CN105186623A - 电池电量平衡装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电池电量平衡装置，通过将状态符合预定条件的电池连接到充放电端口，进而基于储能电容作为中介，以保持所述储能电容电压在预定范围内波动的方式，通过双向功率变换器对所述接入到充放电端口的电池进行充电或放电，可以使用单级功率变换器和较为简单的电路实现在多个电池之间自由进行电量平衡。

Description

电池电量平衡装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种电池电量平衡装置。
背景技术
随着消费电子产品的功率的不断增大，应用于电子产品的电池组容量不断增加。大容量电池组通常由多个电池组合而成，在使用过程中，需要平衡不同电池的电量，以提高电池电量的利用率，并防止一部分电池被过充或过放。电池被过冲或过放会影响电池寿命。
如图1所示，一部分现有技术中采用多个连接在相邻电池之间的电容以及配套的开关网络来实现对电池电量的平衡。但是，这类电路只能实现相邻或邻近电池之间的电能转移，不能实现电能在所有的电池之间自由转移。而且，需要采用数量较多的电容，电荷转移效率为荷电状态值较低的电池电压与荷电状态值较高的电池电压的比值，效率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电池电量平衡装置，以较为简化的电路结构实现在多个电池之间自由进行电量平衡。
本发明实施例的电池电量平衡装置包括：
电池选择电路，与N个电池连接，用于将所述N个电池之一连接到充放电端口，N为大于1的整数；
储能电容；
双向功率变换器，第一端口与所述充放电端口连接，第二端口与所述储能电容连接；
N个电池检测电路，与所述N个电池对应设置，用于检测对应的电池的状态；以及
控制电路，控制电池选择电路将状态符合预定条件的电池连接到充放电端口，并以保持所述储能电容电压在预定范围内波动的方式控制所述双向功率变换器对连接到充放电端口的电池进行放电或者充电。
优选地，所述电池选择电路包括：
N个第一开关，每个第一开关一端与对应的电池的阳极连接，另一端与所述充放电端口的第一端连接，根据所述控制电路控制导通或关断；以及
N个第二开关，每个第二开关一端与对应的电池的阴极连接，另一端与所述充放电端口的第二端连接，根据所述控制电路控制导通或关断。
优选地，第2-第N个第一开关包括反向串联的两个MOS晶体管；
第1至第N-1个第二开关包括反向串联的两个MOS晶体管。
优选地，所述控制电路包括：
电流检测电路，用于检测流过所述充放电端口一端的电流获取电流检测信号；
电压滞环比较电路，用于检测所述储能电容电压输出电压状态信号，所述电压状态信号在所述储能电容电压下降到小于下限阈值后切换为第一状态，在所述储能电容电压上升到大于上限阈值后切换为第二状态；
第一控制器，根据所述电池的状态控制电池选择电路将符合预定条件的电池连接到充放电端口，并输出第一电流参考信号和第二电流参考信号，其中，所述第一电流参考信号表征连接到充放电端口的电池的放电电流参考值，所述第二电流参考信号表征连接到充放电端口的电池的充电电流参考值；
第二控制器，用于根据所述电流检测信号、所述第一电流参考信号、所述第二电流参考信号和所述电压状态信号控制所述双向功率变换器。
优选地，所述第二控制器在所述电压状态信号为第一状态时，以使得所述电流检测信号趋向于所述第一电流参考信号为目标控制所述双向功率变换器，在所述电压状态信号为第二状态时，以使得所述电流检测信号趋向于所述第二电流参考信号为目标控制所述双向功率变换器。
优选地，所述控制电路包括：
电流检测电路，用于检测流过所述充放电端口一端的电流获取电流检测信号；
电压滞环比较电路，用于检测所述储能电容电压输出电压状态信号，所述电压状态信号在所述储能电容电压下降到小于下限阈值后切换为第一状态，在所述储能电容电压上升到大于上限阈值后切换为第二状态；
第一控制器，根据所述电池的状态控制电池选择电路将符合预定条件的电池连接到充放电端口，并根据所述电压状态信号输出电流参考信号；
第二控制器，以使得所述电流检测信号趋向于所述电流参考信号为目标控制所述双向功率变换器。
优选地，所述第一控制器在电流状态信号为第一状态时输出具有第一值的电流参考信号，在电流状态为第二状态时输出具有第二值的电流参考信号，所述第一值为连接到充放电端口的电池的放电电流参考值，所述第二值为连接到充放电端口的电池的充电电流参考值。
