CN109980741A - 一种基于超级电容的电池组主动均衡系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池管理技术领域，公开了一种基于超级电容的电池组主动均衡系统及其工作方法。通过本发明创造，可以利用超级电容来作为电量暂存媒介，并先选中高电压二次电池对超级电容进行恒流充电，再选中低电压二次电池接收来自超级电容的恒流放电，从而实现电池组主动均衡目的，既可以保证每次转移电量都是取高补低，避免了无效充放电循环，使得对电池寿命几乎没有影响，还可以利用DC‑DC恒流充放电技术保证均衡电流的恒定，使得不会因为电池之间的压差较小而影响均衡能力。另外，完成一次电池电压从高到低的均衡只需要2次电量搬移过程，均衡效率不受电池之间距离的影响，大大提高了均衡效率，即不论单体电池数目多少，都可以使均衡效率约等于0.9。

Description

一种基于超级电容的电池组主动均衡系统及其工作方法

技术领域

本发明属于电池管理技术领域，具体涉及一种基于超级电容的电池组主动均衡系统及其工作方法。

背景技术

在诸如电动汽车、观光车、电动摩托车、太阳能储能、基站储能和大功率UPS电源(Uninterruptible Power System，即不间断电源)等领域的电池管理系统中，电池均衡是指利用电力电子技术，使二次电池单体电压或电池组电压偏差保持在预期的范围内，从而保证每个单体电池在正常的使用时保持相同状态，以避免过充或过放的发生。电池均衡一般分为主动均衡和被动均衡两种，其中，现有主动均衡技术主要包括有：电容式均衡、电感式均衡和变压器式均衡，但是三种主动均衡技术由于均衡效果差、均衡效率低和价格昂贵等因素导致在市场上用户量较低，具体如下所述。

(1)电容式均衡：其是相邻电池通过电容进行电量转移，先是高电压的电池放电给电容充电，再用电容放电给相邻的低电压电池充电，以达到均衡目的，缺点是均衡能力取决于2个电池之间的电压差，压差越大均衡能力越大，压差越小均衡能力越小，而大多数电池组各电池的压差几乎都只有几十毫伏，均衡能力不能得到体现。另外一个问题是如果电池差异不是2个相邻的电池，而是第一个电池和最后一个电池，由于电容式均衡只能均衡相邻的电池，要完成第一个到最后一个电池的均衡就需要所有的电池都参与电量接棒转移，导致整组电池内部都在做无效的充放电，影响电池组的使用寿命。

(2)电感式均衡：其与电容式均衡的方案差不多，都是通过相邻2个电池在做电量转移，只是电感式均衡的电流可以做得较大，但同样都存在压差大小影响均衡电量，同时影响电池组使用寿命也是避免不了的，电量损耗较大，虽然同步整流的效率可以做到接近95％，但是从第一个电池到第N个电池的均衡需要N次电量转移，那就是0.95的N次方效率，效率非常低下。

(3)变压器式均衡：其优点是直接从整组电池取电对最低电压的电池充电，均衡能力不受电池间压差的影响，缺点是变压器是电磁转换装置，存在一定的漏磁，效率一般不会太高。第二个缺点是如果整组电池中有2个或以上的低压电池，那么就需要对所有低压电池都进行依次的充电，但是电量来源是从整组电池进行取电，那么就是出现原本要对1、2号电池都进行充电，但是在对1号电池充电时实际上由于电量来源是整组电池，所以此时2号电池也就被取走电量。同样当1号电池充电完成对2号电池充电时，也需要对1号电池也被取走电量。如此就造成了一部分无效的电量搬移，增加了电池的无效循环，影响整组电池寿命。

发明内容

为了解决现有主动均衡技术所存在的均衡效果差和均衡效率低等问题，本发明目的在于提供一种基于超级电容的电池组主动均衡系统及其工作方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，包括有电池组、电池电压采集模块、第一电池选通矩阵、控制模块、双向DC-DC恒流充放电模块和超级电容，其中，所述电池组由n个二次电池串联而成，所述电池电压采集模块用于获取所述电池组中各个二次电池的正负极间电压值，所述第一电池选通矩阵包括有n+1个电池连接端且分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极/负极，并用于使所述电池组中的任意一个二次电池可单独地并联所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端和第一负极连接端，n为不小于3的自然数；

