专利名称：二次电池组充放电动态回馈均衡装置及方法
技术领域：
本发明涉及二次电池组充放电设备，特别是一种二次电池组充放电动态回馈均衡 装置及方法，可用于例如动力锂离子电池组内各单体电池之间的电压均衡，实现电池组容 量的最大利用，延长整个电池组的使用寿命。
背景技术：
二次电池如今被广泛应用，其中，锂离子电池能量密度高，平均输出电压大，自放 电率低，无记忆效应，充电效率高，工作温度范围宽，使用寿命长，是一种无污染的绿色电 池。锂离子电池也存在着一些不足之处，比如成本较高，必须有保护电路来防止过充电和过 放电，与普通电池的相容性较差。单体电池电压相对镍镉电池等有了很大提高，但仍处于较 低水准，只有通过锂离子电池串联形成电池组，才能满足笔记本电脑、医疗设备和测试仪器 等对电压和功率的要求。由于电池内部特性的差异以及循环使用次数和工作温度的差别，在充放电过程中 锂离子电池组内部各单体电池之间存在荷电状态的不平衡，单体电池的容量、电压也会出 现差异。为避免过充电，保护电路在容量小的电池充满后会断开充电电路停止充电，整个电 池组的容量得不到最大利用；为避免过放电，保护电路在容量小的电池放电完毕后会断开 放电电路避免过放电，电池组容量也不能得到最大程度的利用。在不均衡的情况下，电池组 可以利用的能量受到容量最小的锂离子单体电池的制约，成本随之提高。另外，没有均衡电 路的控制，容量小的电池始终处于足充足放的状态，容量大的电池处于浅充浅放状态，状态 的差异对锂离子单体电池之间的寿命差异形成正反馈，容量小的电池寿命缩短，从而造成 电池组的使用寿命大大减小。按功能特点均衡方案可分为静态均衡和动态均衡。静态均衡包括充电和放电均 衡。充电均衡在充电过程中后期，单体电压达到或超过截止电压时，均衡电路才开始工作， 限制单体电压保持在充电截止电压以下。放电均衡在电池组放电时，限制单体电压不低于 放电终止电压。充电均衡防止过充电，但过放电的可能性增大；放电均衡防止过放电，但过 充电的可能性增大。动态均衡实时对锂离子电池组进行均衡，通过能量转换实现电池组中 单体电池电压的平衡，保持相近的荷电状态，保持单体间的充放电深度趋于相同，延长整个 锂离子电池组的循环使用寿命。均衡又可分为能耗型和回馈型。能耗型指各单体电池存在并联支路，在电流支路 中添加可控电阻来实现单体间的电压均衡。回馈型通过能量变换器将单体电池间的能量差 反馈到电池组或单体。能耗型均衡使系统可靠性降低，消耗能源。回馈型可用电容和电感 来实现电量转移。用电容传递电量，受限于电容容量和锂离子电池组内单体电池之间电压 的差异，单次转移电量非常小，均衡效率较低。用电感均衡时，电量转移效率较高，但难以实 现非相邻单体电池间的直接均衡。回馈型中，还有将多输出变压器应用于均衡电路的方案， 其中在每节电池单体两端分别固定并联一个变压器输出端口来实现均衡，将最高电压单体 的能量平均传递给电池组中的所有电池单体，均衡效率很高，速度很快，但这种方案下次级绕组很难匹配，不易于模块化，实际应用困难。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种新的动态回馈型均衡装 置和方法，均衡效率高且应用简便。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案
一种二次电池组充放电动态回馈均衡装置，包括单体电池电压检测模块、单输出的变 压器、开关阵列、驱动模块和主控模块，所述单体电池电压检测模块用于检测电池组中各单 体电池电压，所述变压器通过所述开关阵列耦合到各单体电池的两端，所述开关阵列配置 成可将各单体电池任择其一连通至所述变压器的原线圈或副线圈；所述主控模块根据所述 单体电压检测模块的反馈，通过所述驱动模块控制所述开关阵列中相应开关元件通断，使 得当单体电池之间的最大压差在预设压差阈值以上时，最高压的单体电池向变压器原线圈 转移能量和变压器副线圈向最低压的单体电池传递能量。优选地，所述开关阵列包括第一阵级和第二阵级，所述第一阵级包括分别一对一 地配置在各单体电池两端的多个开关管，接同一单体电池两端的开关管同时驱动，所述第 二阵级包括控制各单体电池任意时刻仅连通到所述变压器的原线圈或所述变压器的副线 圈的多个开关管。优选地，所述第二阵级的多个开关管包括采用第一原边输入开关管、第一原边输 出开关管、第二原边输入开关管、第二原边输出开关管、第一副边输入开关管、第一副边输 出开关管、第二副边输入开关管和第二副边输出开关管；
