CN116324429A - 单体平衡电路和包括该单体平衡电路的电池系统 - Google Patents

Abstract

一种连接到多个串联连接的单体的单体平衡电路包括：串联耦合在中央电池单体的两个端子之间的第一开关、第一绕组线和第二开关，该中央电池单体包括多个单体中的居中定位单体；以及串联耦合在多个电池单体当中、除中央电池单体之外的外部电池单体中的一个的正极和另一个的负极之间的第三开关、第二绕组线和第四开关。第一绕组线和第二绕组线可以形成变压器。在充电或放电期间，在中央电池单体和外部电池单体之间的单体电压差大于或等于预定阈值的情况下，在第一开关和第二开关的接通时段期间，作为充电电流或放电电流的一部分的第一侧电流流过第一开关、第一绕组线和第二开关。

Description

单体平衡电路和包括该单体平衡电路的电池系统

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年9月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0122355的优先权和权益，该申请的全部内容以引用方式并入本文。

本公开涉及单体平衡电路和包括该单体平衡电路的电池系统。

背景技术

在电池组内部，多个电池单体串联或并联连接。在电池单体之间的电压偏差可能导致电池单体的过放电或过充电，并且还减少电池单体的寿命。单体平衡电路设计在电池管理系统(BMS)中以改善电压偏差。

作为单体平衡电路，可以使用通过将具有相对高电压的电池单体的能量作为电阻的热量消耗来维持电池单体之间的平衡的无源单体平衡电路。在这种情况下，存在的问题是，难以根据电池单体的容量增加的趋势增加平衡电流，因为平衡电流由于通过电阻器的热量而被限制。为了解决这个问题，已经提出了一种有源单体平衡电路，其将具有相对高电压的电池单体的能量转移到具有相对低电压的电池单体。然而，由于需要许多元件来实现有源单体平衡电路，存在单体平衡电路的成本增加的问题。

发明内容

技术问题

本发明要实现的任务是提供一种能够减少单体平衡电路的零件的数量并因此减少单位成本的单体平衡电路以及包括该单体平衡电路的电池系统。

技术方案

一种连接到串联连接的多个单体的单体平衡电路包括：串联耦合在中央电池单体的两个端子之间的第一开关、第一绕组线和第二开关，该中央电池单体包括多个单体中的居中定位的单体；以及串联耦合在多个电池单体当中、除中央电池单体之外的外部电池单体中的一个的正极和另一个的负极之间的第三开关、第二绕组线和第四开关。第一绕组线和第二绕组线可以形成变压器。在充电或放电期间，在中央电池单体和外部电池单体之间的单体电压差大于或等于预定阈值的情况下，在第一开关和第二开关的接通时段期间，作为充电电流或放电电流的一部分的第一侧电流可以流过第一开关、第一绕组线和第二开关。

在充电期间中央电池单体和外部电池单体之间的单体电压差大于或等于预定阈值的情况下，第一开关和第二开关可以被接通，第一开关和第二开关的接通占空比可以基于流到第一绕组线的电流来控制，并且第三开关和第四开关在第一开关和第二开关的关断之后可以被接通。

在充电期间中央电池单体和外部电池单体之间的单体电压差大于或等于预定阈值的情况下，在第一开关和第二开关的接通状态下，第一侧电流达到预定参考值，并且第一开关和第二开关可以被关断。

在放电期间中央电池单体和外部电池单体之间的单体电压差等于或大于预定阈值的情况下，第三开关和第四开关可以被接通，第三开关和第四开关的接通占空比可以基于流到第一绕组线的电流来控制，并且第一开关和第二开关在第三开关和第四开关的关断之后可以被接通。

在放电期间中央电池单体和外部电池单体之间的单体电压差等于或大于预定阈值的情况下，在第三开关和第四开关的接通状态下，当第二侧电流达到预定参考值时，第三开关和第四开关可以被关断。

单体平衡电路还可以包括：第一二极管，其连接在第一开关的一个端子和第一绕组线的一个端子之间；和第二二极管，其连接在第二开关的一个端子和第一绕组线的另一个端子之间，第一开关的另一个端子可以连接到第一绕组线的另一个端子，并且第二开关的另一个端子可以连接到第一绕组线的一个端子。