所述电池电压采集模块的输出端电连接所述控制模块，所述控制模块还分别电连接所述第一电池选通矩阵的选通控制端和所述双向DC-DC恒流充放电模块的充放电切换端，所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二正极连接端电连接所述超级电容的正极，所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二负极连接端电连接所述超级电容的负极。

优化的，所述电池电压采集模块包括有第二电池选通矩阵和模数转换电路单元，其中，所述第二电池选通矩阵也包括有n+1个电池连接端且分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极/负极，并用于使所述电池组中的任意一个二次电池可单独地并联所述模数转换电路单元的正极输入端和负极输入端；

所述第二电池选通矩阵的选通控制端电连接所述控制模块，所述模数转换电路单元的输出端作为所述电池电压采集模块的输出端。

进一步优化的，所述第二电池选通矩阵包括有第三n选1多路选择器和第四n选1多路选择器，其中，所述第三n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极，所述第三n选1多路选择器的输出端电连接所述模数转换电路单元的正极输入端，所述第四n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的负极，所述第四n选1多路选择器的输出端电连接所述模数转换电路单元的负极输入端；

所述控制模块还分别电连接所述第三n选1多路选择器的选通控制端和所述第四n选1多路选择器的选通控制端。

具体的，在所述第二电池选通矩阵的n+1个电池连接端与对应二次电池的正极/负极之间分别串联有第二电控开关,其中，所述第二电控开关的受控端电连接所述控制模块。

优化的，所述第一电池选通矩阵包括有第一n选1多路选择器和第二n选1多路选择器，其中，所述第一n选1多路选择器的n个输入端作为所述第一电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极，所述第一n选1多路选择器的输出端电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端，所述第二n选1多路选择器的n个输入端作为所述第一电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的负极，所述第二n选1多路选择器的输出端电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一负极连接端；

所述控制模块还分别电连接所述第一n选1多路选择器的选通控制端和所述第二n选1多路选择器的选通控制端。

具体的，在所述第一电池选通矩阵的n+1个电池连接端与对应二次电池的正极/负极之间分别串联有第一电控开关,其中，所述第一电控开关的受控端电连接所述控制模块。

优化的，所述双向DC-DC恒流充放电模块包括有恒流降压电路单元、恒流升压电路单元、第三电控开关和第四电控开关；

所述恒流降压电路单元的输入端和所述恒流升压电路单元的输出端分别电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端，所述恒流降压电路单元的输出端电连接所述第三电控开关的一端，所述恒流升压电路单元的输入端电连接所述第四电控开关的一端，所述第三电控开关和所述第四电控开关的另一端分别电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二正极连接端；

所述第三电控开关和所述第四电控开关的受控端分别电连接所述控制模块。

优化的，还包括有通信连接所述控制模块的无线收发模块，其中，所述无线收发模块包括蓝牙无线收发模块、WiFi无线收发模块、ZigBee无线收发模块和/或GPRS无线收发模块。

本发明所采用的另一种技术方案为：

一种如前所述基于超级电容的电池组主动均衡系统的工作方法，包括如下步骤：

S101.由电池电压采集模块采集获取电池组中各个二次电池的当前正负极间电压值，并将该当前正负极间电压值传送至控制模块；

S102.由控制模块根据各个二次电池的当前正负极间电压值，确定当前正负极间电压值为最大值的最高电压电池和当前正负极间电压值为最小值的最低电压电池；

S103.由控制模块控制第一电池选通矩阵，使电池组中的最高电压电池单独地并联双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端和第一负极连接端，并控制双向DC-DC恒流充放电模块对超级电容进行恒流充电，直到超级电容被充满电；

S104.由控制模块控制第一电池选通矩阵，使电池组中的最低电压电池单独地并联双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端和第一负极连接端，并控制双向DC-DC恒流充放电模块对超级电容进行恒流放电，直到超级电容被放完电；

