CN102422503A - 用于可充电电池组的电能管理电路 - Google Patents

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CN102422503A CN2010800204827A CN201080020482A CN102422503A CN 102422503 A CN102422503 A CN 102422503A CN 2010800204827 A CN2010800204827 A CN 2010800204827A CN 201080020482 A CN201080020482 A CN 201080020482A CN 102422503 A CN102422503 A CN 102422503A
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Abstract

一种电荷平衡系统，包括N个电路和控制模块，其中，N是大于或等于1的整数。该N个电路中的每个电路包括串联的第一开关和第二开关以及具有连接在该第一开关和该第二开关之间的第一端的电感。该控制模块输出控制信号以控制该第一开关和该第二开关。该N个电路中的第一电路的电感的第二端连接在电池组的2N个串联的电池单元的第一对电池单元的两个电池单元之间。该N个电路中的该第一电路的该第一开关和该第二开关并联到2N个串联的电池单元的该第一对电池单元。

Description

用于可充电电池组的电能管理电路
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年3月17日递交的美国专利申请No.12/725683的优先权，并且要求2009年4月3日递交的美国临时申请No.61/166,590的权益。以参考的方式将上述申请的公开整体并入本文。
技术领域
本公开涉及可充电电池，并且更具体而言涉及用于可充电电池组的电能管理电路。
背景技术
此处所提供的背景技术说明是为了对本公开的内容进行一般性说明。署名的发明人的某些工作(在此背景技术部分中作出描述的工作)以及说明书中未以其他方式描述为申请时的现有技术的内容，无论是以明确还是隐含的方式均不被视为相对于本公开的现有技术。
在许多应用中用到可充电电池。这些应用从便携式电子设备到工业设备。例如，便携式电子设备可以包括手机、照相机、个人数字助理(PDA)、膝上电脑和笔记本电脑。工业设备可以包括升降机、混合电动汽车、医疗设备和不间断电源。
可充电电池典型而言包括多个利用不同的化学技术并且产生不同的输出电压的电池单元(cell)。例如，镍镉(NiCd)和镍氢(NiMH)电池单元产生1.2伏特(1.2V)的输出电压。锂离子电池单元产生从3.6V到3.9V的输出电压。
许多应用所利用的电压大于单个电池单元所产生的输出电压。因此，可以使用多个电池单元的电池组来产生大于单个电池单元所产生的电压的输出电压。例如，包括两个电池单元的电池组可以产生能够为一些便携式电子设备供电的输出电压。包括数百个电池单元的电池组可以产生能够为一些电动汽车供电的输出电压。
通常，电池的电池单元具有用于存储预定量的电荷的容量。可以将该容量称为该电池单元的额定容量。可以用电池单元的电荷状态来表示在任意时刻时该电池单元中剩余的电荷量。当电池单元被充电到最大容量(例如额定容量)时该电池单元处于完全充电状态。反之，当电池单元被放电到最小容量时该电池单元处于完全放电状态。电池单元的输出电压是电池单元的电荷状态的函数。
有时候，电池单元可能无法根据其额定容量来存储电荷。而是，该电池单元可能存储比其额定容量少的电荷。基于电池单元根据其额定容量来存储电荷的能力，可以将电池单元称为弱电池单元或强电池单元。
例如，强电池单元当完全充电时可以存储几乎与其额定容量相等的电荷。反之，弱电池单元当完全充电时不能存储几乎与其额定容量相等的电荷。而是，弱电池单元当完全充电时存储比其额定容量少得多的电荷。
当将电池单元串联在电池组中时，在充电和放电期间，相同量的电流流经这些电池单元。在充电期间，弱电池单元比强电池单元充电更快并且在强电池单元之前被完全充电。弱电池单元的输出电压在强电池单元之前达到其最大额定值。当继续充电以对强电池单元完全充电时，弱电池单元被过充电。当弱电池单元被过充电时该弱电池单元的输出电压超过其最大额定值。
在放电期间，弱电池单元比强电池单元放电更快并且在强电池单元之前被完全放电。弱电池单元的输出电压从其最大额定值下降得比强电池单元更快。当继续放电时，强电池单元可能对弱电池单元反向充电，直到强电池单元被完全放电为止。
频繁的过充电和反向充电不利地影响电池单元的可用充放电循环的次数。大部分电池单元具有有限的可用充放电循环次数。例如，铅酸电池单元可以具有200-500个可用充放电循环。镍镉(NiCd)电池单元可以具有500-1200个可用充放电循环。锂离子电池单元可以具有300-500个可用充放电循环。当电池单元变弱并且长时间被过充电时，该可用充放电循环次数显著降低。并且，当弱电池单元完全放电并且被反向充电时，该电池单元可能被损坏。
为了防止弱电池单元的过充电和过放电，可能要以低于电池组的额定容量的容量来运行该电池组。例如，当弱电池单元被完全充电时，可以终止电池组的充电循环。当弱电池单元被完全充电时终止电池组的充电循环可能使得该电池组中的其他电池单元不能完全充电。结果，该电池组提供的电量可能小于其额定容量。
反之，当弱电池单元被完全放电时，可以终止电池组的放电循环。当弱电池单元被完全放电时终止电池组的放电循环可能使得该电池组中的其他电池单元不能完全放电。
以小于电池组的额定容量的容量来运行该电池组可能导致该电池组的未使用容量的浪费。另外，以小于电池组的额定容量的容量来运行该电池组可能增加充放电循环的次数。
可以改为单独监视电池组的每个电池单元。可以控制每个电池单元的充电和放电，以防止对弱电池单元的损害。例如，可对每个电池单元使用可控制的耗散旁路器件。用于控制充电和放电的控制器可以感测弱电池单元何时被完全充电。当弱电池单元被完全充电时，该控制器可以接通与该弱电池单元相关联的耗散旁路器件。该耗散旁路器件旁路该弱电池单元以避免进一步充电，同时对其他电池单元继续进行充电直到达到它们的额定容量为止。因此，耗散旁路器件防止弱电池单元的过充电。
另外，控制器可以感测弱电池单元何时被几乎完全放电。当弱电池单元几乎完全放电时，该控制器可以使得电池组不能够进一步放电。因此，该控制器可以防止弱电池单元的过放电。
该方法保护弱电池单元免受过充电和过放电。然而，强电池单元的可用容量得不到利用。此外，使用耗散旁路器件降低了充电期间的来回充/放电效率。
发明内容
一种电荷平衡系统，包括N个电路和控制模块，其中N是大于或等于1的整数。该N个电路中的每个电路包括串联的第一开关和第二开关以及具有连接在该第一开关和该第二开关之间的第一端的电感。该控制模块输出控制信号以控制该第一开关和该第二开关。该N个电路中的第一电路的电感的第二端连接在电池组的2N个串联的电池单元中的第一对电池单元的两个电池单元之间。该N个电路中的该第一电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的该第一对电池单元。
在另一个特征中，在该电池组的充电循环和放电循环的至少一个循环期间，该控制模块基于该控制信号的占空比，经由该电感，在2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的两个电池单元之间传递电荷。
