CN104362695A - 一种串联蓄电池组均衡系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联蓄电池组均衡系统及其控制方法，包括充电变换器、串联蓄电池组、放电变换器和控制电路；充电变换器给串联蓄电池组充电，串联蓄电池组通过放电变换器给负载供电；控制电路获取串联蓄电池组中每个蓄电池单元的电压值，找出电压上线超值和电压下限超值蓄电池单元；控制电路控制每个蓄电池单元的旁路开关和断路开关，使蓄电池单元工作于第一工作状态或第二工作状态。控制电路根据串联蓄电池组中蓄电池单元的状态数，控制充电变换器的充电电压和充电电流，使串联蓄电池组实现均衡充电和均衡放电。本发明的串联蓄电池组均衡系统及其控制方法耗能少；蓄电池单元可以使用很大容量；电路简单。

Description

一种串联蓄电池组均衡系统及其控制方法

技术领域

本发明属于串联蓄电池均衡控制技术领域，更具体地，涉及一种串联蓄电池组均衡系统及其控制方法。

背景技术

蓄电池按其使用的电化学材料可分为铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池、镍镉电池。依据其电化学特性，各种蓄电池单体的电压各不相同，如铅酸蓄电池单体电压额定值为2V，锂电池单体电压额定值3.7V。

蓄电池可以由一个蓄电池单体组成；也可以由多个单体并联以增加蓄电池的安时容量；也可以由多个单体串联而成，以提高蓄电池的电压；或者多个蓄电池单体串联和并联混合增加蓄电池的安时容量且提高蓄电池的电压。

将多个蓄电池单元串联连接可以满足更高电压应用的要求，称为串联蓄电池组。如内燃机汽车使用的串联蓄电池组电压是12伏或24伏，电动自行车使用的串联蓄电池组电压是24伏或36伏或48伏，电动汽车使用的串联蓄电池组的电压甚至高于300伏。

串联蓄电池组中的每个蓄电池单体并非完全相同，即使是严格筛选的蓄电池，蓄电池组中各个蓄电池单体的温度、内部阻抗和放电状态均不相同。随着充放电吃数的增加和使用时间的延长，这些差异会越来越明显，若不加以均衡管理，某个蓄电池单元会首先发生故障导致整个串联蓄电池组不能提供电能。

对串联蓄电池组进行充电和放电时，如何保证充放电过程中蓄电池单元的均衡，是保证蓄电池的安全性和可靠性的一项关键技术。当串联蓄电池组中，某个蓄电池单元损坏时，能让串联蓄电池组继续工作，是充分发挥蓄电池效能的一项实用技术。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供了一种串联蓄电池组均衡系统及其控制方法，旨在解决串联蓄电池组在充放电过程中存在均衡的问题。

本发明提供了一种串联蓄电池组均衡系统，包括充电变换器、串联蓄电池组、放电变换器和控制电路；所述充电变换器的充电输出端与串联蓄电池组的输入端连接，所述放电变换器的输入端连接至所述串联蓄电池组的输出端，所述放电变换器的输出端用于连接负载；所述充电变换器用于给所述串联蓄电池组充电，所述串联蓄电池组通过所述放电变换器给负载供电；所述控制电路的控制端连接至所述串联蓄电池组的反馈端，用于从所述串联蓄电池组的反馈端获取所述串联蓄电池组中每个蓄电池单元的电压值参数、所述串联蓄电池组的整体电压值以及充电电流值；所述控制电路的第一输出端连接所述充电变换器的充电控制端，用于控制所述充电变换器的充电电压；所述控制电路的第二输出端连接所述放电变换器的放电控制端，用于控制所述放电变换器的放电电压。

