CN101606299B - 均衡充电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种均衡充电设备，其中串联电池被划分为具有确定大小的多个模块，并且同时进行模块内均衡充电和模块间均衡充电，从而改进均衡充电性能，并减小电路尺寸。

Description

均衡充电设备
技术领域
本发明主要涉及一种均衡电池(battery)的电荷的均衡充电(chargeequalization)设备，并且尤其涉及一种均衡充电设备，其中相互串联的电池被划分为具有特定大小的模块，从而同时实现模块内均衡充电和模块间均衡充电，改进均衡充电性能，并减小电路尺寸。
背景技术
很多系统均使用被实施为电池组或电池阵列的电池，所述电池组或电池阵列为包括相互串联连接的多个电池单元的电池组或电池阵列。
当所述电池单元被充电至远高于或远低于额定充电范围内的电压时，可能会发生危险。
进一步地，电池单元充电状态中的不平衡是由各种因素造成的，并且会在电池生产期间或者对电池进行充电或放电时出现。具体地，就锂离子电池而言，在公司内会对电池单元的生成进行严格的控制，以使电池阵列的单元(cell)之间的容量差异最小化。然而，无论电池单元(该电池单元会在其被初始生产之后，保持平衡和均等)的状态如何，都由可能由于各种因素而出现电池单元之间的不平衡或不均等。
造成电池单元的不平衡的因素可以包括：例如，各个电池单元的化学反应、阻抗和自放电速率、电池单元容量的减小、电池单元工作温度的差异、以及电池单元之间的其它类型的差异。
电池单元的温度不一致是导致电池单元不平衡的重要因素。例如，电池单元中存在“自放电”，该“自放电”与电池温度有关。高温度电池比低温度电池通常具有更高的自放电速率。因此，随着时间的推移，与低温度电池相比，高温度电池会展现出更低的充电状态。
电池的充电状态中的不平衡是一个非常严重的问题。例如，该问题通常出现于电动汽车中，并且电池提供能量的能力会受到的处于最低充电状态的电池单元的限制。
如果该电池单元的能量耗尽，则其它电池单元将不能继续供电。即使其它电池单元仍具有供电能力，其它电池单元也将不能继续供电。因此，电池单元的充电状态中的不平衡会降低电池的供电能力。
当然，以上描述并非意味着，当一个或者多个电池单元的能量耗尽时，由剩余电池进行供电是完全不可能的。然而，它意味着，仅在串联的情况下，即使一个或者多个电池单元的能量完全耗尽，只要剩余的电池单元中存在电荷，则电池就可以继续使用。但是在这种情况下，会在已经完全放电的电池单元中生成极性相反的电压，并且从而导致该电池单元会由于过热、或由于生成气体而具有爆炸的危险，因而电池会失去供电能力。
现已提出了多种对电池单元的充电状态中的不平衡进行校正的方法，而图1中示出了其中一种方法。
图1是传统均衡充电设备的示意图。
参考图1，传统均衡充电设备包括变压器T、控制开关SW1～SWn、以及电压检测和驱动信号生成单元10。
所述变压器T被配置为使得其包括N个初级线圈和单个次级线圈，N个初级线圈连接至一公共铁心，初级线圈与次级线圈具有不同的极性，换句话说，初级线圈的同名端(dot)与次级线圈的同名端位于不同侧，N个初级线圈具有相同的匝数，且初级线圈与次级线圈的匝数比为N1∶N2。
在变压器T中，所述N个初级线圈分别与N个串联电池B1～Bn并联，且二极管D连接在次级线圈与所述N个串联电池B1～Bn中的第一个电池B1之间，用于防止N个串联电池B1～Bn将能量供应至次级线圈。
所述控制开关SW1～SWn分别连接在变压器T的初级线圈的第二端(the second end，其上未形成同名端的一端)与电池B1～Bn的负极(anode)(-)之间，并且被配置为响应于电压检测和驱动信号生成单元10所提供的驱动信号，将来自电池B1～Bn的能量供应至变压器T1的初级线圈。
所述电压检测和驱动信号生成单元10检测串联电池B1～Bn中各个电池的电压，并将所检测到的电压与参考电压进行比较，从而生成对充电至电压高于参考电压的电池(即，过充电池)进行放电所需的驱动信号。
下面将详细描述传统均衡充电设备所执行的上述均衡充电方法。
首先，电压检测和驱动信号生成单元10检测N个串联电池B1～Bn中各个电池的电压。
根据电压检测结果，当确定所述N个串联电池B1～Bn之间存在电荷不平衡时，电压检测和驱动信号生成单元10同时导通(turn on)所有的控制开关SW1～SWn。
然后，在控制开关SW1～SWn导通期间，电荷自动从具有高电压的电池移动至具有低电压的电池，从而实现均衡充电。进一步地，当控制开关SW1～SWn同时断开(turn off)时，存储于所有初级线圈中的磁化电感中的能量通过次级侧的整流二极管D而被再次充入N个串联电池B1～Bn。
这样，由于电荷会因所述N个串联电池B1～Bn之间的电压差而移动，从而图1的均衡充电设备实现了均衡充电。
同时，锂离子电池的缺陷在于，即使各个电池之间的电荷状态(SOC)存在差异，但是电压差非常低，从而几乎不会发生电荷移动。因此，传统均衡充电设备的问题在于，当N个锂离子电池相互串联时，电池的均衡充电特性被破坏了。
进一步地，传统均衡充电设备的问题在于，由于对应于电池数量的多个初级线圈耦合至单个公共铁心，因此当电池数量增多时，制造变压器会很困难。
更进一步地，传统均衡充电设备的缺陷在于，随着电池数量的增多，用于为磁化电流提供电流通路以防止变压器饱和的二极管两端的电压会增大。
发明内容
因此，本发明是在考虑到现有技术中所存在的上述问题的情况下作出的，本发明意欲提供一种均衡充电设备，该均衡充电设备能够改进均衡充电特性且能够使变压器容易地制造。
进一步地，本发明意欲提供一种均衡充电设备，其中，串联电池被划分为多个模块，每个模块具有确定大小，从而能够同时进行模块内均衡充电和模块间均衡充电。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于均衡M×N个电池的电荷的均衡充电设备，该均衡充电设备被配置使得所述M×N个电池串联且被划分为N个电池模块，每个电池模块具有M个串联电池，所述均衡充电设备包括：N个模块内均衡充电单元，每个模块内均衡充电单元与位于每个电池模块中的M个串联电池中的各个电池并联，被供应来自所述M个串联电池的电荷，且被配置为对过充电池进行放电，并对充电不足的电池进行充电，从而均衡所述M个串联电池的电荷；模块间均衡充电单元，所述模块间均衡充电单元与N个电池模块中的各个电池模块并联，且被配置为对所述N个电池模块中过充的电池模块进行放电，并对充电不足的模块进行充电，从而均衡所述N个电池模块的电荷；以及电压检测和驱动信号生成单元，所述电压检测和驱动信号生成单元被配置为检测M×N个电池中各个电池的电压，将所检测到的电压的平均电压设置为参考电压，利用所检测到的电压和所述参考电压生成驱动信号，并通过将所生成的驱动信号提供给所述N个模块内均衡充电单元和模块间均衡充电单元，以控制对所述N个模块内均衡充电单元和模块间均衡充电单元的驱动。
