CN101752888A - 电池系统的电压平衡装置、方法及电器设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池系统的电压平衡装置、方法及电器设备，涉及电池技术领域，为提高电池系统的能量利用率和电压的平衡效率而发明。所述电池系统的电压平衡装置，包括：变压器，包括初级绕组和至少两个次级绕组；初级开关；至少两个次级开关；第一电压平衡调节电路，用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，在所述电池系统充电时控制所述初级开关闭合，且于一设定时间后断开该初级开关同时控制与电压最低的单个电芯相并联的次级开关闭合。本发明可用于平衡电池系统中各单个电芯的电压。

Description

电池系统的电压平衡装置、方法及电器设备

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池系统的电压平衡装置、方法及电器设备。

背景技术

目前常用的可充电式蓄电池的普遍特点是单个电芯电压较低，例如单个铅酸电芯的电压为2.0V、单个锂离子电芯的电压为3.7V、单个镍氢电芯的电压为1.2V。在一些电器设备中，需使用由多节同类电芯串联形成的电池系统来实现供电。如在笔记本电脑上，可将3个锂离子电芯串联起来形成11.1V的电池系统，或将4个锂离子电芯串联起来形成14.8V的电池系统。

在这样的电池系统中，由于各个单个电芯的电气特性存在差异，因此会导致相互串联的各个单个电芯上的电压产生差异，如在充放电过程中，某个单个电芯上的电压明显高于或低于其他单个电芯。而且，这种差异经过多次的充放电循环后会变得越来越明显，从而严重影响电池系统的寿命和可靠性。

为此，可以在由多个电芯串联形成的电池系统中增加电压平衡装置，以降低电池系统中各单个电芯之间的电压差异。如图1所示，现有的电压平衡装置1包括：在每个单个电芯如S1上并联一个电阻如R1和一个开关如Q1，电压平衡调节电路监测每个单个电芯的电压，并在其中一个单个电芯的电压异常时，控制相应的开关打开或关闭。具体实现涉及如下两个应用场合：

1)充电过程中的平衡。在充电过程中，当发现其中一个单个电芯如S1的电压比其他单个电芯的电压高时，就将和该单个电芯S1并联的开关Q1闭合，这样一部分充电电流就会通过相应的电阻R1被旁路掉，从而减缓单个电芯S1的充电速度，以使各个单个电芯的电压趋于平衡。

2)放电过程中的平衡。在放电过程中，当发现其中一个单个电芯如S3的电压比其他单个电芯的电压高时，就将和该单个电芯S3并联的开关Q3闭合，这样单个电芯S3就存在负载和旁路电阻R3两个放电回路，因此单个电芯S3的电压就会加速下降，从而使得各个单个电芯的电压趋于平衡。

在实现上述使用的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

图1所示的电压平衡装置使用被动的方式平衡各单个电芯上的电压，多余的能量(电压高的单个电芯存储了多余能量)通过平衡电阻R以热能的方式消耗掉，能量利用率低。另外，由于电阻、开关以及电压平衡调节电路一般集成在专用的控制芯片内部以节约单板面积，这样由于受限于控制芯片的散热能力，因此平衡电流一般都不会超过100mA，这样对于一些大容量的电池系统来说，平衡电压的整个过程所需要的时间可能长达8小时甚至更长，平衡的效率低。

发明内容

本发明的实施例提供一种电池系统的电压平衡装置，以提高电池系统的能量利用率和电压平衡效率。

为达到上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一种电池系统的电压平衡装置，所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，所述装置包括：

变压器，所述变压器包括初级绕组、磁性芯体和至少两个次级绕组；

初级开关，所述初级开关串联于所述初级绕组，并与所述初级绕组一起并联于所述电池系统；

至少两个次级开关，每个所述次级开关串联于一个所述次级绕组，并与相串联的次级绕组一起并联于一个单个电芯；

第一电压平衡调节电路，用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，并在所述电池系统充电时控制所述初级开关闭合，且于一设定时间后断开该初级开关同时控制与电压最低的单个电芯相并联的次级开关闭合。

本发明实施例还提供了一种电池系统的电压平衡装置，所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，所述装置包括：

