CN112737015B - 一种基于soc的锂电池均衡控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于SOC的锂电池均衡控制系统及方法，包括均衡拓扑结构电路、控制单元和信号采集模块；其中，所述均衡拓扑结构电路由电池组和与其连接的电源开关组成，所述控制单元包括SOC估算单元，所述信号采集模块将单体电池的电流和电压信号传输到所述控制单元，由SOC估算单元对接收到的信号处理转换为单体电池的SOC值；控制单元对该SOC值处理并向均衡拓扑结构电路发送控制指令，控制相应电源开关的通断。在充电和放电过程中，判断电池SOC值与阈值的关系，控制电池组进行交替充电或放电，实现单体电池充放电的均衡。本发明提升单体电池的能量利用率，提高了电池组的使用寿命。并且，本发明采用模块化的均衡拓扑结构电路，结构简单，易于扩展。

Description

一种基于SOC的锂电池均衡控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电池管理系统(Battery Management SyStem,BMS)技术领域，具体来说涉及一种基于SOC的锂电池均衡控制系统及控制方法。

背景技术

由于国家和社会不断得推崇环境保护和节约石油资源，近年来，新能源汽车已经步入时代的舞台。其中，锂电池因为比能量大、无记忆效应、循环寿命长等优点成为电动汽车动力电池的首选。电池管理系统中的均衡是决定电池合理充放电，保护电池的一类控制系统，电池如果没有均衡控制，则会很容易产生“木桶效应”，降低电池的使用寿命和效率。

为了解决上述问题，电池组的均衡方式，成为了研究的重点。目前，常用的均衡控制系统利用电池电压信号，通过控制单元进行控制。如图1所示，该均衡控制系统具有B1-B4等四个单体电池的情形下，需要S1-S15等十五个电源开关彼此串联或并联，实现控制电池组的充电。该系统存在以下缺点：(1)均衡拓扑结构复杂，且拓展性有限制；(2)以工作电压为均衡控制变量，由于工作电压和剩余电量没有直接关系，使得电池的能量不能充分的利用。

综上，电池管理系统的均衡方式还有进一步改进的空间。

发明内容

为了改善上述情况的缺点，防止电池过充、过放电，避免产生“木桶效应”，降低电池的故障率，提高用电安全性，本发明提供了一种基于SOC锂电池均衡控制系统及控制方法。在充电过程中，通过判断最高SOC单体电池与最低SOC单体电池的SOC差值，控制电池组进行交替充电，实现每块单体电池SOC值达到充电截止SOC阈值。在电池组放电过程中，通过其中的均衡电池替换SOC最低的单体电池组成新的串联电池组放电，实现单体电池放电的均衡。该发明改进了均衡效率低、能量损耗高的不足，提升了对单体电池的能量利用率，实现了电池组充、放电的均衡性，防止了单体电池的过充、过放，提高了电池组的使用寿命。并且，本发明采用模块化的均衡拓扑结构电路，实现快速对某一单体电池的导通或短路，结构简单，易于扩展。

为实现上述目的，本发明提供一种基于SOC的锂电池均衡控制系统，包括均衡拓扑结构电路、控制单元和信号采集模块；其中，所述均衡拓扑结构电路由电池组和与其连接的电源开关组成，所述控制单元包括SOC估算单元，所述信号采集模块与所述电池组以及所述控制单元连接，所述控制单元与所述信号采集模块以及所述均衡拓扑电路连接；所述信号采集模块将单体电池的电流和电压信号传输到所述控制单元，由SOC估算单元对接收到的信号处理转换为单体电池的SOC值；所述控制单元对所述SOC值处理并向所述均衡拓扑结构电路发送控制指令，控制相应电源开关的通断。