因此，本发明的优点在于，由于串联电池被划分为多个模块，能够同时执行模块内均衡充电和模块间均衡充电，从而能够实现彻底的均衡充电，获得理想的均衡充电性能。
进一步地，本发明的优点在于，通过将磁化电流引入到充电不足的电池中而实现了额外的均衡充电，从而改进了均衡充电性能。
进一步地，本发明的优点在于，模块内均衡充电单元与模块间均衡充电单元是相分离的，从而能够同时且独立地进行模块内均衡充电和模块间均衡充电。
更进一步地，本发明的优点在于，由于磁化电流被充入了串联电池内充电不足的电池中，模块间均衡充电单元的变压器的匝数比是1∶1，从而变压器能够很容易地制造。
附图说明
图1是传统的均衡充电设备的示意图；
图2是根据本发明一种实施方式的均衡充电设备的示意图；
图3是图2中的电压检测和驱动信号生成单元的示意图；
图4和图5是图2中的模块内均衡充电单元所执行的均衡充电方法的示意图；
图6是图2中的模块间均衡充电单元所执行的均衡充电方法的示意图；
图7是根据本发明一种实施方式由图2中的均衡充电设备所执行的磁化电流重置方法的示意图；
图8是根据本发明另一种实施方式的均衡充电设备的示意图；以及
图9是根据本发明另一种实施方式由图8中的均衡充电设备所执行的磁化电流重置方法的示意图。
主要部分的参考标记说明
10、120：电压检测和驱动信号生成单元
1001～100n、2001～200n：模块内均衡充电单元
110、210：模块间均衡充电单元    122：感测单元
124：微处理器                   126：开关驱动电路单元
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本发明的各种实施方式。
图2是根据本发明一种实施方式的均衡充电设备的示意图，以及图3是图2中的信号检测和驱动信号生成单元120的示意图。
参考图2和图3，M×N个电池串联且被划分为N个电池模块，每个模块具有M个串联电池，根据本发明一种实施方式的均衡充电设备包括N个模块内均衡充电单元1001～100n，所述N个模块内均衡充电单元1001～100n中的每个模块内均衡充电单元与M个串联电池中的各个电池并联，被供应来自该M个串联电池的电荷，且被配置为通过对过充电池进行放电，并对充电不足的电池进行充电，从而均衡M个串联电池的电荷；模块间均衡充电单元110，所述模块间均衡充电单元110与N个电池模块中的各个电池模块并联，且被配置为对N个电池模块中的过充电池模块进行放电，并对充电不足的电池模块进行充电，从而均衡N个电池模块的电荷；以及电压检测和驱动信号生成单元120，该电压检测和驱动信号生成单元120被配置为检测M×N个电池中各个电池的电压，将所检测到的电压的平均值设置为参考电压，利用所检测到的电压和参考电压，生成驱动信号，并且通过将所生成的驱动信号提供给N个模块内均衡充电单元1001～100n和模块间均衡充电单元110，以控制对N个模块内均衡充电单元1001～100n和模块间均衡充电单元110的驱动。
在此，由于M个串联电池被划分为一个模块，因此可以将它们称为电池模块。
所述N个模块内均衡充电单元1001～100n中的每个模块内均衡充电单元包括：M个第一变压器单元TR11～TR1m，所述M个第一变压器单元TR11～TR1m分别与所述M个串联电池并联，且被配置为存储所述M个串联电池所供应的电荷，并将所存储的电荷供应至所述M个串联电池中充电不足的电池，从而均衡所述M个串联电池的电荷；M个充/放电控制开关SW1～SWm，所述M个充/放电控制开关SW1～SWm连接在所述M个第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈的第一端(the first end)(其上形成同名端的一端)与所述M个串联电池的第一个电池B11、B21、......、或Bn1的正极(cathode)(+)之间，用于将所述M个串联电池所供应的电荷供应至所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈；M个半导体开关装置D1～Dm，所述M个半导体开关装置D1～Dm连接在所述第一变压器单元TR11～TR1m的次级线圈的第一端(其上未形成同名端的一端)与所述M个串联电池的正极(+)之间，用于防止所述M个串联电池所供应的电荷被供应至所述第一变压器单元TR11～TR1m的次级线圈。
所述M个第一变压器单元TR11～TR1m分别与所述M个串联电池并联，用于将每个电池模块中电压高于第一参考电压的电池(即，过充电池)的电压降低至所述第一参考电压，并将电压低于所述第一参考电压的电池(即，充电不足的电池)增大至所述第一参考电压。
在此，术语“第一参考电压”指每个电池模块(即，M个串联电池)的平均电压。
所述M个第一变压器单元TR11～TR1m中的每个第一变压器单元包括：第一变压器T11～T1m，所述第一变压器T11～T1m与所述M个串联电池中的相应电池并联，且被配置为存储所述M个串联电池所供应的电荷，并将所存储的电荷供应至所述M个串联电池中充电不足的电池；第一电感器(inductor)L11～L1m，所述第一电感器L11～L1m连接在所述第一变压器T11～T1m的初级线圈的第一端与充/放电控制开关SW1～SWm的一个相应充/放电控制开关之间；以及第二电感器L21～L2m，所述第二电感器L21～L2m连接在所述第一变压器T11～T1m的初级线圈两端，用于以磁化电流的形式存储所述M个串联电池B1～Bn所供应的电荷。
所述第一变压器T11～T1m的初级线圈的第一端分别连接至第一电感器L11～L1m，而其初级线圈的第二端(the second end)(其上未形成同名端的一端)与彼此共同连接到一起。所述次级线圈的第一端(其上未形成同名端的一端)分别连接至半导体开关装置D1～Dm的阳极，其第二端(其上形成同名端的一端)分别连接至电池的负极(-)。
上述第一变压器T11和T1m中的每个第一变压器均被以反激结构的形式来实施，其中初级线圈和次级线圈具有不同的极性，也就是说，形成于初级线圈上的同名端与形成于次级线圈上的同名端位于不同侧。所述第一变压器T11～T1m中的每个第一变压器的初级线圈与其次级线圈的匝数比均为N1∶N2。
在本实施方式中，所述第一变压器单元TR11～TR1m中的每个第一变压器单元均被使用反激(flyback)结构来实施，在该反激结构中初级线圈和次级线圈具有不同的极性，也就是说，形成于初级线圈上的同名端与形成于次级线圈上的同名端位于不同侧；但也可以使用正激(forward)结构来实施，其中初级线圈与次级线圈具有相同的极性，也就是说，形成于初级线圈上的同名端与形成于次级线圈上的同名端位于同一侧。
