CN111200306B - 一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力设备技术领域，尤其涉及一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略。本发明包括：均衡电路拓扑和均衡策略，其中，均衡电路以电感为载体，用于实现能量在两相邻单体电池之间的转移；均衡策略以单体电池的剩余容量为均衡目标，用于使所有的单体电池同时充满或放空，实现均衡。本发明均衡电路以电感为载体，能够实现电荷能量在两相邻单体电池之间的转移。该均衡策略以单体电池的剩余容量为均衡目标，不仅能够减少均衡过程中单体电池间转移的电荷量，而且能够保证所有的单体电池同时充满或放空，实现均衡；因而不会出现过充电和过放电的情况，能够减少均衡过程中转移的总电荷量，从而降低均衡过程中的损耗，提高均衡效率。

Description

一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略

技术领域

本发明属于电力设备技术领域，尤其涉及一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略。

背景技术

由于材料和制作工艺上的不一致，同一批次的电池也会在容量、老化特性和性能特性等方面表现出差异，因此，串联电池组中各单体电池的荷电状态和容量会出现不均衡的情况，并且不均衡程度会随着充放电循环次数的增加而加重。在充放电过程中，单体电池间的不均衡会使某些单体电池过充电或过放电，这会导致电池容量降低，使用寿命缩短，甚至直接损坏电池，更严重的还可能引发爆炸。

因而，研究一种有效的均衡方法来减小或消除电池在使用过程中的不均衡，最大限度地发挥各单体电池的性能，对于电池储能系统有极其重要的意义。

目前的均衡方法主要分为两类：被动均衡和主动均衡。被动均衡通过给每个单体电池并联一个开关电阻进行分流。该方法原理简单，易于实现，但均衡电流较小，且有部分能量消耗在电阻上，因此均衡效率较低，并且需要配备散热装置。主动均衡以电感、电容或反激式变压器等储能元件为载体，从电量高的电池向电量低的电池转移电能。该方法提高了均衡效率和能量利用率。但是，均衡能量在转移的过程中也会产生一定的损耗，并且该损耗与所选择的均衡电路拓扑以及控制策略密切相关。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略。其目的是为了能够实现能量在两相邻单体电池之间的转移，降低均衡过程中的损耗，提高均衡效率的发明目的。

基于上述发明目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略，包括：均衡电路拓扑和均衡策略，其中，均衡电路以电感为载体，用于实现能量在两相邻单体电池之间的转移；均衡策略以单体电池的剩余容量为均衡目标，用于使所有的单体电池同时充满或放空，实现均衡。

所述均衡电路的每个均衡模块由两个MOSFETs和一个电感组成；通过控制MOSFETs，利用储能电感实现单体电池间的电量转移，当开关S₁和S₃由一组不重叠的PWM信号控制，而其它的开关均关断时，将单体电池B₁的电量向单体电池B₂转移，每个周期分成四个区间Φ₁、Φ₂、Φ₃和Φ₄；

在区间Φ₁内，开关S₁导通，单体电池B₁给电感L₁充电，假设电路中的电感值均为L，电池端电压为V_B，忽略开关的通态电阻和电感的直流内阻，根据基尔霍夫电压定律可得电感电流i_L为：

/>

式(1)中：D表示占空比，T表示均衡周期，t表示时间；

此，一个周期内转移的电荷量q为：

式(2)中：D表示占空比，t表示时间；

根据式(1)和式(2)，综合考虑电感值、电池端电压和均衡周期，确定合适的占空比D来最大限度地发挥电感的性能；

在区间Φ₂内，开关S₁断开，单体电池B₁停止给电感L₁充电；区间Φ₂的长度大于开关由导通到关断和由关断到导通所需的时间；如果没有区间Φ₂，会出现开关S₁和S₃同时导通的情况，电池B₁和B₂会短路；同时，在区间Φ₂内，必须设有回路使电感L₁放电，否则电感L₁的电压会急剧增大而损坏元件；