变压器，所述变压器包括初级绕组、磁性芯体和至少两个次级绕组；

初级开关，所述初级开关串联于所述初级绕组，并与所述初级绕组一起并联于所述电池系统；

至少两个次级开关，每个所述次级开关串联于一个所述次级绕组，并与相串联的次级绕组一起并联于一个单个电芯；

第二电压平衡调节电路，用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，并在所述电池系统放电时控制与电压最高的单个电芯相并联的次级开关闭合，且于一设定时间后断开该次级开关同时控制所述初级开关闭合。

本发明实施例提供的电池系统的电压平衡装置，将多余的能量通过变压器绕组耦合的方式重新传递到电池系统中，提高了能量利用率；而且，变压器绕组的散热能力受到较小的限制，该绕组中能够通过较大的电流，提高了电压平衡效率。

本发明的实施例提供一种电池系统的电压平衡方法，以提高电池系统的能量利用率和电压平衡效率。

为达到上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一种电池系统的电压平衡方法，所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，所述方法包括：

判断所述电池系统是处于充电状态还是处于放电状态；

检测所述电池系统中各单个电芯的电压；

在所述电池系统处于充电状态时，闭合初级开关以导通与所述电池系统并联的变压器的初级绕组，并在一设定时间后断开该初级开关同时闭合与电压最低的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组。

本发明实施例还提供了一种电池系统的电压平衡方法，所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，所述方法包括：

判断所述电池系统是处于充电状态还是处于放电状态；

检测所述电池系统中各单个电芯的电压；

在所述电池系统处于放电状态时，闭合与电压最高的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组，并在一设定时间后断开该次级开关同时闭合初级开关，以导通与所述电池系统并联的变压器的初级绕组。

本发明实施例提供的电池系统的电压平衡方法，将多余的能量通过变压器绕组耦合的方式重新传递到电池系统中，提高了能量利用率；而且，变压器绕组的散热能力受到较小的限制，该绕组中能够通过较大的电流，提高了电压平衡效率。

本发明的实施例提供一种电器设备，以使其中的电池系统具有较高的能量利用率和电压平衡效率。

为达到上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一种电器设备，利用电池系统供电，所述电池系统利用充电设备充电，且所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，并连接有电压平衡装置，所述电压平衡装置包括：

变压器，所述变压器包括初级绕组、磁性芯体和至少两个次级绕组；

初级开关，所述初级开关串联于所述初级绕组，并与所述初级绕组一起并联于所述电池系统；

至少两个次级开关，每个所述次级开关串联于一个所述次级绕组，并与相串联的次级绕组一起并联于一个单个电芯；

第一电压平衡调节电路，用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，并在所述电池系统充电时控制所述初级开关闭合，且于一设定时间后断开该初级开关同时控制与电压最低的单个电芯相并联的次级开关闭合。

本发明实施例还提供了一种电器设备，该电器设备利用电池系统供电，所述电池系统利用充电设备充电，且所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，并连接有电压平衡装置，所述电压平衡装置包括：

变压器，所述变压器包括初级绕组、磁性芯体和至少两个次级绕组；

初级开关，所述初级开关串联于所述初级绕组，并与所述初级绕组一起并联于所述电池系统；

至少两个次级开关，每个所述次级开关串联于一个所述次级绕组，并与相串联的次级绕组一起并联于一个单个电芯；

第二电压平衡调节电路，用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，并在所述电池系统放电时控制与电压最高的单个电芯相并联的次级开关闭合，且于一设定时间后断开该次级开关同时控制所述初级开关闭合。

本发明实施例提供的电器设备，将多余的能量通过变压器绕组耦合的方式重新传递到电池系统中，提高了能量利用率；而且，变压器绕组的散热能力受到较小的限制，该绕组中能够通过较大的电流，提高了电压平衡效率。

附图说明

图1为现有技术中电池系统的电压平衡装置的电路结构示意图；

图2为本发明实施例一种电池系统的电压平衡装置的电路结构示意图；

图3为本发明实施例另一种电池系统的电压平衡装置的电路结构示意图；

图4为本发明实施例一电池系统的电压平衡装置的电路结构示意图；

图5为图4所示电压平衡调节电路的结构组成框图；

图6为图4的详细电路结构示意图；

图7为本发明实施例三电池系统的电压平衡装置的电路结构示意图；

图8为本发明实施例一种电池系统的电压平衡方法的流程图；

图9为本发明实施例另一种电池系统的电压平衡方法的流程图；

图10为本发明实施例四电池系统的电压平衡方法的详细流程图；

图11为本发明实施例五电池系统的电压平衡方法的详细流程图；

图12为本发明实施例六电池系统的电压平衡方法的详细流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例电池系统的电压平衡装置、方法及电器设备进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明的实施例提供一种电池系统的电压平衡装置，所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，所述装置包括：