所述第二电感器L21～L2m连接在第一变压器T11～T1m中各个第一变压器的初级线圈两端，且被配置为，当充/放电控制开关SW1～SWn和安装于模块间均衡充电单元110内的再分配开关(redistribution switch)CSW1～CSWn导通时，以磁化电流的形式存储相关电池模块所供应的电荷。
所述充/放电控制开关SW1～SWm分别连接在所述M个串联电池的第一个电池B11、B21、......、或Bn1的正极(+)与第一电感器L11～L1m之间，且被配置为，使得其响应于电压检测和驱动信号生成单元120所提供的高电平的第一驱动信号而被导通，并形成闭合环路(closed loop)，以使得来自电池模块的电荷被供应至所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈。
换句话说，所述充/放电控制开关SW1～SWn响应于所述电压检测和驱动信号生成单元120所提供的高电平的第一驱动信号而被导通，从而形成闭合环路，以使得所述M个串联电池所供应的电荷能够被供应至第一电感器L11～L1m和第二电感器L21～L2m，该第一电感器L11～L1m和第二电感器L21～L2m连接至所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈。
因此，当所述充/放电控制开关SW1～SWn被导通时，磁化电流被存储于所述第二电感器L21～L2m中。
进一步地，所述充/放电控制开关SW1～SWn响应于所述电压检测和驱动信号生成单元120所提供的低电平的第二驱动信号而被断开，从而防止所述电池模块所供应的电荷被供应至所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈。
在所述M个串联电池中，对于具有相对较低电压的电池而言，所述高电平的第一驱动信号被提供给上述充/放电控制开关SW1～SWn一段较长的时间，从而对具有相对较低电压的电池进行较长时间的充电；对于具有相对较高电压的电池而言，所述高电平的第一驱动信号被提供给上述充/放电控制开关SW1～SWn一段较短的时间，从而对具有相对较高电压的电池进行较短时间的充电。
也就是说，当假设M为3时，换句话说，当单个模块中串联了3个电池时，在这三个电池中，第二个电池过充了，而剩余的电池充电不足，则会向与第一和第三个电池中一个具有较高电压的电池相对应的充/放电控制开关提供高电平的第一驱动信号一段较短的时间，而向与第一和第三个电池中剩余的一个具有较低电压的电池相对应的充/放电控制开关提供高电平的第一驱动信号一段较长的时间。
所述充/放电控制开关SW1～SWm是电绝缘的，且可使用允许电流双向流动的固态继电器来实施。
所述半导体开关装置D1～Dm分别连接在所述第一变压器单元TR11～TR1m的次级线圈的第一端与所述M个串联电池的正极(+)之间，用于在供应至第一变压器单元TR11～TR1m的次级线圈的能量被供应至相关电池模块时，对所述能量进行整流。
进一步地，所述半导体开关装置D1～Dm防止电池模块所供应的电荷被供应至所述第一变压器单元TR11～TR1m的次级线圈。
所述半导体开关装置D11～Dm可以使用二极管来实施，但也可以使用其它开关装置，例如金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)、双极型晶体管(BJT)和继电器中的一者来实施。
所述模块间均衡充电单元110包括：N个第二变压器单元TR1～TRn，所述N个第二变压器单元TR1～TRn与所述N个串联电池模块并联，且被配置为存储所述N个串联电池模块所供应的电荷，并将所存储的电荷供应至所述N个串联电池模块中充电不足的电池模块，从而均衡所述N个串联电池模块的电荷；以及N个再分配开关CSW1～CSWn，所述N个再分配开关CSW1～CSWn连接在所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈的第二端(其上未形成同名端的一端)和所述第二变压器单元TR1～TRn的初级线圈的第二端的公共节点与各个电池模块的最后一个电池B1m、B2m、......、Bnm的负极(-)之间，用于形成闭合环路，以使得电池模块所供应的电荷被供应至所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈和第二变压器单元TR1～TRn的初级线圈。
所述第二变压器单元TR1～TRn分别与电池模块并联，用于将所述N个电池模块中的过充电池模块的电压降低至第二参考电压，并将充电不足的电池模块的电压增大至所述第二参考电压。
在此，术语“第二参考电压”指所述N个电池模块的平均电压。
所述第二变压器单元TR1～TRn中的每个第二变压器单元包括：第二变压器T1～Tn，所述第二变压器T1～Tn与所述N个串联电池模块的相应电池模块并联，且被配置为存储所述N个串联电池模块所供应的电荷，并将所存储的电压供应至所述N个串联电池模块中充电不足的电池模块；第三电感器L31～L3n，所述第三电感器L31～L3n连接在所述第二变压器T1～Tn的初级线圈的第一端(其上形成同名端的一端)与相应电池模块的第一个电池B11、B21、......、或Bn1的正极(+)之间；以及第四电感器L41～L4n，所述第四电感器L41～L4n连接在第二变压器T1～Tn的初级线圈两端，用于以磁化电流的形式存储所述N个串联电池模块所供应的电荷。
在这种情况下，所述第二变压器T1～Tn的初级线圈的第一端分别连接至所述第三电感器L31～L3n，其第二端连接至安装于模块内均衡充电模块1001～100n内的第一变压器单元TR11～TR1n的初级线圈的第二端的公共节点、以及再分配开关CSW1～CSWn。所述第二变压器T1的次级线圈的第一端(其上未形成同名端的一端)与彼此共同连接在一起，而其第二端(其上形成有同名端的一端)与彼此共同连接在一起。
所述第二变压器T1～Tn中的每个第二变压器均使用反激结构来实施，在所述反激结构中初级线圈和次级线圈具有不同的极性，也就是说，形成于初级线圈上的同名端与形成于次级线圈上的同名端位于不同侧。在所述第二变压器T1～Tn中的每个第二变压器中，初级线圈和次级线圈具有相同的匝数，即，其匝数比为1∶1。
在本实施方式中，第二变压器T1～Tn中的每个第二变压器均可使用反激结构来实施，但也可使用正激结构来实施，在所述正激结构中中初级线圈和次级线圈的极性是相同的，也就是说，形成于初级线圈上的同名端与形成于次级线圈上的同名端位于同一侧。
