CN110061531A - 储能电池的均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到储能电池的均衡方法。设定由单体电池串联连接成电池组，只有在电池组的荷电状态不高于预设的第一阈值时才根据采集的开路电压实施开路电压到荷电状态的转换，从而撷取电池组中各个单体电池各自的荷电状态。然后比较各个单体电池之间的荷电状态差异；根据单体电池执行均衡期间预计采用的均衡电流值，计算出各个单体电池在均衡阶段所需要的均衡时间；对各个单体电池执行均衡措施，以保障各个单体电池之间的电压偏差保持在预期的范围之内，保证电池组的供电具有均衡性和连续性。

Description

储能电池的均衡方法

技术领域

本发明主要涉及到储能电池领域，更确切的说，是涉及到在含有光伏发电应用场合中提供电力储能的方案，根据确定或估算出的储能电池的荷电状态，为保证电池组供电的均衡性和连续性而执行单体电池之间的均衡措施。

背景技术

能源是人类生产生活不可或缺的资源，能源也是人类当前的实际需求和自然资源的消耗之间体现得较为明显的矛盾点。伴随着传统化工能源如石油、煤炭、天然气等的不可再生性，它们在日益枯竭同时也导致了大气污染和温室效应等严重的环境问题。能源是人类社会存在和发展的重要物质基础，随着社会的发展和能源日渐减少，期间太阳能作为重要能源资源以其永不枯竭，无污染等优点，正得到迅速的发展。但太阳能存在间歇性及不稳定性和可控性差等缺陷。为保证其供电的均衡性和连续性，储能装置成为光伏发电系统的关键配套部件。储能系统种类较多，铅酸电池、锂电池、钠硫电池和钒液流电池等的应用技术虽成熟度不同，但均较易实现大容量储能。电池类储能的充放电速度、充放电次数等受到电池特性的限制，不能用于实现快速的动态功率补偿，抑制动态振荡、平滑风力发电输出的快速变化。基于提高光伏发电系统的能量管理效率通常会设置电池管理系统对其进行管理，只是简单地控制电池模块的充放电情况，随着光伏发电系统组件的增加、功能多样化的扩展，简单地控制电池的充放电越来越显出效率低下、动态响应速度慢及控制准确度差等缺陷，无法根据负载及电池模块的参数进行充放电控制。光伏的离网型系统由光伏电池组件、连接光伏电池组件的交流到直流的充电器、连接交流到直流的充电器输出端的电池组、连接蓄电电池组输出端的直流电到交流电的逆变器、及交流负载等构成。光伏电池组件在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过充电设备给储能电池包充电；在无光照时通过逆变器由储能电池包给交流负载供电。现有的光伏的离网型系统如果对电池组件已经被确立的容量试图有所更改的话，则需要改造整个储能系统的设备设计以对电池组件进行扩容，或者是需要在切断电力输出的情况下更换电池，在极不方便的情况下对电池容量进行更改操作，因此电池容量的估算对于储能系统显得尤为重要。

关于储能系统，锂电池由于比能量高，绿色环保等优点，作为大容量动力电源逐步在新能源汽车、航空航天和远程海洋运输船舶等领域都有了实际应用，光伏发电技术的储能系统较多的采用锂电池。总的趋势是：锂电池能量密度越来越高、容量越来越大、电池单体的串联数量也越来越多。出现的问题是：在电池组的长期使用过程中，由于组成的电池模块的多节锂电池一致性较差，引起某一节或者几节电池出现过充过放的现象，进而引起串联连接的整个电池模块的性能下降、容量不足，甚至导致失效影响使用寿命。对于电池组或电池模块而言，电池管理系统不可或缺。锂电池组的荷电状态(SOC)是表征锂电池组的状态的重要参数对象，准确估算或者确定荷电状态是锂电池模块安全和优化控制充放电能量的保证。以荷电状态描述电池剩余电量，是电池使用过程中的重要参数。电动汽车要求准确估计电池的荷电状态，从充分发挥电池能力和提高安全性两个角度对电池进行高效管理，荷电状态不仅能为驾驶员提供续航里程的确切信息而且也将直接影响到电池管理系统的决策和控制。荷电状态是真实的反映出电池内部电量多少的指标。

关于储能系统，目前电池管理系统估算电池剩余电量的精准度不高。目前使用较多的电流积分法应用中遇到的问题有：电池组可能在任何一个荷电状态下开始工作，试想如果确认的初始荷电状态就有不可忽略的误差，那么这个误差是无法消除的，因为电流积分法是纯粹的纯积分环节，纯积分环节本身无法消除初值带来的误差。笔记本电脑、移动终端通讯工具和电动/混合动力车的电子电路设备可以通过电池来供电，广义的电池在现有的技术条件下通常是电化学电池，包括锂电池、镍氢电池、镍镉电池等，通过现有技术中常见的充电器可以对电池进行充电以达到该类可充电电池能继续使用的目的。用户需要了解电池的电量的使用情况，方便用户对其进行使用和决定充电的时间。荷电状态还可以反映电池在当前循环充放电次数时电池相对于最大电荷的情况以决定电池的充电容量。由于不同的温度、多次循环充放电后电池组的老化程度及放电电流的大小等诸多因素，导致电池荷电状态的测定和估计一直是电池应用领域内的疑难点。