在另一个特征中，该控制模块传递电荷直到2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的两个电池单元各自的输出电压之间的差小于或者等于预定阈值为止。
在另一个特征中，当2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的第一电池单元充电比2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的第二电池单元更快时，该控制模块基于该控制信号的占空比，经由该电感，将第一电荷从2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的第一电池单元传递到2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的第二电池单元。
在另一个特征中，当2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的第一电池单元的电荷状态比完全充电状态小第一预定阈值时，该控制模块传递该第一电荷。
在另一个特征中，在放电循环期间，当该电荷状态比完全放电状态大第二预定阈值时，该控制模块将第二电荷从2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的第二电池单元传递到2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的第一电池单元。
在另一个特征中，该控制模块传递该第二电荷，直到2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的第一电池单元的第一输出电压大于2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的第二电池单元的第二输出电压为止。
在另一个特征中，在该电池组的充电循环和放电循环的至少一个循环期间，该控制模块基于该电池组的输出电压来调整该控制信号的占空比。
在其他特征中，一种方法，包括串联N个电路中的每个电路的第一开关和第二开关，其中，N是大于或等于1的整数。该方法还包括将电感的第一端连接在该第一开关和该第二开关之间，其中，该N个电路中的每个电路包括该电感。该方法还包括将该N个电路中的第一电路的电感的第二端连接到电池组的2N个串联的电池单元的第一对电池单元的两个电池单元之间。该方法还包括：将该N个电路中的该第一电路的该第一开关和该第二开关并联到2N个串联的电池单元的该第一对电池单元。该方法还包括输出控制信号以控制该第一开关和该第二开关。
在另一个特征中，该方法还包括：在该电池组的充电循环和放电循环的至少一个循环期间，基于该控制信号的占空比，经由该电感，在2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的两个电池单元之间传递电荷。
在另一个特征中，该方法还包括：传递电荷，直到2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的两个电池单元各自的输出电压之间的差小于或者等于预定阈值为止。
在另一个特征中，该方法还包括：当2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的第一电池单元充电比2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的第二电池单元更快时，基于该控制信号的占空比，经由该电感，将第一电荷从该第一电池单元传递到该第二电池单元。
在另一个特征中，该方法还包括：当2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的第一电池单元的电荷状态比完全充电状态小第一预定阈值时，传递该第一电荷。
在另一个特征中，该方法还包括：在放电循环期间，当该电荷状态比完全放电状态大第二预定阈值时，将第二电荷从该第二电池单元传递到该第一电池单元。
在另一个特征中，该方法还包括：传递该第二电荷直到该第一电池单元的第一输出电压大于该第二电池单元的第二输出电压为止。
在另一个特征中，该方法还包括：在该电池组的充电循环和放电循环的至少一个循环期间，基于该电池组的输出电压来调整该控制信号的占空比。
在其他特征中，该方法还包括：感测2N个串联的电池单元的该第一对电池单元上的第一电压，感测该电感的第二端处的第二电压，并且基于该第一电压和该第二电压确定2N个串联的电池单元的该第一对电池单元的两个电池单元各自的输出电压。
在另一个特征中，该方法还包括：在该电池组的充电循环和放电循环的至少一个循环期间，基于该输出电压中的至少一个输出电压来调整该控制信号的占空比。
在其他特征中，该方法还包括：生成该控制信号并且基于占空比调制该控制信号的脉冲宽度。
在另一个特征中，该方法还包括：当该电池组的输出电压下降到小于预定电压时断开与该电池组的连接。
在其他特征中，该方法还包括：当N大于或等于3时，将该N个电路中的第二电路的电感的第二端连接在该电池组的2N个串联的电池单元的第二对电池单元的两个电池单元之间。该方法还包括：将该N个电路中的该第二电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的该第二对电池单元。该方法还包括：串联2N个串联的电池单元的该第一对电池单元和该第二对电池单元。该方法还包括将该N个电路中的该第一电路的该第二开关连接到该N个电路中的该第二电路的该第一开关。
在其他特征中，该方法还包括：将该N个电路中的第三电路的电感的第二端分别连接在该N个电路中的该第一电路和该第二电路的第二开关和第一开关之间。该方法还包括：将该N个电路中的该第三电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的该第一对电池单元和该第二对电池单元。
在其他特征中，该方法还包括：当N大于或等于5时，将该N个电路中的第四电路的电感的第二端连接在该电池组的2N个串联的电池单元的第三对电池单元的两个电池单元之间。该方法还包括：将该N个电路中的该第四电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的该第三对电池单元。该方法还包括将该N个电路中的该第四电路的该第二开关连接到该N个电路中的该第一电路的该第一开关。该方法还包括：将2N个串联的电池单元的该第三对电池单元串联到2N个串联的电池单元的该第一对电池单元和该第二对电池单元。
在其他特征中，该方法还包括：将该N个电路中的第五电路的电感的第二端分别连接在该N个电路中的该第四电路和该第一电路的第二开关和第一开关之间。该方法还包括：将该N个电路中的该第五电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的该第三对电池单元和该第一对电池单元。
在其他特征中，通过由一个或多个处理器执行的计算机程序来实现上述系统和方法。该计算机程序可以位于有形的计算机可读介质之上，例如但不限于存储器、非易失性数据存储装置和/或其他合适的有形的存储介质。
通过详细描述、权利要求书和附图，本公开在其他领域的应用将变得显而易见。该详细描述和具体示例仅仅是用于说明的目的而不是意图限制本公开的范围。