优选地，所述均衡拓扑结构电路由n+1块单体电池和2(n+1)个电源开关组成；所述n+1块单体电池分为n块正常工作电池和1块均衡电池，其中n为正整数，且n>1。

优选地，所述均衡拓扑结构电路为模块化，每一模块由1块单体电池和2个电源开关组成，各模块之间串联。

优选地，所述2个电源开关分别为短路开关和连接开关，所述短路开关和连接开关的通断关系为互斥。

优选地，所述每一模块中的单体电池与所述连接开关串联以控制所述单体电池通断，且所述连接开关和该单体电池与短路开关并联，以控制所述单体电池短路。

优选地，在放电过程中，所述控制单元还进行故障检测，当所述控制单元检测到整个电池组中有1块单体电池的SOC值低于第一阈值时，控制其他n块单体电池串联组成电池组进行放电；当整个电池组中有2块单体电池SOC值低于第一阈值时，控制整个电池组停止放电。

优选地，在放电过程中，当所述控制单元检测到所有单体电池SOC值均高于第一阈值时，控制所有单体电池进行轮替式重组放电；所述轮替式重组放电为由均衡电池代替n块正常工作电池中SOC值最低的单体电池，组成新的电池组放电，直至有两块以上单体电池SOC值低于第一阈值时停止放电。

优选地，在充电过程中，所述控制单元控制均衡电池代替正常工作的n块单体电池中SOC值最高的单体电池，组成新的电池组进行充电，直至2块以上单体电池的SOC值达到第三阈值时，停止充电。

优选地，所述第一阈值为单体电池放电截止SOC值，优选为10％；所述第三阈值为单体电池放电截止SOC值，优选为100％。

另外，本发明还提供一种基于锂电池均衡控制系统的方法，包括电池组放电过程中，进行故障检测，当检测到有2块以上单体电池SOC值低于第一阈值时，整个电池组停止放电；当检测到有1块单体电池SOC值低于第一阈值时，则其余n块单体电池串联放电，直至有2块以上单体电池SOC值低于第一阈值时停止放电；当检测到所有单体电池SOC值均高于第一阈值时，整个电池组进行轮替式电池组重组放电；当检测到所有单体电池最高SOC值和最低SOC值的差值大于第二阈值时，由均衡控制电池代替SOC值最低单体电池组成新的电池组放电；当检测到所有单体电池最高SOC值和最低SOC值的差值小于第二阈值时，则由前n块单体电池组成电池组放电；

电池组充电过程中，当检测到所有单体电池最高SOC值和最低SOC值的差值大于第三阈值时，由均衡电池代替正常工作的n块单体电池中SOC值最高的单体电池，组成新的电池组进行充电；当检测到所有单体电池最高SOC值和最低SOC值的差值小于第三阈值时，则由前n块单体电池串联组成电池组充电；所有电池充电过程中，当2块以上单体电池SOC值达到第三阈值，停止充电。

其中，所述第一阈值为放电截止SOC，优选为10％；第二阈值为SOC差值阈值，优选为2％；第三阈值为充电截止SOC，优选为100％。

信号采集模块实时采集电池组和单体电池的电流、电压信号并传输到控制单元；然后，控制单元对接收到的电流、电压信号处理估算出SOC值并与触发SOC阈值比较；最后，控制单元向SOC均衡拓扑结构电路发送信号，控制所述均衡拓扑结构电路中的开关通断，实现控制系统的均衡功能。

相比现有技术，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过控制单元估算单体电池的SOC，判断单体电池在充、放电过程中的荷电状态，控制均衡拓扑结构电路，避免了单体电池过充电、过放电，提高了电池的使用寿命和能量的利用率；

(2)本发明通过在电池组内加一块单体电池作为均衡电池，使其在某一单体电池荷电状态较低的情况下，交替串联其他单体电池进行放电，达到电池组放电的稳定性；在充电时，使其在某一单体电池电荷状态较高的情况下，交替串联其他单体电池充电，实现了充放电的均衡性。