变压器，所述变压器包括初级绕组L、磁性芯体L′和至少两个次级绕组如L1、L2；

初级开关Q，所述初级开关Q串联于所述初级绕组L，并与所述初级绕组L一起并联于所述电池系统；

至少两个次级开关如Q1、Q2，每个所述次级开关串联于一个所述次级绕组，并与相串联的次级绕组一起并联于一个单个电芯；

第一电压平衡调节电路，用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，并在所述电池系统充电时控制所述初级开关闭合，且于一设定时间后断开该初级开关同时控制与电压最低的单个电芯相并联的次级开关闭合。

如图3所示，本发明的实施例还提供了另一种电池系统的电压平衡装置，所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，所述装置包括：

变压器，所述变压器包括初级绕组L、磁性芯体L′和至少两个次级绕组如L1、L2；

初级开关Q，所述初级开关Q串联于所述初级绕组L，并与所述初级绕组L一起并联于所述电池系统；

至少两个次级开关如Q1、Q2，每个所述次级开关串联于一个所述次级绕组，并与相串联的次级绕组一起并联于一个单个电芯；

第二电压平衡调节电路，用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，并在所述电池系统放电时控制与电压最高的单个电芯相并联的次级开关闭合，且于一设定时间后断开该次级开关同时控制所述初级开关闭合。

本发明实施例提供的电池系统的电压平衡装置，将多余的能量通过变压器绕组耦合的方式重新传递到电池系统中，提高了能量利用率；而且，变压器绕组的散热能力受到较小的限制，该绕组中能够通过较大的电流，提高了电压平衡效率。

下面通过具体的实施例详细说明所述电池系统的电压平衡装置。

实施例一

需要说明的是，在实施例一中，电池系统由三个单个电芯串联构成。具体而言：

如图4所示，本发明实施例中电池系统的电压平衡装置，包括：变压器，该变压器包括初级绕组L，磁性芯体L′和三个次级绕组L1、L2、L3，初级绕组L和三个次级绕组L1、L2、L3均绕于磁性芯体L′上；初级开关Q，该初级开关Q串联于初级绕组L，并与初级绕组L一起并联于该电池系统；三个次级开关Q1、Q2、Q3，每个次级开关都串联于一个次级绕组(如，次级开关Q1串联于次级绕组L1、次级开关Q2串联于次级绕组L2、次级开关Q3串联于次级绕组L3)，并与相串联的次级绕组一起并联于一个单个电芯(如，次级开关Q1和次级绕组L1串联后一起并联于单个电芯S1、次级开关Q2和次级绕组L2串联后一起并联于单个电芯S2、次级开关Q3和次级绕组L3串联后一起并联于单个电芯S3)；第一电压平衡调节电路，该第一电压平衡调节电路用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，并在该电池系统充电时控制初级开关Q闭合，且于一设定时间后断开该初级开关Q同时控制与电压最低的单个电芯相并联的次级开关闭合，以及在该电池系统放电时控制与电压最高的单个电芯相并联的次级开关闭合，且于一设定时间后断开该次级开关同时控制初级开关Q闭合，从而实现充电过程和放电过程的电压平衡。具体地：

1)充电过程中的平衡

当充电器对该电池系统进行充电时，电压平衡调节电路首先控制断开初级开关Q和所有的次级开关Q1、Q2、Q3，然后时刻检测每个单个电芯S1、S2、S3上的电压，当发现其中一个单个电芯(如单个电芯S1)的电压低于其他单个电芯上的电压时，便启动充电平衡过程。

首先，电压平衡调节电路控制闭合初级开关Q，此时整个电池系统的输出电压便施加在初级绕组L上，由于变压器绕组的电感会抑制电流的突变，因此流过此初级绕组L的电流呈线性的增加，这样初级绕组L上感应出和电池系统的电压大小相等、极性相反的感生电动势(如图4中所示，黑点方向为负)。