按照单体电池的串联位置依序定义奇数位单体电池或偶数位单体电池， 所述第一原边输入开关管串联在奇数位单体电池的正极端的开关管和所述变压器的 原线圈第一端之间，所述第一原边输出开关管串联在奇数位单体电池的负极端的开关管和 所述变压器的原线圈第二端之间，所述第二原边输入开关管串联在偶数位单体电池的正极 端的开关管和所述变压器的原线圈第一端之间，所述第二原边输出开关管串联在偶数位单 体电池的负极端的开关管和所述变压器的原线圈第二端之间；
所述第一副边输入开关管串联在奇数位单体电池的正极端的开关管和所述变压器的 副线圈第一端之间，所述第一副边输出开关管串联在奇数位单体电池的负极端的开关管和 所述变压器的副线圈第二端之间，所述第二副边输入开关管串联在偶数位单体电池的正极 端的开关管和所述变压器的副线圈第一端之间，所述第二副边输出开关管串联在偶数位单 体电池的负极端的开关管和所述变压器的副线圈第二端之间；
所述第一原边输入、输出开关管同时驱动，所述第二原边输入、输出开关管同时驱动， 所述第一副边输入、输出开关管同时驱动，所述第二副边输入、输出开关管同时驱动。优选地，所述驱动模块包括一级驱动部分和二级驱动部分，所述一级驱动部分包 括一一对应于各单体电池的多个一级驱动电路，所述二级驱动部分包括四个二级驱动电 路，所述一级驱动电路和所述二级驱动电路均具有单输入和双输出，各一级驱动电路的双 输出分别驱动相应单体电池两端的两个开关管，第一个二级驱动电路的双输出分别驱动所 述第一原边输入、输出开关管，第二个二级驱动电路的双输出分别驱动所述第二原边输入、 输出开关管，第三个二级驱动电路的双输出分别驱动所述第一副边输入、输出开关管，第四个二级驱动电路的双输出分别驱动所述第二副边输入、输出开关管。
优选地，还包括变压器储能检测电路和变压器释能检测电路，所述变压器储能检 测电路监测最高压的单体电池向变压器原线圈的能量转移是否结束并通知所述主控模块， 所述变压器释能检测电路监测变压器副线圈向最低压的单体电池的能量转移是否结束并 通知所述主控模块。优选地，所述变压器储能检测电路包括与变压器原线圈串联的第一采样电阻和采 样所述第一采样电阻电压的电压采样电路，所述变压器释能检测电路包括与变压器副线圈 串联的第二采样电阻和采样所述第二采样电阻电压的电压采样电路。优选地，所述变压器为反激式。一种二次电池组充放电动态回馈均衡方法，其特征在于，包括以下步骤
a.检测电池组中各单体电池电压，判断单体电池之间的最大压差是否在预设压 差阈值以上，若是，执行下一步；
b.将最高压的单体电池连通单输出变压器原线圈，使最高压的单体电池向变压器原 线圈转移能量；
c.将最低压的单体电池连通单输出变压器副线圈，使变压器副线圈向最低压的单体 电池转移能量。优选地，所述步骤b中，监测最高压的单体电池向变压器原线圈的能量转移是否 结束，结束时执行所述步骤C。一种使用前述的一种二次电池组充放电动态回馈均衡装置的二次电池组充放电 动态回馈方法，包括以下步骤
al.检测电池组中各单体电池电压，判断单体电池之间的最大压差是否在预设压差 阈值以上，若是，执行下一步；
bl.判断最高压和最低压的单体电池是奇数位单体电池还是偶数位单体电池；对于 奇数位的最高压的单体电池，开通所述第一原边输入开关管和所述第一原边输出开关管， 对于偶数位的最高压的单体电池，开通所述第二原边输入开关管和所述第二原边输出开关 管；开通最高压的单体电池两端的开关管；