单体平衡电路还可以包括：第三二极管，其连接在第三开关的一个端子和第二绕组线的一个端子之间；以及第四二极管，其连接在第四开关的一个端子和第二绕组线的另一个端子之间，第三开关的另一个端子可以连接到第二绕组线的另一个端子，并且第四开关的另一个端子可以连接到第二绕组线的一个端子。

根据本发明的另一个特征的电池系统包括：电池组，其包括串联连接的多个单体；单体监测IC，其用于测量多个单体中的每一个的单体电压；主控制电路，其基于多个测量的单体电压来确定包括多个单体当中居中定位的单体的中央电池单体的单体电压与多个单体当中、除了中央电池单体之外的外部电池单体的单体电压之间的偏差是否为预定阈值或更大，并且基于确定结果和电池组的充电和放电来控制单体平衡操作；以及单体平衡电路，其在电池组的充电条件下当偏差大于阈值时防止充电电流当中的第一电流流到中央电池单体，并且在电池组的放电条件下当偏差大于阈值时防止放电电流当中的第二电流流到中央电池单体。

单体平衡电路可以包括：串联耦合在中央电池单体的两个端子之间的第一开关、第一绕组线和第二开关；以及串联耦合在外部电池单体中的一个的正极和另一个的负极之间的第三开关、第二绕组线和第四开关，并且第一绕组线和第二绕组线可以形成变压器。

单体平衡电路可以在充电时段期间偏差大于阈值的第一时段期间切换第一至第四开关，以通过第一电流将能量存储在第一绕组线中，并将第一绕组线中的所存储的能量发送到第二绕组线。

在第一时段期间，第一电流可以在第一和第二开关的接通时段期间在第一绕组线中流动，并且电流在第一和第二开关的关断时段以及第三和第四开关的接通时段期间被感应到第二绕组线。

单体平衡电路可以在放电时段当中偏差大于阈值的第二时段期间切换第一至第四开关，以将能量存储在第二绕组线中，并将第二绕组线中的所存储的能量发送到第一绕组线。

在第二时段期间，电流可以在第三和第四开关的接通时段期间在第二绕组线中流动，并且第二电流在第三和第四开关的关断时段以及第一和第二开关的接通时段期间被感应到第一绕组线。

单体平衡电路可以包括：第一二极管，其连接在第一开关的一个端子和第一绕组线的一个端子之间；和第二二极管，其连接到第二开关的一个端子和第一绕组线的另一个端子，第一开关的另一个端子可以连接到第一绕组线的另一个端子，并且第二开关的另一个端子可以连接到第一绕组线的一个端子。

单体平衡电路还可以包括：第三二极管，其连接在第三开关的一个端子和第二绕组线的一个端子之间；以及第四二极管，其连接在第四开关的一个端子和第二绕组线的另一个端子之间，第三开关的另一个端子可以连接到第二绕组线的另一个端子，并且第四开关的另一个端子可以连接到第二绕组线的一个端子。

有益效果

根据本发明的实施例，提供了能够减少单体平衡电路的部件的数量并因此减少单位成本的单体平衡电路以及包括该单体平衡电路的电池系统。

附图说明

图1是示意性地示出根据实施例的电池系统的视图。

图2是示出根据实施例的单体平衡电路的配置的视图。

图3和图4是示意性地示出根据实施例的在对电池组充电期间的单体平衡操作期间的单体平衡电路的视图。

图5和图6是示意性地示出根据实施例的在对电池组放电期间的单体平衡操作期间的单体平衡电路的视图。

具体实施方式

用于以下描述的组成元件的后缀“模块”和/或“单元”仅考虑到说明书的书写的容易性而给出或混合，并且后缀本身不具有区别的含义或作用。此外，在说明书中描述的术语“…器”和“模块”表示用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件部件或软件部件及其组合来实现。