其中，所述串联蓄电池组包括多个串联连接的蓄电池单元，每一个蓄电池单元包括单元开关控制器、驱动电路、数据采集电路、断路开关K1、旁路开关K2以及蓄电池；所述蓄电池与所述断路开关K1串联后再与所述旁路开关K2并联；所述单元开关控制器的控制输入端用于与所述控制电路连接，所述单元开关控制器的信号输入端连接至所述数据采集电路的输出端，所述数据采集电路的输入端与所述蓄电池连接；所述驱动电路的输入端连接至所述单元开关控制器的输出端，所述驱动电路的第一输出端连接至所述断路开关K1的控制端，所述驱动电路的第二输出端连接至所述旁路开关K2的控制端。

其中，每一个蓄电池单元还包括与所述断路开关并联连接的第一二极管D1，以及与所述旁路开关并联连接的第二二极管D2。

其中，所述蓄电池由多个单体蓄电池串、并联而成。

本发明还提供了一种基于上述的串联蓄电池组均衡系统的充电控制方法，包括一个或多个恒流充电子过程或恒压充电子过程。

其中，恒流充电子过程包括下述步骤：

获取串联蓄电池组的电压V和电流I；

判断所述电压V是否小于(N-k)nV1，若是，则置恒流充电标志并以mI1恒流充电；若否，则结束；N为单体蓄电池的总数，k为N个单体蓄电池中被旁路的个数，n为蓄电池单元中串联的单体蓄电池的个数，nV1为恒流转换为恒压充电的转换电压。

其中，恒压充电子过程包括下述步骤：

获取串联蓄电池组的电压V、电流I和蓄电池组状态数(N-k)；

根据所述蓄电池组状态数(N-k)获得充电电压(N-k)nV2；

判断所述电流I是否小于mI1，若是，则置恒压充电标志并恒压充电，若否，则结束；m为蓄电池单元中并联的单体蓄电池的个数，mI1为恒流充电电流，nV2为恒压充电电压，N为单体蓄电池的总数，k为N个单体蓄电池中被旁路的个数。

本发明还提供了一种基于上述的串联蓄电池组均衡系统的控制方法，包括下述步骤：

S200：获取各个蓄电池单元的电压值、电池单元的电压平均值以及各个蓄电池单元的电压值与平均值之间的差值；

S201：判断差值的绝对值与平均值的比值是否大于设定的第一阈值；若是，则转入步骤S202，若否，则令蓄电池单元的上限超值数k＝0并转入步骤S210；

S202：判断所述差值是否大于零，若是，则转入步骤S203，若否，则转入步骤S204；

S203：标记该蓄电池单元为上限超值；

S204：标记该蓄电池单元为下限超值；

S205：判断该蓄电池是否放电，若是，则转入步骤S207，若否，则转入步骤S209；

S206：判断该蓄电池是否充电，若是，则转入步骤S208，若否，则转入步骤S209；

S207：传递控制信号使得下限超值的蓄电池单元工作在第二工作状态；

S208：传递控制信号使得上限超值的蓄电池单元工作在第二工作状态；

S209：获得蓄电池单元的上限超值数k；该k值也是需要工作于第二工作状态的蓄电池单元的数值。

S210：传递N-k的值至充电控制器并返回至步骤S200。

其中，所述第一阈值为0.5％～％10。

其中，所述第二工作状态是指断路开关K1断开且旁路开关K2接通，该状态下该蓄电池单元所包含的蓄电池不能充电且不能放电，但电流可以通过旁路开关流过该蓄电池单元。

本发明的串联蓄电池组均衡方法具有以下优势：(1)没有电阻耗能，所以该方法耗能少；(2)所能使用的开关可以很大电流，因此蓄电池单元可以使用很大容量；(3)不用加入电感电容等储能元件，电路简单。

附图说明

图1是本发明实施例提供的串联蓄电池组均衡系统的原理框图；

图2是本发明实施例提供的串联蓄电池组均衡系统中串联蓄电池组的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的串联蓄电池组均衡系统中充电变换器的结构示意图；

