CN219372050U - 一种电池包的主动均衡电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电池包的主动均衡电路，应用于储能电池技术领域，该电路包括均衡电源、采样电路、多个均衡控制电路以及均衡控制器，均衡控制电路与电芯一对一连接，均衡电源的输入端连接电池电极，输出端分别与各均衡控制电路电连接，采样电路连接于各电芯以及均衡控制器之间，采集各电芯的电气数据并反馈给均衡控制器，均衡控制器分别与各均衡控制电路以及均衡电源相连，均衡控制器根据各电芯的电气数据确定需要均衡的目标电芯并控制与目标电芯相连的目标均衡控制电路以及均衡电源导通，通过本电路，电能直接通过电池包正负极经均衡电源在通过均衡控制电路到达目标电芯，不存在电能的多次转移导致电能浪费，均衡效率高。

Description

一种电池包的主动均衡电路

技术领域

本申请涉及储能电池技术领域，具体涉及一种电池包的主动均衡电路。

背景技术

在现有应用中，电池包通常包括多个串联连接的电芯，由于各电芯的电化学特性的一致性较差，各电芯之间都需要进行均衡控制以维持电芯之间的性能参数平衡，比如电压平衡。以电压平衡为例，均衡控制分为被动均衡和主动均衡两类，其中，典型的被动均衡是通过与电芯并联的可控旁路对电芯的充放电电流进行调节以达到电芯之间的电压平衡；相应的，典型的主动均衡是利用电荷泵的原理，将电荷在相邻两个电芯之间转移，也有通过为每个电芯提供一个独立的充电电路实现的主动均衡。

中国专利CN110247456A即公开一种图1a所示的应用于串联电芯的开关型均衡电路，该均衡电路采用电荷泵原理将电荷在两个相邻的电芯之间转移进而实现两个电芯之间的电压均衡。结合图1a所示可以看出，该均衡电路在高电压电芯需要向低电压电芯送充电过程，首先需要进行放电，一部分电流消耗在电芯的内阻和外部线路阻抗上，另一部分储存在电感中，等储能过程完成，关闭高电压端的开关，就形成一个电荷泵，将储存在电感中的电荷泵到更高电压；然后，打开低电压电芯对应的开关，将电荷泵中的部分电荷向低电压的电芯充电，当然，电荷泵中的电荷不能全部转移到低电压电芯中，剩下的电荷只能在下次电荷泵充电时候消耗掉。

中国专利CN111987759B提供一种于高频电力电子变压器的主动均衡拓扑及方法。图1b所示拓扑通过多绕组变压器及其控制电路对单个电芯进行主动均衡控制，其效能相比电荷泵方法提升很多。其方法中提出了剩余容量(State Of Charge，SOC)以及健康状态(State Of Health，SOH)作为均衡的条件。但是，该方案拓扑结构复杂、体积大、成本高、静态电流大，具有相当的理论学术价值，但从产品化以及小型化、可靠性方面，特别是对于电池包要求极低的静态功耗不能满足；不具备产业化的价值，无法有效解决现实中大量储能电池包的问题。其提出的SOH以及SOC算法，方案记载模糊不清，不具备实际操作性。

由此可见，现有技术中无论是基于电荷泵原理实现的主动均衡电路还是基于多绕组变压器的方法，均无法同时满足产品化所需的“可靠、成本和能效”三大要素、难以实用化为社会带来进步。

实用新型内容

有鉴于此，本申请致力于提供一种电池包的主动均衡电路，替代现有成熟技术中被动均衡电路，提高电池包的均衡效率，延长电池包的循环寿命以满足实际储能行业中磷酸铁锂以及钠电池包延长寿命以及发挥电池包最大效能的应用需求。

第一方面，本申请提供一种电池包的主动均衡电路，所述电池包包括多个串联连接的电芯，所述电路包括：均衡电源、采样电路、多个均衡控制电路以及均衡控制器，其中，

每个所述均衡控制电路的输出端并联一个所述电芯，且各所述均衡控制电路连接的电芯互不相同；

所述均衡电源的输出端分别与各所述均衡控制电路的输入端电连接，所述均衡电源的输入端与所述电池包的电极电连接；

所述采样电路的采样端分别与各所述电芯相连，所述采样电路的输出端与所述均衡控制器相连；

所述均衡控制器分别与各所述均衡控制电路的控制端以及所述均衡电源的控制端相连；

所述采样电路用于采集各所述电芯的电气数据；

所述均衡控制器用于根据各所述电芯的电气数据确定需要均衡的目标电芯并控制与所述目标电芯相连的目标均衡控制电路以及所述均衡电源导通，以对所述目标电芯进行均衡处理。

可选的，所述均衡电源包括：隔离型功率变换电路和第一电子开关，其中，

所述隔离型功率变换电路的输入端经所述第一电子开关与所述电池包相连；

所述隔离型功率变换电路的输出端作为所述均衡电源的输出端；

所述第一电子开关的控制端与所述均衡控制器相连，并受所述均衡控制器控制。

可选的，所述均衡控制电路包括：第二电子开关、第三电子开关以及控制电路，其中，

所述第二电子开关的一端作为所述均衡控制电路的正极输入端，所述第二电子开关的另一端作为所述均衡控制电路的正极输出端；

所述第三电子开关的一端作为所述均衡控制电路的负极输入端，所述第三电子开关的另一端作为所述均衡控制电路的负极输出端；

所述第二电子开关以及所述第三电子开关的控制端分别与所述控制电路的输出端相连，所述控制电路的控制端作为所述均衡控制电路的控制端；

所述控制电路用于响应于所述均衡控制器的控制信号，控制所述第二电子开关以及所述第三电子开关的通断状态。

可选的，所述控制电路包括：驱动子电路和控制子电路，其中，

所述驱动子电路分别与所述第二电子开关以及所述第三电子开关的控制端相连；

所述控制子电路的控制端作为所述控制电路的控制端；

所述驱动子电路将所述控制子电路的控制信号功率放大，以驱动所述第二电子开关和所述第三电子开关；

所述控制子电路与所述第二电子开关和所述第三电子开关电气隔离。

可选的，所述驱动子电路包括第四电子开关、第一电阻和第二电阻，其中，

所述第四电子开关的一端与所述第二电子开关的控制端相连，所述第四电子开关的另一端与所述第三电子开关中作为所述均衡控制电路负极输出端的一端相连；

所述第四电子开关的控制端与所述第一电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端相连；

所述第二电阻的另一端与所述第三电子开关中作为所述均衡控制电路负极输出端的一端相连；

所述第一电阻和所述第二电阻的连接点分别与所述第三电子开关的控制端以及所述控制子电路的输出端相连。

可选的，所述控制子电路包括光耦合器或电磁继电器中的任意一种。

可选的，本申请第一方面提供的电池包的主动均衡电路，还包括：第一保护电路和第二保护电路，其中，

所述第一保护电路与所述第二电子开关串联连接，所述第一保护支路在所述第二电子开关的负载电流大于第一预设电流值时断开；

所述第二保护支路与所述第三电子开关串联连接，所述第二保护支路在所述第三电子开关的负载电流大于第二预设电流值时断开。

可选的，本实用新型第一方面提供的电池包的主动均衡电路，还包括：电压检测电路，其中，

所述电压检测电路的检测端与所述均衡电源的输出端电连接，所述电压检测电路的输出端与所述均衡控制器相连；

所述电压检测电路用于检测所述均衡电源与任一所述均衡控制电路之间的连接点的电压并输出检测信号；

所述均衡控制器用于根据所述检测信号确定所述均衡电源与任一所述均衡控制电路之间的连通状态。

可选的，所述电压检测电路包括：检测电路、信号耦合隔离电路和信号输出电路，其中，

所述检测电路的输入端与所述均衡电源的输出端电连接；

所述检测电路的输出端与所述信号耦合隔离电路的输入端电连接；

所述信号输出电路的输入端与所述信号耦合隔离电路的输出端电连接；

所述信号输出电路的输出端与所述均衡控制器电连接；

所述检测电路与所述信号输出电路电气隔离。

可选的，所述采样电路包括采样电阻和模拟前端，其中，

所述采样电阻与所述电池包串联连接；

所述模拟前端的采样端分别与所述采样电阻以及各所述电芯相连，所述模拟前端的输出端作为采样电路的输出端。

基于上述内容，本申请提供的均衡电路包括均衡电源、采样电路、多个均衡控制电路以及均衡控制器，均衡控制电路与电芯一对一连接，均衡电源的输入端连接电池电极，输出端分别与各均衡控制电路电连接，采样电路连接于各电芯以及均衡控制器之间，采集各电芯的电气数据并反馈给均衡控制器，均衡控制器分别与各均衡控制电路以及均衡电源相连，均衡控制器根据各电芯的电气数据确定需要均衡的目标电芯并控制与目标电芯相连的目标均衡控制电路以及均衡电源导通，实现对目标电芯的均衡处理。

