CN107508356A - 电池能量均衡装置、均衡系统及均衡方法 - Google Patents

电池能量均衡装置、均衡系统及均衡方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种电池能量均衡装置、均衡系统及均衡方法。该电池能量均衡装置包括：第一全桥模块、第二全桥模块、变压模块、谐振模块和控制模块。其中，第一全桥模块分别与待均衡电池、变压模块和控制模块相连；第二全桥模块分别与变压模块、谐振模块、控制模块和母线相连；变压模块还分别与谐振模块和控制模块相连；控制模块还与母线相连，用于通过控制第一全桥模块和第二全桥模块，对待均衡电池能量进行均衡。本发明实施例的电池能量均衡装置、均衡系统及均衡方法，能够实现能量的双向传递、信号隔离、低输入输出纹波，提高电池能量均衡效率。

Description

电池能量均衡装置、均衡系统及均衡方法
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种电池能量均衡装置、均衡系统及均衡方法。
背景技术
电池能量均衡是利用电力电子技术，使锂电子电池单体电压保持在预期的范围内，从而保证每个单体电池在正常使用时保持相同状态，以避免过充、过放的发生。若不进行均衡控制，随着充放电循环的增加，各单体电池电压逐渐分化，使用寿命将大大缩减。
现有的电池能量均衡的方案分为消耗性和能量回馈性两种。
消耗性方案是在电池两端并联开关和电阻，当串联电池中的一节电池的电压较高，而其他电池的电压较低时，用电阻消耗掉该电池的能量。该方案结构简单，但是效率较低，并且不能对电池放电时进行能量均衡。
能量回馈性方案是当充电时有电池的电压较高或者放电时有电池的电压较低时，通过电路将能量送回母线或者从母线吸收电能，实现电池能量均衡。其中，母线指用高导电率的铜(铜排)、铝质材料制成的，用以传输电能，具有汇集和分配电力能力的产品。现有的能量回馈性方案多采用反激电路。采用反激电路的能量回馈性方案结构也简单，但是效率较低。
综上，在现有技术中存在电池能量均衡效率低的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种电池能量均衡装置、均衡系统及均衡方法，能够提高电池能量均衡效率。
一方面，本发明实施例提供了一种电池能量均衡装置，包括：第一全桥模块、第二全桥模块、变压模块、谐振模块和控制模块。
其中，第一全桥模块分别与待均衡电池、变压模块和控制模块相连；第二全桥模块分别与变压模块、谐振模块、控制模块和母线相连；变压模块还分别与谐振模块和控制模块相连；控制模块还与母线相连，用于通过控制第一全桥模块和第二全桥模块，对待均衡电池能量进行均衡。
在本发明的一个实施例中，第一全桥模块包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；第二全桥模块包括：第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；变压模块包括：变压器；谐振模块包括：电容、第一电感和第二电感；控制模块包括：控制器。
在本发明的一个实施例中，控制模块还包括：驱动器；控制器通过驱动器控制八个开关管的开关状态，对待均衡电池能量进行均衡。
在本发明的一个实施例中，控制器还用于：
依据母线的额定电压、谐振模块的谐振频率和允许通过电容的最大电流，确定电容参数；
依据电容参数以及谐振频率，确定第二电感参数；
依据谐振频率、母线的额定电压、待均衡电池的额定电压、变压器的变压比和第二电感参数，确定第一电感参数。
在本发明的一个实施例中，控制器具体用于：
采集母线两端的第一电压以及采集变压器的第一目标端和第二目标端两端的第二电压，其中，第一目标端为变压器与电容的连接端，第二目标端为变压器与第七开关管的连接端；
若第一电压与第二电压的电压差大于第一预设高压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使母线的能量传递到待均衡电池；
若第一电压与第二电压的电压差小于第一预设低压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使待均衡电池的能量传递到母线；
若第一电压与第二电压的电压差在第一预设低压滞环值和第一预设高压滞环值范围内时，停止对待均衡电池能量进行均衡。
在本发明的一个实施例中，控制器具体用于：
采集待均衡电池两端的第三电压；
若第三电压大于第二预设高压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使待均衡电池的能量传递到母线；
若第三电压小于第二预设低压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使母线的能量传递到待均衡电池；
若第三电压在第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值范围内时，停止对待均衡电池能量进行均衡。
在本发明的一个实施例中，控制模块还包括：比较器。
比较器，用于采集待均衡电池两端的第三电压，比较第三电压分别与第二预设高压启动值、第二预设低压启动值、第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值大小，将比较结果发送给控制器；
控制器，具体用于：
若比较结果为第三电压大于第二预设高压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使待均衡电池的能量传递到母线；