图4是本发明提供的串联蓄电池组均衡系统的充电控制方法中恒流充电子流程的实现流程图；

图5是本发明提供的串联蓄电池组均衡系统的充电控制方法中恒压充电子流程的实现流程图；

图6是本发明实施例提供的串联锂电池组均衡系统的充电控制方法的实现流程图；

图7是本发明实施例提供的串联蓄电池组均衡系统控制方法的实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明串联蓄电池组均衡系统，包括充电变换器11、串联蓄电池组12、放电变换器13和控制电路14；充电变换器11连接串联蓄电池组12给蓄电池充电，串联蓄电池组12连接放电变换器13给负载供电，控制电路14连接串联蓄电池组12，从串联蓄电池组12获取串联蓄电池组中每个蓄电池单元的电压值参数，控制电路14也采样串联蓄电池组12整体电压值和充电电流值。控制电路14连接充电变换器11，用于控制充电变换器11的充电电压。

如图2所示，本发明的串联蓄电池组12由多个蓄电池单元串联而成，每个蓄电池单元包括蓄电池124、断路开关K1、旁路开关K2、驱动电路122、单元开关控制器121和数据采集电路123。断路开关K1和旁路开关K2，与蓄电池连接方式是，蓄电池124与断路开关K1串联，然后一起再与旁路开关K2并联。单元开关控制器121给驱动电路122控制信号，驱动电路122驱动断路开关K1和旁路开关K2，使其导通或关断；数据采集电路123采样蓄电池124的电流和电压，这些数据传给单元开关控制器121，单元开关控制器121再将数据传送给串联蓄电池组的系统控制电路14或系统总线控制单元。

在本发明实施例中，断路开关K1和旁路开关K2可以是电磁开关器件比如继电器或接触器，也可以是双极型晶体管、功率MOS、IGBT、GTO等电子开关器件。

在本发明实施例中，包括断路开关K1和旁路开关K2的蓄电池单元，有以下两种工作状态：第一种工作状态是断路开关K1接通且旁路开关K2断开，该状态下该蓄电池单元所包含的蓄电池能够充电和放电；当串联蓄电池组中所有的蓄电池单元电压和容量均衡时，蓄电池单元工作在这种状态下，蓄电池单元主要时间工作在这种状态。第二种工作状态是断路开关K1断开且旁路开关K2接通，该状态下该蓄电池单元所包含的蓄电池不能充电且不能放电，但电流可以通过旁路开关K2流过该蓄电池单元。

断路开关K1和旁路开关K2不能同时导通，称为死区。为使本发明的蓄电池单元正常工作，必须解决蓄电池两个工作状态之间转换的死区时间内，流经蓄电池的电流的续流问题，为此断路开关K1和旁路开关K2各自反向并联了二极管。在充电过程中，当蓄电池单元由第一状态转换为第二工作状态时，断路开关K1的反并联二极管为充电电流提供通道；在放电过程中，当蓄电池单元由第一工作状态转换为第二工作状态时，旁路开关K2的反并联二极管为放电电流提供通道。

在进行充电均衡和放电均衡控制时，首先需要判断蓄电池单元是否存在“不均衡上限超值”和“不均衡下限超值”，标记该蓄电池“不均衡上限超值”和“不均衡下限超值”状态，以待在均衡充电和均衡放电时使用。判断方法是计算各个蓄电池单元的与所有蓄电池单元电压平均值的电压差值，当某个蓄电池单元电压值比平均值高0.5％—％10时，则该蓄电池单元不均衡上限超值；当某个蓄电池单元电压值比平均值低0.5％—％10时，则该蓄电池单元不均衡下限超值。

串联蓄电池组均衡充电方法是：在充电阶段，周期性的采样每个蓄电池单元的电压值，当串联蓄电池组中某个蓄电池单元出现不均衡上线超值时，使该蓄电池单元工作在第二工作状态，该蓄电池单元将不再充电，而其余蓄电池单元仍工作于第一工作状态进行充电；随着串联蓄电池组整体充电过程的继续，当该蓄电池单元不再出现不均衡上限超值时，串联蓄电池组电能达到均衡，该蓄电池单元工作于第一工作状态。用这种方法使串联蓄电池组充电均衡。