附图说明
通过详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1是用于控制可充电电池组的电能管理系统的示意图；
图2是图1的电能管理系统的脉冲宽度调制(PWM)控制模块的功能性方框图；
图3是用于控制包括两个锂离子电池单元的电池组的电能管理系统的示意图；
图4是用于控制包括4个电池单元的电池组的电能管理系统的示意图；
图5是用于控制包括6个电池单元的电池组的电能管理系统的示意图；
图6是用于对电池组充电的方法的流程图；
图7是用于对电池组放电的方法的流程图；
图8是使用交错拓扑来控制电池组的电能管理系统的示意图；以及
图9是使用并行电能供应拓扑来控制电池组的电能管理系统的示意图。
具体实施方式
下文的描述在本质上仅仅是示例性的并且绝不是为了限制本公开、其应用或用途。为了简洁的目的，在附图中将使用相同的附图标记来标识相似的元素。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应该被解释为表示逻辑(A或B或C)，使用非排他的逻辑OR。应该理解，在不改变本公开的原理的前提下，可以按照不同的次序执行方法步骤。
如本文所使用的，术语“模块”可以是指、包括用于执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或处理器组)和/或存储器(共享的、专用的或存储器组)、组合逻辑电路和/或用于提供所述功能的其他合适的组件或者作为它们的一部分。
本公开涉及利用电感储能来在电池组的每个电池单元中移进移出电荷。使用脉冲宽度调制(PWM)开关电路来控制充电和放电。调整PWM开关电路的占空比，以经由电感器向电池单元提供电流/从电池单元接收电流。当向电池单元提供电流/从电池单元接收电流时使用电感器进行能量存储，能将能量损失最小化。
例如，PWM开关电路通过在充电期间对弱电池单元放电并且对强电池单元充电，提供净正的电流。当弱电池单元被完全充电并且强电池单元尚未被完全充电时，该PWM开关电路提供电流。具体而言，当弱电池单元被完全充电时，该PWM开关电路将电荷从弱电池单元传递到强电池单元。将电荷从弱电池单元传递到强电池单元防止了当强电池单元充电到其完全容量时弱电池单元被过充电。
另外，PWM开关电路通过在放电期间对强电池单元放电并且对弱电池单元充电来接收电流。当弱电池单元放电比强电池单元更快时，PWM开关电路将电荷从强电池单元传递到弱电池单元。将电荷从强电池单元传递到弱电池单元防止了弱电池单元被过放电。
将电荷从一个电池单元传递到另一个电池单元就在充电和放电期间平衡了电池单元的输出电压。通过将电荷从一个电池单元传递到另一个电池单元来平衡输出电压的过程被称为电池单元平衡或电压平衡。
在电池单元平衡结束时，电池单元的输出电压可以几乎相等。在输出电压之间可能存在微小的差异。该差异可能小于或等于预定阈值。该预定阈值可以几乎等于零。该预定阈值可以取决于各种因素。该因素可以包括电池单元的类型以及在电池组中使用的电池单元的总数。另外，该因素可以包括电池单元的电压额定值和年限。仅作为示例而言，该预定阈值可以等于零点几伏特(例如0.05V或0.2V)。可选择地，该预定阈值可以等于电压额定值的小的百分比(例如0.5％或2％)。
PWM开关电路可以操作于持续模式或选择性模式中。在持续模式中，在充电和放电期间PWM开关电路接通。PWM开关电路可以均衡电池单元的输出电压而不考虑电池组的总体电荷状态。因此，PWM开关电路在持续模式中从电池组汲取电量并且耗尽电池组。
可选择地，PWM开关电路可以操作在选择性模式中。在选择性模式中，当电池单元的电荷水平处于预定范围之中时，PWM开关电路断开。当一个电池单元的电荷水平在该预定范围之外时PWM开关电路接通。
该预定范围具有上限和下限。该上限略微小于电池单元的额定容量。仅作为示例而言，该上限可以是额定容量的95％。该下限可以略微大于零。仅作为示例而言，该下限可以是额定容量的5％。因此，上限指示电池单元何时被几乎完全充电。下限指示电池单元何时被几乎完全放电。
当在充电期间电池单元被充电到其额定容量的95％时，可以接通PWM开关电路。另外，当在放电期间电池单元被放电到其额定容量的5％时，可以接通PWM开关电路。
此外，当电池单元(例如弱电池单元)放电到小于或等于该下限时，PWM开关电路可以不执行电池单元平衡。而是，PWM开关电路可以使用来自强电池单元的电荷来对弱电池单元充电，直到弱电池单元和强电池单元的电荷水平几乎均衡为止。由于弱电池单元的容量比强电池单元的容量小，所以弱电池单元的输出电压比强电池单元的输出电压高。这防止强电池单元对弱电池单元反向充电。
现在参考图1，其显示了用于控制可充电电池组102的电能管理系统100。仅作为示例而言，可充电电池组102包括两个电池单元：第一电池单元104和第二电池单元106。第一电池单元104串联到第二电池单元106。
电能管理系统100包括PWM开关电路108，PWM开关电路108控制可充电电池组102(下文中称为电池组102)。如图所示，PWM开关电路108连接在电池组102的两个外出端102-1和102-2上。电池组102与PWM开关电路108可分离。PWM开关电路108是便携式的并且可被插入到电池组102。在一些实现中，PWM开关电路108可以集成到电池组102中。
PWM开关电路108包括PWM控制模块110、驱动电路111和电感116。驱动电路111包括第一开关112、第二开关114。第一开关112和第二开关114以及电感116可以被统称为基本电池单元平衡电路。可以由半导体开关器件来实现第一开关112和第二开关114。仅作为示例而言，可以由金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)来实现第一开关112和第二开关114。
PWM控制模块110以可调整的占空比驱动第一开关112和第二开关114。电感116的第一端在节点117处连接到第一开关112和第二开关114。电感116的第二端连接到电池组102的节点118。第一电池单元104在节点118处连接到第二电池单元106。PWM开关电路108在节点118处生成输出电压SWout。
在平稳状态条件下，SWout与PWM开关电路108的占空比成正比。当占空比是50％时，SWout是PWM开关电路108的输入电压的一半。电池组102的输出电压Vout是PWM开关电路108的输入电压。在50％占空比时，当第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压相等时，没有电流流经节点118。因此，PWM开关电路108可以基于Vout来调整占空比以执行电池单元平衡。可选择地，PWM开关电路108可以基于第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压来调整占空比。
当占空比不是50％时，输出电压SWout可能大于或小于Vout的一半。因此，通过调整占空比，PWM开关电路108可以通过节点118提供或接收电流。当PWM开关电路108提供电流时(净正电流输出)，第一电池单元104可以放电并且第二电池单元106可以充电。反之，当PWM开关电路108接收电流时，第二电池单元106可以放电，并且第一电池单元104可以充电。