发明内容

在可选但非必须的实施例中，本申请公开了一种储能电池的均衡方法，其中由多级单体电池串联成电池组，该均衡方法包括：

步骤S1、在电池组的荷电状态不高于预设的第一阈值时根据采集的开路电压实施开路电压到荷电状态的转换，以撷取电池组中各个单体电池各自的荷电状态；

步骤S2、比较各个单体电池之间的荷电状态差异；

步骤S3、根据单体电池执行均衡期间预计采用的均衡电流值，计算出各个单体电池在均衡阶段所需要的均衡时间；

步骤S4、对各个单体电池执行均衡措施，以保障各个单体电池之间的电压偏差保持在预期的规定范围之内。

上述的储能电池的均衡方法，其中：

在步骤S3中：根据各个单体电池之间的荷电状态差值和根据各个单体电池执行均衡期间预计采用的均衡电流值，藉此算出各个单体电池在均衡阶段所需要的均衡时间。

上述的储能电池的均衡方法，其中：

在步骤S2中：基于单体电池间的荷电状态差异计算出各单体电池的放电深度，根据各个单体电池之间的放电深度差异进一步计算出各个单体电池之间的容量差；

在步骤S3中：基于各个单体电池间的容量差和根据单体电池执行均衡期间预计采用的均衡电流值，计算出各个单体电池在均衡阶段减少容量差所需要的均衡时间。

上述的储能电池的均衡方法，其中：

电池组通过实施放电程序从而引导电池组的荷电状态低于预设的第一阈值，并在电池组的放电程序结束后执行开路电压到荷电状态的转换。

上述的储能电池的均衡方法，其中：

在电池组的充电阶段进行各个单体电池的均衡，各个单体电池在电池组的充电阶段依据所对应的均衡电流值予以充电或放电并且均衡阶段持续整个被确定的均衡时间。

上述的储能电池的均衡方法，其中：

在电池组的放电阶段进行各个单体电池的均衡，各个单体电池在电池组的放电阶段依据所对应的均衡电流值予以充电或放电并且均衡阶段持续整个被确定的均衡时间。

上述的储能电池的均衡方法，其中：

对各个单体电池在均衡阶段所需要的均衡时间加权重：任意某个单体电池自身所需要的原始均衡时间乘以一个预定比例而计算出的时间定义为加权均衡时间，藉此限定任意某个单体电池在均衡阶段持续的实际时间等于其被确定的加权均衡时间。

上述的储能电池的均衡方法，其中：

在电池组的充电阶段执行单体电池的第一类均衡，各个单体电池在电池组的充电阶段依据所对应的均衡电流值予以充电或放电并且此均衡阶段耗用一部分所述均衡时间；

在电池组的放电阶段执行单体电池的第二类均衡，各个单体电池在电池组的放电阶段依据所对应的均衡电流值予以充电或放电且此均衡阶段耗用余下另一部分所述均衡时间。

上述的储能电池的均衡方法，其中：

对各个单体电池在均衡阶段所需要的均衡时间加权重：任意一个单体电池在第一类均衡阶段需要耗用的一部分所述均衡时间乘以一个预定比例而计算出的时间定义为第一加权均衡时间，藉此限定任意一个单体电池在第一类均衡的阶段持续的实际时间等于其被确定的第一加权均衡时间；任意一个单体电池在第二类均衡阶段需要耗用的另一部分所述均衡时间乘以一个预定比例而计算出的时间定义为第二加权均衡时间，藉此限定任意一个单体电池在第二类均衡的阶段持续的实际时间等于其被确定的第二加权均衡时间。

上述的储能电池的均衡方法，其中：

在确定第一阈值时，电池组以电流积分为零值时对应的荷电状态定义成0％以及电池组经过充电到充满电时对应的荷电状态定义为100％；或者

在确定第一阈值时，电池组在放电阶段任意一个单体电池到达放电深度为100％时即定义此时电池组的荷电状态为0％，以及电池组在充电阶段任意一个单体电池到达放电深度为0％时即定义此时电池组的荷电状态为100％。

上述的储能电池的均衡方法，其中：

在确定第一阈值时，电池组以电流积分为零值时对应的荷电状态定义成0％以及电池组经过充电至电流积分到充满电时对应的荷电状态定义为100％。相当于第一阈值无论是取自0％至100％当中的任意值，均是以电池组的电流积分为零值时对应的0％荷电状态为参考对象和以电池组的电流积分到充满电时的100％荷电状态为参考对象。第一阈值选取于两个极端参考值0-100％间的某个值，SOC源自电池组采用电流的积分计算法。

上述的储能电池的均衡方法，其中：

在确定第一阈值时，电池组在放电阶段任意一个单体电池到达放电深度为100％时即定义此时电池组的荷电状态为0％，以及电池组在充电阶段任意一个单体电池到达放电深度为0％时即定义此时电池组的荷电状态为100％。换而言之，相当于所述第一阈值无论是取自0％至100％当中的任意某个值，电池组放电过程中以任意某个单体电池最快到达放电深度为100％时电池组的0％荷电状态为参考对象和电池组充电过程中以任意某个单体电池最快到到达放电深度为0％时电池组的100％荷电状态为参考对象。第一阈值选取于两个极端参考值0-100％间的某个值，SOC源自充放电跑得最快的单体电池。

不同于传统电池均衡算法的储能应用局限性，分析如下：根据目前的实验结果表明在较高水准SOC处进行OCV-SOC转换时，电压精度必须达到0.1mV级别，以至于在较高水准SOC状态时变化1mV的OCV导致SOC会有约为15％的变化幅度。根据目前的实验结果表明：当前如果试用磷酸铁锂电池在较高水准SOC状态下，使OCV-SOC转换曲线上会出现变化率高的极小值波动，并非单调曲线，会造成很大的OCV-SOC转换误差而无法估算精确的SOC。精度为0.1mV级别的单体电压采集精度成本会很高，主流的数据处理是要求使用高精度的采集方案，譬如LTC-6804这种类型的多节电池的电池组监视器芯片，其弊端是价格比较贵而且采集模式不够灵活。本申请涉及到在含有光伏发电应用场合中提供电力储能的方案，根据估算出的储能电池的荷电状态转换为电压，基于保证电池组供电的均衡性而执行均衡措施，可以解决以上弊端或缺陷。

