电池单元均衡电路及方法

专利名称：电池单元均衡电路及方法
技术领域：
本发明涉及一种电池管理系统，特别是涉及一种对多个电池单元进行均衡处理的 电池单元均衡电路及方法。
背景技术：
具有多个电池单元的电池组，例如锂离子电池组，被广泛应用于电动工具中，以给 电动工具供电。电动工具包括但不限于电动车和混合动力电动车。然而，各个电池单元会 因为老化程度或电池温度不同而产生差异，随着充/放电循环次数的增加会导致电池单元 之间的电压或容量的差异，从而造成电池单元不均衡。由于电池单元的不均衡，在某些电池单元未被充满的情况下，另外有些电池单元 却可能出现过充现象，或者是在某些电池单元未被完全放电时，另外有些电池单元却可能 出现过放电，这都会影响整个电池组的容量或使用寿命。虽然可以采用硬件或软件保护来 避免失衡电池单元的过充电或过放电，但会影响整个电池组的使用效率。因此，当电池组的 电池单元出现不均衡时，需要对电池组进行均衡处理。
电池单元均衡分为被动均衡和主动均衡两种。被动均衡是将具有较高能量的电池 单元的多余能量通过并联的旁路电阻发热而被消耗掉，然而，被动均衡过程中产生的热量 会影响电池组的使用寿命。相反，主动均衡是将一个或若干个电池单元的能量转移到另一 个或另外若干个电池电元中。图1所示是一种现有技术的电池单元均衡电路100的结构框图。电池组包括电池
单元102_1、102_2、102_3......102_n。变压器包括初级线圈104和多个匝数相等的次级线
圈106_1、106_2、106_3......106_n。初级线圈104与开关108串联连接。每个电池单元与
一个次级线圈连接。开关108处于闭合状态，电池组的放电电流I流经变压器的初级线圈
104。开关108断开之后，在每个次级线圈中产生感应电流II、12、13......In。具有最小
电抗的次级线圈中产生的感应电流最大。每个电池单元接收的充电电流与该电池单元相应 的电压成反比。由于在均衡过程中，每个电池单元都会获得从电池组转移出来的能量，因此 均衡效率低。此外，这种方法只能通过转移整个电池组的能量来均衡电池单元。因此，这种 电池单元均衡方法适用于电池组的放电过程，而在电池组的充电过程中效果较差。图2所示是另一种现有技术的电池单元均衡电路200的结构框图。在相邻的电池 单元之间使用一对N型和P型金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)及电感来构成能量转 移电路。除了电感的寄生阻抗和体二极管的导通阻抗消耗掉的极少能量，其他能量存储在 电感中。当顶部电池单元202_3需要将能量转移至底部电池单元202_1，具有特定频率和 占空比的控制信号P2控制MOSFET 204_4处于闭合状态，将能量从电池单元202_3转移至 电感L2。当控制信号P2控制MOSFET 204_4处于断开状态，存储在电感L2中的能量达到 最大值。由于电感L2中的电流会继续流动，通过闭合的MOSFET 204_3或其正向偏置的体 二极管，电感L2中存储的能量转移给电池单元202_2，其中MOSFET 204_3的闭合和断开由 控制信号N2来控制。接着，以类似的方式，利用控制信号Pl和m来控制MOSFET 204_2和MOSFET 204_1的闭合和断开，将电池单元202_2中的能量转移至电池单元202_1。因此，电 池单元202_3多余的能量可以转移到电池单元202_1。由此可见，这种均衡方式只能在相邻 的两个电池单元之间进行。当电池组中包括2个以上串联连接的电池单元需要被均衡，例 如电池单元202_1、202_2和202_3，这将花费很长的时间来将一个电池单元的能量转移到 另一个不相邻的电池单元，例如，从电池单元202_3转移到电池单元202_1，如上所述，需要 先将能量从电池单元202_3转移到电池单元202_2，再从电池单元202_2转移到电池单元 202_1。此外，产生控制信号的控制电路将会很复杂。而且，由于需要过多的能量中转单元， 需要转移的部分能量会转变为热量。因此，这种均衡方式的效率很低且耗时很长。另外，假 设存在N个串联连接的电池单元，就需要使用2 * (N-I)个MOSFET来将能量从最顶部的电 池单元转移到最底部的电池单元或者从最底部的电池单元转移到最顶部的电池单元，其中 N为大于等于2的正整数。这种均衡方式除了效率低外，电路结构也会变得很复杂。

