CN115693838A - 具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法，包括：多个单体电池依次串联构成串联电池组，且每个单体电池串联有逻辑开关，相邻串联单体电池并联有包含逻辑开关的均衡电路，每个单体电池并联有旁路开关；通过控制均衡电路控制流入串联电池组的中点电流，控制各个单体电池之间的能量流动；利用控制逻辑开关和旁路开关实现对部分故障电池的隔离保护。本发明引入半桥模块、谐振电感、谐振电容、逻辑开关以及旁路开关，通过相邻单体电池之间的能量传递，实现了串联电池组充放电过程中的动态均衡，电路简洁，效率高；各个半桥模块采用移相控制策略，实现对流入串联电池组的输出电流的精确控制，实现串联电池组的状态均衡。

Description

具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法。

背景技术

为了满足储能系统高电压、大容量的要求，单体电池常常以串并联的形式使用。然而，由于各个单体电池在生产制造，工作环境，老化程度上的不一致，各个电池的荷电状态、健康状态等不一致。在串联电池组中，随着电池使用时间的增长，初始差异将不断累积放大，从而加剧电池组的不一致性，最终缩短电池组使用寿命，甚至造成电池变形、爆炸等安全隐患。因此，电池状态均衡技术应运而生，其本质是减小各个单体电池能量的差异，从而实现串联电池组状态的一致性，在预防电池过充放、延长使用寿命、节约成本等方面具有重要的意义。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：单体电池常常以串并联的形式使用，然而由于各个单体电池在生产制造，工作环境，老化程度上的不一致，各个电池的荷电状态、健康状态等不一致；在串联电池组中，随着电池使用时间的增长，初始差异将不断累积放大，从而加剧电池组的不一致性，最终缩短电池组使用寿命，甚至造成电池变形、爆炸等安全隐患的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：多个单体电池依次串联构成串联电池组，且每个单体电池串联有逻辑开关，相邻串联单体电池并联有包含逻辑开关的均衡电路，每个单体电池并联有旁路开关；通过控制均衡电路控制流入串联电池组的中点电流，从而控制各个单体电池之间的能量流动；利用控制逻辑开关和旁路开关实现对部分故障电池的隔离保护。

作为本发明所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统的一种优选方案，其中：所述单体电池与逻辑开关的串联包括，

所述串联电池组由多个单体电池和电池侧逻辑开关依次串联构成；

所述单体电池总数为n，所述电池侧逻辑开关总数为n，设定电池侧逻辑开关为M₁、M₂……M_n，电池为B₁、B₂……B_n，所述电池侧逻辑开关M₁、M₂……M_n的端口2分别与电池B₁、B₂……B_n的正端连接；

逻辑开关M₂、M₃……M_n的端口1分别与电池B₁、B₂……B_n-1的负端连接；

设定第一个电池侧逻辑开关M₁的端口1为结点VCC，第n个电池B_n的负端为结点GND，VCC和GND之间接入负载；

控制电池侧逻辑开关的开断可控制单体电池是否接入串联电池组。

作为本发明所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统的一种优选方案，其中：所述单体电池与旁路开关的并联包括，

所述旁路开关总数为n，设定旁路开关为M_p1、M_p2……M_pn，旁路开关M_p1、M_p2……M_pn的端口1分别与所述逻辑开关M₂、M₃……M_n的端口1连接，旁路开关M_p1、M_p2……M_pn的端口2分别与所述电池B₁、B₂……B_n的负端连接；

利用旁路开关控制是否对并联单体电池进行旁路隔离。

作为本发明所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统的一种优选方案，其中：包括，

所述均衡电路由谐振电感，谐振电容，半桥模块和谐振侧逻辑开关构成；

所述半桥模块总数为n，设定半桥模块为S₁、S₂……S_n，半桥模块S₁、S₂……S_n，的正端分别与电池侧逻辑开关M₁、M₂……M_n的端口1连接，半桥模块S₁、S₂……S_n的负端分别与电池B₁、B₂……B_n的负端连接；

所述谐振侧逻辑开关总数为n，设定谐振侧逻辑开关为M_s1、M_s2……M_sn，谐振侧逻辑开关M_s1、M_s2……M_sn的端口2分别与半桥模块S₁、S₂……、S_n的中性点连接；