电池荷电状态的测定方法，传统的方案主要包括电压法、开路电压法、安-时计量估算法以及神经网络法等，应当默认该等测定方法可以被本申请采纳。所谓的电压法是通过测量电池工作状态下的电压并考虑到电池的温度补偿等因素来测定电池荷电状态，由于电池在使用过程中表现的髙度非线性、串联的电池间的不一致以及电池本身老化所带来的误差使得电压法在测定电池荷电状态上有某些不可忽略的误差。开路电压法利用开路电压与荷电状态的对应关系进行估计，开路电压法基于开路电压的测量，适用于测量电池不工作状态下的荷电状态，在混合动力电动汽车行驶过程中，由于在动力电池工作过程中我们不能直接测定开路电压而无法直接使用，所以现有技术中开路电压法通常用于其他荷电状态算法的补充。所谓安-时(AH)计量法也即通过对电流积分的办法记录从电池输出的电量或输入的电量，再根据充放电的初始荷电状态就可以计算出电池的当前荷电状态，优势是较为直接、简单易行，短时间内具有较髙精度；但具有某些缺陷，首先由于电池可以在任何某一个荷电状态下开始工作，因而初始的荷电状态难以被精确的确定；再者电池在长久持续工作期间必然会频繁冲放电，电池放电具有不确定的不同大小电流进行放电导致直接对电流进行监控的数据存在不稳定的误差。所以本申请可以多种估算法结合使用。

附图说明

为使上文目的和特征及优点能够更加通俗易懂，后文结合附图对具体实施方式做详细的阐释，阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本申请的特征和优势将显而易见。

图1是在较高的荷电状态水准条件下展示荷电状态-开路电压曲线的范例示意图。

图2是在较低的荷电状态水准条件下展示荷电状态-开路电压曲线的范例示意图。

图3是在较高的荷电状态水准条件下进行荷电状态-开路电压转换的范例示意图。

图4是在较低荷电状态水准条件下进行荷电状态-开路电压转换的第一范例示意。

图5是在较低荷电状态水准条件下进行荷电状态-开路电压转换的第二范例示意。

具体实施方式

下面将结合各具体的实施例，对本申请披露的技术方案进行清楚完整的阐述，但所描述的实施例仅是本申请用作叙述说明所用的实施例而非全部的实施例，在基于该等实施例的基础之上，本领域的技术人员应该认识到，在没有做出创造性劳动的前提下所获得的任何方案都属于本申请的保护范围。

在新能源行业，近些年来汽车行业的动力电池或光伏发电行业的储能蓄电电池的整体发展异常迅猛，储能种类较多：铅酸电池、锂电池、钠硫电池和钒液流电池等。而与之相应的却是电池管理技术发展的略显滞后，这也导致蓄电池管理技术成为制约光伏发电行业或者电动汽车等新能源行业发展的重要负面因素。因为电池管理技术的不完善，储能用的电池长期处于过充电或过放电状态，电池性能也随着电池的使用而逐渐变差，直接导致电池的整体成本过高。毫无疑虑，过高的电池更替频率和过高的新旧电池更换价格，成为电动动力汽车和光伏储能发展的制约条件。更复杂的情况是，在极度高温和极度低温的运行环境下电池所表现出来的工作特性与常温条件下不一致。以冬天为例，由于气温较低电池组或称为电池包的充放电功率数值会随之下降，电池经过长时间低温条件下运行，充放电能力也会逐渐衰退。此时电池组本身的性能较低，可能会造成电池单体的电压或电池组的总电压虚高的现象。解决过充电或过放电的手段是监控荷电状态，因此，荷电状态精确的被估计或被确定下来显得尤为重要，但是荷电状态这项参数自身并非是可以被直接测量出来的物理量或目标数据，这也是整个行业面临的困境；再者电池组在制备阶段被封装后其结构形态展示出来的特征是：电池组本身是封闭的电化学反应，电动汽车或储能系统运行时伴随着电流的剧烈变化呈现很强的非线性也会导致荷电状态估算困难。

关于荷电状态估算，现有技术包括放电试验法、安-时积分法、开路电压法以及神经网络法和卡尔曼滤波法等多种方法。放电试验是公认比较可靠的测量方法，通过一段时间负载放电来测量荷电状态。安-时积分法是最常用的方法，它是根据荷电状态的定义将电池等效为黑箱，采集电流直接对电流进行积分得到荷电状态。开路电压法是较为准确的测量方法，利用诸多开路电压值和诸多荷电状态值以一对一的方式相互对应的关系，通过不断的静置处理，得到电池的开路电压，进而通过查表得到电池的荷电状态。神经网络法是经过大量训练数据和合适的训练算法下实施的荷电状态预测。卡尔曼滤波算法近期被广泛的使用，基于利用建立的数学模型，将所谓荷电状态作为一状态变量，通过上一时刻的值和当前时刻的值而不断“修正—更新”藉此得到荷电状态的最优无偏估计。基于扩展卡尔曼滤波的各类蓄电池荷电状态估算方案：扩展卡尔曼滤波算法需要采集消耗电池电能的那些耗能设备运行时的电池电压、电池电流及温度数据，以传感器电流、温度等为输入量并建立蓄电电池的数学模型，在建模的基础上预测荷电状态。

荷电状态估算误差带来的弊端如下解释部分，在目前电池的制造工艺水平状况下以及电池的实际应用场景条件下，不同单体电池在长期使用中性能差异是不可避免的，这是造成电池组寿命下降的最为重要的因素。不均衡现象不仅会使电池组容量变小，甚至还可能会造成严重的过充电/过放电等安全隐患。以四个电池串联为例，在长时间使用下电池产生了不均衡。而无单体电池电压控制的情况下，放电阶段虽然电池组整体上满足了预定的欠压保护设置，但四个电池却是分别具有(3.6+3.2+3.2+2.0)V＝12V的电压，其中处于最低失衡状态的电池电压已低至2.0V，也即出现所谓的严重过放电现象；再和放电阶段的情况相比较，充电时阶段虽然电池组整体上满足了预定的过压保护设置，但四个电池却是分别具有(4.7+4.1+4.1+3.9)V＝16.8V的电压，其中处于最高失衡状态的电池电压已远远高达4.7V，也即出现所谓的高危状况的过充电现象。这里假设处于低失衡状态的电池电压是低于3.0V的情况，处于高失衡状态的电池电压是超过4.2V的情况。