在区间Φ₃内，开关S₃闭合，电感L₁释放能量给单体电池B₂充电，使电流流经S₃而不流经二极管；

在区间Φ₄内，开关S₄断开，电感电流流经二极管给单体电池B₂充电；确保电感L₁储存的能量完全释放完，防止单体电池B₂给电感L₁充电。

所述均衡策略，包括：

串联电池组会因为各个单体电池间的差异而出现不均衡的情况，只有当有单体电池完全充满或完全放空时，电池组才会受到影响；

当串联电池组中的某个电池的电量完全放空，而其它电池还有电量时，整个电池组不能继续放电，否则会损害电池的健康状态，因此无法充分利用电池组的容量；

当串联电池组中的某个电池的电量完全充满，而其它电池还没有充满时，整个电池组不能继续充电；

当串联电池组中不存在完全充满或完全放空的电池时，即使存在不均衡的情况，电池组仍然能够正常充放电；

因此，只要保证所有的电池同时充满或同时放空，既不损害电池的健康状态，又充分利用电池组的容量。

进一步的，假设所述均单体电池的最大容量为C_imax，最小容量为C_imin，初始容量为C_i0，则在充电状态下，剩余容量C_ir表示为：

C_ir＝C_imax-C_i0 (3)

其中，单体电池为i；

在放电状态下，剩余容量C_ir表示为：

C_ir＝C_i0-C_imin (4)。

进一步的，以所述充电状态下和放电状态下的两个单体电池串联组成的电池组，利用本发明提出的均衡策略与传统均衡策略比较如下：

假设两个单体电池的最大容量分别为C_1max、C_2max，初始容量分别为C₁₀、C₂₀，初始荷电状态分别为SOC₁₀、SOC₂₀；

采用传统均衡策略工作于充电状态下：

从t1开始，两个单体电池的荷电状态实现均衡，并一直保持到充电结束，两个单体电池在t1时的荷电状态表示为：

式中：Q_{ch_t1}是来自于充电电路的电荷量；Q_{tr_t1}是两单体电池间转移的电荷量；若Q_{tr_t1}为正，则表示单体电池2向单体电池1转移电荷；反之，则表示单体电池1向单体电池2转移电荷；

因此，0-t1内两单体电池间转移的电荷量为：

式中：SOC_ch1和SOC_ch2为充电电流作用下两单体电池荷电状态的增加量；

从式(6)看出，Q_{tr_t1}的符号与SOC₂₀-SOC₁₀的符号相同；

在t1-t2期间，两个单体电池的荷电状态相同，该期间两单体电池间转移的电荷量为：

从式(7)看出，Q_{tr_t2}的符号与C_1max-C_2max的符号相同；

因此，整个充电过程中，两单体电池间转移的总电荷量Q_{tr_sum}为：

当且仅当Q_{tr_t1}和Q_{tr_t2}的符号相同，即满足式(9)时，不等式取等号：

(SOC₂₀-SOC₁₀)(C_1max-C_2max)≥0 (9)

采用本发明均衡策略工作于充电状态下：

利用采用本发明均衡策略工作于充电状态下的相关曲线与传统均衡策略比较如下：

本发明均衡策略工作于充电状态下的相关曲线从t1开始，两个单体电池的剩余容量实现均衡，并一直保持到充电结束；

0-t1内，两单体电池间转移的电荷量Q_{tr_t1}为：

t1-t2期间，两单体电池的剩余容量保持相等，两单体电池间无电荷转移，因此，整个充电过程中，两单体电池间转移的总电荷量为：

比较式(8)和式(11)可知，采用本发明均衡策略时，两单体电池间转移的总电荷量始终小于等于采用传统均衡策略时转移的总电荷量。

所述均衡策略包括均衡算法，在充电状态下的均衡算法如下：

输入：各单体电池的剩余容量矩阵C，均衡周期T；

输出：进行电荷转移的电池对；

1:while Var(C)/avg(C)＞0.01do

2:d＝argmax_j∈vC^(j)