Cl.对于奇数位的最低压的单体电池，开通所述第一副边输入开关管和所述第一副边 输出开关管，对于偶数位的最低压的单体电池，开通所述第二副边输入开关管和所述第二 副边输出开关管；开通最低压的单体电池两端的开关管。本发明有益的技术效果是
采用本发明的装置和方法，可以在二次电池组充放电过程中实时检测电池电压，并将 最高压单体电池的能量通过单输出变压器直接传递到最低压单体电池，由于本发明中采用 单输出的变压器，通过开关阵列的智能选通功能，实现最高电压单体的能量只向最低电压 单体传递，均衡更具有针对性，均衡效率更高，均衡速度很快，结构上也更为简单，易于模块 化。
图1为本发明一个优选实施例的二次电池组充放电动态回馈均衡装置的主电路 原理图；图2为本发明一个实施例的驱动电路原理图； 图3为本发明一个实施例的单体电池电压检测电路原理图； 图4为本发明一个实施例的变压器储能\释能检测电路原理图； 图5为本发明一个优选实施例的二次电池组充放电动态回馈均衡方法的流程图。
具体实施例方式以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步的详细说明。本发明的二次电池组充放电动态回馈均衡装置主要包括以下几部分单体电池电 压检测部分、开关阵列、驱动模块部分、能量变换部分即单输出的变压器、以及主控模块。单 体电池电压检测部分用于检测电池组中各单体电池电压；开关阵列中，可以用MOSFET (M0S 管)作为开关元件来控制电池组中各节电池的选通；驱动模块部分用于控制开关阵列，驱动 信号由主控模块提供；能量变换部分用于储存和传递能量；主控模块通过控制驱动模块、 MOSFET阵列和能量变换部分对二次电池组进行均衡控制。本发明将最高压单体电池与最 低压单体电池之间的电压差值作为是否启动均衡的参考，若检测到该电压差值高于一定的 值，则认为二次电池组内部匹配失衡，二次电池组充放电动态回馈均衡装置对电池组进行 均衡。在优选的实施例中，还可以设置变压器储能检测电路和\或释能检测电路，用于 检测最高压单体向变压器原线圈转移能量和\或变压器副线圈向最低压单体传递能量的 状态，以对开关阵列的控制进行优化，进而优化能量转移过程，例如，当检测到最高压的单 体电池向变压器原线圈的能量转移结束时，可以马上关断最高压的单体电池到变压器的通 路，并随即开通变压器到最低压的单体电池的通路。又如，当检测到变压器副线圈向最低压 的单体电池的能量转移结束时，可以马上断开均衡回路。参见图1至图4，一个实施例中，二次电池组充放电动态回馈均衡装置包括单副线 圈的单输出变压器和开关阵列(例如图1所示)、驱动模块(例如图2所示)、单体电压检测模 块(例如图3所示)和主控模块(未图示)，单体电池电压检测模块用于检测电池组中各单体 电池电压，变压器通过开关阵列耦合到各单体电池的两端，开关阵列配置成可将各单体电 池任择其一连通至变压器的原线圈或副线圈；主控模块根据单体电压检测模块的反馈，优 选还根据变压器储能检测电路和\或释能检测电路(例如图4所示)的反馈，通过驱动模块 控制开关阵列中相应开关元件通断，使得当单体电池之间的最大压差在预设压差阈值以上 时，最高压的单体电池向变压器原线圈转移能量和变压器副线圈向最低压的单体电池传递 能量°在一个实施例中，可以为各单体电池分别配置一组开关管，开关阵列包括多组开 关管，每组开关管包括第一、第二原边开关管和第一、第二副边开关管，单体电池的两端分 别通过对应组的第一、第二原边开关管串联变压器的原线圈，且单体电池的两端分别通过 对应组的第一、第二副边开关管串联变压器的副线圈。这种方案的控制方式比较简单，但是 所需开关管较多。参见图1，在更优的实施例中，开关阵列包括第一阵级和第二阵级，第一阵级包括 分别一对一地配置在各单体电池两端的多个开关管Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16、Q17、Q18， 接同一单体电池两端的开关管同时驱动，第二阵级包括控制各单体电池任意时刻仅连通到变压器Tl的原线圈或变压器Tl的原线圈的多个开关管。变压器Tl优选采用反激式变压