储能电池本质上是化学电源，是通过能量转换而获得电能的器件。二次电池是可多次反复使用的电池，又称为可充电池或蓄电池。对二次电池充电时，电能转变为化学能实现向负荷供电并伴随吸热过程。二次电池的性能参数很多，主要指标如下：工作电压也即电池放电曲线上的平台电压；电池容量也即常用单位为安-时AH和毫安时MAH；工作温区也即电池正常放电的温度范围；电池正常工作的充电和放电次数。因此二次电池的性能基本上可以通过电池特性曲线来表示，与前述参数指标相呼应，这些特性曲线至少包括有充电曲线、放电曲线、充放电循环曲线、温度曲线等。

本申请提及的储能电池的可选项较多，铅酸、镍镉、镍氢和锂电池以及前文提及的各类电池等均可以作为储能电池，但是它们的性能略有差异，基于解释这种差异，本申请暂且以镍氢电池、镍镉电池与锂电池间的区别点来分别阐释。重量方面：先单独以每一个单体电池的电压来看，镍氢电池、镍镉电池是1.2V，锂电池是3.6V，显然单体锂电池的电压是镍氢电池、镍镉电池的3倍，同型电池的重量锂电池与镉镍电池几乎相等但镍氢电池却比较重。单体锂电池的端电压为3.6V，在输出相同电压的情况下，锂电池的单体电池组合时数目可减少2/3从而使成型后的电池组重量和体积减小。记忆效应：镍氢电池和镍镉的电池略有不同，镍氢电池没有记忆效应，所以对于镍镉电池来说，定期的放电管理是必需的，定期放电管理属于模糊状态下的被动管理，甚至在镍镉电池的荷电量不确定的情况下进行放电，每次放电或使用几次后进行放电都因生产厂不同有所差异，高频的放电管理在使用镍镉电池时是无法避免。相对而言，镍氢电池和锂电池没有记忆效应，在使用时非常方便，完全不用考虑二次电池残余电压的多少，可直接进行充电，毫无疑虑充电时间自然可以缩短。记忆效应是长期不正确的充电导致的，它容易引起电池早衰，电池无法进行有效的充电，出现“充电则即刻显示满电、放电则即刻显示放完”但实际“充电虚空以及放电未有效执行”的异常现象。防止电池出现记忆效应的方法是，严格遵循充足放光的原则，即在充电前最好将电池内残余的电量放光，充电时要一次充足。通常镍镉电池容易出现记忆效应，所以充电时要特别注意。镍氢电池理论上没有记忆效应，但使用中最好也遵循充足放光的原则，这也就是很多充电器提供放电附加功能的原因。对于由于记忆效应而引起容量下降的电池，可以通过一次充足再一次性放光的方法反复数次，大部分电池都可以被修复。自放电率：镍镉电池为每个月自行释放15-30％电量的自放电率，镍氢电池为每个月自行释放25-35％电量的自放电率，锂电池为2-5％的自放电率，镍氢电池的自放电率最大而锂电池的自放电率最小。充电方式：锂电池容易受到过充电、深放电以及短路的损害，单体锂电池的充电电压必须严格限制。关于充电速率，储能电池的充电电流通常用充电速率C表示，C为蓄电池的额定容量。例如用2A电流对1Ah电池充电意味着充电速率就是2C；类似的用2A电流对500mAh电池充电则充电速率是4C。充电速率通常规定不超过1C，最低的放电电压为2.7-3.0V，再继续促使电池放电就会损害电池影响使用寿命。锂电池惯用的充电模式是以恒流转恒压方式进行充电，采用1C的充电速率将电池充电至4.1V时，充电器应立即转入恒压充电且充电电流逐渐减小；当电池充足电量后进入涓流充电过程。为避免过充电或过放电，锂离子电池不仅在内部设有安全机构而且充电器也必须采取安全保护措施，以监测锂电池的充放电状态。

锂电池不像镍镉电池或者镍氢电池那样具有部分耐压能力，而且镍镉电池或者镍氢电池充满电之后电池的库伦充电效率开始降低，导致大部分充进的电能都转化为热耗散掉并藉此可以利用该效应适当的过充电来达到电池单体的均衡，但是锂(离子)电池缺乏耐压能力而且还缺乏将过充电的电能转化为热能消散掉的能力。倘若锂电池处于100％的荷电状态之后继续给锂电池充电，电池电压仍然会抬升。锂电池的均衡电路的研究随着电池的广泛推广应用早已起步，早期的均衡主要是用与电池并联的分流电阻来执行的，主要的特点是电路结构简单可靠，至今仍是工业界常用的均衡方法。近年来无损式的均衡电路的研究较为活跃，业界提出了很多拓扑和控制方案。对于非损耗型均衡电路方案，目前国内外的研究主要集中在两个方面：开关电容法和DC/DC变流器法。开关电容法是利用开关与电容的组合实现能量在相邻电池中的传递，直到所有电池达到统一的电压。变流器法是利用变压器等将能量从高电压的电池传递到低电压的电池。一般惯用的均衡方法是简单的比较单体电池荷电状态SOC与电池组平均荷电状态SOC，对荷电状态SOC比较高的电池进行放电；或者比较相邻两节单体电池的荷电状态SOC，要求荷电状态SOC较高的给荷电状态SOC较低的放电，这些控制方法实现简单，是较为合理的方案。

