CN115483738A - 可切换主动均衡方法及可切换主动均衡电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可切换主动均衡方法及可切换主动均衡电路，所述可切换主动均衡电路包括具有M个电芯的电芯选通电路、双向均衡电路和具有N个电源的电源切换电路，所述可切换主动均衡方法包括：确定M个电芯中的需均衡电芯，并将需均衡电芯接入双向均衡电路；当需均衡电芯的电芯电量小于M个电芯的平均电量时，控制电源切换电路选择N个电源中的一个接入双向均衡电路，由双向均衡电路对需均衡电芯进行充电均衡处理；当需均衡电芯的电芯电量大于M个电芯的平均电量时，控制电源切换电路选择N个电源中的一个接入双向均衡电路，由双向均衡电路对需均衡电芯进行放电均衡处理。用于解决现有的均衡方法存在的电芯能量消耗大、均衡成本较高的问题。

Description

可切换主动均衡方法及可切换主动均衡电路

技术领域

本发明涉及电池电压均衡技术领域，具体涉及一种可切换主动均衡方法及可切换主动均衡电路。

背景技术

一般地，储能系统的主体为电池组，电池组是由多个单体锂电池串联组成，单体锂电池之间因制作材料、工艺、温度的差别，导致锂电池的电芯存在一定的容量偏差，这种偏差引起的不均衡最终会影响储能系统的正常工作。为了提高电池的利用效率及安全性，需要对锂电池的电芯进行均衡。

当前的均衡方法主要分为主动均衡和被动均衡，被动均衡是一种能耗型均衡方式，多余的电芯电量会通过电阻进行消耗，容易造成能量损失及较大的发热量，且均衡速度慢，不利于电芯的长期运行；主动均衡是一种能量转移均衡方式，可以将多余能量由较高电芯传递给较低电芯，但主动均衡也会消耗锂电池的电芯能量，成本及功耗较大。

发明内容

本发明的主要目的之一在于提供一种可切换主动均衡方法，用于解决现有的均衡方法存在的电芯能量消耗大、均衡成本较高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种可切换主动均衡方法，应用于可切换主动均衡电路，所述可切换主动均衡电路包括电芯选通电路、双向均衡电路和电源切换电路，所述电源切换电路包括N个电源，所述电芯选通电路包括M个电芯，所述M为大于1的整数，所述N为大于或者等于1的整数，所述可切换主动均衡方法包括：

确定M个电芯中的需均衡电芯，并将所述需均衡电芯接入所述双向均衡电路；

当所述需均衡电芯的电芯电量小于M个电芯的平均电量时，控制所述电源切换电路选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路，并通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行充电均衡处理；

当所述需均衡电芯的电芯电量大于M个电芯的平均电量时，控制所述电源切换电路选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路，并通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行放电均衡处理。

在一实施例中，执行所述当所述需均衡电芯的电芯电量大于M个电芯的平均电量时，控制所述电源切换电路选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路，并通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行放电均衡处理的步骤之后，所述可切换主动均衡方法还包括：

控制电芯电量大于M个电芯的平均电量的需均衡电芯中的至少一个对所述均衡电源反向充电，直至所述需均衡电芯的电芯电量与M个电芯的平均电量的电量差降低至预设电量阈值。

在一实施例中，N个电源至少包括一个电池包和直流电源。

在一实施例中，所述双向均衡电路包括电流采集电阻，所述电流采集电阻用于检测充电电流和/或放电电流。

在一实施例中，所述通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行充电均衡处理的步骤具体为：通过控制所述双向均衡电路工作在正激模式，用以将充电电压降低至预设充电电压阈值，并通过所述电流采集电阻实时监控充电电流，使所述双向均衡电路以恒压恒流的形式对所述需均衡电芯进行充电均衡处理，直至所述需均衡电芯的电芯电量与M个电芯的平均电量的电量差降低至预设电量阈值；

和/或，所述通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行放电均衡处理的步骤具体为：通过控制所述双向均衡电路工作在BOOST模式，用以将放电电压升高至预设放电电压阈值，并通过所述电流采集电阻实时监控放电电流，使所述双向均衡电路以恒压恒流的形式对所述需均衡电芯进行放电均衡处理，直至所述需均衡电芯的电芯电量与M个电芯的平均电量的电量差降低至预设电量阈值。

在一实施例中，所述确定M个电芯中的需均衡电芯，并将所述需均衡电芯接入所述双向均衡电路的步骤具体为：

获取每一所述电芯的电芯电量以及M个电芯的平均电量；

确定所述电芯电量与所述M个电芯的平均电量的电量差大于预设电量阈值的电芯为需均衡电芯；

当所述需均衡电芯的数量为一个时：

将所述需均衡电芯接入所述双向均衡电路；

当所述需均衡电芯的数量为多个时：

按照预设的排序方式确定多个所述需均衡电芯的均衡顺序；

控制多个所述需均衡电芯按照所述均衡顺序逐个接入所述双向均衡电路。

在一实施例中，所述按照预设的排序方式确定多个所述需均衡电芯的均衡顺序的步骤具体为：

将每一所述需均衡电芯的电芯电量与所述M个电芯的平均电量的电量差按照从大到小的顺序进行排序，用以确定多个所述需均衡电芯的均衡顺序。

本发明的主要目的之二在于提供一种可切换主动均衡电路，用于解决现有的均衡方法存在的电芯能量消耗大、均衡成本较高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种可切换主动均衡电路，所述可切换主动均衡电路包括：