所述第三电感器L31～L3n分别连接在所述第二变压器T1～Tn的初级线圈与各个电池模块的第一个电池B11、B21、.....、Bn1的正极(+)之间，而所述第四电感器L41～L4n分别连接在所述第二变压器T1～Tn的初级线圈两端。
所述第四电感器L41～L4n用于当再分配开关CSW1～CSWn被导通时，以磁化电流的形式存储所述N个电池模块所供应的电荷。
所述再分配开关CSW1～CSWn连接在所述第二变压器单元TR1～TRn的初级线圈的第二端与各个电池模块的最后一个电池B1m、B2m、......、Bnm的负极(-)之间，且被配置为使得所述再分配开关CSW1～CSWn响应于所述电压检测和驱动信号生成单元120所提供的高电平的第一驱动信号而被导通，并形成闭合环路，以使得所述N个串联电池模块所供应的电荷被供应至所述第二变压器单元TR1～TRn的初级线圈。
进一步地，所述再分配开关CSW1～CSWn响应于所述电压检测和驱动信号生成单元120所提供的高电平的第一驱动信号而被导通，从而形成闭合环路，以使得所述电池模块所供应的电荷被供应至所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈。
因此，所述再分配开关CSW1～CSWn被操作使得不仅允许模块内均衡充电单元1001～100n均衡电池模块的电压，而且还允许模块间均衡充电单元均衡所述N个电池模块的电压。
所述再分配开关CSW1～CSWn可以使用N型MOSFET来实施，但不限于该N型MOSFET，还可以使用其它开关装置，例如P型MOSFET、BJT和继电器中的一者来实施。
进一步地，所述再分配开关CSW1～CSWn可被安装于模块间均衡充电单元110内，但还可被安装于模块内均衡充电单元1001～100n内，而且可选择地，还可被安装于所述模块内均衡充电单元1001～100n和模块间均衡充电单元110之外。
所述电压检测和驱动信号生成单元120检测M×N个电池中各个电池的电压，并设置第一参考电压和第二参考电压，所述第一参考电压是每个电池模块(即，M个串联电池)的平均电压，所述第二参考电压是N个电池模块的平均电压。
在此之后，所述电压检测和驱动信号生成单元120将所述M×N个电池的电压与所述第一参考电压或第二参考电压进行比较，并当所检测到的电压大于第一参考电压或第二参考电压时(即，相关电池过充时)，生成用于对过充电池或电池模块进行放电的驱动信号；当所检测到的电压小于第一参考电压或第二参考电压时(即，相关电池充电不足时)，生成用于对充电不足的电池或电池模块进行充电的驱动信号。所述电压检测和驱动信号生成单元120将所述驱动信号提供至模块内均衡充电单元1001～100n以及模块间均衡充电单元110。
从而，所述模块内均衡充电单元1001～100n以及模块间均衡充电单元110响应于所述电压检测和驱动信号生成单元120所提供的驱动信号，而均衡N个电池模块的电压、以及每个电池模块内的M个电池的电压。
在这种情况下，在几乎所有的充/放电控制开关导通时、或者差不多完成电池的电荷均衡时，仅少量任意电池正在被充电的情况下，所述电压检测和驱动信号生成单元120给再分配开关CSW1～CSWn提供具有脉冲宽度调制(PWM)格式的低占空比驱动信号。执行该操作，以开始对来自串联电池的少量电荷进行放电，从而防止过大的电流流过当前正在被充电的电池。
如图3所示，所述电压检测和驱动信号生成单元120包括感测单元122、微处理器124以及开关驱动电路单元126。
感测单元122连接至所述M×N个电池，且被配置为检测M×N个电池中各个电池的电压。
所述微处理器124将所述M×N个电池中的M个串联电池(即，存在于每个模块中的电池)的电压(即，感测单元122所检测到的电压)的平均电压设置为第一参考电压，并将N个电池模块的平均电压设置为第二参考电压。因此，如果判断出感测单元122所检测到的电压大于或者可能大于所述第一参考电压或第二参考电压，则微处理器124设置对相应电池或电池模块进行充/放电所需的充/放电控制开关SW1～SWm以及再分配开关CSW1～CSWn的导通/断开时间。
所述开关驱动电路126基于从微处理器124输入的信号来生成驱动信号，并将该驱动信号单独提供给充/放电控制开关SW1～SWn以及再分配开关CSW1～CSWn。
下面将参考图4和图5，描述上述根据本发明实施方式的均衡充电设备所执行的电池模块均衡充电方法。
在这种情况下，根据本发明的均衡充电设备是基于以下基本原则而实施的，即串联电池的均衡充电是在电气充电装置或电气负载未连接至串联电池时进行的。然而，当电流容量很高以至于模块内均衡充电单元1001～100n以及模块间均衡充电单元110用作旁路(bypass)电路时、或者当充电电流或放电电流很小时，即使电气充电装置或电气负载连接至串联电池，仍然可以均衡串联电池的电荷。
首先，电压检测和驱动信号生成单元120检测M个串联电池中各个电池的电压。
此时，所述电压检测和驱动信号生成单元120将所述M个串联电池(即，划入一个电池模块的M个电池)的电压的平均电压设置为第一参考电压，并将所检测到的电压与该第一参考电压进行比较。为了在判断出所检测到的电压大于或者可能大于第一参考电压时，对M个串联电池中的过充电池、或者几乎过充的电池进行放电，以及为了将充电不足的电池充电至小于所述第一参考电压的电压，所述电压检测和驱动信号生成单元120将低电平的第二驱动信号提供给充/放电控制开关，该充/放电控制开关与并联至过充电池第一变压器单元的初级线圈串联，以及将高电平的第一驱动信号提供给充/放电控制开关，该充/放电控制开关与并联至充电不足的电池的第一变压器单元的初级线圈串联。
例如，如图4所示，假设M个串联电池中的第一个电池充电不足，而剩余的电池过充，则所述电压检测和驱动信号生成单元120通过将高电平的第一驱动信号提供给第一充/放电控制开关SW1来导通该第一充/放电控制开关SW1，并断开剩余的充/放电控制开关SW2～SWm。
进一步地，所述电压检测和驱动信号生成单元120将高电平的第一驱动信号提供给再分配开关CSW1。
因此，如图4所示，来自电池模块的电荷通过第一充/放电控制开关SW1而被供应至与充电不足的第一个电池B 1并联的第一变压器T1的初级线圈。在这种情况下，来自电池模块的电流以磁化电流的形式存储于第二电感器L21中。
在此之后，所述电压检测和驱动信号生成单元120通过将低电平的第二驱动信号提供给再分配开关CSW1而断开该再分配开关CSW1。
因此，如图5所示，存储于第二电感器L21中的能量被从第一变压器T11的初级线圈传递至其次级线圈。传递至该次级线圈的能量被二极管D1转换成电荷，并被供应至充电不足的第一个电池B11。
因此，利用次级线圈所供应的电荷对充电不足的第一个电池B11进行了充电，从而能够在模块内的M个串联电池之间实现完全均衡充电。
