CN113922452A - 一种电池的均衡控制装置、方法和电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池的均衡控制装置、方法和电池，该装置包括：采样单元，采集电池的电池参数；控制单元，根据电池的电池参数，确定电池的均衡参数；以及，在电池的均衡参数满足设定的反激式均衡开启条件的情况下，控制电池中的待均衡电池单体与反激式均衡单元构成回路，以利用反激式均衡单元，对电池中的待均衡电池单体进行反激式均衡；在电池的均衡参数不满足设定的反激式均衡开启条件、但满足设定的涓流均衡开启条件的情况下，控制电池中的待均衡电池单体与涓流均衡单元构成回路，以利用涓流均衡单元，对电池中的待均衡电池单体进行涓流均衡。该方案，通过根据电池充放电特性的不同电流大小进行电池均衡，降低大容量电池的电池均衡的难度。

Description

一种电池的均衡控制装置、方法和电池
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电池的均衡控制装置、方法和电池，尤其涉及基于大容量电池均衡电路的大容量电池的均衡控制装置、方法和大容量电池。
背景技术
电池，由于生产工艺与环境等因素导致的荷电不一致问题，使其在使用中需要进行电池均衡管理。而大容量电池由于其容量比较大，容易产生较大的荷电差异，这给电池均衡带来了一定挑战。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种电池的均衡控制装置、方法和电池，以解决大容量电池的电池均衡难度较大的问题，达到通过根据电池充放电特性的不同电流大小进行电池均衡，降低大容量电池的电池均衡的难度的效果。
本发明提供一种电池的均衡控制装置中，所述电池，包括：N个电池单体，N为正整数；所述电池的均衡电路，包括：反激式均衡单元和涓流均衡单元；所述电池的均衡控制装置，包括：采样单元和控制单元；其中，所述采样单元，被配置为采集所述电池的电池参数；所述控制单元，被配置为根据所述电池的电池参数，确定所述电池的均衡参数；以及，在所述电池的均衡参数，满足设定的反激式均衡开启条件的情况下，控制所述电池中的待均衡电池单体与所述反激式均衡单元构成回路，以利用所述反激式均衡单元，对所述电池中的待均衡电池单体进行反激式均衡；在所述电池的均衡参数，不满足设定的反激式均衡开启条件、但满足设定的涓流均衡开启条件的情况下，控制所述电池中的待均衡电池单体与所述涓流均衡单元构成回路，以利用所述涓流均衡单元，对所述电池中的待均衡电池单体进行涓流均衡。
在一些实施方式中，所述电池的均衡参数，包括：所述电池的电池荷电状态、所述电池的电池剩余荷电量、所述电池的电池电压中的任一参数，以及与所述电池的电池荷电状态、所述电池的电池剩余荷电量、所述电池的电池电压中的任一参数对应的均方根差值、最值差、平均值的差值中的至少之一。
在一些实施方式中，所述反激式均衡单元，包括：反激电路；所述反激电路，包括：反激变换器、第一反激开关管模块和第二反激开关管模块；所述第一反激开关管模块，设置在所述反激变换器的原边绕组处；所述第二反激开关管模块，设置在所述反激变换器的副边绕组处；所述反激变换器的原边绕组，能够与所述电池中的待均衡电池单体构成回路；所述反激变换器的副边绕组，能够与设定的蓄电池构成回路。
在一些实施方式中，所述涓流均衡单元，包括：能耗式均衡电路；所述能耗式均衡电路，包括：电阻模块和能耗开关管模块；其中，所述电阻模块和所述能耗开关管模块，能够与所述电池中的待均衡电池单体构成回路。
在一些实施方式中，所述电池的均衡电路，还包括：第一选择单元；所述第一选择单元，包括：N+1个选择支路；在所述N个电池单体中，每个所述电池单体的正极连接至所述N+1个选择支路中的一个选择支路，每个所述电池单体的负极连接至所述N+1个选择支路中的另一个选择支路；所述电池的均衡控制装置，还包括：所述控制单元，还被配置为根据所述电池的均衡参数，确定所述电池中的待均衡电池单体，并发出用于使所述电池中的待均衡电池单体接入的接入指令；所述第一选择单元，被配置为在接收到所述接入指令的情况下，使所述第一选择单元自身的所述N+1个选择支路中与所述电池中的待均衡电池单体的正负极连接的相应选择支路接通，以将所述电池中的待均衡电池单体接入所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元中，与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元构成回路。
在一些实施方式中，在所述N+1个选择支路中，每个选择支路，包括：第一选择开关模块和第二选择开关模块；所述第一选择开关模块和所述第二选择开关模块串联设置。
在一些实施方式中，所述电池的均衡电路，还包括：第二选择单元；所述第二选择单元，包括：第一极性选择支路和第二极性选择支路；所述电池的均衡控制装置，还包括：所述控制单元，还被配置为根据所述电池的均衡参数，确定所述电池中的待均衡电池单体的极性，并发出用于使所述选择单元中的一个极性选择支路的开通指令；所述第二选择单元，被配置为在接收到所述开通指令的情况下，使所述旋转单元中的一个极性选择支路开通，以对所述电池中的待均衡电池单体的极性进行处理，使所述电池中的待均衡电池单体与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元构成回路，使所述电池中的待均衡电池单体通过所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元进行均衡。
在一些实施方式中，在所述第一极性选择支路和所述第二极性选择支路中，每个极性选择支路，包括：第一极性选择开关管模块和第二极性选择开关管模块；所述第一极性选择开关管模块和所述第二极性选择开关管模块，并行设置。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电池，包括：以上所述的电池的均衡控制装置。
与上述电池相匹配，本发明再一方面提供一种电池的均衡控制方法中，所述电池，包括：N个电池单体，N为正整数；所述电池的均衡电路，包括：反激式均衡单元和涓流均衡单元；所述电池的均衡控制方法，包括：采集所述电池的电池参数；根据所述电池的电池参数，确定所述电池的均衡参数；以及，在所述电池的均衡参数，满足设定的反激式均衡开启条件的情况下，控制所述电池中的待均衡电池单体与所述反激式均衡单元构成回路，以利用所述反激式均衡单元，对所述电池中的待均衡电池单体进行反激式均衡；在所述电池的均衡参数，不满足设定的反激式均衡开启条件、但满足设定的涓流均衡开启条件的情况下，控制所述电池中的待均衡电池单体与所述涓流均衡单元构成回路，以利用所述涓流均衡单元，对所述电池中的待均衡电池单体进行涓流均衡。
在一些实施方式中，所述电池的均衡参数，包括：所述电池的电池荷电状态、所述电池的电池剩余荷电量、所述电池的电池电压中的任一参数，以及与所述电池的电池荷电状态、所述电池的电池剩余荷电量、所述电池的电池电压中的任一参数对应的均方根差值、最值差、平均值的差值中的至少之一。
