CN110021985A - 一种电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
一种电池管理系统，包括控制模块、数据监测模块、均衡模块、驱动模块等。多节电池单体串联或并联组成电池模块。数据监测模块的输入端与每一个电池单体相连，数据监测模块的输出端与通信模块的输入端相连，通信模块的输出端分别与控制模块输入端和显示模块输入端相连。控制模块的输出端与驱动模块的输入端连接，输入端与数据采集模块的输出端相连。均衡模块由底层均衡单元和顶层均衡单元组成，底层均衡单元和顶层均衡单元的输入端均与驱动模块的输出端相连，底层均衡单元的输出端与电池单体连接；顶层均衡单元的输出端和电池模块相连；所述的电池管理系统电池单体之间通过底层均衡单元进行能量均衡，电池模块之间通过顶层均衡单元进行能量的均衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池管理系统。
背景技术
动力电池在工作过程中，由于电池组中单体电池的不一致性，在电池组充电过程中，部分单体已经充满，但会有部分单体尚未充满。但因为部分单体已经充满，所以电池组停止充电，导致电池组可充入电量大大小于所有单体容量之和。而放电过程中，会出现部分单体已经放电完毕，部分单体尚未放电完毕的情况。因为有部分单体已经放电完毕，电池组会停止放电，导致电池组放出的电量小于电池组实际充入的电量。单体电池的不一致性不但影响整个电池容量利用率，还会造成电池组寿命受损。专利CN105490350A公开了一种模块化电池网络系统和模块化电池网络系统管理方法，该专利提供了电池管理系统管理方法和电池网络化的技术方案，但未能解决电池单体之间容量不均衡问题，也没有解决电池充放电中过度充电和过度放电问题。主动型电池管理系统的均衡方法采取了主动均衡方案，利用电感或电容以及开关变换器作为能量转移的工具将能量高的单体电池能量转移到能量低的单体电池中。
常见的均衡管理方法包括被动型均衡，基于飞渡电容的均衡，基于变换器型的均衡。被动均衡利用电阻消耗多余能量，变相的增加了电池组自身的温度及周围环境的温度，从而降低了其工作效率以及安全性，此外，也在某种程度上降低了电池组整体的额定容量，并且不利于电池组长时间的运行。基于飞渡电容的均衡可以实现单体间直接的能量转移，但由于电容本身的特性，均衡速度较慢，而且电容投切的瞬间容易产生较大的冲击电流，控制相当复杂。基于变换器型的均衡方式大多以Buck、Buck-Boost、Cuk等直流变换电路为基本构成均衡电路，对电池组进行均衡存在均衡速度慢、损耗较大、控制复杂的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点，提出一种电池管理系统。本电池管理系统采用了主动型均衡方法案，采用底层均衡单元解决任意两个电池单体之间电压均衡问题，顶层均衡模块解决电池模块间电压均衡问题。本发明的电池单体和电池模块可独立进行电压均衡，提高了均衡效率和速度，解决电池组内部各个电池单体间、各个模块间的电压不一致性问题，可提升电池组的寿命周长和性能，保证电池组运行安全可靠。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
本发明电池管理系统包括电源模块、控制模块、数据监测模块、均衡模块、驱动模块、显示模块及通信模块。多节电池单体串联或并联组成电池模块，多个电池模块串联或并联组成电池组。所述数据监测模块的输入端与每一个电池单体相连，数据监测模块的输出端与通信模块的输入端相连，所述的通信模块的输出端分别与控制模块输入端和显示模块输入端相连。所述的控制模块的输出端与驱动模块的输入端连接，控制模块的输入端与数据采集模块的输出端相连。所述的均衡模块由底层均衡单元和顶层均衡单元两部分组成，底层均衡单元和顶层均衡单元的输入端均与驱动模块的输出端相连，底层均衡单元的输出端与电池单体连接，顶层均衡单元的输出端和电池模块相连。所述的电源模块分别与控制模块、驱动模块、均衡模块、显示及通信模块相连。