(3)本发明中的均衡电路为模块化均衡拓扑结构，每一模块由1块单体电池、一短路开关和一连接开关组成，各模块之间串联，电路结构简单，成本低，易扩展，应用范围广。

附图说明

图1是现有的锂电池均衡控制系统电路图；

图2是本发明一实施例中的一种锂电池均衡控制系统的示意图；

图3是本发明一实施例中的一种锂电池均衡控制系统的示例电路图；

图4是在图2实施例的电池组充电过程中，采用Simulink软件仿真监控各单体电池SOC随时间的变化结果图；

图5是在图2实施例的电池组放电过程的情形一中，采用Simulink软件仿真监控各单体电池SOC随时间的变化结果图；

图6是在图2实施例的电池组放电过程的情形二中，采用Simulink软件仿真监控各单体电池SOC随时间的变化结果图；

图7是在图2实施例的电池组放电过程的情形三中，采用Simulink软件仿真监控各单体电池SOC随时间的变化结果图；

图8是在图2实施例的电池组放电过程的情形四中，采用Simulink软件仿真监控各单体电池SOC随时间的变化结果图；

图9是本发明一实施例中的一种锂电池均衡控制系统及控制方法的充电控制流程图；

图10是本发明一实施例中的一种锂电池均衡控制系统及控制方法的放电控制流程图；

图11是本发明一实施例中的一种锂电池均衡控制系统及控制方法中的均衡拓扑结构电路示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明一实施例提供了一种基于SOC的锂电池均衡控制系统，包括均衡拓扑结构电路103、控制单元(微控制单元Microcontroller Unit；MCU)106、信号采集模块104。其中均衡拓扑结构电路103由含有(n+1)块单体电池的电池组101和与其连接的电源开关102组成，控制单元106包括SOC估算单元105；信号采集模块104与电池组101以及控制单元106连接，控制单元106与信号采集模块104以及均衡拓扑电路103连接；信号采集模块104将单体电池的电流和电压信号传输到控制单元106，由SOC估算单元105对接收到的信号处理转换为单体电池的SOC值；控制单元106对该SOC值处理并向均衡拓扑结构电路103发送控制指令，控制相应电源开关的通断，实现电池组的重组充放电，达到SOC的均衡效果。其中，n为正整数，且n>1。

在一实施例中，如图3所示，均衡拓扑结构电路103由n+1块单体电池和2(n+1)个电源开关组成；其中n+1块单体电池分为n块正常工作电池和1块均衡电池。在上述均衡控制系统中，还包括外接电源模块，为均衡拓扑电路结构中的单体电池进行充电。

在一实施例中，取n＝4，则电池组中一共包含5块单体电池，其中包含1块均衡电池。如图2和3所示，在系统运行过程中，电池组101中共有4块单体电池进行充电或放电，信号采集模块104采集电流、电压信号，并将电流、电压信号发送到微控制单元106，微控制单元106将所传递来的电流、电压信号经过SOC估算单元105估算处理为SOC信号，并进行一系列的控制运算。接下来微控制单元106发送信号给均衡拓扑结构电路103，控制均衡拓扑结构电路103中的电源开关102的开闭，从而控制了电池组中单体电池与均衡电池的交替。上述锂电池均衡控制系统实现了对电池的实时监控，并形成了一个负反馈回路，保证了电池的均衡，防止了过充电、过放电。

在一实施例中，如图3所示，均衡拓扑结构电路103为模块化，每一模块由1块单体电池和2个电源开关组成，各模块之间串联，易于用户根据实际应用场景对整个电路扩展的效果。

在一实施例中，上述2个电源开关分别为短路开关和连接开关，其中短路开关和连接开关的通断关系为互斥。

在一实施例中，每一模块中的单体电池与连接开关串联以控制该单体电池通断，且连接开关和该单体电池与短路开关并联，以控制该单体电池短路。通过该电路连接方式，可以对电池组中对任意单体电池短路，还可将其在电池组中断开，避免该电池形成回路，造成电池短路的危险。

如图3所示，在均衡拓扑结构电路103中，串联电池组通过电源开关的通断来实现单体电池之间的交替放电功能，其中电路中包含连接开关和短路开关。在图3中的实例中，连接开关为：S1、S2、S3、S4、S5，短路开关为：S6、S7、S8、S9、S10。

在一实施例中，在放电过程中，控制单元106还进行故障检测，当控制单元106检测到整个电池组中有1块单体电池的SOC值低于第一阈值时，控制其他n块单体电池串联组成电池组进行放电；当整个电池组中有2块单体电池SOC值低于第一阈值时，控制整个电池组停止放电。

