WO2021143263A1

WO2021143263A1 - 一种能量均衡控制装置、电池系统及其能量均衡控制方法

Info

Publication number: WO2021143263A1
Application number: PCT/CN2020/123811
Authority: WO
Inventors: 刘兆斌; 宋爱; 朱晓蒙; 单成龙
Original assignee: 珠海格力电器股份有限公司
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-07-22
Also published as: CN111200307A

Abstract

一种能量均衡控制装置、电池系统及其能量均衡控制方法，该装置包括：选择单元，被设置为选通电芯组中需要进行能量均衡控制的一路电芯；变换单元，被设置为实现选通的一路电芯与蓄电池之间的第一能量变换过程；变压器，被设置为实现选通的一路电芯与蓄电池之间的第二能量变换过程。上述技术方案可以解决电池均衡技术中变压器的副边绕组需要随着电芯的增多而增多，使得变压器的实现难度较大的问题，达到避免变压器的副边绕组需要随着电芯的增多而增多，使得变压器的实现难度降低的效果。

Description

一种能量均衡控制装置、电池系统及其能量均衡控制方法

本公开要求于2020年01月16日提交中国专利局、申请号为202010049353.6、发明名称为“一种能量均衡控制装置、电池系统及其能量均衡控制方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本公开中。

技术领域

本公开属于电池技术领域，具体涉及一种能量均衡控制装置、电池系统及其能量均衡控制方法，尤其涉及一种电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS)主动均衡拓扑、具有该电池管理系统的电池系统、以及该电池系统的能量均衡控制方法。

背景技术

随着经济的发展，石油等化石燃料的使用量不断增加，导致环境问题日益严重。寻找污染小、清洁的能源是解决环境问题的主要途径。电动汽车代替燃油车是当今社会发展的主要趋势，而电池作为电动车的能量存储设备，必不可少，电池的性能直接关系着电动车的性能，亦决定着电动车的发展前景，亦对减少环境污染有着及其重要的作用。但在一些电池均衡技术中，随着电芯的增多变压器的副边绕组也需要对应地增多，使得变压器的实现难度较大。

上述内容仅用于辅助理解本公开的技术方案，并不代表承认上述内容是相关技术。

发明内容

本公开的目的在于，针对上述缺陷，提供一种能量均衡控制装置、电池系统及其能量均衡控制方法，以解决电池均衡技术中变压器的副边绕组需要随着电芯的增多而增多，使得变压器的实现难度较大的问题，达到避免变压器的副边绕组需要随着电芯的增多而增多，使得变压器的实现难度降低的效果。

本公开提供一种能量均衡控制装置，包括：变压器、变换单元和选择单元，变压器的副边设置有一个绕组；其中，选择单元，被设置为选通电芯组中需要进行能量均衡控制的一路电芯；变换单元，被设置为实现选通的一路电芯与蓄电池之间的第一能量变换过程；该第一能量变换过程，包括：设置在变换单元的第一侧的所述一路电芯，与变换单元的第二侧之间的第一能量变换处理；变压器，被设置为实现选通的一路电芯与蓄电池之间的第二能量变换过程；该第二能量变换过程，包括：设置在变压器的副边的变换单元的第二侧，与设置在变压器的原边的蓄电池之间的第二能量变换处理；其中，第一能量变换过程和第二能量变换过程，构成选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡过程。

在一些实施方式中，变压器的原边设置有两个绕组；变换单元，为双向变换单元；选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡过程，包括：选用的一路电芯与蓄电池之间的双向能量均衡过程，该双向能量均衡过程，具体包括：在选通的一路电芯的电压高于设定电压的情况下，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程；在选通的一路电芯的电压低于设定电压的情况下，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程。

在一些实施方式中，变压器的原边设置的两个绕组，包括：第一绕组和第二绕组；第一绕组的异名端与第二绕组的同名端相连，第一绕组的同名端和第一绕组的异名端分别连接至蓄电池的正负极；在第一绕组的同名端引线上设置有第一组控制开关，在第二绕组的异名端引线上设置有第二组控制开关；第一组控制开关和第二组控制开关，被设置为控制变压器的原边的第一绕组和第二绕组的工作状态的切换；其中，第一绕组和第二绕组为两个独立的绕组，或第一绕组和第二绕组是带有中心抽头的一个绕组由中心抽头分出的两个绕组；在变压器的副边的绕组的同名端引线上，设置有第三组控制开关。

在一些实施方式中，双向变换单元，包括：双向BUCK-BOOST电路；其中，在双向BUCK-BOOST电路中，设置有电感、第四组控制开关和第五组控制开关；第四组控制开关的第一端和第五组控制开关的第一端连接，第四组控制开关的第二端连接至变压器的副边的绕组的同名端，第五组控制开关的第二端分别与变换单元的第一侧的第二接线端、以及变压器的副边的绕组的异名端连接；电感连接在变化单元的第一侧的第一接线端与第四组控制开关的第一端之间。

在一些实施方式中，电芯组，包括：N个单节电芯，N个单节电芯并联设置，N为自然数；N个单节电芯的正极引线均连接至变换单元的第一侧的第一接线端子，N个单节电芯的负极引线均连接至变换单元的第一侧的第二接线端子；选择单元，包括：设置在每节电芯的正极引线上的第六组控制开关，以及设置在每节电芯的负极引线上的第七组控制开关；相邻两节电芯的正负极中的相邻级共用一组控制开关。

在一些实施方式中，第一组控制开关、第二组控制开关、第三组控制开关、第四组控制开关、第五组控制开关、第六组控制开关和第七组控制开关中的任一组控制开关，包括：第一开关本体、第二开关本体、第一体二极管和第二体二极管；其中，第一体二极管并联设置在第一开关本体的第一控制端和第二控制端之间，第二体二极管并联设置在第二开关本体的第一控制端和第二控制端之间；且在任一组控制开关中，第一体二极管的阳极和第二体二极管的阳极相对设置。

在一些实施方式中，第一开关本体、第二开关本体中任一开关本体，包括：MOS管、IGBT或继电器。

在一些实施方式中，还包括：稳压滤波单元；其中，稳压滤波单元的数量为一个以上，一个以上的稳压滤波单元，设置在变压器的原边的一侧、设置在变压器的副边的一侧、和/或设置在变换单元的第一侧。

在一些实施方式中，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程，包括：若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯，则在接收到放电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端；控制变换单元中的第四组控制开关开通设定时长，以给变换单元中的电感充电，使变换单元实现升压处理后，输出上正下负的第一电压；该第一电压，为该电芯的电压与变换单元中电感的电压之和；控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通设定时长后关断，再控制变压器的原边的第二绕组的异名端引出线上的第二组控制开关开通，以实现该电芯对变压器的原边的第二绕组处蓄电池的充电。

在一些实施方式中，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程，还包括：若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯，则在接收到放电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端；控制变换单元中的第四组控制开关开通设定时长，以给变换单元中的电感充电，使变换单元实现升压处理后，输出上负下正的第二电压；该第二电压，为该电芯的电压与变换单元中电感的电压之和；控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通设定时长后关断，再控制变压器的原边的第一绕组的同名端引出线上的第一组控制开关开通，以实现该电芯对变压器的原边的第一绕组处蓄电池的充电。

在一些实施方式中，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程，包括：若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯，则在接收到充电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端；控制变压器的原边的第二绕组的异名端引出线上的第二组控制开关开通设定时长后关断，并控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通，以使变压器的副边的绕组输出第三电压，再经变换单元的降压处理后向该电芯充电。

在一些实施方式中，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程，包括：若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯，则在接收到充电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端；控制变压器的原边的第一绕组的同名端引出线上的第一组控制开关开通设定时长后关断，并控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通，以使变压器的副边的绕组输出第四电压，再经变换单元的降压处理后向该电芯充电。