3:

4:

5:

6:s＝d+1

7:从电池单体s向电池单体d转移电荷，持续一个均衡周期

8:更新各电池单体的剩余容量矩阵

9:end while

上述中，d为输入电荷的电池单体，s为输出电荷的电池单体，σ为电池单体d的标号，N为总电池单体个数，dir表示电荷转移的方向。

所述均衡算法的目标是使得各单体电池剩余容量的差异低于预先设置的阈值，均衡算法的关键是确定进行电荷转移的电池对，即输出电荷的单体电池s和输入电荷的单体电池d；首先选择剩余容量最大的单体电池作为输入电荷的单体电池d，根据此单体电池两侧单体电池剩余容量的平均值确定电荷的转移方向，从而确定输出电荷的单体电池s；更新各单体电池的剩余容量矩阵之前，均衡电路根据确定好的电池对进行持续一个均衡周期的电荷转移，该过程一直重复直到Var(C)/avg(C)充分小，这时认为各单体电池的剩余容量实现了均衡，即所有的单体电池可以同时充满。

所述均衡算法，是由控制器采集单体电池的电压、电流和温度来估计其当前容量、最大容量和最小容量；控制器根据各个单体电池的剩余容量来确定进行电荷转移的电池对；每个均衡周期结束后，控制器重新采集数据进行计算，并不断循环，直到所有单体电池的剩余容量实现均衡为止。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益技术效果：

本发明均衡电路以电感为载体，能够实现电荷能量在两相邻单体电池之间的转移。该均衡策略以单体电池的剩余容量为均衡目标，不仅能够减少均衡过程中单体电池间转移的电荷量，而且能够保证所有的单体电池同时充满或放空，实现均衡；因而不会出现过充电和过放电的情况，能够减少均衡过程中转移的总电荷量，从而降低均衡过程中的损耗，提高均衡效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1a为本发明均衡电路拓扑图；

图1b为本发明控制信号及对应的电感电流工作原理图；

图2a为本发明串联电池组存在完全放空电池的不正常放电状态图；

图2b为本发明串联电池组存在完全充满电池的不正常充电状态图；

图2c为本发明串联电池组正常的充电或放电状态图；

图3a为采用传统均衡策略工作于充电状态下的各单体电池电量曲线图；

图3b为采用传统均衡策略工作于充电状态下的荷电状态曲线图；

图3c为采用传统均衡策略工作于充电状态下的各单体电池剩余容量的曲线图；

图3d为采用传统均衡策略工作于充电状态下的均衡电流的曲线图；

图4a为本发明于充电状态下的电量曲线图；

图4b为本发明于充电状态下的荷电状态曲线图；

图4c为本发明于充电状态下的剩余容量曲线图；

图4d为本发明于充电状态下的均衡电流曲线图；

图5为本发明均衡控制的流程图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明是一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略，包括：均衡电路拓扑和均衡策略。其中，均衡电路以电感为载体，能够实现能量在两相邻单体电池之间的转移。其中，均衡策略以单体电池的剩余容量为均衡目标，能够保证所有的单体电池同时充满或放空，实现均衡。同时，减少了均衡过程中转移的总电荷量，提高了效率。

本发明所述均衡电路的工作原理如下：

本发明所提出的均衡电路拓扑如图1a和图1b所示，每个均衡模块由两个MOSFETs和一个电感组成。需要注意的是，由于寄生二极管的存在，MOSTET在关断时只能阻断一个方向上的电流。

通过控制MOSFETs，可以利用储能电感实现单体电池间的电量转移。如图1a所示，图1a是本发明均衡电路拓扑图。如图1b所示，图1b为本发明控制信号及对应的电感电流工作原理图。当开关S₁和S₃由如图1b所示的一组不重叠的PWM信号控制，而其它的开关均关断时，可以将单体电池B₁的电量向单体电池B₂转移。每个周期可以分成四个区间Φ₁、Φ₂、Φ₃和Φ₄。