在电池组102的充电循环期间，弱电池单元(例如第一电池单元104)可能在强电池单元(例如第二电池单元106)之前被完全充电。当弱电池单元被完全充电时，PWM开关电路108提供电流。PWM开关电路108将电荷从弱电池单元传递到强电池单元。这防止弱电池单元的过充电。
在电池组102的放电循环期间，弱电池单元比强电池单元放电更快。弱电池单元的输出电压下降到强电池单元的输出电压之下。PWM开关电路108接收电流并且将电荷从强电池单元传递到弱电池单元。PWM开关电路108接收电流，直到第一电池单元104和第二电池单元106的电荷水平几乎相等为止。这将第一电池单元104的输出电压增加到比第二电池单元106的输出电压更大的值。这防止第一电池单元104的过放电和反向充电。此外，这允许电池组102从第一电池单元104和第二电池单元106提取更多的能量。
PWM开关电路108可以操作在持续模式或选择性模式中。在持续模式中，在充电和放电期间PWM开关电路108接通。PWM开关电路108均衡第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压。例如，第一电池单元104和第二电池单元106的容量可能相差10％。PWM开关电路108通过提供/接收电池组102的输出/输入电流的5％(即10％/2)来平衡输出电压。
在持续模式中，PWM开关电路108消耗少量的电流。PWM开关电路108从电池组102汲取电流并且消耗电池组102。即使没有净输出/输入电流流经电池组102，PWM开关电路108也消耗电池组102。例如当没有负载连接到电池组102时，PWM开关电路108消耗电池组102。
PWM开关电路108还可以操作在选择性模式中。在选择性模式中，当第一电池单元104和第二电池单元106的电荷水平处于预定范围之中时，断开PWM开关电路108。例如，该预定范围可以是第一电池单元104和第二电池单元106的额定容量的5％到95％。当第一电池单元104和第二电池单元106中的一个的电荷水平位于该预定范围之外时，接通PWM开关电路108。
例如，当第一电池单元104在第二电池单元106之前被充电到其额定容量的95％时，在充电期间可以接通PWM开关电路108。另外，当第一电池单元104在第二电池单元106之前放电到小于或等于额定容量的5％时可以接通PWM开关电路108。
另外，当第一电池单元104的电荷水平小于或等于5％时，PWM开关电路108可以不执行电池单元平衡。也就是说，PWM开关电路108可以不均衡第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压。而是，PWM开关电路108可以使用来自第二电池单元106的电荷来提高第一电池单元104的输出电压。
具体而言，PWM开关电路108可以将电荷从第二电池单元106传递到第一电池单元104，直到第一电池单元104和第二电池单元106的电荷水平几乎相等为止。结果，第一电池单元104的输出电压变得大于第二电池单元106的输出电压。这防止第一电池单元104的过放电和反向充电。
现在参考图2，PWM控制模块110包括电压感测模块150、模式选择模块152、阈值生成模块154、电荷控制模块158以及信号生成模块162。电压感测模块150感测电池组102的输出电压Vout。另外，电压感测模块150感测节点118处的电压。节点118处的电压是第二电池单元106的输出电压。因此，电压感测模块150可以确定第一电池单元104的输出电压。
通过感测充电/放电期间的输出电压，电压感测模块150可以检测哪个电池单元是弱的。例如，如果第一电池单元104在第二电池单元106之前充电到其额定输出电压，则第一电池单元104是弱的。可选择地，如果第一电池单元104以比第二电池单元106更快的速度放电，则第一电池单元104是弱的。
模式选择模块152选择持续模式或选择性模式。在持续模式中，PWM控制模块110在充电/放电期间生成PWM信号而不考虑第一电池单元104和第二电池单元106的电荷水平。在选择性模式中，PWM控制模块110取决于第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压，生成PWM信号。当该输出电压位于预定范围之内时，模式选择模块152断开PWM开关电路108的部分。当该输出电压位于该预定范围之外时，接通PWM开关电路108的部分。
阈值生成模块154生成限定了该预定阈值的下限和上限。仅作为示例而言，第一电池单元104和第二电池单元106的额定输出电压可以是3.0V。因此，当第一电池单元104和第二电池单元106被完全充电时，Vout可以是6.0V。阈值生成模块154可以分别选择2.5V和2.95V作为下限和上限。因此，该预定范围可以是从2.5V到2.95V。
仅作为示例而言，阈值生成模块154可以基于以下原则来选择下限和上限：当完全放电时第一电池单元104和第二电池单元106中的一个的输出电压可以略微小于2.5V。当完全充电时第一电池单元104和第二电池单元106中的一个的输出电压可以略微大于2.95V。
当第一电池单元104在第二电池单元106之前充电到2.95V时，电压感测模块150可以确定第一电池单元104是弱的。可选择地，如果在放电时第一电池单元104的输出电压比第二电池单元106的输出电压下降得更快，则第一电池单元104是弱的。
当第一电池单元104充电到2.95V时，模式选择模块152可以接通PWM开关电路108的部分。另外，当第一电池单元104放电到2.5V时，模式选择模块152可以接通PWM开关电路108的部分。当第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压在2.5V到2.95V之间时，断开PWM开关电路108的部分。
在充电循环期间，电压感测模块150感测到第一电池单元104在第二电池单元106之前何时被充电到2.95V。电荷控制模块158开始从第一电池单元104向第二电池单元106传递电荷。电荷控制模块158确定驱动第一开关112和第二开关114的PWM信号的占空比。该占空比可以基于第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压的和(即Vout)。可选择地，该占空比可以基于第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压。
占空比确定第一开关112和第二开关114的接通/断开时间。信号生成模块162根据该占空比生成PWM信号。信号生成模块162基于该占空比调制PWM信号的脉冲宽度。输出到第一开关112和第二开关114的PWM信号彼此互补。也就是说，该PWM信号一次仅接通第一开关112和第二开关114中的一个。例如，当该PWM信号接通第一开关112时该PWM信号断开第二开关114，反之亦然。
由于第二电池单元106仍未被完全充电，所以第二电池单元106的输出电压小于2.95V。例如，第二电池单元106的输出电压可能是2.75V。因此，Vout是(2.95V+2.75V)＝5.7V。在50％占空比时，节点118处的SWout是5.7V的一半，等于2.85V。因此，SWout小于第一电池单元104的输出电压2.95V并且大于第二电池单元106的输出电压2.75V。
因此，当该PWM信号接通第一开关112时，第一电池单元104经由第一开关112放电。断开第二开关114。电流从节点117通过电感116流到节点118。电感116存储能量。