与上述装置相匹配，本公开再一方面提供一种电池系统，包括：以上所述的能量均衡控制装置。

与上述电池系统相匹配，本公开再一方面提供一种电池系统的能量均衡控制方法，包括：通过选择单元，选通电芯组中需要进行能量均衡控制的一路电芯；通过变换单元，实现选通的一路电芯与蓄电池之间的第一能量变换过程；该第一能量变换过程，包括：设置在变换单元的第一侧的所述一路电芯，与变换单元的第二侧之间的第一能量变换处理；通过变压器，实现选通的一路电芯与蓄电池之间的第二能量变换过程；该第二能量变换过程，包括：设置在变压器的副边的变换单元的第二侧，与设置在变压器的原边的蓄电池之间的第二能量变换处理；其中，第一能量变换过程和第二能量变换过程，构成选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡过程。

在一些实施方式中，选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡过程，包括：选用的一路电芯与蓄电池之间的双向能量均衡过程，该双向能量均衡过程，具体包括：在选通的一路电芯的电压高于设定电压的情况下，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程；在选通的一路电芯的电压低于设定电压的情况下，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程。

本公开的方案，通过使高频变压器的原边为两个绕组、并使高频变压器的副边为一个绕组的反激变换器，以减小高频变压器的副边的绕组数量，可以使高频变压器的绕组明显减少，高频变压器的实现难度也相应减小。

在一些实施方式中，本公开的方案，通过使高频变压器的原边为两个绕组、并使高频变压器的副边为一个绕组的反激变换器，以减小高频变压器的副边的绕组数量，可以减小变压器的体积、降低变压器的实现成本。

在一些实施方式中，本公开的方案，通过使高频变压器的原边为两个绕组、并使高频变压器的副边为一个绕组的反激变换器，以减小高频变压器的副边的绕组数量，有利于增强绕组之间的磁耦合，使得漏感大大降低，可以提高拓扑工作的稳定性和可靠性，并使得功率变换效率大大提高。

由此，本公开的方案，通过使高频变压器的原边为两个绕组、并使高频变压器的副边为一个绕组的反激变换器，以减小高频变压器的副边的绕组数量，解决电池均衡技术中变压器的副边绕组需要随着电芯的增多而增多，使得变压器的实现难度较大的问题，达到避免变压器的副边绕组需要随着电芯的增多而增多，使得变压器的实现难度降低的效果。

本公开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，或者通过实施本公开而了解。

下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本公开的能量均衡控制装置的一实施例的结构示意图；

图2为一种主动均衡拓扑的结构示意图；

图3为本公开的电池系统的一实施例的主动均衡拓扑的结构示意图；

图4为本公开的电池系统的一实施例的电芯选择开关阵列的结构示意图；

图5为本公开的电池系统的一实施例的第一电芯的放电反激变换器的工作过程的原理示意图；

图6为本公开的电池系统的一实施例的第二电芯放电反激变换器工作过程的原理示意图；

图7为本公开的能量均衡控制方法的一实施例的流程示意图；

图8为本公开的方法中选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池放电的第一放电过程的一实施例的流程示意图；

图9为本公开的方法中选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池放电的第二放电过程的一实施例的流程示意图；

图10为本公开的方法中选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池充电的第一充电过程的一实施例的流程示意图；

图11为本公开的方法中选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池充电的第二充电过程的一实施例的流程示意图。

结合附图，本公开实施例中附图标记如下：

1-第一电芯；2-第二电芯。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开具体实施例及相应的附图对本公开技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

根据本公开的实施例，提供了一种能量均衡控制装置。参见图1所示本公开的装置的一实施例的结构示意图。该能量均衡控制装置可以包括：变压器、变换单元和选择单元，变压器的副边设置有一个绕组，变压器的绕组减少，体积减小，成本减小，间接PCB板亦会减小，控制器的体积减小，产品可以量化生产。具体地，变压器、变换单元和选择单元，可以依次连接。例如：变压器，可以是具有设定频率的变压器，如高频变压器。变换单元，可以是升压电路或降压电路。选择单元，可以是电芯选择开关阵列，电芯选择开关阵列可以设置在电芯与变换单元之间。

具体地，选择单元，设置在电芯组与变换单元的第一侧之间，可以被设置为在一个能量均衡控制过程中，选通电芯组中需要进行能量均衡控制的一路电芯。例如：选择电芯组中任一电芯，并开通选择到的电芯与变换单元的第一侧之间的连接通路，以实现电芯组中任一电芯与变换单元的第一侧之间的选通或关断控制。

具体地，变换单元，可以被设置为基于选通的一路电芯，实现选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡控制过程中的第一能量变换过程。该第一能量变换过程，可以包括：设置在变换单元的第一侧的所述一路电芯，与变换单元的第二侧之间的第一能量变换处理。其中，变换单元的第一侧与选择单元连通，变换单元的第二侧与变压器副边连通。

具体地，变压器，可以被设置为实现选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡控制过程中的第二能量变换过程。该第二能量变换过程，可以包括：设置在变压器的副边的变换单元的第二侧，与设置在变压器的原边的蓄电池之间的第二能量变换处理。蓄电池设置在变压器的原边，变换单元的第二侧设置的变压器副边。

其中，第一能量变换过程和第二能量变换过程，构成选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡过程，即构成能够实现选通的一路电芯与蓄电池之间的能量均衡控制的一个能量均衡过程。

例如：高频变压器的副边为一个绕组，可以使高频变压器的绕组明显减少，从而至少可以解决变压器副边绕组多的问题。在一些实施方式中，由于可以使高频变压器的绕组明显减少，从而还可以解决因为绕组多而造成变压器制作困难、成本高、体积大的问题，使得变压器的制作成本和体积大大降低、容易制作，且可实现自动化生产、效率高。在一些实施方式中，因为绕组减少，有利于增强绕组之间的磁耦合，使得漏感大大降低，从而还可以解决因为变压器漏感大而造成的拓扑工作不稳定、功率效率低的问题，提高了拓扑工作的稳定性和可靠性，并使得功率变换效率大大提高。

由此，通过使变压器的副边设置有一个绕组，明显减少了变压器的绕组数量，使得变压器的实现难度明显减小；而且，配合选择单元和变换单元，可以实现电芯组中选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡控制过程，且可以使得电芯组中选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡控制过程的控制难度减小。

在一个可选例子中，变压器的原边设置有两个绕组。变换单元，为双向变换单元。选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡过程，可以包括：选用的一路电芯与蓄电池之间的双向能量均衡过程，该双向能量均衡过程，具体可以包括：选通的一路电芯的放电控制过程或充电控制过程的双向能量均衡的双向过程。具体地可以包括：在选通的一路电芯的电压高于设定电压的情况下，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程；在选通的一路电芯的电压低于设定电压的情况下，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程。

其中，设定电压和设定电压可以相同。当然，设定电压和设定电压也可以不同，如设定电压可以为一个设定电压范围的上限、设定电压可以为一个设定电压范围的下限。

例如：高频变压器原边为带有中心抽头的绕组，即原边为2个绕组、副边为一个绕组的反激变压器，可以使高频变压器的绕组明显减少，从而至少可以解决变压器副边绕组多的问题。在一些实施方式中，由于可以使高频变压器的绕组明显减少，从而还可以解决因为绕组多而造成变压器制作困难、成本高、体积大的问题，使得变压器的制作成本和体积大大降低、容易制作，且可实现自动化生产、效率高。在一些实施方式中，因为绕组减少，有利于增强绕组之间的磁耦合，使得漏感大大降低，从而还可以解决因为变压器漏感大而造成的拓扑工作不稳定、功率效率低的问题，提高了拓扑工作的稳定性和可靠性，并使得功率变换效率大大提高。