此外，在描述本公开中公开的实施例的过程中，当确定与熟知的功能或配置相关的详细描述可能使本公开中公开的实施例的主题不必要地模糊不清时，将省略详细描述。此外，提供附图是为了帮助容易地理解本说明书中公开的实施例，并且本说明书中公开的技术精神不受附图的限制，并且将意识到，本发明包括本发明的精神和技术范围中包括的所有修改、等同物和替代物。

包括诸如第一和第二的序数词的术语用于描述各种组成元件，但是组成元件不受术语的限制。术语仅用于区分一个组成元件与另一个组成元件。

应当理解，当一个组成因素被称为“耦合到”或“连接到”另一个组成因素时，一个组成因素可以直接耦合到或连接到另一个组成因素，但是也可以存在居间因素。相比之下，当一个组成因素被称为“直接耦合到”或“直接连接到”另一个组成因素时，应当理解不存在居间因素。

在本申请中，将意识到，术语“包括”和“具有”旨在表示说明书中描述的特征、数字、步骤、操作、组成元件和部件或其组合的存在，并且不排除预先一个或多个其它特征、数字、步骤、操作、组成元件和部件或其组合存在或添加的可能性。

图1是示意性地示出根据实施例的电池系统的视图。

在图1中，外部设备2连接在电池系统1的两个输出端子P+和P-之间，并且当继电器21和22闭合时，电池组10和外部设备2可以电连接。

当外部设备2是电负载时，电池系统1可以通过作为向电负载2供应能量的电源操作而放电。电负载可以是运输装置或能量存储系统(ESS)，并且运输装置可以是例如电动车辆、混合动力车辆或智能移动设备。当外部设备2是充电器时，电池系统1可以通过经由充电器2供应来自电力系统的能量而被充电。

电池系统1包括电池组10、两个继电器21和22、电流传感器23和电池管理系统(BMS)100。

电池组10包括串联连接的多个电池单体10_1至10_4。在图1中，电池组10图示为包括串联连接的四个电池单体10_1至10_4，但这是示例，并且本发明不限于此。例如，五个或更多个电池单体可以串联连接，或者其中两个或更多个并联连接的多个电池单体可以串联连接。

继电器21连接在电池组10的正极和输出端子P+之间，继电器22连接在电池组10的负极和输出端子P-之间，并且继电器21和22的断开和闭合可以根据BMS 100的主控制单元(MCU)130的控制而被控制。例如，MCU 130可以生成使能电平的继电器控制信号SR1和SR2，并将它们发送到继电器21和22，并且继电器21和22可以通过使能电平继电器控制信号SR1和SR2而被闭合。备选地，MCU 130可以生成禁用电平的继电器控制信号SR1和SR2，并将它们发送到继电器21和22，并且继电器21和22可以通过禁用电平的继电器控制信号SR1和SR2而被断开。在电池组10的充电或放电期间，继电器21和22闭合以配置充电电流路径或放电电流路径。

电流传感器23可以检测在电池组10中流动的电流，并且可以将指示检测到的电流的电流检测信号(IS)发送到MCU 130。

BMS 20可以包括单体监测IC 110、单体平衡电路120和MCU 130。BMS 20可以连接到多个电池单体10_1至10_4，基于诸如多个电池单体10_1至10_4的每个单体电压、电池组10的电池电流等的信息来控制电池10的充电和放电电流，并且控制多个电池单体10_1至10_4的单体平衡操作。

例如，单体监测IC 110可以在每个测量时段测量多个电池单体10_1至10_4中的每一个的单体电压，并且将指示多个测量的单体电压的单体电压检测信号CVS发送到MCU130。MCU 130可以基于单体电压检测信号CVS来确定单体平衡是否是必要的。

在充电或放电期间，多个电池单体10_1至10_4的单体电压当中的最低单体电压可以比其它单体电压低预定阈值或更多，或者最高单体电压可以比其它单体电压高预定阈值或更多。因此，当多个电池单体10_1至10_4的单体电压之间的偏差等于或大于预定阈值时，MCU130可以确定单体平衡是必要的。