单体电池在电池充放电过程中，电池容量(荷电量)是电压的单调函数。在较高容量时近乎认为电池电压和容量也基本呈线性。所以对于单体电池，可以线下直接测量电池容量和电压的关联曲线，在电池充放电时，用查表法来在线估计电池的SOC。根据业界的共识在高的SOC状态下，电池的荷电量和电压基本呈线性关系，因此可以方便地用电压来估计和确定电池的荷电量。但是由于电池内阻的存在，放电电流越大，相同容量所对应的电池电压就越低。所以只有在同一电流参考值下，才能用电压值来比较同一电池的相对荷电状态，否则存在着估算误差，但这仍然不失为一种行之有效的估算方案。适用于本申请的基本原则可总结为：锂电池的均衡本质上是荷电状态SOC的均衡。这种抽象的描述用具体的语言阐释如下：保证同一电池组或电池包当中的所有单体电池在充电过程中同时被充满，或所有单体电池在放电过程中同时释放掉电量。荷电状态SOC是描述二次电池状态的极其重要的参数，通常把某温度下二次电池在某温度下不能再吸收能量时的电量状态定义为SOC＝100％，二次电池不能放出电量时的电量状态定义为SOC＝0％。

关于过充电问题：电池过充电是指在给电池充电过程阶段，由于没有采取适当的保护措施或者采用的保护措施没有起到应有的效果，导致电池已经充满电之后充电器还继续对电池进行过度的充电，强制使得电池的实际电压超过安全电压值4.2V。电池过充电是不被允许的严重问题，许多关乎电池的事故都是由电池过电压造成的，典型的例如市面上出现的电动车起火乃至手机由于电池故障的自燃现象。过充电不被允许的原因是，电池电压超过安全电压就会使锂-离子沉积、电池严重发热，更为严重时会导致内部短路并会出现燃烧甚至爆炸的严重后果。导致电池过充电问题主要有以下几个理由：锂电池内部的锂离子在电池即将要充满的时候，其浓度会不断增加，从而会导致扩散性下降，接受电流的能力下降，也就出现了电池过充电的现象。将大量多级的锂电池串联起来使用，由于电池在制造商的生产过程中，不可避免的在各个单体电池之间存在参数不一致性，再加上电池组充电过程的管理不合理性，导致部分电池在充电过程中电池上升较快，在其他电池还没有充满电的时候，这些电池已经充满。以至于如果单体电池端电压检测电路不准确或者没有及时检测电池电压状态，充电回路就会依旧用比较大的电流对电池组进行充电，从而导致那些电池电压上升较快的单体电池出现过充电的现象。通过上面的分析可以知道，电池出现过充电问题会首先表现在电池的电压参数，体现出电池的电压过高，超过安全电压的范围所以只能准确限制电池的电压才能很好的预防过充电问题的发生。

关于过放电问题：电池过放电是指在电池放电过程阶段，电池的能量已经释放完毕也即放光了还继续对电池进行强行放电的过程，过放电会导致电池电压过低，超过电池电压的底限值，直至导致电池失效。当锂电池能量释放完毕的时候，相当于锂电池能量放光是指电池负极的锂离子基本都脱离负极材料，如果此时仍然对电池进行放电，电池负极材料上电位低的物质会被继续化学氧化，而电池正极中的锂离子会发生氧化还原反应。在电池负极的锂离子减少，锂离子的脱出能力下降，当电池的放电电压达到金属集流体的溶解电压的时候，金属集流体会发生溶解和氧化，这使得电池的负极活性物质脱落。那么再次充电的时候溶解的金属会不断积累，当积累的金属到达正极的时候，就会出现电池的内部短路或者漏液。锂电池出现过放电的原因主要有以下几点：在电池的放电末期，也即电池容量快要放完的时候，电池大电流放电的能力会大幅度下降，如果继续对电池进行大电流放电就会使电池出现过放电的问题。将大量多级电池串联起来使用，串联电池组中各个单体电池之间存在的一致性问题会导致电池容量较小的那部分电池比其他电池放电快，这部分电池会更早的将电池容量放完，如果还是按照比较大的电流放电，导致容量已经放完的那部分电池出现过放电。可见电池出现过放电时的突出特征是电池的电压会很低，所以通过实时检测电池组中所有单体电池的电压，要求最小的那个电池电压值作为过放电保护控制回路的反馈，当检测到最低电池电压值低于规定的所能容忍的极小电压值，就切断电池组放电回路，防止电池电压继续下降，就能有效的防止电池过放电问题的出现。

关于过电流问题：以下几种情况会导致电池出现过电流问题，异常环境下的充放电譬如在低温环境下，电池的导电性和扩散性都会较常温下有所下降，尤其是电池负极的锂离子穿透能力下降，主要会表现为电池的内阻变大，电池的可接受电流的能力下降导致电池出现过电流。电池使用一段时间后会出现老化现象，即电池的内阻会增加、容量会降低而且倍率特性也会下降，如果仍然按照电池最初的充放电手段方法对电池进行充电，毫无疑虑也会导致过电流的问题。使用不当导致电池内外部短路，短路电流是很大的值，出现的短路情况是很严重的问题，可能导致燃烧爆炸。由此可知，电池出现过电流时的显著特性是通过电池的电流会很大，通过实时监控电池组的充放电电流，将该电流值作为保护控制充放电回路的反馈，可以在电池组发生过电流时瞬间切断回路，从而保护了电池。另外关于业界所熟知的过温度问题比较容易控制所以本申请不予赘述。

本申请的目标在于抑制过充电、过放电、过电流、过温度等问题，通过实施精准的确定或估算储能电池荷电状态SOC而实现电池均衡的方法。电池剩余电量也即是电池的荷电状态，极低误差率的确定剩余电量可以为储能电池的控制策略提供依据。精确估算当前电池剩余电量可保证荷电状态维持在合理的范围内，防止过充或过放对电池损伤，为合理利用电池提高电池使用寿命以及降低维护成本提供了技术方向。