然后，该PWM信号断开第一开关112并且接通第二开关114。电感116作为能量源并且将存储的能量放电。电流从节点117通过电感116流到节点118，并且通过第二电池单元106。第二开关114为电流提供路径。因此，电感116使用来自第一电池单元104的电荷对第二电池单元106充电。
该PWM信号驱动第一开关112和第二开关114，直到第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压均衡为止。第一电池单元104未被过充电而第二电池单元106被充电到2.95V。当电压感测模块150感测到第一电池单元104和第二电池单元106被充电到2.95V时，电荷控制模块158停止充电循环。
在放电循环中，电压感测模块150感测第一电池单元104在第二电池单元106之前何时被放电到2.5V。电荷控制模块158开始从第二电池单元106向第一电池单元104传递电荷。电荷控制模块158确定该PWM信号的占空比。该占空比可以基于第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压的和(即Vout)。可选择地，该占空比可以基于第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压。
占空比确定第一开关112和第二开关114的接通/断开时间。信号生成模块162根据该占空比生成PWM信号。信号生成模块162基于该占空比调制PWM信号的脉冲宽度。输出到第一开关112和第二开关114的PWM信号彼此互补。也就是说，该PWM信号一次仅接通第一开关112和第二开关114中的一个。例如，当该PWM信号接通第一开关112时该PWM信号断开第二开关114，反之亦然。
由于第二电池单元106仍未被完全放电，所以第二电池单元106的输出电压大于2.5V。例如，第二电池单元106的输出电压可能是2.9V。因此，Vout是(2.5V+2.9V)＝5.4V。在50％占空比时，节点118处的SWout是5.4V的一半，等于2.7V。因此，SWout大于第一电池单元104的输出电压2.5V并且小于第二电池单元106的输出电压2.9V。
因此，当该PWM信号接通第二开关114时，第一电池单元104经由第二开关114放电。断开第一开关112。电流从节点118通过电感116流到节点117。电感116存储能量。
然后，该PWM信号断开第二开关114并且接通第一开关112。电感116作为能量源并且将存储的能量放电。电流从节点118通过电感116流到节点117并且通过第一电池单元104。第一开关112为电流提供路径。因此，电感116使用来自第二电池单元106的电荷对第一电池单元104充电。
该PWM信号驱动第一开关112和第二开关114，直到第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压均衡为止。第一电池单元104未被过放电到小于2.5V，而第二电池单元106放电并且其输出电压下降到2.5V。当电压感测模块150感测到第一电池单元104和第二电池单元106被放电到2.5V时，电荷控制模块158停止放电循环。
因此，当第一电池单元104放电到2.5V时，不断开电池组102。而是使用电池组102来供电，直到第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压下降到2.5V为止。
此外，在放电循环期间，电荷控制模块158可以不均衡第一电池单元104和第二电池单元106的输出电压。而是，电荷控制模块158可以调整占空比，使得第一电池单元104被充电到比第二电池单元106更高的电压。因此，第二电池单元106不对第一电池单元104反向充电。
PWM控制模块110可以用其他方式控制电荷传递和电池单元平衡。例如，电压感测模块150可以不感测节点118处的电压而感测节点117处的电压，或者，电压感测模块150可以除了感测节点118处的电压还感测节点117处的电压。另外或可选择地，PWM控制模块110可以感测经过节点118和节点117中的一个的电流。
现在参考图3-图5，其显示了用于控制包括两个电池单元、四个电池单元以及六个电池单元的电池组的电能管理系统的附加的示例。总体而言，本公开的教导可以扩展到包括2N个电池单元的电池组，其中N是大于或等于1的整数。具体而言，对于每两个电池单元可以使用包括第一开关112和第二开关114以及电感116的基本电池单元平衡电路。可以将每个已平衡的两电池单元组看作新的电池单元。可以通过另一个基本电池单元平衡电路来平衡一对新的电池单元，其中，该PWM信号被分级应用于该新的电池单元。
在图3中，显示了用于控制包括两个锂离子电池单元104-2、106-2的电池组的电能管理系统100-2。所示的电池组可以生成6.6V-7.2V的输出。电池单元104-2、106-2可以受到PWM控制模块110-2和基本电池单元平衡电路的控制。基本电池单元平衡电路包括驱动电路111-2和电感116-2。驱动电路111-2包括开关112-2和114-2。
开关119为电池组提供过放电保护。一旦电池组的输出电压下降到预定阈值之下，开关119就断开。当开关119断开时，电池组与负载断开连接。因此，负载不能消耗电池组并且电池组不会过放电。
电池单元104-2、106-2可以分别类似于第一电池单元104和第二电池单元106。开关112-2和114-2可以分别类似于第一开关112和第二开关114。电感116-2可以类似于电感116。PWM控制模块110-2可以用与PWM控制模块110控制第一电池单元104和第二电池单元106的方式类似的方式来控制电池单元104-2、106-2。
在图4中，显示了用于控制包括4个电池单元130-133的电池组的电能管理系统100-3。为了清楚起见没有显示电压感测。4个电池单元130-133受到PWM控制模块110-3和多个基本电池单元平衡电路的控制。电池单元130和131受到包括开关134、135和电感136的第一电池单元平衡电路的控制。电池单元132和133受到包括开关137、138和电感139的第二电池单元平衡电路的控制。
可以将电池单元130、131和第一电池单元平衡电路看作第一级电池单元。可以将电池单元132、133和第二电池单元平衡电路看作第二级电池单元。第一级电池单元和第二级电池单元又受到由开关140、141和电感142形成的第三电池单元平衡电路的控制。
在第一电池单元平衡电路中，开关134、135可以分别类似于第一开关112和第二开关114。电感136可以类似于电感116。在第二电池单元平衡电路中，开关137、138可以分别类似于第一开关112和第二开关114。电感139可以类似于电感116。此外，电池单元130、131可以分别类似于第一电池单元104和第二电池单元106。电池单元132、133可以分别类似于第一电池单元104和第二电池单元106。
PWM控制模块110-3可以用与PWM控制模块110控制第一电池单元104和第二电池单元106的方式类似的方式来控制该第一级电池单元和第二级电池单元。PWM控制模块110-3又可以用与PWM控制模块110控制第一电池单元104和第二电池单元106的方式类似的方式来控制电池单元130、131。另外，PWM控制模块110-3可以用与PWM控制模块110控制第一电池单元104和第二电池单元106的方式类似的方式来控制电池单元132、133。开关143提供过放电保护。一旦电池组的输出电压下降到低于预定阈值，开关143就断开。