串联蓄电池组均衡放电方法是：在放电阶段，周期性的采样每个蓄电池单元的电压值，当串联蓄电池组中某个蓄电池单元出现不均衡下限超值时，使该蓄电池单元工作在第二工作状态，该蓄电池单元将不再放电，而其余蓄电池单元仍工作于第一工作状态进行放电；随着串联蓄电池组整体放电过程的继续，当该蓄电池单元不再出现不均衡下限超值时，串联蓄电池组电能达到均衡，该蓄电池单元工作于第一工作状态。用这种方法使串联蓄电池组放电均衡。

串联蓄电池均衡系统还包括系统控制电路，该控制电路采样每个蓄电池单元的电压参数，经过处理判断，据需要驱动每个蓄电池单元的断路开关或旁路开关，控制对应的断路开关和旁路开关接通和断开。

系统控制电路还要控制充电变换器，根据串联蓄电池组中蓄电池单元个数不同进行不同的充电控制。

目前串联蓄电池组的均衡管理可以通过电压转移的方式来调节蓄电池单元的电压，将电压多的蓄电池单元能量可以在电阻上消耗；或者存储于电感电容中，向电压少的蓄电池放电。通过电阻的分流将蓄电池单元能量释放会造成电阻的发热量大，均衡电流受到限制，只适合容量小、串联的蓄电池单元数量少的蓄电池组。而通过电感电容将电能转移到低容量的蓄电池单元上，思路复杂，元器件多，控制复杂程度很高。

串联蓄电池组的另一个问题是，当某一个电池单元损坏时，整个串联蓄电池组就不能提供电流也就是串联蓄电池不能工作。如果强行工作可能会导致故障蓄电池单元过热。目前，当串联蓄电池组中的某一个蓄电池单元发生故障时，整体串联蓄电池组将停止工作。

本发明的串联蓄电池组的另一个优势是：当串联电池组中一个蓄电池单元损坏时，将其旁路掉，只要其他的蓄电池单元能正常充放电，整体串联蓄电池单元仍然可以继续工作。

如图1所示串联蓄电池组均衡系统，包括充电变换器11、串联蓄电池组12、放电变换器13、控制电路14。充电变换器连接串联蓄电池组给蓄电池充电，串联蓄电池组12连接放电变换器13给负载供电，系统控制电路14连接串联蓄电池组12，从串联蓄电池组获取串联蓄电池组中每个蓄电池单元的电压值参数，系统控制电路14也采样串联蓄电池组整体电压值和充电电流值。系统控制电路14连接充电变换器11，控制充电变换器的充电电压。

串联蓄电池组12有多个蓄电池单元串联而成，蓄电池单元如图2所示：包括蓄电池124、断路开关K1、二极管D1、旁路开关K2、二极管D2、驱动电路122、数据采集电路123、单元开关控制器121。断路开关K1与二极管D1并联再与蓄电池124串联，然后整体与旁路开关K2并联，旁路开关K2又与二极管D2并联。数据采集电路123与蓄电池124连接，采集蓄电池电压电流数据；数据采集电路123连接单元开关控制器121，将采集到的电池电压电流数据，通过单元开关控制器121传送给系统控制电路14。系统控制电路14给出控制信号给单元开关控制器121，单元开关控制器121通过驱动电路122控制旁路开关K2和断路开关K1的通断。

在本发明实施例中，串联蓄电池组12有两种工作状态：第一种工作状态是断路开关K1接通且旁路开关K2断开，该状态下该蓄电池单元所包含的蓄电池124能够充电和放电，属于蓄电池单元的工作常态，蓄电池单元主要时间工作在这种状态。第二种工作状态是断路开关K1断开且旁路开关K2接通，该状态下该蓄电池单元所包含的蓄电池124不能充电且不能放电，但电流可以通过旁路开关流过该蓄电池单元。