发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种电池单元均衡电路及方法，可以适用于电 池的充电过程、放电过程和空闲状态，并且可以提高均衡效率和降低电路的复杂度。为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池单元均衡电路，包括串联连接的第 一电池单元和第二电池单元以及连接至第一电池单元和第二电池单元的变压器。第一电池 单元具有第一数值的参数。第二电池单元具有第二数值的参数，并且第一数值大于第二数 值。变压器将第一电池单元的部分能量转移至第二电池单元。变压器包括连接在第一电池 单元两端的初级线圈和连接在第二电池单元两端的次级线圈。本发明提供了一种电池单元均衡电路，包括电池组及连接至电池组的变压器。电 池组包括串联连接的多个电池单元。多个电池单元包括第一电池单元和第二电池单元。第 一电池单元具有第一数值的参数，第二电池单元具有第二数值的参数，并且第一数值大于 第二数值。变压器包括第一线圈和第二线圈，用于将第一电池单元的部分能量转移至第二 电池单元。本发明提供了一种电池单元均衡电路，包括变压器及串联连接的第一电池模块和 第二电池模块。第一电池模块和第二电池模块分别包括多个电池单元。第一电池模块具有 第一数值的参数，第二电池模块具有第二数值的参数，并且第一数值大于第二数值。变压器 将第一电池模块的部分能量转移至第二电池模块。变压器包括连接至第一电池模块的初级 线圈和连接至第二电池模块的次级线圈。本发明还提供了一种电池单元均衡方法，包括以下步骤检测第一电池单元的参 数，第一电池单元的参数具有第一数值；检测与第一电池单元串联连接的第二电池单元的 参数，第二电池单元的参数具有第二数值，第一数值大于第二数值；及将第一电池单元的部 分能量通过变压器转移至第二电池单元。本发明还提供了一种电池单元均衡方法，包括以下步骤检测串联连接的多个电 池单元中每一个电池单元的参数；从检测到的多个电池单元的参数中选择具有第一数值的 参数的电池单元和具有第二数值的参数的电池单元，第一数值 大于第二数值；及将具有第 一数值的参数的电池单元的部分能量通过变压器转移至具有第二数值的参数的电池单元。与现有技术相比，本发明的电池单元均衡电路使用变压器，将具有第一数值的参数的第一电池单元的部分能量直接转移至具有第二数值的参数的第二电池单元，其中第一 数值大于第二数值。参数可以是但不限于电压、容量或荷电状态中的一种。在本发明的一 个实施例中，将电压作为参数，第一数值和第二数值分别是多个电池单元中的最高电压的 值和最低电压的值。本发明的电池单元均衡电路可以适用于电池的充电过程、放电过程和 空闲状态，并且可以提高均衡效率和降低电路的复杂度。


以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的 特性和优点更为明显。图1是一种现有技术的电池单元均衡电路的结构框图。图2是另一种现有技术的电池单元均衡电路的结构框图。图3是根据本发明一个实施例的电池单元均衡电路的结构框图。图4是根据本发明一个实施例的电池单元均衡电路的结构框图。图5是根据本发明一个实施例的电池单元均衡电路的结构框图。图6是根据本发明一个实施例的电池单元均衡电路的结构框图。图7是根据本发明一个实施例的电池单元均衡电路的结构框图。图8是根据本发明一个实施例的电池单元均衡电路的控制流程图。图9是根据本发明一个实施例的均衡电池单元的方法流程图。
具体实施例方式以下将对本发明的实施例给出详细的说明。在以下对本发明的详细描述中，为了 提供一个针对本发明的完全的理解，阐明了大量的具体细节。然而，本领域技术人员将理 解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外的一些实例中，对于大家熟知的方案、 流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。图3是根据本发明一个实施例的电池单元均衡电路300的结构框图。电池单元均 衡电路300包括电池组302、与电池组302连接的变压器303及检测和控制单元308。电池 组302包括6个串联连接的电池单元302_1-302_6。可以理解的是，电池组可以包括任意数 量的电池单元，这里限定为6个电池单元，只是为了方便描述本发明。电池单元均衡电路300还包括6个开关306_1_306_6。变压器303包括6个线 圈304_1-304_6及磁芯305。每个线圈通过一个对应的开关与一个电池单元并联连接， 例如，线圈304_1通过开关306_1与电池单元302_1并联连接。在一个实施例中，6个线 圈304_1-304_6的匝数相等。在一个实施例中，变压器303是反激式变压器(flyback transformer)，换句话说，6个线圈304_1_304_6中不会同时有电流流过。请参照图3，电池 单元302_1、302_3和302_5的正极分别与线圈304_1、304_3和304_5的同名端连接，电池 单元302_2、302_4和302_6的负极分别与线圈304_2、304_4和304_6的同名端连接。