若比较结果为第三电压小于第二预设低压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使母线的能量传递到待均衡电池；
若比较结果为第三电压在第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值范围内时，停止对待均衡电池能量进行均衡。
在本发明的一个实施例中，控制模块还包括：信号隔离器。
另一方面，本发明实施例提供了一种电池能量均衡系统，包括N个上述的电池能量均衡装置，其中，N为自然数。
在本发明的一个实施例中，电池能量均衡系统还包括：通信总线，
电池能量均衡装置与通信总线相连，用于N个电池能量均衡装置进行待均衡电池能量信息的相互交换。
在本发明的一个实施例中，电池能量均衡系统还包括：总控制器。
总控制器与通信总线相连，用于控制N个电池能量均衡装置对各自连接的待均衡电池能量进行均衡。
在本发明的一个实施例中，电池能量均衡系统还包括：母线。
母线与N个电池能量均衡装置相连，用于待均衡电池能量均衡。
再一方面，本发明实施例提供了一种电池能量均衡方法，应用于上述电池能量均衡装置；方法包括：
采集母线两端的第一电压以及采集第一目标端和第二目标端两端的第二电压，其中，第一目标端为变压模块和谐振模块的连接端，第二目标端为变压模块和第二全桥模块的连接端；
若第一电压与第二电压的电压差大于第一预设高压启动值，则控制第一全桥模块和第二全桥模块的通断状态，使母线的能量传递到待均衡电池；
若第一电压与第二电压的电压差小于第一预设低压启动值，则控制第一全桥模块和第二全桥模块的通断状态，使待均衡电池的能量传递到母线；
若第一电压与第二电压的电压差在第一预设低压滞环值和第一预设高压滞环值范围内时，则控制第一全桥模块和第二全桥模块的通断状态，停止对待均衡电池能量进行均衡。
在本发明的一个实施例中，方法还包括：
采集待均衡电池两端的第三电压；
若第三电压大于第二预设高压启动值，则控制第一全桥模块和第二全桥模块的通断状态，使待均衡电池的能量传递到母线；
若第三电压小于第二预设低压启动值，则控制第一全桥模块和第二全桥模块的通断状态，使母线的能量传递到待均衡电池；
若第三电压在第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值范围内时，则控制第一全桥模块和第二全桥模块的通断状态，停止对待均衡电池能量进行均衡。
本发明实施例的电池能量均衡装置、均衡系统及均衡方法，能够提高电池能量均衡效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例提供的电池能量均衡装置的第一种结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的电池能量均衡装置的第二种结构示意图；
图3示出了本发明实施例提供的电池能量均衡装置的第三种结构示意图；
图4示出了本发明实施例提供的电池能量均衡装置的第四种结构示意图；
图5示出了本发明实施例提供的电池能量均衡装置的第五种结构示意图；
图6示出了本发明实施例提供的电池能量均衡装置的第六种结构示意图；
图7示出了本发明实施例提供的电池能量均衡系统的第一种结构示意图；
图8示出了本发明实施例提供的电池能量均衡系统的第二种结构示意图；
图9示出了本发明实施例提供的电池能量均衡系统的第三种结构示意图；
图10示出了本发明实施例提供的电池能量均衡系统的第四种结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，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描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种电池能量均衡装置、均衡系统及均衡方法。下面首先对本发明实施例所提供的电池能量均衡装置进行介绍。
如图1所示，图1示出了本发明实施例提供的电池能量均衡装置的第一种结构示意图。其可以包括：第一全桥模块101、第二全桥模块102、变压模块103、谐振模块104和控制模块105。其中，
第一全桥模块101分别与待均衡电池200、变压模块103和控制模块105相连。
第二全桥模块102分别与变压模块103、谐振模块104、控制模块105和母线300相连。
变压模块103还分别与谐振模块104和控制模块105相连。
控制模块105还与母线300相连，用于通过控制第一全桥模块101和第二全桥模块102，对待均衡电池200能量进行均衡。
在本发明的一个实施例中，控制模块105可以采集母线300两端的第一电压以及采集第一目标端和第二目标端两端的第二电压，其中，第一目标端为变压模块103和谐振模块104的连接端，第二目标端为变压模块103和第二全桥模块102的连接端。
若第一电压与第二电压的电压差大于第一预设高压启动值，则控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，使母线300的能量传递到待均衡电池200。
若第一电压与第二电压的电压差小于第一预设低压启动值，则控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，使待均衡电池200的能量传递到母线300。
若第一电压与第二电压的电压差在第一预设低压滞环值和第一预设高压滞环值范围内时，则控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，停止对待均衡电池能量进行均衡。