由这种蓄电池单元多个串联起来组成蓄电池组，该蓄电池组均衡方法分为充电均衡方法和放电均衡方法。

充电均衡方法是：充电阶段，当某个蓄电池单元与其它蓄电池单元相比出现电压过高时，该蓄电池单元由第一工作状态转变为第二工作状态；此时，该工作在第二阶段的蓄电池不再充电，其余工作于第一阶段的蓄电池继续充电。充电阶段这种方法能防止串联蓄电池组中某一个蓄电池单元过充电导致电压过高。

放电均衡方法是：放电阶段，当某个蓄电池单元与其他蓄电池单元相比出现电压过低时，该蓄电池单元由第一工作状态转换为第二工作状态；此时，该工作在第二阶段的蓄电池不再放电，其余工作于第一阶段的蓄电池继续放电。放电阶段，这种方法能防止串联蓄电池组中某一个蓄电池单元过放电导致电压过低。

为使本发明的蓄电池单元正常工作，必须解决蓄电池两个工作状态之间转换时，流经蓄电池的电流的续流问题。如图1所示，在蓄电池单元中，断路开关K1和旁路开关K2若同时导通时会导致蓄电池短路，为了防止这两个开关同时导通，在一个开关关断过渡到另一个开关导通期间，设定两个开关都处于关断状态时时间，称为死区时间。在死区时间里，若电流没有通道则会在断路开关K1和旁路开关K2上产生大的电压尖峰，使开关器件损坏。充电阶段和放电阶段都存在死区时间。在蓄电池单元处于充电阶段的死区时间里，二极管D1导通，为充电电流提供通道；在蓄电池单元处于放电阶段的死区时间里，二极管D2导通，为放电电流提供通道。

本发明中的断路开关和旁路开关，可以采用继电器、接触器等机械触点开关，也可以采用MOS、IGBT等电子开关。

蓄电池的充电过程包括恒流充电过程、恒压充电过程，或者充电过程包含多个恒流充电、恒压充电过程。也就是说，蓄电池的充电过程可分为恒流充电和恒压充电两种子过程，每种蓄电池的充电过程包含有一个或者多个这样的子过程。如铅酸蓄电池充电过程包含一个恒流充电子过程和一个恒压充电子过程，锂电池充电包含两个恒流充电子过程和一个恒压充电子过程。本发明对串联蓄电池组充电过程的改变，可以从恒流充电和恒压充电这两个子过程的改变来加以说明。

如图4所示，每个恒流充电子过程都有一个进入条件，那就是判断串联蓄电池组中每一个蓄电池单体的电压是否小于V1，若小于V1则进入恒流充电过程，给出恒流充电电流I1；恒流充电子过程的结束条件是判断单体电压是否大于V1，当电压大于V1时恒流充电结束。对于某种蓄电池单体的充电过程，I1、V1有确定的数值范围。有的串联蓄电池组充电过程中有多个恒流充电子过程，也就是有不同的I1、V1值。本发明中的串联蓄电池组有多个蓄电池单元串联，每个蓄电池单元又可能由多个单体串联并联而成。设蓄电池单元中单体的并联个数为m串联个数为n，然后再N个这样的蓄电池单元串联，则该串联蓄电池组恒流充电电流为mI1，充电过程中需要判断的这个电压值是NnV1。本发明对串联蓄电池恒流充电过程的改变是：当串联的N个蓄电池单体中有k个蓄电池单体被旁路，不影响恒流充电过程的充电电流值mI1，但恒流充电过程中需要判断的串联蓄电池组电压值变成(N-k)nV1。