优选地，所述第一控制器交替选取需要放电的电池和需要充电的电池连接到所述充放电端口。
优选地，所述第一控制器在所述电流检测信号过零时控制所述电池选择电路切换连接到所述充放电端口的电池。
优选地，所述电池电量平衡装置还包括：
分流电路，与所述储能电容并联，用于受控地对储能电容进行放电；
其中，所述控制电路用于在当前连接到充放电端口处于充电状态的电池的荷电状态值或充电电流状态满足分流条件时控制所述分流电路对储能电容进行放电。
优选地，所述分流电路包括串联连接的电阻和开关。
优选地，所述电池电量平衡装置还包括：
箝位电路，连接在所述充放电端口。
通过将状态符合预定条件的电池连接到充放电端口，进而基于储能电容的储能通过双向功率变换器对所述接入到充放电端口的电池进行充电或放电使得储能电容的电压在预定范围内波动，可以以单级功率变换器和较为简单的电路实现在多个电池之间自由进行电量平衡。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是现有技术的电池电量平衡装置的电路图；
图2是本发明实施例的电池电量平衡装置的电路图；
图3是本发明实施例中电池选择电路的优选实施方式的电路图；
图4是本发明实施例的电池电量平衡装置的控制电路的电路图；
图5是本发明实施例的电池电量平衡装置的工作波形图；
图6是本发明另一个实施例的电池电量平衡装置的控制电路的电路图；
图7是本发明另一个实施例的电池电量平衡装置的工作波形图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图2是本发明实施例的电池电量平衡装置的电路图。
如图2所示，所述电池电量平衡装置包括电池选择电路21、储能电容C0、双向功率变换器22、N个电池检测电路231～23N以及控制电路24。其中，N为大于1的整数。
电池选择电路21与N个电池连接，用于将所述N个电池之一连接到充放电端口cd。
具体地，电池选择电路21为一个与每个电池连接的开关网络，通过接收开关指令控制一部分开关关断，另一部分开关导通，从而改变电池与充放电端口cd连接关系。
优选地，如图2所示，电池选择电路21包括N个第一开关S11～S1N和N个第二开关S21-S2N。
其中每个第一开关S1i一端与对应的电池的阳极连接，另一端与充放电端口的第一端c连接，根据控制电路24控制导通或关断。
每个第二开关S2i一端与对应的电池的阴极连接，另一端与充放电端口的第二端连接，根据控制电路24控制导通或关断。
在如图2所示的电池串联连接的场景下，在需要将第i个电池连接到充放电端口时，只需要控制与该电池阳极和阴极连接的第一开关S1i和第二开关S2i导通，同时，控制其它所有的第一开关和第二开关关断。
由此，本发明可以通过一个简单的开关网络来实现将任一电池接入到充放电端口进行电量调节，电路简单成本低。
进一步地，如图3所示，由于所有的第一开关的第二端连接在一起，第i个第一开关连接第i个电池的阳极，第i+1个第一开关连接第i个电池的阴极，故在第i个电池的阳极和阴极之间实际上通过第i个第一开关和第i+1个第一开关连接。由于单个的MOS晶体管作为开关器件其体二极管会存在反向导通，这会使得在使用单个MOS晶体管作为开关时，第i个第一开关和第i+1个第一开关会使得第i个电池有可能被短路。以此类推，这有可能导致第2至第N个电池被短路。类似地，第1至第N-1个第二开关如果被设置为单MOS晶体管有可能会导致第1至第N-1个电池被短路。因此，为了更好地保护电池，可以设置第2-第N个第一开关包括反向串联的两个MOS晶体管，且第1至第N-1个第二开关包括反向串联的两个MOS晶体管。反向串联的MOS晶体管体二极管相互相反，因此，在晶体管截止时二极管不存在导通的情况，不会由于二极管被短路。由此，可以有效保护电池组中的电池。
而且，第1个第一开关和第N个第二开关可以设置为与其它开关相同，也可以设置为一个单独的MOS晶体管，这样可以一定程度减小电路规模。
储能电容C0为容量较大的电容，其用于在进行电量均衡时作为电能的缓存，从荷电状态值较高的电池获取电能，并转而将这些电能释放给荷电状态值较低的电池。
双向功率变换器22为双端口电路，其第一端口与充放电端口cd连接，第二端口ab与储能电容C0连接。
