本發(fā)明涉及電池管理技術(shù)，特別是涉及一種電池組主動(dòng)均衡電路及方法。

背景技術(shù)：

在目前的新能源汽車中，鋰離子電池已逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。為了滿足高壓大容量的應(yīng)用要求，一般將鋰電池串并聯(lián)使用。由于電池單體自身制作工藝等原因，不同單體之間諸如電解液密度、電極等效電阻等都存在著差異，這些差異都可能會(huì)導(dǎo)致在使用過(guò)程中電池單元充電與放電速率的不同。當(dāng)它們串聯(lián)在一起組成電池組時(shí)，就有可能在充電時(shí)有部分電池提前充滿電，而放電時(shí)部分電池提前放完電的情況出現(xiàn)。由于鋰離子電池的特性，當(dāng)電壓超過(guò)或低于允許范圍時(shí)都會(huì)導(dǎo)致電池單元以及整個(gè)電池組的損壞或失效。所以，電壓均衡對(duì)于保護(hù)鋰電池，延長(zhǎng)鋰電池組使用壽命至關(guān)重要，均衡對(duì)于電池組的安全、高效使用具有重要的意義。

現(xiàn)有技術(shù)中的一種鋰離子動(dòng)力電池組充放電主動(dòng)均衡電路，動(dòng)力電池組的每個(gè)電池包設(shè)置有電壓采集模塊和電壓均衡電路，電壓采集模塊實(shí)時(shí)采集各電池單體的電壓發(fā)送給電池管理系統(tǒng)，當(dāng)電池單體、電池包或動(dòng)力電池組的電壓超過(guò)設(shè)定的上下限時(shí)進(jìn)行電壓均衡；電壓均衡電路包括變壓器和均衡開(kāi)關(guān)MOS管，動(dòng)力包中的每個(gè)電池單體、動(dòng)力電池組中每個(gè)電池包以及整個(gè)動(dòng)力電池組分別通過(guò)兩個(gè)均衡開(kāi)關(guān)MOS管連接到同芯變壓器的一個(gè)繞組上，通過(guò)控制均衡開(kāi)關(guān)MOS管的通斷，在變壓器上耦合出相應(yīng)的均衡電壓，實(shí)現(xiàn)充放電。此方案的缺點(diǎn)是：均衡變壓器是一個(gè)多繞組的同芯變壓器，繞組多，線包體積大，各繞組之間耦合效果差；要保證良好的耦合度，同芯變壓器繞組不可能無(wú)限增加，電池組串聯(lián)數(shù)量受限制，不能靈活增加串聯(lián)電池單體的數(shù)量；均衡電流大時(shí)電路損耗較大，效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種電池組主動(dòng)均衡電路，旨在解決目前的主動(dòng)式電壓均衡方案會(huì)帶來(lái)額外的損耗、線路復(fù)雜的問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種電池組主動(dòng)均衡電路，包括n個(gè)串聯(lián)連接的電池單元、n+1個(gè)正激變壓器、n個(gè)開(kāi)關(guān)元件以及用作能量轉(zhuǎn)移的能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)，n為大于等于1的正整數(shù)；

其中，第n個(gè)開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)在第n個(gè)正激變壓器的原邊同名端和第n+1個(gè)正激變壓器的原邊非同名端之間，第n個(gè)電池單元的正、負(fù)極分別接所述第n+1個(gè)正激變壓器的原邊同名端和第n正激變壓器的原邊同名端；所有的正激變壓器的副邊同名端通過(guò)所述能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)接地，所述正激變壓器的副邊非同名端接入PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制奇數(shù)編號(hào)開(kāi)關(guān)元件和偶數(shù)編號(hào)開(kāi)關(guān)元件交替導(dǎo)通，使該n個(gè)串聯(lián)連接的電池單元充放電或靜態(tài)電壓均衡。

優(yōu)選地，通過(guò)調(diào)節(jié)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓值或占空比，給該n個(gè)電池單元進(jìn)行均衡充電或均衡放電；

當(dāng)Vcc＞V_{BAT_AVG}/D，所述PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)給電池單元均衡充電；

當(dāng)Vcc＜V_{BAT_AVG}/D，所述PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)給電池單元均衡放電；

當(dāng)Vcc＝V_{BAT_AVG}/D，各個(gè)電池單元電壓均衡，且電壓平均值＝V_{BAT_AVG}；

其中，Vcc為PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的高電平電壓值，D為PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，V_{BAT_AVG}為能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)的電壓。