O参见图1，更优选地，第二阵级的多个开关管包括第一原边输入开关管QA1、第一 原边输出开关管QA2、第二原边输入开关管QB1、第二原边输出开关管QB2、第一副边输入开 关管QC1、第一副边输出开关管QC2、第二副边输入开关管QDl和第二副边输出开关管QD2， 按照图1中所示的连接方式设置。其中，第一原边输入开关管QAl和第一原边输出开关管 QA2为一组控制奇数位单体电池V1、V3连通所述变压器的原线圈，第二原边输入开关管QBl 和第二原边输出开关管QB2为一组控制偶数位单体电池V2、V4连通所述变压器的原线圈， 第一副边输入开关管QCl和第一副边输出开关管QC2为一组控制奇数位单体电池V1、V3连 通所述变压器的副线圈，第二副边输入开关管QDl和第二副边输出开关管QD2为一组控制 偶数位单体电池V2、V4连通所述变压器的副线圈。这种结构对于两节以上的电池组都能适 用，即不管单体电池数量多大，第二阵列只需设置这四组开关管即可选择导通所有单体电 池，所用器件更少，结构上更为简单。开关阵列各开关管均可采用M0SFET，构成MOSFET阵列。如图1所示的实施例中，二次电池组(如锂离子电池组)具有四个单体电池，将电 池组内的单体电池进行编号，分别为VI、V2、V3、V4。与MOSFET阵列、变压器连接起来，该 MOSFET阵列对单体电池具有选通作用。单片机输出的控制信号通过驱动模块对MOS管进行 控制。图2中的驱动模块可以为TTL型驱动模块，输入信号为单片机输出的PWM信号， 该驱动模块包括电阻R2H6、三极管Q21-Q23、二极管D21-D22、电容C21-C23以及变压器 T21。图2中的端口 1为PWM控制信号输入端口 ；所用的变压器有两个副线圈，图2中的端 口 6和9以及端口 10和11为驱动模块的输出端口。
图1中，同一单体电池Vl两端的MOS管Qll与MOS管Q12由同一个如图2所示的驱动 模块驱动；同样，MOS管Q13与MOS管Q14由同一个驱动模块驱动；MOS管Q15与MOS管Q16 由同一个驱动模块驱动；MOS管Q17与MOS管Q18由同一个驱动模块驱动。图1中，MOS管QAl与MOS管QA2由同一个驱动模块驱动；MOS管QBl与MOS管QB2 由同一个驱动模块驱动；MOS管QCl与QC2由同一个驱动模块驱动；MOS管QDl与MOS管QD2 由同一个驱动模块驱动。以MOS管Qll和MOS管Q12与驱动模块的连接为例，图2中的端口 9接到MOS管 Ql 1的栅极，端口 6接到MOS管Ql 1的源极；图2中的端口 11接到MOS管Q12的栅极，端口 10接到MOS管Q12的源极。其他各组的MOS管连接情况与上述说明完全相同。MOS管Qll 和MOS管Q12由单片机输出的控制信号PWM[1]通过驱动模块来控制；MOS管Q13和MOS管 Q14由单片机输出的控制信号PWM[2]通过驱动模块来控制；MOS管Q15和MOS管Q16由单 片机输出的控制信号PWM[3]通过驱动模块来控制；MOS管Q17和MOS管Q18由单片机输出 的控制信号PWM[4]通过驱动模块来控制；MOS管QAl和MOS管QA2由单片机输出的控制信 号PWMA通过驱动模块进行控制；MOS管QBl和MOS管QB2由单片机输出的控制信号PWMB通 过驱动模块进行控制；MOS管QCl和MOS管QC2由单片机输出的控制信号PWMC通过驱动模 块进行控制；MOS管QDl和MOS管QD2由单片机输出的控制信号PWMD通过驱动模块进行控 制。