在一实施例中，在放电过程中，当控制单元106检测到所有单体电池SOC值均高于第一阈值时，控制所有单体电池进行轮替式重组放电；该轮替式重组放电为由均衡电池代替n块正常工作电池中SOC值最低的单体电池，组成新的电池组放电，直至有两块以上单体电池SOC值低于第一阈值时停止放电。

在一实施例中，在充电过程中，控制单元106控制均衡电池代替正常工作的n块单体电池中SOC值最高的单体电池，组成新的电池组进行充电，直至2块以上单体电池的SOC值达到第三阈值时，停止充电。

上述过程中，MCU对估算出的SOC值与阈值进行比较。其中，第一阈值P1为单体电池放电截止SOC值，其值优选为10％；第二阈值P2为SOC差值阈值，其值优选为2％；第三阈值P3为充电截止SOC，其值优选为100％。在其他实施例中，上述三个阈值还可以根据实际应用场景由管理人员进行调整。

以下通过具体工作过程说明本发明提供的锂电池均衡控制系统的应用原理：电池组充电过程中：

1.在五个单体电池都小于第三阈值P3的情况下，控制单元判断出最低、最高SOC，并做差值运算。

当SOC差值小于等于第二阈值P2时:单体电池1号、2号、3号和4号串联充电，5号电池短路。即导通开关S1、S2、S3、S4、S10、S11，即给单体电池B1、B2、B3、B4串联成的电池组进行充电。

当SOC差值大于等于第二阈值P2时：

(1)单体电池B1的SOC最高时，导通开关S6、S2、S3、S4、S5、S11，即给单体电池B2、B3、B4、B5串联成的电池组进行充电。

(2)单体电池B2的SOC最高时，导通开关S1、S7、S3、S4、S5、S11，即给单体电池B1、B3、B4、B5串联成的电池组进行充电。

(3)单体电池B3的SOC最高时，导通开关S1、S2、S8、S4、S5、S11，即给单体电池B1、B2、B4、B5串联成的电池组进行充电。

(4)单体电池B4的SOC最高时，导通开关S1、S2、S3、S9、S5、S11，即给单体电池B1、B2、B3、B5串联成的电池组进行充电。

(5)单体电池B5的SOC最高时，导通开关S1、S2、S3、S4、S10、S11，即给单体电池B1、B2、B3、B4串联成的电池组进行充电。

按以上均衡控制方案，直至电池组中有两块或以上单体电池SOC值达到第三阈值时，停止充电。在本实例中，在Simulink软件中进行仿真，监控该条件下各单体电池SOC随时间的变化，如图4所示，1、2、3、4、5号电池初始SOC分别为5％、10％、8％、12％、15％。

由图4可知，电池组的SOC差值从10％缩小到2％以内，最后通过交替式重组充电，保持电池组的SOC差值在2％以内，达到了均衡控制的效果。

电池组放电过程中：

1.当单体电池B1、B2、B3、B4、B5中任意一块的SOC值小于第一阈值P1时，此情况为故障检测状况之情形一：

(1)单体电池B1小于阈值P1时，导通开关S6、S2、S3、S4、S5、S11，电池B2、B3、B4、B5串联成电池组给负载供电。

(2)单体电池B2小于阈值P1时，导通开关S1、S7、S3、S4、S5、S11，电池B1、B3、B4、B5串联成电池组给负载供电。

(3)单体电池B3小于阈值P1时，导通开关S1、S2、S8、S4、S5、S11，电池B1、B2、B4、B5串联成电池组给负载供电。

(4)单体电池B4小于阈值P1时，导通开关S1、S2、S3、S9、S5、S11，电池B1、B2、B3、B5串联成电池组给负载供电。

(5)单体电池B5小于阈值P1时，导通开关S1、S2、S3、S4、S10、S11，电池B1、B2、B3、B4串联成电池组给负载供电。

在本实例中，在Simulink软件中进行仿真，监控该条件下各单体电池SOC随时间的变化，如图5所示，1、2、3、4、5号电池初始SOC分别为95％、90％、85％、80％、5％。

此时仅5号单体电池的SOC小于第一阈值10％，电池组中1、2、3、4号电池仍可以串联放电。在放电2500s后，当4号单体电池SOC小于10％时，整个电池组结束放电，各单体电池SOC保持不变。