优选地，如图2所示，双向功率变换器22为开关型变换器，其包括电感L、第一功率开关Q1和第二功率开关Q2。电感L连接在所述第一端口的第一端c和中间端m之间；第一功率开关Q1连接在第二端口的第一端a和中间端m之间；第二功率开关Q2连接在中间端m和第二端口的第二端b之间。第二端口的第二端b和第一端口的第二端d相互连接，其作为电路的参考点。
图2所示的双向功率变换器22通过第一功率开关Q1和第二功率开关Q2受控地导通和关断可以由第一端口cd向第二端口ab进行功率转换，也可以由第二端口ab向第一端口cd进行功率转换。在给储能电容C0充电时，双向功率变换器22工作在升压(BOOST)模式，在通过储能电容C0来对电池充电时，双向功率变换器22工作在降压(BUCK)模式。
电池检测电路231～23N与N个电池对应设置，用于检测对应的电池的状态。在本实施例中，电池检测电路23i检测电池的荷电状态值并输出到控制电路24。但是，容易理解，在采用不同的电池电量均衡策略时，可以检测更多的状态参数或不同的状态参数，以供选择接入进行充放电的电池时参考。
控制电路24输出一组控制信号Ctr1控制电池选择电路21将状态符合预定条件的电池连接到充放电端口cd，并输出一组控制信号Ctr2控制双向功率变换器22对连接到充放电端口的电池进行充电或放电，通过保持储能电容电压在预定的范围内波动，达到电池均衡的目的。
本实施例的电池电量平衡装置的控制电路的电路图如图4所示，所述控制电路24包括电流检测电路24a、电压滞环比较电路24b、第一控制器24c和第二控制器24d。
其中，电流检测电路24a用于接收电流采样信号Isen检测流过充放电端口cd一端的电流(也即，流入或流出端c或端d的电流)获取电流检测信号Vi。
电压滞环比较电路24b用于检测所述储能电容电压Vc输出电压状态信号Vs，所述电压状态信号Vs在所述储能电容电压Vc下降到小于所述下限阈值V1后切换为第一状态，在所述储能电容电压上升到大于所述上限阈值V2后切换为第二状态。
具体地，电压滞环比较电路24b可以包括电压检测电路和一个滞环比较器。电压检测电路用于检测所述储能电容两端电压获取电压检测信号Vfb。滞环比较器用于根据电压检测信号Vfb输出电压状态信号Vs。所述电压状态信号Vs在储能电容C0电压上升到大于上限阈值或下降到小于所述下限阈值进行状态切换，由第二状态切换为第一状态或由第一状态切换为第二状态。滞环比较器是指比较的正向、反向反转电压值不同的比较器。
第一控制器24c用于获取电池状态并对电池选择电路进行控制。具体地，第一控制器24c根据所有电池的状态控制电池选择电路将符合预定条件的电池连接到充放电端口cd，并输出第一电流参考信号Vref1和第二电流参考信号Vref2，其中，所述第一电流参考信号Vref1表征连接到充放电端口的电池的放电电流参考值，所述第二电流参考信号Vref2表征连接到充放电端口的电池的充电电流参考值。所述第一电流参考信号Vref1为正值，表示期望电流流入。按照该电流参考信号控制时，双向功率变换器22从电池获取电流向储能电容C0充电。所述第二电流参考信号Vref2为负值，表示期望电流流出，按照该电流参考信号控制时，双向功率变换器22从储能电容C0获取电流向电池充电。
第二控制器24d用于控制双向功率变换器，其根据电流检测信号Vi、第一电流参考信号Vref1、第二电流参考信号Vref2和电压状态信号Vs控制所述双向功率变换器。具体地，第二控制器24d可以用电压状态信号Vs控制用于进行控制的电流参考信号的切换，进而控制充放电方向的切换。
优选地，第二控制器24d在电压状态信号Vs为第一状态时(也即，储能电容电压Vc上升到上限阈值时)，以使得所述电流检测信号V1趋向于第一电流参考信号Vref1为目标控制所述双向功率变换器，在电压状态信号Vs为第二状态时(也即，储能电容电压Vc下降到下限阈值时)，以使得所述电流检测信号Vi趋向于所述第二电流参考信号Vref2为目标控制所述双向功率变换器。其中，第一电流参考信号Vref1为正值，第二电流参考信号Vref2为负值。
进一步地，第二控制器24e可以根据电流检测信号Vi和电流参考信号Vref1或Vref2以电流峰值控制方式生成控制信号Ctr2，控制双向功率变换器的功率开关的工作。
由此，通过第一控制器24c和第二控制器24d相互协作，对接入到充放电端口上需要进行放电的电池进行放电，将能量存储在储能电容中，再利用该存储的电能对接入到充放电端口上需要进行充电的电池充电，从而实现电量平衡。
优选地，第一控制器24c交替选取需要放电的电池和需要充电的电池连接到所述充放电端口cd。