可以理解的是，本发明实施例的第一预设高压启动值、第一预设低压启动值、第一预设低压滞环值和第一预设高压滞环值的大小关系为：
第一预设高压启动值>第一预设高压滞环值>第一预设低压滞环值>第一预设低压启动值。
示例性的，假设第一预设高压启动值为7伏，第一预设低压启动值为1伏，第一预设低压滞环值为3伏，第一预设高压滞环值为5伏。
当第一电压与第二电压的电压差大于7伏时，此时表示待均衡电池200能量较低，则控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，使母线300的能量传递到待均衡电池200，待均衡电池200从母线300中吸收能量，实现待均衡电池200能量均衡。
在母线300传递能量到待均衡电池200过程中，当采集到的第一电压与第二电压的电压差在3伏至5伏之间时，则控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，停止母线300的能量传递到待均衡电池200，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
当第一电压与第二电压的电压差小于1伏时，此时表示待均衡电池200能量较高，则控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，使待均衡电池200的能量传递到母线300，母线300从待均衡电池200中吸收能量，实现待均衡电池200能量均衡。
在待均衡电池200传递能量到母线300过程中，当采集到的第一电压与第二电压的电压差在3伏至5伏之间时，则控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，停止待均衡电池200的能量传递到母线300，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
本发明实施例的控制模块105采集母线300两端的第一电压以及采集第一目标端和第二目标端两端的第二电压，依据第一电压和第二电压，控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，对待均衡电池200能量进行均衡可以被称之为随时均衡法，本发明实施例的随时均衡法能够减少电池能量均衡装置启动时的冲击电流。
在本发明的一个实施例中，控制模块105可以采集待均衡电池200两端的第三电压。
若第三电压大于第二预设高压启动值，则控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，使待均衡电池200的能量传递到母线300。
若第三电压小于第二预设低压启动值，则控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，使母线300的能量传递到待均衡电池200。
若第三电压在第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值范围内时，则控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
可以理解的是，本发明实施例的第二预设高压启动值、第二预设低压启动值、第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值的大小关系为：
第二预设高压启动值>第二预设高压滞环值>第二预设低压滞环值>第二预设低压启动值。
示例性的，假设第二预设高压启动值为7伏，第二预设低压启动值为1伏，第二预设低压滞环值为3伏，第二预设高压滞环值为5伏。
当采集到的第三电压大于7伏时，此时表示待均衡电池200能量较高，则依据八个开关管的开关频率，控制八个开关管的开关状态，使待均衡电池200的能量传递到母线300，母线300从待均衡电池200中吸收能量，实现待均衡电池200能量均衡。
在待均衡电池200传递能量到母线300过程中，当采集到的第三电压在3伏至5伏之间时，关闭八个开关管，停止待均衡电池200的能量传递到母线300，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
当采集到的第三电压小于1伏时，此时表示待均衡电池200能量较低，则依据八个开关管的开关频率，控制八个开关管的开关状态，使母线300的能量传递到待均衡电池200，待均衡电池200从母线300中吸收能量，实现待均衡电池200能量均衡。
在母线300传递能量到待均衡电池200过程中，当采集到的第三电压在3伏至5伏之间时，关闭八个开关管，停止母线300的能量传递到待均衡电池200，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
本发明实施例的控制模块105采集待均衡电池200两端的第三电压，依据第三电压，控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，对待均衡电池200能量进行均衡可以被称之为终值均衡法，本发明实施例的终值均衡法采样简单。
在本发明的一个实施例中，第一全桥模块101可以包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4；第二全桥模块102可以包括：第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8；变压模块103可以包括：变压器T；谐振模块104可以包括：电容C、第一电感Lm和第二电感Ln；控制模块105包括：控制器。