所述的数据监测模块检测电池单体的电压、电池模块的电压、电池模块的温度，并将数据传输至控制模块。所述的控制模块对来自数据监测模块的数据信息进行分析，若任意两个电池单体之间电压差大于单体均衡阀值，则发出底层均衡指令，若任意两个电池模块之间电压差大于模块均衡阀值，则发出顶层均衡指令。所述的均衡模块受到控制模块的指令，对电池单体和电池模块的电压进行均衡，直到单体电池的电压和电池模块的电压一致为止。
本发明电池管理系统电池单体之间通过底层均衡单元进行能量均衡，电池模块之间通过顶层均衡单元进行能量的均衡，达到双层均衡的目的。
所述的底层均衡单元由多个均衡支路组成。每个均衡支路为一个支路臂。其中，支路臂的上臂由电力电子快速开关与二极管相连组成，支路臂的下臂由二极管与电力电子快速开关相连组成。所述的电力电子快速开关为MOSFET、IGBT或其它电力电子开关。支路臂的上臂和下臂串联形成一个均衡支路，同一个均衡支路中的支路臂的上臂和下臂的连接点为均衡支路的中点。每一个电池单体的正极和负极分别与相邻的均衡支路的中点相连。多个储能电感与多个均衡支路并联，储能电感的两端分别与支路臂的上臂和下臂相连。电流从与一个支路臂的上臂相连的电池单体的正极流出，经过储能电感，再回到与相邻均衡支路的支路臂的下臂相连的电池单体的负极，形成一个放电回路。电流从一个支路臂的上臂相连的电池单体的正极流出，经过储能电感，再回到与相邻均衡支路的支路臂的下臂相连的电池单体的负极，形成一个充电回路。放电回路和充电回路组成均衡回路，通过放电回路，储能电感吸收电压较高的电池单体的能量，再通过充电回路将储能电感的能量传递至电压较低的电池单体。本发明在充电或放电均衡回路上串联一只二极管，或在每个含电力电子快速开关均衡支路上串联一只二极管，以避免能量逆流和短路，选择合适的储能电感，并通过控制不同电力电子快速开关元件的开通和关断时间可以控制均衡电流的转移方向和大小。
底层均衡单元中二极管和电力电子快速开关的数量与需要均衡的电池单体的数量有关，当底层均衡单元均衡n节电池时，需要n+1个均衡支路，需要2(n+1)个二极管，需要2(n+1)+n/2个电力电子快速开关，n/2个储能电感，其中n的取值范围为大于等于2的整数。所述的电力电子快速开关为MOSFET、IGBT或其它电力电子开关。每个储能电感可对两个电压不同的电池单体进行能量的传递，首先通过均衡回路储存电压较高的电池单体的部分能量，然后再通过其他均衡支路将电感储存的能量传递至电压较低的电池单体。底层均衡单元的输入端与驱动模块相连，底层均衡单元的输出端与多个需要均衡的电池单体的输入端相连。
顶层均衡单元由三输入正/反激式变压器、双刀双掷开关、继电器和电力电子快速开关组成。三输入正/反激式变压器原边每个绕组的两端通过继电器和电力电子快速开关与电池模块相连,三输入正/反激式变压器的副边连接双刀双掷开关，用于切换工作模式。所述的电力电子快速开关为MOSFET、IGBT或其它电力电子开关。
顶层均衡单元中，第一多输入正/反激式变压器原边第一绕组的两端分别连接第一继电器、第十一电力电子快速开关和第一电池模块,第一多输入正/反激式变压器原边第二绕组的两端分别连接第二继电器、第十二电力电子快速开关和第二电池模块，第一多输入正/反激式变压器原边第三绕组的两端分别连接第三继电器、第十三电力电子快速开关和第三电池模块；第一多输入正/反激式变压器的副边连接第一双刀双掷继电器；第二多输入正/反激式变压器原边第一绕组的两端分别连接第四继电器、第十四电力电子快速开关和第一电池模块,第二多输入正/反激式变压器原边第二绕组的两端分别连接第五继电器、第十五电力电子快速开关和第四电池模块，第二多输入正/反激式变压器原边第三绕组的两端分别连接第六继电器、第十六电力电子快速开关和第六电池模块；第二多输入正/反激式变压器T2的副边连接第二双刀双掷继电器。多个正/反激式变压器依次把所有电池模块连接起来，实现电池模块之间及电压均衡。