电芯选通电路，包括电池组，所述电池组包括M个电芯，M个电芯依次串连，所述M为大于1的整数；

采集电路，所述采集电路与所述电池组连接，用于检测每一所述电芯的电芯电压和温度；

电源切换电路，包括切换开关和N个电源，所述N为大于或者等于1的整数；

双向均衡电路，所述双向均衡电路的第一端与所述电池组连接，所述双向均衡电路的第二端与所述切换开关连接；以及

控制电路，所述控制电路与所述电芯选通电路、采集电路、切换开关和双向均衡电路分别连接，用以根据所述电芯电压获取每一所述电芯的电芯电量及M个电芯的平均电量，并确定所述电芯电量与所述M个电芯的平均电量的电量差大于预设电量阈值的电芯为需均衡电芯；

所述控制电路还用于当所述需均衡电芯的电芯电量小于所述M个电芯的平均电量时，控制所述切换开关选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路，并通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行充电均衡处理；

所述控制电路还用于当所述需均衡电芯的电芯电量大于所述M个电芯的平均电量时，控制所述切换开关选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路，并通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行放电均衡处理。

在一实施例中，N个电源至少包括一个电池包和直流电源。

在一实施例中，所述双向均衡电路包括电流采集电阻，所述电流采集电阻用于检测充电电流和/或放电电流。

在一实施例中，所述可切换主动均衡电路还包括驱动电路，所述控制电路经所述驱动电路与所述双向均衡电路连接，用于当所述需均衡电芯的电芯电量小于M个电芯的平均电量时，通过所述驱动电路控制所述双向均衡电路工作在正激模式；以及当所述需均衡电芯的电芯电量大于所述M个电芯的平均电量时，通过所述驱动电路控制所述双向均衡电路工作在BOOST模式。

在一实施例中，所述电芯选通电路还包括矩阵开关电路，所述电池组经所述矩阵开关电路与所述双向均衡电路的第一端连接，所述控制电路与所述矩阵开关电路连接，用以通过所述矩阵开关电路切换接入所述双向均衡电路的需均衡电芯。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

1、所述可切换主动均衡电路包括电芯选通电路、双向均衡电路和电源切换电路，设置电源切换电路包括N个电源，电芯选通电路包括M个电芯，通过确定M个电芯中的需均衡电芯，并将需均衡电芯接入双向均衡电路，用以对能量较高的需均衡电芯进行放电均衡处理并将需均衡电芯的多余的能量转移至电源，以及对能量较低的需均衡电芯进行充电均衡处理并将电源的能量补给能量较低的需均衡电芯，实现电芯的无损均衡，避免直接消耗电芯能量导致的能量浪费，且有效减少因直接消耗电芯能量导致的发热问题，通过主动均衡利用电芯能量，便于电芯的长期运行，延长使用寿命；

2、通过对电芯电量大于M个电芯的平均电芯的需均衡电芯进行放电均衡处理，以及对电芯电量小于M个电芯的平均电芯的需均衡电芯进行充电均衡处理，实现对需均衡电芯的双向均衡处理，用以扩大可切换主动均衡电路及可切换主动均衡方法的适用范围；设置N个电源，控制电源切换电路在N个电源中选择接入双向均衡电路的均衡电源，通过扩大均衡电源的选择范围，以进一步扩大可切换主动均衡电路及可切换主动均衡方法的适用范围，用以充分利用需均衡电芯及电源的能量，提高能量的利用率、降低功耗，避免对电芯电量造成浪费，有效降低均衡成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的可切换主动均衡电路的一实施例的电路图；

图2为本发明的可切换主动均衡方法的一实施例的流程图；

图3为本发明的可切换主动均衡方法的另一实施例的流程图；

图4为本发明的可切换主动均衡方法的又一实施例的流程图；

图5为本发明的步骤S1的一实施例的具体流程图；

图6为本发明的步骤S1的又一实施例的具体流程图；

图7为本发明的双向均衡电路的进行充电均衡处理的一实施例的电路图；

图8为本发明的双向均衡电路的进行放电均衡处理的一实施例的电路图；

图中：100、电芯选通电路；101、电池组；102、矩阵开关电路；103、极性选择开关；200、采集电路；300、电源切换电路；301、切换开关；302、电池包；303、直流电源；400、双向均衡电路；500、控制电路；501、处理器；600、驱动电路；700、通信电路；701、CAN模块；702、微处理器；800、时钟电路；900、存储器。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

若在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。若在本发明中涉及“A和/或B”的描述，则表示包含方案A或方案B，或者包含方案A和方案B。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

随着环境问题与资源匮乏的日益加剧，新能源发电量逐年增高，但新能源与电网间的匹配消纳问题也逐渐凸显出来。一般地，储能系统的主体为电池组，电池组是由多个单体锂电池串联组成，单体锂电池之间由于制作材料、工艺、温度的差别，使锂电池的电芯之间存在一定的容量偏差，这种偏差引起的不均衡最终会影响储能系统的正常工作。为了提高电池的利用效率及安全性，需要对电芯进行均衡，但现有的均衡方法存在电芯能量消耗较大、均衡成本较高的问题。

为此，本发明提供了一种可切换主动均衡方法及可切换主动均衡电路。

其中，所述的一种可切换主动均衡方法，应用于可切换主动均衡电路，所述可切换主动均衡电路包括电芯选通电路100、双向均衡电路400和电源切换电路300，所述电源切换电路300包括N个电源，所述电芯选通电路100包括M个电芯，所述M为大于1的整数，所述N为大于或者等于1的整数。

参照图1和图2，在一实施例中，所述可切换主动均衡方法包括以下步骤：

步骤S1、确定M个电芯中的需均衡电芯，并将所述需均衡电芯接入所述双向均衡电路400；

步骤S2、当所述需均衡电芯的电芯电量小于M个电芯的平均电量时，控制所述电源切换电路300选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路400，并通过所述双向均衡电路400对所述需均衡电芯进行充电均衡处理；