然后，在一设定时间后(该设定时间取决于实际的使用情况，一般而言为防止变压器绕组上的电流持续增加，可将设定时间设定为10uS以下，如3uS或5uS)，电压平衡调节电路控制断开初级开关Q，此时初级绕组L上的电流发生瞬变，从而导致初级绕组L感应产生反向的感生电动势(如图4中所示，此时黑点方向为正)，同时次级绕组由于变压器的互感也会产生感生电动势，此电动势同样黑点为正；与此同时电压平衡调节电路控制闭合与电压最低的单个电芯S1(表明单个电芯S1的充电速度最慢)并联的次级开关Q1，此时和次级开关Q1串联的次级绕组L1所产生的感生电动势便会因为次级开关Q1的导通而流出，从而给电压最低的单个电芯S1充电，以提高其电压，而此时其他的次级开关如Q2、Q3处于断开状态，所以无法形成充电回路。这样电压最低的单个电芯S1就存在电池系统充电电流和次级绕组L1充电电流两个充电回路，充电速度会增加。

此充电平衡过程不断循环，电压平衡调节电路时刻检测各单个电芯的电压，并将充电系统的一部分能量通过变压器耦合的方式提供给电压最低的单个电芯，避免其中一个单个电芯电压过低而导致整个电池系统无法充满电。此过程一直持续到所有的单个电芯电压平衡为止。

2)放电过程中的平衡

当该电池系统对负载放电时，电压平衡调节电路首先控制断开初级开关Q和所有的次级开关Q1、Q2、Q3，然后时刻检测每个单个电芯S1、S2、S3上的电压，当发现其中一个单个电芯(如单个电芯S1)的电压高于其他单个电芯上的电压时，便启动放电平衡过程。

首先，电压平衡调节电路控制闭合与电压最高的单个电芯S1(表明单个电芯S1的放电速度最慢)并联的次级开关Q1，这样单个电芯S1的电压便会施加在对应的次级绕组L1上，由于变压器绕组的电感会抑制电流的突变，流过此次级绕组L1的电流呈线性的增加，这样次级绕组L1上感应出和单个电芯S1的电压大小相等、极性相反的感生电动势(如图4中所示，黑点方向为正)。

然后，在一设定时间后，电压平衡调节电路控制断开次级开关Q1，此时次级绕组L1上的电流瞬变为0，从而导致次级绕组L1感应产生反向的感生电动势(如图4中所示，此时黑点方向为负)，同时初级绕组L由于变压器的互感也会产生感生电动势，此电动势同样黑点为负；与此同时电压平衡调节电路控制闭合初级开关Q，此时初级绕组L所产生的感生电动势便会从初级绕组L流出，施加在负载端，即多余的能量通过变压器耦合向外放电，以降低单个电芯S1上的电压。

此放电平衡过程不断循环，电压平衡调节电路时刻检测各单个电芯的电压，并将电压最高的单个电芯的能量释放一部分给负载，避免整个电池系统因为其中一个单个电芯放电速度过慢而导致整个电池系统没有将电量完全释放出来。该过程一直持续到所有的单个电芯能量耗尽为止。

具体而言，如图5和图6所示，上述第一电压平衡调节电路包括：

判断单元51，分别与充电器和负载连接。其中当该判断单元51与充电器处于通路状态时判断电池系统处于充电状态，而当该判断单元51与负载处于通路状态时判断电池系统处于放电状态，并产生状态信号；

电压检测单元52，该电压检测单元52与电池系统中的各单个电芯S1、S2、S3连接，用于检测各单个电芯S1、S2、S3的电压；

调节单元53，连接判断单元51和电压检测单元52，并在电池系统充电时控制初级开关Q闭合，且于一设定时间后断开该初级开关同时控制与电压最低的单个电芯相并联的次级开关Q1、Q2或Q3闭合，以及在电池系统放电时控制与电压最高的单个电芯相并联的次级开关Q1、Q2或Q3闭合，且于一设定时间后断开该次级开关同时控制初级开关Q闭合。

其中，图5所示的第一电压平衡调节电路的各组成电路部分可以集成在一块专用的控制芯片上。

实施例二

本发明实施例二还提供了一种电池系统的电压平衡装置，实施例二中电池系统的电压平衡装置与实施例一中电池系统的电压平衡装置基本上相同，所不同之处就在于实施例二的放电过程中的电压平衡。具体而言：

1)充电过程中的平衡

该充电过程与实施例一中的充电过程相同。

2)放电过程中的平衡

当电池系统对负载放电时，电压平衡调节电路首先控制断开初级开关Q和所有的次级开关Q1、Q2、Q3，然后时刻检测每个单个电芯S1、S2、S3上的电压，当发现其中一个单个电芯(如单个电芯S3)的电压低于其他单个电芯上的电压时，便启动放电平衡过程。