下面将参考图6和图7，详细描述具有上述结构的均衡充电设备所执行的模块间均衡充电的方法。
例如，如图6所示，当M和N为2时，电压检测和驱动信号生成单元120将低电平的第二驱动信号提供给设置于每个模块内均衡充电单元中的第一充/放电控制开关SW1和第二充/放电控制开关SW2，从而断开第一充/放电控制开关SW1和第二充/放电控制开关SW2。
在此之后，电压检测和驱动信号生成单元120检测两个电池模块中各个电池模块的电压，并将这两个电池模块的平均电压设置为第二参考电压。
在所述第二参考电压被设置之后，所述电压检测和驱动信号生成单元120通过将高电平的第一驱动信号提供给第一再分配开关CSW1和第二再分配开关CSW2而导通第一再分配开关CSW1和第二再分配开关CSW2，以对所述两个电池模块中被过充至电压超过第二参考电压的电池模块进行放电，并对剩余的一个充电不足的电压小于第二参考电压的电池模块进行充电。
因此，所述第一再分配开关CSW1形成了闭合环路，以使得第一电池模块中电池B11和B12的电压被供应至第二变压器T1的初级线圈，而所述第二再分配开关CSW2形成闭合环路，以使得第二电池模块中电池B21和B22的电压被供应至第二变压器T2的初级线圈。
此时，供应至第二变压器T1和T2的初级线圈的电压被导入其各自的次级线圈。
然而，当第一电池模块B11和B12的电压低于所述第二电池模块B21和B22的电压时，由于第二变压器T1和T2的次级线圈是并联的，因此会因为所述第一电池模块B11和B12以及第二电池模块B21和B22之间的电压差而发生电流移动。
因此，电荷从所述第二电池模块B21和B22移动至第一电池模块B11和B12，从而第一电池模块B11和B12以及第二电池模块B21和B22的电压能够被均衡。
在上述实施方式中，所述电压检测和驱动信号生成单元120被描述成单独设置第一次参考电压和第二参考电压，但是还可以仅使用第一参考电压来生成实现模块内均衡充电和模块间均衡充电所需的驱动信号。
也就是说，当执行模块间均衡充电时，电压检测和驱动信号生成单元120可以通过导通再分配开关CSW1～CSWn来进行模块间均衡充电，而不需要检测N个电池模块的电压。
在根据本发明的均衡充电设备所执行的均衡充电方法中，单独对模块内均衡充电和模块间均衡充电进行了描述，但是实际上，所述模块内均衡充电单元和模块间均衡充电单元可以同时执行模块内均衡充电和模块间均衡充电。
作为参考，在模块间均衡充电单元110工作期间，通过充电不足的电池模块中所存在的任意充电不足的电池来对第四电感器L41和L42进行重置。
例如，在图7中，当第一再分配开关CSW1和第二再分配开关CSW2同时被导通，然后再被断开时，第一模块的第一个电池单元的初级侧电压被施加给模块间均衡充电单元的第二变压器T1和T2的初级侧，以重置磁化电流。因此，在根据本发明实施方式的均衡充电设备中，可以省略传统均衡充电设备中所使用的二极管。
另外，流经所述第四电感器L41和L42的磁化电流通过与充电不足的电池并联的第一变压器的初级线圈、以及充/放电控制开关(该开关为双向开关)而流入充电不足的电池，从而具有能够减少充电时间的优点。
进一步地，在根据本发明实施方式的均衡充电设备中，由于重置电流流入充电不足的电池，变压器的匝数比为1∶1，因此变压器可以很容易地制造。
图8是根据本发明另一种实施方式的均衡充电设备的示意图。
参考图8，M×N个电池串联且被划分为N个电池模块，每个电池模块具有M个串联电池，根据本发明另一种实施方式的均衡充电设备包括：N个模块内均衡充电单元2001～200n，所述N个模块内均衡充电单元2001～200n中的每个模块内均衡充电单元与M个串联电池中的各个电池并联，所述N个模块内均衡充电单元2001～200n被供应来自该M个串联电池的电荷，且被配置为通过对过充电池进行放电，并对充电不足的电池进行充电，以均衡M个串联电池的电荷；模块间均衡充电单元210，所述模块间均衡充电单元210与N个电池模块中的各个电池模块并联，且被配置为对N个电池模块中的过充电池模块进行放电，并对充电不足的电池模块进行充电，从而均衡N个电池模块的电荷；以及电压检测和驱动信号生成单元120，所述电压检测和驱动信号生成单元120被配置为检测M×N个电池中各个电池的电压，将所检测到的电压的平均电压设置为参考电压，并通过将所生成的驱动信号提供给N个模块内均衡充电单元2001～200n和模块间均衡充电单元210，以控制对N个模块内均衡充电单元2001～200n和模块间均衡充电单元210的驱动。
在此，由于M个串联电池被划分为一个模块，因此可以将它们称为电池模块。
所述N个模块内均衡充电单元2001～200n中的每个模块内均衡充电单元包括：M个第一变压器单元TR11～TR1m，所述M个第一变压器单元TR11～TR1m分别与所述M个串联电池并联，且被配置为存储所述M个串联电池所供应的电荷，并将所存储的电荷供应至M个串联电池中充电不足的电池，从而均衡M个串联电池的电荷；M个充/放电控制开关SW1～SWn，所述M个充/放电控制开关SW1～SWn连接在所述M个第一变压器单元的初级线圈的第一端(其上形成有同名端的一端)与所述M个串联电池的第一个电池B11、B21、......、或Bn1的正极(+)之间，用于将所述M个串联电池所供应的电荷供应至所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈；M个半导体开关装置D1～Dm，所述M个半导体开关装置D1～Dm连接在所述第一变压器单元TR11～TR1m的次级线圈的第一端(其上未形成同名端的一端)与所述M个串联电池的正极(+)之间，用于防止所述M个串联电池所供应的电荷供应至第一变压器单元TR11～TR1m的次级线圈；以及第一再分配开关CSW1～CSWn，所述第一再分配开关CSW1～CSWn连接在所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈的第二端(其上未形成同名端的一端)的公共节点与相应电池模块的最后一个电池B1m、B2m、......、或Bnm的负极(-)之间，用于形成闭合环路，以使得来自电池模块的电荷被供应至所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈。
所述第一变压器单元TR11～TR1m分别与所述M个串联电池并联，用于将每个电池模块中电压高于第一参考电压的电池(即，过充电池)的电压减小至第一参考电压，以及将电压低于第一参考电压的电池(即，充电不足的电池)的电压增大至第一参考电压。
在此，术语“第一参考电压”指每个电池模块(即，M个串联电池)的平均电压。