参见图1，为了更详细的理解先解释后续名词：电池电动势E是指所谓组成电池的正极板与负极板的电位差；所谓开路电压(Open Circuit Voltage-OCV)是指外电路没有电流流过时电极之间的电位差且通常开路电压近似于电动势；所谓端电压也叫工作电压指的是蓄电池处在工作状态时两电极之间的电位差；所谓终止电压指在一定的放电条件下电池电压慢慢降低，当降到一定的程度时，如果再继续放电，就会导致电极的活性物质脱落而损坏电池，这时的电压称为终止电压；所谓蓄电池的额定电压也即电压的标称值在绝大部分情况下是指电池的开路电压。因此对于锂电池的开路电压与荷电状态两者之间的函数关系可以用图1的OCV-SOC曲线表示。开路电压与荷电状态两者存在对应关系，只要知道当中一者的某个特定离散值，就能根据该特定离散值转换成另一者的与该特定离散值极其吻合的对应值。3339mV的OCV对应100％的SOC，3328.004mV对应98％的SOC及3328.747mV对应96％的SOC，3328.989mV对应94％的SOC，3328.956mV对应92％的SOC，3328.716mV对应90％的SOC，3328.257mV对应88％的SOC以及有3327.725mV对应86％的SOC，3327.304mV对应84％的SOC，3326.895mV对应82％的SOC，3326.577mV对应80％的SOC。这是某锂电池的SOC-OCV两者之间的函数关系的范例，但不构成限制，从而使用较为准确的开路电压法测量，利用诸多开路电压值和诸多荷电状态值以一对一的方式相互对应的关系，通过不断的静置处理，得到电池的开路电压进而通过查表得到电池的荷电状态。应当留意到，曲线OCV-SOC会出现如图所示的大概是98％SOC处的高变化率的一个极小值。

参见图2，前文内容介绍了高于80％的SOC的荷电与开路电压曲线，低于24％荷电状态的锂电池的开路电压与荷电状态两者之间的函数关系可以用图2的OCV-SOC描绘的曲线表示。前文内容还详细介绍了：开路电压与荷电状态两者存在对应关系，只要是知道当中一者的某个特定离散值，就能根据该特定离散值转换成另一者的与该特定离散值极其吻合的对应值。3251.828mV的OCV对应着24％的SOC，3246.497mV对应22％的荷电SOC及3239.295mV对应20％的SOC，3230.463mV对应18％的SOC，毫伏表示的3222.51mV对应16％的SOC，3212.282mV对应14％的SOC，3201.241mV对应12％的SOC，3198.677mV对应10％的SOC和3196.478mV对应8％的SOC以及满足3189.572mV对应6％的SOC并且3144.704mV对应4％的SOC，3067.081mV对应2％的SOC，2948.976mV近乎对应着0％的SOC。这是某锂电池的SOC-OCV两者之间在较低SOC情况下的函数关系的范例，但不构成限制。

参见图2，并结合图1所示，通常认为电池组在进行几次充放电后，各个单体间端电压呈现出明显的非均衡性。如果不采取相应的均衡措施，电池组中“落后”电池譬如容量小的电池，长期处于过充过放状态而引起的这种非均衡性的程度，会随着电池充放电次数的增多而变严重。本申请着眼于提供精确的SOC估算来解决这些问题。耗散式均衡法是让每个单体电池都并联一个电阻，以实现分流，优势是比较简单和容易实现，劣势是由于电阻分流散热导致有能量损失。相对而言为了避免功率损耗，非耗散型的电池均衡方法大体上概括为：多绕组变压器集中均衡法、相邻单体间平衡的均衡法和多重DC/DC隔离转换器模式(Multiple Isolated Converter-MIC)的均衡法。该等均衡法均适用于本申请以及还应该认识到，线下测量电池容量和开路电压的关联曲线，建立SOC-OCV的函数曲线关系也即数据库，尔后便可以用查表法来在线估算电池的SOC。

参见图3，在可选但非必须的实施例中，本申请关于电池荷电状态SOC的均衡算法主要思想实现方案之一如下：电池组先行充电，在充电结束后使得整个电池组以及各个串联连接的单体电池都具备高SOC状态(近乎SOC＝80％以上)，即执行步骤S101。接着采用开路电压到荷电状态的转换也即OCV-SOC转换，即执行步骤S102。事实上前文描述的查表法来在线估算电池的SOC是典型的转换实施方式。得到单体电池SOC数据再计算或转换为放电深度DOD，粗略的认为DOD＝1－SOC，即执行步骤S103。由于各个单体电池的放电深度已知，可以根据不同单体电池之间的DOD差值来计算出各单体电池的容量差，电池的剩余容量之间的差额是完全可以精确计算的。在可选的实施例中如果以预定的DOD基准来等效为比对尺度，则不同的单体电池用自身DOD和DOD基准相减即可得到不同单体电池各自相对DOD基准的放电深度差额，换而言之，不同单体电池之间的DOD差值也是可以计算的。在可选的实施例中，我们还要求在串联的一系列单体电池中DOD值最低的那个单体电池的DOD作为比对尺度的放电深度DOD基准，基于最低单体电池DOD差值来实现均衡。步骤S104是计算各单体电池的容量差，最终根据各个单体电池之间的容量差以及根据单体电池用于均衡的预定均衡电流，可以计算出均衡各个单体电池之间的容量差所需要的总共时间，如步骤S104所示。步骤S105是执行均衡程序以实现均衡各个单体电池之间电压偏差的最终目的。所谓执行均衡程序可以认为是通过均衡电流给单体电池放电或者充电来补偿不同电池的SOC差额，电池的均衡程序本质上是实现荷电状态SOC的均衡，保障同一电池组中所有单体电池在充电过程中被同时充满或所有单体电池在放电过程中被同时释放掉电量。本申请中，单体电池的均衡过程是在充放电过程中进行的，直到各单体电池均衡时间结束，至单体电池无需均衡。消弭单体电池之间的容量差，也即SOC均衡方法的最主要的目的是：使得各单体电池在充电结束时均达到100％的荷电状态SOC。图3的SOC估算算法基本上是针对图1的高荷电状态所提出的。总体而言，我们认为单体电池均衡的意义就是利用电力电子技术，使电池单体电压或电池组电压偏差保持在预期的范围内，保证每个单体电池在正常使用时保持基本相同状态，以避免过充电和过放电的发生。主要功能是无论电池组在充电、放电还是放置过程中，都可利用在电池组内部对于电池单体之间的差异性进行主动或被动均衡，消除电池成组后由于自身和使用过程中产生的各种不一致性。在电池使用过程中，电池放出的容量占其额定的容量的百分比称为放电深度(Depth Of Discharge-DOD)。