首先，电压平衡调节电路控制闭合初级开关Q，此时整个电池系统的输出电压便施加在初级绕组L上，由于变压器绕组的电感会抑制电流的突变，因此流过此初级绕组L的电流呈线性的增加，这样初级绕组L上感应出和电池系统的电压大小相等、极性相反的感生电动势(如图2中所示，黑点方向为负)。

然后，在一设定时间之后，电压平衡调节电路控制断开初级开关Q，此时初级绕组L上的电流发生瞬变，从而导致初级绕组L感应产生反向的感生电动势(如图2中所示，此时黑点方向为正)，同时次级绕组由于变压器的互感也会产生感生电动势，此电动势同样黑点为正；与此同时电压平衡调节电路控制闭合与电压最低的单个电芯S3(表明单个电芯S3的放电速度最快)并联的次级开关Q3，此时和次级开关Q3串联的次级绕组L3所产生的感生电动势便会因为次级开关Q3的导通而流出，从而给电压最低的单个电芯S3充电，以提高其电压，而此时其他的次级开关如Q1、Q2处于断开状态，所以无法形成充电回路。

此放电平衡过程不断循环，电压平衡调节电路时刻检测各单个电芯的电压，并将电池系统的一部分能量通过变压器耦合的方式提供给电压最低的单个电芯，以避免其中一个单个电芯电压过低而导致整个电池系统无法正常工作。此过程一直持续到所有的单个电芯能量耗尽为止。

实施例三

如图7所示，本发明实施例三还提供一种电池系统的电压平衡装置。需要说明的是，实施例三中电池系统的电压平衡装置与实施例一中电池系统的电压平衡装置基本上相同，所不同之处就在于实施例三中使用第二电压平衡调节电流来控制电池系统在充电过程和放电过程中的电压平衡。具体而言：

1)充电过程中的平衡

当充电器对该电池系统进行充电时，电压平衡调节电路首先控制断开初级开关Q和所有的次级开关Q1、Q2、Q3，然后时刻检测每个单个电芯S1、S2、S3上的电压，当发现其中一个单个电芯(如单个电芯S3)的电压高于其他单个电芯上的电压时，便启动充电平衡过程。

首先，电压平衡调节电路控制闭合与电压最高的单个电芯S3(表明单个电芯S3的充电速度最快)并联的次级开关Q3，这样单个电芯S3的电压便会施加在对应的次级绕组L3上，由于变压器绕组的电感会抑制电流的突变，因此流过此次级绕组L3的电流呈线性的增加，这样次级绕组L3上感应出和单个电芯S3的电压大小相等、极性相反的感生电动势(如图2中所示，黑点方向为正)。

然后，在一设定时间后，电压平衡调节电路控制断开次级开关Q3，此时次级绕组L3上的电流瞬变为0，从而导致次级绕组L3感应产生反向的感生电动势(如图2中所示，此时黑点方向为负)，同时初级绕组L由于变压器的互感也会产生感生电动势，此电动势同样黑点为负；与此同时电压平衡调节电路控制闭合初级开关Q，此时初级绕组L所产生的感生电动势便会从初级绕组L流出，并施加在负载、充电器、电池系统的共同端，即多余的能量通过变压器耦合重新返回到了系统电源，给负载供电和给电池系统充电，以降低单个电芯S3上的电压。

此充电平衡过程不断循环，电压平衡调节电路时刻检测各单个电芯的电压，并将电压最高的单个电芯的能量泄放一部分回到充电环节，避免整个电池系统因为其中一个单个电芯充电速度过快而导致整个电池系统没有充满电。该过程一直持续到充电过程结束为止。

2)放电过程中的平衡

该放电过程与实施例一中的放电过程相同。

其中，上述三个实施例中的变压器也可以由互感器代替，如电流互感器或电压互感器等。

此外，上述三个实施例中的初级开关Q和次级开关Q1、Q2、Q3可以为三极管或金属氧化层半导体场效应管(MOSFET，Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor)。

本发明实施例还提供了一种电池系统的电压平衡调节方法，如图8所示，所述方法包括：

S801，第一判断步骤，判断所述电池系统是处于充电状态还是处于放电状态；

S802，第一检测步骤，检测所述电池系统中各单个电芯的电压；

S803，第一平衡步骤，在所述电池系统处于充电状态时，闭合初级开关以导通与所述电池系统并联的变压器的初级绕组，并在一设定时间后断开该初级开关同时闭合与电压最低的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组。