另外，当中央电池单体和外部电池单体之间的电压偏差等于或大于预定阈值时，MCU 130可以确定单体平衡是必要的。中央电池单体可以包括中央的电池单体(例如，电池组10的多个电池单体10_1至10_4当中的10_2、10_3)，并且中央电池单体可以定位在多个单体的中心。在图1中，电池单体10_2和10_3对应于中央电池单体，并且外部电池单体包括除电池组10的中央单体之外的剩余单体(例如，10_1、10_4)，并且外部电池单体可以定位在正极和负极附近。在图1中，电池单体10_1和10_4对应于外部电池单体。

在图1中，电池组10由四个电池单体10_1至10_4构成，并且仅示出了两个中央电池单体10_2和10_3以及两个外部电池单体10_1和10_4，但是本发明不限于此。在构成电池组的整个电池单体当中、定位在中心的预定数量的电池单体可以是中央电池单体，并且整个电池单体当中、除中央电池单体之外的剩余单体可以是外部电池单体。

在下文中，在本说明书中描述的单体平衡可以表示当中央电池单体和外部电池单体之间的电压偏差是预定阈值或更大时在中央电池单体和外部电池单体之间执行的充电平衡操作。

当确定单体平衡是必要的时，MCU130可以控制单体平衡电路120，使得流到中央单体10_2和10_3的充电电流或放电电流减小。MCU 130可以基于电流检测信号IS来确定其是处于充电状态还是放电状态。在充电状态下，MCU 130可以允许充电电流流过并联耦合到中央电池单体10_2和10_3的第一电力转移路径。由流过第一电力转移路径的充电电流生成的能量可以被转移到整个电池组10。在放电状态下，MCU 130可以允许放电电流流过并联耦合到电池组10的第二电力转移路径。流过中央电池单体10_2和10_3的放电电流通过流过第二电力转移路径的放电电流而减小。

在下文中，在充电状态下执行的单体平衡被称为“充电期间的单体平衡”，并且在放电状态下执行的单体平衡被称为“放电期间的单体平衡”。

接下来，参照图2描述根据实施例的单体平衡电路。

图2是示出根据实施例的单体平衡电路的配置的视图。

在图2中，单体平衡电路120包括四个开关Q1至Q4、四个二极管D1至D4、变压器123和切换控制单元125。第一绕组线W1和第二绕组线W2在绝缘状态下磁耦合以形成变压器123。在变压器123中，第一绕组线W1被定位的位置可以称为第一侧，并且第二绕组线W2被定位的位置可以称为第二侧。

开关Q1在连接在电池单体10_1和电池单体10_2之间的节点N2与第一绕组线W1的一个端子之间连接，并且开关Q2在连接在电池单体10_3和电池单体10_4之间的节点N3与第一绕组线W1的另一个端子之间连接。开关Q1、第一绕组线W1和开关Q2可以构成第一电力转移路径。

开关Q3连接在作为电池单体10_1的正极的节点N1与第二绕组线W2的一个端子之间，并且开关Q4连接在作为电池单体10_4的负极的节点N4与第二绕组线W2的另一个端子之间。开关Q3、第二绕组线W2和开关Q4可以构成第二电力转移路径。

在图2中，开关Q1至Q4实现为N沟道型MOSFET，但这是本发明的示例，并且本发明不限于此。从切换控制单元125供应的栅极电压VG1-VG4可以分别施加到四个开关Q1至Q4的栅极。

二极管D1的阳极连接到第一绕组线W1的另一个端子，并且二极管D1的阴极连接到开关Q1的漏极。二极管D1可以保护开关Q1免受由变压器123的第一侧的漏电感感应的电动势的影响。二极管D2的阳极连接到开关Q2的源极，并且二极管D2的阴极连接到第一绕组线W1的一个端子。二极管D2可以保护开关Q2免受由变压器123的第一侧的漏电感感应的电动势的影响。