通过本申请提供的均衡电路，电能直接通过电池包正负极经均衡电源在通过均衡控制电路到达目标电芯；相较于现有技术中基于电荷泵原理实现的均衡电路，不存在电能的多次转移导致电能浪费；相较多绕组变压器电路，控制简单，静态能耗为零，高效，体积小、可靠性高，可装入狭小的电池包内。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1a是现有技术中一种基于电荷泵原理实现的电池包均衡电路的电路拓扑图；

图1b是现有技术中一种基于高频电力电子变压器的主动均衡拓扑图；

图2是本实用新型实施例提供的一种电池包的均衡电路的结构框图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种电池包的均衡电路的结构框图；

图4是本实用新型实施例提供的一种均衡控制电路的电路拓扑图；

图5是本实用新型实施例提供的一种电压检测电路的电路拓扑图；

图6是本实用新型实施例提供的一种电池包的均衡方法的流程图；

图7是本实用新型实施例提供的另一种电池包的均衡方法的流程图；

图8是现有技术中一种锂电池的电芯电压-SOC关系曲线图；

图9是本实用新型实施例提供的再一种电池包的均衡方法的流程图；

图10是本实用新型实施例提供的又一种电池包的均衡方法的流程图；

图11是本实用新型实施例提供的另一种电池包的均衡方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参见图1a，图1a是中国专利CN110247456A提供的一种应用于串联电芯的开关型均衡电路的电路拓扑图，该均衡电路采用电荷泵原理将电荷在两个相邻的电芯之间转移进而实现两个电芯之间的电压均衡。具体的，该电路在高电压电芯需要向低电压电芯充电过程中，高电压电芯首先需要进行放电，其释放的电能一部分消耗在自身的内阻和外部的电感以及电阻上，另一部分储存在电感中；待储能过程完成后，关闭高电压端的开关，就形成电荷泵，将储存在电感中的电荷泵到相对于高电压电芯正极更高的电压；进一步的，该均衡电路打开低电压端的开关，将电荷泵中的部分电荷向低电压的电芯充电，最终达到电压均衡的目的。

结合图1a所示以及上述内容可知，基于电荷泵原理实现的均衡电路，放电过程需要消耗电芯本身电能才能对电荷泵进行充电，只有少部分电能储存在电感中，大部分通过外部电阻消耗掉，并且，电荷泵中的电荷只能部分充进低电压电芯，剩余部分又被下次放电过程消耗；加上电荷只能在相邻电芯之间转移，多串电池包均衡需要经过多次电荷转移才能完成，显然，均衡效率极低。

进一步的，电荷泵原理实现的均衡电路只能在相邻的2节电芯之间转移，对于包括多个串联连接电芯的电池包，电荷转移需要经过多次不同电芯之间转移才能实现，过程控制比较复杂。

参见图1b，图1b是中国专利CN111987759B提供的一种基于高频电力电子变压器的主动均衡拓扑，该拓扑通过一个多绕组的高频变压器，一方面将48V直流母线电能通过传递到连接每个电芯两端，实现对电芯的主动充电实现均衡，另一方面，也可将能量多电芯的电能通过多绕组的高频变压器回馈给48V直流母线。

虽然该方案提出了SOC和SOH均衡判断依据，但是，没有提出如何计算SOC以及SOH的实现方法，仅仅停留在理论阶段。虽然有效处理了主动均衡的效能问题，但是，无论是从其拓扑结构来看，过于复杂，多绕组变压器控制复杂，可靠性差，体积大，成本高和静态功耗大是其最大的缺点，对于储能电池包而言，可靠性是第一关注的，能够放进狭小的电池包内也是必须要考虑的。成本永远都是产品能否可适用化的追求。

为解决上述技术问题，本申请提供一种电池包的均衡电路，该均衡电路包括均衡电源、采样电路、多个均衡控制电路以及均衡控制器，均衡控制电路与电芯一对一连接，均衡电源的输入端连接电池电极，输出端分别与各均衡控制电路电连接，采样电路连接于各电芯以及均衡控制器之间，采集各电芯的电气数据并反馈给均衡控制器，均衡控制器分别与各均衡控制电路以及均衡电源相连，均衡控制器根据各电芯的电气数据确定需要均衡的目标电芯并控制与目标电芯相连的目标均衡控制电路以及均衡电源导通，实现对目标电芯的均衡处理。通过本申请提供的均衡电路，电能有电池包本身直接由均衡电源经目标电芯连接的目标均衡控制电路进入目标电芯，通过电能的直接二次分配，实现电能在电池包内各个电芯之间一次转移；相较于现有技术中基于电荷泵原理实现的均衡电路，不存在电能的多次转移，因此，可以极大减少的减少电能浪费，有效提高均衡效率。相对于多绕组变压器方法，利用一个均衡电源从电池包获取电能实现电能的直接二次分配。本电路简单，不仅能够实现充电过程中的SOC均衡，还是实现在放电过程对电芯满充容量(Full ChargeCapacity，FCC)差异进行补偿均衡，确保放电过程各个电芯的放电终止时间一致，从而延长电池包的循环寿命。

进一步的，本申请提供的均衡电路，在基于电气参数确定目标电芯之后，只需要控制均衡电源以及目标均衡控制电路导通，针对目标电芯进行均衡处理，控制过程简单，电路稳定性高，不仅能够实现SOC均衡，还能实现FCC均衡。

结合上述内容，参见图2，图2是本实用新型实施例提供的一种电池包的均衡电路的结构框图，本实施例提供的均衡电路，应用于包括多个串联连接的电芯的电池包，该均衡电路包括：多个均衡控制电路10、均衡电源20、采样电路30、以及均衡控制器40。

在本实施例中，电池包包括三个串联连接的电芯，即电芯C1、电芯C2以及电芯C3，如图2所示，各电芯串联连接后，电芯C1的正极同时作为电池包的正极P1，相应的，电芯C3的负极同时作为电池包的负极N1。至于电池包内其他构成部分的具体实现，均可以参照相关技术实现，此处不再详述。

每个均衡控制电路10的输出端并联一个电芯，当然，各均衡控制电路10连接的电芯互不相同，即均衡控制电路10与电芯之间采用一对一连接，任一均衡控制电路10只对与自身输出端连接的电芯的均衡过程进行控制。各均衡控制电路10的输入端分别与均衡电源20的输出端连接，在均衡控制电路10导通，即处于运行状态的情况下，均衡控制电路10接收来自于均衡电源20的电能。对于均衡电源20而言，其输入端与电池包的电极电连接。

采样电路30主要用于采集电池包内各电芯的电气数据，并将所得电气数据反馈至均衡控制器40，基于此，采样电路30的采样端分别与各电芯相连，输出端则与均衡控制器40相连。需要说明的是，采样电路30与各电芯以及均衡控制器40相连，在具体实现时会因为所采用的采样电路结构以及均衡控制器40的通讯方式而有所差异，只要是能够实现前述采集并传输电气数据功能的连接方式都是可选的，在不超出本实用新型核心思想范围的前提下，同样属于本实用新型保护的范围内。

在前述连接关系的基础上，均衡控制器40还分别与各均衡控制电路10的控制端以及均衡电源20的控制端相连，均衡控制器40可以对各均衡控制电路10以及均衡电源20的导通状态进行控制，即可以控制均衡控制电路10以及均衡电源20导通，均衡电源20通过均衡控制电路10向相应的电芯输出电能，实现对电芯的均衡处理；相反的，还可以控制均衡控制电路10以及均衡电源20关断，停止对电芯的均衡处理。

基于上述连接关系，均衡控制器40获取由采样电路30提供的各电芯的电气数据，并根据所得电气数据在电池包的各电芯中确定需要均衡的目标电芯，进一步的，均衡控制器40控制与目标电芯相连的目标均衡控制电路以及均衡电源20导通，电池包的电能经由均衡电源20以及目标均衡控制电路进入目标电芯，实现对目标电芯的均衡处理。比如，在图2所示实施例中，电芯C2为目标电芯，均衡控制器40即控制均衡电源20以及与电芯C2相连的均衡控制电路10导通，对电芯C2进行均衡处理。

至于电气数据的具体构成，以及均衡控制器基于所得电气数据确定目标电芯并对目标电芯进行均衡的具体实现方式，将在后续内容中展开，此处暂不详述。

综上所述，本实施例提供的均衡电路，均衡控制器根据各电芯的电气数据确定需要均衡的目标电芯并控制与目标电芯相连的目标均衡控制电路以及均衡电源导通，实现对目标电芯的均衡处理。通过本申请提供的均衡电路，电池包的电能直接由均衡电源经目标电芯连接的目标均衡控制电路进入目标电芯，相较于现有技术中基于电荷泵原理以及多绕组变压器原理实现的均衡电路，不存在电能的多次转移，因此，可以极大减少的减少电能浪费，有效提高均衡效率。