在一些实施方式中，所述电池的均衡电路，还包括：第一选择单元；所述第一选择单元，包括：N+1个选择支路；在所述N个电池单体中，每个所述电池单体的正极连接至所述N+1个选择支路中的一个选择支路，每个所述电池单体的负极连接至所述N+1个选择支路中的另一个选择支路；所述电池的均衡控制方法，还包括：根据所述电池的均衡参数，确定所述电池中的待均衡电池单体，并发出用于使所述电池中的待均衡电池单体接入的接入指令；通过所述第一选择单元，在接收到所述接入指令的情况下，使所述第一选择单元自身的所述N+1个选择支路中与所述电池中的待均衡电池单体的正负极连接的相应选择支路接通，以将所述电池中的待均衡电池单体接入所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元中，与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元构成回路。
在一些实施方式中，所述电池的均衡电路，还包括：第二选择单元；所述第二选择单元，包括：第一极性选择支路和第二极性选择支路；所述电池的均衡控制方法，还包括：根据所述电池的均衡参数，确定所述电池中的待均衡电池单体的极性，并发出用于使所述选择单元中的一个极性选择支路的开通指令；通过所述第二选择单元，在接收到所述开通指令的情况下，使所述旋转单元中的一个极性选择支路开通，以对所述电池中的待均衡电池单体的极性进行处理，使所述电池中的待均衡电池单体与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元构成回路，使所述电池中的待均衡电池单体通过所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元进行均衡。
由此，本发明的方案，通过利用基于反激式的大电流均衡回路与基于能耗元件的涓流均衡回路，设置大容量电池均衡电路，在电池荷电状态差异较大时利用大电流均衡回路对电池进行大电流均衡，在电池荷电状态差异较小时利用涓流均衡回路对电池进行涓流均衡，实现对大容量电池的电池均衡；从而，通过根据电池充放电特性的不同电流大小进行电池均衡，降低大容量电池的电池均衡的难度。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的电池的均衡控制装置的一实施例的结构示意图；
图2为大容量电池均衡电路的控制方法的一实施例的流程示意图；
图3为大容量电池均衡电路的一实施例的结构示意图；
图4为大容量电池均衡电路的控制系统的一实施例的结构示意图；
图5为本发明的电池的均衡控制方法的一实施例的流程示意图；
图6为本发明的方法中对电池单体进行选择的一实施例的流程示意图；
图7为本发明的方法中对电池单体的极性进行处理的一实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
如钛酸锂等电池，电池容量大时差异性也大，而均衡一般在电池快充满或快放完才开启，若电池均衡电流比较小(如常规被动均衡为几十到几百毫安培)，则不能完成均衡目标，而常规的主动均衡虽然能提供几安培甚至几十安培的均衡电流，但各方案也存在各种问题，如拓扑复杂不易实现且成本高，如控制不够精细不能实现精准均衡。此处的大容量电池主要指以被动均衡的方式不能够完成电池均衡目标的电池。不能完成电池均衡目标是指，当电池容量大时，如某钛酸锂电池容量为40安时，电池单体间的SOC即使只差百分之一也差4安时，而假若以100豪安时进行均衡，则SOC百分之一的差异也要均衡40小时，这个均衡时间过长，不符合电池实际使用情况和均衡要求。
电池均衡的方式，主要分为能耗式均衡与非能耗式均衡。能耗式均衡，通过能耗元件将高荷电电池的多余电量消耗掉。非能耗式均衡，通过Buck-Boost电路、Cuk电路、反激电路等在高荷电电池与低荷电电池间实现电量转移。其中，Buck-Boost电路，是降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。Cuk电路，是降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。
对大容量电池而言，能耗式均衡，受其能耗元件的功率限制与散热问题，只能以小电流进行均衡，小电流均衡对于高荷电差异的大容量电池来说需要极长的均衡时间，因此不适用于大容量电池。非能耗式均衡，能够以较大的均衡电流进行均衡；但在非能耗式均衡中，Buck-Boost电路与Cuk电路往往只适用于相邻电池单元的均衡，非相邻电池以Buck-Boost电路与Cuk电路进行均衡需要复杂的电路结构，增添了成本与设计复杂度；而基于反激电路的非能耗式均衡，虽然以简单的电路即可实现对非相邻电池单元的均衡，但反激电路受反激变换器特性的影响，想要得到一个小均衡电流需要极高频率的驱动信号与采样信号，这对于控制器、驱动、采样以及均衡中的冲激问题而言都是难题，而始终以大电流进行均衡容易导致过均衡，从而反复开启均衡。因此，对大容量电池缺少一种速度快、精准度高的均衡电路与方式。
根据本发明的实施例，提供了一种电池的均衡控制装置。参见图1所示本发明的电池的均衡控制装置的一实施例的结构示意图。所述电池，包括：N个电池单体，N为正整数。所述电池，具有均衡电路。所述电池的均衡电路，包括：反激式均衡单元和涓流均衡单元。所述反激式均衡单元，能够在自身与所述电池中的待均衡电池单体构成回路的情况下，对所述电池中的待均衡电池单体进行反激式均衡。所述涓流均衡单元，能够在自身与所述电池中的待均衡电池单体构成回路的情况下，对所述电池中的待均衡电池单体进行涓流均衡。所述反激式均衡的电流，大于所述涓流均衡的电流。反激式均衡单元，如反激式均衡回路。涓流均衡单元，如涓流均衡回路。
所述电池的均衡控制装置，包括：采样单元和控制单元。
其中，所述采样单元，被配置为采集所述电池的电池参数。所述电池的电池参数，如所述电池的电压、温度等信息。
所述控制单元，被配置为根据所述电池的电池参数，确定所述电池的均衡参数。以及，
所述控制单元，还被配置为在所述电池的均衡参数，满足设定的反激式均衡开启条件的情况下，控制所述电池中的待均衡电池单体与所述反激式均衡单元构成回路，以利用所述反激式均衡单元，对所述电池中的待均衡电池单体进行反激式均衡。所述反激式均衡开启条件，是用于开启所述反激式均衡单元，以使所述反激式均衡单元自身与所述电池中的待均衡电池单体构成回路的条件。
所述控制单元，还被配置为在所述电池的均衡参数，不满足设定的反激式均衡开启条件、但满足设定的涓流均衡开启条件的情况下，控制所述电池中的待均衡电池单体与所述涓流均衡单元构成回路，以利用所述涓流均衡单元，对所述电池中的待均衡电池单体进行涓流均衡。所述涓流均衡开启条件，是用于开启所述涓流均衡单元，以使所述涓流均衡单元自身与所述电池中的待均衡电池单体构成回路的条件。
当然，所述控制单元，还被配置为在所述电池的均衡参数，不满足设定的反激式均衡开启条件、也不满足设定的涓流均衡开启条件的情况下，控制所述反激式均衡单元和所述涓流均衡单元均关闭，即控制所述电池与所述反激式均衡单元和所述涓流均衡单元均断开。
其中，所述控制单元，可以是一个控制器，也可以是两个控制器。在所述控制器为两个控制器的情况下，一个控制器可以用于根据所述电池的电池参数，确定所述电池的均衡参数。另一个控制器用于进行其它处理。
本发明的方案，设计了一种大容量电池均衡电路及均衡系统与方法，包含了基于反激式的大电流均衡回路(即反激式均衡回路)与基于能耗元件的涓流均衡回路，通过在电池荷电状态差异较大时，对电池进行大电流均衡。在电池荷电状态差异较小时，使用涓流均衡，能够以满足电池充放电特性的不同电流大小给电池进行均衡，同时实现大容量电池的快速均衡和精准均衡，实现符合电池充放电特性的均衡过程，能够延长电池的使用寿命，并且，均衡速度快，均衡末期采用涓流均衡，使得均衡平稳且精准，避免均衡反复进行。另外，该大容量电池均衡电路的拓扑简单、控制便捷，与其他非能耗式均衡相比有效降低成本。