S105.返回执行步骤S101～S104，直到电池组中所有二次电池的当前正负极间电压值均在预设的容忍压差范围之内。

优化的，若所述电池组主动均衡系还包括有无线收发模块，则由该无线收发模块将在步骤S101～S104中所产生的过程数据实时传送给用户终端，其中，所述过程数据包含电池组中各个二次电池的当前正负极间电压值。

本发明的有益效果为：

(1)本发明创造提供了一种基于超级电容的新电池组主动均衡系统及其工作方法，可以利用超级电容来作为电量暂存媒介，并先选中高电压二次电池对超级电容进行恒流充电，再选中低电压二次电池接收来自超级电容的恒流放电，从而实现电池组主动均衡目的，既可以保证每次转移电量都是取高补低，避免了无效充放电循环，使得对电池寿命几乎没有影响，还可以利用DC-DC恒流充放电技术保证均衡电流的恒定，使得不会因为电池之间的压差较小而影响均衡能力；

(2)完成一次电池电压从高到低的均衡只需要2次电量搬移过程，均衡效率不受电池之间距离的影响，大大提高了均衡效率，即不论单体电池数目多少，都可以使均衡效率约等于0.9；

(3)所述电池组主动均衡系统还具有自动化程度高、测试方便、实用性强和成本低廉等优点，便于实际应用和推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的电池组主动均衡系统的系统结构示意图。

图2是本发明提供的在电池组主动均衡系统中电池电压采集模块的电路结构示意图。

图3是本发明提供的在电池组主动均衡系统中第一电池选通矩阵的电路结构示意图。

图4是本发明提供的在电池组主动均衡系统中双向DC-DC恒流充放电模块的电路结构示意图。

图5是本发明提供的电池组主动均衡系统的工作方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例一

如图1～5所示，本实施例提供的所述基于超级电容的电池组主动均衡系统，包括有电池组(BAT1～n)、电池电压采集模块、第一电池选通矩阵、控制模块、双向DC-DC恒流充放电模块和超级电容HC，其中，所述电池组(BAT1～n)由n个二次电池串联而成，所述电池电压采集模块用于获取所述电池组中各个二次电池的正负极间电压值，所述第一电池选通矩阵包括有n+1个电池连接端且分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极/负极，并用于使所述电池组中的任意一个二次电池可单独地并联所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端PD1+和第一负极连接端PD1-，n为不小于3的自然数；所述电池电压采集模块的输出端PVout电连接所述控制模块，所述控制模块还分别电连接所述第一电池选通矩阵的选通控制端(CT1～2)和所述双向DC-DC恒流充放电模块的充放电切换端CH1，所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二正极连接端PD2+电连接所述超级电容HC的正极，所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二负极连接端PD2-电连接所述超级电容HC的负极。

如图1～4所述，在所述电池组主动均衡系统的具体结构中，所述电池组(BAT1～n)中的二次电池为可充电电池，例如为锂电池。所述电池电压采集模块用于获取所述电池组中各个二次电池的正负极间电压值，并将该正负极间电压值传送至所述控制模块。所述第一电池选通矩阵用于在所述控制模块的选通控制下(即通过向所述第一电池选通矩阵的选通控制端发送合适的控制信号)，使所述电池组中的目标二次电池(即待单独放电的高电压二次电池或待单独充电的低电压二次电池)可单独地并联所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端PD1+和第一负极连接端PD1-，此处的“并联”是指目标二次电池的正极电连接所述第一正极连接端PD1+以及目标二次电池的负极电连接所述第一负极连接端PD1-。

所述控制模块是本电池组主动均衡系统的逻辑控制核心，一方面根据各个二次电池的当前正负极间电压值，比较确定待单独放电的高电压二次电池或待单独充电的低电压二次电池，另一方面通过向所述第一电池选通矩阵的选通控制端发送合适的控制信号，使所述电池组中的目标二次电池单独地并联所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端PD1+和第一负极连接端PD1-，同时通过向所述双向DC-DC恒流充放电模块的充放电切换端CH1发送充电启动/放电启动信号，使高电压二次电池的电量通过恒流充电方式临时储存在所述超级电容HC中或者使所述超级电容HC中的电量通过恒流放电方式转移至低电压二次电池中，实现高电压二次电池降压或低电压二次电池升压的目的；此外，所述控制模块可以但不限于采用型号为STM32F105系列的微处理器芯片(即MCU)及其外围电路。