进一步的，本申请提供的均衡电路，在基于电气参数确定目标电芯之后，只需要控制均衡电源以及目标均衡控制电路导通，针对目标电芯进行均衡处理，控制过程简单，电路稳定性高。

在图2所示实施例的基础上，本实用新型提供另一种均衡电路，其电路结构可以参见图3所示。

在本实施例中，提供一种均衡电源20的具体实现方式。本实施例中的均衡电源20包括隔离型功率变换电路210和第一电子开关220。

如前所述，电池包内包括多个电芯，各个电芯串联连接，因此，电池包的电压肯定要高于任一电芯的电芯电压，均衡电源20的输入端连接电池包电极，输出端为各电芯供电，基于此，为了保证向各电芯正常运行，隔离型功率变换电路210优选降压功率变换电路，比如降压DC/DC电路，进一步的，为了防止均衡电源20输入端与输出端之间相互影响，可以优选隔离型降压DC/DC电路。当然，隔离型功率变换电路210还可以选用其他能够实现前述功能的电路实现，此处不再一一列举。需要说明的是，图3所示的隔离型功率变换电路210仅仅为示意说明，并非具体的电路拓扑，隔离型功率变换电路210的具体实现可以参照相关技术。

隔离型功率变换电路210的输入端经第一电子开关220与电池包相连，作为一种可选的连接方式，如图3所示，隔离型功率变换电路210的正极输入端与电池包的正极P1电连接，负极输入端经第一电子开关220与电池包的负极N1相连；隔离型功率变换电路210的输出端(即图3中示出的P2和N2)作为均衡电源20的输出端，分别与各均衡控制电路10的输入端电连接。第一电子开关220的控制端作为均衡电源20的控制端，与均衡控制器40相连。

在图3所示实施例中，第一电子开关220选用三极管K1实现。三极管K1的集电极与隔离型功率变换电路210的负极输入端电连接，发射极与电池包的负极N1相连，基极作为第一电子开关220的控制端与均衡控制器40相连。在实际应用中，均衡控制器40输出高电平，第一电子开关220导通，隔离型功率变换电路210的输入端与电池包之间形成闭合回路，隔离型功率变换电路210输出端经过功率变换后输出预设的电压值；当然，此时均衡电源20处于工作状态；相反的，均衡控制器40输出低电平，第一电子开关220关断，隔离型功率变换电路210则难以输出预设的电压值，均衡电源20处于关断状态。

在此基础上，图3还提供一种可选的采样电路30的构成方式。在本实施例中，采样电路30包括模拟前端(Analog Front End，AFE)和采样电阻Rs。如图3所示，采样电阻Rs与电池包串联连接，模拟前端310的采样端分别与采样电阻Rs以及各电芯相连，模拟前端310的输出端作为采样电路的输出端，与均衡控制器40相连。通过模拟前端310与采样电阻Rs的配合，采样电路30可以采集均衡控制所需的电气数据，结合实际控制所需，电气数据至少包括：电芯在不同采样周期的电芯电压、充/放电电流、电流方向以及采样时刻等信息，当然，其他相关的电气数据同样可以基于采样电路30获得，在未超出本实用新型核心思想范围的前提下，同样属于本实用新型保护的范围内。

进一步的，图4实施例提供一种均衡控制电路的可选实现方式，如图4所示，均衡控制电路10包括第二电子开关110、第三电子开关120以及控制电路130。

具体的，第二电子开关110与第三电子开关120的电路拓扑类似，以第二电子开关110为例，包括开关管Q1、开关管Q2以及电阻Rc1，三者之间的连接关系如图所示，此处不再赘述。作为一种可选的实施方式，为了进一步保证均衡控制电路10的安全，防止过流烧毁，本实施例提供的均衡控制电路还包括第一保护电路和第二保护电路，结合图4所示，第一保护电路包括熔断器F1，第二保护电路包括熔断器F2，具体的，第一保护电路与第二电子开关110串联连接，在第二电子开关的负载电流大于第一预设电流值时，第一保护支路断开；相应的，第二保护支路与第三电子开关120串联连接，在第三电子开关的负载电流大于第二预设电流值时，第二保护支路断开。通过设置熔断器F1和熔断器F2，可以实现均衡控制电路10与均衡电源20之间的故障隔离，当任一均衡控制电路10出现故障时，其所连接的熔断器便会因为过流而熔断，从而确保故障电流不会影响均衡电源20的正常运行。可以理解的是，在实际应用中，前述第一预设电流值和第二预设电流值通常取相同值，当然，在部分应用场景中，第一预设电流值也可以与第二预设电流值不同。

基于图4所示电路拓扑，第二电子开关110的一端作为均衡控制电路10的正极输入端(图4中以In+示出)，与均衡电源20的正极输出端电连接，第二电子开关110的另一端作为均衡控制电路10的正极输出端(图4中以Out+示出)，与相应电芯的阳极电连接；相应的，第三电子开关120的一端作为均衡控制电路10的负极输入端(图4中以In-示出)，与均衡电源20的负极输出端电连接，第三电子开关120的另一端作为均衡控制电路10的负极输出端(图4中以Out-示出)，与相应电芯的负极电连接。进一步的，开关管Q1与开关管Q2的控制端的连接点作为第二电子开关110的控制端，开关管Q3与开关管Q3的控制端的连接点作为第三电子开关120的控制端，第二电子开关110以及第三电子开关120的控制端则分别与控制电路130的输出端相连，控制电路130的控制端(图4中以C示出)作为均衡控制电路10的控制端，与均衡控制器40相连。

需要说明的是，在图4所示实施例中，控制电路130的控制端还设置有限流电阻Rc3，通过限流电阻Rc3可以达到保护控制电路130的目的。

进一步的，控制电路130包括驱动子电路和控制子电路，其中，驱动子电路分别与第二电子开关110以及第三电子开关120的控制端相连，驱动子电路将控制子电路的控制信号功率放大，进而驱动第二电子开关110和第三电子开关120。结合图4所示，前述驱动子电路包括第四电子开关(图中以三极管K2实现)、第一电阻R1以及第二电阻R2，控制子电路包括第一光耦合器U1。可以理解的是，控制子电路基于光耦合器实现，可以实现控制子电路与第二电子开关110以及第三电子开关120的电气隔离。

具体的，第一光耦合器U1的发光侧的阳极输入端作为控制子电路的控制端，当然，也是作为控制电路130的控制端，与均衡控制器40相连，接收均衡控制器40的控制信号，第一光耦合器U1的发光侧的阴极输入端接地。第一光耦合器U1的感光侧的阳极输出端与第二电子开关110电连接，具体的，与第二电子开关110作为均衡控制电路10正极输出端的一端相连；第一光耦合器U1的感光侧的阴极输出端分别与第一电阻R1的一端以及第三电子开关120的控制端电连接，第一电阻R1的另一端与第三电子开关120电连接，具体的，与第三电子开关120作为均衡控制电路10负极输出端的一端相连。

第四电子开关的一端，即三极管K2的集电极与第二电子开关110的控制端电连接，第四电子开关的另一端，即三极管K2的发射集与第三电子开关120电连接；第四电子开关的控制端，即三极管K2的基极经第二电阻R2与第一光耦合器U1感光侧的阴极输出端和第一电阻R1的连接点相连。

基于上述连接关系，通过控制电路130可以控制第二电子开关110以及第三电子开关120的导通状态，即控制均衡控制电路10的导通状态。具体的，如前所述，控制电路130的控制端C与均衡控制器40相连，当需要控制均衡控制电路10导通时，均衡控制器输出高电平(一般是5V,也可以是3.3V)，此时，第一光耦合器U1导通，引起第三电子开关120导通，这样电芯的负极就与均衡电源20的负极连通；同时，与第一光耦合器U1相连的三极管K2的导通，进而使得第二电子开关110导通，这样，电芯的正极就与均衡电源20的正极连通。

相应的，均衡控制器40如果输出低电平(一般是0V),第一光电耦合器U1的输入端没有电流流入，输出端关断；第二电子开关110和第三电子开关120同时关断，断开电芯和均衡电源40之间的连通。

需要说明的是，前述内容中述及的第二电子开关110和第三电子开关120，还可以基于电磁继电器或其他方式实现，相应的，前述控制子电路是基于光耦合器(即前述第一光耦合器)实现的，其同样可以基于电磁继电器实现。在实现前述控制功能且未超出本实用新型核心思想范围的前提下，同样属于本实用新型保护的范围内。