所述M个第一变压器单元TR11～TR1m中的每个第一变压器单元包括：第一变压器T11～T1m，所述第一变压器T11～T1m与所述M个串联电池中的相应电池并联，且被配置为存储M个串联电池所供应的电荷，并将所存储的电荷供应至所述M个串联电池中充电不足的电池；第一电感器L11～L1m，所述第一电感器L11～L1m连接在所述第一变压器T11～T1m的初级线圈的第一端与充/放电控制开关SW1～SWm中的一个相应充/放电控制开关之间；以及第二电感器L21～L2m，所述第二电感器L21～L2m连接在所述第一变压器T11～T1m的初级线圈两端，用于以磁化电流的形式存储所述M个串联电池B1～Bn所供应的电荷。
所述第一变压器T11～T1m的初级线圈的第一端分别连接至第一电感器L11～L1m，其初级线圈的第二端(其上未形成同名端的一端)共同连接至相应的第一再分配开关CSW1～CSWn的第一端。次级线圈的第一端(其上未形成同名端的一端)分别连接至所述半导体开关装置D1～Dm的阳极，且其第二端(其上形成有同名端的一端)分别连接至电池的负极(-)。
上述第一变压器T11和T1m均以反激结构的形式来实施，其中初级线圈和次级线圈具有不同的极性，也就是说，形成于初级线圈上的同名端与形成于次级线圈上的同名端位于不同侧。所述第一变压器T11～T1m中的每个第一变压器的初级线圈与其次级线圈的匝数比均为N1∶N2。
在本实施方式中，所述第一变压器单元TR11～TR1m中的每个第一变压器单元均被使用反激结构来实施，但也可以使用正激结构来实施，在该正激结构中形成于初级线圈上的同名端与形成于次级线圈上的同名端位于同一侧。
第一电感器L11～L1m连接在所述第一变压器T11～T1m的初级线圈与充/放电控制开关SW1～SWm之间，而第二电感器L21～L2m连接在所述第一变压器T11～T1m的初级线圈两端。
在这种情况下，当充/放电控制开关SW1～SWm和第一再分配开关CSW1～CSW1n导通时，所述第二电感器L21～L2m以磁化电流的形式存储相关电池模块供应的电荷。
所述充/放电控制开关SW1～SWm分别连接在所述M个串联电池的第一个电池B11、B21、......、或Bn1的正极(+)与所述第一电感器L11～L1m之间，且被配置为使得其响应于电压检测和驱动信号生成单元120所提供的高电平的第一驱动信号而被导通，并形成闭合环路，以使得来自电池模块的电荷被供应至所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈。
换句话说，所述充/放电控制开关SW1～SWm响应于所述电压检测和驱动信号生成单元120所提供的高电平的第一驱动信号而被导通，从而形成闭合环路，以使得所述M个串联电池所供应的电荷能够被供应至连接到所述第一变压器单元TR11～TR1m的第一电感器L11～L1m和第二电感器L21～L2m。
因此，当所述充/放电控制开关SW1～SWm被导通时，磁化电流会存储于所述第二电感器L21～L2m中。
进一步地，所述充/放电控制开关SW1～SWm响应于电压检测和驱动信号生成单元120所提供的低电平的第二驱动信号而被断开，从而防止电池模块所供应的电荷供应至所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈。
在所述M个串联电池中，对于具有相对较低电压的电池而言，所述高电平的第一驱动信号被提供给上述充/放电控制开关SW1～SWn一段较长的时间，从而对具有相对较低电压的电池进行较长时间的充电；对于具有相对较高电压的电池而言，所述高电平的第一驱动信号被提供给上述充/放电控制开关SW1～SWn一段较短的时间，从而对具有相对较高电压的电池进行较短时间的充电。
也就是说，当假设M为3时，换句话说，当单个模块中串联了3个电池时，在这三个电池中，第二个电池过充了，而剩余的电池充电不足，则会向与第一和第三个电池中一个具有较高电压的电池相对应的充/放电控制开关提供高电平的第一驱动电压一段较短的时间，而向与第一和第三个电池中剩余的一个具有较低电压的电池相对应的充/放电控制开关提供高电平的第一驱动电压一段较长的时间。
所述充/放电控制开关SW1～SWm是电绝缘的，且可使用允许电流双向流动的固态继电器来实施。
所述第一半导体开关装置D1～Dm分别连接在所述第一变压器单元TR11～TR1m的次级线圈的第一端与所述M个串联电池的正极(+)之间，用于在供应至第一变压器单元TR11～TR1m的次级线圈的能量被供应至相关电池模块时，对所述能量进行整流。
进一步地，第一半导体开关装置D1～Dm防止电池模块所供应的电荷供应至所述第一变压器单元TR11～TR1m的次级线圈。
所述第一半导体开关装置D11～Dm可以使用二极管来实施，但也可以使用其它开关装置，例如MOSFET、BJT和继电器中的一者来实施。
第一再分配开关CSW1～CSWn连接在所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈的第二端的公共节点与各个电池模块的最后一个电池B1m、B2m、.....、Bnm的负极(-)之间，且被配置为使得所述第一再分配开关CSW1～CSWn响应于电压检测和驱动信号生成单元120所提供的高电平的第一驱动信号而被导通，并形成闭合环路，以使得所述M个串联电池(即，每个电池模块)所供应的电荷被供应至所述第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈。
所述第一再分配开关CSW1～CSWn可以使用N型MOSFET来实施，但不限于N型MOSFET，还可以使用其它开关装置，例如P型MOSFET、BJT和继电器中的任意一者来实施。
所述模块间均衡充电单元210包括：N个第二变压器单元TR1～TRn，所述N个第二变压器单元TR1～TRn与所述N个串联电池模块并联，且被配置为存储该N个串联电池模块所供应的电荷，并将所存储的电荷供应至所述N个串联电池模块中充电不足的电池模块，从而均衡所述N个串联电池模块的电荷；N个第二再分配开关CSW11～CSW1n，所述N个第二再分配开关CSW11～CSW1n连接在所述第二变压器单元TR1～TRn的初级线圈的第二端与各个电池模块的最后一个电池B1m、B2m、......、Bnm的负极(-)之间，用于形成环路，以使得电池模块所供应的电荷被供应至所述第二变压器单元TR1～TRn的初级线圈；以及第二半导体开关装置D，所述第二半导体开关装置D连接在所述M×N个串联电池的第一个电池B11的正极(+)与所述第二变压器单元TR1～TRn的次级线圈的第一端的公共节点之间，用于将第四电感器L41～L4n的磁化电流供应至所述N个串联电池模块中充电不足的电池模块。