例如：可以是利用电动车上的24V蓄电池与电芯组中的电芯之间进行能量的交换实现主动均衡。而能量的交换或变换，是通过变压器实现的。其中，变压器的作用：一是起到隔离的作用；二是能量的变换，且为双向。即，若电芯的电压过高，则需要电芯的能量给蓄电池方向传递，即电芯放电；反之，若电芯的电压过低，或者说若蓄电池的电压过高，则需要蓄电池的能量给电芯方向传递，即电芯充电。

由此，通过使变压器的原边为两个绕组、副边设置有一个绕组，不件减小了变压器的绕组数量，使得变压器的实现难度明显减小；而且，配合选择单元和变换单元，可以实现电芯组中选通的一路电芯与蓄电池之间的一个双向能量均衡控制过程，且可以使得电芯组中选通的一路电芯与蓄电池之间的一个双向能量均衡控制过程的控制难度减小。

在一个可选具体例子中，在选通的一路电芯的电压高于设定电压的情况下，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程，可以包括：选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池放电的第一放电过程，或选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池放电的第二放电过程，具体可以参见以下任一种放电情形下的示例性说明。

第一种放电情形：选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池放电的第一放电过程，具体可以如下：

一方面，若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯，如第一电芯1、第三电芯3等，则在接收到放电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端。

例如：若第一电芯1的电压过高，则需要放电均衡。控制器发出指令，使得第一电芯1两侧的选择开关如功率管或开关管Q1、Q3和Q3、Q4同时开通，此时的第一接线端BUS1接通第一电芯1的正极，第二接线端BUS2接通第一电芯1的负极。此后，BUS(即第一接线端BUS1、第二接线端BUS2)接入到双向BUCK-BOOST电路。

在一些实施方式中，控制变换单元处于升压状态，在升压过程中，控制变换单元中的第四组控制开关开通设定时长，如开通时间T，以给变换单元中的电感充电，使变换单元实现升压处理后，输出上正下负的第一电压。该第一电压，为该电芯的电压与变换单元中电感的电压之和。

例如：在第一电芯1的电压过高需要放电均衡的情况下，第一电芯1的第一接线端BUS1接通第一电芯1的正极，第二接线端BUS2接通第一电芯1的负极之后，BUS(即第一接线端BUS1、第二接线端BUS2)接入到双向BUCK-BOOST电路。首先，第一电芯1放电时，BUCK-BOOST工作在BOOST模式，使得变换器的输出电压比第一电芯1的电压高。其中，变换器的输出电压为V1，即电容C2两端压降为V1，并且上正下负。升压过程：控制功率管K6和K7导通时间T，此时给电感L充电时间为T，然后断开功率管K6和K7，电感L的电感应电压为左负右正。变换器的输出电压的等于电感L电压加上第一电芯1的电压的电压，所以为升压电路。

在一些实施方式中，控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通设定时长后关断，如开通时间T1后关断，再控制变压器的原边的第二绕组的异名端引出线上的第二组控制开关开通，以实现该电芯对变压器的原边的第二绕组处蓄电池的充电。

例如：在第一电芯1的电压过高需要放电均衡的情况下，第一电芯1的电压经变换单元如双向BUCK-BOOST电路升压处理并输出电压V1后。升压产生的电压V1接入到双向反激变换器，首先，功率管K4和K5导通时间T1，忽略其导通压降，那么，高频变压器的副边同名端(如图2、图4、图5中黑点)为正极，另一端为负极。从同名端流入电流给副边绕组励磁，然后关断功率管K4和K5，此时副边绕组感应电压方向为上负下正，此时，原边同名端极性同为负极，另一端为正极，断开功率管K4和K5后，必须控制开关管K3和K2导通(如可以通过使MCU发出高频的PWM波使开关管K3和K2导通)，完成对蓄电池充电。最终实现第一电芯1的能量向蓄电池转移，降低第一电芯1的电压，达到均衡的目的。

第二种放电情形：选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池放电的第二放电过程，具体可以如下：

另一方面，若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯，如第二电芯2、第四电芯4等，则在接收到放电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端。

例如：若第二电芯2电压过高，需要向蓄电池进行放电。MCU发出控制信号，开通开关管Q3、Q4和Q5、Q6，选中第二电芯2接入到双向BUCK-BOOST电路中。

在一些实施方式中，控制变换单元处于升压状态，在升压过程中，控制变换单元中的第四组控制开关开通设定时长，如开通时间T，以给变换单元中的电感充电，使变换单元实现升压处理后，输出上负下正的第二电压。该第二电压，为该电芯的电压与变换单元中电感的电压之和。

例如：在第二电芯2的电压过高需要放电均衡的情况下，第二电芯2接入到双向BUCK-BOOST电路中之后，通过双向BUCK-BOOST电路进行升压处理。与第一电芯1放电不同的是，经过BUCK-BOOST电路后，产生电压V2，V2与V1的电压值相同，极性相反，即，接入变压器副边同名端为负极，另一端为正极。

在一些实施方式中，控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通设定时长后关断，如开通时间T1后关断，再控制变压器的原边的第一绕组的同名端引出线上的第一组控制开关开通，以实现该电芯对变压器的原边的第一绕组处蓄电池的充电。

例如：在第二电芯2的电压过高需要放电均衡的情况下，第二电芯2的电压经变换单元如双向BUCK-BOOST电路升压处理并输出电压V2后。MCU发出信号控制开关管K4和K5同时导通，此时，第二电芯2的负极与变压器的副边同名端连接，正极连接另一端，当开关管K4和K5断开时，副边绕组产生的电压为上正下负，此时必须导通开关管K1和K，使得副边的能量传递给原边，通过调整开关管K、K1、K4、K5的PWM波占空比，第二电芯2完成对蓄电池的放电，实现均衡控制。

在一个可选具体例子中，在选通的一路电芯的电压低于设定电压的情况下，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程，可以包括：选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池充电的第一充电过程，或选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池充电的第二充电过程，具体可以参见以下任一种充电情形下的示例性说明。

第一种充电情形：选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池充电的第一充电过程，具体可以如下：

一方面，若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯，如第一电芯1、第三电芯3等，则在接收到充电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端。

例如：若第一电芯1的电压过低，则需要充电均衡。若第一电芯1的电压过低，则需要蓄电池给其充电。开通第一电芯1两侧的选择开关如功率管Q1、Q2和Q3、Q4，使得第一电芯1接入至均衡电路中。

在一些实施方式中，控制变压器的原边的第二绕组的异名端引出线上的第二组控制开关开通设定时长后关断，并控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通，以使变压器的副边的绕组输出第三电压，再经变换单元的降压处理后向该电芯充电。

例如：在第一电芯1的电压过低需要充电均衡的情况下，控制第一电芯1接入至均衡电路中。因为连接第一电芯1的副边绕组的同名端为正极，所以想要给第一电芯1充电，则需要闭合原边的开关管K2和K3。MCU发出高电平控制开关管K2和K3导通，此时给原边绕组进行励磁，导通一段时间后，关闭开关管K2和K3，同时，开通开关管K4和K5。通过调整PWM的占空比，输出稳定的电压V1；然后，电压V1经过BUCK-BOOST电路，最终输出较稳定的电流，实现给第一电芯1充电。

第二种充电情形：选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池充电的第二充电过程，具体可以如下：

另一方面，若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯，如第二电芯2、第四电芯4等，则在接收到充电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端。

例如：若第二电芯2的电压过低，则需要充电均衡。若第二电芯2的电压过低，则需要蓄电池给其充电。开通第二电芯2两侧的选择开关如功率管Q1、Q2和Q3、Q4，使得第二电芯2接入至均衡电路中。