二极管D3的阳极连接到第二绕组线W2的另一个端子，并且二极管D3的阴极连接到开关Q3的漏极。二极管D3可以保护开关Q3免受由变压器123的第二侧的漏电感感应的电动势的影响。二极管D4的阳极连接到开关Q4的源极，并且二极管D4的阴极连接到第二绕组线W2的一个端子。二极管D4可以保护开关Q4免受由变压器123的第二侧上的漏电感感应的电动势的影响。

切换控制单元125可以从MCU 130接收单体平衡控制信号CBS，并且基于单体平衡控制信号CBS控制四个开关Q1至Q4的切换操作。在图2中所示的实施例中，四个开关Q1至Q4和变压器123可以配置双向反激式转换器结构。当单体平衡控制信号CBS指示充电期间的单体平衡时，切换控制单元125可以控制四个开关Q1至Q4的切换操作，使得能量从第一侧转移到第二侧。当单体平衡控制信号CBS指示放电期间的单体平衡时，切换控制单元125可以控制四个开关Q1至Q4的切换操作，使得能量从第二侧转移到第一侧。

切换控制单元125可以根据流到第一侧的电流(下文中，第一侧电流)和流到第二侧的电流(下文中，第二侧电流)控制充电期间的单体平衡和放电期间的单体平衡中的每个时段期间的开关Q1至Q4的接通占空比。

切换控制单元125可以使用跨电阻器RS1的两个端子的电压(下文中，第一感测电压)VS1和跨电阻器RS2的两个端子的电压(下文中，第二感测电压)VS2来感测第一侧和第二侧中的每一个的电流。切换控制单元125生成栅极电压VG1-VG4以控制开关Q1至Q4的切换操作，并将其供应到开关Q1至Q4的栅极。切换控制单元125可以生成高电平的栅极电压VG1-VG4以接通开关Q1至Q4以及低电平的栅极电压VG1-VG4以关断开关Q1至Q4。

在下文中，参照图3至图6描述根据实施例的单体平衡电路的操作。

图3和图4是示意性地示出根据实施例的在电池组的充电操作期间的单体平衡操作当中的单体平衡电路的视图。

参考图3和图4，电池组10连接到充电器2，并且电池组10通过从充电器2供应的电流充电。图3和图4可以是示出在一个切换周期期间在单体平衡电路120的充电期间的单体平衡操作的视图。

当在充电期间中央电池单体的单体电压与外部电池单体的单体电压之间的偏差为阈值或更大时，MCU 130将指示充电期间的单体平衡的单体平衡控制信号CBS发送到切换控制单元125。例如，MCU 130可以生成第一电平单体平衡控制信号CBS，并且切换控制单元125可以在从MCU 130接收到第一电平的单体平衡控制信号CBS的时段期间执行充电期间的单体平衡。

首先，如图3中所示，切换控制单元125关断开关Q3和Q4以用于充电期间的单体平衡，并且基于第一侧电流IS1控制开关Q1和Q2的接通占空比。在开关Q1和Q2的接通时段期间，第一侧电流IS1流到第一绕组线W1，并且能量存储在第一绕组线W1中。在开关Q1和Q2的接通时段期间，第一侧电流IS1可以增加。

切换控制单元125可以基于第一侧电流IS1和当第一侧电流IS1流动时的时段导出存储在第一绕组线W1中的能量，并且控制开关Q1和Q2的接通占空比，使得通过将导出的能量除以切换周期而获得的值是预定参考值。作为用于此的特定装置，切换控制单元125可以在第一感测电压VS1达到预定第一参考电压时关断开关Q1和Q2。

切换控制单元125关断开关Q1和Q2，并且然后接通开关Q3和Q4。然后，在第二绕组线W2中感应第二侧电流IS2。第二侧电流IS2与从充电器2供应的充电电流Ich一起被供应到电池组10。在开关Q3和Q4的接通时段期间，第二侧电流IS2可以减少。切换控制单元125基于第二侧电流IS2控制开关Q3和Q4的接通占空比。例如，当第二感测电压VS2达到预定第二参考电压时，切换控制单元125可以关断开关Q3和Q4，并且第二参考电压可以是零电压。