参见图3，业界但凡涉及到电池组的均衡(Cell Balancing)尤其是锂电池，都不得不提及到均衡电路，值得注意的是，本申请并不在意具体使用哪一种均衡电路在不在意是能量消耗性均衡还是无能量消耗性均衡，所有的均衡电路都适用于本申请。通常情况下充电时锂离子电池单体电压的偏离程度在预设偏差范围是完全可以接受的，惯用的均衡方法有很多种譬如开关电容均衡法、降压型变换器法、平均电压均衡法，不再赘述。以常见的平均电压均衡法为例阐释，单体电池电压与平均单体电池电压予以比较，控制均衡电路将电池电压高于平均电压的单体电池实施分流，直至所有的单体电池电压在均衡电路的作用下趋向等同于平均电池电压。本申请并不在意具体使用哪一种均衡方法，所有当前的均衡方法都适用于本申请，因此本申请不单独赘述均衡电路及均衡方法。

参见图4，在可选但非必须的实施例中，为了最大程度地避免图3的SOC均衡方法在面临着图1中出现的高变化率极小值时失效或误差过大，图4提供了完全不同于前文的关于锂电池的优化均衡方案。多级单体电池CELL串联连接成电池包Battery或所谓的电池组，只有在电池组的荷电状态SOC低于预设的第一阈值时才执行开路电压到荷电状态的转换也即执行SOC-OCV的转换。在可选的实施例中，在不高于第一阈值的条件下撷取电池组中各个单体电池各自的荷电状态，第一阈值譬如是24％甚至20％。前文已经阐释可线下测量电池容量和开路电压的关联曲线，建立待用的SOC-OCV函数关系即构建出数据库，其后便可以用查表法根据测量的OCV来在线估算电池的SOC，相当于是任何荷电状态值均对应唯一的一个开路电压值。图2中SOC-OCV曲线恰好处于低水准荷电状态的阶段，可视为测量电池组中各单体电池各自荷电状态的合适时机。在可选但非必须的实施例中，在电池组的荷电状态高于预设的第二阈值时不允许执行开路电压到荷电状态的转换，高于第一阈值的第二阈值例如为80％，优势在于：电池组在第二阈值条件下所要求的电压采集精度高于电池组在第一阈值条件下的采集精度，譬如，在第二阈值条件下至少是要求精确到0.1mV这种级别的开路电压采集精准度，而在第一阈值条件下可能所要求的开路电压采集精度仅仅是1-2mV这种级别的采集精度即可。第二阈值是高水准荷电状态的条件下(如80％-100％)也即充电条件下所定义出的值。业界定义的术语电池平台电压即充放电过程中电池电压变化幅度极小的平台区，第一阈值和第二阈值之间的电压区间在定义为电池组的平台电压，假如第二阈值为80％和第一阈值为20％，则电池组例如锂电池的平台电压处于20％至80％之间。

参见图4，在可选但非必须的实施例中，本申请关于电池荷电状态SOC的均衡算法主要思想实现方案之一如下：电池组先行放电，在放电结束后使得整个电池组以及各个串联连接的单体电池都具有低SOC状态(近乎SOC＝20％以下)，即执行步骤S201。接着采用开路电压到荷电状态的转换也即OCV-SOC转换，即执行步骤S202。事实上前文描述的查表法来在线估算电池的SOC是典型的转换实施方式。得到单体电池SOC数据即可比较出各个单体电池之间的荷电状态SOC差异，也即执行步骤S203的比较各个单体电池之间的荷电状态差异性。由于各个单体电池的SOC数据已知，可以根据不同单体电池之间的SOC差异来计算出各单体电池的SOC差值，单体电池的SOC之间的差额是完全可以精确计算的。在可选的实施例中，假如单体电池A和单体电池B在同一个电池组当中而且单体电池A的SOC-A和单体电池B的SOC-B已知，单体电池A执行均衡预计采用的均衡电流值为IA以及单体电池B执行均衡预计采用的均衡电流值为IB，促使单体电池A的荷电状态SOC-A和单体电池B的SOC-B的差值减小，计算出单体电池A采用均衡电流值IA充电或放电的均衡时间TA，计算单体电池B采用均衡电流值IB充电或放电的均衡时间TB。最终在电池组的充电阶段或放电阶段可以对单体电池A和B执行期望的均衡措施，单体电池A采用均衡电流值IA以持续均衡时间TA来充电或放电，以及单体电池B采用均衡电流值IB以持续均衡时间TB来充电或放电，从而可以保障各个单体电池例如A和B之间的电压偏差保持在预期的规定范围之内。这里是以两个单体电池为例来阐释说明，串联的多个单体电池的均衡动作亦是如此。步骤S204是根据各个单体电池之间的荷电状态差值和根据各个单体电池执行均衡期间预计采用的均衡电流值，藉此算出各个单体电池在均衡阶段所需要的均衡时间。步骤S205通过均衡动作以实现均衡各个单体电池之间电压偏差的最终目的，可在电池组的充电阶段或放电阶段实施。