在本发明的方案中，采取了在均衡回路中同时构建能耗式均衡回路与反激式均衡回路，解决了相关方案中均衡电流过小或均衡电流控制不够精细或均衡电路结构复杂的问题，与现有技术相比，对大容量电池具有很好的均衡效果。
具体地，反激变换器可实现的均衡电流可达十几安甚至几十安，均衡电流远大于其他方案，对于单体容量很高的大容量电池来说，较大的均衡电流是必须的，但基于反激变换器设计的均衡电路难以实现精细化的均衡电流，因此虽然均衡速度快，但均衡效果并不算好。因此，本发明的方案，依托反激变换器(即基于反激式的大电流均衡回路)实现大电流均衡，但另外构建基于能耗式器件的均衡回路(即基于能耗元件的涓流均衡回路)，实现对电池的精细化均衡，降低大容量电池的电池均衡难度。此外，电池具有充放电特性，在不同阶段适用于不同大小的充电电流，本发明的方案能够很好的实现此效果。还有，本发明的方案，对电池均衡电路中的各器件高度利用，复用率高，主要在于上述所说两条均衡回路通过共用回路选择器与选择阵列这两部分电路，以简单的器件和简单的控制实现对多个电池均衡的效果，与现有方案相比，降成本效果明显。
在一些实施方式中，所述电池的均衡参数，包括：所述电池的电池荷电状态、所述电池的电池剩余荷电量、所述电池的电池电压中的任一参数，以及与所述电池的电池荷电状态、所述电池的电池剩余荷电量、所述电池的电池电压中的任一参数对应的均方根差值、最值差、平均值的差值中的至少之一。
具体地，可选择电池荷电状态(即SOC，是电池剩余荷电量占荷电容量的比值)、电池剩余荷电量、电池电压等作为均衡变量，对应地，可以以对应均衡变量的均方根差值或最值差，或以对应均衡变量与平均值的差值，作为均衡开启判别条件。其中，最值差表示均衡变量的最大值与最小值的差值，与平均值的差表示均衡变量的各个值与平均值的差值。
本发明的方案提出一个实施例，以SOC作为均衡变量，以SOC的均方根差值作为均衡开启判别条件。本发明的方案的优点有多个，对于单一均衡方式，能耗式涓流均衡速度慢，不适用于大容量电池均衡。非能耗式均衡中Cuk、Boost等电路在对多个电池进行均衡时电路复杂、控制困难且成本高，反激式均衡不适于进行小电流均衡(小电流均衡需要极高的控制控制频率和采样频率，且电流冲激和振荡问题严重，均衡电流不精确)，从而导致均衡精度不高，在均衡快完成时均衡反复开启，减少器件使用寿命。本发明的方案，根据电池的均衡情况启用不同的均衡回路，能够实现电池均衡的速度快和精度高的两方面优点，同时所设计的电路拓扑简单，控制容易，成本也低。
图2为大容量电池均衡电路的控制方法的一实施例的流程示意图。如图2所示，大容量电池均衡电路的控制方法，包括：
步骤1、先由电池信息采集模块，对电池进行电压、温度等信息的采集，然后将所采集数据通过通信模块发送给另一主控芯片。
步骤2、另一主控芯片进行电池的SOC估算并计算出SOC的均方根差值。
步骤3、判断SOC的均方根差值大于反激式均衡开启条件：若是，则执行步骤41至步骤43。否则，执行步骤5。
步骤41、若SOC的均方根差值大于反激式均衡开启条件，本实施例中反激式均衡开启条件为0.03，则执行步骤42。
步骤42、筛选出最高SOC电池与最低SOC电池，并根据电池充放电曲线计算均衡电流大小，之后执行步骤43。
步骤43、以所计算的均衡电流大小对最高SOC电池进行反激放电，对最低SOC电池进行反激充电，之后返回步骤1。
步骤51、若SOC的均方根差大于涓流均衡开启条件而不大于反激式均衡开启条件，本实施例中涓流开启条件为0.02，则执行步骤52。
步骤52、筛选出最高SOC电池，之后执行步骤53。
步骤53、对最高SOC电池进行涓流放电，之后返回步骤1。SOC的均方根差不大于涓流均衡开启条件，则返回步骤1。
在一些实施方式中，除了以电池荷电状态的均方根差值作为均衡开启判别条件，还可以以电池最大荷电状态与最小荷电状态之差值作为判别条件。除了以电池荷电状态作为均衡变量，还可以以电池电压作为均衡变量。
具体地，采集电池信息得出各单体荷电状态，以电池系统中荷电量最高单体的SOC减最低荷电单体的SOC得到电池荷电状态的最值差，以该最值差与反激均衡开启条件和涓流均衡开启条件进行比较判断是开启反激均衡还是涓流均衡，具体开启条件可设置反激式均衡开启条件为百分之3，涓流均衡开启条件为百分之2.8，当然，具体设置为多少取决于SOC估算精度和均衡目标。
在以电池电压作为均衡变量时，直接采集电池电压，具体判断过程直接将以SOC作为均衡目标的过程中的荷电状态替换为电池电压即可。一般来说以电压作为均衡对象简单易实现，以荷电状态作为均衡对象较难，均衡效果比电压作为均衡对象要精准，具体效果要看荷电状态的估算方式。
在一些实施方式中，所述反激式均衡单元，包括：反激电路。所述反激电路，包括：反激变换器、第一反激开关管模块和第二反激开关管模块。第一反激开关管模块如N沟道MOS管M1，第二反激开关管模块如N沟道MOS管M2。
所述第一反激开关管模块，设置在所述反激变换器的原边绕组处。所述第二反激开关管模块，设置在所述反激变换器的副边绕组处。
所述反激变换器的原边绕组，能够与所述电池中的待均衡电池单体构成回路。所述反激变换器的副边绕组，能够与设定的蓄电池构成回路。设定的蓄电池，是用于进行均衡的蓄电池，如24V蓄电池。
图3为大容量电池均衡电路的一实施例的结构示意图。在图3所示的例子中，由反激变换器、N沟道MOS管M1、N沟道MOS管M2与原边电流采样模块、副边电流采样模块，构成非能耗式均衡电路。N沟道MOS管M1和N沟道MOS管M2构成均衡MOS模块。N沟道MOS管M3的漏极，连接至反激变换器的原边绕组的同名端。反激变换器原边绕组的异名端连接至N沟道MOS管M1的漏极。N沟道MOS管M1的源极，连接至原边电流采样模块的第一端。N沟道MOS管M11的源极，连接至原边电流采样模块的第二端。反激变换器副边绕组的异名端，连接至24V蓄电池的正极。24V蓄电池的负极，接地。24V蓄电池的负极，还经副边电流采样模块后，连接至N沟道MOS管M2的源极。N沟道MOS管M2的漏极，接反激变换器的副边绕组的同名端。
在一些实施方式中，所述涓流均衡单元，包括：能耗式均衡电路。所述能耗式均衡电路，包括：电阻模块和能耗开关管模块。电阻模块如电阻R1，开关管模块如N沟道MOS管M11。
其中，所述电阻模块和所述能耗开关管模块，能够与所述电池中的待均衡电池单体构成回路。
在图3所示的例子中，由电阻R1与N沟道MOS管M11，构成能耗式均衡回路。N沟道MOS管M3的漏极，经电阻R1后，连接至N沟道MOS管M11的漏极。N沟道MOS管M6的漏极，连接至N沟道MOS管M11的源极。N沟道MOS管M11的源极，还接地。
在一些实施方式中，所述电池的均衡电路，还包括：第一选择单元，如选择阵列。所述第一选择单元，包括：N+1个选择支路。在所述N个电池单体中，每个所述电池单体的正极连接至所述N+1个选择支路中的一个选择支路，每个所述电池单体的负极连接至所述N+1个选择支路中的另一个选择支路。
所述电池的均衡控制装置，还包括：对电池单体进行选择进行过程。
其中，所述控制单元，还被配置为根据所述电池的均衡参数，确定所述电池中的待均衡电池单体，并发出用于使所述电池中的待均衡电池单体接入的接入指令。所述接入指令，是用于使所述电池中的待均衡电池单体接入所述均衡电路的指令，如接入所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元的指令。