優(yōu)選地，所述開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通閥值V_th滿足：Vcc-V_{BAT_AVG}＞V_th。

優(yōu)選地，所述開(kāi)關(guān)元件為MOS管或IGBT管。

優(yōu)選地，所述開(kāi)關(guān)元件為N-MOS管，所述開(kāi)關(guān)元件的控制極為N-MOS管的柵極，且第n個(gè)N-MOS管的源極接第n個(gè)正激變壓器的原邊同名端，漏極接第n+1個(gè)正激變壓器的原邊非同名端。

優(yōu)選地，奇數(shù)編號(hào)的正激變壓器的副邊非同名端接入第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，偶數(shù)編號(hào)的正激變壓器的副邊非同名端接入第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和所述第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位相差180°，且滿足占空比0＜D＜50％。

優(yōu)選地，還包括n個(gè)驅(qū)動(dòng)電阻，其中，第n個(gè)驅(qū)動(dòng)電阻連接在第n個(gè)正激變壓器的原邊非同名端和第n個(gè)開(kāi)關(guān)元件的控制端之間。

優(yōu)選地，第1個(gè)電池單元負(fù)極接地或懸空。

優(yōu)選地，所述能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)為電容或電池。

本發(fā)明還提供了一種電池組主動(dòng)均衡方法，基于上述的電池組主動(dòng)均衡電路，所述方法包括：

控制所有奇數(shù)編號(hào)的開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，使與其相應(yīng)的電池單元相互間通過(guò)變壓器并聯(lián)，并與所述能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)并聯(lián)；

關(guān)閉所有的開(kāi)關(guān)元件，進(jìn)入死區(qū)時(shí)間；

控制所有偶數(shù)編號(hào)的開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，使與其相應(yīng)的電池單元相互間通過(guò)變壓器并聯(lián)，并與所述能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)并聯(lián)；

關(guān)閉所有的開(kāi)關(guān)元件，進(jìn)入死區(qū)時(shí)間。

其中，上述步驟在一個(gè)PWM周期內(nèi)完成，使各個(gè)所述電池單元利用正激變壓器及能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)實(shí)現(xiàn)電壓均衡。

上述電池組主動(dòng)均衡電路采用變壓器繞組自驅(qū)動(dòng)技術(shù)，簡(jiǎn)化開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)控制線路，降低成本，提高可靠性；采用并行工作原理，電壓均衡過(guò)程快速省時(shí)，以較低的成本和較簡(jiǎn)單的控制方法，實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)數(shù)量沒(méi)有限制的電池組的主動(dòng)式電壓均衡，具有均衡線路損耗低、均衡效率高、均衡速度快、均衡可靠性高等特點(diǎn)，不管電池組是處于充電、放電還是靜態(tài)過(guò)程，都可以不間斷地實(shí)現(xiàn)主動(dòng)電壓均衡，延長(zhǎng)電池組的使用壽命。本方案還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)串聯(lián)超級(jí)電容器組的電壓均衡。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例中電池組主動(dòng)均衡電路的電路原理圖；

圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例中電池組主動(dòng)均衡電路的電路原理圖；

圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施例中電池組主動(dòng)均衡方法流程圖；

圖4為兩節(jié)串聯(lián)電池組的主動(dòng)電壓均衡過(guò)程示意圖；

圖5為四節(jié)串聯(lián)電池組的主動(dòng)電壓均衡過(guò)程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)參閱圖1和圖2，本發(fā)明較佳實(shí)施例中電池組主動(dòng)均衡電路包括n個(gè)串聯(lián)連接的電池單元BT1～BTn、n+1個(gè)正激變壓器T1～Tn+1、n個(gè)開(kāi)關(guān)元件Q1～Qn以及用作能量轉(zhuǎn)移的能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)10，n為大于等于1的正整數(shù)。