若双刀双掷开关向上切换至上档位，则第一多输入正/反激式变压器副边绕组两端与原边所连接的第一电池模块、第二电池模块和第三电池模块相连，从而实现多个电池模块之间均衡工作。若双刀双掷开关向下切换至下档位，则第一多输入正/反激式变压器副边绕组两端与第二多输入正/反激式变压器原边所连接的第四电池模块、第五电池模块和第六电池模块相连。原理类似，多输入正/反激式变压器副边通过多刀多掷切换，连接不同电池模块，实现不同电池模块之间的电压均衡，所述的顶层均衡模块的输入端与驱动模块相连，顶层均衡模块的输出端与电池模块相连。
顶层均衡单元之间均衡步骤如下：
第一继电器、第二继电器闭合，第十一电力电子快速开关和第十二电力电子快速开关同时开启后同时关断，第一多输入正/反变压器的第一原边绕组和第二原边绕组工作处于正激变换模式,能量在第一电池模块、第二电池模块之间传递：第十一电力电子快速开关和第十二电力电子快速开关同时开启时，第一多输入正/反变压器的第一原边绕组和第二原边绕组直接对副边进行能量传递，第十一电力电子快速开关和第十二电力电子快速开关同时关断时，磁复位。
当第一电池模块的电压高于第二电池模块的电压，且同时开启第十一电力电子快速开关和第十二电力电子快速开关时，第一电池模块放电，第二电池模块充电；当同时关断第十一电力电子快速开关和第十二电力电子快速开关时，第一多输入正/反变压器的第一原边绕组和第二原边绕组的电流为零，副边绕组进行磁复位，第一电池模块和第二电池模块充电；通过一个开关周期的充电过程和放电过程，能量由第一电池模块转移到第二电池模块。
当第一电池模块的电压高于第二电池模块的电压,且第一继电器和第十一电力电子快速开关开启，则第二继电器和第十二电力电子快速开关关断，第一多输入正/反变压器的原边和副边绕组均工作于反激变换模式：开启第十一电力电子快速开关时，第一电池模块放电，第一多输入正/反变压器变压器的原边绕组电流上升，副边绕组储能；当第十一电力电子快速开关关断时，第一多输入正/反变压器副边绕组释放能量，第一电池模块和第二电池模块充电；通过一个周期原副边绕组的充放电过程，能量由第一电池模块转移到第一电池模块和第二电池模块；
若第一三输入正/反变压器变压器T1副边的切换继电器Sa向下闭合至b点，则通过反激变换可实现第一电池模块N1、第二电池模块N2、第三电池模块N3向第四电池模块N4、第五电池模块N5、第六电池模块N6的能量转移，实现电池模块间级联均衡；若第二双刀双掷开关向上切换至a档，则第二多输入正/反激式变压器副边绕组两端与原边所连接的第四电池模块，第五电池模块和第六电池模块相连，实现多个电池模块之间均衡工作；若第二双刀双掷开关向下切换至b档，则第二多输入正/反激式变压器副边绕组两端与第一多输入正/反激式变压器原边所连接的第一电池模块、第二电池模块和第三电池模块相连，如此使得均衡过程中的能量在多个模块之间转移。
所述的显示模块实时更新电池状态信息并在显示屏显示，所述的电池状态信息包括剩余电量、电池单体电压、电池模块电压、电池模块电压、电池模块温度、工作时长及故障信息。
所述的电源系统为控制模块、驱动模块、均衡模块、显示及通信模块供电。
所述的通信模块交互均衡模块与控制模块之间的数据，以及显示模块与控制模块间的数据。通信模块接收数据采集模块的数据信息，并发送至控制模块和显示模块。
本发明可以使电池组的使用寿命和容量利用最大化，同时可以减少电池充放电深度、提高电池的安全性。电池单体和电池模块独立进行电压均衡，可以提高均衡效率和速度，解决电池组内部各个电池单体间、各个模块间的电压不一致性问题，提升电池组的寿命周长和性能，保证电池组运行安全可靠。