所述第一选择单元，被配置为在接收到所述接入指令的情况下，使所述第一选择单元自身的所述N+1个选择支路中与所述电池中的待均衡电池单体的正负极连接的相应选择支路接通，以将所述电池中的待均衡电池单体接入所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元中，与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元构成回路。
在本发明的方案中，多路电池使用同一路反激式均衡与涓流均衡，均衡分两个过程，可完成符合电池充放电特性的变电流均衡，电路简单。也就是说，均衡分为两个过程，实施变电流均衡，符合电池充放电特性。使用反激式均衡完成主要均衡过程，自带隔离，拓扑简单，均衡电流可控。也就是说，反激式均衡完成主要均衡过程，反激式均衡回路简单，可以设定均衡电流值进行均衡，自带隔离。多路电池共用涓流均衡回路，仅需一个MOS管，涓流均衡主要工作于均衡末期。多路电池共用同一路涓流均衡，涓流均衡仅工作与均衡末期，控制简单，成本低。从而，可以解决大容量电池均衡速度慢、均衡精度低的问题，能够对大容量电池进行变电流均衡，初期均衡电流大，均衡速度快，末期进行涓流均衡，均衡平稳精度高，且符合电池充放电特性，延长电池使用寿命。均衡电路简单，成本低。
本发明的方案，提出一种大容量电池均衡电路及其均衡方法，设计的均衡电路中包含涓流均衡回路与反激式均衡回路，当均衡变量达到反激式均衡开启条件时，开启反激式均衡回路进行均衡。当均衡变量达到涓流均衡开启条件且未达到反激式均衡开启条件时，开启能耗式均衡回路进行均衡。当均衡变量既未达到反激式均衡开启条件也未达到涓流均衡开启条件时，不开启均衡。
在一些实施方式中，在所述N+1个选择支路中，每个选择支路，包括：第一选择开关模块和第二选择开关模块。所述第一选择开关模块和所述第二选择开关模块串联设置。
在图3所示的例子中，由P沟道MOS管M8、P沟道MOS管M10、N沟道MOS管M7、N沟道MOS管M9构成选择阵列，由选择阵列对均衡电池单体进行选择。每个电池单体的正极，连接至N沟道MOS管M7的源极。N沟道MOS管M7的漏极，连接至P沟道MOS管M8的源极。P沟道MOS管M8的漏极，连接至回路选择器的第一输入端。每个电池单体的负极，连接至N沟道MOS管M9的源极。N沟道MOS管M9的漏极，连接至P沟道MOS管M10的源极。P沟道MOS管M10的漏极，连接至回路选择器的第二输入端。
在一些实施方式中，所述电池的均衡电路，还包括：第二选择单元，如回路选择器。所述第二选择单元，包括：第一极性选择支路和第二极性选择支路。所述第二选择单元，能够在所述第二选择单元中的一个极性选择支路自身与所述电池中的待均衡电池单体、以及所述第二选择单元自身与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元连通的情况下，对所述电池中的待均衡电池单体的极性进行处理，以使所述电池中的待均衡电池单体通过所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元进行均衡。
所述电池的均衡控制装置，还包括：对电池单体的极性进行处理的过程。
其中，所述控制单元，还被配置为根据所述电池的均衡参数，确定所述电池中的待均衡电池单体的极性，并发出用于使所述选择单元中的一个极性选择支路的开通指令，即发出用于使所述选择单元中的所述第一极性选择支路和第二极性选择支路中的一个极性选择支路的开通指令。
所述第二选择单元，被配置为在接收到所述开通指令的情况下，使所述旋转单元中的一个极性选择支路开通，以对所述电池中的待均衡电池单体的极性进行处理，即根据所述电池中的待均衡电池单体的极性，使所述电池中的待均衡电池单体与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元构成回路，使所述电池中的待均衡电池单体通过所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元进行均衡。
在一些实施方式中，在所述第一极性选择支路和所述第二极性选择支路中，每个极性选择支路，包括：第一极性选择开关管模块和第二极性选择开关管模块。所述第一极性选择开关管模块和所述第二极性选择开关管模块，并行设置。
如图3所示的大容量电池均衡电路，包括：电池单体、选择阵列、回路选择器、能耗式均衡电路、反激式均衡回路和24V蓄电池。电池单体，经选择阵列和回路选择器后，分别连接至能耗式均衡电路和反激式均衡回路。24V蓄电池，连接至反激式均衡回路。
在图3所示的例子中，N沟道MOS管M3、N沟道MOS管M4、N沟道MOS管M5、N沟道MOS管M6。P沟道MOS管M8的漏极，连接至N沟道MOS管M3的源极。P沟道MOS管M8的漏极，还连接至N沟道MOS管M4的源极。N沟道MOS管M3的源极，作为回路选择器的第一输入端。N沟道MOS管M3的漏极，连接至能耗式均衡电路的第一输入端。N沟道MOS管M3的漏极，还连接至反激式均衡回路的第一输入端。N沟道MOS管M3的漏极，还连接至N沟道MOS管M5的漏极。P沟道MOS管M10的漏极，连接至N沟道MOS管M5的源极。P沟道MOS管M10的漏极，还连接至N沟道MOS管M6的源极。N沟道MOS管M5的源极，作为回路选择器的第二输入端。N沟道MOS管M6的漏极，连接至N沟道MOS管M4的漏极。N沟道MOS管M6的漏极，还连接至能耗式均衡电路的第二输入端。N沟道MOS管M6的漏极，还连接至反激式均衡回路的第二输入端。在图3所示的例子中，各MOS管的栅极，连接至控制器。用于在控制器的控制下导通或关断。
在图3所示的大容量电池均衡电路中，构建了基于能耗元件如电阻和反激变换器的两条均衡回路，两条均衡回路可以通过各自的均衡MOS管开启，以实现小电流精细化均衡和大电流快速均衡，有利于实现大容量电池的均衡目的，大容量电池除了要求均衡要精准外还需要均衡速度要快。除此之外，构建的此两条均衡回路，通过同一个回路选择器和选择阵列构建，即当均衡电池数目增多时只需要增加对应电池数目的选择阵列通道即可，并且回路选择器可以以一条均衡回路实现对接入到回路中的电池极性相反情况的均衡，与其他方案相比可以节省均衡回路，且控制简单，只需控制对应回路的均衡MOS管开启回路即可。即，本发明的方案通过的大容量电池均衡电路与相关方案相比，各器件利用率高，可实施的均衡效果好，控制简单，成本更低。
例如：六节电池需7路背靠式MOS作为选择阵列通道，7节电池则需要8路背靠式选择阵列通道，而电路中后面的回路选择与均衡回路等都不需要改变。
选择阵列只会将一节电池单体接入，而在电池串联的情况下，电池接入进来的极性可能是相反的，回路选择器的作用就在于根据接入的电池号判断电池接入极性并选择对应回路接入到均衡回路中，这样全部电池单体在均衡时使用同一个回路选择器和均衡回路，而不像其他方案中的每个单体一路均衡回路。
基于buck、boost等拓扑的均衡方案中每个单体都设置一个均衡回路，电路复杂，控制不便，成本高。
由回路选择器选择电池的接入方式，保证电池与均衡回路的连接极性。要开启均衡时，导通与目标电池单体相连的选择阵列中的MOS管，并根据电池接入的极性选择换向器中的MOS管导通，使电池单体的正极与图中均衡回路的上端相连，电池单体的负极与图中均衡回路的下端相连，并根据电池荷电情况开启对应均衡回路并进行控制。具体的，反激变换器的参数应由输入电压、输出电压、峰值电流等需求根据变换器的设计方法进行计算获得，MOS管应选取满足最大应力电压的型号，电阻R1根据输入电压、目标均衡电流计算阻值，并选取满足此功率要求的封装，若无满足功率的封装类型可通过串并联电阻凑成该阻值与功率，原边电流采样模块与副边电流采样模块可以是由采样电阻、运放等信号调理电路构成的采样电路或者电流传感器。