通过控制谐振侧逻辑开关M_s1、M_s2、……、M_sn，可以控制谐振电感和谐振电容是否接入相邻半桥模块；

所述谐振电感总数为n-1，所述谐振电容总数为n-1，设定谐振电感为L_r1、L_r2……L_r(n-1)，谐振电容为C_r1、C_r2……C_r(n-1)，谐振电容C_r1、C_r2……C_r(n-1)的端口1分别与谐振侧逻辑开关M_s1、M_s2……M_s(n-1)的端口1连接，谐振电容C_r1、C_r2……C_r(n-1)的端口2分别与谐振电感L_r1、L_r2……L_r(n-1)的端口1连接，谐振电感L_r1、L_r2……L_r(n-1)的端口2分别与谐振侧逻辑开关M_s2、M_s3……M_sn的端口1连接。

作为本发明所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统的一种优选方案，其中：包括，

所述半桥模块由两个开关管构成，半桥模块S₁、S₂……S_n分别由开关管S_1a和S_1b、S_2a和S_2b……S_na和S_nb构成；

开关管S_1a、S_2a、……、S_na的漏极是半桥模块的S₁、S₂、……、S_n的正端，开关管S_1b、S_2b、……、S_nb的源极是半桥模块的S₁、S₂、……、S_n的负端，开关管S_1a、S_2a、……、S_na的源极是半桥模块的S₁、S₂、……、S_n的中性点。

本发明提供另一种技术方案：当串联电池组单体电池之间出现状态不均衡时，可以通过控制相应的半桥模块开关管驱动信号，控制半桥模块对串联电池组的输出电流，从而实现各个单体电池之间的状态均衡控制；

当部分单体电池故障时，可以通过控制电池侧逻辑开关和旁路开关将故障电池旁路保护。

作为本发明所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的方法的一种优选方案，其中：所述各个单体电池之间的状态均衡控制的实现包括，

各个半桥模块采用移相控制策略控制输出电流；

同一个半桥模块中，两个开关管的驱动信号保持50％占空比互补；

不同半桥模块中，开关管之间的驱动信号存在移相角；

通过控制移相角控制输出电流。

作为本发明所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的方法的一种优选方案，其中：所述故障电池的旁路隔离的实现包括，

通过控制逻辑开关和旁路开关实现对故障电池的旁路保护同时不影响状态均衡；

当部分电池发生故障时，闭合该电池串联的电池侧逻辑开关，然后闭合电池并联的旁路开关，实现故障电池的旁路隔离。

作为本发明所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的方法的一种优选方案，其中：所述移相角的计算包括，：

各个半桥模块之间的移相角依据串联电池组相邻单体电池状态差计算；

基于相邻单体电池状态差计算需要注入相邻单体电池中点的输出电流参考值，采样实际输出电流与参考值作差，经过PI闭环后得到相邻半桥模块之间的移相角。

作为本发明所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的方法的一种优选方案，其中：包括，

通过控制逻辑开关和旁路开关可以实现在旁路故障电池的同时不影响状态均衡；

对发生故障的电池，在已旁路后，将电池并联的半桥模块的两个开关管从互补驱动状态转换为闭锁状态，然后将半桥模块中点连接的谐振侧逻辑开关断开，即可以实现绕过故障电池的状态均衡。

本发明的有益效果：

①通过引入半桥模块、谐振电感、谐振电容、逻辑开关和旁路开关，实现串联电池组的动态均衡，减少开关管数量，降低成本，电路简洁，效率高；

②通过同时控制各个半桥模块中开关管的切换，将部分串联单体电池的能量通过谐振电感和谐振电容传递给其他单体电池，从而实现串联电池组单体电池之间状态的均衡控制；

③通过控制电池侧逻辑开关和旁路开关，可以对故障电池进行旁路隔离，保护故障电池不再充电或放电；

④通过控制谐振侧逻辑开关和半桥模块开关管，可以在旁路故障电池后，提供相邻电池的状态均衡路径，实现绕过故障电池的状态均衡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例提供的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法的拓扑结构图；

图2为本发明一个实施例提供的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法的所有串联单体电池均正常工作的电路拓扑结构图；

图3为本发明一个实施例提供的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法的串联单体电池B2发生故障时的拓扑结构图；