在区间Φ₁内，开关S₁导通，单体电池B₁给电感L₁充电，假设电路中的电感值均为L，电池端电压为V_B，忽略开关的通态电阻和电感的直流内阻，根据基尔霍夫电压定律可得电感电流i_L为：

式(1)中：D表示占空比，T表示均衡周期，t表示时间；

此，一个周期内转移的电荷量q为：

式(2)中：D表示占空比，t表示时间；

根据式(1)和式(2)，综合考虑电感值、电池端电压和均衡周期，可以确定合适的占空比D来最大限度地发挥电感的性能。

在区间Φ₂内，开关S₁断开，单体电池B₁停止给电感L₁充电。区间Φ₂的长度应该大于开关由导通到关断和由关断到导通所需的时间。如果没有区间Φ₂，可能会出现开关S₁和S₃同时导通的情况，这时电池B₁和B₂会短路。同时，在区间Φ₂内，必须要有回路让电感L₁放电，否则电感L₁的电压会急剧增大而损坏元件。

在区间Φ₃内，开关S₃闭合，电感L₁释放能量给单体电池B₂充电。闭合开关S₃的目的是使电流流经S₃而不流经二极管，减小损耗。

在区间Φ₄内，开关S₄断开，电感电流流经二极管给单体电池B₂充电。该区间既能够确保电感L₁储存的能量完全释放完，又能够防止单体电池B₂给电感L₁充电。

本发明均衡策略如下：

串联电池组会因为各个单体电池间的差异而出现不均衡的情况。但是，只有当有单体电池完全充满或完全放空时，电池组才会受到影响。

本发明串联电池组的工作状态分析如下：

如图2a所示，图2a为本发明串联电池组存在完全放空电池的不正常放电状态图。当串联电池组中的某个电池的电量完全放空而其它电池还有电量时，整个电池组不能继续放电，否则会损害电池的健康状态，因此无法充分利用电池组的容量。

如图2b所示，图2b为本发明串联电池组存在完全充满电池的不正常充电状态图。当串联电池组中的某个电池的电量完全充满而其它电池还没有充满时，整个电池组不能继续充电。

但是如图2c所示，图2c为本发明串联电池组正常的充电或放电状态图。当串联电池组中不存在完全充满或完全放空的电池时，即使存在不均衡的情况，电池组仍然能够正常充放电。

因此，没有必要时刻保持电池间电量的均衡，只要保证所有的电池同时充满或同时放空即可既不损害电池的健康状态，又充分利用电池组的容量。

本发明均衡策略以单体电池的剩余容量为均衡目标，该策略不仅能够保证所有的单体电池同时充满或同时放空，实现均衡，而且能够减少均衡过程中转移的总电荷量，从而减小损耗。

假设单体电池i的最大容量为C_imax，最小容量为C_imin，初始容量为C_i0。则在充电状态下，剩余容量C_ir可以表示为：

C_ir＝C_imax-C_i0 (3)

在放电状态下，剩余容量C_ir可以表示为：

C_ir＝C_i0-C_imin (4)

本发明提出的均衡策略与传统均衡策略的比较如下：

以两个单体电池串联组成的电池组为例，分析采用两种均衡策略工作于充电状态下的电荷转移情况。假设两个单体电池的最大容量分别为C_1max、C_2max，初始容量分别为C₁₀、C₂₀，初始荷电状态分别为SOC₁₀、SOC₂₀。

采用传统均衡策略工作于充电状态下的相关曲线如下：

如图3a-图3b所示，图3a和图3b分别为采用传统均衡策略工作于充电状态下各单体电池电量和荷电状态的曲线，图3c为各单体电池剩余容量的曲线，图3d为均衡电流的曲线，取单体电池2到单体电池1的方向为正方向。从图3b可以看出，从t1开始，两个单体电池的荷电状态实现均衡，并一直保持到充电结束。两个单体电池在t1时的荷电状态可以表示为：