所述第二变压器单元TR1～TRn与各个电池模块并联，用于将所述N个电池模块中过充电池模块的电压减小至第二参考电压，并将充电不足的电池模块的电压增大至第二参考电压。
在此，术语“第二参考电压”指N个电池模块的平均电压。
所述第二变压器单元TR1～TRn中的每个第二变压器单元包括：第二变压器T1～Tn，所述第二变压器T1～Tn与所述N个串联电池模块中的一个相应电池模块并联，且被配置为存储所述N个串联电池模块所供应的电荷，并将所存储的电荷供应至所述N个串联电池模块中充电不足的电池模块；第三电感器L31～L3n，所述第三电感器L31～L3n连接在所述第二变压器T1～Tn的初级线圈的第一端(其上形成有同名端的一端)与相应电池模块的第一个电池B11、B21、......、或Bn1的正极(+)之间；以及第四电感器L41～L4n，所述第四电感器L41～L4n连接在所述第二变压器T1～Tn的初级线圈两端，用于以磁化电流的形式存储所述N个串联电池模块所供应的电荷。
因此，所述第二变压器T1～Tn的初级线圈的第一端分别连接至第三电感器L31～L3n，而其第二端(其上未形成同名端的一端)连接至分别安装于模块内均衡充电单元2001～200n内的第一变压器单元TR11～TR1m的初级线圈的第二端的公共节点以及所述第二再分配开关CSW11～CSW1n。次级线圈的第一端(其上未形成同名端的一端)与彼此共同连接在一起，而其第二端(其上形成有同名端的一端)接地GND。
所述第二变压器T1～Tn中的每个第二变压器均使用反激结构来实施，在该反激结构中初级线圈和次级线圈具有不同的极性，也就是说，形成于初级线圈上的同名端与形成于次级线圈上的同名端位于不同侧，且初级线圈和次级线圈具有的匝数比为1∶N。
在本实施方式中，所述第二变压器T1～Tn中的每个第二变压器均可使用反激结构来实施，但也可使用正激结构来实施，在所述正激结构中初级线圈和次级线圈具有相同的极性，也就是说，形成于初级线圈和次级线圈上的同名端位于同一侧。
所述第三电感器L31～L3n分别连接在所述第二变压器T1～Tn的初级线圈与各个电池模块的第一个电池B11、B21、......、Bn1的正极(+)之间，而第四电感器L41～L4n连接在所述第二变压器T1～Tn的初级线圈两端。
在这种情况下，当第二再分配开关CSW11～CSW1n被导通时，第四电感器L41～L4n以磁化电流的形式存储所述N个电池模块所供应的电荷。
所述第二再分配开关CSW11～CSW1n连接在所述第二变压器单元TR1～TRn的次级线圈的第二端与各个电池模块的最后一个电池B1m、B2m、......、Bnm的负极(-)之间，且被配置为使得所述再分配开关CSW1～CSWn响应于所述电压检测和驱动信号生成单元120所提供的高电平的第一驱动信号而被导通，并形成环路，以使得在所述N个串联电池模块所供应的电荷被供应至所述第二变压器单元TR1～TRn的初级线圈的同时，电荷能够从具有相对较高电压的电池模块移动至具有相对较低电压的电池模块。
所述第二再分配开关CSW11～CSW1n可以使用N型MOSFET来实施，但不限于N型MOSFET，还可以使用其它开关装置，例如P型MOSFET、BJT和继电器的中一者来实施。
所述第二半导体开关装置D连接在所述M×N个串联电池中的第一个电池B11的正极(+)与所述第二变压器单元TR1～TRn的次级线圈的第一端的公共节点之间，且被配置为防止所述M×N个串联电池所供应的电荷供应至第二变压器单元TR1～TRn的次级线圈，并将第四电感器L41～L4n的磁化电流重新充入所述M×N个串联电池中。
所述第二半导体开关装置D可以使用二极管来实施，但可选择地，还可以使用其它开关装置，例如MOSFET、BJT和继电器中的一者来实施。
所述电压检测和驱动信号生成单元120检测所述M×N个串联电池中各个电池的电压，并设置第一参考电压和第二参考电压，所述第一参考电压是每个电池模块(即，M个串联电池)的平均电压，所述第二参考电压是N个电池模块的平均电压。
在此之后，所述电压检测和驱动信号生成单元120将所述M×N个电池的电压与所述第一参考电压或第二参考电压进行比较，当所检测到的电压大于第一参考电压或第二参考电压时，即，相关电池过充时，生成用于对过充电池或过充电池模块进行放电的驱动信号；当所检测到的电压小于所述第一参考电压或第二参考电压时，即，相关电池充电不足时，生成用于对充电不足的电池或电池模块进行充电的驱动信号，并将所述驱动信号提供给模块内均衡充电单元2001～200n以及模块间均衡充电单元210。
从而，所述模块内均衡充电单元2001～200n以及模块间均衡充电单元210可以响应于所述电压检测和驱动信号生成单元120所提供的驱动信号，均衡所述N个电池模块的电压以及每个电池模块内的电池的电压。
在这种情况下，在几乎所有的充/放电控制开关被导通时、或者差不多完成电池的电荷均衡时，仅少量任意电池正在被充电的情况下，所述电压检测和驱动信号生成单元120给再分配开关CSW1～CSWn提供具有脉冲宽度调制(PWM)格式的低占空比驱动信号。执行该操作，以开始对来自串联电池的少量电荷进行放电，从而防止过大的电流流过当前正在被充电的电池。
如图3所示，所述电压检测和驱动信号生成单元120包括感测单元122、微处理器124以及开关驱动电路单元126。
所述感测单元122与所述M×N个电池相连，且被配置为检测所述M×N个电池中各个电池的电压。
所述微处理器124将所述感测单元122所检测到的M×N个电池中的M个串联电池(即，每个电池模块)的电压的平均电压设置为第一参考电压，并将N个电池模块的平均电压设置为第二参考电压。因此，如果判断出所述感测单元122所检测到的电压大于或者可能大于所述第一参考电压或者第二参考电压，则微处理器124设置对相应电池或电池模块进行充/放电所需的充/放电控制开关SW1～SWn、第一再分配开关CSW1～CSWn以及第二再分配开关CSW11～CSW1n的导通/断开时间。
所述开关驱动电路单元126根据从微处理器124输入的信号来生成驱动信号，并将该驱动信号提供至所述充/放电控制开关SW1～SWn、第一再分配开关CSW1～CSWn以及第二再分配开关CSW11～CSW1n。
根据本发明另一实施方式的均衡充电设备所执行的模块内均衡充电方法和模块间均衡充电方法与根据本发明上述实施方式的均衡充电设备所执行的方法相同，因此在此省略对其的详细描述。
然而，如图9所示，根据本发明另一实施方式的均衡充电设备的特征在于，存储于第四电感器L41～L4n中的磁化电流通过第二半导体开关装置D而被供应至M×N个串联电池，从而被重置。
更进一步地，根据本发明另一实施方式的均衡充电设备可以先均衡每个模块中的电池电荷、然后均衡各个模块之间的电池电荷，或者可以同时均衡每个模块中的电池电荷以及各个模块之间的电池电荷。

Claims (20)