图3 揭示的电池单元与对应线圈的连接方式只是本发明的一个具体实例，当然也可以采用其他 各种连接方式，例如，电池单元302_1和302_2的负极分别与线圈304_1和304_2的同名端 连接，电池单元302_3-302_6的正极分别与线圈304_3_304_6的同名端连接。请参照图3，检测和控制单元308用来检测电池组302中每个电池单元的参数，并从检测到的6个电池单元的参数中选择具有第一数值的参数的电池单元和具有第二数值 的参数的电池单元，其中第一数值大于第二数值。检测和控制单元308还控制具有第一数 值的参数的电池单元的部分能量通过变压器303转移至具有第二数值的参数的电池单元。 参数可以是但不限于电压、荷电状态或容量中的一种。虽然在以下所有的实施例中，都是以 电压为均衡目标参数来举例说明本发明的电池单元均衡电路是如何实现电池单元的均衡， 然而，如本领域普通技术人员所理解的，本发明的电池单元均衡电路采用其他参数，如荷电 状态，为均衡目标参数来均衡电池单元的原理与采用电压为均衡目标参数的原理是相同的。参照图3，假设在电池组302中，电池单元302_1具有最高电压。因此，需要在充 电过程中均衡电池单元302_1。为了抑制电池单元302_1的电压上升过快而提前终止充电 过程，需要转移电池单元302_1中多余的能量。检测和控制单元308产生具有第一预定频 率和占空比为Dl的控制信号来控制开关306_1的闭合和断开。在开关306_1闭合时，电流 Il由电池单元302_1流向线圈304_1，由于电感效应，电流随时间线性增大，鉴于电感是变 压器的固定特性，最大电流值由开关闭合的时间决定。从电池单元302_1中转移出来的能 量被存储在变压器303的磁芯305中。在本发明的一个实施例中，开关306_1的闭合时间 Ton可以根据电池单元302_1的电压V，线圈304_1的电感L以及电池单元302_1需要的平
均均衡电流/来确定-.Ton =V2xZX//V^7，其中f为第一预定频率。另外，假设在电池组302中，电池单元302_4具有最低电压。最有效的电池单元均 衡方法是直接将电池单元302_1多余的能量转移给电池单元302_4。检测和控制单元308 产生具有第一预定频率和占空比为等于或小于(I-Dl)的控制信号来控制开关306_4的闭 合和断开。开关306_1断开后，开关306_4闭合，线圈304_4中出现感应电流14，最终将变 压器303的磁芯305中存储的能量，即从电池单元302_1中转移出来的能量，转移到电池单 元302_4中。值得注意的是，与线圈304_1连接的开关306_1和与线圈304_4连接的开关 306_4交替的闭合和断开，即，当开关306_1处于闭合状态，开关306_4处于断开状态，而当 开关306_1处于断开状态，开关306_4处于闭合状态或先处于闭合状态再处于断开状态。此 夕卜，若检测和控制单元308控制开关306_2和306_6始终处于断开状态，电池单元302_1的 能量就不会被转移到电池单元302_2和302_6中。在上面所举的例子中，线圈304_1和线圈304_4分别起到初级线圈和次级线圈的 作用。相反，假设电池单元302_4具有最高电压，电池单元302_1具有最低电压，那么在将 电池单元302_4多余的能量转移到电池单元302_1中，线圈304_4作为初级线圈，而线圈 304_1作为次级线圈。也就是说，6个线圈304_1-304_6根据实际应用，可以分别充当初级 线圈和次级线圈。以上这种电池均衡方式可以将具有最高电压的电池单元的部分能量直接转移到 具有最低电压的电池单元中，因此，可以在很短的时间内高效地完成电池均衡。由于是将具 有最高电压的电池单元的能量直接转移到具有最低电压的电池单元中，本发明的电池单元 均衡电路也同样适用于电池的放电过程及空闲状态。空闲状态是指电池既不充电也不放 H1^ ο下面以图3为例进一步说明本发明的电池单元均衡电路的其他具体应用。请继续 参照图3，假设在电池组302的充电过程中，在所有的电池单元中，电池单元302_1具有最高电压，电池单元302_3具有最低电压，在电池单元302_2、302_4和302_6中，电池单元302_4 具有最高电压，电池单元302_6具有最低电压。显然，电池单元302_1多余的能量不能直接 转移到电池单元302_3中。但是，可以通过控制开关306_1和306_6交替的闭合和断开，将 电池单元302_1多余的能量转移到电池单元302_6中，这样可以避免电池单元302_1过充 电。另外，可以通过控制开关306_4和306_3交替的闭合和断开，将电池单元302_4多余的 能量转移到电池单元302_3中，这样可以避免电池单元302_3充电速度过慢。虽然将电池 单元302_4多余的能量转移到电池单元302_3中，在电池组302充电过程中不是必须的，但 是在电池组302放电过程中就很重要，因为这样可以延长电池组302的放电时间，提高电池 组302的使用效率。