在图5中，显示了用于控制包括6个电池单元170-175的电池组的电能管理系统100-4。为了清楚起见没有显示电压感测。6个电池单元170-175受到PWM控制模块110-4和多个基本电池单元平衡电路的控制。基本电池单元平衡电路包括附图标记为176-190的开关和电感。附图标记为176-190的开关和电感可以类似于第一开关112和第二开关114以及电感116。电池单元对170-171、172-173和174-175可以类似于第一电池单元104和第二电池单元106对。
PWM控制模块110-4可以用与PWM控制模块110-3分级控制4个电池单元130-133的方式类似的方式来分级控制6个电池单元170-175。具体而言，通过开关176、177和电感178来平衡电池单元170、171。通过开关179、180和电感181来平衡电池单元172、173。可以将电池单元170、171、开关176、177和电感178看作第一级电池单元。可以将电池单元172、173、开关179、180和电感181看作第二级电池单元。该第一级电池单元和第二级电池单元又由开关185、186和电感187控制。
另外，通过开关182、183和电感184来平衡电池单元174、175。可以将电池单元174、175、开关182、183和电感184看作第三级电池单元。该第二级电池单元和第三级电池单元又由开关188、189和电感190控制。开关191为电池组提供过放电保护。一旦电池组的输出电压下降到低于预定阈值，开关191就断开。
现在参考图6，其显示了根据本公开的用于对电池组进行充电的方法200的流程图。控制在步骤202中开始。在步骤204中，控制确定电池组是否在充电。当步骤204的结果为“否”时，控制重复步骤204。当步骤204的结果为“是”时，控制在步骤206中确定电池组中的弱电池单元是否被几乎完全充电。
当步骤206的结果为“是”时，控制在步骤208中调整PWM控制的占空比。控制基于弱电池单元与强电池单元的电荷水平(即电荷状态)的差来调整占空比。可选择地，控制基于弱电池单元与强电池单元的输出电压的差来调整占空比。在步骤210中，控制根据该占空比来对弱电池单元放电并且对强电池单元充电，直到弱电池单元与强电池单元的输出电压均衡为止。
在步骤210结束时或者当步骤206的结果为“否”时，控制在步骤212中确定电池组中的电池单元是否被几乎完全充电。当步骤212的结果为“否”时，控制在步骤214中继续对电池组的电池单元进行充电，并且控制返回到步骤206。当步骤212的结果为“是”时，控制在步骤216中停止对电池组的电池单元进行充电并且控制在步骤218中结束。因此，控制将电池组的电池单元充电到几乎完全充电状态而防止弱电池单元的过充电。
现在参考图7，其显示了根据本公开的用于对电池组进行放电的方法250的流程图。控制在步骤252开始。在步骤254，控制确定电池组是否在放电(例如向负载供电)。当步骤254的结果为“否”时控制重复步骤254。当步骤254的结果为“是”时，控制在步骤256中确定电池组的弱电池单元是否被几乎完全放电。
当步骤256的结果为“是”时，控制在步骤258中调整PWM控制的占空比。控制基于弱电池单元与强电池单元的电荷水平(即电荷状态)的差来调整占空比。可选择地，控制基于弱电池单元与强电池单元的输出电压的差来调整占空比。
在步骤260中，控制根据该占空比来对强电池单元放电并且对弱电池单元充电，直到弱电池单元与强电池单元的输出电压均衡为止。可选择地，控制调整占空比并且对弱电池单元充电，直到弱电池单元与强电池单元的电荷水平均衡为止。结果，弱电池单元的输出电压大于强电池单元的输出电压。
在步骤260结束时或者当步骤256的结果为否时，控制在步骤262中确定电池组中的电池单元是否被几乎完全放电。当步骤262的结果为“否”时，控制在步骤264中继续从电池组向负载供电，并且控制返回步骤256。当步骤262的结果为“是”时，控制在步骤266中停止对电池组的电池单元进行放电并且控制在步骤268中结束。
因此，控制防止电池组中的弱电池单元的过充电、过放电以及反向充电。此外，控制从电池组向负载供电，直到电池组的电池单元被几乎完全放电为止。
现在参考图8，其显示了使用交错拓扑来控制电池组的电能管理系统300。电池组可以包括N个串联的电池单元，其中，N是大于1的整数。仅作为示例而言，电池组包括6个电池单元302、304、306、308、310、312。该6个电池单元如图所示串联。
电能管理系统300包括用于控制电池组的PWM开关电路。PWM开关电路包括PWM控制模块320和(N-1)个基本电池单元平衡电路。也就是说，PWM开关电路包括(N-1)组分别与图1中所示的驱动电路111和电感116类似的驱动电路和电感。仅作为示例而言，当电能管理系统300包括6个电池单元时，电能管理系统300包括5个驱动电路322、324、326、328、330和5个电感332、334、336、338、340。驱动电路322、324、326、328、330可以包括低电压驱动器。
PWM控制模块320以可调整的占空比驱动每个驱动电路322、324、326、328、330中的一对开关。每个驱动电路322、324、326、328、330中的开关类似于图1中所示的驱动电路111的开关112、114。基于占空比，在充电和放电期间驱动电路322和电感332在电池单元302、304之间传递电荷，以均衡电池单元302、304的输出电压。在充电和放电期间驱动电路324和电感334在电池单元304、306之间传递电荷，以均衡电池单元304、306的输出电压，依此类推。
例如，当电池单元302的电荷水平低于电池单元304的电荷水平时，驱动电路322和电感332将电荷从电池单元304传递到电池单元302。然而，由于该电荷传递，304的电荷水平可能变得低于电池单元306的电荷水平。因此，驱动电路324和电感334可以将电荷从电池单元306传递到电池单元304，以此类推。虽然在图中没有显示，但是可以使用与开关119类似的开关来为电池组提供过放电保护。
现在参考图9，其显示了使用并行电能供应拓扑来控制电池组的电能管理系统400。电池组可以包括N个串联的电池单元，其中，N是大于1的整数。仅作为示例而言，电池组包括6个电池单元402、404、406、408、410、412。该6个电池单元如图所示串联。
电能管理系统400包括用于控制电池组的PWM开关电路。PWM开关电路包括PWM控制模块420和(N-1)个基本电池单元平衡电路。也就是说，PWM开关电路包括(N-1)组分别与图1中所示的驱动电路111和电感116类似的驱动电路和电感。仅作为示例而言，由于电能管理系统400包括6个电池单元，所以电能管理系统400包括5个驱动电路422、424、426、428、430和5个电感432、434、436、438、440。驱动电路422、424、426、428、430可以包括高电压驱动器。
每个驱动电路422、424、426、428、430并联到电池组的输出。具体而言，如图所示，每个驱动电路422、424、426、428、430跨接在电池组的两个外端402-1、402-2上。