如图9所示，本发明的实施例提供了另一种电池系统的电压平衡方法，所述方法包括：

S901，第二判断步骤，判断所述电池系统是处于充电状态还是处于放电状态；

S902，第二检测步骤，检测所述电池系统中各单个电芯的电压；

S903，第二平衡步骤，在所述电池系统处于放电状态时，闭合与电压最高的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组，并在一设定时间后断开该次级开关同时闭合初级开关，以导通与所述电池系统并联的变压器的初级绕组。

本发明实施例提供的电池系统的电压平衡方法，将多余的能量通过变压器绕组耦合的方式重新传递到电池系统中，提高了能量利用率；而且，变压器绕组的散热能力受到较小的限制，该绕组中能够通过较大的电流，提高了电压平衡效率。

下面通过具体的实施例详细说明所述电池系统的电压平衡方法。

实施例四

如图10所示，本发明实施例四提供的电池系统的电压平衡方法包括：

S1001，判断电池系统是处于充电状态还是处于放电状态。其中，当充电器在为电池系统充电时，判断电池系统处于充电状态，此时执行S1002；而当电池系统在驱动负载时，判断电池系统处于放电状态，此时执行S1007。

S1002，检测电池系统中各单个电芯的电压，当发现其中一个单个电芯的电压低于其他单个电芯上的电压时，执行S1003。

S1003，闭合初级开关，以导通与电池系统并联的变压器的初级绕组，在该初级绕组导通一设定时间后，执行S1004。

S1004，断开该初级开关，并同时闭合与电压最低的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组，在该次级绕组导通一设定时间后，执行S1005。

S1005，断开闭合的次级开关。

S1006，判断充电过程是否完毕，如果是，结束；如果否，转到S1002。

S1007，检测电池系统中各单个电芯的电压，当发现其中一个单个电芯的电压高于其他单个电芯上的电压时，执行S1008。

S1008，闭合与电压最高的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组，在该次级绕组导通一设定时间后，执行S1009。

S1009，断开该次级开关，并同时闭合初级开关，以导通与所述电池系统并联的变压器的初级绕组，在该初级绕组导通一设定时间后，执行S1010。

S1010，断开闭合的初级开关。

S1011，判断放电过程是否完毕，如果是，结束；如果否，转到S1007。

实施例五

如图11所示，本发明实施例五提供的电池系统的电压平衡方法包括：

S1101，判断电池系统是处于充电状态还是处于放电状态。其中，当充电器在为电池系统充电时，判断电池系统处于充电状态，此时执行S1102；而当电池系统在驱动负载时，判断电池系统处于放电状态，此时执行S1107。

S1102，检测电池系统中各单个电芯的电压，当发现其中一个单个电芯的电压低于其他单个电芯上的电压时，执行S1103。

S1103，闭合初级开关，以导通与电池系统并联的变压器的初级绕组，在该初级绕组导通一设定时间后，执行S1104。

S1104，断开该初级开关，并同时闭合与电压最低的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组，在该次级绕组导通一设定时间后，执行S1105。

S1105，断开闭合的次级开关。

S1106，判断充电过程是否完毕，如果是，结束；如果否，转到S1102。

S1107，检测电池系统中各单个电芯的电压，当发现其中一个单个电芯的电压低于其他单个电芯上的电压时，执行S1108。

S1108，闭合初级开关，以导通与电池系统并联的变压器的初级绕组，在该初级绕组导通一设定时间后，执行S1109。

S1109，断开该初级开关，并同时闭合与电压最低的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组，在该次级绕组导通一设定时间后，执行S1110。

S1110，断开闭合的次级开关。

S1111，判断放电过程是否完毕，如果是，结束；如果否，转到S1107

实施例六

如图12所示，本发明实施例六提供的电池系统的电压平衡方法包括：

S1201，判断电池系统是处于充电状态还是处于放电状态。其中，当充电器在为电池系统充电时，判断电池系统处于充电状态，此时执行S1202；而当电池系统在驱动负载时，判断电池系统处于放电状态，此时执行S1207。

S1202，检测电池系统中各单个电芯的电压，当发现其中一个单个电芯的电压高于其他单个电芯上的电压时，执行S1203。

S1203，闭合与电压最高的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组，在该次级绕组导通一设定时间后，执行S1204。