步骤S3、当所述需均衡电芯的电芯电量大于M个电芯的平均电量时，控制所述电源切换电路300选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路400，并通过所述双向均衡电路400对所述需均衡电芯进行放电均衡处理。

可以理解的是，所述可切换主动均衡电路还包括控制电路500，所述控制电路500设置有一用以实现上述可切换主动均衡方法的处理器501，所述电芯选通电路100包括矩阵开关电路102，所述矩阵开关电路102包括M个连接开关，M个所述连接开关一对一地与M个电芯连接，所述矩阵开关电路102与所述控制电路500的处理器501连接，用以切换接入所述双向均衡电路400的需均衡电芯。

进一步地，所述可切换主动均衡电路还包括与所述处理器501电连接的采集电路200，所述采集电路200用于检测每一所述电芯的电芯电压和温度，所述处理器501根据采集到的电芯电压和温度等信息，利用开路电压法和卡尔曼滤波法计算M个电芯的平均电量以及每一所述电芯的电芯电量，并将M个电芯的平均电量记为SOC_avg以及M个电芯的每一所述电芯的电芯电量记为SOC_1-SOC_m。可选地，可在所述处理器501预设电量阈值，用以确定所述电芯电量与所述M个电芯的平均电量的电量差大于预设电量阈值的电芯为需均衡电芯。当然，根据实际，不排除在所述处理器501预设阈值，并确定所述电芯电量大于或者小于所述预设阈值的电芯为需均衡电芯。

其中，所述开路电压法，指的是利用电池的开路电压与电池的荷电状态(也即是电池的荷电量或者剩余电量)之间的对应关系，用以在获得开路电压的情况下计算对应的电池电量。电芯为去除保护电路板的电池的储能部，本发明所述的电芯电压为电池开路电压，通过采集电路200获取每一电芯的电芯电压及温度，由处理器501根据所述电芯电压，通过开路电压法即可计算每一所述电芯对应的电芯电量。所述卡尔曼滤波法，也即是，根据电流积分法，按时间顺序记录所有的关于在其中/其外的电池的电压和电流的数据，并且当前时间的电荷是通过使用该数据对电流进行时间积分来获得的，用以通过使用电池的电荷的初始值和满充时的电容量来获得充电率。

进一步地，所述处理器501可预设温度阈值，用以在高于或者低于所述温度阈值的时候暂停均衡处理，避免造成电芯损坏。

更进一步地，所述电源切换电路300还包括切换开关301，所述切换开关301与所述处理器501电连接，所述可切换主动均衡电路还包括驱动电路600，所述处理器501经所述驱动电路600与所述双向均衡电路400电连接，所述处理器501还用于在所述需均衡电芯的电芯电量小于M个电芯的平均电量时，控制所述切换开关301选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路400，并通过所述驱动电路600控制双向均衡电路400对所述需均衡电芯进行充电均衡处理；和/或，在所述需均衡电芯的电芯电量大于M个电芯的平均电量时，控制所述切换开关301选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路400，并通过所述驱动电路600控制双向均衡电路400对所述需均衡电芯进行放电均衡处理。

可选地，所述双向均衡电路400可采用DCDC双向切换电路，并采用升压boost拓扑电路、降压buck拓扑电路、升降压buck-boost拓扑电路、正激拓扑电路、反激拓扑电路中的至少一种的组合。

所述可切换主动均衡电路包括电芯选通电路、双向均衡电路和电源切换电路，设置电源切换电路包括N个电源，电芯选通电路包括M个电芯，通过确定M个电芯中的需均衡电芯，并将需均衡电芯接入双向均衡电路，用以对能量较高的需均衡电芯进行放电均衡处理并将需均衡电芯的多余的能量转移至电源，以及对能量较低的需均衡电芯进行充电均衡处理并将电源的能量补给能量较低的需均衡电芯，实现电芯的无损均衡，避免直接消耗电芯能量导致的能量浪费，且有效减少因直接消耗电芯能量导致的发热问题，通过主动均衡利用电芯能量，便于电芯的长期运行，延长使用寿命。

作为一示例，所述电源切换电路300包括N个电源，所述电源包括但不限于电池包302、直流电源303以及其他蓄电装置，其中，所述电池包302可采用由多个单体电芯串连而成的PACK。

在实际应用中，既存在个别电芯因电芯电量过高而需要进行放电均衡处理的情况，也存在个别电芯因电芯电量过低需要进行充电均衡处理的情况，通过对电芯电量大于M个电芯的平均电芯的需均衡电芯进行放电均衡处理，以及对电芯电量小于M个电芯的平均电芯的需均衡电芯进行充电均衡处理，实现对需均衡电芯的双向均衡处理。相比单项均衡，双向均衡处理能够适用于更多的应用场景，有效扩大可切换主动均衡电路及可切换主动均衡方法的适用范围。通过设置N个电源，控制电源切换电路在N个电源中选择接入双向均衡电路的均衡电源，通过扩大均衡电源的选择范围，以进一步扩大可切换主动均衡电路及可切换主动均衡方法的适用范围，用以充分利用需均衡电芯及电源的能量，提高能量的利用率、降低功耗，避免对电芯电量造成浪费，有效降低均衡成本。

参照图3，在一实施例中，执行所述步骤S3、所述当所述需均衡电芯的电芯电量大于M个电芯的平均电量时，控制所述电源切换电路300选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路400，并通过所述双向均衡电路400对所述需均衡电芯进行放电均衡处理之后，所述可切换主动均衡方法还包括：

步骤S310、控制电芯电量大于M个电芯的平均电量的需均衡电芯中的至少一个对所述均衡电源反向充电，直至所述需均衡电芯的电芯电量与M个电芯的平均电量的电量差降低至预设电量阈值。