在开关Q3和Q4的接通时段期间，能量从中央电池单体10_2和10_3发送到电池组10。也就是说，充电电流Ich和第二侧电流IS2可以被供应到电池组10。

在开关Q1和Q2的接通时段期间，充电电流Ich当中的第一侧电流IS1不流到中央电池单体10_2和10_3，并且仅流到外部电池单体10_1和10_4。这可以减少中央电池单体10_2和10_3的热量生成。在常规电池组中，中央电池单体具有比外部电池单体高的温度，因此中央电池单体的劣化比外部电池单体的劣化更严重。由于这个原因，中央电池单体首先完全充电，并且在所有单体被完全充电之前充电终止。然而，基于根据实施例的单体平衡，供应到电池组10的充电电流当中的第一侧电流IS1未被供应到中央电池单体，中央电池单体的充电速度可以慢于外部电池单体的充电速度。因此，可以解决在所有单体都被充电之前终止充电的常规问题。

切换控制单元125可以在开关Q3和Q4的关断之后再次接通开关Q1和Q2。在开关Q1和Q2的接通之后的操作与上文所述相同。根据实施例的切换控制单元125可以以恒定的切换频率控制开关Q1至Q4的切换操作。然而，本发明不限于此，并且切换控制单元125可以针对充电期间的单体平衡改变切换频率。本发明可以通过改变接通占空比和切换频率中的至少一个来控制第一侧电流IS1。

切换控制单元125在单体平衡控制信号CBS处于第一电平时重复上述操作。

图5和图6是示意性地示出根据实施例的电池组的放电操作期间的单体平衡期间的单体平衡电路的视图。

在图5和图6中，电池组10连接到电负载2，电流从电池组10供应到电负载2，并且电池组10被放电。图5和图6可以是示出在单体平衡电路120的一个切换周期期间的放电期间的单体平衡操作的视图。

当在放电期间在中央电池单体的单体电压和外部电池单体的单体电压之间的偏差是阈值或更大时，MCU 130将指示放电期间的单体平衡的单体平衡控制信号CBS发送到切换控制单元125。例如，MCU 130可以生成第二电平的单体平衡控制信号CBS，并且切换控制单元125可以在从MCU 130接收到第二电平的单体平衡控制信号CBS的时段期间执行放电期间的单体平衡。

首先，如图5中所示，切换控制单元125可以针对放电期间的单体平衡关断开关Q1和Q2，并且基于第一侧电流IS1控制开关Q3和Q4的接通占空比。在开关Q3和Q4的接通时段期间，第二侧电流IS2流到第二绕组线W2，并且能量存储在第二绕组线W2中。在开关Q3和Q4的接通时段期间，第二侧电流IS2可以增加。

切换控制单元125可以基于在电流切换周期中在开关Q3和Q4的关断之后开关Q1和Q2的接通时段当中、第一侧电流IS1和第一侧电流IS1流动的时段来导出发送到第一绕组线W1的能量。切换控制单元125可以在下一个切换周期中控制开关Q3和Q4的接通占空比，使得通过将导出的能量除以切换周期而获得的值是预定参考值。作为用于此的特定装置，切换控制单元125可以在第二感测电压VS2达到预定第三参考电压时关断开关Q3和Q4。也就是说，第三参考电压可以设置成使得通过将发送到第一绕组线W1的能量除以切换周期而获得的值是预定参考值。

切换控制单元125关断开关Q3和Q4，并且然后接通开关Q1和Q2。然后，在第一绕组线W1中感应第一侧电流IS1，并且放电电流Idch的第一侧电流IS1不流到中央单体10_2和10_3。在开关Q1和Q2的接通时段期间流动的第一侧电流IS1可以减少。切换控制单元125基于第一侧电流IS1控制开关Q1和Q2的接通占空比。例如，当第一感测电压VS1达到预定第四参考电压时，切换控制单元125可以关断开关Q1和Q2，并且第四参考电压可以是零电压。