式中：Q_{ch_t1}是来自于充电电路的电荷量；Q_{tr_t1}是两单体电池间转移的电荷量。若Q_{tr_t1}为正，则表示单体电池2向单体电池1转移电荷；反之，则表示单体电池1向单体电池2转移电荷。

因此，0-t1内两单体电池间转移的电荷量为：

式中：SOC_ch1和SOC_ch2为充电电流作用下两单体电池荷电状态的增加量。

从式(6)可以看出，Q_{tr_t1}的符号与SOC₂₀-SOC₁₀的符号相同。

在t1-t2期间，两个单体电池的荷电状态相同，该期间两单体电池间转移的电荷量为：

从式(7)可以看出，Q_{tr_t2}的符号与C_1max-C_2max的符号相同。

因此，整个充电过程中，两单体电池间转移的总电荷量Q_{tr_sum}为：

当且仅当Q_{tr_t1}和Q_{tr_t2}的符号相同，即满足式(9)时，不等式取等号。

(SOC₂₀-SOC₁₀)(C_1max-C_2max)≥0 (9)

采用本发明提出的均衡策略工作于充电状态下的相关曲线如下：

如图4a-图4d所示，4a为本发明于充电状态下的电量曲线图，图4b为本发明于充电状态下的荷电状态曲线图，图4c为本发明于充电状态下的剩余容量曲线图，图4d为本发明于充电状态下的均衡电流曲线图。

利用采用本发明提出的均衡策略工作于充电状态下的相关曲线，与图3a-3d对应。从图4c中可以看出，从t1开始，两个单体电池的剩余容量实现均衡，并一直保持到充电结束。

1-t1内，两单体电池间转移的电荷量Q_{tr_t1}为：

t1-t2期间，两单体电池的剩余容量保持相等，两单体电池间无电荷转移。因此，整个充电过程中，两单体电池间转移的总电荷量为：

比较式(8)和式(11)可知，采用本发明所提出的均衡策略时，两单体电池间转移的总电荷量始终小于等于采用传统均衡策略时转移的总电荷量。由图3d可知，采用传统均衡策略时，存在电荷在两个单体电池间来回转移的情况，这增加了转移的总电荷量。

实施例2：

本发明是一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略，为了将本发明所提出的均衡策略应用于实际的均衡电路中，提出了对应的均衡控制算法。该算法可以根据各个单体电池的剩余容量来确定进行电荷转移的电池对。具体地说，充电状态下的均衡算法可以总结如下：输入：各单体电池的剩余容量矩阵C，均衡周期T。

输出：进行电荷转移的电池对。

1:while Var(C)/avg(C)＞0.01do

2:d＝argmax_j∈vC^(j)

3:

4:

5:

6:s＝d+1

7:从电池单体s向电池单体d转移电荷，持续一个均衡周期

8:更新各电池单体的剩余容量矩阵

9:end while

上述中，d为输入电荷的电池单体，s为输出电荷的电池单体，σ为电池单体d的标号，N为总电池单体个数，dir表示电荷转移的方向。

该均衡算法的目标是使得各单体电池剩余容量的差异低于预先设置的阈值，见第1。均衡算法的关键是要确定进行电荷转移的电池对，即输出电荷的单体电池s和输入电荷的单体电池d。该算法首先选择剩余容量最大的单体电池作为输入电荷的单体电池d，然后根据此单体电池两侧单体电池剩余容量的平均值确定电荷的转移方向，从而确定输出电荷的单体电池s，见第2-6。最后，在更新各单体电池的剩余容量矩阵之前，均衡电路会根据确定好的电池对进行持续一个均衡周期的电荷转移，见第7-8。该过程会一直重复直到Var(C)/avg(C)充分小，这时认为各单体电池的剩余容量实现了均衡，即所有的单体电池可以同时充满。