在一些实施方式中，控制变压器的原边的第一绕组的同名端引出线上的第一组控制开关开通设定时长后关断，并控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通，以使变压器的副边的绕组输出第四电压，再经变换单元的降压处理后向该电芯充电。

例如：在第二电芯2的电压过低需要充电均衡的情况下，控制第二电芯2接入至均衡电路中。因为连接第二电芯2的副边绕组的同名端为负极，所以想要给第二电芯2充电，则需要闭合原边的开关管K和K1。MCU发出高电平控制开关管K和K1导通，此时给原边绕组进行励磁，导通一段时间后，关闭K和K1，同时，开通K4和K5。通过调整PWM的占空比，输出稳定的电压V2；然后，电压V2经过BUCK-BOOST电路，最终输出较稳定的电流，实现给第二电芯2充电。

其中，上述以第一电芯1、第二电芯2充放电为例进行工作过程说明。其他电芯充放电与第一电芯1、第二电芯2工作方式一致，此处不再赘述。

由此，通过分别对第一组控制单元至第七组控制单元的不同控制，可以实现对选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数或偶数的电芯的充放电控制，实现选通的一路电芯与蓄电池之间的能量均衡处理，且实现难度小、成本低。

可选地，变压器的原边设置的两个绕组，可以包括：第一绕组和第二绕组。第一绕组的异名端与第二绕组的同名端相连，第一绕组的同名端和第一绕组的异名端分别连接至蓄电池的正负极。在第一绕组的同名端引线上设置有第一组控制开关，在第二绕组的异名端引线上设置有第二组控制开关。第一组控制开关和第二组控制开关，可以被设置为控制变压器的原边的第一绕组和第二绕组的工作状态的切换。其中，第一组控制开关，如控制开关K和K1。第二组控制开关，如控制开关K2和K3。

其中，第一绕组和第二绕组为两个独立的绕组，或第一绕组和第二绕组是带有中心抽头的一个绕组由中心抽头分出的两个绕组；例如：高频变压器的原边为一个绕组、并带有中心抽头，也可以是两个独立的绕组。

例如：在高频变压器的原边接有功率开关管，不仅实现能量的变换，而且可以被设置为控制蓄电池正负极性的选择切换。也就是说，在本公开的方案中，在电芯充放电方面，反激变压器原边进行绕组切换，由于母线的电压极性不定，所以通过反激变压器的原边绕组切换，实现与蓄电池的充放电，变压器设计简单。

在变压器的副边的绕组的同名端引线上，设置有第三组控制开关。其中，第三组控制开关，如控制开关K4和K5。

例如：高频变压器原边为带有中心抽头的绕组，即原边为2个绕组、副边为一个绕组的反激变压器。在变压器的原边绕组上设置有控制开关，可以通过开通或关断，实现能量的双向流动。如：控制开关K、K1、K2、K3、K4、K5等可以均为功率MOSFET管，也可采用IGBT等功率开关管替代，通过控制其开通或关断，可以实现能量的双向流动。

其中，功率开关管K4和K5同时动作，功率开关管K2和K3同时动作，即功率开关管K4和K5同开同关，功率开关管K2和K3同开同关。但是，功率开关管K4、K5和功率开关管K2、K3不能同时开通，否则电路不能正常工作。

由此，通过在变压器的原边的两个绕组上分别设置第一组控制开关和第二组控制开关，并在变压器的副边的一个绕组上设置第三控制开关，可以控制实现工作状态的切换，进而实现双向控制，使得选通的一路电芯与蓄电池之间可以实现双向能量均衡控制，且双向控制中工作状态的切换更加方便、可靠。

可选地，双向变换单元，可以包括：双向BUCK-BOOST电路。例如：变换单元，可以是双向BUCK-BOOST电路，双向BUCK-BOOST电路可以设置在变压器的副边的后端。在高频变压器副边的后端增加了双向BUCK-BOOST电路，能够电芯实现恒流充放电。

其中，在双向BUCK-BOOST电路中，设置有电感、第四组控制开关和第五组控制开关。第四组控制开关的第一端和第五组控制开关的第一端连接，第四组控制开关的第二端连接至变压器的副边的绕组的同名端，第五组控制开关的第二端分别与变换单元的第一侧的第二接线端、以及变压器的副边的绕组的异名端连接。电感连接在变化单元的第一侧的第一接线端与第四组控制开关的第一端之间。

具体地，在双向BUCK-BOOST电路中，设置有电感(如电感L)、第四组控制开关(如控制开关K6和K7)和第五组控制开关(如控制开关K8和K9)。K6、K7、K8、K9均为功率MOSFET管，也可采用IGBT等功率开关管替代，通过控制其开通或关断，可以实现能量的双向流动。第四组控制开关的第一端和第五组控制开关的第一端连接，第四组控制开关的第二端连接至变压器的副边的绕组的同名端，第五组控制开关的第二端分别与变换单元的第一侧的第二接线端、以及变压器的副边的绕组的异名端连接。电感连接在变化单元的第一侧的第一接线端与第四组控制开关的第一端之间。双向BUCK-BOOST电路中的电感L为储能元件，在开关管开通与关断的时候，实现BUCK-BOOST功率变换。

例如：高频变压器原边为带有中心抽头的绕组，即原边为2个绕组、副边为一个绕组的反激变压器。并且，在高频变压器的原边接有功率开关管，不仅实现能量的变换，而且可以被设置为控制蓄电池正负极性的选择切换，使高频变压器形成双向反激变换器如双向反激DC/DC。利用双向反激变换器实现能量的双向传输实现均衡，而且在双向反激变换器后增加双向半桥式BUCK-BOOST电路，实现电芯恒流充放电。也就是说，拓扑中加入BUCK-BOOST电路，实现恒流控制，使得电芯的均衡电流为恒定值，延长了电芯寿命。从而，还能够实现恒流控制，延长电芯寿命。

由此，通过采样双向BUCK-BOOST电路，可以实现恒流控制，使得电芯的均衡电流为恒定值，有利于延长电芯的使用寿命。

在一个可选例子中，电芯组，可以包括：N个单节电芯，N个单节电芯并联设置，N为自然数。N个单节电芯的正极引线均连接至变换单元的第一侧的第一接线端子，N个单节电芯的负极引线均连接至变换单元的第一侧的第二接线端子。

具体地，选择单元，可以包括：分别设置在每节电芯的正负极引线上的第六组控制开关和第七组控制开关，即，设置在每节电芯的正极引线上的第六组控制开关，以及设置在每节电芯的负极引线上的第七组控制开关。相邻两节电芯的正负极中的相邻级共用一组控制开关。

其中，选择单元，设置在电芯组与变换单元的第一侧之间。电芯组中，一个以上电芯支路并联设置。每个电芯支路中，设置有一个单节电芯，在该电芯的正负极引线上，还分别设置有一组控制开关。在电芯组中，每节电芯的正极引线均连接至第一接线端如BUS1端，每节电芯的负极引线均连接至第二接线端如BUS2端。

例如：设置在电芯组中第一节电芯如第一电芯1的正负极引线上的第六组控制开关可以如控制开关Q1和Q2、第七组控制开关可以如控制开关Q3和Q4，设置在电芯组中第二节电芯如第二电芯2的正负极引线上的第六组控制开关可以如控制开关Q3和Q4、第七组控制开关可以如控制开关Q5和Q6，设置在电芯组中第三节电芯如第三电芯3的正负极引线上的第六组控制开关可以如控制开关Q5和Q6、第七组控制开关可以如与控制开关Q5和Q6相似的其它控制开关。如：控制开关如功率开关管Q1、Q2和Q3、Q4等，均为电芯选择开关。例如：第一电芯1两侧的功率开关管Q1、Q2和功率开关管Q3、Q4，第二电芯2两侧的功率开关管Q3、Q4和功率开关管Q5和Q6，等等。