1.一种用于均衡M×N个电池的电荷的均衡充电设备，所述均衡充电设备被配置为使得所述M×N个电池串联且被划分为N个电池模块，所述N个电池模块中的每个电池模块具有M个串联电池，所述均衡充电设备包括：
N个模块内均衡充电单元，所述N个模块内均衡充电单元中的每个模块内均衡充电单元与位于每个电池模块中的M个串联电池中的各个电池并联，被供应来自所述M个串联电池的电荷，且被配置为对过充的电池进行放电、并对充电不足的电池进行充电，从而均衡所述M个串联电池的电荷；
模块间均衡充电单元，与N个电池模块中的各个电池模块并联，且被配置为对所述N个电池模块中过充的电池模块进行放电、并对充电不足的模块进行充电，从而均衡所述N个电池模块的电荷；以及
电压检测和驱动信号生成单元，被配置为检测M×N个电池中的各个电池的电压，将所检测到的电压的平均电压设置为参考电压，利用所检测到的电压和所述参考电压来生成驱动信号，并通过将所生成的驱动信号提供给所述N个模块内均衡充电单元和所述模块间均衡充电单元，来控制对所述N个模块内均衡充电单元和所述模块间均衡充电单元的驱动。
2.根据权利要求1所述的均衡充电设备，其中所述N个模块内均衡充电单元中的每个模块内均衡充电单元包括：
M个第一变压器单元，分别与所述M个串联电池并联，且被配置为存储所述M个串联电池所供应的电荷，并将所存储的电荷供应至所述M个串联电池中充电不足的电池，从而均衡所述M个串联电池的电荷；
M个充/放电控制开关，连接在所述第一变压器单元的初级线圈的第一端与所述M个串联电池的第一个电池的正极之间，以用于将所述M个串联电池所供应的电荷供应至所述变压器单元的初级线圈；以及
M个第一半导体开关装置，连接在所述第一变压器单元的次级线圈的第一端与所述M个串联电池的正极之间，以用于防止所述M个串联电池所供应的电荷被供应至所述第一变压器单元的次级线圈。
3.根据权利要求2所述的均衡充电设备，其中所述第一变压器单元中的每个第一变压器单元包括：
第一变压器，与所述M个串联电池中的一个相应电池并联，且被配置为存储所述M个串联电池所供应的电荷、并将所存储的电荷供应至所述M个串联电池中充电不足的电池；
第一电感器，连接在所述第一变压器的初级线圈的第一端与所述充/放电控制开关中的一个相应充/放电控制开关之间；以及
第二电感器，连接在所述第一变压器的初级线圈的两端，以用于以磁化电流的形式存储所述M个串联电池所供应的电荷。
4.根据权利要求2所述的均衡充电设备，其中所述充/放电控制开关为双向开关。
5.根据权利要求2所述的均衡充电设备，其中所述充/放电控制开关为固态继电器。
6.根据权利要求2所述的均衡充电设备，其中在所述第一变压器单元中的每个第一变压器单元中，所述初级线圈与所述次级线圈的匝数比为N1∶N2。
7.根据权利要求6所述的均衡充电设备，其中所述第一变压器单元中的每个第一变压器单元被配置为使得形成于所述初级线圈上的同名端与形成于所述次级线圈上的同名端位于不同侧。
8.根据权利要求6所述的均衡充电设备，其中所述第一变压器单元中的每个第一变压器单元被配置为使得形成于所述初级线圈上的同名端与形成于所述次级线圈上的同名端位于同一侧。
9.根据权利要求2所述的均衡充电设备，其中所述模块间均衡充电单元包括：
N个第二变压器单元，与所述N个串联电池模块并联，且被配置为存储所述N个串联电池模块所供应的电荷、并将所存储的电荷供应至所述N个串联电池模块中充电不足的电池模块，从而均衡所述N个串联电池模块的电荷；以及
N个第一再分配开关，连接在所述第二变压器单元的初级线圈的第二端与各个电池模块的最后电池的负极之间，用于形成闭合环路，以使得所述电池模块所供应的电荷被供应至所述第一变压器单元的初级线圈和所述第二变压器单元的初级线圈。
10.根据权利要求9所述的均衡充电设备，其中每个所述第二变压器单元包括：
第二变压器，与所述N个串联电池模块中的一个相应电池模块并联，且被配置为存储所述N个串联电池模块所供应的电荷、并将所存储的电荷供应至所述N个串联电池模块中充电不足的电池模块；
第三电感器，连接在所述第二变压器的初级线圈的第一端与相应电池模块的第一个电池的正极之间；以及
第四电感器，连接在所述第二变压器的初级线圈两端，以用于以磁化电流的形式存储所述N个串联电池模块所供应的电荷。
11.根据权利要求9所述的均衡充电设备，其中在所述第二变压器单元中的每个第二变压器单元中，初级线圈的匝数与次级线圈的匝数是相等的。
12.根据权利要求9所述的均衡充电设备，其中所述第二变压器单元中的每个第二变压器单元被配置为使得形成于所述初级线圈上的同名端与形成于所述次级线圈上的同名端位于不同侧。
13.根据权利要求9所述的均衡充电设备，其中每个所述第一变压器单元中的每个第一变压器单元被配置为使得形成于所述初级线圈上的同名端与形成于所述次级线圈上的同名端位于同一侧。
14.根据权利要求9所述的均衡充电设备，其中所述模块内均衡充电单元还包括N个第二再分配开关，该N个第二再分配开关分别连接在所述第一变压器单元的初级线圈的公共节点与各个电池模块的最后电池的负极之间，以用于形成闭合环路，从而使得所述电池模块所供应的电荷被供应至所述第一变压器单元的初级线圈。
15.根据权利要求14所述的均衡充电设备，其中所述模块间均衡充电单元还包括：第二半导体开关装置，连接在所述M×N个串联电池的第一个电池的正极与所述第二变压器单元的次级线圈的第一端的公共节点之间，以用于将第四电感器所供应的磁化电流供应至所述N个串联电池模块。
16.根据权利要求14所述的均衡充电设备，其中所述第一再分配开关和所述第二再分配开关为金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)、双极型晶体管(BJT)或继电器。
17.根据权利要求16所述的均衡充电设备，其中所述第一再分配开关和所述第二再分配开关为N型MOSFET。
18.根据权利要求15所述的均衡充电设备，其中所述第一再分配开关和所述第二再分配开关为MOSFET、BJT、继电器或二极管。
19.根据权利要求18所述的均衡充电设备，其中所述第一再分配开关和所述第二再分配开关为二极管。
20.根据权利要求1所述的均衡充电设备，其中所述电压检测和驱动信号生成单元包括：
感测单元，用于检测M×N个电池中各个电池的电压；
微处理器，用于将所述感测单元所检测到的电压的平均电压设置为参考电压，并根据该参考电压和所述感测单元所检测到的电压，设置所述充/放电控制开关和所述再分配开关的导通/断开时间；以及
开关驱动电路单元，用于根据从所述微处理器输入的信号，来生成驱动所述充/放电控制开关和所述再分配开关所需的驱动信号。
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