综上所述，本实施例提供一种均衡电路的具体实现方式，能够使得电池包的电能直接由均衡电源经目标均衡控制电路进入目标电芯，实现电能在电池包内电芯之间二次分配来实现主动均衡；相较于现有技术中无论是基于电荷泵原理还是多绕组变压器原理实现的均衡电路，不存在电能的多次转移；因此，可以极大减少的减少电能浪费，有效提高均衡效率。在基于电气参数确定目标电芯之后，只需要控制均衡电源以及目标均衡控制电路导通，针对目标电芯进行均衡处理，控制过程简单，电路稳定性高。

进一步的，在电池包放电过程，还可以对FCC偏小(一般原因是电芯内阻变大，放电能力降低)的电芯额外提供电能，确保该电芯放电截止时长与其他电芯保持一致，从而延长电池包的循环寿命。

并且，本实施例提供的均衡控制电路、均衡电源以及采样电路等具体电路的实现方式，电路结构简单，能效高、体积小，不仅能够实现自身既定的功能，而且成本低，控制效果更好。

在一种可选的实施方式中，本实用新型还提供一种电压检测电路，该电压检测电路的检测端与均衡电源的输出端电连接，可以理解的是，由于各均衡控制电路的输入端分别与均衡电源的输出端电连接，因此，还可以理解为，电压检测电路的检测端与各均衡控制电路电连接。进一步的，电压检测电路的输出端与均衡控制器相连。

本实施例提供的电压检测电路主要用于检测均衡电源与目标均衡控制电路到目标均衡电芯之间的电气连接是否正常：该判断作为是否对目标均衡电芯进行下一步的均衡前提。设置电压检测电路主要是从产品的安全性和可靠性方面的考虑，同时，也能判断均衡电源是否正常运行。

在一种可选的实施方式中，电压检测电路包括检测电路、信号耦合隔离电路和信号输出电路，其中，检测电路的输入端与均衡电源的输出端电连接，输出端与信号耦合隔离电路的输入端电连接，即检测电路连接于均衡电源以及信号耦合隔离电路之间。进一步的，信号耦合隔离电路的输出端与信号输出电路的输入端与电连接，信号输出电路的输出端与均衡控制器电连接。

基于上述内容，参见图5，图5是本实用新型实施例提供的一种电压检测电路的电路拓扑图，在本实施例中，信号耦合隔离电路包括第二光耦合器U2、检测电路包括第三电阻R3、信号输出电路包括第四电阻R4。

结合图5所示，第三电阻R3的一端作为电压检测电路的检测端，与均衡电源的正极输出端P2相连，检测均衡电源正极P2处的电压，第三电阻R3的另一端与第二光耦合器U2的发光侧的阳极电连接，第二光耦合器U2的发光侧的阴极与均衡电源共地。进一步的，第四电阻R4的一端与均衡控制器的电源正极相连接，第四电阻R4的另一端与第二光耦合器U2的感光侧的阳极电连接，第二光耦合器U2的感光侧的阴极与均衡控制器共地，由此可见，由于信号耦合隔离电路基于第二光耦合器U2实现，可以实现检测电路与信号输出电路之间的电气隔离。第四电阻R4与第二光耦合器U2的连接点作为电压检测电路的输出端，与均衡控制器相连，向均衡控制器输出检测信号。这样，即可解决均衡电源和均衡目标电芯与均衡控制器之间不同地以及信号传输的问题。

以图3所示实施例中的电芯C2作为目标电芯为例，验证与电芯C2相连的目标均衡控制电路是否与均衡电源连通。

首先，均衡控制器控制均衡电源关断，即控制三极管K1关断，均衡电源输出为0V。此种情况下，电压检测电路中的第二光耦合器U2关断，电压检测电路输出第一检测信号，即高电平，均衡控制器通过判断是否接收到第一检测信号判断均衡电源是否已经关闭。

其次，均衡控制器在接收到第一检测信号之后，控制电芯C2所连接的目标均衡控制电路导通。由于电芯C2本身具有电压，在目标均衡控制电路导通的情况下，均衡电源的正负极也会呈现电芯C2的电芯电压，从而使得电压检测电路的检测端能够接收到高电平，此时，第二光耦合器U2导通，电压检测电路输出第二检测信号，即低电平，均衡控制器如果接收到第二检测信号，则判定目标均衡控制电路与均衡电源连通，相反的，均衡控制器如果未接收到第二检测信号，则判定目标均衡控制电路未与均衡电源连通。其他均衡控制电路与均衡电源的连通情况的检测过程均可参照上述内容实现，此处不再一一赘述。

综上所述，通过本实施例提供的电压检测电路，可以检测任一均衡控制电路与均衡电源的连通情况，还可以检测均衡电源的运行情况，通过电压检测电路可以实现均衡电路运行状态的监测，有助于提高均衡电路的运行可靠性。

作为一种可选的实施方式，上述任一实施例提供的均衡电路中，可以为均衡电路设置专用的均衡控制器，当然，也可以选用均衡电路所属系统中的其他控制器实现，比如电池管理系统中的控制器，这同样是可选的，在未超出本实用新型核心思想范围的情况下，同样属于本实用新型保护的范围内。

在上述各个实施例提供的均衡电路的基础上，本实用新型还提供一种电池包的均衡方法，应用于上述任一实施例提供的均衡电路，具体的，应用于均衡电路的均衡控制器中，参见图6，图6是本实用新型实施例提供的一种电池包的均衡方法的流程图，本实施例提供的均衡方法的流程可以包括：

S100、获取电池包内各电芯的电气数据。

结合前述内容，均衡控制器通过采样电路获取电池包内各电芯的电气数据。在实际应用中，电池包的状态大致可以分为三类，即充电状态、放电状态以及静置状态。其中，电池包处于充电状态时，电流通过电池包所连接线路进入串联连接的各电芯，电芯电压逐渐升高；电池包处于放电状态时，电流从串联连接的各电芯中流出，为电池包所连接的负载供电；电池包处于静置状态时，电芯内没有电流流动。

基于电池包的三种状态，均衡控制器所能得到的各电芯的电气数据可以包括电池包处于上述任何一种状态时通过采样电路可以采集到的任何信息，比如放电电流、放电时长等放电数据、充电电流、充电时长等充电数据，在任一状态下均可以采集得到的电芯电压以及各数据对应的采样时刻等，此处不再一一列举。

S110、根据电气数据判断是否满足预设均衡条件，若满足预设均衡条件，则执行S120。

在实际应用中，判断是否满足预设均衡条件的具体过程，会因为具体获取的电气数据不同而有所差异，同时，电气数据的具体选择也与电池包的状态有着直接的关系，对于本步骤的具体实现过程，将在后续内容中结合电气数据的具体构成以及电池包状态详细展开，此处暂不详述。

如果经过判断，确定不满足预设均衡条件，则退出当前均衡过程。

S120、根据电气数据在各电芯中确定需要进行均衡的目标电芯。

基于前述均衡电路构成可知，采样电路分别与各电芯相连，通过采样电路采集的电气数据可以准确判断各个电芯的状态，进而在各个电芯中确定需要进行均衡的目标电芯。

与前述步骤相似，目标电芯的确定同样会因为电气数据的具体构成不同而存在一定的差异，本实用新型后续各实施例将结合具体的电气数据提供多种不同的确定目标电芯的方法，此处暂不详述。当然，还可以基于各电芯的电气数据通过其他方式确定目标电芯。

S130、控制均衡电路中的均衡电源以及与目标电芯相连的目标均衡控制电路导通，以对目标电芯进行均衡处理。

在确定目标电芯之后，即可控制均衡电路中的均衡电源以及与目标电芯相连的均衡控制电路，即目标均衡控制电路导通，从而实现对于目标电芯的均衡处理。其中，对于均衡电源以及目标均衡控制电路运行状态的控制，可参照前述内容实现，此处不再复述。

综上所述，本实用新型实施例提供的电池包均衡方法，基于前述任一实施例提供的均衡电路，在根据采样电路反馈的电气参数确定需要进行均衡处理的目标电芯之后，只控制均衡电路中的均衡电源以及与目标电芯相连的目标均衡控制电路导通，单独对目标电芯进行均衡处理，相较于现有技术中基于电荷泵原理实现的均衡方法以及多绕组变压器均衡方法，本方法能够控制电能直接由均衡电源经目标电芯连接的目标均衡控制电路进入目标电芯，不存在电能的多次转移，因此，可以极大减少的减少电能浪费，有效提高均衡效率。并且，在基于电气参数确定目标电芯之后，只需要控制均衡电源以及目标均衡控制电路导通，针对目标电芯进行均衡处理，控制过程简单，对于均衡控制器的性能要求较低，有利于系统整体的成本控制。