其中，若第一电芯1两侧的功率开关管Q1、Q2和功率开关管Q3、Q4同时开通，由于第一电芯1的正负极与BUS1、BUS2接通，那么，此时，第一电芯1被选中，接入到主动均衡的电路中。当然，若第二电芯2两侧的功率开关管Q3、Q4和功率开关管Q5和Q6同时开通，则第二电芯2被选中，由于第二电芯2的正负极也与BUS1、BUS2接通，那么，此时，第二电芯2被选中，接入到主动均衡的电路中。以此类推，每个电芯可以通过其两侧的功率开关的开通或关断确定其是否被选中而接入到主动均衡的电路中。

例如：可以通过选择开关阵列以选择电芯，然后将其连接至母线，而母线电压极性不定，可能为负，可能为正，根据选择的电芯位置变化，通过反激变换器与车上蓄电池进行能量变换。通过选择开关阵列以选择电芯，无论多少节电芯的均衡，都只需一个高频变压器即可实现，大大降低了成本。从而，还可以解决一个高频变压器无法完成所有电芯均衡的问题。

由此，通过选择单元，可以选通电芯组中需要进行能量均衡处理的一路电芯后将其连接至变换单元，从而可以使变压器的副边仅设置一个绕组的情况下对电芯组中任一电芯的能量均衡处理，大大降低了对电芯组进行能量均衡处理的难度和成本。

可选地，第一组控制开关、第二组控制开关、第三组控制开关、第四组控制开关、第五组控制开关、第六组控制开关和第七组控制开关中的任一组控制开关，可以包括：第一开关本体、第二开关本体、第一体二极管和第二体二极管。

其中，第一体二极管并联设置在第一开关本体的第一控制端和第二控制端之间，第二体二极管并联设置在第二开关本体的第一控制端和第二控制端之间；且在任一组控制开关中，第一体二极管的阳极和第二体二极管的阳极相对设置。

例如：因为是双向能量流动，并且由于MOSFET寄生体二极管(即MOSFET设置有寄生体二极管)，若用一个MOSFET会出现能量从体二极管自动流动的过程，是不可控的。所以，每个电芯的两侧中任一侧的功率开关，均采用两个功率MOSFET串联，解决了MOSFET寄生体二极管带来的能量从体二极管流动的不可控性的影响。

由此，通过在任一组控制开关中设置两个开关本体，并对两个开关本体分别并联一对方向相反的体二极管，可以避免双向能量控制中能量不可控的问题，实现双向能量控制的可靠性和安全性。

更可选地，第一开关本体、第二开关本体中任一开关本体，可以包括：MOS管、IGBT或继电器。

例如：K、K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9均为功率MOSFET管，也可采用IGBT等功率开关管替代。又如如：电芯选择开关，可用MOSFET、IGBT、继电器等开关。

由此，通过多种形式的开关，可以使得任一组控制开关的设置更加灵活和方便，也可以适用于多种需求的控制场合。

在一个可选实施方式中，还可以包括：稳压滤波单元。其中，稳压滤波单元的数量为一个以上，一个以上的稳压滤波单元，设置在变压器的原边的一侧、设置在变压器的副边的一侧、和/或设置在变换单元的第一侧。

例如：一个以上的稳压滤波单元，可以包括：电容C1、电容C2、和/或电容C3。

由此，通过稳压滤波单元对其所设置处电压的稳压和滤波处理，有利于提升电压的稳定性和可靠性。

经大量的试验验证，采用本公开的技术方案，通过使高频变压器的原边为两个绕组、并使高频变压器的副边为一个绕组的反激变换器，以减小高频变压器的副边的绕组数量，可以使高频变压器的绕组明显减少，高频变压器的实现难度也相应减小。

根据本公开的实施例，还提供了对应于能量均衡控制装置的一种电池系统。该电池系统可以包括：以上所述的能量均衡控制装置。

由于电池是由多个单节电芯串并联组成，所以电池的寿命与每节电芯有着密切的关系。随着电池的长时间运行，电池中多个单节电芯的不一致性问题日益严重，久而久之，整个电池如动力电池的寿命将会大大减少。然而，解决电池中多个单节电芯的不一致性问题最好的方法是寻找新材料，制造耐久性更久、一致性更好的材料。但是材料革新是非常困难的。因此，需增加措施提高电芯的一致性，均衡技术油然而生。

均衡技术分为主动均衡与被动均衡，被动均衡是补充高电压电芯的电池消耗能量，从而降低电压；但是电压低的电芯无法实现补充，可见被动均衡的局限性大、效率低。而主动均衡不仅能够实现高低电压电芯的均衡，功率损耗更低，效率高。因此，主动均衡技术能够很好地解决电池中多个单节电芯的不一致性问题，增加电池的寿命。如双向反激变换器可以作为解决主动均衡的一种电路拓扑。

由于主动均衡是给多电芯均衡且每次均衡时需要选择电芯，此时就需要选择开关、选择需要均衡的电芯，并搭配DC/DC高频变压器实现能量的变换。

图2为一种主动均衡拓扑的结构示意图。

如图2所示的一种主动均衡拓扑结构，显而易见，此拓扑结构变压器的原边为一个绕组，副边有N个绕组，若电芯增多，则高频变压器的副边绕组亦会增多。其中，N代表电芯的个数，为自然数，如第一电芯1、第二电芯2、……、第N-1电芯N-1、第N电芯N等。

图2中，第一电芯1、第二电芯2、……、第N-1电芯N-1、第N电芯N是动力电池包(PACK)中的单个电芯，均衡是针对这些电芯设计的，Q1和Q2等功率开关管可以被设置为选择需要均衡的电芯。高频变压器的原边为一个绕组，与之相对应的副边为多个绕组。副边的电芯电压低，则利用蓄电池给其充电；反之，电芯给蓄电池充电。

在一个可选实施方式中，至少为了解决变压器副边绕组多的问题，如随着电芯增多高频变压器的副边绕组增多的问题，本公开的方案，提供了一种BMS主动均衡拓扑，即为了使主动均衡DC/DC高频变压器结构更加地简单，设计一种主动均衡拓扑结构。

具体地，本公开的方案中设计的一种新的主动均衡拓扑，该拓扑的高频变压器原边为带有中心抽头的绕组，即原边为2个绕组、副边为一个绕组的反激变压器，可以使高频变压器的绕组明显减少，从而至少可以解决变压器副边绕组多的问题。

其中，由于可以使高频变压器的绕组明显减少，从而还可以解决因为绕组多而造成变压器制作困难、成本高、体积大的问题，使得变压器的制作成本和体积大大降低、容易制作，且可实现自动化生产、效率高。

另外，因为绕组减少，有利于增强绕组之间的磁耦合，使得漏感大大降低，从而还可以解决因为变压器漏感大而造成的拓扑工作不稳定、功率效率低的问题，提高了拓扑工作的稳定性和可靠性，并使得功率变换效率大大提高。

在一些实施方式中，在本公开的方案中，可以通过选择开关阵列以选择电芯，然后将其连接至母线，而母线电压极性不定，可能为负，可能为正，根据选择的电芯位置变化，通过反激变换器与车上蓄电池进行能量变换。通过选择开关阵列以选择电芯，无论多少节电芯的均衡，都只需一个高频变压器即可实现，大大降低了成本。从而，还可以解决一个高频变压器无法完成所有电芯均衡的问题。

在一些实施方式中，在本公开的方案中，在高频变压器的原边接有功率开关管，不仅实现能量的变换，而且可以被设置为控制蓄电池正负极性的选择切换。也就是说，在本公开的方案中，在电芯充放电方面，反激变压器原边进行绕组切换，由于母线的电压极性不定，所以通过反激变压器的原边绕组切换，实现与蓄电池的充放电，变压器设计简单。