进一步地，第一控制器24c交替选取荷电状态值(SOC,StateOfCharge)最大的电池和荷电状态值最小的电池连接到所述充放电端口cd。同时，第二控制器24d在所述电压状态信号Vs发生状态切换时切换作为控制目标的电流参考信号，使得功率变换器的工作状态随着电压状态信号的切换而切换。
在第二控制器24d切换作为控制目标的电流参考信号后，充放电端口的电流并不会立刻反向，而是逐渐回落到零，再反向向控制目标逼近。为了保证需要充电的电池一接入到电路中即进行充电，且需要放电的电池一接入到电路中即进行放电，第一控制器24c可以在所述电流检测信号Vi过零时控制所述电池选择电路切换连接到所述充放电端口的电池。这可以通过将电流检测信号Vi输出到第一控制器24c，由第一控制器24c进行过零检测实现。也可以由电流检测电路24a进行过零检测，将表征过零点的过零信号Vz输出到第一控制器24c实现。
由此，通过储能电容电压的状态控制双向功率变换器的控制目标的切换，通过电流过零控制电池的切换，可以最大限度地提高电量平衡效率，并保护电池。
图5是本发明实施例的电池电量平衡装置的工作波形图。
以下结合图5的示例性的工作波形图说明本发明实施例控制电路的工作。如图5所示，第一控制器24c通过电池检测电路检测电池的状态获取荷电状态值。在t0时刻，第一控制器24c控制电池选择电路21将荷电状态值最高的电池连接到充放电端口cd，此时，该荷电状态最高的电池所对应的第一开关和第二开关的控制信号Ctr1H为高电平。同时输出第一电流参考信号Vref1和第二电流参考信号Vref2。第一电流参考信号Vref1和第二电流参考信号Vref2可以根据当前接入的电池的相关参数由第一控制器24c确定。在图5中，t0时刻以后，第二控制器24d以第一电流参考信号Vref1为控制目标，控制双向功率变换器22将该电池作为双向功率变换器的输入源，给储能电容C0充电，储能电容电压Vc逐步上升。
在t1时刻，储能电容电压Vc上升到上限阈值，由此，电压滞环比较电路24b输出的电压状态信号Vs切换到第二状态，此时第二控制器24d首先切换到以第二电流参考信号Vref2为控制目标，电感电流随之由第一电流参考信号对应的电流值附近开始下降以趋向于第二电流参考信号Vref2。在电感电流减小过程中，仍然有电流流入储能电容C0，储能电容C0的电压Vc还会继续上升一小段。
在t2时刻，电感电流减小到零，此时，第一控制器24c将荷电状态值最低的电池连接到充放电端口。此时，该荷电状态最低的电池所对应的第一开关和第二开关的控制信号Ctr1L为高电平。此时，电池作为双向功率变换器的负载，由储能电容经变换器给电池充电，电感电流反向，储能电容电压Vc逐渐下降。由此，储能电容电压Vc被限制在预定的范围内。
在t3时刻，表征电感电流的电流检测信号Vi达到第二电流参考信号Vref2，进入反向的峰值电流控制阶段。
在t4时刻，储能电容电压Vc值下降到下限阈值V2，此时根据电池状态选择新的荷电状态最高的电池接入双向功率变换器进行下一个循环的电池电量平衡操作。由此，储能电容电压Vc被限制在预定的范围内。
优选地，本实施例的电池电量平衡装置还可以包括分流电路25，其与所述储能电容C0并联，用于受控地对储能电容进行放电。
其中，控制电路24用于在当前连接到充放电端口处于充电状态的电池的荷电状态或充电电流状态满足分流条件时控制所述分流电路对储能电容进行放电。所述分流条件可以为所述电池的荷电状态值高于预定阈值或所述电池的充电电流值高于预定阈值。
具体地，分流电路25包括串联连接的电阻R和开关Q3。所述开关Q3可以为MOS管、三极管或其它受控的半导体开关器件。控制电路24的第一控制器24c根据电池状态控制开关Q3导通或关断，从而对储能电容进行放电分流。由此，可以有效防止对于电池过充，延长电池寿命。
优选地，本实施例的电池电量平衡装置还可以包括箝位电路26，所述箝位电路26连接在充放电端口，在电池切换的死区时间内为电感电流提供续流回路。具体地，箝位电路包括电容C1、二极管D1、二极管D2和稳压二极管Z1。其中，电容C1、二极管D1分别连接在充放电端口，而二极管D2和稳压二极管Z1串联连接在充放电端口。反并二极管D1提供正向电感电流续流回路。二极管D2和稳压二极管Z1提供反向电感电流的续流回路。
由此，通过将状态符合预定条件的电池连接到充放电端口，进而基于储能电容的储能通过双向功率变换器对所述接入到充放电端口的电池进行充电或放电，以保持储能电容电压在预定范围内波动，可以以单级功率变换器和较为简单的电路实现在多个电池之间自由进行电量平衡。