附图说明
图1为本发明电池管理系统结构示意图；
图2为底层均衡单元结构示意图，M1—M17电力电子快速开关，D1—D10二极管，L1—L3储能电感，B1—B6电池单体；
图3为电池单体B1和B4均衡控制过程仿真结果；
图4为顶层均衡单元实施例的结构示意图，N1—N6电池模块，S1—S6继电器，Sa、Sb为双刀双掷继电器，M11—M16为电力电子快速开关；
图5为本发明实施例的均衡单元和电池模块连接关系示意图；
图6为本发明电池管理系统的工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明电池管理系统包括：数据监测模块、控制模块、驱动模块、均衡模块和显示模块。多节电池单体串联或并联组成电池模块，多个电池模块串联或并联组成电池组。所述的数据监测模块的输入端与每一个电池单体相连，数据监测模块的输出端与通信模块的输入端相连，所述的通信模块的输出端分别与控制模块输入端和显示模块输入端相连。所述的控制模块的输出端与驱动模块的输入端连接，所述的均衡模块由底层均衡单元和顶层均衡单元两部分组成，底层均衡单元和顶层均衡单元的输入端均与驱动模块的输出端相连，底层均衡单元的输出端与电池单体连接，顶层均衡单元的输出和电池模块相连。底层均衡单元对电池单体进行能量均衡，顶层均衡单元对电池模块进行能量均衡。均衡单元接收控制模块的运行指令后进入工作状态。
所述的电源模块分别与控制模块、驱动模块、均衡模块、显示及通信模块相连。
如图2所示，所述的底层均衡单元由多个均衡支路组成，每个均衡支路为一个支路臂。第一电力电子快速开关M1的正极和第一二极管D1的阴极相连，组成第一支路臂的上臂，第二二极管D2的阳极与第二电力电子快速开关M2的负极相连，组成第一支路臂的下臂，第一支路臂的上臂和第一支路臂的下臂串联组成第一均衡支路，同一个均衡支路中的支路臂的上臂和下臂的连接点为均衡支路的中点。第一电池单体B1的正极和负极分别与第一均衡支路中点和第二均衡支路中点连接，第二电池单体B2的正极和负极分别与第二均衡支路的中点和第三均衡支路的中点连接，第三电池单体B3的正极和负极分别与第三均衡支路的中点和第四均衡支路的中点连接，第四电池单体B4的正极和负极分别与第四均衡支路和第五均衡支路连接。第五电池单体B5的正极和负极分别与第五均衡支路和第六均衡支路连接。第六电池单体B6的正极和负极分别与第六均衡支路和第七均衡支路连接。储能电感L1—L3与均衡支路并联。每个储能电感L可对两个电压不同的电池单体进行能量的传递，首先通过某一均衡支路储存电压较高的电池单体的能量，然后再通过其他均衡支路将能量传递至电压较低的电池单体。本发明在电力电子快速开关M1—M10的回路上串联一个二极管以避免能量逆流和短路，通过控制开关元件的持续开通和关断状态可以控制均衡电流转移方向和大小。
如图2所示，以其中一种均衡控制过程为例，说明所述的底层均衡单元运行原理。同一个电池模块内第一电池单体B1至第四电池单体B4串联连接。第四电池单体B4的电压最低，假定当前电池电压为2V，第一电池单体B1的电压最高，假定当前电池电压为3V。能量转移过程为，同时打开第一电力电子快速开关M1、第九电力电子快速开关M9和第十五电力电子快速开关M15，此时能量由第一电池单体B1转移至第一储能电感L1，之后关闭第一电力电子快速开关M1、第九电力电子快速开关M9，延迟一小段时间，打开第五电力电子快速开关M5、第十电力电子快速开关M10，能量由储能电感L转移至第四电池单体B4，如此重复工作,直到电池单体之间达到均衡。