在一些实施方式中，在本公开的方案中，不仅利用双向反激变换器实现能量的双向传输实现均衡，而且在双向反激变换器后增加双向半桥式BUCK-BOOST电路，实现电芯恒流充放电。也就是说，拓扑中加入BUCK-BOOST电路，实现恒流控制，使得电芯的均衡电流为恒定值，延长了电芯寿命。从而，还能够实现恒流控制，延长电芯寿命。

图3为本公开的电池系统的一实施例的主动均衡拓扑的结构示意图。

图3中，K、K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9均为功率MOSFET管，也可采用IGBT等功率开关管替代，通过控制其开通或关断，可以实现能量的双向流动。电感L为储能元件，在开关管开通与关断的时候，实现BUCK-BOOST功率变换。高频变压器的原边为一个绕组、并带有中心抽头，也可以是两个独立的绕组。与图2相比，图3中的变压器的绕组减少，体积减小，成本减小，间接PCB板亦会减小，控制器的体积减小，产品可以量化生产；并且，图3中，在高频变压器副边的后端增加了双向BUCK-BOOST电路，能够电芯实现恒流充放电。

其中，BUCK-BOOST功率变换电路，即和降压升压电路。BUCK电路指输出电压低于输入电压电压的单管不隔离直流变换。BOOST指输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换。

图4为本公开的电池系统的一实施例的电芯选择开关阵列的结构示意图。

在图4中，功率开关管Q1、Q2和Q3、Q4等，均为电芯选择开关。例如：第一电芯1两侧的功率开关管Q1、Q2和功率开关管Q3、Q4，第二电芯2两侧的功率开关管Q3、Q4和功率开关管Q5和Q6，等等。

在一些实施方式中，电芯选择开关，可用MOSFET、IGBT、继电器等开关。

在一些实施方式中，若第一电芯1两侧的功率开关管Q1、Q2和功率开关管Q3、Q4同时开通，由于第一电芯1的正负极与BUS1、BUS2接通，那么，此时，第一电芯1被选中，接入到主动均衡的电路中。当然，若第二电芯2两侧的功率开关管Q3、Q4和功率开关管Q5和Q6同时开通，则第二电芯2被选中，由于第二电芯2的正负极也与BUS1、BUS2接通，那么，此时，第二电芯2被选中，接入到主动均衡的电路中。以此类推，每个电芯可以通过其两侧的功率开关的开通或关断确定其是否被选中而接入到主动均衡的电路中。

其中，因为是双向能量流动，并且由于MOSFET寄生体二极管(即MOSFET设置有寄生体二极管)，若用一个MOSFET会出现能量从体二极管自动流动的过程，是不可控的。所以，每个电芯的两侧中任一侧的功率开关，均采用两个功率MOSFET串联，解决了MOSFET寄生体二极管带来的能量从体二极管流动的不可控性的影响。

图5为本公开的电池系统的一实施例的第一电芯1的放电反激变换器的工作过程的原理示意图。图6为本公开的电池系统的一实施例的第二电芯2放电反激变换器工作过程的原理示意图。

在图5和图6中，虚线部分代表功率开关管动作，实线部分代表功率开关管不动作，其中，功率开关管不动作即功率开关管一直处于断开状态。

可见，本公开的方案，可以是利用电动车上的24V蓄电池与电芯组中的电芯之间进行能量的交换实现主动均衡。而能量的交换或变换，是通过变压器实现的。其中，变压器的作用：一是起到隔离的作用；二是能量的变换，且为双向。即，若电芯的电压过高，则需要电芯的能量给蓄电池方向传递，即电芯放电；反之，若电芯的电压过低，或者说若蓄电池的电压过高，则需要蓄电池的能量给电芯方向传递，即电芯充电。

具体地，参见图3至图6所示的例子，本公开的方案中，蓄电池与电芯之间能量双向变换的实现过程，可以参见以下示例性说明。

在一个可选具体例子中，若第一电芯1的电压过高，则需要放电均衡。

控制器发出指令，使得第一电芯1两侧的选择开关如功率管或开关管Q1、Q2和Q3、Q4同时开通，此时的第一接线端BUS1接通第一电芯1的正极，第二接线端BUS2接通第一电芯1的负极。

此后，BUS(即第一接线端BUS1、第二接线端BUS2)接入到双向BUCK-BOOST电路。首先，第一电芯1放电时，BUCK-BOOST工作在BOOST模式，使得变换器的输出电压比第一电芯1的电压高。其中，变换器的输出电压为V1，即电容C2两端压降为V1，并且上正下负。

升压过程：控制功率管K6和K7导通时间T，此时给电感L充电时间为T，然后断开功率管K6和K7，电感L的电感应电压为左负右正。变换器的输出电压的等于电感L电压加上第一电芯1的电压的电压，所以为升压电路。

升压产生的电压接入到双向反激变换器，首先，功率管K4和K5导通时间T1，忽略其导通压降，那么，高频变压器的副边同名端(如图3、图5、图6中黑点)为正极，另一端为负极。从同名端流入电流给副边绕组励磁，然后关断功率管K4和K5，此时副边绕组感应电压方向为上负下正，此时，原边同名端极性同为负极，另一端为正极，断开功率管K4和K5后，必须控制开关管K3和K2导通(如可以通过使MCU发出高频的PWM波使开关管K3和K2导通)，完成对蓄电池充电。最终实现第一电芯1的能量向蓄电池转移，降低第一电芯1的电压，达到均衡的目的。

在一些实施方式中，若第一电芯1的电压过低，则需要蓄电池给其充电。

首先，开通第一电芯1两侧的选择开关如功率管Q1、Q2和Q3、Q4，使得第一电芯1接入至均衡电路中。因为连接第一电芯1的副边绕组的同名端为正极，所以想要给第一电芯1充电，则需要闭合原边的开关管K2和K3。MCU发出高电平控制开关管K2和K3导通，此时给原边绕组进行励磁，导通一段时间后，关闭开关管K2和K3，同时，开通开关管K4和K5。通过调整PWM的占空比，输出稳定的电压V1；然后，电压V1经过BUCK-BOOST电路，最终输出较稳定的电流，实现给第一电芯1充电。

在一个可选具体例子中，若第二电芯2电压过高，需要向蓄电池进行放电。如图4所示，MCU发出控制信号，开通开关管Q3、Q4和Q5、Q6，选中第二电芯2接入电路中。与第一电芯1放电不同的是，经过BUCK-BOOST电路后，产生电压V2，V2与V1的电压值相同，极性相反，即，接入变压器副边同名端为负极，另一端为正极。MCU发出信号控制开关管K4和K5同时导通，此时，第二电芯2的负极与变压器的副边同名端连接，正极连接另一端，当开关管K4和K5断开时，副边绕组产生的电压为上正下负，此时必须导通开关管K1和K，使得副边的能量传递给原边，通过调整开关管K、K1、K4、K5的PWM波占空比，第二电芯2完成对蓄电池的放电，实现均衡控制。

在一些实施方式中，若第二电芯2的电压过低，则需要蓄电池给其充电。首先，开通电芯选择开关Q3、Q4和Q5、Q6，使得电芯接入至均衡电路中。因为连接第二电芯2的副边绕组的同名端为负极，所以想要给第二电芯2充电，则需要闭合原边的开关管K和K1。MCU发出高电平控制开关管K和K1导通，此时给原边绕组进行励磁，导通一段时间后，关闭K和K1，同时，开通K4和K5。通过调整PWM的占空比，输出稳定的电压V2；然后，电压V2经过BUCK-BOOST电路，最终输出较稳定的电流，实现给第二电芯2充电。