PWM控制模块420以可调整的占空比驱动每个驱动电路422、424、426、428、430中的一对开关。每个驱动电路422、424、426、428、430中的开关类似于图1中所示的驱动电路111的开关112、114。基于占空比，在充电和放电期间驱动电路422和电感442在电池单元402、404之间传递电荷，以均衡电池单元402、404的输出电压。在充电和放电期间驱动电路424和电感434在电池单元404、406之间传递电荷，以均衡电池单元404、406的输出电压，依此类推。如图9中所示，PWM控制模块420可以单独地和并行地驱动和/或以其他方式控制驱动电路422、424、426、428、430。
例如，当电池单元402的电荷水平低于电池单元404的电荷水平时，驱动电路422和电感432将电荷从电池单元404传递到电池单元402。然而，由于该电荷传递，404的电荷水平可能变得低于电池单元406的电荷水平。因此，驱动电路424和电感434可以将电荷从电池单元406传递到电池单元404，以此类推。虽然在图中没有显示，但是可以使用与开关119类似的开关来为电池组提供过放电保护。
在图8和图9中，电能管理系统300、400中的电池组中的电池单元的最大数量(即N的最大值)可以不同。例如，电能管理系统300中的N的最大值可以大于电能管理系统400中的N的最大值。
可以用多种形式来实现本公开的广义的教导。因此，虽然本公开包括具体的示例，但是本公开的真实范围不应局限于此，因为在学习了附图、说明书和所附权利要求之后对本公开的其他修改将是显而易见的。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种电荷平衡系统，包括：
N个电路，所述N个电路中的每个电路包括：
串联的第一开关和第二开关，以及
具有连接在所述第一开关和所述第二开关之间的第一端的电感；以及
控制模块，其输出控制信号以控制所述第一开关和所述第二开关，其中，N是大于或等于1的整数，并且
其中，所述N个电路中的第一电路的电感的第二端连接在电池组的2N个串联的电池单元的第一对电池单元的两个电池单元之间，并且其中，所述N个电路中的所述第一电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元。
2.如权利要求1所述的电荷平衡系统，其中，在所述电池组的充电循环和放电循环的至少一个循环期间，所述控制模块基于所述控制信号的占空比，经由所述电感，在2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的两个电池单元之间传递电荷。
3.如权利要求2所述的电荷平衡系统，其中，所述控制模块传递所述电荷，直到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的两个电池单元各自的输出电压之间的差小于或者等于预定阈值为止。
4.如权利要求1所述的电荷平衡系统，其中，当2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第一电池单元充电比2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第二电池单元更快时，所述控制模块基于所述控制信号的占空比，经由所述电感，将第一电荷从2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第一电池单元传递到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第二电池单元。
5.如权利要求4所述的电荷平衡系统，其中，当2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第一电池单元的电荷状态比完全充电状态小第一预定阈值时，所述控制模块传递所述第一电荷。
6.如权利要求5所述的电荷平衡系统，其中，在放电循环期间，当所述电荷状态比完全放电状态大第二预定阈值时，所述控制模块将第二电荷从2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第二电池单元传递到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第一电池单元。
7.如权利要求6所述的电荷平衡系统，其中，所述控制模块传递所述第二电荷，直到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第一电池单元的第一输出电压大于2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第二电池单元的第二输出电压为止。
8.如权利要求1所述的电荷平衡系统，其中，在所述电池组的充电循环和放电循环的至少一个循环期间，所述控制模块基于所述电池组的输出电压来调整所述控制信号的占空比。
9.如权利要求1所述的电荷平衡系统，还包括电压感测模块，该电压感测模块：
感测2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元上的第一电压，
感测所述电感的第二端处的第二电压，并且
基于所述第一电压和所述第二电压确定2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的两个电池单元各自的输出电压。
10.如权利要求9所述的电荷平衡系统，其中，所述控制模块在所述电池组的充电循环和放电循环的至少一个循环期间，基于所述输出电压中的至少一个输出电压来调整所述控制信号的占空比。
11.如权利要求1所述的电荷平衡系统，还包括信号生成模块，所述信号生成模块生成所述控制信号并且基于由所述控制模块确定的占空比来调制所述控制信号的脉冲宽度。
12.如权利要求1所述的电荷平衡系统，还包括控制开关，当所述电池组的输出电压下降到小于预定电压时所述控制开关断开与所述电池组的连接。
13.如权利要求1所述的电荷平衡系统，其中，当N大于或等于3时：
将所述N个电路中的第二电路的电感的第二端连接在所述电池组的2N个串联的电池单元的第二对电池单元的两个电池单元之间；
将所述N个电路中的所述第二电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的所述第二对电池单元；
串联2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元和所述第二对电池单元；并且
将所述N个电路中的所述第一电路的所述第二开关连接到所述N个电路中的所述第二电路的所述第一开关。
14.如权利要求13所述的电荷平衡系统，其中：
将所述N个电路中的第三电路的电感的第二端分别连接在所述N个电路中的所述第一电路和所述第二电路的所述第二开关和所述第一开关之间；并且
将所述N个电路中的所述第三电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元和所述第二对电池单元。
15.如权利要求14所述的电荷平衡系统，其中，当N大于或等于5时：
将所述N个电路中的第四电路的电感的第二端连接在所述电池组的2N个串联的电池单元的第三对电池单元的两个电池单元之间；
将所述N个电路中的所述第四电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的所述第三对电池单元；
将所述N个电路中的所述第四电路的所述第二开关连接到所述N个电路中的所述第一电路的所述第一开关；并且