各器件连接关系如图2所示。图2示出了本发明实施例提供的电池能量均衡装置的第二种结构示意图。
其中，Q1和Q3的输入端与待均衡电池200正极相连。
Q 2和Q4的输出端与待均衡电池200负极相连。
Q1和Q3的输出端分别与Q2和Q4的输入端相连。
Q5和Q7的输入端与母线300的高压端相连。
Q6和Q8的输出端与母线300的低压端相连。
Q5和Q7的输出端分别与Q6和Q8的输入端相连。
Lm的两端分别与Q5和Q7的输出端相连。
C的正极通过Ln与Q5的输出端相连。
T的第一端和第二端分别与Q1的输出端和Q3的输出端相连。
T的第三端分别与C的负极和控制器相连。
T的第四端分别与Q7的输出端和控制器相连。
控制器分别与T的第三端、T的第四端、母线300的高压端、母线300的低压端、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7和Q8相连，用于控制上述八个开关管的开关状态，对待均衡电池200能量进行均衡。
为了便于清晰展示出本发明实施例提供的电池能量均衡装置的结构。本发明图2所示实施例并未绘制出控制器与上述八个开关管连接的线条，而是用图2中驱动器处向上的“箭头”代表控制器与上述八个开关管的连接关系。
由图2可以看出，本发明实施例所示的电池能量均衡装置结构为全桥双向串联谐振拓扑结构。
当上述八个开关管的开关频率fs均等于谐振频率f0时，待均衡电池200到母线300的功率与母线300两端电压和变压器T第三端和第四端两端的电压的电压差Δu成正比。当参数设计合理时，这个比例非常高。这就使得即使有很小的电压差，也能产生较大的功率。其中，
其中，Ln为第二电感，C为电容，Icmax为允许通过电容C的最大电流，Ucmax为电容C两极间的最大电压，e为自然常数，R为谐振电路中开关管和电感的寄生电阻之和，f0为谐振频率。
在本发明的一个实施例中，控制器还可以用于：
依据母线的额定电压、谐振模块的谐振频率和允许通过电容的最大电流，确定电容参数；
依据电容参数以及谐振频率，确定第二电感参数；
依据谐振频率、母线的额定电压、待均衡电池的额定电压、变压器的变压比和第二电感参数，确定第一电感参数。
示例性的，假设母线的额定电压为U1、谐振频率为f0、允许通过电容C的最大电流为Icmax，电容C两极间的最大电压为Ucmax，待均衡电池的额定电压为U2，变压器的变压比为n。
则依据电容C两极间的最大电压Ucmax、允许通过电容C的最大电流Icmax和谐振频率f0可以确定出：
通常情况下，Ucmax＝0.8*U1。
进而依据确定出的电容C和谐振频率f0可以确定出：
进而依据确定出的Ln，可以确定出Lm的自感电流：
其中，Cigbt为开关管的寄生电容。
进而依据待均衡电池的额定电压U2、变压器的变压比n、谐振频率f0和Lm的自感电流ILm，可以确定出：
在本发明的一个实施例中，由于电池电压通常较低，谐振电路中寄生电阻对谐振影响显著，因此需要校正参数以保证f0*Ln>R，其中，R为谐振电路中开关管和电感的寄生电阻之和。
在本发明的一个实施例中，控制模块105采集母线300两端的第一电压以及采集第一目标端和第二目标端两端的第二电压，依据第一电压和第二电压，控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，对待均衡电池200能量进行均衡。可以通过控制模块105包括的控制器实现。
具体的，控制器采集母线300两端的第一电压以及采集变压器T的第一目标端和第二目标端两端的第二电压，其中，第一目标端为变压器T与电容C的连接端，第二目标端为变压器T与第七开关管Q7的连接端。
若第一电压与第二电压的电压差大于第一预设高压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使母线300的能量传递到待均衡电池200；
若第一电压与第二电压的电压差小于第一预设低压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使待均衡电池200的能量传递到母线300；
若第一电压与第二电压的电压差在第一预设低压滞环值和第一预设高压滞环值范围内时，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
可以理解的是，上述的第一目标端为变压器T的第三端，上述的第一目标端为变压器T的第四端。
示例性的，假设第一预设高压启动值为7伏，第一预设低压启动值为1伏，第一预设低压滞环值为3伏，第一预设高压滞环值为5伏。
当控制器采集到的第一电压与第二电压的电压差大于7伏时，此时表示待均衡电池200能量较低，则控制器依据八个开关管的开关频率，控制八个开关管的开关状态，使母线300的能量传递到待均衡电池200，待均衡电池200从母线300中吸收能量，实现待均衡电池200能量均衡。
在母线300传递能量到待均衡电池200过程中，当控制器采集到的第一电压与第二电压的电压差在3伏至5伏之间时，控制器关闭八个开关管，停止母线300的能量传递到待均衡电池200，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
当控制器采集到的第一电压与第二电压的电压差小于1伏时，此时表示待均衡电池200能量较高，则控制器依据八个开关管的开关频率，控制八个开关管的开关状态，使待均衡电池200的能量传递到母线300，母线300从待均衡电池200中吸收能量，实现待均衡电池200能量均衡。