2.当单体电池B1、B2、B3、B4、B5中两个及以上数目的单体电池的SOC值小于第一阈值P1时，所有连接开关和短路开关断开，电池组停止放电。此情况为故障检测状况之情形二：

在本实例中，在本实例中，在Simulink软件中进行仿真，监控该条件下各单体电池SOC随时间的变化，如图6所示，1、2、3、4、5号电池初始SOC分别为95％、90％、85％、8％、5％。

此时，电池组中4号和5号单体电池的SOC都低于第一阈值10％，控制单元控制均衡电路断开所有开关，不对负载供电。

3.当单体电池B1、B2、B3、B4、B5中SOC值都大于或等于第一阈值P1时，控制单元判断出最低、最高SOC，并做差值运算。

当SOC差值小于等于第二阈值P2时:单体电池1号、2号、3号和4号串联充电，5号电池短路。即导通开关S1、S2、S3、S4、S10、S11，即给单体电池B1、B2、B3、B4串联成的电池组进行放电。

当SOC差值大于等于第二阈值P2时(情形三)，

(1)单体电池B1的SOC最低时，导通开关S6、S2、S3、S4、S5、S11，电池B2、B3、B4、B5串联成电池组给负载供电。

(2)单体电池B2的SOC最低时，导通开关S1、S7、S3、S4、S5、S11，电池B1、B3、B4、B5串联成电池组给负载供电。

(3)单体电池B3的SOC最低时，导通开关S1、S2、S8、S4、S5、S11，电池B1、B2、B4、B5串联成电池组给负载供电。

(4)单体电池B4的SOC最低时，导通开关S1、S2、S3、S9、S5、S11，电池B1、B2、B3、B5串联成电池组给负载供电。

(5)单体电池B5的SOC最低时，导通开关S1、S2、S3、S4、S10、S11，电池B1、B2、B3、B4串联成电池组给负载供电。

在本实例中，在Simulink软件中进行仿真，监控该条件下各单体电池SOC随时间的变化，如图7所示，1、2、3、4、5号电池初始SOC分别为95％、90％、85％、80％、75％。

开始放电时，各单体电池的SOC均大于第一阈值10％，且初始SOC差值为20％。随着交替式重组放电方案的实行，电池组SOC差值在逐渐减小，在2500S左右缩小为2％。后续放电过程中一直保持SOC差值在2％以内，直至放电结束，达到了放电均衡控制的效果。

4.均衡控制原理同情形三，但5块单体电池的SOC值均为100％(情形四)，在Simulink中的仿真结果如图8所示。

如图8所示，5块单体电池交替式重组放电，使电池组的SOC差值始终控制在2％以内。且放电时间达4080S，超过了4块单体电池串联的理论放电时间3600S，此方案不仅达到了均衡控制的效果，还增加了电池组的工作时间。

另外，在一实施例中，本发明还提供了一种基于锂电池均衡拓扑结构控制系统的控制方法，包括：

电池组放电过程中，进行故障检测，当检测到有2块以上单体电池SOC值低于第一阈值时，整个电池组停止放电；当检测到有1块单体电池SOC值低于第一阈值时，则其余n块单体电池串联放电，直至有2块以上单体电池SOC值低于第一阈值时停止放电；当检测到所有单体电池SOC值均高于第一阈值时，整个电池组进行轮替式电池组重组放电；当检测到所有单体电池最高SOC值和最低SOC值的差值大于第二阈值时，由均衡控制电池代替SOC值最低单体电池组成新的电池组放电；当检测到所有单体电池最高SOC值和最低SOC值的差值小于第二阈值时，则由前n块单体电池组成电池组放电；

电池组充电过程中，当检测到所有单体电池最高SOC值和最低SOC值的差值大于第三阈值时，由均衡电池代替正常工作的n块单体电池中SOC值最高的单体电池，组成新的电池组进行充电；当检测到所有单体电池最高SOC值和最低SOC值的差值小于第三阈值时，则由前n块单体电池串联组成电池组充电；所有电池充电过程中，当2块以上单体电池SOC值达到第三阈值，停止充电。

