层电池模块1、第二底层电池模块2、第一单体电池I或第二单体电池2相连的均衡子单元，第一输出端a与对应的底层电池模块或单体电池的正极相连，第五输出端e与对应的底层电池模块或单体电池的负极相连。第四输出端d接第四底层电池模块4或B4的负极。与第三底层电池模块3、第四底层电池模块4、单体电池3或单体电池4相连的均衡子单元，第五输出端e与对应的底层电池模块或单体电池的正极相连，第四输出端d与对应的底层电池模块或单体电池的负极相连。第一输出端a接第一底层电池模块I或BI的正极。
[0025]均衡子单元的工作原理如下。
[0026]在充电过程中，若BI (或B2)的电压高于相应底层电池模块中的所有单体，为了防止过充电，在一个开关周期内，先使BI (或B2)对应的均衡子单元中的Sla (或S2a)导通，此时电流流过单体电池BI (或B2)、Sla (或S2a)和储能电感LI (或L2)，电感开始储能。Sla (或S2a)导通一定时间后使其关断，此时电流通过Slb (或S2b)的续流二极管释放能量给B3和B4。若B3(或B4)的电压高于相应底层电池模块中的所有单体，为了防止过充电，在一个开关周期内，先使B3 (或B4)对应的均衡子单元中的S3b (或S4b)导通，此时电流流过单体电池B3 (或B4)、S3b (或S4b)和储能电感L3 (或L4)，电感开始储能。S3b (或S4b)导通一定时间后使其关断，此时电流通过S3a (或S4a)的续流二极管释放能量给BI和B2o
[0027]在放电过程中，若BI (或B2)的电压低于相应底层电池模块中的所有单体，为了防止过放电，在一个开关周期内，先使BI (或B2)对应的均衡子单元中的Slb (或S2b)导通，此时电流流过单体电池B2、B3、B4 (或B3、B4)，Slb (或S2b)和储能电感LI (或L2)，电感开始储能。Slb (或S2b)导通一定时间后使其关断，此时电流通过Sla (或S2a)的续流二极管释放能量给BI (或B2)。若B3(或B4)的电压低于相应底层电池模块中的所有单体，为了防止过放电，在一个开关周期内，先使B3 (或B4)对应的均衡子单元中的S3a (或S4a)导通，此时电流流过单体电池B1、B2 (或Bl、B2、B3)、Slb (或S2b)和储能电感L3 (或L4)，电感开始储能。S3a (或S4a)导通一定时间后使其关断，此时电流通过S3b (或S4b)的续流二极管释放能量给B3 (或B4)。
[0028]当底层电池模块内的所有单体电池实现动态均衡后，由底层电池模块控制电路传递信号给电池组主控制电路，由电池组主控制电路输出控制信号，实现各底层电池模块之间的动态均衡，工作过程同单体电池之间的动态均衡。
[0029]图3是底层电池模块均衡电路结构图，其由单体电池(B1、B2、B3、B4)、底层电池模块控制电路、和均衡子单元组成。四个单体电池串联连接，每个单体电池均与一个均衡子单元相连接。均衡子单元中MOSFET的通断由底层电池模块控制电路控制。
[0030]图4是充电过程中均衡子单元的工作过程原理图。在充电过程中，若BI两端的电压高于其他单体，为了防止BI过充电，在一个开关周期内，使BI对应的均衡子电路中的S Ia导通，则电流iu流过Sla、储能电感LI以及BI，电感LI开始储能。Sla导通一定时间后使其关断，此时电流流过Slb的续流二极管、LI及B2、B3、B4，电感LI释放能量给B2、B3、B4，实现能量从BI到B2、B3、B4的转移。
[0031]图5是放电过程中均衡子单元的工作过程原理图。在放电过程中，若BI两端的电压低于其他单体，为了避免BI过放电，在一个开关周期内，使BI对应的均衡子电路中的Slb导通，则电流流过Slb、储能电感LI以及B2、B3、B4，B2、B3、B4放电为L3储存能量；Slb开通一定时间后使其关断，此时电流流过Sla的续流二极管、LI及BI，电感LI释放能量至BI，实现了能量从B2、B3、B4到BI的转移。
【主权项】