優(yōu)選地，每個(gè)電池單元BT1～BTn包括一個(gè)或多個(gè)串并聯(lián)的電池單體。

優(yōu)選地，能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)10電容CAP(參考圖1)，如超級(jí)電容或電解電容，或電池BT(參考圖2)，電池BT與被均衡的電池單體具有相同電氣特性。

n+1個(gè)正激變壓器T1～Tn+1具有相同的電氣特性，原邊繞組與副邊繞組的匝比選取1:1，變壓器是一個(gè)高度耦合的能量雙向可逆的正激變壓器。

優(yōu)選地，第一個(gè)電池單元BT1的負(fù)端可以連接到功率地GND，也可以不連接。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)電池單元BT1的負(fù)端連接到功率地GND時(shí)，可以利用整個(gè)電池組的電壓給本控制系統(tǒng)供電；當(dāng)?shù)谝粋€(gè)電池單元BT1的負(fù)端不連接到功率地GND時(shí)，本方案還可以實(shí)現(xiàn)電池單元BT1～BTn的電池組的電氣隔離型電壓均衡，實(shí)現(xiàn)高壓電池組的安全維護(hù)。

其中，第n個(gè)開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)在第n個(gè)正激變壓器的原邊同名端和第n+1個(gè)正激變壓器的原邊非同名端之間，第n個(gè)電池單元的正、負(fù)極分別接所述第n+1個(gè)正激變壓器的原邊同名端和第n個(gè)正激變壓器的原邊同名端；所有的正激變壓器T1～Tn+1的副邊同名端通過(guò)所述能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)10接地；正激變壓器T1～Tn+1的副邊非同名端按照奇/偶序號(hào)分別接入第一和第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制所有奇數(shù)序號(hào)的開(kāi)關(guān)元件和所有偶數(shù)序號(hào)的開(kāi)關(guān)元件交替導(dǎo)通，使該n個(gè)串聯(lián)連接的電池單元充放電或靜態(tài)電壓均衡。

優(yōu)選地，電池組主動(dòng)均衡電路還包括n個(gè)驅(qū)動(dòng)電阻R1～Rn，其中，第n個(gè)驅(qū)動(dòng)電阻連接在第n個(gè)正激變壓器的原邊非同名端和第n個(gè)開(kāi)關(guān)元件的控制端之間。在其他實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)電阻R1～Rn可以用導(dǎo)線替換，即驅(qū)動(dòng)電阻R1～Rn的阻值為0。

開(kāi)關(guān)元件Q1～Qn為MOS管或IGBT管。本實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)元件Q1～Qn為N-MOS管，所述開(kāi)關(guān)元件Q1～Qn的控制極為N-MOS管的柵極，且第n個(gè)N-MOS管的源極接第n個(gè)正激變壓器的原邊同名端，漏極接第n+1個(gè)正激變壓器的原邊非同名端。

在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)元件為N-MOS管時(shí)，第2k+1個(gè)(可以理解為第奇數(shù)個(gè))正激變壓器的副邊非同名端接入第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRA，第2k個(gè)(可以理解為第偶數(shù)個(gè))正激變壓器的副邊非同名端接入第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRB，所述第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRA和所述第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRB相位相差180°，且占空比滿足：0＜D＜50％。

在其他實(shí)施方式中，開(kāi)關(guān)元件Q1～Qn不限于N型MOSFET，也可以用其他形式的開(kāi)關(guān)元件代替。

特別的第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRA和所述第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRB是兩個(gè)具有強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電流能力的，且電壓及占空比連續(xù)可調(diào)的高頻PWM驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。其信號(hào)特點(diǎn)是：高電平電壓是Vcc，低電平電壓是0V(即等于功率地GND)，電流可雙向流動(dòng)，另外還具有高阻態(tài)輸出特性。

其占空比D與電壓Vcc、能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)10電壓V_{BAT_AVG}之間具有如下關(guān)系：V_{BAT_AVG}＝Vcc*D，也可表述為：Vcc＝V_{BAT_AVG}/D。其中，穩(wěn)態(tài)時(shí)能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)10電壓V_{BAT_AVG}是電池組BT1～BTn的電池單元的電壓平均值。如此，控制系統(tǒng)可通過(guò)調(diào)節(jié)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓值Vcc或占空比D，給該n個(gè)電池單元BT1～BTn進(jìn)行均衡充電或均衡放電；也可根據(jù)V_{BAT_AVG}判斷電池組的荷電狀態(tài)。

