[发明专利]一种电池模组中电池单体的电压均衡电路及方法

权利要求书

1.一种电池模组中电池单体的电压均衡电路，所述电池模组包含n个依次串联的单体电池B₁～B_n，n为4的倍数，其特征在于：

所述n个单体电池依次分成n/4个电池单组，每4个电池单体组成1个电池单组，电池单体B₁～B₄串联组成第1个电池单组，电池单体B_n-3～B_n串联组成第n/4个电池单组；

所述电压均衡电路包含变压器、n/4个功率开关管S1₁～S1_n/4、n/4个功率开关管S2₁～S2_n/4、n/4个电容C1₁～C1_n/4、n/4个电感L1₁～L1_n/4、n/4个电感L2₁～L2_n/4、n个MOS管开关Q₁～Q_n、n个高频滤波电容C2₁～C2_n、n/4个电阻R1₁～R1_n/4、以及n/4个电阻R2₁～R2_n/4；

所述变压器包含副边绕组N2、n/4个原边绕组N1₁～N1_n/4、功率开关管S、以及n/4个功率开关管S3₁～S3_n/4；

令i为大于等于0小于等于n/4-1的自然数，电池单体B_4i+1的负极分别和原边绕组N1_4i+1的一端、电感L1_4i+1的一端、高频滤波电容C2_4i+1的一端、MOS管开关Q_4i+1的源极电气相连；电池单体B_4i+1的正极分别和电池单体B_4i+2的负极、电阻R1_4i+1的一端、高频滤波电容C2_4i+1的另一端、高频滤波电容C2_4i+2的一端电气相连；电阻R1_4i+1的另一端分别和MOS管开关Q_4i+1的漏极、MOS管开关Q_4i+2的源极电气相连；

电池单体B_4i+2的正极分别和MOS管开关Q_4i+2的漏极、高频滤波电容C2_4i+2的另一端、功率开关管S1_4i+1的漏极、功率开关管S2_4i+2的源极、电池单体B_4i+3的负极、高频滤波电容C2_4i+3的一端、MOS管开关Q_4i+3的源极电气相连；

电池单体B_4i+3的正极分别和电池单体B_4i+4的负极、电阻R2_4i+1的一端、高频滤波电容C2_4i+3的另一端、高频滤波电容C2_4i+4的一端电气相连；电阻R2_4i+1的另一端分别和MOS管开关Q_4i+3的漏极、MOS管开关Q_4i+4的源极电气相连；

电池单体B_4i+4的正极分别和MOS管开关Q_4i+4的漏极、高频滤波电容C2_4i+4的另一端、电感L2_4i+1的一端、功率开关管S3_4i+1的漏极电气相连；

电感L2_4i+1的另一端分别和功率开关管S2_4i+2的漏极、电容C1_4i+1的一端电气相连；

电容C1_4i+1的另一端分别和功率开关管S1_4i+1的源极、电感L1_4i+1的另一端电气相连；

原边绕组N1_4i+1的另一端和功率开关管S3_4i+1的源极电气相连；

副边绕组N2的一端和电池单体B₁的负极电气相连，另一端和电池单体B_n的正极电气相连。

2.基于权利要求1所述的电池模组中电池单体的电压均衡电路的均衡方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1），采用变压器均衡完成各个电池单组与整个电池模组之间的均衡，对于任意第i个电池单组：

步骤1.1），若第i个电池单组相比电池模组中其他电池单组电压较高：

步骤1.1.1），导通功率开关管S3_i，接通第i个电池单组和与其串联的变压器均衡的原边绕组N1_i，将第i个电池单组的部分电量储存到原边绕组N1_i中；

步骤1.1.2），关断功率开关管S3_i、导通功率开关管S，接通整个电池模组和与其串联的变压器均衡的副边绕组N2，将原边绕组N1₁中的电量耦合到副边绕组N2中，副边绕组N2中的电量再流向整个电池模组；