图4为大容量电池均衡电路的控制系统的一实施例的结构示意图。如图4所示，大容量电池均衡电路的控制系统，包括：均衡电流采样模块、均衡模块、控制器、电池信息采集模块、通信模块和存储模块。均衡电流采样模块，连接至均衡模块。控制器，分别与均衡模块、控制器、通信模块和存储模块相连。
图3所示的大容量电池均衡电路实施均衡的系统，可以包含如图4所示的模块。其中，控制器与均衡模块以及均衡电流采样模块是均衡动作实施所必须的模块，电池信息采集模块是均衡策略实施所需模块，通信模块与存储模块作为可选模块。在该系统中，控制器可选取任意一款满足性能需求的MCU(为控制单元)或DSP(数字信号处理单元)，如可以采用型号为TMS320F28035的控制芯片作为控制器。均衡模块的主体为如图3所示的均衡电路，对应选型需求已在图3所示的例子中说明。均衡电流采样模块为图3中原边电流采样与副边电流采样部分，本发明的方案使用由采样电阻与运放等信号调理电路构成电流采集电路进行均衡电流采集。电池信息采集模块用于获取电池的电压、温度等信息用于均衡变量的获取，本实施例中采用SOC作为均衡变量，如使用型号为LTC6811的AFE(模拟前端)芯片及其应用电路作为电池信息采集模块获取电池电压与温度。本实施例中有可选的通信模块与存储模块，在本实施例中，SOC的计算并不在图4的控制器TMS320F28035中进行计算，而是通过通信模块发送给另一块主控芯片进行计算，本实施例的通信模块可以选用CAN(控制器局域网络)通信芯片如信号为TD501的芯片。除此之外，本实施例将大电流非能耗式均衡开启条件的SOC均方根差值与小电流能耗式均衡开启条件的SOC均方根差值以及系统其他参数与故障信息等存储在存储模块中，本实施例采用的存储芯片为型号为GT25C512的芯片。
本发明的方案，设计的一种包含反激式均衡回路与涓流均衡回路的均衡电路以及与之相关的均衡系统和方法，通过在电池荷电状态差异较大时对电池进行反激式均衡，在电池荷电状态差异较小时使用涓流均衡，能够实现符合电池充放电特性的均衡过程，能够延长电池使用寿命，且均衡末期采用涓流均衡，均衡平稳且精准，能够同时实现大容量电池的快速均衡与精准均衡。
采用本发明的技术方案，通过利用基于反激式的大电流均衡回路与基于能耗元件的涓流均衡回路，设置大容量电池均衡电路，在电池荷电状态差异较大时利用大电流均衡回路对电池进行大电流均衡，在电池荷电状态差异较小时利用涓流均衡回路对电池进行涓流均衡，实现对大容量电池的电池均衡。从而，通过根据电池充放电特性的不同电流大小进行电池均衡，降低大容量电池的电池均衡的难度。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电池的均衡控制装置的一种电池。该电池可以包括：以上所述的电池的均衡控制装置。
由于本实施例的电池所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过利用基于反激式的大电流均衡回路与基于能耗元件的涓流均衡回路，设置大容量电池均衡电路，在电池荷电状态差异较大时利用大电流均衡回路对电池进行大电流均衡，在电池荷电状态差异较小时利用涓流均衡回路对电池进行涓流均衡，实现对大容量电池的电池均衡，能够实现大容量电池的快速均衡和精准均衡，符合电池充放电特性，能够延长电池的使用寿命。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电池的均衡控制装置的一种电池的均衡控制方法，如图5所示本发明的电池的均衡控制方法的一实施例的流程示意图。所述电池，包括：N个电池单体，N为正整数。所述电池，具有均衡电路。所述电池的均衡电路，包括：反激式均衡单元和涓流均衡单元。所述反激式均衡单元，能够在自身与所述电池中的待均衡电池单体构成回路的情况下，对所述电池中的待均衡电池单体进行反激式均衡。所述涓流均衡单元，能够在自身与所述电池中的待均衡电池单体构成回路的情况下，对所述电池中的待均衡电池单体进行涓流均衡。所述反激式均衡的电流，大于所述涓流均衡的电流。反激式均衡单元，如反激式均衡回路。涓流均衡单元，如涓流均衡回路。
所述电池的均衡控制方法，包括：步骤S110至步骤S140。
在步骤S110处，采集所述电池的电池参数。所述电池的电池参数，如所述电池的电压、温度等信息。
在步骤S120处，根据所述电池的电池参数，确定所述电池的均衡参数。以及，
在步骤S130处，在所述电池的均衡参数，满足设定的反激式均衡开启条件的情况下，控制所述电池中的待均衡电池单体与所述反激式均衡单元构成回路，以利用所述反激式均衡单元，对所述电池中的待均衡电池单体进行反激式均衡。所述反激式均衡开启条件，是用于开启所述反激式均衡单元，以使所述反激式均衡单元自身与所述电池中的待均衡电池单体构成回路的条件。
在步骤S140处，在所述电池的均衡参数，不满足设定的反激式均衡开启条件、但满足设定的涓流均衡开启条件的情况下，控制所述电池中的待均衡电池单体与所述涓流均衡单元构成回路，以利用所述涓流均衡单元，对所述电池中的待均衡电池单体进行涓流均衡。所述涓流均衡开启条件，是用于开启所述涓流均衡单元，以使所述涓流均衡单元自身与所述电池中的待均衡电池单体构成回路的条件。
当然，在所述电池的均衡参数，不满足设定的反激式均衡开启条件、也不满足设定的涓流均衡开启条件的情况下，控制所述反激式均衡单元和所述涓流均衡单元均关闭，即控制所述电池与所述反激式均衡单元和所述涓流均衡单元均断开。
本发明的方案，设计了一种大容量电池均衡电路及均衡系统与方法，包含了基于反激式的大电流均衡回路(即反激式均衡回路)与基于能耗元件的涓流均衡回路，通过在电池荷电状态差异较大时，对电池进行大电流均衡。在电池荷电状态差异较小时，使用涓流均衡，能够以满足电池充放电特性的不同电流大小给电池进行均衡，同时实现大容量电池的快速均衡和精准均衡，实现符合电池充放电特性的均衡过程，能够延长电池的使用寿命，并且，均衡速度快，均衡末期采用涓流均衡，使得均衡平稳且精准，避免均衡反复进行。另外，该大容量电池均衡电路的拓扑简单、控制便捷，与其他非能耗式均衡相比有效降低成本。
在本发明的方案中，采取了在均衡回路中同时构建能耗式均衡回路与反激式均衡回路，解决了相关方案中均衡电流过小或均衡电流控制不够精细或均衡电路结构复杂的问题，与现有技术相比，对大容量电池具有很好的均衡效果。
具体地，反激变换器可实现的均衡电流可达十几安甚至几十安，均衡电流远大于其他方案，对于单体容量很高的大容量电池来说，较大的均衡电流是必须的，但基于反激变换器设计的均衡电路难以实现精细化的均衡电流，因此虽然均衡速度快，但均衡效果并不算好。因此，本发明的方案，依托反激变换器(即基于反激式的大电流均衡回路)实现大电流均衡，但另外构建基于能耗式器件的均衡回路(即基于能耗元件的涓流均衡回路)，实现对电池的精细化均衡，降低大容量电池的电池均衡难度。此外，电池具有充放电特性，在不同阶段适用于不同大小的充电电流，本发明的方案能够很好的实现此效果。还有，本发明的方案，对电池均衡电路中的各器件高度利用，复用率高，主要在于上述所说两条均衡回路通过共用回路选择器与选择阵列这两部分电路，以简单的器件和简单的控制实现对多个电池均衡的效果，与现有方案相比，降成本效果明显。