所述双向DC-DC恒流充放电模块用于在所述控制模块的控制下，实现对所述超级电容HC进行恒流充电或恒流放电的目的，使高电压二次电池中的电量最终又导回至低电压二次电池中，实现主动均衡。所述超级电容HC用于作为电量储存的临时中间媒介，使需要被转移的部分电量能够被先储存后释放。

由此基于前述电池组主动均衡系统的详细描述，可以利用超级电容来作为电量暂存媒介，并先选中高电压二次电池对超级电容进行恒流充电，再选中低电压二次电池接收来自超级电容的恒流放电，从而实现电池组主动均衡目的，既可以保证每次转移电量都是取高补低，避免了无效充放电循环，使得对电池寿命几乎没有影响，还可以利用DC-DC恒流充放电技术保证均衡电流的恒定，使得不会因为电池之间的压差较小而影响均衡能力。另外，完成一次电池电压从高到低的均衡只需要2次电量搬移过程，均衡效率不受电池之间距离的影响，大大提高了均衡效率，即不论单体电池数目多少，都可以使均衡效率约等于0.9(即0.95的平方)。

本实施例提供的基于超级电容的电池组主动均衡技术与其它现有主动均衡技术相比，具体特点可总结如下表1所示：

表1.基于超级电容的电池组主动均衡技术与其它现有主动均衡技术的特点比较

前述基于超级电容的电池组主动均衡系统的工作方法，如图5所示，还可以但不限于包括如下步骤：S101.由电池电压采集模块采集获取电池组中各个二次电池的当前正负极间电压值，并将该当前正负极间电压值传送至控制模块；S102.由控制模块根据各个二次电池的当前正负极间电压值，确定当前正负极间电压值为最大值的最高电压电池和当前正负极间电压值为最小值的最低电压电池；S103.由控制模块控制第一电池选通矩阵，使电池组中的最高电压电池单独地并联双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端PD1+和第一负极连接端PD1-，并控制双向DC-DC恒流充放电模块对超级电容HC进行恒流充电，直到超级电容HC被充满电；S104.由控制模块控制第一电池选通矩阵，使电池组中的最低电压电池单独地并联双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端PD1+和第一负极连接端PD1-，并控制双向DC-DC恒流充放电模块对超级电容HC进行恒流放电，直到超级电容HC被放完电；S105.返回执行步骤S101～S104，直到电池组中所有二次电池的当前正负极间电压值均在预设的容忍压差范围之内。通过上述步骤S101～S105，还可以保证每次电量转移都是取至最高压二次电池并弥补最低压二次电池，进一步避免了无效充放电循环。

优化的，所述电池电压采集模块包括有第二电池选通矩阵和模数转换电路单元，其中，所述第二电池选通矩阵也包括有n+1个电池连接端且分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极/负极，并用于使所述电池组中的任意一个二次电池可单独地并联所述模数转换电路单元的正极输入端BAT+和负极输入端BAT-；所述第二电池选通矩阵的选通控制端CT3～4电连接所述控制模块，所述模数转换电路单元的输出端作为所述电池电压采集模块的输出端PVout。如图2所示，所述第二电池选通矩阵用于在所述控制模块的选通控制下(即通过向所述第二电池选通矩阵的选通控制端发送合适的控制信号)，使所述电池组中的所有二次电池能够轮询地单独并联所述模数转换电路单元的正极输入端BAT+和负极输入端BAT-，此处的“并联”是指二次电池的正极电连接所述正极输入端BAT+以及二次电池的负极电连接所述负极输入端BAT-。所述模数转换电路单元用于将当前所选二次电池的正负极间电压电平模数转换为对应的当前正负极间电压值，从而实现获取所述电池组中各个二次电池的正负极间电压值的目的。另外，所述模数转换电路单元可采用现有的模数转换芯片及其外围电路实现。