图3为两个电池单体B1和B4电压均衡控制过程仿真波形，从仿真结果可以看出，起始时刻，两个电池单体电压偏差超过阀值，通过第一电力电子快速开关M1、第七电力电子快速开关M7和第五电力电子快速开关M5、第九电力电子快速开关M9依次循环导通，最终两个电容的电压达到了一致。下面分析第一电池单体B1和第四电池单体B4反向充电过程，以第一电池单体B1至第四电池单体B4串联电池组为例，假定第四电池单体B4电压偏高，第一电池单体B1电压偏低，相反能量转移过程为，第四电池单体B4放电，则电流从第四电池单体B4的正极发出，经过第四二极管D4、第四电力电子快速开关M4和第十五电力电子快速开关M15，向第一储能电感L1充电，经过第十二电力电子快速开关M12第十二极管D12到达第四电池单体B4的负极，形成放电回路。第一电池单体B1充电，则电流从第一储能电感L1发出，流经第八电力电子快速开关M8和第八二极管D8到达第一电池单体B1的正极，经过第二二极管D2、第二电力电子快速开关M2和第十五电力电子快速开关M15，再回到储能电感L1，形成充电回路。如此重复工作,直到电池单体之间达到均衡。
如图4所示，所述的顶层均衡单元中,三个相邻电池模块N1、N2、N3对应第一多输入正/反激式变压器T1的原边绕组，第一多输入正/反激式变压器T1原边第一绕组的两端分别连接第一继电器S1、第十一电力电子快速开关M11和第一电池模块N1,第一多输入正/反激式变压器T1原边第二绕组的两端分别连接第二继电器S2、第十二电力电子快速开关M12和电池模块N2，第一多输入正/反激式变压器T1原边第三绕组的两端分别连接第三继电器S3、第十三电力电子快速开关M13和第三电池模块N3。第一多输入正/反激式变压器T1的副边连接第一双刀双掷继电器Sa，用于切换工作模式。第二多输入正/反激式变压器T2原边第一绕组的两端分别连接第四继电器S4、第十四电力电子快速开关M14和第四电池模块N4,第二多输入正/反激式变压器T2原边第二绕组的两端分别连接第五继电器S5、第十五电力电子快速开关M15和第五电池模块N5，第二多输入正/反激式变压器T2原边第三绕组的两端分别连接第六继电器S6、第十六电力电子快速开关M16和第六电池模块N6。第二多输入正/反激式变压器T2的副边连接第二双刀双掷继电器Sb，用于切换工作模式。
如图4所示，所述的顶层均衡单元之间均衡步骤如下：第一继电器S1、第二继电器S2闭合，第十一电力电子快速开关M11和第十二电力电子快速开关M12同时开启后同时关断，第一多输入正/反变压器T1的第一原边绕组和第二原边绕组工作处于正激变换模式，能量在第一电池模块N1、第二电池模块N2之间传递：第十一电力电子快速开关M11和第十二电力电子快速开关M12同时开启时，第一多输入正/反变压器T1的第一原边绕组和第二原边绕组直接对副边进行能量传递，第十一电力电子快速开关M11和第十二电力电子快速开关M12同时关断时，磁复位。
当第一电池模块N1的电压高于第二电池模块N2的电压，且同时开启第十一电力电子快速开关M11和第十二电力电子快速开关M12时，第一电池模块N1放电，第二电池模块N2充电；当同时关断第十一电力电子快速开关M11和第十二电力电子快速开关M12时，第一多输入正/反变压器T1第一原边绕组和第二原边绕组的电流为零，副边绕组进行磁复位，第一电池模块N1和第二电池模块N2被整体充电。通过一个开关周期的充电过程和放电过程，能量由第一电池模块N1转移到第二电池模块N2。当第一电池模块N1的电压高于第二电池模块N2的电压，且第一继电器S1和第十一电力电子快速开关M11开启、第二继电器S2和第十二电力电子快速开关M12关断，第一多输入正/反变压器T1原边和副边绕组均工作于反激变换模式，实现第一电池模块N1和第二电池模块N2之间均衡：开启第十一电力电子快速开关M11时，第一电池模块N1放电，第一多输入正/反变压器变压器T1原边绕组电流上升，副边绕组储能；当第十一电力电子快速开关M11关断时，第一多输入正/反变压器T1副边绕组释放能量，第一电池模块N1和第二电池模块N2充电。通过一个周期内原副边绕组的充放电过程，能量由第一电池模块N1转移到第一电池模块N1、第二电池模块N2和第三电池模块N3。