上述以第一电芯1、第二电芯2充放电为例进行工作过程说明。其他电芯充放电与第一电芯1、第二电芯2工作方式一致，此处不再赘述。

由于本实施例的电池系统所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、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。

经大量的试验验证，采用本公开的技术方案，通过使高频变压器的原边为两个绕组、并使高频变压器的副边为一个绕组的反激变换器，以减小高频变压器的副边的绕组数量，可以减小变压器的体积、降低变压器的实现成本。

根据本公开的实施例，还提供了对应于电池系统的一种电池系统的能量均衡控制方法，如图7所示本公开的方法的一实施例的流程示意图。该电池系统的能量均衡控制方法可以包括：步骤S110至步骤S130。

在步骤S110处，通过选择单元，在一个能量均衡控制过程中，选通电芯组中需要进行能量均衡控制的一路电芯。例如：选择电芯组中任一电芯，并开通选择到的电芯与变换单元的第一侧之间的连接通路，以实现电芯组中任一电芯与变换单元的第一侧之间的选通或关断控制。

在步骤S120处，通过变换单元，基于选通的一路电芯，实现选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡控制过程中的第一能量变换过程。该第一能量变换过程，可以包括：设置在变换单元的第一侧的所述一路电芯，与变换单元的第二侧之间的第一能量变换处理。其中，变换单元的第一侧与选择单元连通，变换单元的第二侧与变压器副边连通。

在步骤S130处，通过变压器，实现选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡控制过程中的第二能量变换过程。该第二能量变换过程，可以包括：设置在变压器的副边的变换单元的第二侧，与设置在变压器的原边的蓄电池之间的第二能量变换处理。蓄电池设置在变压器的原边，变换单元的第二侧设置的变压器副边。

其中，选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡过程，可以包括：选用的一路电芯与蓄电池之间的双向能量均衡过程，该双向能量均衡过程，具体可以包括：选通的一路电芯的放电控制过程或充电控制过程的双向能量均衡的双向过程。具体地可以包括：在选通的一路电芯的电压高于设定电压的情况下，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程；在选通的一路电芯的电压低于设定电压的情况下，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程。

在一些实施方式中，在选通的一路电芯的电压高于设定电压的情况下，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程，可以包括：选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池放电的第一放电过程，或选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池放电的第二放电过程，具体可以参见以下任一种放电情形下的示例性说明。

第一种放电情形：选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池放电的第一放电过程。

下面结合图8所示本公开的方法中选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池放电的第一放电过程的一实施例流程示意图，进一步说明选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池放电的第一放电过程的具体过程，可以包括：步骤S210至步骤S230。

步骤S210，若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯，如第一电芯1、第三电芯3等，则在接收到放电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端。

步骤S220，控制变换单元处于升压状态，在升压过程中，控制变换单元中的第四组控制开关开通设定时长，如开通时间T，以给变换单元中的电感充电，使变换单元实现升压处理后，输出上正下负的第一电压。该第一电压，为该电芯的电压与变换单元中电感的电压之和。

步骤S230，控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通设定时长后关断，如开通时间T1后关断，再控制变压器的原边的第二绕组的异名端引出线上的第二组控制开关开通，以实现该电芯对变压器的原边的第二绕组处蓄电池的充电。

第二种放电情形：选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池放电的第二放电过程。

下面结合图9所示本公开的方法中选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池放电的第二放电过程的一实施例流程示意图，进一步说明选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池放电的第二放电过程的具体过程，可以包括：步骤S310至步骤S330。

步骤S310，若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯，如第二电芯2、第四电芯4等，则在接收到放电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端。

步骤S320，控制变换单元处于升压状态，在升压过程中，控制变换单元中的第四组控制开关开通设定时长，如开通时间T，以给变换单元中的电感充电，使变换单元实现升压处理后，输出上负下正的第二电压。该第二电压，为该电芯的电压与变换单元中电感的电压之和。

步骤S330，控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通设定时长后关断，如开通时间T1后关断，再控制变压器的原边的第一绕组的同名端引出线上的第一组控制开关开通，以实现该电芯对变压器的原边的第一绕组处蓄电池的充电。

在一些实施方式中，在选通的一路电芯的电压低于设定电压的情况下，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程，可以包括：选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池充电的第一充电过程，或选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池充电的第二充电过程，具体可以参见以下任一种充电情形下的示例性说明。

第一种充电情形：选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池充电的第一充电过程。

下面结合图10所示本公开的方法中选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池充电的第一充电过程的一实施例流程示意图，进一步说明选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯向蓄电池充电的第一充电过程的具体过程，可以包括：步骤S410和步骤S420。

步骤S410，若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯，如第一电芯1、第三电芯3等，则在接收到充电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端。

步骤S420，控制变压器的原边的第二绕组的异名端引出线上的第二组控制开关开通设定时长后关断，并控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通，以使变压器的副边的绕组输出第三电压，再经变换单元的降压处理后向该电芯充电。

第二种充电情形：选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池充电的第二充电过程。

下面结合图11所示本公开的方法中选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池充电的第二充电过程的一实施例流程示意图，进一步说明选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯向蓄电池充电的第二充电过程的具体过程，可以包括：步骤S510和步骤S520。

步骤S510，若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯，如第二电芯2、第四电芯4等，则在接收到充电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端。

步骤S520，控制变压器的原边的第一绕组的同名端引出线上的第一组控制开关开通设定时长后关断，并控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通，以使变压器的副边的绕组输出第四电压，再经变换单元的降压处理后向该电芯充电。

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系统的实施例、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。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过使高频变压器的原边为两个绕组、并使高频变压器的副边为一个绕组的反激变换器，以减小高频变压器的副边的绕组数量，有利于增强绕组之间的磁耦合，使得漏感大大降低，可以提高拓扑工作的稳定性和可靠性，并使得功率变换效率大大提高。

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。

以上所述仅为本公开的实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的权利要求范围之内。

Claims

一种能量均衡控制装置，包括：变压器、变换单元和选择单元，变压器的副边设置有一个绕组；其中，

选择单元，被设置为选通电芯组中需要进行能量均衡控制的一路电芯；

变换单元，被设置为实现选通的一路电芯与蓄电池之间的第一能量变换过程；该第一能量变换过程，包括：设置在变换单元的第一侧的所述一路电芯，与变换单元的第二侧之间的第一能量变换处理；

变压器，被设置为实现选通的一路电芯与蓄电池之间的第二能量变换过程；该第二能量变换过程，包括：设置在变压器的副边的变换单元的第二侧，与设置在变压器的原边的蓄电池之间的第二能量变换处理；

其中，第一能量变换过程和第二能量变换过程，构成选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡过程。
根据权利要求1所述的能量均衡控制装置，其中，变压器的原边设置有两个绕组；

变换单元，为双向变换单元；

选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡过程，包括：选用的一路电芯与蓄电池之间的双向能量均衡过程，该双向能量均衡过程，具体包括：

在选通的一路电芯的电压高于设定电压的情况下，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程；

在选通的一路电芯的电压低于设定电压的情况下，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程。
根据权利要求2所述的能量均衡控制装置，其中，变压器的原边设置的两个绕组，包括：第一绕组和第二绕组；第一绕组的异名端与第二绕组的同名端相连，第一绕组的同名端和第一绕组的异名端分别连接至蓄电池的正负极；在第一绕组的同名端引线上设置有第一组控制开关，在第二绕组的异名端引线上设置有第二组控制开关；第一组控制开关和第二组控制开关，被设置为控制变压器的原边的第一绕组和第二绕组的工作状态的切换；