在待均衡电池200传递能量到母线300过程中，当控制器采集到的第一电压与第二电压的电压差在3伏至5伏之间时，控制器关闭八个开关管，停止待均衡电池200的能量传递到母线300，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
在本发明的一个实施例中，在电池能量均衡装置未工作时，可以每隔一段时间给Q1和Q4一个用于导通的短脉冲，然后对变压器T的第三端和第四端两端的电压进行采集，得到上述第二电压。
在本发明的一个实施例中，在电池能量均衡装置工作时，直接对变压器的第三端和第四端两端的电压进行采集，即可得到上述第二电压。
在本发明的一个实施例中，控制器还可以待均衡电池200的两端相连，如图3所示。图3示出了本发明实施例提供的电池能量均衡装置的第三种结构示意图。
在本发明图3所示实施例中，控制模块105采集待均衡电池200两端的第三电压，依据第三电压，控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，对待均衡电池200能量进行均衡。可以通过控制模块105包括的控制器实现。
具体的，控制器采集待均衡电池200两端的第三电压。
若第三电压大于第二预设高压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使待均衡电池200的能量传递到母线300。
若第三电压小于第二预设低压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使母线300的能量传递到待均衡电池200。
若第三电压在第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值范围内时，关闭八个开关管，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
示例性的，假设第二预设高压启动值为7伏，第二预设低压启动值为1伏，第二预设低压滞环值为3伏，第二预设高压滞环值为5伏。
当控制器采集到的第三电压大于7伏时，此时表示待均衡电池200能量较高，则控制器依据八个开关管的开关频率，控制八个开关管的开关状态，使待均衡电池200的能量传递到母线300，母线300从待均衡电池200中吸收能量，实现待均衡电池200能量均衡。
在待均衡电池200传递能量到母线300过程中，当控制器采集到的第三电压在3伏至5伏之间时，控制器关闭八个开关管，停止待均衡电池200的能量传递到母线300，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
当控制器采集到的第三电压小于1伏时，此时表示待均衡电池200能量较低，则控制器依据八个开关管的开关频率，控制八个开关管的开关状态，使母线300的能量传递到待均衡电池200，待均衡电池200从母线300中吸收能量，实现待均衡电池200能量均衡。
在母线300传递能量到待均衡电池200过程中，当控制器采集到的第三电压在3伏至5伏之间时，控制器关闭八个开关管，停止母线300的能量传递到待均衡电池200，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
在本发明的一个实施例中，控制模块105还可以包括：比较器，如图4所示，图4示出了本发明实施例提供的电池能量均衡装置的第四种结构示意图。本发明图4所示实施例在图3所示实施例的基础上，增加比较器。
其中，比较器分别与待均衡电池200的两端以及控制器相连。
在本发明图4所示实施例中，控制模块105采集待均衡电池200两端的第三电压，依据第三电压，控制第一全桥模块101和第二全桥模块102的通断状态，对待均衡电池200能量进行均衡。可以通过控制模块105包括的控制器和比较器配合实现。
具体的，比较器采集待均衡电池200两端的第三电压，比较第三电压分别与第二预设高压启动值、第二预设低压启动值、第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值大小，将比较结果发送给控制器。
控制器接收比较器发送的比较结果，依据比较结果，控制八个开关管的开关状态，对待均衡电池200能量进行均衡。
具体的，若比较结果为第三电压大于第二预设高压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使待均衡电池200的能量传递到母线300。
若比较结果为第三电压小于第二预设低压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使母线300的能量传递到待均衡电池200。
若比较结果为第三电压在第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值范围内时，关闭八个开关管，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
示例性的，假设第二预设高压启动值为7伏，第二预设低压启动值为1伏，第二预设低压滞环值为3伏，第二预设高压滞环值为5伏。
假设比较器采集到的第三电压大于7伏时，通过与上述第二预设高压启动值、第二预设低压启动值、第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值比较之后，将比较结果“待均衡电池200两端的电压大于第二预设高压启动值”发送给控制器。控制器在接收到该比较结果后，依据比较结果，确定出待均衡电池200能量较高，则依据八个开关管的开关频率，控制八个开关管的开关状态，使待均衡电池200的能量传递到母线300，母线300从待均衡电池200中吸收能量，实现待均衡电池200能量均衡。