在一些实施方式中，所述电池的均衡参数，包括：所述电池的电池荷电状态、所述电池的电池剩余荷电量、所述电池的电池电压中的任一参数，以及与所述电池的电池荷电状态、所述电池的电池剩余荷电量、所述电池的电池电压中的任一参数对应的均方根差值、最值差、平均值的差值中的至少之一。
具体地，可选择电池荷电状态(即SOC，是电池剩余荷电量占荷电容量的比值)、电池剩余荷电量、电池电压等作为均衡变量，对应地，可以以对应均衡变量的均方根差值或最值差，或以对应均衡变量与平均值的差值，作为均衡开启判别条件。其中，最值差表示均衡变量的最大值与最小值的差值，与平均值的差表示均衡变量的各个值与平均值的差值。
本发明的方案提出一个实施例，以SOC作为均衡变量，以SOC的均方根差值作为均衡开启判别条件。本发明的方案的优点有多个，对于单一均衡方式，能耗式涓流均衡速度慢，不适用于大容量电池均衡。非能耗式均衡中Cuk、Boost等电路在对多个电池进行均衡时电路复杂、控制困难且成本高，反激式均衡不适于进行小电流均衡(小电流均衡需要极高的控制控制频率和采样频率，且电流冲激和振荡问题严重，均衡电流不精确)，从而导致均衡精度不高，在均衡快完成时均衡反复开启，减少器件使用寿命。本发明的方案，根据电池的均衡情况启用不同的均衡回路，能够实现电池均衡的速度快和精度高的两方面优点，同时所设计的电路拓扑简单，控制容易，成本也低。
图2为大容量电池均衡电路的控制方法的一实施例的流程示意图。如图2所示，大容量电池均衡电路的控制方法，包括：
步骤1、先由电池信息采集模块，对电池进行电压、温度等信息的采集，然后将所采集数据通过通信模块发送给另一主控芯片。
步骤2、另一主控芯片进行电池的SOC估算并计算出SOC的均方根差值。
步骤3、判断SOC的均方根差值大于反激式均衡开启条件：若是，则执行步骤41至步骤43。否则，执行步骤5。
步骤41、若SOC的均方根差值大于反激式均衡开启条件，本实施例中反激式均衡开启条件为0.03，则执行步骤42。
步骤42、筛选出最高SOC电池与最低SOC电池，并根据电池充放电曲线计算均衡电流大小，之后执行步骤43。
步骤43、以所计算的均衡电流大小对最高SOC电池进行反激放电，对最低SOC电池进行反激充电，之后返回步骤1。
步骤51、若SOC的均方根差大于涓流均衡开启条件而不大于反激式均衡开启条件，本实施例中涓流开启条件为0.02，则执行步骤52。
步骤52、筛选出最高SOC电池，之后执行步骤53。
步骤53、对最高SOC电池进行涓流放电，之后返回步骤1。SOC的均方根差不大于涓流均衡开启条件，则返回步骤1。
在一些实施方式中，除了以电池荷电状态的均方根差值作为均衡开启判别条件，还可以以电池最大荷电状态与最小荷电状态之差值作为判别条件。除了以电池荷电状态作为均衡变量，还可以以电池电压作为均衡变量。
图3为大容量电池均衡电路的一实施例的结构示意图。在图3所示的例子中，由反激变换器、N沟道MOS管M1、N沟道MOS管M2与原边电流采样模块、副边电流采样模块，构成非能耗式均衡电路。N沟道MOS管M1和N沟道MOS管M2构成均衡MOS模块。N沟道MOS管M3的漏极，连接至反激变换器的原边绕组的同名端。反激变换器原边绕组的异名端连接至N沟道MOS管M1的漏极。N沟道MOS管M1的源极，连接至原边电流采样模块的第一端。N沟道MOS管M11的源极，连接至原边电流采样模块的第二端。反激变换器副边绕组的异名端，连接至24V蓄电池的正极。24V蓄电池的负极，接地。24V蓄电池的负极，还经副边电流采样模块后，连接至N沟道MOS管M2的源极。N沟道MOS管M2的漏极，接反激变换器的副边绕组的同名端。
在图3所示的例子中，由电阻R1与N沟道MOS管M11，构成能耗式均衡回路。N沟道MOS管M3的漏极，经电阻R1后，连接至N沟道MOS管M11的漏极。N沟道MOS管M6的漏极，连接至N沟道MOS管M11的源极。N沟道MOS管M11的源极，还接地。
在一些实施方式中，所述电池的均衡电路，还包括：第一选择单元，如选择阵列。所述第一选择单元，包括：N+1个选择支路。在所述N个电池单体中，每个所述电池单体的正极连接至所述N+1个选择支路中的一个选择支路，每个所述电池单体的负极连接至所述N+1个选择支路中的另一个选择支路。
所述电池的均衡控制方法，还包括：对电池单体进行选择进行过程。
下面结合图6所示本发明的方法中对电池单体进行选择的一实施例流程示意图，进一步说明对电池单体进行选择的具体过程，包括：步骤S210和步骤S220。
步骤S210，根据所述电池的均衡参数，确定所述电池中的待均衡电池单体，并发出用于使所述电池中的待均衡电池单体接入的接入指令。所述接入指令，是用于使所述电池中的待均衡电池单体接入所述均衡电路的指令，如接入所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元的指令。
步骤S220，通过所述第一选择单元，在接收到所述接入指令的情况下，使所述第一选择单元自身的所述N+1个选择支路中与所述电池中的待均衡电池单体的正负极连接的相应选择支路接通，以将所述电池中的待均衡电池单体接入所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元中，与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元构成回路。
在本发明的方案中，多路电池使用同一路反激式均衡与涓流均衡，均衡分两个过程，可完成符合电池充放电特性的变电流均衡，电路简单。也就是说，均衡分为两个过程，实施变电流均衡，符合电池充放电特性。使用反激式均衡完成主要均衡过程，自带隔离，拓扑简单，均衡电流可控。也就是说，反激式均衡完成主要均衡过程，反激式均衡回路简单，可以设定均衡电流值进行均衡，自带隔离。多路电池共用涓流均衡回路，仅需一个MOS管，涓流均衡主要工作于均衡末期。多路电池共用同一路涓流均衡，涓流均衡仅工作与均衡末期，控制简单，成本低。从而，可以解决大容量电池均衡速度慢、均衡精度低的问题，能够对大容量电池进行变电流均衡，初期均衡电流大，均衡速度快，末期进行涓流均衡，均衡平稳精度高，且符合电池充放电特性，延长电池使用寿命。均衡电路简单，成本低。
本发明的方案，提出一种大容量电池均衡电路及其均衡方法，设计的均衡电路中包含涓流均衡回路与反激式均衡回路，当均衡变量达到反激式均衡开启条件时，开启反激式均衡回路进行均衡。当均衡变量达到涓流均衡开启条件且未达到反激式均衡开启条件时，开启能耗式均衡回路进行均衡。当均衡变量既未达到反激式均衡开启条件也未达到涓流均衡开启条件时，不开启均衡。
在图3所示的例子中，由P沟道MOS管M8、P沟道MOS管M10、N沟道MOS管M7、N沟道MOS管M9构成选择阵列，由选择阵列对均衡电池单体进行选择。每个电池单体的正极，连接至N沟道MOS管M7的源极。N沟道MOS管M7的漏极，连接至P沟道MOS管M8的源极。P沟道MOS管M8的漏极，连接至回路选择器的第一输入端。每个电池单体的负极，连接至N沟道MOS管M9的源极。N沟道MOS管M9的漏极，连接至P沟道MOS管M10的源极。P沟道MOS管M10的漏极，连接至回路选择器的第二输入端。
在一些实施方式中，所述电池的均衡电路，还包括：第二选择单元，如回路选择器。所述第二选择单元，包括：第一极性选择支路和第二极性选择支路。所述第二选择单元，能够在所述第二选择单元中的一个极性选择支路自身与所述电池中的待均衡电池单体、以及所述第二选择单元自身与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元连通的情况下，对所述电池中的待均衡电池单体的极性进行处理，以使所述电池中的待均衡电池单体通过所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元进行均衡。