事实上，在充电过程中，同时将电池单元302_4多余的能量转移到电池 单元302_3中，可以加快完成电池单元的均衡。由此可见，本发明的电池单元均衡电路适用 于电池的充电过程、放电过程和空闲状态。图4是根据本发明一个实施例的电池单元均衡电路的结构框图。图4是将图3所 示的6个电池单元扩展到N个电池单元，其中N为正整数。下面以图4为例来说明电池单元 均衡电路400是如何实现电池单元的均衡，而不论电池单元是处于充电过程或者放电过程 或者空闲状态。电池单元均衡电路400包括电池组402、变压器403及检测和控制单元408。 电池组402具有串联连接的N个电池单元402_l-402_n。变压器403包括磁芯405及耦接 到磁芯405的N个线圈404_l-404_n。电池单元均衡电路400还包括N个开关406_1_406_ η。每个线圈通过一个对应的开关连接到一个电池单元的两端，例如，线圈404_1通过开关 406_1连接到电池单元402_1的两端。请参照图4，线圈404_1，404_3...... 404_η_1的同名端分别与电池单元402_1，
402_3...... 402_η-1的正极连接，线圈404_2，404_4...... 404_η的同名端分别与电池单
元402_2，402_4...... 402_η的负极连接。显然，图4揭示的电池单元与对应线圈的连接
方式只是本发明的一个具体实例，只是为了方便对本发明的描述。总的来说，可以将N个 线圈404_1-404_η分为第一组线圈和第二组线圈，其中第一组线圈的同名端与相应电池 单元的正极连接，而第二组线圈的同名端与相应电池单元的负极连接。以图4为例，线圈
404_1，404_3...... 404_η-1可以称为第一组线圈，线圈404_2，404_4...... 404_η可以称
为第二组线圈。与第一组线圈，即线圈404_1，404_3...... 404_η-1，连接的开关406_1，
406_3...... 406_η-1称为第一组开关；与第二组线圈，即线圈404_2，404_4...... 404_η,
连接的开关406_2，406_4...... 406_η称为第二组开关。检测和控制单元408控制N个开
关406_1-406_η的闭合和断开，其中第一组开关(即开关406_1,406_3...... 406_η_1)与
第二组开关(即开关406_2，406_4...... 406_η)不会同时闭合。检测和控制单元408检测电池组402中每一个电池单元的电压，并从与第一组线
圈连接的第一组电池单元，即电池单元402_1，402_3...... 402_η-1中选择具有最高电压
的电池单元(如电池单元402_1)和具有最低电压的电池单元(如电池单元402_3)；从与
第二组线圈连接的第二组电池单元，即电池单元402_2，402_4...... 402_η中选择具有最
高电压的电池单元(如电池单元402_η)和具有最低电压的电池单元(如电池单元402_2)。 检测和控制单元408产生具有第二预定频率和占空比为D2的控制信号来控制开关406_1 的闭 合和断开，并产生具有第二预定频率和占空比为等于或小于(1-D2)的控制信号来控 制开关的406_2的闭合和断开，在开关406_1闭合时，将电池单元402_1多余的能量转移到变压器403的磁芯405中。在开关406_1断开后，开关406_2闭合，线圈404_2中出现感应电流，最终将变压器403中存储的能量，即从电池单元402_1中转移出来的能量，转移到电 池单元402_2中。检测和控制单元408产生具有第三预定频率和占空比为D3的控制信号 来控制开关406_n闭合和断开，并产生具有第三预定频率和占空比为等于或小于(1-D3)的 控制信号来控制开关406_3的闭合和断开。在开关406_n闭合时，将电池单元402_n多余的 能量转移到变压器403的磁芯405中。在开关406_n断开后，开关406_3闭合，线圈404_3 中出现感应电流，最终将变压器403中存储的能量，即从电池单元402_n转移出来的能量， 转移到电池单元402_3中。在一个实施例中，第三预定频率与第二预定频率相等。图4所示的电池单元均衡电路400可以更一般地理解为，基于电池单元与线圈同 名端的连接关系，将N个电池单元分为第一组电池单元和第二组电池单元，例如，第一组电 池单元的正极与线圈同名端连接，第二组电池单元的负极与线圈同名端连接。检测和控制 单元408从第一组电池单元中选择具有最高电压和最低电压的电池单元，从第二组电池单 元中选择具有最高电压和最低电压的电池单元。