形，则控制无需进行主动均衡工作。

在步骤S30中，分别判断每个基本单元中两节相邻电池的压差ΔV2是否大于失衡电压值,若有任一个基本单元的ΔV2＞Vth，相应的基本单元在半桥转换模式下对两节相邻电池进行能量转移，若所有基本单元均是ΔV2＜Vth，则执行步骤S40。

在步骤S40中，进一步判断不属于同一个基本单元的两节奇偶数电池之间的压差ΔV3是否大于失衡电压值，其中该两节奇偶数电池是2N与2N+1+2k节电池，N=1,2,…；k=0,1,2,…，即奇数电池的位数比偶数电池的位数高（例如电池BT2和BT3，电池BT2和BT5）。在ΔV3＞Vth的情况下，相应基本单元在CUK转换模式下对该两节奇偶数进行能量转移，如果ΔV3＜Vth，则执行步骤S50。

在步骤S50中，进一步判断不属于同一个基本单元的两节奇偶数电池之间的压差ΔV4是否大于失衡电压值，其中该两节奇偶数电池是2N-1与2N+2(k+1)节电池，N=1,2,…；k=0,1,2,…，即奇数电池的位数比偶数电池的位数低（例如电池BT1和BT4,电池BT1和BT6，电池BT3和BT6）。在ΔV4＞Vth的情况下，相应基本单元在扩展转换模式下对该两节奇偶数电池进行能量转移，如果ΔV4＜Vth，则执行步骤S60。

在步骤S60中，视为最高压电池BTp和最低压电池BTk均为奇数位电池或者均为偶数位电池这两种情形，则先选取一节其他电池作为桥接电池，该桥接电池与最高压电池BTp或最低压电池BTk属于同一个基本单元，然后在半桥转换模式下对最高压电池BTp和最低压电池BTk中的其中一个电池和桥接电池进行能量转移，再在CUK转换模式下对桥接电池和另一个电池进行能量转移。例如最高压电池为BT1，最低压电池为BT3时，可以选取电池BT2作为桥接电池，第一基本单元110先在半桥转换模式下将电池BT1的能量转移至与其相邻的电池BT2中，再在CUK转换模式下，将电池BT2的能量转移至电池BT3中，从而实现两个奇数位电池之间的能量转换，两个偶数位电池之间的能量转换同理实现。

具体的，在最高压电池BTp和最低压电池BTk均为奇数位电池时，可以选择位数低的电池作为第一目标电池，与第一目标电池在同一基本单元的相邻电池作为桥接电池，例如最高压电池为BT1,最低压电池为BT5时，电池BT1的位数低，作为第一目标电池，而BT2则作为桥接电池。在最高压电池BTp和最低压电池BTk均为偶数位电池时，可以选择与最高压电池BTp同一基本单元中的电池BT(p-1)作为桥接电池。

在本实施例中的主动均衡电路控制方法应用在图4所示的主动均衡电路中，利用其基本单元的拓扑结构，及相邻基本单元的级联设计，可以在任意两节电池之间的能量失衡情形下，选择对应的工作模式，并通过开关控制信号实现能量路径的切换，将能量从较高的电池转移到较低的电池中去，使该两节电池之间进行能量转移，达到该两节电池之间的电压均衡，从而实现每节电池在充电和放电过程中不出现过充和过放现象，改善串联电池组不均衡的问题。

应当说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种主动均衡电路，包括多个基本单元，其特征在于：

每个所述基本单元包括两节相邻电池、开关组件和储能组件，所有基本单元中的电池依次串联形成电池组，在所述电池组中有两节电池处于能量失衡的状态下，相应的所述基本单元根据所述开关组件选通的能量传输路径，通过所述储能组件在两节电池之间进行能量传递，以达到两节电池之间能量均衡；

所述开关组件包括两个开关管，所述储能组件包括电感，所述电感的一端连接所述两节相邻电池的中间节点，所述电感的另一端连接所述两个开关管的中间节点，在所述两节相邻电池能量失衡的状态下，所述电感储存高能量电池中的电量并转移至低能量电池中；

所述开关组件还包括控制开关，所述储能组件还包括电容，所述控制开关的一端连接所述两个开关管的中间节点，所述控制开关的另一端连接所述电容，所述电容连接相邻的基本单元；在能量失衡的两节电池分别属于不同基本单元的情形下，相应的控制开关连通所述两节电池之间的能量传输路径，通过相应的电感储存高能量电池中的电量并转移至低能量电池中；

所述主动均衡电路的均衡工作包括半桥转换模式、CUK转换模式和扩展转换模式；在所述半桥转换模式下，对每个所述基本单元中的两节相邻电池进行能量转移；在所述CUK转换模式下，对不同基本单元之间的2N与2N+1+2k节电池进行能量转移，其中N≥1，K≥0；在所述扩展转换模式下，对不同基本单元之间的2N-1与2N+2(k+1)节电池进行能量转移，其中N≥1，K≥0。