其中，所述第一阈值为单体电池放电截止SOC值，优选为10％；第二阈值为SOC差值阈值，优选为2％；第三阈值为充电截止SOC值，优选为100％。

如图9所示，在本发明一种锂电池均衡控制系统及控制方法所实现的充电控制流程中，首先对4个单体电池串联的电池组进行充电，信号采集模块104将采集到的电流、电压信号发送到控制单元106，控制单元106中的SOC估算单元105处理信号并得出各单体电池的SOC值，并将最高与最低SOC值进行差值运算，判断差值是否超过第二阈值P2，如果是，则控制均衡电路103暂时停止对最低SOC值的单体电池的充电，利用1个均衡电池与其他3个单体电池串联充电，实现交替充电的功能；如果低于第二阈值P2，则判断单体电池的SOC是否达到充电截止阈值P3，即第三阈值P3，如果只有一个单体电池达到，则控制均衡电路103结束对达到第三阈值的该单体电池的充电，继续对其他单体电池充电。直至两个及以上单体电满足阈值P3，则控制均衡电路103所有电源开关102断开，结束充电。

如图10所示，在本发明一种锂电池均衡控制系统及控制方法所实现的放电控制流程中，首先将4个单体电池串联的电池组对负载放电，信号采集模块104将采集到的电流、电压信号发送到控制单元106，控制单元106中的SOC估算单元105处理信号并得出各单体电池的SOC值，如果单体电池的SOC低于第一阈值P1，则判断低于第一阈值P1的单体电池的数目，如果仅有一个单体电池的SOC低于第一阈值P1，则控制均衡电路103停止该单体电池的放电，利用均衡电池串联其他3个单体电池继续对负载供电；如果低于第一阈值P1的单体电池的数目大于1个，则控制均衡电路103断开所有开关，结束对负载的供电。

如果单体电池的SOC高于第一阈值P1，控制单元106判断SOC差值是否大于等于第二阈值P2，如果SOC差值大于等于第二阈值P2，则控制均衡电路103暂停最低SOC值的单体电池的放电，利用均衡电池与其他3块单体电池串联继续对负载供电；如果SOC差值小于第二阈值P2，则控制均衡拓扑结构电路103中的电源开关102的开闭，实现前4个单体电池的串联放电。

如图11所示为本发明提供用于锂电池均衡控制系统及控制方法中的均衡拓扑结构电路103。其中，共有(n+1)个单体电池，其中开关S₁至S_n+1为连接开关，实现对应单体电池的串联电路；开关S_n+2至S_2n+2为短路开关，既可在电池组中对任意单体电池短路，还可将其在电池组中断开，避免该电池形成回路，避免造成电池短路的危险。可以看出，均衡拓扑结构电路103为模块化，由彼此串联的各模块构成，每个模块由互斥的开关以及电池单体组成，实现对单体电池的导通或短路，结构简单，易于扩展。每一模块中的单体电池与连接开关串联以控制该单体电池通断，且连接开关和该单体电池与相对短路开关互斥的短路开关并联，以控制所述单体电池短路。该电路图展示了本发明锂电池均衡拓扑结构电路可扩展，能够应用于不同数目的串联电池组。电路结构简单，易于拓展，电池能量利用率高。

综上，本发明通过在控制单元中估算单体电池的SOC，判断单体电池在充、放电过程中的荷电状态，利用控制单元控制均衡电路，通过在电池组内加一块均衡单体电池，使其在某一单体电池电池荷电状态较低的情况下，交替串联其他单体电池进行放电，达到电池组放电的稳定性；在充电时，使其在某一单体电池电荷状态较高的情况下，交替串联其他单体电池充电，防止了过充现象，实现了充放电的均衡性。同时，本发明中的均衡电路为均衡拓扑结构，电路结构简单，成本低，易扩展，应用范围广，避免了单体电池过充电、过放电，提高了电池的使用寿命和能量的利用率。

以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，专业人士可根据上述说明对本发明做出各种变化例。因而，本发明旨在涵盖所附权利要求的范围内所包括的各种修改和等同设计。

Claims (6)