进一步具体的，所述第二电池选通矩阵包括有第三n选1多路选择器和第四n选1多路选择器，其中，所述第三n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极，所述第三n选1多路选择器的输出端电连接所述模数转换电路单元的正极输入端BAT+，所述第四n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的负极，所述第四n选1多路选择器的输出端电连接所述模数转换电路单元的负极输入端BAT-；所述控制模块还分别电连接所述第三n选1多路选择器的选通控制端CT3和所述第四n选1多路选择器的选通控制端CT4。如图2所示，所述第三n选1多路选择器和所述第四n选1多路选择器均可选有现有的多路选择器组合构成，例如8选1多路选择器、4选1多路选择器以及2选1多路选择器等，通过向选通控制端CT3和CT4发送适合的控制信号，即可选中目标二次电池的正极和负极分别一一对应地电连接所述模数转换电路单元的正极输入端BAT+和负极输入端BAT-。另外具体的，在所述第二电池选通矩阵的n+1个电池连接端与对应二次电池的正极/负极之间分别串联有第二电控开关(CK0/1/2/3～n),其中，所述第二电控开关(CK0/1/2/3～n)的受控端电连接所述控制模块。如图2所示，所述第二电控开关可以但不限于为开关管或继电器，通过串联所述第二电控开关(CK0/1/2/3～n)，可以灵活控制某一路是否导通，方便测试。

优化的，所述第一电池选通矩阵包括有第一n选1多路选择器和第二n选1多路选择器，其中，所述第一n选1多路选择器的n个输入端作为所述第一电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极，所述第一n选1多路选择器的输出端电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端PD1+，所述第二n选1多路选择器的n个输入端作为所述第一电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的负极，所述第二n选1多路选择器的输出端电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一负极连接端PD1-；所述控制模块还分别电连接所述第一n选1多路选择器的选通控制端CT1和所述第二n选1多路选择器的选通控制端CT2。如图3所示，所述第一n选1多路选择器和所述第二n选1多路选择器均可选有现有的多路选择器组合构成，例如8选1多路选择器、4选1多路选择器以及2选1多路选择器等，通过向选通控制端CT1和CT2发送适合的控制信号，即可选中目标二次电池的正极和负极分别一一对应地电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端PD1+和第一负极连接端PD1-。另外具体的，在所述第一电池选通矩阵的n+1个电池连接端与对应二次电池的正极/负极之间分别串联有第一电控开关(BK0/1/2/3～n),其中，所述第一电控开关(BK0/1/2/3～n)的受控端电连接所述控制模块。如图3所示，所述第一电控开关可以但不限于为开关管或继电器，通过串联所述第一电控开关(BK0/1/2/3～n)，可以灵活控制某一路是否导通，方便测试。

优化的，所述双向DC-DC恒流充放电模块包括有恒流降压电路单元、恒流升压电路单元、第三电控开关K3和第四电控开关K4；所述恒流降压电路单元的输入端和所述恒流升压电路单元的输出端分别电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端PD1+，所述恒流降压电路单元的输出端电连接所述第三电控开关K3的一端，所述恒流升压电路单元的输入端电连接所述第四电控开关K4的一端，所述第三电控开关K3和所述第四电控开关K4的另一端分别电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二正极连接端PD2+；所述第三电控开关K3和所述第四电控开关K4的受控端分别电连接所述控制模块。如图4所示，所述恒流降压电路单元用于实现恒流降压目的，以便将高电压二次电池的电量恒流地充入所述超级电容HC中，其可以采用现有的恒流降压芯片及其外围电路实现。所述恒流升压电路单元用于实现恒流升压目的，以便将所述超级电容HC中的电量恒流地充入低电压二次电池中，其可以采用现有的恒流升压芯片及其外围电路实现。所述第三电控开关K3和所述第四电控开关K4用于在所述控制模块的控制下(即所述第三电控开关K3和所述第四电控开关K4的受控端作为所述双向DC-DC恒流充放电模块的充放电切换端CH1)，切换地导通/截止对应的充电支路和放电支路：(1)在需对所述超级电容HC恒流充电时，使所述第三电控开关K3导通，所述第四电控开关K4截止；(2)在需对所述超级电容HC恒流放电时，使所述第三电控开关K3截止，所述第四电控开关K4导通；由此可以实现恒流充放电切换目的。此外，所述第三电控开关K3和所述第四电控开关K4同样可以但不限于为开关管或继电器。