将2N个串联的电池单元的所述第三对电池单元串联到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元和所述第二对电池单元。
16.如权利要求15所述的电荷平衡系统，其中：
将所述N个电路中的第五电路的电感的第二端分别连接在所述N个电路中的所述第四电路和所述第一电路的第二开关和第一开关之间；并且
将所述N个电路中的所述第五电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的所述第三对电池单元和所述第一对电池单元。

Claims (16)

  1. 一种电荷平衡系统，包括：
    N个电路，所述N个电路中的每个电路包括：
    串联的第一开关和第二开关，以及
    具有连接在所述第一开关和所述第二开关之间的第一端的电感；以及
    控制模块，其输出控制信号以控制所述第一开关和所述第二开关，其中，N是大于或等于1的整数，并且
    其中，所述N个电路中的第一电路的电感的第二端连接在电池组的2N个串联的电池单元的第一对电池单元的两个电池单元之间，并且其中，所述N个电路中的所述第一电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元。
  2. 如权利要求1所述的电荷平衡系统，其中，在所述电池组的充电循环和放电循环的至少一个循环期间，所述控制模块基于所述控制信号的占空比，经由所述电感，在2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的两个电池单元之间传递电荷。
  3. 如权利要求2所述的电荷平衡系统，其中，所述控制模块传递所述电荷，直到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的两个电池单元各自的输出电压之间的差小于或者等于预定阈值为止。
  4. 如权利要求1所述的电荷平衡系统，其中，当2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第一电池单元充电比2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第二电池单元更快时，所述控制模块基于所述控制信号的占空比，经由所述电感，将第一电荷从2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第一电池单元传递到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第二电池单元。
  5. 如权利要求4所述的电荷平衡系统，其中，当2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第一电池单元的电荷状态比完全充电状态小第一预定阈值时，所述控制模块传递所述第一电荷。
  6. 如权利要求5所述的电荷平衡系统，其中，在放电循环期间，当所述电荷状态比完全放电状态大第二预定阈值时，所述控制模块将第二电荷从2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第二电池单元传递到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第一电池单元。
  7. 如权利要求6所述的电荷平衡系统，其中，所述控制模块传递所述第二电荷，直到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第一电池单元的第一输出电压大于2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的第二电池单元的第二输出电压为止。
  8. 如权利要求1所述的电荷平衡系统，其中，在所述电池组的充电循环和放电循环的至少一个循环期间，所述控制模块基于所述电池组的输出电压来调整所述控制信号的占空比。
  9. 如权利要求1所述的电荷平衡系统，还包括电压感测模块，该电压感测模块：
    感测2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元上的第一电压，
    感测所述电感的第二端处的第二电压，并且
    基于所述第一电压和所述第二电压确定2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元的两个电池单元各自的输出电压。
  10. 如权利要求9所述的电荷平衡系统，其中，所述控制模块在所述电池组的充电循环和放电循环的至少一个循环期间，基于所述输出电压中的至少一个输出电压来调整所述控制信号的占空比。
  11. 如权利要求1所述的电荷平衡系统，还包括信号生成模块，所述信号生成模块生成所述控制信号并且基于由所述控制模块确定的占空比来调制所述控制信号的脉冲宽度。
  12. 如权利要求1所述的电荷平衡系统，还包括控制开关，当所述电池组的输出电压下降到小于预定电压时所述控制开关断开与所述电池组的连接。
  13. 如权利要求1所述的电荷平衡系统，其中，当N大于或等于3时：
    将所述N个电路中的第二电路的电感的第二端连接在所述电池组的2N个串联的电池单元的第二对电池单元的两个电池单元之间；
    将所述N个电路中的所述第二电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的所述第二对电池单元；
    串联2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元和所述第二对电池单元；并且
    将所述N个电路中的所述第一电路的所述第二开关连接到所述N个电路中的所述第二电路的所述第一开关。
  14. 如权利要求13所述的电荷平衡系统，其中：
    将所述N个电路中的第三电路的电感的第二端分别连接在所述N个电路中的所述第一电路和所述第二电路的所述第二开关和所述第一开关之间；并且
    将所述N个电路中的所述第三电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元和所述第二对电池单元。
  15. 如权利要求14所述的电荷平衡系统，其中，当N大于或等于5时：
    将所述N个电路中的第四电路的电感的第二端连接在所述电池组的2N个串联的电池单元的第三对电池单元的两个电池单元之间；
    将所述N个电路中的所述第四电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的所述第三对电池单元；
    将所述N个电路中的所述第四电路的所述第二开关连接到所述N个电路中的所述第一电路的所述第一开关；并且
    将2N个串联的电池单元的所述第三对电池单元串联到2N个串联的电池单元的所述第一对电池单元和所述第二对电池单元。
  16. 如权利要求15所述的电荷平衡系统，其中：
    将所述N个电路中的第五电路的电感的第二端分别连接在所述N个电路中的所述第四电路和所述第一电路的第二开关和第一开关之间；并且
    将所述N个电路中的所述第五电路的第一开关和第二开关并联到2N个串联的电池单元的所述第三对电池单元和所述第一对电池单元。
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