如图5所示，对于串联蓄电池组中的每个蓄电池单体，其恒压充电子过程首先是给出恒压充电电压V2，然后需要判断单体电流是否小于I2，当电流小于I2时该恒压充电子过程结束。对于某种蓄电池单体的充电过程，V2、I2有确定的数值范围。有的蓄电池单体的充电过程包括两个或多个恒压充电子过程，每个恒压充电子过程有不同的V2、I2取值。本发明中的蓄电池单元可能由多个单体串联并联而成，设蓄电池单元中单体的并联个数为m，串联个数为n，然后再N个这样的蓄电池单元串联，则该串联蓄电池组恒压充电电压为NnV2，充电过程中需要判断的电流值是mI2。本发明对串联蓄电池恒流充电过程的改变是：当串联的N个蓄电池单体中有k个蓄电池单元被旁路，该串联蓄电池组恒压充电电压为(N-k)nV2，充电过程中需要判断的电流值是mI2，当充电电流小于mI2时，充电过程结束。

下面以充电过程比较复杂的锂电池为例来具体说明。实际过程中锂电池的充电过程可能与此实例略有不同，但不同的充电过程中，本发明对锂电池充电过程的改变都是相同的。除此之外，铅酸电池、镍氢电池等其它蓄电池的充电过程虽然有不同，但同样分为恒流充电恒压充电等过程，本发明对它们充电过程的改变和对锂电池恒流充电恒压充电等充电过程的改变是相同的。

对于锂电池一个单体而言，充电过程分为三个阶段，第一阶段和第二阶段是属于两个不同的恒流充电阶段，第三阶段是恒压充电阶段。

如图6所示，先检测待充电电池的电压，如果电压低于3V，要先进入第一阶段进行预充电，充电电流为1/10C恒流充电。C是电池容量的安时数值，若1000maH锂电池充电电流1/10C为100mA。电压升到3V后，进入第二阶段标准充电阶段，其充电过程为：以设定电流0.2C至1.0C之间进行恒流充电，电池电压升到4.20V时，进入充电第三阶段恒压充电，保持充电电压为4.20V。此时，充电电流逐渐下降，当电流下降至设定充电电流的1/10C时，充电结束。本发明中的蓄电池单元可能由多个单体串联并联而成，设锂电池单元中单体的并联个数为m串联个数为n，然后再N个这样的锂电池单元串联，其中有k个蓄电池单元被旁路。

以串联蓄电池组中的蓄电池为锂电池为典型实施实例，本发明的串联蓄电池组充电过程如下：流程图如图6所示，先检测待充电串联蓄电池组的电压，如果电压低于3(N-k)n，要先进入第一阶段进行预充电，充电电流为1/10mC恒流充电，C是电池的安时数值。串联蓄电池组电压升到3(N-k)n后，进入第二阶段标准充电阶段，其充电过程为：以设定电流0.2mC至1.0mC之间进行恒流充电，串联蓄电池组电压升到4.20(N-k)n时，进入充电第三阶段恒压充电，保持串联蓄电池组充电电压为4.20(N-k)n。此时，充电电流逐渐下降，当电流下降至设定充电电流的1/10mC时，充电结束。

充电变换器11的特点是，当串联蓄电池组12中有蓄电池单元工作于第二工作状态时，充电变换器11充电的蓄电池单元个数会变少。当串联蓄电池组处于恒流充电时，若有蓄电池单元工作于第二工作状态，恒流充电的电流值和所有蓄电池单元均工作于第一工作状态时的恒流充电电流值相同。当串联蓄电池组处于恒压充电时，整体的充电电压值等于所有处于第一工作状态的蓄电池单元恒压充电电压值之和；也就是，若有蓄电池单元工作于第二工作状态，串联蓄电池组恒压充电的电压值会降低。当串联蓄电池组处于浮充充电时，整体的充电电压值等于所有处于第一工作状态的蓄电池单元浮充充电电压值之和；也就是，若有蓄电池单元工作于第二工作状态，串联蓄电池组浮充充电的电压值会降低。因此，系统控制电路32通过综合判断控制各个蓄电池单元的参数和工作状态，给出控制信号控制充电变换器33的电压，适应不同个数的蓄电池单元的充电过程。上述各类电压的改变可以通过改变给定值以调整占空比来完成。