S1204，断开该次级开关，并同时闭合初级开关，以导通与所述电池系统并联的变压器的初级绕组，在该初级绕组导通一设定时间后，执行S1205。

S1205，断开闭合的初级开关。

S1206，判断充电过程是否完毕，如果是，结束；如果否，转到S1202。

S1207，检测电池系统中各单个电芯的电压，当发现其中一个单个电芯的电压高于其他单个电芯上的电压时，执行S1208。

S1208，闭合与电压最高的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组，在该次级绕组导通一设定时间后，执行S1209。

S1209，断开该次级开关，并同时闭合初级开关，以导通与所述电池系统并联的变压器的初级绕组，在该初级绕组导通一设定时间后，执行S1210。

S1210，断开闭合的初级开关。

S1211，判断放电过程是否完毕，如果是，结束；如果否，转到S1207

本领域普通技术人员可以理解实现上述三个实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指示相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

此外，本发明实施例还提供了一种电器设备，所述电器设备了利用电池系统供电，所述电池系统利用充电设备充电，且所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，并连接有电压平衡装置，所述电压平衡装置包括：

变压器，所述变压器包括初级绕组、磁性芯体和至少两个次级绕组；

初级开关，所述初级开关串联于所述初级绕组，并与所述初级绕组一起并联于所述电池系统；

至少两个次级开关，每个所述次级开关串联于一个所述次级绕组，并与相串联的次级绕组一起并联于一个单个电芯；

第一电压平衡调节电路，用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，并在所述电池系统充电时控制所述初级开关闭合，且于一设定时间后断开该初级开关同时控制与电压最低的单个电芯相并联的次级开关闭合。

本发明实施例还提供了另一种电器设备，所述电器设备了利用电池系统供电，所述电池系统利用充电设备充电，且所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，并连接有电压平衡装置，所述电压平衡装置包括：

变压器，所述变压器包括初级绕组、磁性芯体和至少两个次级绕组；

初级开关，所述初级开关串联于所述初级绕组，并与所述初级绕组一起并联于所述电池系统；

至少两个次级开关，每个所述次级开关串联于一个所述次级绕组，并与相串联的次级绕组一起并联于一个单个电芯；

第二电压平衡调节电路，用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，并在所述电池系统放电时控制与电压最高的单个电芯相并联的次级开关闭合，且于一设定时间后断开该次级开关同时控制所述初级开关闭合。

本发明实施例提供的电器设备，将多余的能量通过变压器绕组耦合的方式重新传递到电池系统中，提高了能量利用率；而且，变压器绕组的散热能力受到较小的限制，该绕组中能够通过较大的电流，提高了电压平衡效率。

其中需要说明的是，本实施例中所述电压平衡装置的结构和功能与装置实施例中所述电池系统的电压平衡装置的结构和功能相同，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种电池系统的电压平衡装置，所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，其特征在于，所述装置包括：

变压器，所述变压器包括初级绕组、磁性芯体和至少两个次级绕组；

初级开关，所述初级开关串联于所述初级绕组，并与所述初级绕组一起并联于所述电池系统；

至少两个次级开关，每个所述次级开关串联于一个所述次级绕组，并与相串联的次级绕组一起并联于一个单个电芯；

第一电压平衡调节电路，用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，并在所述电池系统充电时控制所述初级开关闭合，且于一设定时间后断开该初级开关同时控制与电压最低的单个电芯相并联的次级开关闭合。

2.根据权利要求1所述的电池系统的电压平衡装置，其特征在于，所述第一电压平衡调节电路还用于：

在所述电池系统放电时控制与电压最高的单个电芯相并联的次级开关闭合，且于一设定时间后断开该次级开关同时控制所述初级开关闭合；或

在所述电池系统放电时控制所述初级开关闭合，且于一设定时间后断开该初级开关同时控制与电压最低的单个电芯相并联的次级开关闭合。

3.根据权利要求2所述的电池系统的电压平衡装置，其特征在于，所述第一电压平衡调节电路包括：

判断单元，分别与充电器和负载连接，当与充电器处于通路状态时判断所述电池系统处于充电状态，当与负载处于通路状态时判断所述电池系统处于放电状态，并产生状态信号；

电压检测单元，与所述电池系统中的各单个电芯连接，用于检测各所述单个电芯的电压；

调节单元，连接所述判断单元和电压检测单元，在所述电池系统充电时控制所述初级开关闭合，且于一设定时间后断开该初级开关同时控制与电压最低的单个电芯相并联的次级开关闭合；