當(dāng)實(shí)際電壓Vcc≥V_{BAT_AVG}/D時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)從PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vcc給整個(gè)電池組均衡充電；而當(dāng)實(shí)際電壓Vcc≤_{VBAT_AVG}/D時(shí)，又可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)電池組通過(guò)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vcc均衡放電。通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)工作電壓Vcc以及/或者PWM的占空比D，還可以實(shí)現(xiàn)電池組的隔離充放電維護(hù)。應(yīng)當(dāng)注意，為了保證變壓器原邊具有足夠的電壓驅(qū)動(dòng)能力驅(qū)動(dòng)N-MOS開(kāi)關(guān)管Q1～Qn，應(yīng)當(dāng)滿足如下關(guān)系：Vcc-V_{BAT_AVG}>V_th，其中V_th是N-MOS開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通閥值。

請(qǐng)參閱圖3、圖4和圖5，本發(fā)明還提供了一種電池組主動(dòng)均衡方法，基于上述的電池組主動(dòng)均衡電路，其所述方法包括：

步驟S110，控制所有奇數(shù)編號(hào)開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，使與其相應(yīng)的電池單元相互間通過(guò)變壓器并聯(lián)，并與所述能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)10并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)電池電壓均衡；

步驟S120，關(guān)閉所有開(kāi)關(guān)元件，進(jìn)入死區(qū)時(shí)間；

步驟S130，控制所有偶數(shù)編號(hào)開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，使與其相應(yīng)的電池單元相互間通過(guò)變壓器并聯(lián)，并與所述能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)10并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)電池電壓均衡；

步驟S140，關(guān)閉所有開(kāi)關(guān)元件，進(jìn)入死區(qū)時(shí)間。

其中，上述步驟在一個(gè)PWM周期內(nèi)完成，使各個(gè)所述電池單元相互間利用變壓器及能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)10實(shí)現(xiàn)電壓均衡。

以下分別以兩節(jié)串聯(lián)電池組和四節(jié)串聯(lián)電池組的電壓均衡為例，詳細(xì)介紹本方案的主動(dòng)電壓均衡原理及其工作過(guò)程。圖4是兩節(jié)串聯(lián)電池組的主動(dòng)電壓均衡過(guò)程示意圖，主要用于說(shuō)明奇數(shù)編號(hào)與偶數(shù)編號(hào)電池單元之間通過(guò)能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)而實(shí)現(xiàn)的電壓均衡過(guò)程。其工作過(guò)程分為以下四個(gè)階段：

階段1：第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRA輸出高電平Vcc，作用時(shí)間為D*Ts，其中Ts是PWM的開(kāi)關(guān)周期；第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRB仍保持低電平。此時(shí)有電壓Vcc-V_{BAT_AVG}作用于正激變壓器T1、T3的副邊繞組，通過(guò)變壓器耦合在其原邊非同名端感應(yīng)出正電壓：Vgs＝Vcc-V_{BAT_AVG}>V_th，開(kāi)通N-MOS開(kāi)關(guān)管Q1。由于此時(shí)第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRB仍保持低電平，電容CAP的V_{BAT_AVG}電壓仍繼續(xù)作用在正激變壓器T2的副邊繞組，N-MOS開(kāi)關(guān)管Q1開(kāi)通后電池單元BT1直接與變壓器T2原邊繞組并聯(lián)，在正激變壓器T2的耦合作用下，副邊繞組的電壓等于原邊繞組的電壓，這樣，電容CAP與電池單元BT1通過(guò)能量雙向可逆正激變壓器T2間接并聯(lián)而實(shí)現(xiàn)了能量的雙向轉(zhuǎn)移；當(dāng)V_{BAT_AVG}電壓高于V_BT1時(shí)，電容CAP給電池單元BT1充電；當(dāng)V_{BAT_AVG}電壓低于V_BT1時(shí)，電池單元BT1給電容CAP充電。穩(wěn)態(tài)的電壓關(guān)系如下：V_{BAT_AVG}＝V_BT1。該過(guò)程開(kāi)關(guān)管Q2繼續(xù)保持關(guān)閉狀態(tài)。

階段2：第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRA輸出低電平0V，第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRB繼續(xù)保持輸出低電平0V。該階段電容CAP的V_{BAT_AVG}電壓作用在變壓器T1～T3的副邊繞組，通過(guò)變壓器耦合在其原邊非同名端感應(yīng)出負(fù)電壓Vgs＝-V_{BAT_AVG}，分別關(guān)閉N-MOS開(kāi)關(guān)管Q1、Q2，其中第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)變壓器T3輸出電壓不驅(qū)動(dòng)任何開(kāi)關(guān)管。