检测和控制单元408控制对应开关的闭合 和断开，将第一组电池单元中具有最高电压的电池单元的多余能量转移到第二组电池单元 中具有最低电压的电池单元中，将第二组电池单元中具有最高电压的电池单元的多余能量 转移到第一组电池单元中具有最低电压的电池单元中。图5是根据本发明一个实施例的电池单元均衡电路的结构框图。图5中与图3标 号相同的元件具有相同的功能，为简明起见，这里不再赘述。图5中电池单元均衡电路500 的开关506_1-506_6采用金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)。每个MOSFET都具有体二 极管。假设电池单元302_1具有最高电压，电池单元302_4具有最低电压，在MOSFET 506_1 闭合时，电池单元302_1多余的能量转移到变压器的磁芯305中，在MOSFET 506_1断开后， MOSFET 506_4闭合，线圈304_4中出现感应电流。由于体二极管的影响，在MOSFET 506_1 断开后，线圈304_2和304_6中也会出现小的感应电流。感应电流与线圈两端等效的负载 电抗成反比，因此，与闭合开关MOSFET 506_4连接的电池单元302_4获得从存储在磁芯305 中转移出来的大部分能量。图6是根据本发明一个实施例的电池单元均衡电路600的结构框图。电池单元均
衡电路600包括串联连接的N个电池模块602_1、602_2...... 602_n_l和602_n及变压器
603。变压器603包括多个线圈，每个线圈通过一个开关(未图示)与对应的电池模块并联 连接。每个电池模块包括多个电池单元。检测和控制单元608检测每个电池模块的电压并 选择具有第一电压的电池模块和具有第二电压的电池模块，其中第一电压大于第二电压。 在本发明的一个实施例中，第一电压和第二电压分别是N个电池模块中的最高电压和最低 电压。变压器603将具有第一电压的电池模块的部分能量转移至具有第二电压的电池模块 中。可以理解的是，可以将每个电池模块视作一个电池单元，图6所示的电池单元均衡电路 与图3和图4所示的电池单元均衡电路的工作原理相同。在本发明的一个实施例中，每个 电池模块包括串联连接的多个电池单元和用来均衡电池单元的变压器，变压器包括通过多 个开关与多个电池单元并联连接的多个线圈，每个电池模块内的电池单元之间的均衡原理 与图3和图4所示的电池单元均衡电路的原理相同，为简明起见，这里不再赘述。图7是根据本发明一个实施例的电池单元均衡电路700的结构框图。电池单元均 衡电路700包括电池组702、变压器703、第一开关阵列706、第二开关阵列707及检测和控制单元708。电池组702包括串联连接的N个电池单元702_l-702_n。变压器703包括第 一线圈704和第二线圈705。第一开关阵列706连接在第一线圈704和电池组702之间。 第二开关阵列707连接在第二线圈705和电池组702之间。第一开关阵列706包括第一组 开关SA_l-SA_n和第二组开关SB_l-SB_n。第二开关阵列707包括第三组开关SC_l_SC_n 和第四组开关SD_l-SD_n。检测和控制单元708检测电池组702中的每个电池单元的电压。 假设在电池组702中，电池单元702_1具有最高电压，电池单元702_n具有最低电压。最有 效的电池单元均衡方式是将电池单元702_1多余的能量直接转移到电池单元702_n中。检 测和控制单元708控制第一开关阵列706中的开关SA_1和SB_1闭合，其他开关断开，并控 制第二开关阵列707中的所有开关断开，电流由电池单元702_1流向第一线圈704。从电池 单元702_1中转移出来的能量被存储在变压器703的磁芯中。检测和控制单元708控制第 一开关阵列706中的开关SA_1和SB_1断开，第二开关阵列707中的开关SC_n和SD_n闭 合，第二线圈705中出现感应电流，最终将变压器703的磁芯中存储的能量，即从电池单元 702_1中转移出来的能量，转移到电池单元702_n中。此外，若检测和控制单元708控制第 二开关阵列中的其他开关始终处于断开状态，电池单元702_1的能量就不会被转移到电池 单元702_2-702_n-l中。在该实例中，第一线圈和第二线圈分别起到初级线圈和次级线圈 的作用。 显然，也可以采用其他方式将电池单元702_1多余的能量直接转移到电池单元 702_n中，例如，检测和控制单元708控制第二开关阵列707中的开关SC_1和SD_1闭合，其 他开关断开，并控制第一开关阵列706中的所有开关断开，电流由电池单元702_1流向第二 线圈705。从电池单元702_1中转移出来的能量被存储在变压器703的磁芯中。检测和控 制单元708控制第二开关阵列707中的开关SC_1和SD_1断开，第一开关阵列706中的开 关SA_n和SB_n闭合，第一线圈704中出现感应电流，最终将变压器703的磁芯中存储的能 量，即从电池单元702_1中转移出来的能量，转移到电池单元702_n中。