可选的，参见图7，图7是本实用新型实施例提供的另一种电池包的均衡方法的流程图，本实施例提供的均衡方法的流程可以包括：

S200、获取电池包内各电芯的当前电芯电压。

在本实施例中，电芯的电气数据主要包括当前电芯电压，根据电池包的结构特点以及电气特性可知，电芯的当前电芯电压在电池包处于任何一种状态的情况下都可以获取得到，即不论在电池包处于前述放电状态、充电状态或静置状态的情况下，均可以获取得到各电芯的当前电芯电压。

基于此，本实施例提供的均衡方法，具体为一种针对电芯电压的电压均衡方法。

S210、确定各当前电芯电压中的最大电芯电压和最小电芯电压。

遍历所有的当前电芯电压，依次比较各当前电芯电压之间的大小关系，最终从各当前电芯电压中确定最大电芯电压以及最小电芯电压。

S220、判断最大电芯电压与最小电芯电压的差值是否大于预设电压阈值，若是，执行S230。

如果最大电芯电压与最小电芯电压的差值大于预设电压阈值，则判定满足预设均衡条件，执行S230；相反的，如果最大电芯电压与最小电芯电压的差值小于等于预设电压阈值，则判定不满足预设均衡条件，退出当前的控制过程。

可以理解的是，最大电芯电压与最小电芯电压之间的差值，代表电池包内各电芯之间最大的电压偏差，如果该差值大于预设电压阈值，说明各电芯之间的电芯电压已经严重失衡，需要进行电压均衡处理。基于此，对于预设电压阈值的具体取值，需要结合电池包的具体设计参数、对于各电芯之间电压偏差的要求，以及电池包具体应用场景等多种因素综合考虑，本实用新型对于预设电压阈值的具体取值不做限定。

需要说明的是，在最大电芯电压与最小电芯电压的差值小于等于预设电压阈值，即不满足预设均衡条件的情况下，不要对任何电芯进行均衡，均衡控制器控制均衡电源处于关断状态。

S230、确定最小电芯电压对应的电芯为需要进行均衡的目标电芯。

由于本实用新型提供的是主动均衡方法，均衡电路中并未设置被动消耗的电路，无法释放最大电芯电压对应的电芯中的电能，只能对电芯电压较小的电芯进行充电处理，因此，将最小电芯电压对应的电芯作为目标电芯。

S240、控制均衡电路中的均衡电源以及与目标电芯相连的目标均衡控制电路导通。

可选的，结合前述实施例提供的设置有电压检测电路的均衡电路，在本步骤的具体实现过程中，均衡控制器可以首先控制目标均衡控制电路导通，使得目标均衡控制电路的输入端输出目标电芯的当前电芯电压，在此情况下，电压检测电路会向均衡控制器反馈与目标电芯的当前电芯电压对应的检测信号，如果均衡控制所得检测信号表征目标均衡控制电路与均衡电源连通，均衡控制器进一步控制均衡电源导通。至此，电池包的电能通过均衡电源以及目标均衡控制电路进入目标电芯，对目标电芯进行充电，实现电压均衡。

作为一种可选的实施方式，在对目标电芯进行电压均衡时，可以通过采样电路监测目标电芯的电芯电压变化，并在目标电芯的电芯电压达到预设电压值时，控制目标均衡控制电路以及均衡电源关断，完成对于目标电芯的电压均衡。之后，可以返回执行S200，开始下一均衡过程。

综上所述，本实施例提供的均衡方法，可以实现对单一电芯的电压均衡处理，通过遍历电池包内的所有电芯，即可实现全部电芯之间的电压均衡，不仅具备前述内容述及的均衡效率高的优点，同时，整个均衡过程控制逻辑简单，特别适用于多个电芯的电池包。

结合图7所示实施例的实现过程可以看出，该实施例提供的均衡方法要求电芯电压之间具有较为明显的差异，比较适用于三元锂电池，一方面因为三元锂电池的电压平台较宽，另一方面则因为三元锂电池的SOC与电芯电压之间存在较为明显的对应关系。但是，对于铁锂电池以及钠电池而言，图7所示实施例提供的均衡方法则并非特别适用。

结合图8所示，铁锂电池和钠电池在主电压平台中电芯电压与SOC之间没有明显的对应关系，如果在电芯电压处于主电压平台阶段采用图7所示实施例提供的电压均衡方法，则需要很高的电压采样精度，否则很难实现。从图8还可以看出，铁锂电池和钠电池在充/放电末端，电芯电压与SOC之间的对应关系非常清晰的。

基于上述内容，本实用新型提供再一种电池包的均衡方法，特别适用于铁锂电池和钠电池，当然，也可以应用于其他具有相同或相似电化学特性的储能电池，通过本实施例提供的均衡方法，能够实现各电芯间实现SOC均衡，如图9所示，本实施例提供的均衡方法的流程，包括：

S300、获取自电池包内任一电芯的电芯电压达到第一预设电压至当前充电过程结束的过程中，各电芯的充电数据。

结合图8所示，铁锂电池和钠电池在充/放电末端，随着电芯SOC的变化，电芯电压会出现非常明显的变化，有利于电芯电压的采集。并且，虽然理论上在电芯的充电末端或者放电末端都可以根据电芯电压等电气数据计算电芯的SOC，但是，在实际应用中，电芯在放电过程中，其负载电流是随负载变化的，对于精准计算SOC不利，相反的，在充电过程中，充电电流相对稳定，更有利于SOC的计算，因此，本实施例提供的均衡方法，优选在充电末端计算电芯的SOC。

可以理解的是，在实际应用中，电芯的充电末端并没有严格的电压范围，不同的电芯、不同的均衡需求等均对充电末端的界定有影响，因此，本实施例设置第一预设电压，将第一预设电压至充电过程结束时刻对应的电芯电压所构成的电压范围作为充电末端。需要说明的是，对于第一预设电压的具体取值，需要结合电芯的实际参数、均衡控制器的算力以及实际的均衡控制需求选择，本实用新型对于第一预设电压的具体取值不做具体的限定，比如，可以选择3.5V或者其他电芯电压。

由于电池包内各电芯存在性能差异，随着充电过程进行，各电芯的电芯电压逐渐升高，不同电芯达到第一预设电压的时刻必然不尽相同，因此，需要获取自电池包内任一电芯的电芯电压达到第一预设电压至当前充电过程结束的过程中的充电数据。而各电芯的充电数据，至少包括电芯电压、充电电流、采样周期(即采样时刻)等数据。基于后续步骤可知，充电数据主要用于是否满足预设均衡条件的判断以及各电芯充电电量的计算，因此，在实际应用中，能够用于实现前述目的的充电数据都是可选的。

作为一种可选的实施方式，本实施例提供一种获取充电数据的方法，本方法在具体应用前需要设置多个变量，具体包括：Bxn、BFn、BEn和It。下面首先对各个变量的含义进行介绍。

Bxn表示某个电芯的电芯电压达到多个参考电压中的某个参考电压时所对应的采样周期，比如，在充电末端对应的电压范围内，设置x＝1/2/3/4/5/6/7/8/9，分别对应的参考电压为3.51/3.52/3.53/3.54/3.55/3.56/3.57/3.58/3.59，即x＝1，对应的参考电压为3.51V；x＝2，对应的参考电压为3.52V，以此类推。n表示电芯编号，具体取值范围依据电池包内电芯的总数量而定。比如，B16＝9，则表示6号电芯的电芯电压达到3.51V时的采样周期为9。

BFn表示某个电芯的电芯电压达到第一预设电压时对应的采样周期，n表示电芯编号，基于上述内容，第一预设电压可以设置为3.5V。比如，BF6＝10，表示6号电芯的电芯电压达到3.5V时的采样周期为10，换言之，6号电芯的电芯电压在第10个采样周期达到3.5V。

BEn表示某个电芯的电芯电压达到第二预设电压时对应的采样周期，n表示电芯编号，其中，第二预设电压大于第一预设电压，通常靠近电芯的最高电压选取，作为一种可选的实施方式，可以将第二预设电压设置为3.6V。比如，BE6＝8，表示6号电芯的电芯电压在第8个采样周期达到3.6V。

It表示在各个采样周期采样得到的充电电流，t表示采样周期数，当然，t是从第一个电芯的电芯电压达到第一预设电压时所对应的采样周期开始计数的，即第一个电芯的电芯电压达到第一预设电压时所对应的采样周期为第一采样周期，t＝1。比如，I5＝10，则表示自第一电芯的电芯电压达到第一预设电压的采样周期起算，第5个采样周期的充电电流为10A。

在具体应用时，上述各变量的初始值均为0。

基于上述预定义的变量，获取充电数据的具体过程包括：

S3001、按照预设采样频率获取当前采样周期内各电芯的电芯电压和充电电流。

对于预设采样频率的具体取值，可以基于具体的均衡控制需求以及均衡控制器、采样电路的算力综合设置，本实用新型对此不做具体限定。

S3002、基于所得各电芯的电芯电压，判断是否有任一电芯的电芯电压达到第一预设电压，如果有，则记录BFn＝t，t表示采样周期数，在完成记录或没有任一电芯的电芯电压达到第一预设电压的情况下，执行S3003。