階段3：第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRA繼續(xù)保持低電平，第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRB輸出高電平Vcc，作用時(shí)間為D*Ts，其中Ts是PWM的開(kāi)關(guān)周期。與階段1類似，此階段有電壓Vcc-V_{BAT_AVG}作用于變壓器T2的副邊繞組，通過(guò)變壓器耦合在其原邊非同名端感應(yīng)出正電壓：Vgs＝Vcc-V_{BAT_AVG}>V_th，開(kāi)通N-MOS開(kāi)關(guān)管Q2。由于此時(shí)第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRA仍保持低電平，電容CAP的V_{BAT_AVG}電壓仍繼續(xù)作用在變壓器T1、T3的副邊繞組，N-MOS開(kāi)關(guān)管Q2開(kāi)通后電池單元BT2直接與變壓器T3原邊繞組并聯(lián)，在正激變壓器T3的耦合作用下，副邊繞組的電壓等于原邊繞組的電壓，這樣，電容CAP與電池單元BT2通過(guò)能量雙向可逆正激變壓器T3間接并聯(lián)而實(shí)現(xiàn)了能量的雙向轉(zhuǎn)移；當(dāng)V_{BAT_AVG}電壓高于V_BT2時(shí)，電容CAP給電池單元BT2充電；當(dāng)V_{BAT_AVG}電壓低于V_BT2時(shí)，電池單元BT2給電容CAP充電。穩(wěn)態(tài)的電壓關(guān)系如下：V_{BAT_AVG}＝V_BT2。該過(guò)程開(kāi)關(guān)管Q1繼續(xù)保持關(guān)閉狀態(tài)。

階段4：第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRA和第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRB都輸出低電平0V。此時(shí)電容CAP的V_{BAT_AVG}電壓作用在變壓器T1～T3的副邊繞組，通過(guò)變壓器耦合在其原邊非同名端感應(yīng)出負(fù)電壓Vgs＝-V_{BAT_AVG}，分別關(guān)閉N-MOS開(kāi)關(guān)管Q1、Q2，其中變壓器T3輸出電壓不驅(qū)動(dòng)任何開(kāi)關(guān)管。

經(jīng)過(guò)上述四個(gè)階段，實(shí)現(xiàn)了能量在電池單元BT1、電容CAP、電池單元BT2之間的雙向轉(zhuǎn)移，穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：V_BT1＝V_{BAT_AVG}＝V_BT2，即實(shí)現(xiàn)了兩節(jié)串聯(lián)電池之間的電壓均衡。同時(shí)，也證明了電容CAP的穩(wěn)態(tài)電壓V_{BAT_AVG}代表了電池組各個(gè)單體電池電壓的平均值，通過(guò)測(cè)量穩(wěn)態(tài)的V_{BAT_AVG}，可獲知整個(gè)電池組的荷電狀態(tài)。

此外，根據(jù)變壓器勵(lì)磁電感的伏秒平衡關(guān)系，有如下方程成立：

(Vcc-V_{BAT_AVG})*D*Ts＝V_{BAT_AVG}*(1-D)*Ts

整理后可得：Vcc*D＝V_{BAT_AVG}

該方程表明了驅(qū)動(dòng)電壓Vcc、驅(qū)動(dòng)占空比D、以及電容電壓V_{BAT_AVG}之間具有明確的數(shù)學(xué)關(guān)系，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)能量雙向可逆的BUCK控制電路：

當(dāng)實(shí)際的驅(qū)動(dòng)供電電壓Vcc≥V_{BAT_AVG}/D時(shí)，能量將從Vcc經(jīng)過(guò)變壓器的勵(lì)磁電感轉(zhuǎn)移到電容CAP上以保持等式的成立，電容CAP的電壓V_{BAT_AVG}將有上升的趨勢(shì)。由于電容CAP的能量又可以轉(zhuǎn)移到電池組的各個(gè)電池單元BT1～BTn上以保持V_{BAT_AVG}與各個(gè)電池單元的電壓相等，當(dāng)電壓V_{BAT_AVG}上升時(shí)，電池組BT1～BTn將被均衡充電。通過(guò)調(diào)節(jié)Vcc電壓和/或者驅(qū)動(dòng)占空比D，就可以實(shí)現(xiàn)從Vcc給各個(gè)電池單元BT1～BTn均衡充電。