以及在所述电池系统放电时控制与电压最高的单个电芯相并联的次级开关闭合，且于一设定时间后断开该次级开关同时控制所述初级开关闭合，或在所述电池系统放电时控制所述初级开关闭合，且于一设定时间后断开该初级开关同时控制与电压最低的单个电芯相并联的次级开关闭合。

4.一种电池系统的电压平衡装置，所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，其特征在于，所述装置包括：

变压器，所述变压器包括初级绕组、磁性芯体和至少两个次级绕组；

初级开关，所述初级开关串联于所述初级绕组，并与所述初级绕组一起并联于所述电池系统；

至少两个次级开关，每个所述次级开关串联于一个所述次级绕组，并与相串联的次级绕组一起并联于一个单个电芯；

第二电压平衡调节电路，用于检测所述电池系统的各单个电芯的电压，并在所述电池系统放电时控制与电压最高的单个电芯相并联的次级开关闭合，且于一设定时间后断开该次级开关同时控制所述初级开关闭合。

5.根据权利要求4所述的电池系统的电压平衡装置，其特征在于，所述第二电压平衡调节电路还用于：

在所述电池系统充电时控制与电压最高的单个电芯相并联的次级开关闭合，且于一设定时间后断开该次级开关同时控制所述初级开关闭合。

6.根据权利要求5所述的电池系统的电压平衡装置，其特征在于，所述第二电压平衡调节电路包括：

判断单元，分别与充电器和负载连接，当与充电器处于通路状态时判断所述电池系统处于充电状态，当与负载处于通路状态时判断所述电池系统处于放电状态，并产生状态信号；

电压检测单元，与所述电池系统中的各单个电芯连接，用于检测各所述单个电芯的电压；

调节单元，连接所述判断单元和电压检测单元，在所述电池系统放电时控制与电压最高的单个电芯相并联的次级开关闭合，且于一设定时间后断开该次级开关同时控制所述初级开关闭合，以及在所述电池系统充电时控制与电压最高的单个电芯相并联的次级开关闭合，且于一设定时间后断开该次级开关同时控制所述初级开关闭合。

7.一种电池系统的电压平衡方法，所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，其特征在于，所述方法包括：

判断所述电池系统是处于充电状态还是处于放电状态；

检测所述电池系统中各单个电芯的电压；

在所述电池系统处于充电状态时，闭合初级开关以导通与所述电池系统并联的变压器的初级绕组，并在一设定时间后断开该初级开关同时闭合与电压最低的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组。

8.根据权利要求7所述的电池系统的电压平衡方法，其特征在于，在检测所述电池系统中各单个电芯的电压之后，所述方法还包括：

在所述电池系统处于放电状态时，闭合与电压最高的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组，并在一设定时间后断开该次级开关同时闭合初级开关，以导通与所述电池系统并联的变压器的初级绕组；或

在所述电池系统处于放电状态时，闭合初级开关以导通与所述电池系统并联的变压器的初级绕组，并在一设定时间后断开该初级开关同时闭合与电压最低的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组。

9.一种电池系统的电压平衡方法，所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，其特征在于，所述方法包括：

判断所述电池系统是处于充电状态还是处于放电状态；

检测所述电池系统中各单个电芯的电压；

在所述电池系统处于放电状态时，闭合与电压最高的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组，并在一设定时间后断开该次级开关同时闭合初级开关，以导通与所述电池系统并联的变压器的初级绕组。

10.根据权利要求9所述的电池系统的电压平衡方法，其特征在于，在检测所述电池系统中各单个电芯的电压之后，所述方法还包括：

在所述电池系统处于充电状态时，闭合与电压最高的单个电芯并联的次级开关，以导通与该次级开关串联的变压器的次级绕组，并在一设定时间后断开该次级开关同时闭合初级开关，以导通与所述电池系统并联的变压器的初级绕组。

11.一种电器设备，其特征在于，利用电池系统供电，所述电池系统利用充电设备充电，且所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，并连接有电压平衡装置，所述电压平衡装置为权利要求1至3所述的任一电压平衡装置。

12.一种电器设备，其特征在于，利用电池系统供电，所述电池系统利用充电设备充电，且所述电池系统包括至少两个串联的单个电芯，并连接有电压平衡装置，所述电压平衡装置为权利要求4至6所述的任一电压平衡装置。

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