第一多输入正/反变压器变压器T1副边的切换继电器Sa向下闭合至b点，第一多输入正/反激式变压器T1的副边分别连接电池模块N4、N5、N6，则通过反激变换可实现第一电池模块N1、第二电池模块N2、第三电池模块N3向第四电池模块N4、第五电池模块N5、第六电池模块N6的能量转移，实现电池模块间级联均衡。若第二双刀双掷开关Sb向上切换至a档，则第二多输入正/反激式变压器T2副边绕组两端与原边所连接的第四电池模块N4，第五电池模块N5和第六电池模块N6相连，从而实现多个电池模块之间均衡工作。若第二双刀双掷开关Sb向下切换至b档，则第二多输入正/反激式变压器T2副边绕组两端与第一多输入正/反激式变压器T1原边所连接的第一电池模块N1、第二电池模块N2和第三电池模块N3相连。如此使得均衡过程中的能量流可以在多个模块之间转移。
如图5所示，电池模块由若干节电池单体串联组成，底层均衡单元与每一个电池单体连接，实现单体电池之间电压均衡。顶层均衡单元中，三输入正/反激式变压器原边每个绕组的两端分别连接继电器和电力电子开关，用于控制电池模块的充放电。第一电池模块N1的负极与第十一电力电子快速开关M11的正极连接，经过第一多输入正/反激式变压器T1第一原边绕组和第一继电器S1，再回到第一电池模块N1的负极形成一个回路。每个顶层均衡单元可管理多个电池模块。
所述的数据采集模块包括：电压采集电路，温度采集电路和故障报警电路。本发明选择AD7280A作为数据采集模块的监控芯片，此芯片拥有多个电压采集通道、温度采集通道并支持均衡。AD7280A芯片的6个电压输入通道与电压采集电路相连，AD7280A芯片的6个辅助输入通道与温度采集电路相连，故障报警电路与控制模块的输入端连接。数据采集模块与控制模块之间通过SPI网络进行通信，数据采集模块采集电池内部状态信息上传至控制模块，并通过CAN总线接收来自控制模块的控制信号。
如图6所示，本发明工作过程如下：数据监测模块实时检测电池单体电压、电池模块电压、电池模块温度等电池组内部状态信息，并将数据传送至控制模块。控制模块对电池数据信息进行分析，根据分析结果发出均衡指令，同时对电池健康状况进行判定。若电池单体之间电压大于底层均衡阀值，则启动底层均衡单元，对电池单体进行电压均衡。若电池模块之间电压大于顶层均衡阀值，启动顶层均衡单元，对电池模块进行电压均衡。直到电池单体之间电压小于底层均衡阀值，且电池模块之间电压小于顶层均衡阀值，顶层均衡单元才停止工作。
Claims (11)
1.一种电池管理系统，其特征在于：所述的电池管理系统包括电源模块、控制模块、数据监测模块、均衡模块、驱动模块、显示模块及通信模块；多节电池单体串联或并联组成电池模块，多个电池模块串联或并联组成电池组；所述数据监测模块的输入端与每一个电池单体相连，数据监测模块的输出端与通信模块的输入端相连，所述通信模块的输出端分别与控制模块输入端和显示模块输入端相连；所述的控制模块的输出端与驱动模块的输入端连接，控制模块的输入端与数据采集模块的输出端相连；所述的均衡模块由底层均衡单元和顶层均衡单元两部分组成，底层均衡单元和顶层均衡单元的输入端均与驱动模块的输出端相连，底层均衡单元的输出端与电池单体连接，顶层均衡单元的输出端和电池模块相连；所述的电池管理系统电池单体之间通过底层均衡单元进行能量均衡，电池模块之间通过顶层均衡单元进行能量的均衡；所述的电源模块分别与控制模块、驱动模块、均衡模块、显示及通信模块相连。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于：所述的底层均衡单元由多个均衡支路组成，每个均衡支路为一个支路臂；其中，支路臂的上臂由电力电子快速开关与二极管相连组成，支路臂的下臂由二极管与电力电子快速开关相连组成；支路臂的上臂和下臂串联形成一个均衡支路，同一个均衡支路中的支路臂的上臂和下臂的连接点为均衡支路的中点；每一个电池单体的正极和负极分别与相邻的均衡支路的中点相连；多个储能电感与多个均衡支路并联，储能电感的两端分别与支路臂的上臂和下臂相连。