图4为本发明一个实施例提供的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法的第一电池B1的能量高于第二电池B2的能量时B1和B2并联的半桥模块的驱动信号以及谐振电流、输出电流波形图；

图5为本发明一个实施例提供的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法的第一电池B1的能量低于第二电池B2的能量时B1和B2并联的半桥模块的驱动信号以及谐振电流、输出电流波形图；

图6～9为本发明一个实施例提供的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法的双向变换器控制过程中4种不同的工作模态；

图10为本发明一个实施例提供的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法的串联电池间荷电状态均衡的控制框图；

图11为本发明一个实施例提供的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法的串联电池间荷电状态均衡的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1，为本发明的一个实施例，提供了具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法，包括：

S1：多个单体电池依次串联构成串联电池组，且每个单体电池串联有逻辑开关，相邻串联单体电池并联有包含逻辑开关的均衡电路，每个单体电池并联有旁路开关。需要说明的是：

单体电池与逻辑开关的串联包括，

串联电池组由多个单体电池和电池侧逻辑开关依次串联构成；

单体电池总数为n，电池侧逻辑开关总数为n，设定电池侧逻辑开关为M₁、M₂……M_n，电池为B₁、B₂……B_n，电池侧逻辑开关M₁、M₂……M_n的端口2分别与电池B₁、B₂……B_n的正端连接；

逻辑开关M₂、M₃……M_n的端口1分别与电池B₁、B₂……B_n-1的负端连接；

设定第一个电池侧逻辑开关M₁的端口1为结点VCC，第n个电池B_n的负端为结点GND，VCC和GND之间接入负载；

控制电池侧逻辑开关的开断可控制单体电池是否接入串联电池组。

单体电池与旁路开关的并联包括，

旁路开关总数为n，设定旁路开关为M_p1、M_p2……M_pn，旁路开关M_p1、M_p2……M_pn的端口1分别与逻辑开关M₂、M₃……M_n的端口1连接，旁路开关M_p1、M_p2……M_pn的端口2分别与电池B₁、B₂……B_n的负端连接；

利用旁路开关控制是否对并联单体电池进行旁路隔离。

S2：通过控制均衡电路控制流入串联电池组的中点电流，从而控制各个单体电池之间的能量流动。需要说明的是：

包括，

均衡电路由谐振电感，谐振电容，半桥模块和谐振侧逻辑开关构成；

半桥模块总数为n，设定半桥模块为S₁、S₂……S_n，半桥模块S₁、S₂……S_n，的正端分别与电池侧逻辑开关M₁、M₂……M_n的端口1连接，半桥模块S₁、S₂……S_n的负端分别与电池B₁、B₂……B_n的负端连接；

谐振侧逻辑开关总数为n，设定谐振侧逻辑开关为M_s1、M_s2……M_sn，谐振侧逻辑开关M_s1、M_s2……M_sn的端口2分别与半桥模块S₁、S₂……、S_n的中性点连接；

通过控制谐振侧逻辑开关M_s1、M_s2、……、M_sn，可以控制谐振电感和谐振电容是否接入相邻半桥模块；

谐振电感总数为n-1，谐振电容总数为n-1，设定谐振电感为L_r1、L_r2……L_r(n-1)，谐振电容为C_r1、C_r2……C_r(n-1)，谐振电容C_r1、C_r2……C_r(n-1)的端口1分别与谐振侧逻辑开关M_s1、M_s2……M_s(n-1)的端口1连接，谐振电容C_r1、C_r2……C_r(n-1)的端口2分别与谐振电感L_r1、L_r2……L_r(n-1)的端口1连接，谐振电感L_r1、L_r2……L_r(n-1)的端口2分别与谐振侧逻辑开关M_s2、M_s3……M_sn的端口1连接。

包括，

半桥模块由两个开关管构成，半桥模块S₁、S₂……S_n分别由开关管S_1a和S_1b、S_2a和S_2b……S_na和S_nb构成；

开关管S_1a、S_2a、……、S_na的漏极是半桥模块的S₁、S₂、……、S_n的正端，开关管S_1b、S_2b、……、S_nb的源极是半桥模块的S₁、S₂、……、S_n的负端，开关管S_1a、S_2a、……、S_na的源极是半桥模块的S₁、S₂、……、S_n的中性点。