可以理解的是，电芯电量大于M个电芯的平均电量的需均衡电芯至少有一个，通过需均衡电芯对均衡电源反向充电，用以利用需均衡电芯能量。通过放电均衡，将需均衡电芯多余的能量转移至电源，并在需要进行充电均衡或者充电的时候，由电源对电芯及电池组进行充电处理，使电芯选通电路的至少一个电芯共享这部分能量，用以解决电路静态功耗大的问题，如此，可提高能量利用率、降低电路运行损耗。

另外，需要说明的，所述电源切换电路300包括N个电源，所述N为大于或者等于1的整数，在所述N为1时，可选地，所述电源采用电池包302，并在需进行均衡处理时由所述电池包302作为均衡电源，用于对电芯电量小于所述M个电芯的平均电量SOC_avg的需均衡电芯进行充电均衡处理，还用于对电芯电量大于所述M个电芯的平均电量SOC_avg的需均衡电芯进行放电均衡处理，并由需均衡电芯中的至少一个对电池包302反向充电；在所述N为1时，也可以是，所述电源采用直流电源303，用于对电芯电量小于所述M个电芯的平均电量SOC_avg的需均衡电芯进行充电均衡处理。在所述N为大于1的整数时，所述电源可以包括电池包302和/或直流电源303，其中，所述电池包302至少有一个。

参照图1，在一实施例中，N个电源至少包括一个电池包302和直流电源303。

可选地，本发明所述的可切换主动均衡方法及可切换主动均衡电路，应用于储能系统。

所述电池包302可以是由多个单体电芯串连而成的PACK，所述直流电源303可以采用外供电源或者外接的蓄电装置，根据实际，所述直流电源303可以采用20V至48V的外供电源。作为进一步示例，所述直流电源303可采用24V外供直流电源303。

作为一示例，在所述电源为电池包302时，所述电池包302作为均衡电源接入所述双向均衡电路400，并通过所述双向均衡电路400对所述需均衡电芯进行充电均衡处理和/或放电均衡处理，也即是，所述电池包302作为均衡电源可用于对电芯电量小于M个电芯的平均电量的需均衡电芯进行充电均衡处理；也可用于对电芯电量大于M个电芯的平均电量的需均衡电芯进行放电均衡处理，并通过所述需均衡电芯进行反向充电，用以提高能量的利用率，避免耗能。

作为另一示例，在所述电源为直流电源303时，直流电源303作为均衡电源接入所述双向均衡电路400，并通过所述双向均衡电路400对所述需均衡电芯进行充电均衡处理，也即是，所述直流电源303作为均衡电源可用于对电芯电量小于M个电芯的平均电量的需均衡电芯进行充电均衡处理，而无法从需均衡电芯获取能量，用以实现电芯无损均衡，如此，可降低储能系统的功耗，提高对储能系统的能量的利用率。

进一步地，N个电源包括至少一个电池包302和直流电源303，当需要对所述需均衡电芯进行充电均衡处理时，需判断直流电源303是否在线，当直流电源303在线时，优先选择直流电源303作为均衡电源对需均衡电芯进行充电均衡处理；当需要对所述需均衡电芯进行放电均衡处理时，优先选择电池包302作为均衡电源对需均衡电芯进行放电均衡处理，并通过所述需均衡电芯对所述均衡电源反向充电。当N个电源包括多个电池包302时，可选地，可选择剩余电量最少的电池包302作为均衡电源对需均衡电芯进行放电均衡处理；当然，也可以预设电源均衡顺序，并按照预设电源均衡顺序选择多个电池包302中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路400。

在一实施例中，所述双向均衡电路包括电流采集电阻，所述电流采集电阻用于检测充电电流和/或放电电流。

所述控制电路500的处理器501与所述双向均衡电路400连接，以实时获取所述电流采集电阻反馈的充电电流和/或放电电流。通过电流采集电阻实时采集充电电流和/或放电电流，由处理器501根据电芯电量控制PWM占空比，通过调整充电电流的大小和/或放电电流的大小，进而调整充电电流曲线和/或放电电流曲线，用以确保充放电的安全性及电芯的健康度，避免因过充或者过放对电芯造成不可逆的损害。

进一步地，可预设均衡电流，用以控制所述充电电流及放电电流的大小，并确保均衡速度。根据实际使用的不同要求，可根据所述电芯的类型、型号以及所述电芯选通电路100的连接方式等，设置所述均衡电流为4.5A至6.5A。进一步地，可设置所述均衡电流为5A，用以确保充电均衡过程中达到或者接近完全充电状态，并进一步确保放电均衡过程中对电池包302的反向充电达到或者接近完全充电状态，如此，可确保均衡速度，减少均衡时间。

参照图4，在一实施例中，所述通过所述双向均衡电路400对所述需均衡电芯进行充电均衡处理的步骤具体为：通过控制所述双向均衡电路400工作在正激模式，用以将充电电压降低至预设充电电压阈值，并通过所述电流采集电阻实时监控充电电流，使所述双向均衡电路400以恒压恒流的形式对所述需均衡电芯进行充电均衡处理，直至所述需均衡电芯的电芯电量与M个电芯的平均电量的电量差降低至预设电量阈值；

和/或，所述通过所述双向均衡电路400对所述需均衡电芯进行放电均衡处理的步骤具体为：通过控制所述双向均衡电路400工作在BOOST模式，用以将放电电压升高至预设放电电压阈值，并通过所述电流采集电阻实时监控放电电流，使所述双向均衡电路400以恒压恒流的形式对所述需均衡电芯进行放电均衡处理，直至所述需均衡电芯的电芯电量与M个电芯的平均电量的电量差降低至预设电量阈值。