當(dāng)實(shí)際的驅(qū)動(dòng)供電電壓Vcc≤V_{BAT_AVG}/D時(shí)，能量將從電容CAP經(jīng)過(guò)變壓器的勵(lì)磁電感轉(zhuǎn)移到驅(qū)動(dòng)工作電壓Vcc上以保持等式的成立，此時(shí)電容CAP的電壓V_{BAT_AVG}將有下降的趨勢(shì)。由于電池組各個(gè)電池單元BT1～BTn的能量又可以轉(zhuǎn)移到電容CAP上以保持V_{BAT_AVG}與各個(gè)電池單元的電壓相等，當(dāng)電壓V_{BAT_AVG}下降時(shí)，電池單元BT1～BTn將被均衡放電。通過(guò)控制Vcc對(duì)外部放電，可以實(shí)現(xiàn)電池組各個(gè)電池單元的均衡放電。即通過(guò)調(diào)節(jié)Vcc電壓和/或者驅(qū)動(dòng)占空比D，還可以實(shí)現(xiàn)從Vcc給各個(gè)電池單元BT1～BTn均衡放電。

更進(jìn)一步的，圖5是四節(jié)串聯(lián)電池組的主動(dòng)電壓均衡過(guò)程示意圖，主要用于說(shuō)明所有奇數(shù)編號(hào)的電池單元之間，以及所有偶數(shù)編號(hào)的電池單元之間，通過(guò)正激變壓器的耦合并聯(lián)作用而實(shí)現(xiàn)的電壓均衡過(guò)程。其工作過(guò)程也分為以下四個(gè)階段：

階段1：第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRA輸出高電平Vcc，作用時(shí)間為D*Ts，其中Ts是PWM的開(kāi)關(guān)周期；第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRB仍保持低電平。此時(shí)有電壓Vcc-V_{BAT_AVG}作用于所有編號(hào)為奇數(shù)的變壓器T1、T3、T5的副邊繞組，通過(guò)變壓器耦合在其原邊非同名端感應(yīng)出正電壓：Vgs＝Vcc-V_{BAT_AVG}>V_th，開(kāi)通所有編號(hào)為奇數(shù)的N-MOS開(kāi)關(guān)管Q1、Q3。由于此時(shí)第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRB仍保持低電平0V，電容CAP的V_{BAT_AVG}電壓仍繼續(xù)作用在所有編號(hào)為偶數(shù)的變壓器T2、T4的副邊繞組，當(dāng)所有編號(hào)為奇數(shù)的開(kāi)關(guān)管Q1、Q3開(kāi)通后，所有編號(hào)為奇數(shù)的電池BT1、BT3就直接與所有編號(hào)為偶數(shù)的變壓器T2、T4的原邊繞組一一并聯(lián)，在正激變壓器的耦合作用下，其副邊繞組的電壓等于原邊繞組的電壓。這樣，通過(guò)所有編號(hào)為偶數(shù)的正激變壓器T2、T4的耦合作用，所有編號(hào)為奇數(shù)的電池單體BT1、BT3以及電容CAP間接地并聯(lián)在一起，通過(guò)能量雙向可逆正激變壓器實(shí)現(xiàn)了能量的雙向轉(zhuǎn)移——高壓?jiǎn)卧o低壓?jiǎn)卧潆?，電路并行工作，高壓?jiǎn)卧妷合陆刀蛪簡(jiǎn)卧妷荷仙?。穩(wěn)態(tài)的電壓關(guān)系如下：V_{BAT_AVG}＝V_BT2k+1，2k+1≤n，k為自然數(shù)。在該過(guò)程所有編號(hào)為偶數(shù)的開(kāi)關(guān)管Q2、Q4繼續(xù)保持關(guān)閉狀態(tài)。

階段2：第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRA輸出低電平0V，第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRB繼續(xù)保持輸出低電平0V。該階段電容CAP的V_{BAT_AVG}電壓作用在變壓器T1～T5的副邊繞組，通過(guò)變壓器耦合在其原邊非同名端感應(yīng)出負(fù)電壓Vgs＝-V_{BAT_AVG}，關(guān)閉所有的N-MOS開(kāi)關(guān)管Q1～Q4，其中變壓器T5輸出電壓不驅(qū)動(dòng)任何開(kāi)關(guān)管。