图3是充电变换器原理示意图。充电变换器11包括充电控制器111、充电主电路112，充电控制器111采样串联蓄电池组12的充电电流和充电电压，由系统控制器14给充电控制器111传送电池工作状态数N-k值，N是串联蓄电池组12中蓄电池单元的个数，k是串联蓄电池组中工作于第二工作状态的蓄电池单元的个数。充电控制器111输出PWM控制信号给充电主电路112，以控制充电电压值和充电电流值。充电主电路112由DC/DC变换器完成，充电控制器111由微控制器或模拟电路来完成。

充电主电路112，根据实际应用情况可以是降压DC/DC变换器、升压DC/DC变换器、对于桥式非隔离变换器、单端反激变换器、单端正激变换器、半桥或全桥隔离变换器。这些变换器都能通过PWM方式控制为稳压工作方式和稳流工作方式。稳压方式还是问柳方式的选择、稳压工作方式的电压值以及温流工作方式的电流值，都是由充电控制器111给出。

图6是以锂电池为例的充电控制器功能流程图。首先充电控制器采样电池充电电压、电池充电电流，并从系统控制电路获得电池状态数N-k，然后判断电池电压是否小于3(N-k)n，若是，则给出恒流电流值1/10mC通过PWM输出控制充电主电路进行恒流充电，直到电池电压大于等于3(N-k)n，给出充电电流为0.2mC—1.0mC，直到电池电压不小于4.20(N-k)n时，充电控制器给出4.20(N-k)n电压值对串联蓄电池组进行恒压充电，直到充电电流小于1/10mC后充电结束，其中C是单体蓄电池容量的安时值。

图7是系统控制器进行均衡充电控制和均衡放电控制的流程图。系统控制器首先采样各个蓄电池单元的电压值，求出平均电压值，将各个蓄电池单元电压值与平均电压值求差，当某个蓄电池单元电压值比平均值高0.5％—％10时，则该蓄电池单元不均衡上限超值；当某个蓄电池单元电压值比平均值低0.5％—％10时，则该蓄电池单元不均衡下限超值。标记该蓄电池“不均衡上限超值”和“不均衡下限超值”状态，控制各个蓄电池单元控制器，通过电池单元控制器控制各个蓄电池单元的工作状态。系统控制器计算蓄电池单元不均衡上限超值数k，然后达到电池工作状态数N-k，将N-k传送至充电控制器，有充电控制器控制串联蓄电池组充电。这一过程反复进行，就会使电压高的蓄电池单元放电时间比其它蓄电池单元时间长，电压低的蓄电池单元充电时间比其它蓄电池单元长，使他们的电压达到均衡。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种串联蓄电池组均衡系统，其特征在于，包括充电变换器(11)、串联蓄电池组(12)、放电变换器(13)和控制电路(14)；

所述充电变换器(11)的充电输出端与串联蓄电池组(12)的输入端连接，所述放电变换器(13)的输入端连接至所述串联蓄电池组(12)的输出端，所述放电变换器(13)的输出端用于连接负载；所述充电变换器(11)用于给所述串联蓄电池组(12)充电，所述串联蓄电池组(12)通过所述放电变换器(13)给负载供电；

所述控制电路(14)的控制端连接至所述串联蓄电池组(12)的反馈端，用于从所述串联蓄电池组(12)的反馈端获取所述串联蓄电池组中每个蓄电池单元的电压值参数、所述串联蓄电池组(12)的整体电压值以及充电电流值；