在待均衡电池200传递能量到母线300过程中，比较器采集到的第二电压在3伏至5伏之间时，通过与上述第二预设高压启动值、第二预设低压启动值、第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值比较之后，将比较结果“待均衡电池200两端的电压在第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值之间”发送给控制器。控制器在接收到该比较结果后，关闭八个开关管，停止待均衡电池200的能量传递到母线300，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
假设比较器采集到的第三电压小于1伏时，通过与上述第二预设高压启动值、第二预设低压启动值、第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值比较之后，将比较结果“待均衡电池200两端的电压小于第二预设低压启动值”发送给控制器。控制器在接收到该比较结果后，依据比较结果，确定出待均衡电池200能量较低，则依据八个开关管的开关频率，控制八个开关管的开关状态，使母线300的能量传递到待均衡电池200，待均衡电池200从母线300中吸收能量，实现待均衡电池200能量均衡。
在母线300的能量传递到待均衡电池200过程中，比较器采集到的第三电压在3伏至5伏之间时，通过与上述第二预设高压启动值、第二预设低压启动值、第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值比较之后，将比较结果“待均衡电池200两端的电压在第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值之间”发送给控制器。控制器在接收到该比较结果后，关闭八个开关管，停止待均衡电池200的能量传递到母线300，停止对待均衡电池200能量进行均衡。
通常情况下，比较器并不将比较结果直接发送给控制器，而是仅将代表比较结果的信号发送给控制器。比如：代表比较结果“待均衡电池200两端的电压大于第二预设高压启动值”的信号为x信号；代表比较结果“待均衡电池200两端的电压小于第二预设低压启动值”的信号为y信号；代表比较结果“待均衡电池200两端的电压在第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值之间”的信号为z信号。控制器在接到信号后，依据接收到的信号代表的比较结果，控制八个开关管的开关状态，对待均衡电池200能量进行均衡。
但是，信号在传输过程中会受到各种各样的干扰，为了保证信号稳定以及控制器接收到信号的准确性。在本发明的一个实施例中，控制模块105还可以包括：信号隔离器，如图5所示，图5示出了本发明实施例提供的电池能量均衡装置的第五种结构示意图。本发明图5所示实施例在图4所示实施例的基础上，增加信号隔离器。
其中，信号隔离器的两端分别与控制器和比较器连接，用于保证信号稳定以及控制器接收到信号的准确性。
在本发明的一个实施例中，控制模块进一步包括驱动器，驱动器与八个开关管以及控制器连接，控制器通过驱动器控制八个开关管的开关状态。如图6所示。图6示出了本发明实施例提供的电池能量均衡装置的第六种结构示意图。
为了便于清晰展示出本发明实施例提供的电池能量均衡装置的结构。本发明图6所示实施例并未绘制出驱动器与上述八个开关管连接的线条，而是用图6中驱动器处向上的“箭头”代表控制器与上述八个开关管的连接关系。
在本发明的一个实施例中，控制器可以通过对上述八个开关管的开关频率进行调节，以平滑输出电流。
在本发明的一个实施例中，控制器还可以依据母线300两端的第一电压，控制母线300能量。
具体的，若第一电压大于第三预设高压启动值，此时表示母线300能量较高，母线300只能释放能量，而不能从待均衡电池200中吸收能量。
若第一电压小于第三预设低压启动值，此时表示母线300能量较低，母线300只能从待均衡电池200中吸收能量，而不能释放能量。
本发明实施例的电池能量均衡装置，能够实现能量的双向传递、信号隔离、低输入输出纹波，能够提高电池能量均衡效率，并且能够提高电池寿命。
本发明实施例还提供一种电池能量均衡系统，如图7所示。图7示出了本发明实施例提供的电池能量均衡系统的第一种结构示意图。本发明实施例图7所示的电池能量均衡系统包括N个电池能量均衡装置，分别为电池能量均衡装置1、电池能量均衡装置2、……、电池能量均衡装置N-1、电池能量均衡装置N，其中，N为自然数。
其中，在电池能量均衡系统使用时，各个电池能量均衡装置一端与待均衡电池并联，另一端与母线并联。
本发明实施例还提供一种电池能量均衡系统，如图8所示。图8示出了本发明实施例提供的电池能量均衡系统的第二种结构示意图。本发明实施例图8所示实施例的电池能量均衡系统还包括：通信总线。
各个电池能量均衡装置与通信总线相连。通信总线用于N个电池能量均衡装置进行待均衡电池能量信息的相互交换。
示例性的，假设通过通信总线N个电池能量均衡装置进行待均衡电池能量信息的相互交换后，电池能量均衡装置2获知其连接的待均衡电池的能量最高，则此时可以对其连接的待均衡电池进行能量均衡，使其连接的待均衡电池的能量送入母线中。
又示例性的，假设通过通信总线N个电池能量均衡装置进行待均衡电池能量信息的相互交换后，电池能量均衡装置2获知其连接的待均衡电池的能量最低，则此时可以对其连接的待均衡电池进行能量均衡，使其连接的待均衡电池从母线中吸收能量。