优化的，还包括有通信连接所述控制模块的无线收发模块，其中，所述无线收发模块可以但不限于包括蓝牙无线收发模块、WiFi无线收发模块、ZigBee无线收发模块和/或GPRS无线收发模块。如图1所示，所述无线收发模块用于负责与外部的用户终端实现无线通信，以便将在步骤S101～S104中所产生的过程数据实时传送给用户终端，其中，所述用户终端可以但不限于为智能手机或平板电脑等，由此可以通过在用户终端上运行的APP程序监控各个二次电池的当前正负极电压值、均衡状态或均衡电流等相关信息，进一步方便实用。进一步优化的，在所述电池组主动均衡系还包括有无线收发模块时，由该无线收发模块将在步骤S101～S104中所产生的过程数据实时传送给用户终端，其中，所述过程数据可以但不限于包含电池组中各个二次电池的当前正负极间电压值。

综上，采用本实施例所提供的基于超级电容的电池组主动均衡系统及其工作方法，具有如下技术效果：

(1)本实施例提供了一种基于超级电容的新电池组主动均衡系统及其工作方法，可以利用超级电容来作为电量暂存媒介，并先选中高电压二次电池对超级电容进行恒流充电，再选中低电压二次电池接收来自超级电容的恒流放电，从而实现电池组主动均衡目的，既可以保证每次转移电量都是取高补低，避免了无效充放电循环，使得对电池寿命几乎没有影响，还可以利用DC-DC恒流充放电技术保证均衡电流的恒定，使得不会因为电池之间的压差较小而影响均衡能力；

(2)完成一次电池电压从高到低的均衡只需要2次电量搬移过程，均衡效率不受电池之间距离的影响，大大提高了均衡效率，即不论单体电池数目多少，都可以使均衡效率约等于0.9；

(3)所述电池组主动均衡系统还具有自动化程度高、测试方便、实用性强和成本低廉等优点，便于实际应用和推广。

以上所描述的多个实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：包括有电池组(BAT1～n)、电池电压采集模块、第一电池选通矩阵、控制模块、双向DC-DC恒流充放电模块和超级电容(HC)，其中，所述电池组(BAT1～n)由n个二次电池串联而成，所述电池电压采集模块用于获取所述电池组中各个二次电池的正负极间电压值，所述第一电池选通矩阵包括有n+1个电池连接端且分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极/负极，并用于使所述电池组中的任意一个二次电池可单独地并联所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端(PD1+)和第一负极连接端(PD1-)，n为不小于3的自然数；

所述电池电压采集模块的输出端(PVout)电连接所述控制模块，所述控制模块还分别电连接所述第一电池选通矩阵的选通控制端(CT1～2)和所述双向DC-DC恒流充放电模块的充放电切换端(CH1)，所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二正极连接端(PD2+)电连接所述超级电容(HC)的正极，所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二负极连接端(PD2-)电连接所述超级电容(HC)的负极。

2.如权利要求1所述的一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：所述电池电压采集模块包括有第二电池选通矩阵和模数转换电路单元，其中，所述第二电池选通矩阵也包括有n+1个电池连接端且分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极/负极，并用于使所述电池组中的任意一个二次电池可单独地并联所述模数转换电路单元的正极输入端(BAT+)和负极输入端(BAT-)；