階段3：第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRA繼續(xù)保持低電平，第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRB輸出高電平Vcc，作用時(shí)間為D*Ts，其中Ts是PWM的開(kāi)關(guān)周期。與階段1類似，此階段有電壓Vcc-V_{BAT_AVG}作用于所有編號(hào)為偶數(shù)的變壓器T2、T4的副邊繞組，通過(guò)變壓器耦合在其原邊非同名端感應(yīng)出正電壓：Vgs＝Vcc-V_{BAT_AVG}>V_th，開(kāi)通所有編號(hào)為偶數(shù)的N-MOS開(kāi)關(guān)管Q2、Q4。由于此時(shí)第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRA仍保持低電平0V，電容CAP的V_{BAT_AVG}電壓仍繼續(xù)作用在所有編號(hào)為奇數(shù)的變壓器T1、T3、T5的副邊繞組，當(dāng)所有編號(hào)為偶數(shù)的開(kāi)關(guān)管Q2、Q4開(kāi)通后，所有編號(hào)為偶數(shù)的電池BT2、BT4直接與所有編號(hào)為奇數(shù)的變壓器(T1除外)T3、T5的原邊繞組一一并聯(lián)，在正激變壓器的耦合作用下，其副邊繞組的電壓等于原邊繞組的電壓。這樣，通過(guò)所有編號(hào)為奇數(shù)的正激變壓器(T1除外)的耦合作用，所有編號(hào)為偶數(shù)的電池單體BT2、BT4以及電容CAP間接并聯(lián)在一起，通過(guò)能量雙向可逆正激變壓器實(shí)現(xiàn)了能量的雙向轉(zhuǎn)移——高壓?jiǎn)卧o低壓?jiǎn)卧潆?，電路并行工作，高壓?jiǎn)卧妷合陆刀蛪簡(jiǎn)卧妷荷仙７€(wěn)態(tài)的電壓關(guān)系如下：V_{BAT_AVG}＝V_BT2k。在該過(guò)程所有編號(hào)為奇數(shù)的開(kāi)關(guān)管Q1、Q3繼續(xù)保持關(guān)閉狀態(tài)。

階段4：第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRA、第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRB都輸出低電平0V。此時(shí)電容CAP的V_{BAT_AVG}電壓作用在T1～T5變壓器的副邊繞組，通過(guò)變壓器耦合在其原邊非同名端感應(yīng)出負(fù)電壓Vgs＝-V_{BAT_AVG}，關(guān)閉所有的N-MOS開(kāi)關(guān)管Q1～Q4，其中變壓器T5輸出電壓不驅(qū)動(dòng)任何開(kāi)關(guān)管。

經(jīng)過(guò)上述四個(gè)階段，實(shí)現(xiàn)了能量在所有電池單元BT1～BTn以及電容CAP之間的雙向轉(zhuǎn)移，其穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：V_BT2k+1＝V_{BAT_AVG}＝V_BT2k，即實(shí)現(xiàn)了多節(jié)串聯(lián)電池之間的電壓均衡。同時(shí)，也證明了電容CAP的穩(wěn)態(tài)電壓V_{BAT_AVG}代表了電池組單體電池電壓的平均值，通過(guò)測(cè)量穩(wěn)態(tài)的V_{BAT_AVG}，可獲知整個(gè)電池組的荷電狀態(tài)。

同樣的，對(duì)于多節(jié)串聯(lián)電池組，驅(qū)動(dòng)供電電壓Vcc、驅(qū)動(dòng)占空比D、以及電容電壓V_{BAT_AVG}之間的關(guān)系Vcc*D＝V_{BAT_AVG}仍成立。通過(guò)調(diào)節(jié)Vcc電壓和/或者驅(qū)動(dòng)占空比D，可以實(shí)現(xiàn)從Vcc給各個(gè)電池單元BT1～BTn均衡充電或者均衡放電，以此實(shí)現(xiàn)電池組的在線維護(hù)。也可以通過(guò)直接給電容CAP充電或者放電的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電池組BT1～BTn的在線維護(hù)。

可以看出，由于采用了MOS管同步整流變壓器自驅(qū)動(dòng)的技術(shù)，本方案不但大大簡(jiǎn)化了MOS開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)控制的線路，節(jié)省了成本；也大大降低了均衡線路自身的損耗，提高了電池組的能源利用率。