S3：利用控制逻辑开关和旁路开关实现对部分故障电池的隔离保护。需要说明的是：

当串联电池组单体电池之间出现状态不均衡时，可以通过控制相应的半桥模块开关管驱动信号，控制半桥模块对串联电池组的输出电流，从而实现各个单体电池之间的状态均衡控制；

当部分单体电池故障时，可以通过控制电池侧逻辑开关和旁路开关将故障电池旁路保护。

各个单体电池之间的状态均衡控制的实现包括，

各个半桥模块采用移相控制策略控制输出电流；

同一个半桥模块中，两个开关管的驱动信号保持50％占空比互补；

不同半桥模块中，开关管之间的驱动信号存在移相角；

通过控制移相角控制输出电流。

故障电池的旁路隔离的实现包括，

通过控制逻辑开关和旁路开关实现对故障电池的旁路保护同时不影响状态均衡；

当部分电池发生故障时，闭合该电池串联的电池侧逻辑开关，然后闭合电池并联的旁路开关，实现故障电池的旁路隔离。

移相角的计算包括，：

各个半桥模块之间的移相角依据串联电池组相邻单体电池状态差计算；

基于相邻单体电池状态差计算需要注入相邻单体电池中点的输出电流参考值，采样实际输出电流与参考值作差，经过PI闭环后得到相邻半桥模块之间的移相角。

包括，

通过控制逻辑开关和旁路开关可以实现在旁路故障电池的同时不影响状态均衡；

对发生故障的电池，在已旁路后，将电池并联的半桥模块的两个开关管从互补驱动状态转换为闭锁状态，然后将半桥模块中点连接的谐振侧逻辑开关断开，即可以实现绕过故障电池的状态均衡。

本发明通过引入半桥模块、谐振电感、谐振电容、逻辑开关和旁路开关，实现串联电池组的动态均衡，减少开关管数量，降低成本，电路简洁，效率高；通过同时控制各个半桥模块中开关管的切换，将部分串联单体电池的能量通过谐振电感和谐振电容传递给其他单体电池，从而实现串联电池组单体电池之间状态的均衡控制；通过控制电池侧逻辑开关和旁路开关，可以对故障电池进行旁路隔离，保护故障电池不再充电或放电；通过控制谐振侧逻辑开关和半桥模块开关管，可以在旁路故障电池后，提供相邻电池的状态均衡路径，实现绕过故障电池的状态均衡。

实施例2

参照图2～11，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统及方法的验证测试，为对本方法中采用的技术效果加以验证说明，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。

当所有串联单体电池均正常时，其电路拓扑结构图如图2所示，电池侧逻辑开关M₁、M₂……M_n和谐振侧逻辑开关M_s1、M_s2……M_sn均保持闭合，旁路开关M_p1、M_p2……M_pn保持关断；各个半桥模块实行移相控制，控制输出电流从而控制相邻单体电池的状态均衡。

当串联单体电池B₂发生故障时，其电路拓扑结构图如图3所示，参照图3所示，电池侧逻辑开关M₂关断，旁路开关M_p2闭合，实现电池B₂的旁路保护；同时，开关管S_2a和S_2b从互补状态转为闭锁状态，谐振侧逻辑开关M_s2断开，使电池B₁和B₃之间可以通过均衡电路进行荷电状态均衡，从而绕过故障电池B₂。

本发明通过引入半桥模块、谐振电感、谐振电容、逻辑开关和旁路开关，实现串联电池组的状态均衡和故障旁路，减少开关管数量，降低成本，电路简洁，效率高；各个半桥模块采用移相控制，可以实现相邻电池之间的能量传递；通过控制逻辑开关和旁路开关，可以将发生故障的单体电池旁路，不影响其余电池之间的状态均衡，提出的拓扑及其控制方法可以兼具状态均衡和故障旁路功能。

均衡电路主要工作原理：当第一电池B₁的能量高于第二电池B₂的能量时，B₁和B₂并联的半桥模块的驱动信号以及谐振电流、输出电流波形图如图4所示；此时开关管S_1a和S_1b保持50％占空比互补，开关管S_2a和S_2b保持50％占空比互补，开关管S_1a滞后开关管S_2a一个相位时间T₁；此时输出电流包络为正，实现能量从B₁传递至B₂，两个电池的能量逐步均衡。