此外，若检测和控 制单元708控制第一开关阵列中的其他开关始终处于断开状态，电池单元702_1的能量就 不会被转移到电池单元702_2-702_n-l中。在该实例中，第二线圈和第一线圈分别起到初 级线圈和次级线圈的作用。图8是根据本发明一个实施例的检测和控制单元执行的控制流程图。下面结合图 4对图8的流程800进行描述。在步骤802中，监控多个电池单元中的每个电池单元的电 压。在步骤804中，基于电池单元和线圈同名端的连接关系，将电池单元分为第一组电池单 元和第二组电池单元。请参照图4，正极与线圈同名端连接的电池单元，如电池单元402_1、
402_3...... 402_n-l为第一组电池单元，负极与线圈同名端连接的电池单元，如电池单元
402_2、402_4...... 402_n为第二组电池单元。在步骤806中，从第一组电池单元中选择具
有最高电压V (B_GAH)和最低电压V (B_GAL)的电池单元B_GAH和B_GAL，从第二组电池单 元中选择具有最高电压V (B_GBH)和最低电压V (B_GBL)的电池单元B_GBH和B_GBL。在步 骤808中，判断第一组电池单元中的最高电压V(B_GAH)和最低电压V(B_GAL)的差值或第 二组电池单元中的最高电压V(B_GBH)和最低电压V(B_GBL)的差值是否大于第一阈值电压 Vlim0第一阈值电压Vlim的大小可以根据实际应用来选择，在本发明的一个实施例中，第 一阈值电压Vlim为0. 5伏。若第一组电池单元中的最高电压和最低电压的差值或第二组 电池单元中的最高电压和最低电压的差值大于第一阈值电压Vlim，进入步骤810，检查电池是否损坏，否则进入步骤812。在步骤812中，判断第一组电池单元中的最高电压V(B_GAH)和第二组电池单元中 的最低电压V(B_GBL)的差值是否小于第二阈值电压Vbal，第二组电池单元中的最高电压 V(B_GBH)和第一组电池单元中的最低电压V(B_GAL)的差值是否小于第二阈值电压Vbal， 第一组电池单元中的最高电压V(B_GAH)和最低电压V(B_GAL)的差值是否小于第二阈值电 压Vbal，第二组电池单元中的最高电压V(B_GBH)和最低电压V(B_GBL)的差值是否小于第 二阈值电压Vbal。第二阈值电压Vbal小于第一阈值电压Vlim，在本发明的一个实施例中， 第二阈值电压Vbal为50毫伏。若步骤812中判断的差值都小于第二阈值电压Vbal，则在 步骤814终止对电池单元的均衡，否则进入步骤816。在步骤816中，判断第一组电池单元中的最高电压V(B_GAH)和最低电压V(B_GAL) 的差值或第二组电池单元中的最高电压V(B_GBH)和最低电压V(B_GBL)的差值是否大于 第三阈值电压Vthb。第三阈值电压Vthb大于第二阈值电压Vbal并且小于第一阈值电压 Vlim，在本发明的一个实施例中，第三阈值电压Vthb为0. 2伏。若第一组电池单元中的最 高电压和最低电压的差值或第二组电池单元中的最高电压和最低电压的差值大于第三阈 值电压Vthb，则进入步骤818的正常均衡模式，否则进入步骤820。控制流程在步骤818之 后进入步骤822。在步骤822中，将第一组电池单元中具有最高电压的电池单元B_GAH的部 分能量转移到第二组电池单元中具有最低电压的电池单元8_68。并将第二组电池单元中 具有最高电压的电池单元B_GBH的部分能量转 移到第一组电池单元中具有最低电压的电 池单元B_GAL。在步骤820中，判断第一组电池单元中的最高电压V (B_GAH)和第二组电池单元中 的最低电压V(B_GBL)的差值或第二组电池单元中的最高电压V(B_GBH)和第一组电池单元 中的最低电压V(B_GAL)的差值是否大于第三阈值电压Vthb。若第一组电池单元中的最高 电压和第二组电池单元中的最低电压的差值或第二组电池单元中的最高电压和第一组电 池单元中的最低电压的差值大于第三阈值电压Vthb，则进入步骤824的快速均衡模式，否 则进入步骤818的正常均衡模式。控制流程在步骤824之后进入步骤826。在步骤826中，判断第一组电池单元中的 最高电压和第二组电池单元中的最低电压的差值是否大于第二组电池单元中的最高电压 和第一组电池单元中的最低电压的差值。若第一组电池单元中的最高电压和第二组电池单 元中的最低电压的差值大于第二组电池单元中的最高电压和第一组电池单元中的最低电 压的差值，则进入步骤828，否则进入步骤830。在步骤828中，将第一组电池单元中具有最 高电压的电池单元B_GAH的部分能量转移到第二组电池单元中具有最低电压的电池单元 B_GBL。在步骤830中，将第二组电池单元中具有最高电压的电池单元8_68!1的部分能量转 移到第一组电池单元中具有最低电压的电池单元B_GAL。