如图5所示，图5为本发明均衡控制的流程图。控制器采集单体电池的电压、电流和温度来估计其当前容量、最大容量和最小容量。然后，控制器根据各个单体电池的剩余容量来确定进行电荷转移的电池对。每个均衡周期结束后，控制器都会重新采集数据进行计算，并不断循环，直到所有单体电池的剩余容量实现均衡为止。

需要说明的是，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“包括一个……”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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略，其特征是：包括均衡电路拓扑和均衡策略，其中，均衡电路以电感为载体，用于实现能量在两相邻单体电池之间的转移；均衡策略以单体电池的剩余容量为均衡目标，用于使所有的单体电池同时充满或放空，实现均衡；所述均衡电路的每个均衡模块由两个MOSFETs和一个电感组成；通过控制MOSFETs，利用储能电感实现单体电池间的电量转移，当开关S₁和S₃由一组不重叠的PWM信号控制，而其它的开关均关断时，将单体电池B₁的电量向单体电池B₂转移，每个周期分成四个区间Φ₁、Φ₂、Φ₃和Φ₄；在区间Φ₁内，开关S₁导通，单体电池B₁给电感L₁充电，假设电路中的电感值均为L，电池端电压为V_B，忽略开关的通态电阻和电感的直流内阻，根据基尔霍夫电压定律可得电感电流i_L为：

式(1)中：D表示占空比，T表示均衡周期，t表示时间；

此，一个周期内转移的电荷量q为：

式(2)中：D表示占空比，t表示时间；

根据式(1)和式(2)，综合考虑电感值、电池端电压和均衡周期，确定合适的占空比D来最大限度地发挥电感的性能；

在区间Φ₂内，开关S₁断开，单体电池B₁停止给电感L₁充电；区间Φ₂的长度大于开关由导通到关断和由关断到导通所需的时间；如果没有区间Φ₂，会出现开关S₁和S₃同时导通的情况，电池B₁和B₂会短路；同时，在区间Φ₂内，必须设有回路使电感L₁放电，否则电感L₁的电压会急剧增大而损坏元件；

在区间Φ₃内，开关S₃闭合，电感L₁释放能量给单体电池B₂充电，使电流流经S₃而不流经二极管；

在区间Φ₄内，开关S₄断开，电感电流流经二极管给单体电池B₂充电；确保电感L₁储存的能量完全释放完，防止单体电池B₂给电感L₁充电。

2.根据权利要求1所述的一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略，其特征是：所述均衡策略，包括：

串联电池组会因为各个单体电池间的差异而出现不均衡的情况，只有当有单体电池完全充满或完全放空时，电池组才会受到影响；

当串联电池组中的某个电池的电量完全放空，而其它电池还有电量时，整个电池组不能继续放电，否则会损害电池的健康状态，因此无法充分利用电池组的容量；

当串联电池组中的某个电池的电量完全充满，而其它电池还没有充满时，整个电池组不能继续充电；

当串联电池组中不存在完全充满或完全放空的电池时，即使存在不均衡的情况，电池组仍然能够正常充放电；

因此，只要保证所有的电池同时充满或同时放空，既不损害电池的健康状态，又充分利用电池组的容量。

3.根据权利要求1所述的一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略，其特征是：假设单体电池的最大容量为C_imax，最小容量为C_imin，初始容量为C_i0，则在充电状态下，剩余容量C_ir表示为：

C_ir＝C_imax-C_i0 (3)

其中，单体电池为i；

在放电状态下，剩余容量C_ir表示为：

C_ir＝C_i0-C_imin (4)。

4.根据权利要求3所述的一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略，其特征是：以所述充电状态下和放电状态下的两个单体电池串联组成的电池组，利用所述的一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略与传统的比较如下：