图3是优选的单体电池电压检测电路，其采用减法运算电路，包括电感L31-L32、 电阻R31-R34、电容C31以及运算器U3A。图3中端口 6和7为电路的两个输入端口，端口 3 为输出端口。将电路分别并联到锂离子电池组内各单体的正负极两端，端口 6接单体电池 正极，端口 7接单体电池负极，输出端口 3即为各单体电池的电压，将输出端口与单片机的 内置AD相连接。因为锂离子单体电池的电压值在5V以下，不需要通过比例采样即可输入 单片机的内置AD。图3中电感L31、L32和电容C31起到消除毛刺、噪声的作用，使检测的 单体电池电压更为稳定，提高检测精度。图4是优选的变压器储能\释能检测电路，其采用小电阻电压采样电路，包括电阻 R41-R47、电感L41-L42、电容C41-C42、二极管D41以及运算器U41A-U42A。设置小电阻电压 采样电路，检测原副线圈所接小电阻流过电流的状态，可以获取最高压电池向变压器原线 圈和变压器副线圈向最低压电池的能量转移状态。图4中的电阻R41、R42、R43、R44阻值 完全相同，端口 3和4为输入端口，端口 8为输出端口。在图1中的小电阻Rll和R12两端 分别并联小电阻电压采样电路。将图4的端口 3接到图1中小电阻Rll的左端，端口 4接到图1中小电阻Rll的 右端；用另外一个小电阻电压采样电路并联到图1中的小电阻R12两端，端口 3接到R12右 端，端口 4接到R12左端。图4中的端口 5输出的电压为小电阻两端电压。对于图1中的 小电阻R11，因为与原线圈和电池相连接，最高电压不会超过5V，故可将图4中的R45去掉； 对于图1中的小电阻R12，因为和副线圈相连，变压器升压后的电压值较高，可根据变压器 升压比来调节图4中R45与R46的比值，使采样电压处于合理范围之内。将图4中的端口 8与单片机的AD相连接。图4中的电感L41、L42和电容C41起到消除毛刺、噪声的作用， 使检测的小电阻两端电压更为稳定，提高检测精度。在另一方面，本发明还提供一种二次电池组充放电动态回馈均衡方法，包括以下 步骤
a.检测电池组中各单体电池电压，判断单体电池之间的最大压差是否在预设压 差阈值以上，若是，执行下一步；
b.将最高压的单体电池连通单输出变压器原线圈，使最高压的单体电池向变压器原 线圈转移能量；
c.将最低压的单体电池连通单输出变压器副线圈，使变压器副线圈向最低压的单体 电池转移能量。在优选的实施例里，步骤b中，监测最高压的单体电池向变压器原线圈的能量转 移是否结束，结束时执行步骤C。步骤c中还可以监测变压器副线圈向最低压的单体电池的 能量转移是否结束，结束时即完全一次回馈均衡循环过程，可以控制断开单体电池与单输 出变压器的连通。参见图1，使用该实施例的一种二次电池组充放电动态回馈均衡装置的二次电池 组充放电动态回馈方法包括以下步骤
al.检测电池组中各单体电池电压，判断单体电池之间的最大压差是否在预设压差 阈值以上，若是，执行下一步；
bl.判断最高压和最低压的单体电池是奇数位单体电池还是偶数位单体电池；对于奇 数位的最高压的单体电池，开通第一原边输入开关管和第一原边输出开关管，对于偶数位的最高压的单体电池，开通第二原边输入开关管和第二原边输出开关管；开通最高压的单 体电池两端的开关管；
Cl.对于奇数位的最低压的单体电池，开通第一副边输入开关管和第一副边输出开关 管，对于偶数位的最低压的单体电池，开通第二副边输入开关管和第二副边输出开关管；开 通最低压的单体电池两端的开关管。参见图1和图5，从中可以看到优选实施例的整个均衡的控制过程。首先将图1 中所有 MOS 管(Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16、Q17、Q18、QA1、QA2、QB1、 QB2、QCU QC2、QDl和QD2)都处于断开状态，没有驱动信号控制。通过单体电池电压检测 电路和小电阻电压采样电路来采集数据，将采集到的数据输入单片机AD，由单片机对检测 的单体电池电压进行排序，设定最高电池电压用Vm表示，最低电池电压用Vn表示。若最高 电压与最低电压之间的差值高于某个阈值，则开启均衡电路。若低于某个阈值，则不启动均 衡，继续对单体电池电压进行检测和小电阻两端电压进行采样，并对检测到的单体电池电 压排序。