其中，第一绕组和第二绕组为两个独立的绕组，或第一绕组和第二绕组是带有中心抽头的一个绕组由中心抽头分出的两个绕组；

在变压器的副边的绕组的同名端引线上，设置有第三组控制开关。
根据权利要求2所述的能量均衡控制装置，其中，双向变换单元，包括：双向BUCK-BOOST电路；

其中，在双向BUCK-BOOST电路中，设置有电感、第四组控制开关和第五组控制开关；第四组控制开关的第一端和第五组控制开关的第一端连接，第四组控制开关的第二端连接至变压器的副边的绕组的同名端，第五组控制开关的第二端分别与变换单元的第一侧的第二接线端、以及变压器的副边的绕组的异名端连接；电感连接在变化单元的第一侧的第一接线端与第四组控制开关的第一端之间。
根据权利要求1至4中任一项所述的能量均衡控制装置，其中，电芯组，包括：N个单节电芯，N个单节电芯并联设置，N为自然数；N个单节电芯的正极引线均连接至变换单元的第一侧的第一接线端子，N个单节电芯的负极引线均连接至变换单元的第一侧的第二接线端子；

选择单元，包括：设置在每节电芯的正极引线上的第六组控制开关，以及设置在每节电芯的负极引线上的第七组控制开关；相邻两节电芯的正负极中的相邻级共用一组控制开关。
根据权利要求5所述的能量均衡控制装置，其中，第一组控制开关、第二组控制开关、第三组控制开关、第四组控制开关、第五组控制开关、第六组控制开关和第七组控制开关中的任一组控制开关，包括：第一开关本体、第二开关本体、第一体二极管和第二体二极管；其中，

第一体二极管并联设置在第一开关本体的第一控制端和第二控制端之间，第二体二极管并联设置在第二开关本体的第一控制端和第二控制端之间；且在任一组控制开关中，第一体二极管的阳极和第二体二极管的阳极相对设置。
根据权利要求6所述的能量均衡控制装置，其中，第一开关本体、第二开关本体中任一开关本体，包括：MOS管、IGBT或继电器。
根据权利要求1至4中任一项所述的能量均衡控制装置，其中，还包括：稳压滤波单元；其中，稳压滤波单元的数量为一个以上，一个以上的稳压滤波单元，设置在变压器的原边的一侧、设置在变压器的副边的一侧和设置在变换单元的第一侧。
根据权利要求1至4中任一项所述的能量均衡控制装置，其中，还包括：稳压滤波单元；其中，稳压滤波单元的数量为一个以上，一个以上的稳压滤波单元，设置在变压器的原边的一侧。
根据权利要求1至4中任一项所述的能量均衡控制装置，其中，还包括：稳压滤波单元；其中，稳压滤波单元的数量为一个以上，一个以上的稳压滤波单元，设置在变压器的副边的一侧。
根据权利要求1至4中任一项所述的能量均衡控制装置，其中，还包括：稳压滤波单元；其中，稳压滤波单元的数量为一个以上，一个以上的稳压滤波单元，设置在变换单元的第一侧。
根据权利要求2所述的能量均衡控制装置，其中，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程，包括：

若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯，则在接收到放电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端；

控制变换单元中的第四组控制开关开通设定时长，以给变换单元中的电感充电，使变换单元实现升压处理后，输出上正下负的第一电压；该第一电压，为该电芯的电压与变换单元中电感的电压之和；

控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通设定时长后关断，再控制变压器的原边的第二绕组的异名端引出线上的第二组控制开关开通，以实现该电芯对变压器的原边的第二绕组处蓄电池的充电。
根据权利要求2所述的能量均衡控制装置，其中，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程，还包括：

若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯，则在接收到放电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端；

控制变换单元中的第四组控制开关开通设定时长，以给变换单元中的电感充电，使变换单元实现升压处理后，输出上负下正的第二电压；该第二电压，为该电芯的电压与变换单元中电感的电压之和；

控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通设定时长后关断，再控制变压器的原边的第一绕组的同名端引出线上的第一组控制开关开通，以实现该电芯对变压器的原边的第一绕组处蓄电池的充电。
根据权利要求2所述的能量均衡控制装置，其中，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程，包括：

若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯，则在接收到充电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端；

控制变压器的原边的第二绕组的异名端引出线上的第二组控制开关开通设定时长后关断，并控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通，以使变压器的副边的绕组输出第三电压，再经变换单元的降压处理后向该电芯充电。
根据权利要求2所述的能量均衡控制装置，其中，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程，包括：

若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯，则在接收到充电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端；

控制变压器的原边的第一绕组的同名端引出线上的第一组控制开关开通设定时长后关断，并控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通，以使变压器的副边的绕组输出第四电压，再经变换单元的降压处理后向该电芯充电。
一种电池系统，，包括：如权利要求1-15任一所述的能量均衡控制装置。
一种如权利要求16所述的电池系统的能量均衡控制方法，，包括：

通过选择单元，选通电芯组中需要进行能量均衡控制的一路电芯；

通过变换单元，实现选通的一路电芯与蓄电池之间的第一能量变换过程；该第一能量变换过程，包括：设置在变换单元的第一侧的所述一路电芯，与变换单元的第二侧之间的第一能量变换处理；

通过变压器，实现选通的一路电芯与蓄电池之间的第二能量变换过程；该第二能量变换过程，包括：设置在变压器的副边的变换单元的第二侧，与设置在变压器的原边的蓄电池之间的第二能量变换处理；

其中，第一能量变换过程和第二能量变换过程，构成选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡过程。
根据权利要求17所述的能量均衡控制方法，其中，选通的一路电芯与蓄电池之间的一个能量均衡过程，包括：选用的一路电芯与蓄电池之间的双向能量均衡过程，该双向能量均衡过程，具体包括：

在选通的一路电芯的电压高于设定电压的情况下，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程；

在选通的一路电芯的电压低于设定电压的情况下，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程。
根据权利要求18所述的能量均衡控制方法，其中，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程，包括：

若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯，则在接收到放电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端；

控制变换单元中的第四组控制开关开通设定时长，以给变换单元中的电感充电，使变换单元实现升压处理后，输出上正下负的第一电压；该第一电压，为该电芯的电压与变换单元中电感的电压之和；

控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通设定时长后关断，再控制变压器的原边的第二绕组的异名端引出线上的第二组控制开关开通，以实现该电芯对变压器的原边的第二绕组处蓄电池的充电。
根据权利要求18所述的能量均衡控制方法，其中，选通的一路电芯向蓄电池充电从而实现放电的放电过程，还包括：

若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯，则在接收到放电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端；

控制变换单元中的第四组控制开关开通设定时长，以给变换单元中的电感充电，使变换单元实现升压处理后，输出上负下正的第二电压；该第二电压，为该电芯的电压与变换单元中电感的电压之和；

控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通设定时长后关断，再控制变压器的原边的第一绕组的同名端引出线上的第一组控制开关开通，以实现该电芯对变压器的原边的第一绕组处蓄电池的充电。
根据权利要求18所述的能量均衡控制方法，其中，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程，包括：

若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为奇数的电芯，则在接收到充电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端；

控制变压器的原边的第二绕组的异名端引出线上的第二组控制开关开通设定时长后关断，并控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通，以使变压器的副边的绕组输出第三电压，再经变换单元的降压处理后向该电芯充电。
根据权利要求18所述的能量均衡控制方法，其中，选通的一路电芯自蓄电池充电从而实现充电的充电过程，包括：

若选通的一路电芯是电芯组中排列顺序为偶数的电芯，则在接收到充电指令的情况下，控制该电芯的正负极引线上的第五组控制开关和第六组控制开关同时开通，以使该电芯的正负极分别连接至变换单元的第一侧的第一接线端和第二接线端；

控制变压器的原边的第一绕组的同名端引出线上的第一组控制开关开通设定时长后关断，并控制变压器的副边的绕组的同名端引出线上的第三组控制开关开通，以使变压器的副边的绕组输出第四电压，再经变换单元的降压处理后向该电芯充电。