可以理解的是，此处可根据所述电芯的标称电压预设所述充电电压阈值，并根据所述电源电压确定所述放电电压阈值，以使所述可切换主动均衡方法按照适宜的电流值及电压值实现充电均衡及放电均衡，用于提高充电率、降低能耗并缩短充电时间，如此，可确保电芯完全充电及放电，避免因过充或者过放影响电芯寿命。

进一步地，在上述示例的基础上，所述充电电压阈值可采用3.6V至4.2V，所述放电电压阈值可采用20V至48V，用以控制充放电过程；进一步地，所述充电电压阈值可采用3.65V，所述放电电压阈值可采用24V。

于本发明中，所述可切换主动均衡电路包括控制电路500，所述控制电路500设有处理器501，所述处理器501预设电量阈值，用以根据所述预设电量阈值确定需均衡电芯。

参照图5，在一实施例中，所述步骤S1、确定M个电芯中的需均衡电芯，并将所述需均衡电芯接入所述双向均衡电路400的步骤具体为：

步骤S110、获取每一所述电芯的电芯电量以及M个电芯的平均电量；

步骤S120、确定所述电芯电量与所述M个电芯的平均电量的电量差大于预设电量阈值的电芯为需均衡电芯；

步骤S131、当所述需均衡电芯的数量为一个时：将所述需均衡电芯接入所述双向均衡电路400；

步骤S141、当所述需均衡电芯的数量为多个时：按照预设的排序方式确定多个所述需均衡电芯的均衡顺序；

步骤S142、控制多个所述需均衡电芯按照所述均衡顺序逐个接入所述双向均衡电路400。

根据实际，可选地，所述步骤S141的预设的排序方式，可以是在执行所述可切换主动均衡方法前对M个所述电芯进行排序，并按照对M个所述电芯的排序方式确定多个所述需均衡电芯的均衡顺序；也可以是，将所述需均衡电芯与M个电芯的平均电量的电量差按照从小到大或者从大到小的顺序进行排序，进而确定多个所述需均衡电芯的均衡顺序；当然，也可以是按照其他预设的排序方式确定多个所述需均衡电芯的均衡顺序，在此不作具体限定。

在确定多个所述需均衡电芯的均衡顺序后，也即是在执行步骤S141之后，可选地，可控制多个所述需均衡电芯逐个接入所述双向均衡电路400，并按照所述均衡顺序以逐个接通的形式对多个所述需均衡电芯逐个进行均衡处理；当然，也可以是，按照所述均衡顺序将第一个需均衡电芯接入所述双向均衡电路400，以进行均衡处理，并在接入的第一个需均衡电芯完成均衡处理后，再按照所述均衡顺序接入下一需均衡电芯，用以进行均衡处理……如此循环，直至所述需均衡电芯均达到均衡状态。

另外，需要说明的是，所述需均衡电芯可分成需充电均衡电芯以及需放电均衡电芯，可选地，在执行步骤S120、确定所述电芯电量与所述M个电芯的平均电量的电量差大于预设电量阈值的电芯为需均衡电芯的过程中或者之后，可以确定多个所述需均衡电芯中的需充电均衡电芯以及需放电均衡电芯。在执行步骤S141时，可以按照预设的排序方式确定多个所述需充电均衡电芯的充电均衡顺序以及多个所述需放电均衡电芯的放电均衡顺序。而后，在执行步骤S142时，控制多个所述需放电均衡电芯按照所述放电均衡顺序逐个接入所述双向均衡电路400，用以逐个进行放电均衡处理，并在完成放电均衡处理后再控制多个所述需充电均衡电芯按照所述充电均衡顺序逐个接入所述双向均衡电路400，用以逐个进行充电均衡处理；反之亦然。

参照图6，在一实施例中，为降低均衡处理过程中的电损失，且避免启动均衡处理后短时间内进行多次电路切换导致的高负荷的情况，所述步骤S141、按照预设的排序方式确定多个所述需均衡电芯的均衡顺序的步骤具体为：

将每一所述需均衡电芯的电芯电量与所述M个电芯的平均电量的电量差按照从大到小的顺序进行排序，用以确定多个所述需均衡电芯的均衡顺序。

本发明还提供了一种可切换主动均衡电路，参照图1，所述可切换主动均衡电路包括电芯选通电路100、采集电路200、电源切换电路300、双向均衡电路400以及控制电路500。

所述电芯选通电路100包括电池组101，所述电池组101包括M个电芯，M个电芯依次串连，所述M为大于1的整数；

所述采集电路200与所述电池组101连接，用于检测每一所述电芯的电芯电压和温度；

所述电源切换电路300包括切换开关301和N个电源，所述N为大于或者等于1的整数；

所述双向均衡电路400的第一端与所述电池组101连接，所述双向均衡电路400的第二端与所述切换开关301连接；以及

所述控制电路500与所述电芯选通电路100、采集电路200、切换开关301和双向均衡电路400分别连接，用以根据所述电芯电压获取每一所述电芯的电芯电量及M个电芯的平均电量，并确定所述电芯电量与所述M个电芯的平均电量的电量差大于预设电量阈值的电芯为需均衡电芯；

所述控制电路500还用于当所述需均衡电芯的电芯电量小于所述M个电芯的平均电量时，控制所述切换开关301选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路400，并通过所述双向均衡电路400对所述需均衡电芯进行充电均衡处理；

所述控制电路500还用于当所述需均衡电芯的电芯电量大于所述M个电芯的平均电量时，控制所述切换开关301选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路400，并通过所述双向均衡电路400对所述需均衡电芯进行放电均衡处理。