S3003、将电芯电压达到前述各参考电压(即3.51-3.59V)的电芯编号以及当前采样周期对应的周期数记录至Bxn＝t。

在本步骤中，可以采用遍历的方式实现针对各电芯以及各参考电压的判断，比如，以参考电压为遍历依据，首先确定电芯电压达到3.51V的电芯，并记录于Bxn，然后再确定电芯电压达到3.52V的电芯，并记录于Bxn，依次类推，直至遍历所有的参考电压。当然，也可以电芯为遍历依据，即首先确定1号电芯的电芯电压是否为各参考电压中的一个，如果是，则记录于Bxn；然后，再确定2号电芯的电芯电压是否为各参考电压中的有一个，如果是，则记录于Bxn，依次类推，直至遍历所有电芯。当然，还可以采用其他方式记录Bxn。

S3004、基于所得各电芯的电芯电压，判断是否有任一电芯的电芯电压达到第二预设电压，如果有，则记录BEn＝t，t表示采样周期数，在完成记录或没有任一电芯的电芯电压达到第二预设电压的情况下，执行S3005。

S3005、基于所得各电芯的电芯电压，判断是否有任一电芯的电芯电压达到第三预设电压，如果有，则停止当前充电过程，如果没有，则返回S3001，进行针对下一采样周期的充电数据采集。

可以理解的是，本步骤中的第三预设电压大于第二预设电压，通常选取电芯所允许的最高电芯电压，沿用前例，第三预设电压可以选取3.65V，即任一电芯达到3.65V时，即停止对电池包的充电。

通过重复多次的执行上述过程，直至满足停止充电条件(任一电芯的电芯电压达到第三预设电压)，即可获取后续步骤所需的充电数据。

S310、判断是否各电芯的当前电芯电压均大于等于第一预设电压且至少一个电芯的当前电芯电压小于第二预设电压，若是，执行S320。

首先需要强调说明的是，本步骤述及的当前电芯电压，是指当前充电过程结束时电芯所达到的电芯电压。可以理解的是，由于各电芯的电气性能存在差异，在充电结束时各电芯的电芯电压，即本步骤述及的当前电芯电压不尽相同。

结合前述充电数据的获取过程可知，如果各电芯的当前电芯电压均大于等于第二预设电压，即各电芯的电芯电压均处于第二预设电压至第三预设电压范围内，说明各电芯之间的差异不大，可以不进行后续的均衡处理，即判定不满足预设均衡条件，此种情况下，可退出当前的控制过程。

如果各电芯的当前电芯电压均大于等于第一预设电压且至少一个电芯的当前电芯电压小于第二预设电压，说明各电芯的电芯电压存在一定差异，但是差异不是很大，可以通过后续步骤的SOC均衡进一步均衡各电芯之间的差异，因此，此种情况下，即判定满足预设均衡条件，需要执行后续的S320。

根据前述内容可知，充电过程是在任一电芯的电芯电压达到第三预设电压的情况下结束的，也就是说，第三预设电压是最高的电芯电压，第一预设电压与第三预设电压之间的差值是很大的，基于此，如果至少一个电芯的当前电芯电压小于第一预设电压，说明各个电芯之间电芯电压严重失衡，同样满足预设均衡条件，需要执行S350-S390步骤，对此次部分内容将在后续内容展开，此处暂不详述。

S320、根据充电数据，计算自任一电芯的电芯电压达到第一预设电压至当前充电过程结束过程中，各电芯的充电电量。

可选的，参照前述充电数据的获取过程，充电数据中包括各采样周期的电芯电压、充电电流、采用周期数等等，在预设采样频率确定的情况下，任一采样周期的时长也是确定的，记录采样周期数，结合采样周期的时长以及对应的周期数即可得到相应的充电时长。

基于此，在得到充电数据之后，即可针对每一个电芯，计算该电芯自电芯电压达到第一预设电压直至充电过程结束过程中的充电电量，在计算过程中所需的各种数据，均可以在充电数据中获得。

可以理解的是，各个电芯的电芯电压达到第一预设电压的时间不同，但是各电芯结束充电的时刻是相同的，因此，会导致各个电芯对应的充电电量不尽相同。

S330、按照充电电量由高到低的顺序，分别将电池包内未达到第二预设电压的电芯作为需要进行均衡的目标电芯。

作为一种可选的实施方式，在得到各电芯的充电电量之后，可以按照充电电量由高到低的顺序分别将电池包内电芯电压未达到第二预设电压的各电芯作为需要进行均衡的目标电芯。进一步的，如果多个电芯对应相同的充电电量，则可以进一步按照电芯编号有前到后的顺序确定目标电芯。

当然，还可以采用其他方式分别将电池包内的各电芯作为目标电芯，比如，可以按照充电电量由低到高的顺序，或单纯按照电芯编号的顺序等，此处不再一一罗列。

S340、控制均衡电路中的均衡电源以及与目标电芯相连的目标均衡控制电路导通，以对目标电芯进行均衡处理。

首先需要强调说明的是，本实施例提供的均衡方法，应用于电池包放电状态以外的其他状态之中，即在电池包处于充电过程，或者充电过程终止且未处于放电过程的情况下，可以应用本实施例提供的均衡方法，对各电芯进行均衡处理。

基于上述内容，在得到各电芯对应的充电容量之后，首先确定各电芯的充电电量中的最大充电电量，然后基于所得最大充电电量、目标电芯的充电电量以及预设均衡电流，确定目标电芯的均衡时长。具体的，计算最大充电电量与目标电芯的充电容量之差，得到目标电芯对应的充电电量差值，计算所得充电电量差值与预设均衡电流之商，即得到目标电芯的均衡时长。

进一步的，在均衡时长内，控制均衡电路中的均衡电源以及与目标电芯相连的目标均衡控制电路导通，即可完成对于目标电芯的均衡处理。

遍历所有电芯，即可完成所有电芯的均衡处理。

S350、判断是否至少一个电芯的当前电芯电压小于第一预设电压，若是，执行S360。

首先需要说明的是，S350与S310是在执行S300获取充电数据之后的两个并行处理过程，在实际应用中，基于电芯电压的具体情况，同样有可能在S300之后执行S350。本实施例将S350-S390置于S310-S340之后，仅仅是出于便于方案阐述的目的，并非对于S350与S310执行顺序的限定。

如前所述，充电过程是在任一电芯的电芯电压达到第三预设电压的情况下结束的，也就是说，第三预设电压是最高的电芯电压，第一预设电压与第三预设电压之间的差值是很大的，基于此，如果至少一个电芯的当前电芯电压小于第一预设电压，说明各个电芯之间电芯电压严重失衡，需要进行电压均衡，即执行S360-S390等步骤。

S360、确定各电芯对应的当前电芯电压中的最大电芯电压和最小电芯电压。

S370、判断最大电芯电压与最小电芯电压的差值是否大于预设电压阈值，若是，执行S380。

S380、确定最小电芯电压对应的电芯为需要进行均衡的目标电芯。

S390、控制均衡电路中的均衡电源以及与目标电芯相连的目标均衡控制电路导通，以对目标电芯进行均衡处理。

需要说明的是，S360-S390的具体执行过程，可参照图7所示实施例中相关内容实现，此处不再复述。

综上所述，相较于前述实施例，本实施例提供的均衡方法，不仅能够对各电芯进行电压均衡，同时，还可以在各电芯之间差异较小的情况下，进行SOC均衡，从而有效提高各电芯之间的性能一致性，有助于提高电池包整体的使用寿命。

作为一种可选的实施方式，本实用新型还提供另一种电池包的均衡方法，用于实现电芯之间的SOH均衡，即提供一种SOH均衡方法，当然，本方法同样应用于前述实施例提供的均衡电路之中。SOH均衡，主要针对电芯由于内阻变化引起的FCC变化，因此，本实施例提供的SOH均衡方法，是在各电芯均达到FCC的情况下进行的。因此，作为一种可选的实现方式，本方法可以在执行图9所示实施例提供的SOC均衡方法之后执行。当然，也可以通过其他方法保证各电芯达到FCC，此处不再详述。

进一步的，与前述SOC均衡方法类似，本实施例提供的均衡方法在理论上同样可以应用于充电过程或放电过程，但从实际应用的角度考虑，如果在充电过程中进行SOH均衡，容易导致操作混乱，因此，SOH均衡一般在放电过程中进行。