当第一电池B₁的能量低于第二电池B₂的能量时，B₁和B₂并联的半桥模块的驱动信号以及谐振电流、输出电流波形图如图5所示；此时开关管S_1a和S_1b保持50％占空比互补，开关管S_2a和S_2b保持50％占空比互补，开关管S_1a超前开关管S_2a一个相位时间T₁；此时输出电流包络为负，实现能量从B₂传递至B₁，两个电池的能量逐步均衡。

以图4为例，一个开关周期中，总共有四个工作阶段：

阶段1(0～t₁):

如图6所示，开关管S_1a、S_2b处于导通状态，开关管S_1b、S_2a处于关断状态，谐振电感和谐振电容与电池B₁和B₂连接，电池B₁和B₂对谐振元件充电；由于充电电压接近两倍的谐振元件电压，谐振电流以类似线性上升。

阶段2(t₁～t₂):

如图7所示，开关管S_1a、S_2a处于导通状态，开关管S_1b、S_2b处于关断状态，谐振电感和谐振电容与电池B₁连接。由于电池B₁的能量更高，电池B₁对谐振元件充电，使能量从电池B₁向谐振元件转移。谐振电流为平缓的正弦波波形。

阶段3(t₂～t₃):

如图8所示，开关管S_1b、S_2a处于导通状态，开关管S_1a、S_2b处于关断状态，谐振电感和谐振电容直接连接，谐振元件放电，谐振电流以类似线性下降。

阶段4(t₃～t₄):

如图9所示，开关管S_1b、S_2b处于导通状态，开关管S_1a、S_2a处于关断状态，谐振电感和谐振电容与电池B₂连接。由于电池B₂的能量更低，谐振元件对电池B₂充电，使能量从谐振元件向电池B₂转移；谐振电流为平缓的正弦波波形。

经过一个开关周期，能量从初始较高的电池B₁向初始较低的电池B₂转移，从而实现相邻单体电池之间的状态均衡。在串联电池组中，n个半桥模块和n-1个谐振电感和谐振电容即可实现n个单体电池之间的状态均衡。

最后，该种具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统的控制框图及控制流程图如下所示：

具体地，参照图10、图11，控制采样电路采样串联电池组每个单体电池的电压、电流、温度，进行SOC的估算。排除旁路保护的故障电池后，计算相邻电池之间的SOC差；根据SOC差的正负，判断输出中点电流参考值的正负，进而得到输出中点电流的参考值；采样每个均衡电路实际输出中点电流作差，经过PI闭环后，得到每个半桥模块的PWM驱动信号移相角；根据移相角输出对应驱动信号到开关管；依次对串联电池组的n个单体电池及n-1个均衡电路实行上述操作，即实现了一个控制周期的电流控制及荷电状态均衡。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统，其特征在于，包括：

多个单体电池依次串联构成串联电池组，且每个单体电池串联有逻辑开关，相邻串联单体电池并联有包含逻辑开关的均衡电路，每个单体电池并联有旁路开关；

通过控制均衡电路控制流入串联电池组的中点电流，从而控制各个单体电池之间的能量流动；

利用控制逻辑开关和旁路开关实现对部分故障电池的隔离保护。

2.如权利要求1所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统，其特征在于：所述单体电池与逻辑开关的串联包括，

所述串联电池组由多个单体电池和电池侧逻辑开关依次串联构成；

所述单体电池总数为n，所述电池侧逻辑开关总数为n，设定电池侧逻辑开关为M₁、M₂……M_n，电池为B₁、B₂……B_n，所述电池侧逻辑开关M₁、M₂……M_n的端口2分别与电池B₁、B₂……B_n的正端连接；

逻辑开关M₂、M₃……M_n的端口1分别与电池B₁、B₂……B_n-1的负端连接；

设定第一个电池侧逻辑开关M₁的端口1为结点VCC，第n个电池B_n的负端为结点GND，VCC和GND之间接入负载；

控制电池侧逻辑开关的开断可控制单体电池是否接入串联电池组。

3.如权利要求2所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统，其特征在于：所述单体电池与旁路开关的并联包括，

所述旁路开关总数为n，设定旁路开关为M_p1、M_p2……M_pn，旁路开关M_p1、M_p2……M_pn的端口1分别与所述逻辑开关M₂、M₃……M_n的端口1连接，旁路开关M_p1、M_p2……M_pn的端口2分别与所述电池B₁、B₂……B_n的负端连接；