步骤1.2），若第i个电池单组相比电池模组中其他电池单组电压较低：

步骤1.2.1），导通功率开关管S，接通整个电池模组和与其串联的变压器均衡的副边绕组N2，整个电池模组的部分电量储存到副边绕组N2中；

步骤1.2.2），关断功率开关管S，导通功率开关管S3_i，接通第i个电池单组和与其串联的变压器均衡的原边绕组N1_i，将副边绕组N2中的电量耦合到原边绕组N1_i中，原边绕组N1_i中的电量再转移到第i个电池单组中；

步骤2），对于任意第i个电池单组，令电池单体B_4i+1、B_4i+2组成第i个电池单组中的第1个电池单元，电池单体B_4i+3、B_4i+4组成第i个电池单组中的第2个电池单元；利用CUK变换器均衡完成各个电池单组中2个电池单元之间的均衡：

步骤2.1），若第i个电池单组中第1个电池单元的电压比第2个电池单元的电压较高：

步骤2.1.1），导通功率开关管S1_i，截止功率开关管S2_i,此时第1个电池单元内的2个电池单体B_4i+1、B_4i+2流出的电流使电感L1_i储能；电容C1_i放电使电感L2_i储能，并向第2个电池单元2个电池单体B_4i+3、B_4i+4电池充电转移电量；第1个电池单元的放电和第2个电池单元的充电同时进行，能量双向流动；

步骤2.1.2），截止功率开关管S1_i，导通功率开关管S2_i，此时第1个电池单元内的2个电池单体B_4i+1、B_4i+2和电感L1_i感应电动势相加向电容C1_i充电，电容C1_i储能，电感L2_i释放能量，其放电电流向第2个电池单元2个电池单体B_4i+3、B_4i+4电池充电转移电量；第1个电池单元的放电和第2个电池单元的充电同时进行，能量双向流动；

步骤2.2），若第i个电池单组中第1个电池单元的电压比第2个电池单元的电压较低：

步骤2.2.1），导通功率开关管S2_i，截止功率开关管S1_i,此时第2个电池单元内的2个电池单体B_4i+3、B_4i+4流出的电流使电感L2_i储能；电容C2_i放电使电感L1_i储能，并向第1个电池单元2个电池单体B_4i+1、B_4i+2电池充电转移电量；第2个电池单元的放电和第1个电池单元的充电同时进行，能量双向流动；

步骤2.2.2），截止功率开关管S2_i，导通功率开关管S1_i，此时第2个电池单元内的2个电池单体B_4i+3、B_4i+4和电感L2_i感应电动势相加向电容C2_i充电，电容C2_i储能，电感L1_i释放能量，其放电电流向第1个电池单元2个电池单体B_4i+1、B_4i+2电池充电转移电量；第2个电池单元的放电和第1个电池单元的充电同时进行，能量双向流动；

步骤3），利用固定电阻被动均衡使得各个电池单组中每个电池单元的2个电池单体均衡，对于任意第i个电池单组：

步骤3.1），若其第1个电池单元内电池单体B_4i+1的电压大于电池单体B_4i+2的电压，则导通MOS管开关Q_4i+1，接通电池单体B_4i+1和固定电阻R1_i，直至电池单体B_4i+1、电池单体B_4i+2均衡；

步骤3.2），若其第1个电池单元内电池单体B_4i+1的电压小于电池单体B_4i+2的电压，则导通MOS管开关Q_4i+2，接通电池单体B_4i+2和固定电阻R1_i，直至电池单体B_4i+1、电池单体B_4i+2均衡；

步骤3.3），若其第2个电池单元内电池单体B_4i+3的电压大于电池单体B_4i+4的电压，则导通MOS管开关Q_4i+3，接通电池单体B_4i+3和固定电阻R2_i，直至电池单体B_4i+3、电池单体B_4i+4均衡；

步骤3.4），若其第2个电池单元内电池单体B_4i+3的电压小于电池单体B_4i+4的电压，则导通MOS管开关Q_4i+4，接通电池单体B_4i+4和固定电阻R2_i，直至电池单体B_4i+3、电池单体B_4i+4均衡。