需要说明的是，结合电池包工作过程可知，电池包的放电过程是由外部负载决定的，电池包属于被动输出，因此，一旦放电过程结束，在外部负载不再参与的情况下，电池包自身不会再次进行放电。显然，这是和充电过程不同的，充电过程是电池包自己决定的，可以多次充电。基于此，本实施例提供的基于放电过程实现的SOH均衡方法，需要经历两次放电过程才能完整实现，第一次放电过程计算均衡所需的相关参数，第二放电过程则基于上一放电过程所得的相关参数对目标电芯进行均衡控制。为便于方案理解，本实施例首先介绍计算均衡所需相关参数的过程，然后，再介绍针对目标电芯的均衡处理过程。

基于上述内容，参见图10，图10是本实用新型实施例提供的再一种电池包均衡方法的流程图，本实施例提供的均衡方法的流程可以包括：

S400、在电池包内各电芯均达到FCC的情况下，获取自电池包开始放电至放电结束过程中的第二放电数据。

如前所述，本方案可以在执行图9所示实施例提供的SOC均衡方法之后，各电芯达到FCC的情况下执行，也可以在通过其他途径使得各电芯达到FCC的情况下执行，只要能够保证各电芯的放电起点一致即可。

在此前提下，本实施例提供一种获取自电池包开始放电至放电结束过程中的第二放电数据的方法。首先，设置变量It、DFn以及DEn，其中，It表示不同采样周期的放电电流，t表示采样周期数；DFn表示任一电芯的电芯电压达到第四预设电压的周期数，n表示电芯编号，比如，DF6＝10，表示6号电芯的电芯电压在第10个采样周期达到第四预设电压，当然，也可以理解为，6号电芯的电芯电压达到第四预设电压时对应的采样周期数为6；DEn表示任一电芯的电芯电压达到第五预设电压的周期数，比如，DE6＝15，表示6号电芯的电芯电压达到第五预设电压的采样周期数为15。在实际应用中，各变量的初始值均为零。

基于上述设置，可以按照如下步骤获取自电池包开始放电至放电结束过程中的第二放电数据：

S4001、均衡控制器响应于放电指令，控制电池包放电，同时按照预设采样频率采集各个电芯的电芯电压和当前采样周期的放电电流，并记录到It，比如，第一个周期电流是82.1A，则I0＝82.1。

S4002、根据所得各电芯的电芯电压，判断是否存在至少一个电芯的电芯电压降低至第四预设电压，如果是，则将电芯编号和采样周期t计入DFn＝t，在记录完成或不存在电芯电压达到第四预设电压，执行S4003。

在实际应用中，第四预设电压可以取3.1V，当然，也可以根据电池包的实际情况，选取其他电压值，本实用新型对此不做限定。

S4003、根据所得各电芯的电芯电压，判断是否存在任一电芯的电芯电压降低至第五预设电压，如果存在，则记录电芯编号、当前采样周期t于DEn＝t；如果不存在或完成记录，则执行S4004。

第五预设电压小于第四预设电压，基于前述内容，第五预设电压可以选2.7V，当然，也可以根据电池包的实际情况，选取其他小于第四预设电压的电压值，本实用新型对于第五预设电压的具体取值不做限定。

S4004、根据所得各电芯的电芯电压，判断是否存在任一电芯的电芯电压降低至第六预设电压，如果存在，停止对电池包放电，并停止采样和计数，执行S4005，相反的，如果不存在，则返回执行S4001，开始下一采样周期的采样。

在实际应用中，本实施例述及的第六预设电压，一般可以选取电芯放电过程中允许电芯达到的最低电压，比如，可以选取2.6V。

通过重复的执行S4001-S4004，直至满足退出条件，即存在任一电芯的电芯电压减低至第六预设电压，即可获取得到满足后续计算需求的第二放电数据。

S410、基于第二放电数据，分别计算各电芯自开始放电至电芯电压降低至第四预设电压过程中的放电电量。

基于前述内容可知，第二放电数据中包括各个采样周期的放电电流、采样周期数，各电芯在各采样周期的电芯电压等多种数据，在预设采样频率已知的情况下，基于采样周期数还可以计算得到各放电电流对应的持续时长，因此，基于第二放电数据便可以计算得到各个电芯自开始放电至电芯电压降低至第四预设电压过程中的放电电量。

作为一种可选的实施方式，可以首先判断是否需要对各电芯进行电压均衡，如果需要进行电压均衡，则可以在下一放电周期对各电芯进行电压均衡；相应的，如果各电芯之间的差异很小，不需要进行电压均衡，则可以在下一放电周期中对各电芯进行SOH均衡。为便于阐述方案，本实施例将放电停止时刻各电芯的电芯电压定义为放电终止电压，后续内容均沿用此概念。

具体的，如果各电芯的放电终止电压均小于等于第五预设电压，即各电芯的电芯电压均处于第六预设电压至第五预设电压范围内，说明各电芯之间的几乎没有差异，可以不进行后续的均衡处理，即判定不满足预设均衡条件，此种情况下，可退出当前的控制过程。

如果各电芯的放电终止电压均小于等于第四预设电压且至少一个电芯的放电终止电压大于第五预设电压，说明各电芯的电芯电压存在一定差异，但是差异不是很大，可以通过后续步骤的SOH均衡进一步均衡各电芯之间的差异，因此，此种情况下，即判定满足预设均衡条件，需要计算放电电量。

根据前述内容可知，放电过程是在任一电芯的电芯电压达到第六预设电压的情况下结束的，也就是说，第六预设电压是最低的电芯电压，第四预设电压与第六预设电压之间的差值是很大的，基于此，如果至少一个电芯的放电终止电压大于第四预设电压，说明各个电芯之间电芯电压严重失衡，同样满足预设均衡条件，需要进行电压均衡。

基于上述内容，在判定各电芯的电芯电压存在一定差异，但是差异不是很大，需要计算放电电量的情况下，即可根据第二放电数据包含的数据分别计算各电芯自开始放电至电芯电压降低至第四预设电压过程中的放电电量。可以理解的是，对于电芯而言，SOC＝Cr/FCC，其中，Cr为电芯的当前电量，基于此，由于本步骤是在各电芯的电量均达到各自对应的FCC情况下进行的，放电前所有的电芯的SOC已经被均衡到一致，而串联电芯放电过程中所有放出去的电量是一样的，因此，每个电芯到达第四预设电压时刻对应的放电电量的差异，就是FCC差异。

至于放电电量的具体计算方式，可参照前述充电电量的计算过程以及相关技术实现，此处不再详述。

S420、根据各电芯的放电电量以及预设均衡电流，确定各电芯的均衡时长。

在计算得到各电芯的放电电量之后，首先确定各电芯的放电电量中的最大放电电量，并分别计算最大放电电量与各电芯的放电电量的差值，得到各电芯的放电电量差值，最后分别计算各电芯的放电电量差值与预设均衡电流的商，得到各电芯的均衡时长。

如前所述，本方法提供的SOH均衡方法需要在两个放电过程中完成，在经历上述过程之后，可以计算得到各电芯的放电终止电压和各电芯的均衡时长，这些参量，均将用于下一放电过程中是否进行均衡处理的判断。

基于上述内容，下面对具体的均衡过程进行介绍，其流程可以参照图11所示：

S500、获取基于电池包上一放电过程确定的第一放电数据以及各电芯的当前电芯电压。

在本实施例中，第一放电数据指用于后续判断是否满足预设均衡条件的相关数据，如前所述，第一放电数据均是基于电池包上一放电过程、按照图10所示实施例提供的方法确定得到的。具体的，第一放电数据包括各电芯的放电终止电压以及各电芯的均衡时长。

电芯的当前电芯电压，是指在当前放电过程中的电芯电压，本实施例提供的均衡方法，可以应用于放电过程中的任一时刻，在具体运行时获取各电芯的当前电芯电压即可。

S510、判断是否至少一个电芯的均衡时长不为零，若是，则执行S520。

经过前述步骤可知，均衡时长是在判定各电芯之间存在差异但差异不是很大的情况下计算得到的，并且，均衡时长是电池包放电过程对电芯进行均衡的时长，也就是说，如果任一电芯的均衡时长不为零，即可判定满足预设均衡条件，有必要进行SOH均衡处理，即执行S520。

相反的，如果各电芯的均衡时长均为零，即判定不满足预设均衡条件、各电芯均衡时长均为零大致包括两种可能，其一是经过判定各电芯之间几乎没有差异，不需要进行SOH均衡，退出当前控制过程；其二是各电芯之间的差异很大，需要进行电压均衡，即需要执行S540-S570步骤。

S520、将各均衡时长不为零的电芯分别作为目标电芯。

经过上一放电过程中的计算，得到各个电芯对应的均衡时长，其中，均衡时长不为零的电芯均需要进行均衡，分别将这些电芯作为目标电芯。可选的，可以按照均衡时长由长到短或者由短到长的顺序分别将各均衡时长不为零的电芯依次作为目标电芯，也可以按照电芯编号依次将均衡时长不为零的电芯作为目标电芯。当然，还可以按照其他方法确定目标电芯。