Vm为最高电池电压，若m为奇数，则开启PWMA通过驱动模块来驱动MOS管QAl和 MOS管QA2导通；若为偶数，则启动PWMB通过驱动模块来驱动MOS管QBl和MOS管QB2导 通。然后将电池Vm两端MOS管导通，由单片机输出的PWM[m]通过驱动模块来控制电池Vm 两端的MOS管导通。若变压器储能饱和，则电流达到最大值并保持，通过小电阻电压采样电 路采样图1中的小电阻Rll两端电压，达到最大值即证明变压器储能饱和，即刻关闭控制信 号PWM[m]，使电池Vm两端MOS管和接于原线圈两端的MOS管QAl和QA2 (或QBl和QB2)断 开。采用反激式变压器，通过其中的气隙可以储能，升压，在原线圈通路断开瞬间，根据最低 压单体Vn中η的奇偶性来确定开启PWMC还是PWMD，若是奇数，则开启PWMC通过驱动模块 使MOS管QCl和QC2导通；若是偶数，则开启PWMD通过驱动模块来驱动MOS管QDl和QD2 导通，同时开启PWM[n]通过驱动模块使最低压电池Vn两端的MOSFET导通。因为变压器反 激且升压，副线圈可对最低压电池充电，在此过程中，副线圈两端电压逐渐减小，通过连接 在副线圈的小电阻R12可获知能量传递状态，当副线圈两端电压减小到与最低压电池电压 相等时，电流为零，通过小电阻电压采样电路可得到小电阻R12两端电压情况，通过判断其 零点来断开均衡回路。整个过程循环进行，来实现电池组内各单体的电压均衡。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的 保护范围。
权利要求
1.一种二次电池组充放电动态回馈均衡装置，其特征在于，包括单体电池电压检测模 块、单输出的变压器、开关阵列、驱动模块和主控模块，所述单体电池电压检测模块用于检 测电池组中各单体电池电压，所述变压器通过所述开关阵列耦合到各单体电池的两端，所 述开关阵列配置成可将各单体电池任择其一连通至所述变压器的原线圈或副线圈；所述主 控模块根据所述单体电压检测模块的反馈，通过所述驱动模块控制所述开关阵列中相应开 关元件通断，使得当单体电池之间的最大压差在预设压差阈值以上时，最高压的单体电池 向变压器原线圈转移能量和变压器副线圈向最低压的单体电池传递能量。
2.如权利要求1所述的二次电池组充放电动态回馈均衡装置，其特征在于，所述开关 阵列包括第一阵级和第二阵级，所述第一阵级包括分别一对一地配置在各单体电池两端的 多个开关管，接同一单体电池两端的开关管同时驱动，所述第二阵级包括控制各单体电池 任意时刻仅连通到所述变压器的原线圈或所述变压器的副线圈的多个开关管。
3.如权利要求2所述的二次电池组充放电动态回馈均衡装置，其特征在于，所述第二 阵级的多个开关管包括采用第一原边输入开关管、第一原边输出开关管、第二原边输入开 关管、第二原边输出开关管、第一副边输入开关管、第一副边输出开关管、第二副边输入开 关管和第二副边输出开关管；按照单体电池的串联位置依序定义奇数位单体电池或偶数位单体电池，所述第一原边输入开关管串联在奇数位单体电池的正极端的开关管和所述变压器的 原线圈第一端之间，所述第一原边输出开关管串联在奇数位单体电池的负极端的开关管和 所述变压器的原线圈第二端之间，所述第二原边输入开关管串联在偶数位单体电池的正极 端的开关管和所述变压器的原线圈第一端之间，所述第二原边输出开关管串联在偶数位单 体电池的负极端的开关管和所述变压器的原线圈第二端之间；所述第一副边输入开关管串联在奇数位单体电池的正极端的开关管和所述变压器的 副线圈第一端之间，所述第一副边输出开关管串联在奇数位单体电池的负极端的开关管和 所述变压器的副线圈第二端之间，所述第二副边输入开关管串联在偶数位单体电池的正极 端的开关管和所述变压器的副线圈第一端之间，所述第二副边输出开关管串联在偶数位单 体电池的负极端的开关管和所述变压器的副线圈第二端之间；所述第一原边输入、输出开关管同时驱动，所述第二原边输入、输出开关管同时驱动， 所述第一副边输入、输出开关管同时驱动，所述第二副边输入、输出开关管同时驱动。