3.根据权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于：所述的底层均衡单元中，第一电力电子快速开关(M1)和第一二极管(D1)相连组成第一支路臂的上臂，第二二极管(D2)与第二电力电子快速开关(M2)相连组成第一支路臂的下臂，第一支路臂的上臂和第一支路臂的下臂串联组成第一均衡支路，同一个均衡支路中的支路臂的上臂和下臂的连接点为均衡支路的中点；第一电池单体(B1)的正极和负极分别与第一均衡支路中点和第二均衡支路中点连接，第二电池单体(B2)的正极和负极分别与第二均衡支路的中点和第三均衡支路的中点连接，第三电池单体(B3)的正极和负极分别与第三均衡支路的中点和第四均衡支路的中点连接，第四电池单体(B4)的正极和负极分别与第四均衡支路和第五均衡支路连接；储能电感(L)与均衡支路并联。
4.根据权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于：所述的底层均衡单元中，每一个储能电感与电力电子快速开关串联，用于控住储能电感存储能量或释放能量；每个储能电感能够对两个电压不同的电池单体进行能量的传递，实现两个电压不同的电池单体电压均衡。
5.根据权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于：所述的底层均衡单元中，储能电感(L)首先通过某一均衡支路储存电压高的电池单体的部分能量，然后再通过其他均衡支路将能量传递至电压低的电池单体；每个单体电池进行充电或放电时经过均衡支路与储能电感(L)进行能量交换。
6.根据权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于：所述的底层均衡单元中，底层均衡单元中二极管和电力电子快速开关的数量与需要均衡的电池单体的数量有关，当底层均衡单元均衡n节电池时，需要n+1个均衡支路，需要2(n+1)个二极管,需要2(n+1)+n/2个电力电子快速开关，需要n/2个储能电感，其中n的取值范围为大于等于2的整数。
7.根据权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于：所述的底层均衡单元中，在充电或放电均衡回路上串联一只二极管，或在每个含电力电子快速开关均衡支路上串联一只二极管。
8.根据权利要求5所述的电池管理系统，其特征在于：所述的底层均衡单元中，选择合适的储能电感，并通过控制不同电力电子快速开关元件的持续开通和关断时间实现均衡电流转移方向和大小的控制；电压高的电池单体的部分能量通过均衡支路储存在电感中，然后通过其他的均衡支路将电感中的能量转移至电压低的电池单体，实现能量的转移。
9.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于：所述的顶层均衡单元由三输入正/反激式变压器、双刀双掷开关、继电器和电力电子快速开关组成；三输入正/反激式变压器原边每个绕组的两端通过继电器和电力电子快速开关与电池模块相连,变压器的副边连接双刀双掷开关，用于切换工作模式。