所述控制电路(14)的第一输出端连接所述充电变换器(11)的充电控制端，用于控制所述充电变换器(11)的充电电压；

所述控制电路(14)的第二输出端连接所述放电变换器(13)的放电控制端，用于控制所述放电变换器(13)的放电电压。

2.如权利要求1所述的串联蓄电池组均衡系统，其特征在于，所述串联蓄电池组(12)包括多个串联连接的蓄电池单元，每一个蓄电池单元包括单元开关控制器(121)、驱动电路(122)、数据采集电路(123)、断路开关K1、旁路开关K2以及蓄电池(124)；

所述蓄电池(124)与所述断路开关K1串联后再与所述旁路开关K2并联；

所述单元开关控制器(121)的控制输入端用于与所述控制电路(14)连接，所述单元开关控制器(121)的信号输入端连接至所述数据采集电路(123)的输出端，所述数据采集电路(123)的输入端与所述蓄电池(124)连接；

所述驱动电路(122)的输入端连接至所述单元开关控制器(121)的输出端，所述驱动电路(122)的第一输出端连接至所述断路开关K1的控制端，所述驱动电路(122)的第二输出端连接至所述旁路开关K2的控制端。

3.如权利要求2所述的串联蓄电池组均衡系统，其特征在于，每一个蓄电池单元还包括与所述断路开关并联连接的第一二极管D1，以及与所述旁路开关并联连接的第二二极管D2。

4.如权利要求2所述的串联蓄电池组均衡系统，其特征在于，所述蓄电池(124)由多个单体蓄电池串、并联而成。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述的串联蓄电池组均衡系统的充电控制方法，其特征在于，包括一个或多个恒流充电子过程或恒压充电子过程。

6.如权利要求5所述的充电控制方法，其特征在于，所述恒流充电子过程包括下述步骤：

获取串联蓄电池组的电压V和电流I；

判断所述电压V是否小于(N-k)nV1，若是，则置恒流充电标志并以mI₁恒流充电；若否，则结束；

其中，N为单体蓄电池的总数，k为N个单体蓄电池中被旁路的个数，n为蓄电池单元中串联的单体蓄电池的个数，nV1为恒流转换为恒压充电的转换电压。

7.如权利要求5所述的充电控制方法，其特征在于，所述恒压充电子过程包括下述步骤：

获取串联蓄电池组的电压V、电流I和蓄电池组状态数(N-k)；

根据所述蓄电池组状态数(N-k)获得充电电压(N-k)nV2；

判断所述电流I是否小于mI₁，若是，则置恒压充电标志并恒压充电，若否，则结束；

其中，m为蓄电池单元中并联的单体蓄电池的个数，mI₁为恒流充电电流，nV2为恒压充电电压，N为单体蓄电池的总数，k为N个单体蓄电池中被旁路的个数。

8.一种基于权利要求1-4任一项所述的串联蓄电池组均衡系统的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

S200：获取各个蓄电池单元的电压值、电池单元的电压平均值以及各个蓄电池单元的电压值与平均值之间的差值；

S201：判断差值的绝对值与平均值的比值是否大于设定的第一阈值；若是，则转入步骤S202，若否，则令蓄电池单元的上限超值数k＝0并转入步骤S210；

S202：判断所述差值是否大于零，若是，则转入步骤S203，若否，则转入步骤S204；

S203：标记该蓄电池单元为上限超值；

S204：标记该蓄电池单元为下限超值；

S205：判断该蓄电池是否放电，若是，则转入步骤S207，若否，则转入步骤S209；

S206：判断该蓄电池是否充电，若是，则转入步骤S208，若否，则转入步骤S209；

S207：传递控制信号使得下限超值的蓄电池单元工作在第二工作状态；

S208：传递控制信号使得上限超值的蓄电池单元工作在第二工作状态；

S209：获得蓄电池单元的上限超值数k；

S210：传递N-k的值至充电控制器并返回至步骤S200。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述第一阈值为0.5％～10％。

10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述第二工作状态是指断路开关K1断开且旁路开关K2接通，该状态下该蓄电池单元所包含的蓄电池不能充电且不能放电，但电流可以通过旁路开关流过该蓄电池单元。