图6是本发明另一个实施例的电池电量平衡装置的控制电路的电路图。
如图6所示，控制电路24’包括电流检测电路24a、电压滞环比较电路24b、第一控制器24c’和第二控制器24d’。
电流检测电路24a和电压滞环比较电路24b与上一实施例类似，再此不再赘述。
上一实施例中，第一控制器24c生成两个电流参考信号Vref1和Vref2输出到第二控制器24d，由第二控制器24d根据电压状态信号Vs选择其中之一作为控制目标来生成控制双向功率变换器的控制信号Ctr2。
而在本实施例中，第一控制器24c’仅输出一个电流参考信号Vref到第二控制器24d’，第二控制器24d’以该电流参考信号Vref为控制目标，控制双向功率变换器以使得电流检测信号Vi趋向于电流参考信号Vref。
同时，第一控制器24c’根据电压状态信号Vs对电流参考信号Vref的值进行切换，在电压状态信号Vs为第一状态时(也即储能电容电压下降到下限阈值)输出为第一值的电流参考信号Vref，在电压状态信号Vs为第二状态时(也即储能电容电压Vc上升到上限阈值)输出为第二值的电流参考信号Vref。所述第一值为连接到充放电端口的电池的放电电流参考值，所述第二值为连接到充放电端口的电池的充电电流参考值。
也就是说，在本实施例中，根据电压状态信号Vs对控制目标的切换由第一控制器24c’完成。对应地，电压滞环比较电路24b将电压状态信号Vs输出到第一控制器24c’。
优选地，第一控制器24c’交替选取需要放电的电池和需要充电的电池连接到所述充放电端口cd。
进一步地，第一控制器24c’交替选取荷电状态值(SOC,StateOfCharge)最大的电池和荷电状态值最小的电池连接到所述充放电端口cd。
在第一控制器24c’切换作为控制目标的电流参考信号值后，充放电端口的电流并不会立刻反向，而是逐渐回落到零，再反向向控制目标逼近。为了保证需要充电的电池一接入到电路中即进行充电，且需要放电的电池一接入到电路中即进行放电，第一控制器24c’可以在所述电流检测信号Vi过零时控制所述电池选择电路切换连接到所述充放电端口的电池。这可以通过将电流检测信号Vi输出到第一控制器24c’，由第一控制器24c’进行过零检测实现。也可以由电流检测电路24a进行过零检测，将表征过零点的过零信号Vz输出到第一控制器24c’实现。
图7是本发明另一个实施例的电池电量平衡装置的工作波形图。
如图7所示，第一控制器24c’通过电池检测电路检测电池的状态获取荷电状态值。在t0时刻，第一控制器24c’控制电池选择电路21将荷电状态值最高的电池连接到充放电端口cd，此时，该荷电状态最高的电池所对应的第一开关和第二开关的控制信号Ctr1H为高电平。同时输出具有第一值的电流参考信号Vref。电流参考信号Vref的值可以根据当前接入的电池的相关参数由第一控制器24c确定。在图7中，t0时刻以后，第二控制器24d’以具有第一值的电流参考信号Vref为控制目标，控制双向功率变换器22将该电池作为双向功率变换器的输入源，给储能电容C0充电，储能电容电压Vc逐步上升。
在t1时刻，储能电容电压Vc上升到上限阈值V1，由此，电压滞环比较电路24b输出的电压状态信号Vs切换到第二状态，此时第一控制器24c’将电流参考信号Vref切换为第二值输出到第二控制器24d’。电感电流随之由第一值所对应的电流值附近开始下降以趋向于第二值。同时，在电感电流减小过程中，仍然有电流流入储能电容C0，储能电容C0的电压Vc还会继续上升一小段。
在t2时刻，电感电流减小到零，此时，第一控制器24c’将荷电状态值最低的电池连接到充放电端口。该荷电状态最低的电池所对应的第一开关和第二开关的控制信号Ctr1L为高电平。此时，电池作为双向功率变换器的负载，由储能电容经变换器给电池充电，电感电流反向，储能电容电压Vc逐渐下降。由此，储能电容电压Vc被限制在预定范围内。
在t3时刻，表征电感电流的电流检测信号Vi达到第二值，进入反向的峰值电流控制阶段。
在t4时刻，储能电容电压Vc值下降到下限阈值V2，此时根据电池状态选择新的荷电状态最高的电池接入双向功率变换器进行下一个循环的电池电量平衡操作。由此，储能电容电压Vc被限制在预定范围内。
由此，本实施例可以使用现有的双向功率变换器控制电路，而不必进行重新设计，可以通过增设的第一控制器来实现电池均衡管理。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电池电量平衡装置，包括：