10.根据权利要求9所述的电池管理系统，其特征在于：所述的顶层均衡单元中,多个相邻电池模块(N1、N2、N3……)对应第一多输入正/反激式变压器(T1)的原边绕组，第一多输入正/反激式变压器(T1)原边第一绕组的两端分别连接第一继电器(S1)、第十一电力电子快速开关(M11)和第一电池模块(N1),第一多输入正/反激式变压器(T1)原边第二绕组的两端分别连接第二继电器(S2)、第十二电力电子快速开关和电池模块(N2)，第一多输入正/反激式变压器(T1)原边第三绕组的两端分别连接第三继电器(S3)、第十三电力电子快速开关(M13)和第三电池模块(N3)；第一多输入正/反激式变压器(T1)的副边连接第一双刀双掷继电器(Sa)；第二多输入正/反激式变压器(T2)原边第一绕组的两端分别连接第四继电器(S4)、第十四电力电子快速开关(M14)和第四电池模块(N4),第二多输入正/反激式变压器(T2)原边第二绕组的两端分别连接第五继电器(S5)、第十五电力电子快速开关(M15)和第五电池模块(N5)，第二多输入正/反激式变压器(T2)原边第三绕组的两端分别连接第六继电器(S6)、第十六电力电子快速开关(M16)和第六电池模块(N6)；第二多输入正/反激式变压器(T2)的副边连接第二双刀双掷继电器(Sb)；多个正/反激式变压器依次把所有电池模块连接起来。
11.根据权利要求9所述的电池管理系统，其特征在于：所述的顶层均衡单元之间均衡步骤如下：
第一继电器(S1)、第二继电器(S2)闭合，第十一电力电子快速开关(M11)和第十二电力电子快速开关(M12)同时开启后同时关断，第一多输入正/反变压器(T1)的第一原边绕组和第二原边绕组工作处于正激变换模式,能量在第一电池模块(N1)、第二电池模块(N2)之间传递：第十一电力电子快速开关(M11)和第十二电力电子快速开关(M12)同时开启时，第一多输入正/反变压器(T1)的第一原边绕组和第二原边绕组直接对副边进行能量传递，第十一电力电子快速开关(M11)和第十二电力电子快速开关(M12)同时关断时，磁复位；
当第一电池模块(N1)的电压高于第二电池模块(N2)的电压，且同时开启第十一电力电子快速开关(M11)和第十二电力电子快速开关(M12)时，第一电池模块(N1)放电，第二电池模块(N2)充电；当同时关断第十一电力电子快速开关(M11)和第十二电力电子快速开关(M12)时，第一多输入正/反变压器(T1)的第一原边绕组和第二原边绕组的电流为零，副边绕组进行磁复位，第一电池模块(N1)和第二电池模块(N2)充电；通过一个开关周期的充电过程和放电过程，能量由第一电池模块(N1)转移到第二电池模块(N2)上；
当第一电池模块(N1)的电压高于第二电池模块(N2)的电压,且第一继电器(S1)和第二继电器(S2)一个闭合一个开启，则第十一电力电子快速开关(M11)和第十二电力电子快速开关(M12)一个开启一个关断，第一多输入正/反变压器(T1)的原边和副边绕组均工作于反激变换模式：开启第十一电力电子快速开关(M11)时，第一电池模块(N1)放电，第一多输入正/反变压器变压器(T1)的原边绕组电流上升，副边绕组储能；当第十一电力电子快速开关(M11)关断时，第一多输入正/反变压器(T1)副边绕组释放能量，第一电池模块(N1)和第二电池模块(N2)充电；通过一个周期原副边绕组的充放电过程，能量由第一电池模块(N1)转移到第一电池模块(N1)和第二电池模块(N2)；
若第一多输入正/反变压器变压器(T1)副边的切换继电器(Sa)向下闭合至b点，通过反激变换实现第一电池模块(N1)、第二电池模块(N2)、第三电池模块(N3)向电池模块第四电池模块(N4)、第五电池模块(N5)、第六电池模块(N6)的能量转移；若第二双刀双掷开关(Sb)向上切换至a档，则第二多输入正/反激式变压器(T2)副边绕组两端与原边所连接的第四电池模块(N4)，第五电池模块(N5)和第六电池模块(N6)相连，实现多个电池模块之间均衡工作；若第二双刀双掷开关(Sb)向下切换至b档，则第二多输入正/反激式变压器(T2)副边绕组两端与第一多输入正/反激式变压器(T1)原边所连接的第一电池模块(N1)、第二电池模块(N2)和第三电池模块(N3)相连，如此使得均衡过程中的能量在多个模块之间转移。
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