S530、控制均衡电路中的均衡电源以及与目标电芯相连的目标均衡控制电路导通，以对目标电芯进行均衡处理。

具体的，在均衡时长内，控制均衡电路中的均衡电源以及与目标电芯相连的目标均衡控制电路导通，即可完成对于目标电芯的均衡处理。

遍历所有电芯，即可完成所有电芯的均衡处理。

S540、判断是否至少一个电芯的放电终止电压大于第四预设电压，若是，执行S550。

首先需要说明的是，S540与S510是在执行S500获取电气数据之后的两个并行处理过程，在实际应用中，基于电芯电压以及均衡时长的具体情况，同样有可能在S500之后执行S540。本实施例将S540-S580置于S510-S530之后，仅仅是出于便于方案阐述的目的，并非对于S540与S310执行顺序的限定。

如前所述，放电过程是在任一电芯的电芯电压达到第六预设电压的情况下结束的，也就是说，第六预设电压是最低的电芯电压，第四预设电压与第六预设电压之间的差值是很大的，基于此，如果至少一个电芯的放电终止电压大于第四预设电压，说明各个电芯之间电芯电压严重失衡，需要进行电压均衡，即执行S550-S580等步骤。

S550、确定各电芯对应的当前电芯电压中的最大电芯电压和最小电芯电压。

S560、判断最大电芯电压与最小电芯电压的差值是否大于预设电压阈值，若是，执行S570。

S570、确定最小电芯电压对应的电芯为需要进行均衡的目标电芯。

S580、控制均衡电路中的均衡电源以及与目标电芯相连的目标均衡控制电路导通，以对目标电芯进行均衡处理。

需要说明的是，S540-S580的具体执行过程，可参照图7所示实施例中相关内容实现，此处不再复述。

综上所述，相较于前述实施例，本实施例提供的均衡方法，不仅能够对各电芯进行电压均衡，同时，还可以在各电芯之间差异较小的情况下，进行SOH均衡，通过综合运用本实用新型提供的各种均衡方法，不仅可以实现电芯之间高效的均衡，而且还可以使得各电芯达到最大充电容量，并在放电过程中修正各电芯之间的一致性，有助于延缓SOH下降速度，有助于提高电池包整体的使用寿命。

进一步的，本实用新型还提供一种电池管理系统，包括：如前述任一项实施例提供的电池包的均衡电路，所述均衡电路中的均衡控制器执行如前述任一实施例提供的电池包的均衡方法。

此外，本实用新型还提供一种电子设备，包括：电池包，以及前述实施例提供的电池管理系统，其中，

所述电池包包括多个串联连接的电芯；

所述电池管理系统分别与各所述电芯相连，对各所述电芯进行均衡处理。

在一些实施例中，本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，如软盘、光盘、硬盘、闪存、U盘、SD(Secure Digital Memory Card，安全数码卡)卡、MMC(Multimedia Card，多媒体卡)卡等，在该计算机可读存储介质中存储有实现上述各个步骤的一个或者多个指令，这一个或者多个指令被一个或者多个处理器执行时，使得所述处理器执行前文描述的电池包的均衡方法。相关具体实现请参考前述描述，此处不过多赘述。

除了上述方法和设备以外，本申请的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，计算机程序指令在被处理器运行时使得处理器执行本说明书上述内容中描述的根据本申请各种实施例的电池包的均衡方法中的步骤。

计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

本领域技术人员能够理解，本公开所披露的内容可以出现多种变型和改进。例如，以上所描述的各种设备或组件可以通过硬件实现，也可以通过软件、固件、或者三者中的一些或全部的组合实现。

此外，虽然本公开对根据本公开的实施例的系统中的某些单元做出了各种引用，然而，任何数量的不同单元可以被使用并运行在客户端和/或服务器上。单元仅是说明性的，并且系统和方法的不同方面可以使用不同单元。

本公开中使用了流程图用来说明根据本公开的实施例的方法的步骤。应当理解的是，前面或后面的步骤不一定按照顺序来精确的进行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分的步骤可通过计算机程序来指令相关硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本公开并不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

除非另有定义，这里使用的所有术语具有与本公开所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

以上是对本公开的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本公开的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本公开的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本公开范围内。应当理解，上面是对本公开的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本公开由权利要求书及其等效物限定。

Claims (10)

1.一种电池包的主动均衡电路，所述电池包包括多个串联连接的电芯，其特征在于，所述电路包括：均衡电源、采样电路、多个均衡控制电路以及均衡控制器，其中，

每个所述均衡控制电路的输出端并联一个所述电芯，且各所述均衡控制电路连接的电芯互不相同；

所述均衡电源的输出端分别与各所述均衡控制电路的输入端电连接，所述均衡电源的输入端与所述电池包的电极电连接；

所述采样电路的采样端分别与各所述电芯相连，所述采样电路的输出端与所述均衡控制器相连；

所述均衡控制器分别与各所述均衡控制电路的控制端以及所述均衡电源的控制端相连；

所述采样电路用于采集各所述电芯的电气数据；

所述均衡控制器用于根据各所述电芯的电气数据确定需要均衡的目标电芯并控制与所述目标电芯相连的目标均衡控制电路以及所述均衡电源导通，以对所述目标电芯进行均衡处理。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述均衡电源包括：隔离型功率变换电路和第一电子开关，其中，

所述隔离型功率变换电路的输入端经所述第一电子开关与所述电池包相连；

所述隔离型功率变换电路的输出端作为所述均衡电源的输出端；

所述第一电子开关的控制端与所述均衡控制器相连，并受所述均衡控制器控制。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述均衡控制电路包括：第二电子开关、第三电子开关以及控制电路，其中，

所述第二电子开关的一端作为所述均衡控制电路的正极输入端，所述第二电子开关的另一端作为所述均衡控制电路的正极输出端；

所述第三电子开关的一端作为所述均衡控制电路的负极输入端，所述第三电子开关的另一端作为所述均衡控制电路的负极输出端；

所述第二电子开关以及所述第三电子开关的控制端分别与所述控制电路的输出端相连，所述控制电路的控制端作为所述均衡控制电路的控制端；

所述控制电路用于响应于所述均衡控制器的控制信号，控制所述第二电子开关以及所述第三电子开关的通断状态。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述控制电路包括：驱动子电路和控制子电路，其中，

所述驱动子电路分别与所述第二电子开关以及所述第三电子开关的控制端相连；

所述控制子电路的控制端作为所述控制电路的控制端；

所述驱动子电路将所述控制子电路的控制信号功率放大，以驱动所述第二电子开关和所述第三电子开关；

所述控制子电路与所述第二电子开关和所述第三电子开关电气隔离。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述驱动子电路包括第四电子开关、第一电阻和第二电阻，其中，

所述第四电子开关的一端与所述第二电子开关的控制端相连，所述第四电子开关的另一端与所述第三电子开关中作为所述均衡控制电路负极输出端的一端相连；

所述第四电子开关的控制端与所述第一电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端相连；

所述第二电阻的另一端与所述第三电子开关中作为所述均衡控制电路负极输出端的一端相连；

所述第一电阻和所述第二电阻的连接点分别与所述第三电子开关的控制端以及所述控制子电路的输出端相连。

6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述控制子电路包括光耦合器或电磁继电器中的任意一种。

7.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述均衡控制电路还包括：第一保护电路和第二保护电路，其中，

所述第一保护电路与所述第二电子开关串联连接，所述第一保护电路在所述第二电子开关的负载电流大于第一预设电流值时断开；

所述第二保护电路与所述第三电子开关串联连接，所述第二保护电路在所述第三电子开关的负载电流大于第二预设电流值时断开。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电路，其特征在于，还包括：电压检测电路，其中，

所述电压检测电路的检测端与所述均衡电源的输出端电连接，所述电压检测电路的输出端与所述均衡控制器相连；

所述电压检测电路用于检测所述均衡电源与任一所述均衡控制电路之间的连接点的电压并输出检测信号；

所述均衡控制器用于根据所述检测信号确定所述均衡电源与任一所述均衡控制电路之间的连通状态。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述电压检测电路包括：检测电路、信号耦合隔离电路和信号输出电路，其中，

所述检测电路的输入端与所述均衡电源的输出端电连接；

所述检测电路的输出端与所述信号耦合隔离电路的输入端电连接；

所述信号输出电路的输入端与所述信号耦合隔离电路的输出端电连接；

所述信号输出电路的输出端与所述均衡控制器电连接；

所述检测电路与所述信号输出电路电气隔离。

10.根据权利要求1-7任一项所述的电路，其特征在于，所述采样电路包括采样电阻和模拟前端，其中，

所述采样电阻与所述电池包串联连接；

所述模拟前端的采样端分别与所述采样电阻以及各所述电芯相连，所述模拟前端的输出端作为采样电路的输出端。