本发明实施例还提供一种电池能量均衡系统，如图9所示。图9示出了本发明实施例提供的电池能量均衡系统的第三种结构示意图。本发明实施例图9所示实施例的电池能量均衡系统还包括：总控制器。
总控制器与通信总线相连，用于控制N个电池能量均衡装置对各自连接的待均衡电池能量进行均衡。
示例性的，各个电池能量均衡装置将各自连接的待均衡电池能量信息通过通信总线发送给总控制器。
假设总控制器获知电池能量均衡装置2连接的待均衡电池的能量最高，则此时总控制器可以通过通信总线控制电池能量均衡装置2，使与电池能量均衡装置2连接的待均衡电池的能量送入母线中。
假设总控制器获知电池能量均衡装置2连接的待均衡电池的能量最低，则此时总控制器可以通过通信总线控制电池能量均衡装置2，使与电池能量均衡装置2连接的待均衡电池从母线中吸收能量。
本发明实施例还提供一种电池能量均衡系统，如图10所示。图10示出了本发明实施例提供的电池能量均衡系统的第四种结构示意图。本发明实施例图10所示实施例的电池能量均衡系统还包括：母线。
其中，各个电池能量均衡装置均与母线并联。
下面分别对由多个电池串联的电池组充电和放电过程中电池能量均衡进行说明。
在对由多个电池串联的电池组充电过程中，电池组的两端分别与电源相连。电池组中的每一个电池与电池能量均衡系统中的电池能量均衡装置并联。当电池能量均衡系统中的某一个电池能量均衡装置连接的电池能量需要均衡时，该电池能量均衡装置工作，使其连接的电池从母线中吸收能量或者使其连接的电池的能量送入母线。
其中，在电池组充电过程中，若某一电池从母线中吸收能量，表示电源对该电池的充电速度比其他电池慢；若某一电池能量送入母线，表示电源对该电池的充电速度比其他电池快。
在对由多个电池串联的电池组放电过程中，电池组的两端分别与负载相连。电池组中的每一个电池与电池能量均衡系统中的电池能量均衡装置并联。当电池能量均衡系统中的某一个电池能量均衡装置连接的电池能量需要均衡时，该电池能量均衡装置工作，使其连接的电池从母线中吸收能量或者使其连接的电池的能量送入母线。
其中，在电池组放电过程中，若某一电池从母线中吸收能量，表示该电池向负载放电的速度比其他电池快；若某一电池能量送入母线，表示该电池向负载放电的速度比其他电池慢。
本发明实施例提供了一种电池能量均衡方法，应用于上述电池能量均衡装置。电池能量均衡方法包括：
采集母线两端的第一电压以及采集第一目标端和第二目标端两端的第二电压，其中，第一目标端为变压模块和谐振模块的连接端，第二目标端为变压模块和第二全桥模块的连接端；
若第一电压与第二电压的电压差大于第一预设高压启动值，则控制第一全桥模块和第二全桥模块的通断状态，使母线的能量传递到待均衡电池；
若第一电压与第二电压的电压差小于第一预设低压启动值，则控制第一全桥模块和第二全桥模块的通断状态，使待均衡电池的能量传递到母线；
若第一电压与第二电压的电压差在第一预设低压滞环值和第一预设高压滞环值范围内时，则控制第一全桥模块和第二全桥模块的通断状态，停止对待均衡电池能量进行均衡。
本发明实施例的采集第一电压和第二电压，依据第一电压和第二电压，对待均衡电池能量进行均衡，与上述电池能量均衡装置实施例中部分细节相似，具体可参考上述电池能量均衡装置实施例中的描述，本发明实施例在此不对其进行赘述。
本发明实施例的电池能量均衡方法还可以包括：
由控制器采集待均衡电池两端的第三电压；
采集待均衡电池两端的第三电压；
若第三电压大于第二预设高压启动值，则控制第一全桥模块和第二全桥模块的通断状态，使待均衡电池的能量传递到母线；
若第三电压小于第二预设低压启动值，则控制第一全桥模块和第二全桥模块的通断状态，使母线的能量传递到待均衡电池；
若第三电压在第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值范围内时，则控制第一全桥模块和第二全桥模块的通断状态，停止对待均衡电池能量进行均衡。
本发明实施例的采集第三电压，依据第三电压，对待均衡电池能量进行均衡，与上述电池能量均衡装置实施例中部分细节相似，具体可参考上述电池能量均衡装置实施例中的描述，本发明实施例在此不对其进行赘述。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种电池能量均衡装置，其特征在于，包括：第一全桥模块、第二全桥模块、变压模块、谐振模块和控制模块，其中，
所述第一全桥模块分别与待均衡电池、所述变压模块和所述控制模块相连；
所述第二全桥模块分别与所述变压模块、所述谐振模块、所述控制模块和母线相连；
所述变压模块还分别与所述谐振模块和所述控制模块相连；
所述控制模块还与所述母线相连，用于通过控制所述第一全桥模块和所述第二全桥模块，对所述待均衡电池能量进行均衡。
2.根据权利要求1所述的电池能量均衡装置，其特征在于，
所述第一全桥模块包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；
所述第二全桥模块包括：第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；
所述变压模块包括：变压器；
所述谐振模块包括：电容、第一电感和第二电感；
所述控制模块包括：控制器。
3.根据权利要求2所述的电池能量均衡装置，其特征在于，所述控制模块还包括：驱动器；
所述控制器通过所述驱动器控制所述八个开关管的开关状态，对所述待均衡电池能量进行均衡。
4.根据权利要求2所述的电池能量均衡装置，其特征在于，所述控制器还用于：