图8所示的控制流程可以每隔一段时间，例如100毫秒，对每个电池单元的电压进 行检测，即步骤802中监控到的电池单元的电压每隔100毫秒进行一次更新。图8所揭示 的具体的控制流程仅仅作为示例。也就是说，本发明适用其他合理的控制流程或对图8进 行改进的步骤。图9是根据本发明一个实施例的均衡电池单元的方法流程图。在步骤902，检测串 联连接的多个电池单元的电压。在步骤904，从检测到的多个电池单元的电压中选择具有最高电压的电池单元和具有最低电压的电池单元。在步骤906，将具有最高电压的电池单元的能量转移至具有最低电压的电池单元。本发明的电池单元均衡电路使用能量转移装置，如反激式变压器，将具有第一数 值的参数的电池单元的部分能量直接转移至具有第二数值的参数的电池单元，第一数值大 于第二数值。在本发明的一个实施例中，参数为电压，第一数值和第二数值分别是所有电池 单元中的最高电压的值和最低电压的值。本发明的电池单元均衡电路可以适用于电池的充 电过程、放电过程和空闲状态，并且可以提高均衡效率和降低电路的复杂度。最后所应说明的是以上实施例仅用以说明本发明而非限制，尽管参照较佳实施 例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或 者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种电池单元均衡电路，其特征在于，包括第一电池单元，该第一电池单元具有第一数值的参数；与所述第一电池单元串联连接的第二电池单元，该第二电池单元具有第二数值的参 数，所述第一数值大于所述第二数值；及变压器，用于将所述第一电池单元的部分能量转移至所述第二电池单元，所述变压器 包括连接至所述第一电池单元两端的初级线圈和连接至所述第二电池单元两端的次级线 圈。
2.根据权利要求1所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述参数是电压。
3.根据权利要求1所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述参数是荷电状态。
4.根据权利要求1所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述参数是容量。
5.根据权利要求1所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述第一电池单元的正极 与所述初级线圈的同名端连接，所述第二电池单元的负极与所述次级线圈的同名端连接。
6.根据权利要求1所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述电池单元均衡电路还 包括第一开关和第二开关，所述第一开关连接在所述第一电池单元和所述初级线圈之间， 所述第二开关连接在所述第二电池单元和所述次级线圈之间。
7.根据权利要求6所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述电池单元均衡电路还 包括检测和控制单元，用于检测所述第一电池单元的参数和所述第二电池单元的参数，并 根据检测到的所述第一数值的参数和所述第二数值的参数，控制所述第一开关和所述第二 开关交替的闭合和断开。
8.—种电池单元均衡电路，其特征在于，包括电池组，该电池组包括串联连接的多个电池单元，所述多个电池单元包括第一电池单 元和第二电池单元，所述第一电池单元具有第一数值的参数，所述第二电池单元具有第二 数值的参数，所述第一数值大于所述第二数值；及连接至所述电池组的变压器，所述变压器包括第一线圈和第二线圈，用于将所述第一 电池单元的部分能量转移至所述第二电池单元。
9.根据权利要求8所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述电池单元均衡电路还 包括第一开关阵列和第二开关阵列，所述第一开关阵列连接在所述电池组和所述第一线圈 之间，所述第二开关阵列连接在所述电池组和所述第二线圈之间。
10.根据权利要求9所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述电池单元均衡电路还 包括检测和控制单元，用于检测所述第一电池单元的参数和所述第二电池单元的参数，并 根据检测到的所述第一数值的参数和所述第二数值的参数，控制所述第一开关阵列和所述 第二开关阵列中各个开关的闭合和断开，以使所述第一电池单元的所述部分能量转移至所 述第二电池单元。