在开关Q1和Q2的接通时段期间，放电电流Idch的第一侧电流IS1不在中央电池单体10_2和10_3中流动，而仅在外部电池单体10_1和10_4中流动。这可以减少中央电池单体10_2和10_3的热量生成。在常规电池组中，中央电池单体具有比外部电池单体高的温度，因此中央电池单体的劣化比外部电池单体的劣化更严重。由于这个原因，中央电池单体首先放电，使得放电终止，并且在向电负载供应电力方面可能存在限制。然而，基于根据实施例的单体平衡，从电池组10供应的全部电流当中的第一侧电流IS1不流到中央电池单体10_2和10_3，因此中央电池单体的放电速度可以慢于外部电池单体的放电速度。因此，可以解决中央电池单体首先放电并终止放电的常规问题。

切换控制单元125可以在开关Q1和Q2的关断之后再次接通开关Q3和Q4。在开关Q3和Q4的接通之后的操作与上文所述相同。根据实施例的切换控制单元125可以以恒定的切换频率控制开关Q1至Q4的切换操作。然而，本发明不限于此，并且切换控制单元125可以针对放电期间的单体平衡改变切换频率。本发明可以通过改变接通占空比和切换频率中的至少一个来控制第一侧电流IS1。

切换控制单元125在单体平衡控制信号CBS处于第二电平时重复上述操作。

因此，根据实施例，可以在充电和放电期间减少中央电池单体中流动的电流，从而解决充电和放电首先被中央电池单体终止的问题。

虽然已经结合目前认为是实用实施例的内容描述了本发明，但应当理解，本发明不限于所公开的实施例。相反，意图是涵盖所附权利要求书的精神和范围内所包括的各种修改和等效布置。

Claims (15)

1.一种连接到串联连接的多个单体的单体平衡电路，包括：

串联耦合在中央电池单体的两个端子之间的第一开关、第一绕组线和第二开关，所述中央电池单体包括多个单体中的居中定位的单体；以及

串联耦合在所述多个电池单体当中、除中央电池单体之外的外部电池单体中的一个外部电池单体的正极和另一个外部电池单体的负极之间的第三开关、第二绕组线和第四开关，

其中，所述第一绕组线和所述第二绕组线形成变压器，并且

在充电或放电期间，在所述中央电池单体和所述外部电池单体之间的单体电压差大于或等于预定阈值的情况下，在所述第一开关和所述第二开关的接通时段期间，作为充电电流或放电电流的一部分的第一侧电流流过所述第一开关、所述第一绕组线和所述第二开关。

2.根据权利要求1所述的单体平衡电路，其中

在充电期间所述中央电池单体和所述外部电池单体之间的所述单体电压差大于或等于预定阈值的情况下，

所述第一开关和所述第二开关被接通，所述第一开关和所述第二开关的接通占空比基于流到所述第一绕组线的电流来控制，并且所述第三开关和所述第四开关在所述第一开关和所述第二开关的关断之后被接通。

3.根据权利要求2所述的单体平衡电路，其中

在充电期间所述中央电池单体和所述外部电池单体之间的所述单体电压差大于或等于预定阈值的情况下，

在所述第一开关和所述第二开关的接通状态下，所述第一侧电流达到预定参考值，并且所述第一开关和所述第二开关被关断。

4.根据权利要求1所述的单体平衡电路，其中

在放电期间所述中央电池单体和所述外部电池单体之间的所述单体电压差等于或大于预定阈值的情况下，

所述第三开关和所述第四开关被接通，所述第三开关和所述第四开关的接通占空比基于流到所述第一绕组线的电流来控制，并且所述第一开关和所述第二开关在所述第三开关和所述第四开关的关断之后被接通。