所述第二电池选通矩阵的选通控制端(CT3～4)电连接所述控制模块，所述模数转换电路单元的输出端作为所述电池电压采集模块的输出端(PVout)。

3.如权利要求2所述的一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：所述第二电池选通矩阵包括有第三n选1多路选择器和第四n选1多路选择器，其中，所述第三n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极，所述第三n选1多路选择器的输出端电连接所述模数转换电路单元的正极输入端(BAT+)，所述第四n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的负极，所述第四n选1多路选择器的输出端电连接所述模数转换电路单元的负极输入端(BAT-)；

所述控制模块还分别电连接所述第三n选1多路选择器的选通控制端(CT3)和所述第四n选1多路选择器的选通控制端(CT4)。

4.如权利要求3所述的一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：在所述第二电池选通矩阵的n+1个电池连接端与对应二次电池的正极/负极之间分别串联有第二电控开关(CK0/1/2/3～n),其中，所述第二电控开关(CK0/1/2/3～n)的受控端电连接所述控制模块。

5.如权利要求1所述的一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：所述第一电池选通矩阵包括有第一n选1多路选择器和第二n选1多路选择器，其中，所述第一n选1多路选择器的n个输入端作为所述第一电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极，所述第一n选1多路选择器的输出端电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端(PD1+)，所述第二n选1多路选择器的n个输入端作为所述第一电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的负极，所述第二n选1多路选择器的输出端电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一负极连接端(PD1-)；

所述控制模块还分别电连接所述第一n选1多路选择器的选通控制端(CT1)和所述第二n选1多路选择器的选通控制端(CT2)。

6.如权利要求5所述的一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：在所述第一电池选通矩阵的n+1个电池连接端与对应二次电池的正极/负极之间分别串联有第一电控开关(BK0/1/2/3～n),其中，所述第一电控开关(BK0/1/2/3～n)的受控端电连接所述控制模块。

7.如权利要求1所述的一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：所述双向DC-DC恒流充放电模块包括有恒流降压电路单元、恒流升压电路单元、第三电控开关(K3)和第四电控开关(K4)；

所述恒流降压电路单元的输入端和所述恒流升压电路单元的输出端分别电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端(PD1+)，所述恒流降压电路单元的输出端电连接所述第三电控开关(K3)的一端，所述恒流升压电路单元的输入端电连接所述第四电控开关(K4)的一端，所述第三电控开关(K3)和所述第四电控开关(K4)的另一端分别电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二正极连接端(PD2+)；

所述第三电控开关(K3)和所述第四电控开关(K4)的受控端分别电连接所述控制模块。

8.如权利要求1所述的一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：还包括有通信连接所述控制模块的无线收发模块，其中，所述无线收发模块包括蓝牙无线收发模块、WiFi无线收发模块、ZigBee无线收发模块和/或GPRS无线收发模块。

9.一种如权利要求1～8任意一项所述基于超级电容的电池组主动均衡系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101.由电池电压采集模块采集获取电池组中各个二次电池的当前正负极间电压值，并将该当前正负极间电压值传送至控制模块；

S102.由控制模块根据各个二次电池的当前正负极间电压值，确定当前正负极间电压值为最大值的最高电压电池和当前正负极间电压值为最小值的最低电压电池；

S103.由控制模块控制第一电池选通矩阵，使电池组中的最高电压电池单独地并联双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端(PD1+)和第一负极连接端(PD1-)，并控制双向DC-DC恒流充放电模块对超级电容(HC)进行恒流充电，直到超级电容(HC)被充满电；

S104.由控制模块控制第一电池选通矩阵，使电池组中的最低电压电池单独地并联双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端(PD1+)和第一负极连接端(PD1-)，并控制双向DC-DC恒流充放电模块对超级电容(HC)进行恒流放电，直到超级电容(HC)被放完电；

S105.返回执行步骤S101～S104，直到电池组中所有二次电池的当前正负极间电压值均在预设的容忍压差范围之内。

10.如权利要求9所述的一种基于超级电容的电池组主动均衡系统的工作方法，其特征在于：若所述电池组主动均衡系还包括有无线收发模块，则由该无线收发模块将在步骤S101～S104中所产生的过程数据实时传送给用户终端，其中，所述过程数据包含电池组中各个二次电池的当前正负极间电压值。