1.一种分层电池组均衡电路，其特征在于:包括电池组、底层电池模块控制电路、电池组主控制电路和均衡子单元；电池组包括多个串联的底层电池模块，每个底层电池模块均各自连接一个底层电池模块控制电路，相邻底层电池模块之间的公共连接点均与一个均衡子单元连接，且多个底层电池模块串联形成的电池组的中间点连接有两个均衡子单元；所有均衡子单元均与电池组主控制电路连接； 通过电池组主控制电路输出控制信号，分配底层电池模块控制电路与均衡子单元的工作时间顺序，使得各底层电池模块之间与底层电池模块内的各单体电池之间实现充放电过程中的动态双向无损均衡。2.根据权利要求1所述的分层电池组均衡电路，其特征在于:电池组由第一底层电池模块、第二底层电池模块、第三底层电池模块和第四底层电池模块串联组成，各底层电池模块均由四个单体电池(B1、B2、B3和B4)串联组成，每个底层电池模块和单体电池均各自与一个均衡子单元相连接，第一底层电池模块的正极接电源VCC，第四底层电池模块的负极接地 GND ο3.根据权利要求1所述的分层电池组均衡电路，其特征在于每个均衡子单元由两个带续流二极管的MOSFET以及储能电感构成，两个带续流二极管的MOSFET为括上桥臂MOSFET(Qa)和下桥臂MOSFET (Qb)，上桥臂MOSFET (Qa)的源极与下桥臂MOSFET (Qb)的漏极均和储能电感的一端相连；上桥臂MOSFET (Qa)的漏极作为第一输出端(a)，上桥臂MOSFET (Qa)的栅极作为第二输出端(b)，下桥臂MOSFET (Qb)的栅极作为第三输出端(C)，下桥臂MOSFET(Qb)的源极作为第四输出端(d)，储能电感另一端作为第五输出端(e);相邻单体电池之间的连接公共点与一个均衡子单元的第五输出端(e)连接，四个单体电池串联后的中间点连接两个均衡子单元的第五输出端(e);与单体电池连接的均衡子单元中MOSFET的通断由底层电池模块控制电路控制；与底层电池模块连接的均衡子单元中MOSFET的通断由电池组主控制电路控制。4.根据权利要求3所述的分层电池组均衡电路，其特征在于与第一底层电池模块及第二底层电池模块或底层电池模块中第一单体电池或第二单体电池相连的均衡子单元中，第一输出端(a)与对应的底层电池模块或单体电池的正极相连，第五输出端(e)与对应的底层电池模块或单体电池的负极相连；第四输出端(d)接第四底层电池模块或底层电池模块的第四单体电池(B4)的负极；与第三底层电池模块、第四底层电池模块、底层电池模块的第三单体电池或第四单体电池相连的均衡子单元，第五输出端(e)与对应的底层电池模块或单体电池的正极相连，第四输出端(d)与对应的底层电池模块或单体电池的负极相连；第一输出端(a)接第一底层电池模块或第一单体电池(BI)的正极。5.根据权利要求1所述的分层电池组均衡电路，其特征在于，所述电池组由锂离子电池、锂聚合物电池、铅酸电池、镍氢电池或镍镉电池组成。
【专利摘要】本实用新型公开了一种分层电池组均衡电路，包括底层电池模块控制电路、电池组主控制电路和均衡子单元。底层电池模块控制电路分别控制相应的底层电池模块，使得底层电池模块内的电池单体实现充放电过程中的动态均衡。电池组主控制电路通过输出相应的控制信号给均衡子单元，通过均衡子单元实现串联电池组中的各底层电池模块之间的电量均衡。本实用新型通过底层电池模块控制电路和电池组主控制电路的相互分工协作，可以实现电池组充放电过程中各单体电池的电量动态均衡，使得电池组摆脱短板效应，提高电池组的容量利用率，延长电池组的循环与使用寿命，降低系统的运行与维护成本。本实用新型可以应用于混合\纯电动汽车、微型电动车或蓄能装置中。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN204947675
【申请号】CN201520714717
【发明人】康龙云, 郭向伟, 李文彪, 姚远, 陈凌宇
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月15日