11.根据权利要求8所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述电池单元均衡电路还 包括第一开关和第二开关，所述第一开关连接在所述第一电池单元和所述第一线圈之间， 所述第二开关连接在所述第二电池单元和所述第二线圈之间。
12.根据权利要求11所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述电池单元均衡电路 还包括检测和控制单元，用于检测所述第一电池单元的参数和所述第二电池单元的参数， 并根据检测到的所述第一数值的参数和所述第二数值的参数，控制所述第一开关和所述第二开关交替的闭合和断开。
13.根据权利要求8所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述参数是电压，所述第 一数值是所述多个电池单元中的最高电压的值，所述第二数值是所述多个电池单元中的最 低电压的值。
14.一种电池单元均衡电路，其特征在于，包括串联连接的第一电池模块和第二电池模块，所述第一电池模块和所述第二电池模块分 别包括多个电池单元，所述第一电池模块具有第一数值的参数，所述第二电池模块具有第 二数值的参数，所述第一数值大于所述第二数值；及变压器，用于将所述第一电池模块的部分能量转移至所述第二电池模块，所述变压器 包括连接至所述第一电池模块的初级线圈和连接至所述第二电池模块的次级线圈。
15.根据权利要求14所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述第一电池模块的正 极与所述初级线圈的同名端连接，所述第二电池模块的负极与所述次级线圈的同名端连 接。
16.根据权利要求14所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述参数是电压。
17.根据权利要求14所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述参数是荷电状态。
18.根据权利要求14所述的电池单元均衡电路，其特征在于，所述参数是容量。
19.一种电池单元均衡方法，其特征在于，包括以下步骤检测第一电池单元的参数，所述第一电池单元的参数具有第一数值； 检测与所述第一电池单元串联连接的第二电池单元的参数，所述第二电池单元的参数 具有第二数值，所述第一数值大于所述第二数值；及将所述第一电池单元的部分能量通过变压器转移至所述第二电池单元。
20.根据权利要求19所述的电池单元均衡方法，其特征在于，所述转移步骤包括将所述第一电池单元的所述部分能量存储在所述变压器的磁芯内，所述变压器包括连 接至所述第一电池单元两端的初级线圈和连接至所述第二电池单元两端的次级线圈；及 将存储在所述变压器的所述磁芯内的所述部分能量转移至所述第二电池单元。
21.根据权利要求20所述的电池单元均衡方法，其特征在于，所述存储步骤包括 控制连接在所述第一电池单元和所述初级线圈之间的第一开关处于闭合状态；及 控制连接在所述第二电池单元和所述次级线圈之间的第二开关处于断开状态。
22.根据权利要求21所述的电池单元均衡方法，其特征在于，所述将存储在所述变压 器的所述磁芯内的所述部分能量转移至所述第二电池单元的步骤包括控制所述第一开关处于断开状态；及 控制所述第二开关处于闭合状态。
23.—种电池单元均衡方法，其特征在于，包括检测串联连接的多个电池单元中每一个电池单元的参数；从检测到的多个电池单元的参数中选择具有第一数值的参数的电池单元和具有第二 数值的参数的电池单元，所述第一数值大于所述第二数值；及将具有所述第一数值的参数的电池单元的部分能量通过变压器转移至具有所述第二 数值的参数的电池单元。
24.根据权利要求23所述的电池单元均衡方法，其特征在于，所述参数是电压，所述第一数值是所述多个电池单元中的最高电压的值，所述第二数值是所述多个电池单元中的最低电压的值。
全文摘要
本发明公开了一种电池单元均衡电路及方法。电池单元均衡电路包括串联连接的第一电池单元和第二电池单元以及连接至第一电池单元和第二电池单元的变压器。第一电池单元具有第一数值的参数。第二电池单元具有第二数值的参数，并且第一数值大于第二数值。变压器将第一电池单元的部分能量转移至第二电池单元。变压器包括连接至第一电池单元两端的初级线圈和连接至第二电池单元两端的次级线圈。由于本发明的电池单元均衡电路使用变压器，将第一电池单元的部分能量直接转移至第二电池单元，因此，本发明的电池单元均衡电路可以适用于电池的充电过程、放电过程和空闲状态，并且可以提高均衡效率和降低电路的复杂度。
文档编号H01M10/00GK102035010SQ20091017856
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者张楚涛, 陈松涛 申请人:凹凸电子(武汉)有限公司