2.根据权利要求1所述的主动均衡电路，其特征在于：所述多个基本单元为第一基本单元、第二基本单元和第三基本单元，所述第一基本单元包括第一电池和第二电池、第一开关管和第二开关管、第一电感、第一控制开关以及第一电容；所述第二基本单元包括第三电池和第四电池、第三开关管和第四开关管、第二电感、第二控制开关以及第二电容；所述第三基本单元包括第五电池和第六电池、第五开关管和第六开关管、第三电感、第三控制开关以及第三电容；所述第一电池至第六电池依次串联，所述第一开关管至第六开关管依次串联，所述第一电容、第二电容和第三电容依次串联。

3.根据权利要求2所述的主动均衡电路，其特征在于：在所述第一电池和第二电池能量失衡的情形下，所述第一基本单元在所述半桥转换模式下工作；

在所述第一电池的电压高于所述第二电池的电压的状态时，所述第一开关管导通，所述第二开关管断开，所述第一电池的能量转移至所述第一电感，之后，所述第一开关管断开，所述第二开关管导通，所述第一电感将能量转移至所述第二电池；

在所述第一电池的电压低于所述第二电池的电压状态时，所述第二开关管导通，所述第一开关管断开，所述第二电池的能量转移至所述第一电感，之后，所述第二开关管断开，所述第一开关管导通，所述第一电感将能量转移至所述第一电池。

4.根据权利要求2所述的主动均衡电路，其特征在于：在所述第二电池和第五电池能量失衡的情形下，所述第一基本单元和第三基本单元在CUK转换模式下工作；

在所述第二电池的电压高于所述第五电池的电压的状态时，所述第二开关管、第一控制开关和第三控制开关导通，其他开关管和控制开关断开，所述第二电池的能量转移至所述第一电感和第三电感，之后，所述第五开关管导通，其他开关管和控制开关断开，所述第三电感将能量转移至所述第五电池；

在所述第二电池的电压低于所述第五电池的电压的状态时，所述第五开关管、第一控制开关和第三控制开关导通，其他开关管和控制开关断开，所述第五电池的能量转移至所述第一电感和第三电感，之后，所述第二开关管导通，其他开关管和控制开关断开，所述第一电感将能量转移至所述第二电池。

5.根据权利要求2所述的主动均衡电路，其特征在于：在所述第一电池和第四电池能量失衡的情形下，所述第一基本单元和第二基本单元在扩展转换模式下工作；

在所述第一电池的电压高于所述第四电池的电压的状态时，所述第一开关管、第一控制开关和第二控制开关导通，其他开关管和控制开关断开，所述第一电池的能量转移至所述第一电感和第二电感，之后，所述第四开关管导通，其他开关管和控制开关断开，所述第二电感将能量转移至所述第四电池；

在所述第一电池的电压低于所述第四电池的电压的状态时，所述第四开关管、第一控制开关和第三控制开关导通，其他开关管和控制开关断开，所述第四电池的能量转移至所述第一电感和第二电感，之后，所述第一开关管导通，其他开关管和控制开关断开，所述第一电感将能量转移至所述第一电池。

6.一种主动均衡电路的控制方法，应用于如权利要求1-5任一项所述的主动均衡电路，所述控制方法包括：

采集电池组中每节电池的电池电压；

根据所述电池电压判断是否存在两节电池能量失衡的情形；以及

在所述两节电池之间能量失衡的情形下，控制相应基本单元选通能量传输路径，在所述两节电池之间进行能量转移，以达到所述两节电池之间的能量均衡。

7.根据权利要求6所述的主动均衡电路的控制方法，具体步骤包括：

S10：采集所有电池的电压，并获取最高压电池和最低压电池；

S20：判断所述最高压电池和最低压电池的压差是否大于预设的失衡电压值，若是，则执行S30，若否，则不进行主动均衡；

S30：判断每个基本单元中两节相邻电池之间的压差是否大于所述失衡电压值，若是，在半桥转换模式下对该两节相邻电池进行能量转移；若否，执行S40；S40：判断2N与2N+1+2k节电池之间的压差是否大于所述失衡电压值，若是，在CUK转换模式下对所述2N与2N+1+2k节电池进行能量转移，若否，执行S50；

S50：判断2N-1与2N+2(k+1)节电池之间的压差是否大于所述失衡电压值，若是，在扩展转换模式下对所述2N-1与2N+2(k+1)节电池进行能量转移，若否，执行S60；

S60：选择所述最高压电池或最低压电池所在基本单元中的相邻电池作为桥接电池，先在半桥转换模式下对所述最高压电池和最低压电池中的一个电池与所述桥接电池进行能量转移，再在CUK转换模式或扩展转换模式下对所述桥接电池和另一个电池进行能量转移。

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