利用旁路开关控制是否对并联单体电池进行旁路隔离。

4.如权利要求1～3任一所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统，其特征在于：包括，

所述均衡电路由谐振电感，谐振电容，半桥模块和谐振侧逻辑开关构成；

所述半桥模块总数为n，设定半桥模块为S₁、S₂……S_n，半桥模块S₁、S₂……S_n，的正端分别与电池侧逻辑开关M₁、M₂……M_n的端口1连接，半桥模块S₁、S₂……S_n的负端分别与电池B₁、B₂……B_n的负端连接；

所述谐振侧逻辑开关总数为n，设定谐振侧逻辑开关为M_s1、M_s2……M_sn，谐振侧逻辑开关M_s1、M_s2……M_sn的端口2分别与半桥模块S₁、S₂……、S_n的中性点连接；

通过控制谐振侧逻辑开关M_s1、M_s2、……、M_sn，可以控制谐振电感和谐振电容是否接入相邻半桥模块；

所述谐振电感总数为n-1，所述谐振电容总数为n-1，设定谐振电感为L_r1、L_r2……L_r(n-1)，谐振电容为C_r1、C_r2……C_r(n-1)，谐振电容C_r1、C_r2……C_r(n-1)的端口1分别与谐振侧逻辑开关M_s1、M_s2……M_s(n-1)的端口1连接，谐振电容C_r1、C_r2……C_r(n-1)的端口2分别与谐振电感L_r1、L_r2……L_r(n-1)的端口1连接，谐振电感L_r1、L_r2……L_r(n-1)的端口2分别与谐振侧逻辑开关M_s2、M_s3……M_sn的端口1连接。

5.如权利要求4所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统，其特征在于：包括，

所述半桥模块由两个开关管构成，半桥模块S₁、S₂……S_n分别由开关管S_1a和S_1b、S_2a和S_2b……S_na和S_nb构成；

开关管S_1a、S_2a、……、S_na的漏极是半桥模块的S₁、S₂、……、S_n的正端，开关管S_1b、S_2b、……、S_nb的源极是半桥模块的S₁、S₂、……、S_n的负端，开关管S_1a、S_2a、……、S_na的源极是半桥模块的S₁、S₂、……、S_n的中性点。

6.一种采用如权利要求5所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的电池系统的方法，其特征在于：当串联电池组单体电池之间出现状态不均衡时，可以通过控制相应的半桥模块开关管驱动信号，控制半桥模块对串联电池组的输出电流，从而实现各个单体电池之间的状态均衡控制；

当部分单体电池故障时，可以通过控制电池侧逻辑开关和旁路开关将故障电池旁路保护。

7.如权利要求6所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的方法，其特征在于：所述各个单体电池之间的状态均衡控制的实现包括，

各个半桥模块采用移相控制策略控制输出电流；

同一个半桥模块中，两个开关管的驱动信号保持50％占空比互补；

不同半桥模块中，开关管之间的驱动信号存在移相角；

通过控制移相角控制输出电流。

8.如权利要求7所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的方法，其特征在于：所述故障电池的旁路隔离的实现包括，

通过控制逻辑开关和旁路开关实现对故障电池的旁路保护同时不影响状态均衡；

当部分电池发生故障时，闭合该电池串联的电池侧逻辑开关，然后闭合电池并联的旁路开关，实现故障电池的旁路隔离。

9.如权利要求8所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的方法，其特征在于：所述移相角的计算包括，：

各个半桥模块之间的移相角依据串联电池组相邻单体电池状态差计算；

基于相邻单体电池状态差计算需要注入相邻单体电池中点的输出电流参考值，采样实际输出电流与参考值作差，经过PI闭环后得到相邻半桥模块之间的移相角。

10.如权利要求9所述的具备电池间状态均衡和故障旁路功能的方法，其特征在于：包括，

通过控制逻辑开关和旁路开关可以实现在旁路故障电池的同时不影响状态均衡；

对发生故障的电池，在已旁路后，将电池并联的半桥模块的两个开关管从互补驱动状态转换为闭锁状态，然后将半桥模块中点连接的谐振侧逻辑开关断开，即可以实现绕过故障电池的状态均衡。

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