4.如权利要求3所述的二次电池组充放电动态回馈均衡装置，其特征在于，所述驱动 模块包括一级驱动部分和二级驱动部分，所述一级驱动部分包括一一对应于各单体电池的 多个一级驱动电路，所述二级驱动部分包括四个二级驱动电路，所述一级驱动电路和所述 二级驱动电路均具有单输入和双输出，各一级驱动电路的双输出分别驱动相应单体电池两 端的两个开关管，第一个二级驱动电路的双输出分别驱动所述第一原边输入、输出开关管， 第二个二级驱动电路的双输出分别驱动所述第二原边输入、输出开关管，第三个二级驱动 电路的双输出分别驱动所述第一副边输入、输出开关管，第四个二级驱动电路的双输出分 别驱动所述第二副边输入、输出开关管。
5.如权利要求1-4所述的二次电池组充放电动态回馈均衡装置，其特征在于，还包括 变压器储能检测电路和变压器释能检测电路，所述变压器储能检测电路监测最高压的单体 电池向变压器原线圈的能量转移是否结束并通知所述主控模块，所述变压器释能检测电路监测变压器副线圈向最低压的单体电池的能量转移是否结束并通知所述主控模块。
6.如权利要求5所述的二次电池组充放电动态回馈均衡装置，其特征在于，所述变压 器储能检测电路包括与变压器原线圈串联的第一采样电阻和采样所述第一采样电阻电压 的电压采样电路，所述变压器释能检测电路包括与变压器副线圈串联的第二采样电阻和采 样所述第二采样电阻电压的电压采样电路。
7.如权利要求1-4所述的二次电池组充放电动态回馈均衡装置，其特征在于，所述变 压器为反激式。
8.一种二次电池组充放电动态回馈均衡方法，其特征在于，包括以下步骤a.检测电池组中各单体电池电压，判断单体电池之间的最大压差是否在预设压 差阈值以上，若是，执行下一步；b.将最高压的单体电池连通单输出变压器原线圈，使最高压的单体电池向变压器原 线圈转移能量；c.将最低压的单体电池连通单输出变压器副线圈，使变压器副线圈向最低压的单体 电池转移能量。
9.如权利要求8所述的二次电池组充放电动态回馈均衡方法，其特征在于，所述步骤 b中，监测最高压的单体电池向变压器原线圈的能量转移是否结束，结束时执行所述步骤Co
10.一种使用权利要求3所述的二次电池组充放电动态回馈均衡装置的二次电池组充 放电动态回馈方法，其特征在于，包括以下步骤al.检测电池组中各单体电池电压，判断单体电池之间的最大压差是否在预设压差 阈值以上，若是，执行下一步；bl.判断最高压和最低压的单体电池是奇数位单体电池还是偶数位单体电池；对于 奇数位的最高压的单体电池，开通所述第一原边输入开关管和所述第一原边输出开关管， 对于偶数位的最高压的单体电池，开通所述第二原边输入开关管和所述第二原边输出开关 管；开通最高压的单体电池两端的开关管；Cl.对于奇数位的最低压的单体电池，开通所述第一副边输入开关管和所述第一副边 输出开关管，对于偶数位的最低压的单体电池，开通所述第二副边输入开关管和所述第二 副边输出开关管；开通最低压的单体电池两端的开关管。
全文摘要
本发明公开了一种二次电池组充放电动态回馈均衡装置，包括单体电池电压检测模块、单输出的变压器、开关阵列、驱动模块和主控模块，所述单体电池电压检测模块用于检测电池组中各单体电池电压，所述变压器通过所述开关阵列耦合到各单体电池的两端，所述开关阵列配置成可将各单体电池任择其一连通至所述变压器的原线圈或副线圈；所述主控模块根据所述单体电压检测模块的反馈，通过所述驱动模块控制所述开关阵列中相应开关元件通断，使得当单体电池之间的最大压差在预设压差阈值以上时，最高压的单体电池向变压器原线圈转移能量和变压器副线圈向最低压的单体电池传递能量。作为一种新的动态回馈型均衡方案,本发明均衡效率高且应用简便。
文档编号H02J7/00GK102148518SQ201110066260
公开日2011年8月10日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者任文龙, 廖庆敏, 朱立东, 胡越发 申请人:清华大学深圳研究生院