假设两个单体电池的最大容量分别为C_1max、C_2max，初始容量分别为C₁₀、C₂₀，初始荷电状态分别为SOC₁₀、SOC₂₀；

采用传统均衡策略工作于充电状态下：

从t1开始，两个单体电池的荷电状态实现均衡，并一直保持到充电结束，两个单体电池在t1时的荷电状态表示为：

式中：Q_{ch_t1}是来自于充电电路的电荷量；Q_{tr_t1}是两单体电池间转移的电荷量；若Q_{tr_t1}为正，则表示单体电池2向单体电池1转移电荷；反之，则表示单体电池1向单体电池2转移电荷；

因此，0-t1内两单体电池间转移的电荷量为：

式中：SOC_ch1和SOC_ch2为充电电流作用下两单体电池荷电状态的增加量；

从式(6)看出，Q_{tr_t1}的符号与SOC₂₀-SOC₁₀的符号相同；

在t1-t2期间，两个单体电池的荷电状态相同，该期间两单体电池间转移的电荷量为：

从式(7)看出，Q_{tr_t2}的符号与C_1max-C_2max的符号相同；

因此，整个充电过程中，两单体电池间转移的总电荷量Q_{tr_sum}为：

当且仅当Q_{tr_t1}和Q_{tr_t2}的符号相同，即满足式(9)时，不等式取等号：

(SOC₂₀-SOC₁₀)(C_1max-C_2max)≥0 (9)

采用所述的一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略工作于充电状态下：

利用所述的一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略工作于充电状态下的相关曲线与传统均衡策略比较如下：

利用所述的一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略工作于充电状态下的相关曲线从t1开始，两个单体电池的剩余容量实现均衡，并一直保持到充电结束；

0-t1内，两单体电池间转移的电荷量Q_{tr_t1}为：

t1-t2期间，两单体电池的剩余容量保持相等，两单体电池间无电荷转移，因此，整个充电过程中，两单体电池间转移的总电荷量为：

比较式(8)和式(11)可知，利用所述的一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略时，两单体电池间转移的总电荷量始终小于等于采用传统均衡策略时转移的总电荷量。

5.根据权利要求1所述的一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略，其特征是：所述均衡策略包括均衡算法，在充电状态下的均衡算法如下：

输入：各单体电池的剩余容量矩阵C，均衡周期T；

输出：进行电荷转移的电池对；

1:while Var(C)/avg(C)＞0.01do

2:d＝argmax_j∈vC^(j)

3:

4:

5:

6:s＝d+1

7:从电池单体s向电池单体d转移电荷，持续一个均衡周期

8:更新各电池单体的剩余容量矩阵

9:end while

上述中，d为输入电荷的电池单体，s为输出电荷的电池单体，σ为电池单体d的标号，N为总电池单体个数，dir表示电荷转移的方向。

6.根据权利要求5所述的一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略，其特征是：所述均衡算法的目标是使得各单体电池剩余容量的差异低于预先设置的阈值，均衡算法的关键是确定进行电荷转移的电池对，即输出电荷的单体电池s和输入电荷的单体电池d；首先选择剩余容量最大的单体电池作为输入电荷的单体电池d，根据此单体电池两侧单体电池剩余容量的平均值确定电荷的转移方向，从而确定输出电荷的单体电池s；更新各单体电池的剩余容量矩阵之前，均衡电路根据确定好的电池对进行持续一个均衡周期的电荷转移，该过程一直重复直到Var(C)/avg(C)充分小，这时认为各单体电池的剩余容量实现了均衡，即所有的单体电池可以同时充满。

7.根据权利要求5所述的一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略，其特征是：所述均衡算法，是由控制器采集单体电池的电压、电流和温度来估计其当前容量、最大容量和最小容量。

8.根据权利要求7所述的一种新型的电池组均衡电路拓扑及均衡策略，其特征是：所述控制器根据各个单体电池的剩余容量来确定进行电荷转移的电池对；每个均衡周期结束后，控制器重新采集数据进行计算，并不断循环，直到所有单体电池的剩余容量实现均衡为止。

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