所述控制电路500包括处理器501，作为一示例，所述处理器501与所述电芯选通电路100、采集电路200、切换开关301和双向均衡电路400分别连接。所述处理器501用于根据所述采集电路200检测的电芯电压计算电芯电量，还用于确定需均衡电芯、每一需均衡电芯应当采用何种均衡处理方式(充电均衡处理或者放电均衡处理)以及按照预设的排序方式确定需均衡电芯的均衡顺序，所述处理器501还用于控制切换开关301选择接入的电源等。

所述处理器501还用于启动均衡处理和停止均衡处理。可选地，所述采集电路200用于检测每一所述电芯的电芯电压和温度，所述处理器501用于根据所述电芯电压计算电芯电量，并在任一电芯电量与所述M个电芯的平均电量的电量差大于预设电量阈值时确定该电芯为需均衡电芯并启动均衡。

根据需均衡电芯的电芯电量通过切换开关301选用需均衡电源，以降低可切换主动均衡电路的静态功耗及消耗的电芯能量，提高均衡效率，优化用户体验。

所述控制电路500通过所述切换开关301选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路400，可选地，所述切换开关301可采用继电器，具体可根据电源数量将所述切换开关301设置成单刀双掷开关或者其他类型的单刀多掷开关；当然，也可对应所述电源的数量设置N个切换开关301，N个所述切换开关301一对一地连接于N个所述电源。

所述可切换主动均衡电路的具体实施方法如上述示例的可切换主动均衡方法，在此不再赘述。

可选地，所述双向均衡电路400可采用DCDC双向切换电路，并采用升压boost拓扑电路、降压buck拓扑电路、升降压buck-boost拓扑电路、正激拓扑电路、反激拓扑电路中的至少一种的组合。

作为一示例，所述双向均衡电路400的副边与所述电芯选通电路100连接，所述双向均衡电路400的原边经所述切换开关301与所述均衡电源连接。

在一实施例中，N个电源至少包括一个电池包302和直流电源303。

可选地，所述电池包302可以是由多个单体电芯串连而成的PACK，所述直流电源303可以采用外供电源或者外接的蓄电装置，根据实际，所述直流电源303可以采用20V至48V的外供电源。作为进一步示例，所述直流电源303可采用24V外供直流电源303。

所述电源的具体实施方式如上文所示，在此不再赘述。

参照图7和图8，所述双向均衡电路400包括变压器Lm、电感L、电容Ccell、Cstack、Cc以及开关管QH1、QH2、QL1、QCc，所述变压器Lm的副边与所述电芯选通电路100连接，所述变压器Lm的原边经所述切换开关301与所述均衡电源连接。所述电容Ccell的第一端与所述电芯选通电路100连接，所述电容Ccell的第二端接地；所述电容Cstack的第一端经所述切换开关301与所述均衡电源连接，所述电容Cstack的第二端接地。

所述电感L设置于所述变压器Lm的副边，所述电感L的第一端与所述电芯选通电路100连接，所述电感L的第二端与所述开关管QH1的漏极连接，所述开关管QH1的源极接地，所述开关管QH2的漏极与所述变压器Lm的副边连接，所述开关管QH2的源极接地。

所述开关管QL1的漏极与所述变压器Lm的原边连接，所述开关管QL1的源极接地，所述开关管QCc的漏极与所述变压器Lm的原边连接，所述开关管QCc的源极经所述电容Cc接地。

当所述需均衡电芯的电芯电量小于所述M个电芯的平均电量时，处理器501通过所述驱动电路600控制所述双向均衡电路400工作在正激模式，所述开关管QL1及开关管QH2导通，所述开关管QH1断开，所述开关管QL1为主控管，所述开关管QCc作为钳位管用于吸收变压器Lm的励磁电流和漏感能量，所述变压器Lm的副边的开关管QH1和开关管QH2均工作于同步整流状态。

当所述需均衡电芯的电芯电量大于所述M个电芯的平均电量时，处理器501通过所述驱动电路600控制所述双向均衡电路400工作在BOOST模式，所述开关管QH1导通，所述开关管QH2和开关管QL1断开，所述开关管QH1为主控管，开关管QH2用于为变压器Lm传递能量，所述开关管QCc作为钳位管处于截断状态且用于辅助开关管QL1实现ZVS，所述变压器Lm的副边的开关管QL1工作于同步整流状态。

参照图7和图8，以如图所示的虚箭头表示进行充电均衡处理过程中的电流方向以及进行放电均衡处理过程中的电流方向。在一实施例中，所述双向均衡电路400包括电流采集电阻，所述电流采集电阻用于检测充电电流和/或放电电流。

所述控制电路500的处理器501与所述双向均衡电路400连接，以实时获取所述电流采集电阻反馈的充电电流和/或放电电流。通过电流采集电阻实时采集充电电流和/或放电电流，由处理器501根据电芯电量控制PWM占空比，通过调整充电电流的大小和/或放电电流的大小，进而调整充电电流曲线和/或放电电流曲线，用以确保充放电的安全性及电芯的健康度，避免因过充或者过放对电芯造成不可逆的损害。

进一步地，可预设均衡电流，用以控制所述充电电流及放电电流的大小，并确保均衡速度。根据实际使用的不同要求，可根据所述电芯的类型、型号以及所述电芯选通电路100的连接方式等，设置所述均衡电流为4.5A至6.5A。进一步地，可设置所述均衡电流为5A，用以确保充电均衡过程中达到或者接近完全充电状态，并进一步确保放电均衡过程中对电池包302的反向充电达到或者接近完全充电状态，如此，可确保均衡速度，减少均衡时间。

进一步地，在上述示例的基础上，所述电流采集电阻包括第一电流采集电阻Rs_H和第二电流采集电阻Rs_L，所述第一电流采集电阻Rs_H的第一端与所述开关管QH1的源极连接，所述第一电流采集电阻Rs_H的第二端接地；所述第二电流采集电阻Rs_L的第一端与所述开关管QL1的源极连接，所述第二电流采集电阻Rs_L的第二端接地。