5.根据权利要求4所述的单体平衡电路，其中

在放电期间所述中央电池单体和所述外部电池单体之间的所述单体电压差等于或大于预定阈值的情况下，

在所述第三开关和所述第四开关的接通状态下，当所述第二侧电流达到预定参考值时，所述第三开关和所述第四开关被关断。

6.根据权利要求1所述的单体平衡电路，还包括：

第一二极管，所述第一二极管连接在所述第一开关的一个端子和所述第一绕组线的一个端子之间；以及

第二二极管，所述第二二极管连接在所述第二开关的一个端子和所述第一绕组线的另一个端子之间，

所述第一开关的另一个端子连接到所述第一绕组线的另一个端子，并且所述第二开关的另一个端子连接到所述第一绕组线的一个端子。

7.根据权利要求1所述的单体平衡电路，还包括：

第三二极管，所述第三二极管连接在所述第三开关的一个端子和所述第二绕组线的一个端子之间；以及

第四二极管，所述第四二极管连接在所述第四开关的一个端子和所述第二绕组线的另一个端子之间，

所述第三开关的另一个端子连接到所述第二绕组线的另一个端子，并且所述第四开关的另一个端子连接到所述第二绕组线的一个端子。

8.一种电池系统，包括：

电池组，所述电池组包括串联连接的多个单体；

单体监测IC，所述单体监测IC用于测量多个单体中的每一个的单体电压；

主控制电路，所述主控制电路基于多个测量的单体电压来确定包括多个单体当中居中定位的单体的中央电池单体的单体电压与多个单体当中、除了所述中央电池单体之外的外部电池单体的单体电压之间的偏差是否为预定阈值或更大，并且基于确定结果和所述电池组的充电和放电来控制单体平衡操作；以及

单体平衡电路，所述单体平衡电路在所述电池组的充电条件下当所述偏差大于所述阈值时防止充电电流当中的第一电流流到所述中央电池单体，并且在所述电池组的放电条件下当所述偏差大于所述阈值时防止放电电流当中的第二电流流到所述中央电池单体。

9.根据权利要求8所述的电池系统，其中

所述单体平衡电路包括：

串联耦合在所述中央电池单体的两个端子之间的第一开关、第一绕组线和第二开关；以及

串联耦合在所述外部电池单体当中的一个外部电池单体的正极和另一个外部电池单体的负极之间的第三开关、第二绕组线和第四开关，并且

所述第一绕组线和所述第二绕组线形成变压器。

10.根据权利要求8所述的电池系统，其中

所述单体平衡电路在充电时段期间所述偏差大于所述阈值的第一时段期间切换所述第一开关至所述第四开关，以通过所述第一电流将能量存储在所述第一绕组线中，并将所述第一绕组线中的所存储的能量发送到所述第二绕组线。

11.根据权利要求10所述的电池系统，其中，

在所述第一时段期间，第一电流在所述第一开关和所述第二开关的接通时段期间在所述第一绕组线中流动，并且电流在所述第一开关和所述第二开关的关断时段以及所述第三和第四开关的接通时段期间被感应到所述第二绕组线。

12.根据权利要求8所述的电池系统，其中

所述单体平衡电路在放电时段当中所述偏差大于所述阈值的第二时段期间切换所述第一开关至所述第四开关，以将能量存储在所述第二绕组线中，并将所述第二绕组线中的所存储的能量发送到所述第一绕组线。

13.根据权利要求12所述的电池系统，其中

在所述第二时段期间，电流在所述第三开关和所述第四开关的接通时段期间在所述第二绕组线中流动，并且第二电流在所述第三开关和所述第四开关的关断时段以及所述第一开关和所述第二开关的接通时段期间被感应到所述第一绕组线。

14.根据权利要求8所述的电池系统，其中

所述单体平衡电路包括：

第一二极管，所述第一二极管连接在所述第一开关的一个端子和所述第一绕组线的一个端子之间；以及

第二二极管，所述第二二极管连接到所述第二开关的一个端子和所述第一绕组线的另一个端子，

所述第一开关的另一个端子连接到所述第一绕组线的另一个端子，并且所述第二开关的另一个端子连接到所述第一绕组线的一个端子。

15.根据权利要求8所述的电池系统，其中

所述单体平衡电路还包括：

第三二极管，所述第三二极管连接在所述第三开关的一个端子和所述第二绕组线的一个端子之间；以及

第四二极管，所述第四二极管连接在所述第四开关的一个端子和所述第二绕组线的另一个端子之间，

所述第三开关的另一个端子连接到所述第二绕组线的另一个端子，并且所述第四开关的另一个端子连接到所述第二绕组线的一个端子。

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