1.一种基于SOC的锂电池均衡控制系统，其特征在于，包括：均衡拓扑结构电路、控制单元、信号采集模块；其中，所述均衡拓扑结构电路由电池组和与其连接的电源开关组成，所述控制单元包括SOC估算单元，所述信号采集模块与所述电池组以及所述控制单元连接，所述控制单元与所述信号采集模块以及均衡拓扑电路连接；以及所述信号采集模块将单体电池的电流和电压信号传输到所述控制单元，由SOC估算单元对接收到的信号处理转换为单体电池的SOC值；所述控制单元对所述SOC值处理并向所述均衡拓扑结构电路发送控制指令，控制相应电源开关的通断，以控制电池组中单体电池与均衡电池的交替；

所述均衡拓扑结构电路由n+1块单体电池和2(n+1)个电源开关组成；所述n+1块单体电池分为n块正常工作电池和1块均衡电池，其中n为正整数，且n>1；

在充电过程中，所述控制单元控制均衡电池代替正常工作的n块单体电池中SOC值最高的单体电池，组成新的电池组进行充电；当检测到所有单体电池最高SOC值和最低SOC值的差值小于第三阈值时，则由前n块单体电池串联组成电池组充电；直至2块以上单体电池的SOC值达到第三阈值时，停止充电；

在放电过程中，所述控制单元还进行故障检测，当所述控制单元检测到整个电池组中有1块单体电池的SOC值低于第一阈值时，控制其他n块单体电池串联组成电池组进行放电；当整个电池组中有2块单体电池SOC值低于第一阈值时，控制整个电池组停止放电；

在放电过程中，当所述控制单元检测到所有单体电池SOC值均高于第一阈值时，控制所有单体电池进行轮替式重组放电；所述轮替式重组放电为由均衡电池代替n块正常工作电池中SOC值最低的单体电池，组成新的电池组放电，直至有两块以上单体电池SOC值低于第一阈值时停止放电。

2.根据权利要求1所述的锂电池均衡控制系统，其特征在于，所述均衡拓扑结构电路为模块化，每一模块由1块单体电池和2个电源开关组成，各模块之间串联。

3.根据权利要求2所述的锂电池均衡控制系统，所述2个电源开关分别为短路开关和连接开关，所述短路开关和连接开关的通断关系为互斥。

4.根据权利要求3所述的锂电池均衡控制系统，其特征在于，所述每一模块中的单体电池与所述连接开关串联以控制所述单体电池通断，且所述连接开关和该单体电池与短路开关并联，以控制所述单体电池短路。

5.根据权利要求1所述的锂电池均衡控制系统，其特征在于，所述第一阈值为单体电池放电截止SOC值，为10％；所述第三阈值为单体电池放电截止SOC值，为100％。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述锂电池均衡控制系统的控制方法，其特征在于：

电池组放电过程中，进行故障检测，当检测到有2块以上单体电池SOC值低于第一阈值时，整个电池组停止放电；当检测到有1块单体电池SOC值低于第一阈值时，则其余n块单体电池串联放电，直至有2块以上单体电池SOC值低于第一阈值时停止放电；当检测到所有单体电池SOC值均高于第一阈值时，整个电池组进行轮替式电池组重组放电；所述轮替式重组放电为由均衡电池代替n块正常工作电池中SOC值最低的单体电池，组成新的电池组放电，直至有两块以上单体电池SOC值低于第一阈值时停止放电；当检测到所有单体电池最高SOC值和最低SOC值的差值大于第二阈值时，由均衡控制电池代替SOC值最低单体电池组成新的电池组放电；当检测到所有单体电池最高SOC值和最低SOC值的差值小于第二阈值时，则由前n块单体电池组成电池组放电；

电池组充电过程中，当检测到所有单体电池最高SOC值和最低SOC值的差值大于第三阈值时，由均衡电池代替正常工作的n块单体电池中SOC值最高的单体电池，组成新的电池组进行充电；当检测到所有单体电池最高SOC值和最低SOC值的差值小于第三阈值时，则由前n块单体电池串联组成电池组充电；所有电池充电过程中，当2块以上单体电池SOC值达到第三阈值，停止充电；

其中，所述第一阈值为放电截止SOC，为10％；第二阈值为SOC差值阈值，为2％；第三阈值为充电截止SOC，为100％。

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