所述电池的均衡控制方法，还包括：对电池单体的极性进行处理的过程。
下面结合图7所示本发明的方法中对电池单体的极性进行处理的一实施例流程示意图，进一步说明对电池单体的极性进行处理的具体过程，包括：步骤S310和步骤S320。
步骤S310，根据所述电池的均衡参数，确定所述电池中的待均衡电池单体的极性，并发出用于使所述选择单元中的一个极性选择支路的开通指令，即发出用于使所述选择单元中的所述第一极性选择支路和第二极性选择支路中的一个极性选择支路的开通指令。
步骤S320，通过所述第二选择单元，在接收到所述开通指令的情况下，使所述旋转单元中的一个极性选择支路开通，以对所述电池中的待均衡电池单体的极性进行处理，即根据所述电池中的待均衡电池单体的极性，使所述电池中的待均衡电池单体与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元构成回路，使所述电池中的待均衡电池单体通过所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元进行均衡。
如图3所示的大容量电池均衡电路，包括：电池单体、选择阵列、回路选择器、能耗式均衡电路、反激式均衡回路和24V蓄电池。电池单体，经选择阵列和回路选择器后，分别连接至能耗式均衡电路和反激式均衡回路。24V蓄电池，连接至反激式均衡回路。
在图3所示的例子中，N沟道MOS管M3、N沟道MOS管M4、N沟道MOS管M5、N沟道MOS管M6。P沟道MOS管M8的漏极，连接至N沟道MOS管M3的源极。P沟道MOS管M8的漏极，还连接至N沟道MOS管M4的源极。N沟道MOS管M3的源极，作为回路选择器的第一输入端。N沟道MOS管M3的漏极，连接至能耗式均衡电路的第一输入端。N沟道MOS管M3的漏极，还连接至反激式均衡回路的第一输入端。N沟道MOS管M3的漏极，还连接至N沟道MOS管M5的漏极。P沟道MOS管M10的漏极，连接至N沟道MOS管M5的源极。P沟道MOS管M10的漏极，还连接至N沟道MOS管M6的源极。N沟道MOS管M5的源极，作为回路选择器的第二输入端。N沟道MOS管M6的漏极，连接至N沟道MOS管M4的漏极。N沟道MOS管M6的漏极，还连接至能耗式均衡电路的第二输入端。N沟道MOS管M6的漏极，还连接至反激式均衡回路的第二输入端。在图3所示的例子中，各MOS管的栅极，连接至控制器。用于在控制器的控制下导通或关断。
在图3所示的大容量电池均衡电路中，构建了基于能耗元件如电阻和反激变换器的两条均衡回路，两条均衡回路可以通过各自的均衡MOS管开启，以实现小电流精细化均衡和大电流快速均衡，有利于实现大容量电池的均衡目的，大容量电池除了要求均衡要精准外还需要均衡速度要快。除此之外，构建的此两条均衡回路，通过同一个回路选择器和选择阵列构建，即当均衡电池数目增多时只需要增加对应电池数目的选择阵列通道即可，并且回路选择器可以以一条均衡回路实现对接入到回路中的电池极性相反情况的均衡，与其他方案相比可以节省均衡回路，且控制简单，只需控制对应回路的均衡MOS管开启回路即可。即，本发明的方案通过的大容量电池均衡电路与相关方案相比，各器件利用率高，可实施的均衡效果好，控制简单，成本更低。
由回路选择器选择电池的接入方式，保证电池与均衡回路的连接极性。要开启均衡时，导通与目标电池单体相连的选择阵列中的MOS管，并根据电池接入的极性选择换向器中的MOS管导通，使电池单体的正极与图中均衡回路的上端相连，电池单体的负极与图中均衡回路的下端相连，并根据电池荷电情况开启对应均衡回路并进行控制。具体的，反激变换器的参数应由输入电压、输出电压、峰值电流等需求根据变换器的设计方法进行计算获得，MOS管应选取满足最大应力电压的型号，电阻R1根据输入电压、目标均衡电流计算阻值，并选取满足此功率要求的封装，若无满足功率的封装类型可通过串并联电阻凑成该阻值与功率，原边电流采样模块与副边电流采样模块可以是由采样电阻、运放等信号调理电路构成的采样电路或者电流传感器。
图4为大容量电池均衡电路的控制系统的一实施例的结构示意图。如图4所示，大容量电池均衡电路的控制系统，包括：均衡电流采样模块、均衡模块、控制器、电池信息采集模块、通信模块和存储模块。均衡电流采样模块，连接至均衡模块。控制器，分别与均衡模块、控制器、通信模块和存储模块相连。
图3所示的大容量电池均衡电路实施均衡的系统，可以包含如图4所示的模块。其中，控制器与均衡模块以及均衡电流采样模块是均衡动作实施所必须的模块，电池信息采集模块是均衡策略实施所需模块，通信模块与存储模块作为可选模块。在该系统中，控制器可选取任意一款满足性能需求的MCU(为控制单元)或DSP(数字信号处理单元)，如可以采用型号为TMS320F28035的控制芯片作为控制器。均衡模块的主体为如图3所示的均衡电路，对应选型需求已在图3所示的例子中说明。均衡电流采样模块为图3中原边电流采样与副边电流采样部分，本发明的方案使用由采样电阻与运放等信号调理电路构成电流采集电路进行均衡电流采集。电池信息采集模块用于获取电池的电压、温度等信息用于均衡变量的获取，本实施例中采用SOC作为均衡变量，如使用型号为LTC6811的AFE(模拟前端)芯片及其应用电路作为电池信息采集模块获取电池电压与温度。本实施例中有可选的通信模块与存储模块，在本实施例中，SOC的计算并不在图4的控制器TMS320F28035中进行计算，而是通过通信模块发送给另一块主控芯片进行计算，本实施例的通信模块可以选用CAN(控制器局域网络)通信芯片如信号为TD501的芯片。除此之外，本实施例将大电流非能耗式均衡开启条件的SOC均方根差值与小电流能耗式均衡开启条件的SOC均方根差值以及系统其他参数与故障信息等存储在存储模块中，本实施例采用的存储芯片为型号为GT25C512的芯片。
本发明的方案，设计的一种包含反激式均衡回路与涓流均衡回路的均衡电路以及与之相关的均衡系统和方法，通过在电池荷电状态差异较大时对电池进行反激式均衡，在电池荷电状态差异较小时使用涓流均衡，能够实现符合电池充放电特性的均衡过程，能够延长电池使用寿命，且均衡末期采用涓流均衡，均衡平稳且精准，能够同时实现大容量电池的快速均衡与精准均衡。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述电池的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本实施例的技术方案，通过利用基于反激式的大电流均衡回路与基于能耗元件的涓流均衡回路，设置大容量电池均衡电路，在电池荷电状态差异较大时利用大电流均衡回路对电池进行大电流均衡，在电池荷电状态差异较小时利用涓流均衡回路对电池进行涓流均衡，实现对大容量电池的电池均衡，均衡速度快，均衡末期采用涓流均衡精度高，避免均衡反复进行。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种电池的均衡控制装置，其特征在于，所述电池，包括：N个电池单体，N为正整数；所述电池的均衡电路，包括：反激式均衡单元和涓流均衡单元；
所述电池的均衡控制装置，包括：采样单元和控制单元；其中，
所述采样单元，被配置为采集所述电池的电池参数；
所述控制单元，被配置为根据所述电池的电池参数，确定所述电池的均衡参数；以及，