所述第一电流采集电阻Rs_H用于实时检测充电电流，以控制开关管QL1的占空比，进而控制充电电流，避免因过充对电芯造成不可逆的损害；所述第二电流采集电阻Rs_L用于实时检测放电电流，以控制开关管QH1的占空比，进而控制放电电流，避免因过放对电芯造成不可逆的损害。

在一实施例中，所述可切换主动均衡电路还包括驱动电路600，所述控制电路500经所述驱动电路600与所述双向均衡电路400连接，用于当所述需均衡电芯的电芯电量小于M个电芯的平均电量时，通过所述驱动电路600控制所述双向均衡电路400工作在正激模式；以及当所述需均衡电芯的电芯电量大于所述M个电芯的平均电量时，通过所述驱动电路600控制所述双向均衡电路400工作在BOOST模式。

可选地，所述驱动电路600与所述控制电路500的处理器501连接。具体地，当所述需均衡电芯的电芯电量小于M个电芯的平均电量时，处理器通过所述驱动电路600控制所述双向均衡电路400工作在正激模式，用以将充电电压降低至预设充电电压阈值，通过第一电流采集电阻实时监控充电电流以及通过采集电路200实时检测需均衡电芯的电芯电压和温度，使所述双向均衡电路400以恒压恒流的形式对所述需均衡电芯进行充电均衡处理，直至所述需均衡电芯的电芯电量与M个电芯的平均电量的电量差降低至预设电量阈值，均衡停止；当所述需均衡电芯的电芯电量大于所述M个电芯的平均电量时，处理器通过所述驱动电路600控制所述双向均衡电路400工作在BOOST模式，用以将放电电压升高至预设放电电压阈值，通过第一电流采集电阻实时监控充电电流以及通过采集电路200实时检测需均衡电芯的电芯电压和温度，使所述双向均衡电路400以恒压恒流的形式对所述需均衡电芯进行放电均衡处理，直至所述需均衡电芯的电芯电量与所述M个电芯的平均电量的电量差降低至预设电量阈值，均衡停止。

进一步地，在上述示例的基础上，所述充电电压阈值可采用3.6V至4.2V，所述放电电压阈值可采用20V至48V，用以控制充放电过程；进一步地，所述充电电压阈值可采用3.65V，所述放电电压阈值可采用24V。

在一实施例中，所述电芯选通电路100还包括矩阵开关电路102，所述电池组101经所述矩阵开关电路102与所述双向均衡电路400的第一端连接，所述控制电路500与所述矩阵开关电路102连接，用以通过所述矩阵开关电路102切换接入所述双向均衡电路400的需均衡电芯。

作为一示例，所述双向均衡电路400的副边经所述矩阵开关电路102与所述电池组101连接，所述双向均衡电路400的原边经所述切换开关301与N个所述电源中的一个连接。

所述矩阵开关电路102包括M个连接开关，M个所述连接开关一对一地与M个电芯连接，所述矩阵开关电路102与所述控制电路500的处理器501连接，用以切换接入所述双向均衡电路400的需均衡电芯。

可选地，所述矩阵开关电路102还包括极性选择开关103，所述极性选择开关103连接于所述连接开关与所述双向均衡电路400的副边之间，用以将所述需均衡电芯的正极接入所述双向均衡电路400的副边的正极端，以及将所述需均衡电芯的负极接入所述双向均衡电路400的副边的负极端。

作为一示例，所述可切换主动均衡电路还包括通信电路700，所述通信电路700包括CAN模块701和上位机，所述控制电路500经所述CAN模块701与所述上位机通信连接，所述控制电路500用于将所述可切换主动均衡电路的采集电路检测的信息、所述电流采集电阻检测的信息等汇总打包并传送至所述上位机，所述上位机还用于汇总、存储以及查询所述可切换主动均衡电路的原始数据，以实时监控所述可切换主动均衡电路，提高系统的可靠性及可维护性，降低维护成本。另外，所述控制电路500还可用于在出现故障时及时向所述上位机发送故障信号，以实现报警提醒，

可选地，所述通信电路700还包括微处理器702和显示模块，所述微处理器702与所述控制电路的处理器连接，用于获取所述可切换主动均衡电路的均衡状态，所述均衡状态包括但不限于所述电芯电量、M个电芯的平均电量以及所述采集电路200采集的电芯电压、温度、所述电流采集电阻检测的充电电流或者放电电流等，并通过所述显示模块等输出装置以实时显示等方式输出所述均衡状态。另外，在出现过温、过流、过压等异常情况时，还可通过报警等方式及时通知用户。

作为一示例，所述可切换主动均衡电路还包括时钟电路800，所述时钟电路800与所述控制电路500的处理器电连接。

进一步地，所述可切换主动均衡电路还包括存储器900，所述存储器900作为扩容存储装置，可用于存储执行本发明所述的可切换主动均衡方法的若干指令及各种程序代码等。

另外，本发明所述的可切换主动均衡方法若以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。进一步地，本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器501执行时实现如上述所示的可切换主动均衡方法。可以理解的是，所述存储介质包括若干指令，用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述可切换主动均衡方法的全部或部分步骤。所述存储介质包括U盘、只读存储器、随机存取存储器、移动硬盘、磁碟或光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种可切换主动均衡方法，应用于可切换主动均衡电路，其特征在于，所述可切换主动均衡电路包括电芯选通电路、双向均衡电路和电源切换电路，所述电源切换电路包括N个电源，所述电芯选通电路包括M个电芯，所述M为大于1的整数，所述N为大于或者等于1的整数，所述可切换主动均衡方法包括：