电池选择电路，与N个电池连接，用于将所述N个电池之一连接到充放电端口，N为大于1的整数；
储能电容；
双向功率变换器，第一端口与所述充放电端口连接，第二端口与所述储能电容连接；
N个电池检测电路，与所述N个电池对应设置，用于检测对应的电池的状态；以及
控制电路，控制电池选择电路将状态符合预定条件的电池连接到充放电端口，并以保持所述储能电容电压在预定范围内波动的方式控制所述双向功率变换器对连接到充放电端口的电池进行放电或者充电。
2.根据权利要求1所述的电池电量平衡装置，其特征在于，所述电池选择电路包括：
N个第一开关，每个第一开关一端与对应的电池的阳极连接，另一端与所述充放电端口的第一端连接，根据所述控制电路控制导通或关断；以及
N个第二开关，每个第二开关一端与对应的电池的阴极连接，另一端与所述充放电端口的第二端连接，根据所述控制电路控制导通或关断。
3.根据权利要求2所述的电池电量平衡装置，其特征在于，第2-第N个第一开关包括反向串联的两个MOS晶体管；
第1至第N-1个第二开关包括反向串联的两个MOS晶体管。
4.根据权利要求1所述的电池电量平衡装置，其特征在于，所述控制电路包括：
电流检测电路，用于检测流过所述充放电端口一端的电流获取电流检测信号；
电压滞环比较电路，用于检测所述储能电容电压输出电压状态信号，所述电压状态信号在所述储能电容电压下降到小于下限阈值后切换为第一状态，在所述储能电容电压上升到大于上限阈值后切换为第二状态；
第一控制器，根据所述电池的状态控制电池选择电路将符合预定条件的电池连接到充放电端口，并输出第一电流参考信号和第二电流参考信号，其中，所述第一电流参考信号表征连接到充放电端口的电池的放电电流参考值，所述第二电流参考信号表征连接到充放电端口的电池的充电电流参考值；
第二控制器，用于根据所述电流检测信号、所述第一电流参考信号、所述第二电流参考信号和所述电压状态信号控制所述双向功率变换器。
5.根据权利要求4所述的电池电量平衡装置，其特征在于，所述第二控制器在所述电压状态信号为第一状态时，以使得所述电流检测信号趋向于所述第一电流参考信号为目标控制所述双向功率变换器，在所述电压状态信号为第二状态时，以使得所述电流检测信号趋向于所述第二电流参考信号为目标控制所述双向功率变换器。
6.根据权利要求1所述的电池电量平衡装置，其特征在于，所述控制电路包括：
电流检测电路，用于检测流过所述充放电端口一端的电流获取电流检测信号；
电压滞环比较电路，用于检测所述储能电容电压输出电压状态信号，所述电压状态信号在所述储能电容电压下降到小于下限阈值后切换为第一状态，在所述储能电容电压上升到大于上限阈值后切换为第二状态；
第一控制器，根据所述电池的状态控制电池选择电路将符合预定条件的电池连接到充放电端口，并根据所述电压状态信号输出电流参考信号；
第二控制器，以使得所述电流检测信号趋向于所述电流参考信号为目标控制所述双向功率变换器。
7.根据权利要求6所述的电池电量平衡装置，其特征在于，所述第一控制器在电流状态信号为第一状态时输出具有第一值的电流参考信号，在电流状态为第二状态时输出具有第二值的电流参考信号，所述第一值为连接到充放电端口的电池的放电电流参考值，所述第二值为连接到充放电端口的电池的充电电流参考值。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的电池电量平衡装置，其特征在于，所述第一控制器交替选取需要放电的电池和需要充电的电池连接到所述充放电端口。
9.根据权利要求4至7中任一项所述的电池电量平衡装置，其特征在于，所述第一控制器在所述电流检测信号过零时控制所述电池选择电路切换连接到所述充放电端口的电池。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的电池电量平衡装置，其特征在于，所述电池电量平衡装置还包括：
分流电路，与所述储能电容并联，用于受控地对储能电容进行放电；
其中，所述控制电路用于在当前连接到充放电端口处于充电状态的电池的荷电状态值或充电电流状态满足分流条件时控制所述分流电路对储能电容进行放电。
11.根据权利要求10所述的电池电量平衡装置，其特征在于，所述分流电路包括串联连接的电阻和开关。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的电池电量平衡装置，其特征在于，所述电池电量平衡装置还包括：