在所述电池的均衡参数，满足设定的反激式均衡开启条件的情况下，控制所述电池中的待均衡电池单体与所述反激式均衡单元构成回路，以利用所述反激式均衡单元，对所述电池中的待均衡电池单体进行反激式均衡；
在所述电池的均衡参数，不满足设定的反激式均衡开启条件、但满足设定的涓流均衡开启条件的情况下，控制所述电池中的待均衡电池单体与所述涓流均衡单元构成回路，以利用所述涓流均衡单元，对所述电池中的待均衡电池单体进行涓流均衡。
2.根据权利要求1所述的电池的均衡控制装置，其特征在于，所述电池的均衡参数，包括：所述电池的电池荷电状态、所述电池的电池剩余荷电量、所述电池的电池电压中的任一参数，以及与所述电池的电池荷电状态、所述电池的电池剩余荷电量、所述电池的电池电压中的任一参数对应的均方根差值、最值差、平均值的差值中的至少之一。
3.根据权利要求1所述的电池的均衡控制装置，其特征在于，所述反激式均衡单元，包括：反激电路；所述反激电路，包括：反激变换器、第一反激开关管模块和第二反激开关管模块；
所述第一反激开关管模块，设置在所述反激变换器的原边绕组处；所述第二反激开关管模块，设置在所述反激变换器的副边绕组处；
所述反激变换器的原边绕组，能够与所述电池中的待均衡电池单体构成回路；所述反激变换器的副边绕组，能够与设定的蓄电池构成回路。
4.根据权利要求1所述的电池的均衡控制装置，其特征在于，所述涓流均衡单元，包括：能耗式均衡电路；所述能耗式均衡电路，包括：电阻模块和能耗开关管模块；其中，
所述电阻模块和所述能耗开关管模块，能够与所述电池中的待均衡电池单体构成回路。
5.根据权利要求1所述的电池的均衡控制装置，其特征在于，所述电池的均衡电路，还包括：第一选择单元；所述第一选择单元，包括：N+1个选择支路；在所述N个电池单体中，每个所述电池单体的正极连接至所述N+1个选择支路中的一个选择支路，每个所述电池单体的负极连接至所述N+1个选择支路中的另一个选择支路；
所述电池的均衡控制装置，还包括：
所述控制单元，还被配置为根据所述电池的均衡参数，确定所述电池中的待均衡电池单体，并发出用于使所述电池中的待均衡电池单体接入的接入指令；
所述第一选择单元，被配置为在接收到所述接入指令的情况下，使所述第一选择单元自身的所述N+1个选择支路中与所述电池中的待均衡电池单体的正负极连接的相应选择支路接通，以将所述电池中的待均衡电池单体接入所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元中，与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元构成回路。
6.根据权利要求5所述的电池的均衡控制装置，其特征在于，在所述N+1个选择支路中，每个选择支路，包括：第一选择开关模块和第二选择开关模块；所述第一选择开关模块和所述第二选择开关模块串联设置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池的均衡控制装置，其特征在于，所述电池的均衡电路，还包括：第二选择单元；所述第二选择单元，包括：第一极性选择支路和第二极性选择支路；
所述电池的均衡控制装置，还包括：
所述控制单元，还被配置为根据所述电池的均衡参数，确定所述电池中的待均衡电池单体的极性，并发出用于使所述选择单元中的一个极性选择支路的开通指令；
所述第二选择单元，被配置为在接收到所述开通指令的情况下，使所述旋转单元中的一个极性选择支路开通，以对所述电池中的待均衡电池单体的极性进行处理，使所述电池中的待均衡电池单体与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元构成回路，使所述电池中的待均衡电池单体通过所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元进行均衡。
8.根据权利要求7所述的电池的均衡控制装置，其特征在于，在所述第一极性选择支路和所述第二极性选择支路中，每个极性选择支路，包括：第一极性选择开关管模块和第二极性选择开关管模块；所述第一极性选择开关管模块和所述第二极性选择开关管模块，并行设置。
9.一种电池，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一项所述的电池的均衡控制装置。
10.一种电池的均衡控制方法，其特征在于，所述电池，包括：N个电池单体，N为正整数；所述电池的均衡电路，包括：反激式均衡单元和涓流均衡单元；
所述电池的均衡控制方法，包括：
采集所述电池的电池参数；
根据所述电池的电池参数，确定所述电池的均衡参数；以及，
在所述电池的均衡参数，满足设定的反激式均衡开启条件的情况下，控制所述电池中的待均衡电池单体与所述反激式均衡单元构成回路，以利用所述反激式均衡单元，对所述电池中的待均衡电池单体进行反激式均衡；
在所述电池的均衡参数，不满足设定的反激式均衡开启条件、但满足设定的涓流均衡开启条件的情况下，控制所述电池中的待均衡电池单体与所述涓流均衡单元构成回路，以利用所述涓流均衡单元，对所述电池中的待均衡电池单体进行涓流均衡。
11.根据权利要求10所述的电池的均衡控制方法，其特征在于，所述电池的均衡参数，包括：所述电池的电池荷电状态、所述电池的电池剩余荷电量、所述电池的电池电压中的任一参数，以及与所述电池的电池荷电状态、所述电池的电池剩余荷电量、所述电池的电池电压中的任一参数对应的均方根差值、最值差、平均值的差值中的至少之一。
12.根据权利要求10所述的电池的均衡控制方法，其特征在于，所述电池的均衡电路，还包括：第一选择单元；所述第一选择单元，包括：N+1个选择支路；在所述N个电池单体中，每个所述电池单体的正极连接至所述N+1个选择支路中的一个选择支路，每个所述电池单体的负极连接至所述N+1个选择支路中的另一个选择支路；
所述电池的均衡控制方法，还包括：
根据所述电池的均衡参数，确定所述电池中的待均衡电池单体，并发出用于使所述电池中的待均衡电池单体接入的接入指令；
通过所述第一选择单元，在接收到所述接入指令的情况下，使所述第一选择单元自身的所述N+1个选择支路中与所述电池中的待均衡电池单体的正负极连接的相应选择支路接通，以将所述电池中的待均衡电池单体接入所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元中，与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元构成回路。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的电池的均衡控制方法，其特征在于，所述电池的均衡电路，还包括：第二选择单元；所述第二选择单元，包括：第一极性选择支路和第二极性选择支路；
所述电池的均衡控制方法，还包括：
根据所述电池的均衡参数，确定所述电池中的待均衡电池单体的极性，并发出用于使所述选择单元中的一个极性选择支路的开通指令；
通过所述第二选择单元，在接收到所述开通指令的情况下，使所述旋转单元中的一个极性选择支路开通，以对所述电池中的待均衡电池单体的极性进行处理，使所述电池中的待均衡电池单体与所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元构成回路，使所述电池中的待均衡电池单体通过所述反激式均衡单元或所述涓流均衡单元进行均衡。
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