确定M个电芯中的需均衡电芯，并将所述需均衡电芯接入所述双向均衡电路；

当所述需均衡电芯的电芯电量小于M个电芯的平均电量时，控制所述电源切换电路选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路，并通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行充电均衡处理；

当所述需均衡电芯的电芯电量大于M个电芯的平均电量时，控制所述电源切换电路选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路，并通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行放电均衡处理。

2.根据权利要求1所述的可切换主动均衡方法，其特征在于，执行所述当所述需均衡电芯的电芯电量大于M个电芯的平均电量时，控制所述电源切换电路选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路，并通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行放电均衡处理的步骤之后，所述可切换主动均衡方法还包括：

控制电芯电量大于M个电芯的平均电量的需均衡电芯中的至少一个对所述均衡电源反向充电，直至所述需均衡电芯的电芯电量与M个电芯的平均电量的电量差降低至预设电量阈值。

3.根据权利要求1所述的可切换主动均衡方法，其特征在于，N个电源至少包括一个电池包和直流电源。

4.根据权利要求1所述的可切换主动均衡方法，其特征在于，所述双向均衡电路包括电流采集电阻，所述电流采集电阻用于检测充电电流和/或放电电流。

5.根据权利要求4所述的可切换主动均衡方法，其特征在于，所述通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行充电均衡处理的步骤具体为：通过控制所述双向均衡电路工作在正激模式，用以将充电电压降低至预设充电电压阈值，并通过所述电流采集电阻实时监控充电电流，使所述双向均衡电路以恒压恒流的形式对所述需均衡电芯进行充电均衡处理，直至所述需均衡电芯的电芯电量与M个电芯的平均电量的电量差降低至预设电量阈值；

和/或，所述通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行放电均衡处理的步骤具体为：通过控制所述双向均衡电路工作在BOOST模式，用以将放电电压升高至预设放电电压阈值，并通过所述电流采集电阻实时监控放电电流，使所述双向均衡电路以恒压恒流的形式对所述需均衡电芯进行放电均衡处理，直至所述需均衡电芯的电芯电量与M个电芯的平均电量的电量差降低至预设电量阈值。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的可切换主动均衡方法，其特征在于，所述确定M个电芯中的需均衡电芯，并将所述需均衡电芯接入所述双向均衡电路的步骤具体为：

获取每一所述电芯的电芯电量以及M个电芯的平均电量；

确定所述电芯电量与所述M个电芯的平均电量的电量差大于预设电量阈值的电芯为需均衡电芯；

当所述需均衡电芯的数量为一个时：

将所述需均衡电芯接入所述双向均衡电路；

当所述需均衡电芯的数量为多个时：

按照预设的排序方式确定多个所述需均衡电芯的均衡顺序；

控制多个所述需均衡电芯按照所述均衡顺序逐个接入所述双向均衡电路。

7.根据权利要求6所述的可切换主动均衡方法，其特征在于，所述按照预设的排序方式确定多个所述需均衡电芯的均衡顺序的步骤具体为：

将每一所述需均衡电芯的电芯电量与所述M个电芯的平均电量的电量差按照从大到小的顺序进行排序，用以确定多个所述需均衡电芯的均衡顺序。

8.一种可切换主动均衡电路，其特征在于，所述可切换主动均衡电路包括：

电芯选通电路，包括电池组，所述电池组包括M个电芯，M个电芯依次串连，所述M为大于1的整数；

采集电路，所述采集电路与所述电池组连接，用于检测每一所述电芯的电芯电压和温度；

电源切换电路，包括切换开关和N个电源，所述N为大于或者等于1的整数；

双向均衡电路，所述双向均衡电路的第一端与所述电池组连接，所述双向均衡电路的第二端与所述切换开关连接；以及

控制电路，所述控制电路与所述电芯选通电路、采集电路、切换开关和双向均衡电路分别连接，用以根据所述电芯电压获取每一所述电芯的电芯电量及M个电芯的平均电量，并确定所述电芯电量与所述M个电芯的平均电量的电量差大于预设电量阈值的电芯为需均衡电芯；

所述控制电路还用于当所述需均衡电芯的电芯电量小于所述M个电芯的平均电量时，控制所述切换开关选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路，并通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行充电均衡处理；

所述控制电路还用于当所述需均衡电芯的电芯电量大于所述M个电芯的平均电量时，控制所述切换开关选择N个电源中的一个作为均衡电源接入所述双向均衡电路，并通过所述双向均衡电路对所述需均衡电芯进行放电均衡处理。

9.根据权利要求8所述的可切换主动均衡电路，其特征在于，N个电源至少包括一个电池包和直流电源。

10.根据权利要求8所述的可切换主动均衡电路，其特征在于，所述双向均衡电路包括电流采集电阻，所述电流采集电阻用于检测充电电流和/或放电电流。

11.根据权利要求8所述的可切换主动均衡电路，其特征在于，所述可切换主动均衡电路还包括驱动电路，所述控制电路经所述驱动电路与所述双向均衡电路连接，用于当所述需均衡电芯的电芯电量小于M个电芯的平均电量时，通过所述驱动电路控制所述双向均衡电路工作在正激模式；以及当所述需均衡电芯的电芯电量大于所述M个电芯的平均电量时，通过所述驱动电路控制所述双向均衡电路工作在BOOST模式。

12.根据权利要求8-11中任意一项所述的可切换主动均衡电路，其特征在于，所述电芯选通电路还包括矩阵开关电路，所述电池组经所述矩阵开关电路与所述双向均衡电路的第一端连接，所述控制电路与所述矩阵开关电路连接，用以通过所述矩阵开关电路切换接入所述双向均衡电路的需均衡电芯。

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