依据所述母线的额定电压、所述谐振模块的谐振频率和允许通过所述电容的最大电流，确定所述电容参数；
依据所述电容参数以及所述谐振频率，确定所述第二电感参数；
依据所述谐振频率、所述母线的额定电压、所述待均衡电池的额定电压、所述变压器的变压比和所述第二电感参数，确定所述第一电感参数。
5.根据权利要求2所述的电池能量均衡装置，其特征在于，所述控制器，具体用于：
采集所述母线两端的第一电压以及采集所述变压器的第一目标端和第二目标端两端的第二电压，其中，所述第一目标端为所述变压器与所述电容的连接端，所述第二目标端为所述变压器与所述第七开关管的连接端；
若所述第一电压与所述第二电压的电压差大于第一预设高压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使所述母线的能量传递到所述待均衡电池；
若所述第一电压与所述第二电压的电压差小于第一预设低压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使所述待均衡电池的能量传递到所述母线；
若所述第一电压与所述第二电压的电压差在第一预设低压滞环值和第一预设高压滞环值范围内时，停止对所述待均衡电池能量进行均衡。
6.根据权利要求2所述的电池能量均衡装置，其特征在于，所述控制器，具体用于：
采集所述待均衡电池两端的第三电压；
若所述第三电压大于第二预设高压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使所述待均衡电池的能量传递到所述母线；
若所述第三电压小于第二预设低压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使所述母线的能量传递到所述待均衡电池；
若所述第三电压在第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值范围内时，停止对所述待均衡电池能量进行均衡。
7.根据权利要求2所述的电池能量均衡装置，其特征在于，所述控制模块还包括：比较器，
所述比较器，用于采集所述待均衡电池两端的第三电压，比较所述第三电压分别与第二预设高压启动值、第二预设低压启动值、第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值大小，将比较结果发送给所述控制器；
所述控制器，具体用于：
若所述比较结果为所述第三电压大于第二预设高压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使所述待均衡电池的能量传递到所述母线；
若所述比较结果为所述第三电压小于第二预设低压启动值，则控制八个开关管的开关状态，使所述母线的能量传递到所述待均衡电池；
若所述比较结果为所述第三电压在第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值范围内时，停止对所述待均衡电池能量进行均衡。
8.根据权利要求7所述的电池能量均衡装置，其特征在于，所述控制模块还包括：信号隔离器。
9.一种电池能量均衡系统，其特征在于，包括N个如权利要求1至8任一项所述的电池能量均衡装置，其中，N为自然数。
10.根据权利要求9所述的电池能量均衡系统，其特征在于，所述电池能量均衡系统还包括：通信总线，
所述电池能量均衡装置与所述通信总线相连，用于所述N个电池能量均衡装置进行待均衡电池能量信息的相互交换。
11.根据权利要求10所述的电池能量均衡系统，其特征在于，所述电池能量均衡系统还包括：总控制器，
所述总控制器与所述通信总线相连，用于控制所述N个电池能量均衡装置对各自连接的待均衡电池能量进行均衡。
12.根据权利要求9-11任一项所述的的电池能量均衡系统，其特征在于，所述电池能量均衡系统还包括：母线，
所述母线与所述N个电池能量均衡装置相连，用于待均衡电池能量均衡。
13.一种电池能量均衡方法，其特征在于，应用于权利要求1至8任一项所述的电池能量均衡装置；所述方法包括：
采集所述母线两端的第一电压以及采集第一目标端和第二目标端两端的第二电压，其中，所述第一目标端为所述变压模块和所述谐振模块的连接端，所述第二目标端为所述变压模块和所述第二全桥模块的连接端；
若所述第一电压与所述第二电压的电压差大于第一预设高压启动值，则控制所述第一全桥模块和所述第二全桥模块的通断状态，使所述母线的能量传递到所述待均衡电池；
若所述第一电压与所述第二电压的电压差小于第一预设低压启动值，则控制所述第一全桥模块和所述第二全桥模块的通断状态，使所述待均衡电池的能量传递到所述母线；
若所述第一电压与所述第二电压的电压差在第一预设低压滞环值和第一预设高压滞环值范围内时，则控制所述第一全桥模块和所述第二全桥模块的通断状态，停止对所述待均衡电池能量进行均衡。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
采集所述待均衡电池两端的第三电压；
若所述第三电压大于第二预设高压启动值，则控制所述第一全桥模块和所述第二全桥模块的通断状态，使所述待均衡电池的能量传递到所述母线；
若所述第三电压小于第二预设低压启动值，则控制所述第一全桥模块和所述第二全桥模块的通断状态，使所述母线的能量传递到所述待均衡电池；
若所述第三电压在第二预设低压滞环值和第二预设高压滞环值范围内时，则控制所述第一全桥模块和所述第二全桥模块的通断状态，停止对所述待均衡电池能量进行均衡。
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