箝位电路，连接在所述充放电端口。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102236384B1 (ko) 2017-10-27 2021-04-05 주식회사 엘지화학 배터리 밸런싱을 위한 장치 및 그것을 포함하는 배터리팩
GB2576699A (en) * 2018-08-09 2020-03-04 Zapgo Ltd Charging a capacitor from a battery
US11264810B2 (en) * 2019-03-21 2022-03-01 StoreDot Ltd. Balancing charging of lithium ion batteries by a switching circuitry
US11474547B2 (en) * 2020-02-14 2022-10-18 Intel Corporation Apparatus and method of balancing input power from multiple sources
DE102020204400A1 (de) 2020-04-03 2021-10-07 Volkswagen Aktiengesellschaft Umladevorrichtung, Verfahren zum Betrieb einer Umladevorrichtung und Fahrzeug
CN112737010B (zh) * 2020-12-15 2022-09-06 杭州高特电子设备股份有限公司 一种锂离子动力电池均衡效果评价系统及其方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102170029A (zh) * 2011-03-29 2011-08-31 哈尔滨工业大学 能量转移型的动力电池组快速均衡系统及控制方法
CN102301560A (zh) * 2009-01-30 2011-12-28 Sk新技术 用于串联连接的电池组的均衡充电设备及方法
JP2013013291A (ja) * 2011-06-30 2013-01-17 Hitachi Ltd 電池間電圧均等化回路

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7081737B2 (en) * 2003-06-19 2006-07-25 O2Micro International Limited Battery cell monitoring and balancing circuit
US20050077875A1 (en) 2003-10-14 2005-04-14 Bohley Thomas K. Battery cell balancing circuit
EP2460255B1 (en) * 2009-07-31 2016-09-21 Thermo King Corporation Bi-directional battery voltage converter
US8432104B2 (en) 2010-12-09 2013-04-30 Delta Electronics, Inc. Load current balancing circuit
CN103018680B (zh) 2012-12-11 2014-07-16 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种电池电量计量方法、计量装置以及电池供电设备

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102301560A (zh) * 2009-01-30 2011-12-28 Sk新技术 用于串联连接的电池组的均衡充电设备及方法
CN102170029A (zh) * 2011-03-29 2011-08-31 哈尔滨工业大学 能量转移型的动力电池组快速均衡系统及控制方法
JP2013013291A (ja) * 2011-06-30 2013-01-17 Hitachi Ltd 電池間電圧均等化回路

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