另外，通過(guò)正激變壓器的電壓驅(qū)動(dòng)及能量耦合作用，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)了所有奇數(shù)編號(hào)的電池單元和能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)的間接并聯(lián)而均衡了相互間的電壓；也實(shí)現(xiàn)了所有偶數(shù)編號(hào)的電池單元和能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)的間接并聯(lián)而均衡了相互間的電壓。從而本方案實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)并行的主動(dòng)均衡所有電池單元及能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)的電壓，實(shí)現(xiàn)了快速省時(shí)的高效主動(dòng)電壓均衡，縮短了電壓均衡的時(shí)間，提高了均衡的工作效率。

由于采用了分立的正激變壓器以及分立的N-MOS開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式電壓均衡，電池串聯(lián)數(shù)量可以靈活變化，不受限制。

本方案還可以實(shí)現(xiàn)在電池組的充電過(guò)程、放電過(guò)程以及靜態(tài)過(guò)程的全工作范圍內(nèi)的主動(dòng)電壓均衡，延長(zhǎng)電池組的使用壽命。同時(shí)，被均衡的對(duì)象也不僅僅限制于電池組，也可以實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器組的電壓均衡。

總之本方案，以較低的成本和較簡(jiǎn)單的控制方法，實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)數(shù)量沒(méi)有限制的電池組的主動(dòng)式電壓均衡，具有均衡線路損耗低、均衡效率高、均衡速度快、均衡可靠性高等特點(diǎn)，不管電池組是處于充電、放電還是靜態(tài)過(guò)程，都可以不間斷的實(shí)現(xiàn)主動(dòng)電壓均衡，延長(zhǎng)電池組的使用壽命。本方案還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)串聯(lián)超級(jí)電容器組的電壓均衡。

本方案實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式電壓均衡，避免電池單體過(guò)充/過(guò)放電，延長(zhǎng)電池組使用壽命。采用MOS同步整流技術(shù)降低均衡線路的功率損耗，節(jié)省電池組能量，提高電池組能源利用率。采用變壓器繞組自驅(qū)動(dòng)技術(shù)，簡(jiǎn)化MOS管驅(qū)動(dòng)控制線路，降低成本，提高可靠性。采用并行工作原理，電壓均衡過(guò)程快速省時(shí)，節(jié)省時(shí)間，提高工作效率。采用分立器件實(shí)現(xiàn)多節(jié)串聯(lián)電池組的電壓均衡，電池串聯(lián)數(shù)量可以靈活變化，不受限制?？梢詫?shí)現(xiàn)在電池組充電過(guò)程、放電過(guò)程以及靜態(tài)過(guò)程的全工作范圍的電壓均衡?？梢詫?shí)現(xiàn)均衡過(guò)程的電氣隔離，高壓電池組維護(hù)更安全。

上述電池組主動(dòng)均衡電路采用變壓器繞組自驅(qū)動(dòng)技術(shù)，簡(jiǎn)化開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)控制線路，降低成本，提高可靠性；采用并行工作原理，電壓均衡過(guò)程快速省時(shí)，以較低的成本和較簡(jiǎn)單的控制方法，實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)數(shù)量沒(méi)有限制的電池組的主動(dòng)式電壓均衡，具有均衡線路損耗低、均衡效率高、均衡速度快、均衡可靠性高等特點(diǎn)，不管電池組是處于充電、放電還是靜態(tài)過(guò)程，都可以不間斷的實(shí)現(xiàn)主動(dòng)電壓均衡，延長(zhǎng)電池組的使用壽命。本方案還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)串聯(lián)超級(jí)電容器組的電壓均衡。

節(jié)省時(shí)間，提高工作效率；采用分立器件實(shí)現(xiàn)多節(jié)串聯(lián)電池組的電壓均衡，電池串聯(lián)數(shù)量可以靈活變化，不受限制；可以實(shí)現(xiàn)在電池組充電過(guò)程、放電過(guò)程以及靜態(tài)過(guò)程的全工作范圍的電壓均衡；可以實(shí)現(xiàn)均衡過(guò)程的電氣隔離，高壓電池組維護(hù)更安全。主動(dòng)式電壓均衡，避免電池單元過(guò)充/過(guò)放電，延長(zhǎng)電池組使用壽命；采用開(kāi)關(guān)元件同步整流技術(shù)降低均衡線路的功率損耗，節(jié)省電池組能量，提高電池組能源利用率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。