参见图5，在可选但非必须的实施例中，本申请关于电池荷电状态SOC的均衡算法主要思想实现方案之一如下：电池组先行放电，在放电结束后使整个电池组以及各个串联连接的单体电池都具有低SOC状态，即执行步骤S301。图2中SOC-OCV曲线处于低水准荷电状态，可视为测量电池组中各单体电池各自荷电状态的合适时机。接着采用开路电压到荷电状态的转换也即OCV-SOC转换，即执行步骤S302，正如前文描述的查表法可以在线估算电池的SOC，是典型的转换实施方式。得到单体电池SOC数据再计算或转换为放电深度DOD，大致上认为DOD＝1－SOC，即执行步骤S303。由于各个单体电池的放电深度已知，从而可以根据不同单体电池之间的DOD差值来计算出各单体电池的容量差，也即电池的剩余容量的差额是完全可以精确计算的。单体电池A和B归属于相同的电池组且单体电池A的放电深度DOD-A和单体电池B的DOD-B已知，可根据单体电池A和B两者的DOD-A与DOD-B的差值计算单体电池A和B的容量差。基于迫使单体电池A和B两者的剩余容量的差额减小，单体电池A执行均衡预计采用的均衡电流值为IA以及单体电池B执行均衡预计采用的均衡电流值为IB。计算单体电池A采用均衡电流值IA充电或放电的均衡时间TA，计算单体电池B采用均衡电流值IB充电或放电的均衡时间TB，最终在电池组的充电阶段或放电阶段可以对单体电池A和B执行期望的均衡措施，单体电池A采用均衡电流值IA以持续均衡时间TA来充电或放电，以及单体电池B采用均衡电流值IB以持续均衡时间TB来充电或放电，使单体电池A和B两者的容量差减小，保障单体电池A和B之间的电压偏差保持在预期的规定范围之内。根据上述阐释内容可知，如图5所示，步骤S303的主要是比较各个单体电池之间的荷电状态差异性和计算各单体电池的放电深度；以及步骤S304是计算出各个单体电池的容量差和计算单体电池需要的均衡时间。步骤S305通过均衡程序动作以实现均衡各个单体电池之间容量差及电压偏差的最终目的，可在电池组的充电阶段或放电阶段实施。

参见图5，在可选但非必须的实施例中，并结合图1-4，单体电池需要采用确定的均衡电流值以持续被计算出的均衡时间来充电或放电，从而达成均衡的目的。在可选但非必须的实施例中，在电池组Battery的充电阶段进行各个单体电池的均衡，各个单体电池在电池组的充电阶段依据所对应的均衡电流值予以充电或放电并且均衡阶段持续整个被确定的均衡时间。或者，在电池组Battery的放电阶段进行各个单体电池的均衡，各个单体电池在电池组的放电阶段依据所对应的均衡电流值予以放电并且均衡阶段持续整个被确定的均衡时间。例如，在电池组的充电阶段或放电阶段对单体电池A和B执行所期望的均衡措施，单体电池A采用均衡电流值IA以持续均衡时间TA来充电或放电，以及单体电池B采用均衡电流值IB以持续均衡时间TB来充电或放电。单体电池在均衡时间是充电还是放电取决它的SOC，假如单体电池A比B的电荷要多则单体电池A应当适当放电而单体电池B则应当适当充电。还譬如：假如单体电池A和B的电荷比期望的电荷多则它们应当适当放电，单体电池A和B的电荷比期望的电荷少则它们应当适当充电，以及它们当中比期望电荷少的一者应当充电而比期望电荷多的另一者则应当放电。在可选但非必须的实施例中，均衡时间TA持续单体电池A的整个均衡阶段，均衡时间TB持续单体电池B的整个均衡阶段，保障各个单体电池例如A和B之间的电压偏差保持在预期的规定范围之内，使电池单体电压或电池组电压偏差保持在预期的范围内，保证每个单体电池在正常使用时保持基本相同状态，以避免过充电和过放电的发生。

参见图5，在可选但非必须的实施例中，并结合图1-4，单体电池需要采用确定的均衡电流值以持续被计算出的均衡时间来充电或放电，从而达成均衡的目的。在可选但非必须的实施例中，在电池组Battery的充电阶段执行单体电池的第一类均衡，各个单体电池在电池组的充电阶段依据所对应的均衡电流值予以充电或放电并且此均衡阶段耗用一部分所述均衡时间；以及在电池组Battery的放电阶段执行单体电池的第二类均衡，各个单体电池在电池组的放电阶段依据所对应的均衡电流值予以充电或放电并且此均衡阶段耗用余下另一部分所述均衡时间。基于加快均衡的速度和提高均衡精准度，均衡过程不限制在电池组的充电阶段或放电阶段，而是贯穿整个充放电阶段，从而将均衡动作部署到充放电过程。譬如：在充电阶段执行单体电池的第一类均衡First-Section balancing，前文作为范例的单体电池A在电池组的充电阶段依据所对应的均衡电流值IA1予以充电或放电并且此均衡阶段耗用一部分所述均衡时间TA记作TA1，并且在电池组的放电阶段执行单体电池的第二类均衡Second-Section balancing，以及该单体电池A在电池组的放电阶段依据所对应的均衡电流值IA2予以充电或放电并且此均衡阶段耗用余下另一部分所述均衡时间TA记作TA2，其中TA＝TA1+TA2。注意时段TA1和时段TA2可以相等也可以不相等，单体电池A在第一类均衡措施下使用的均衡电流值IA1和单体电池A在第二类均衡措施下使用的均衡电流值IA2可以相等也可以不相等。单体电池B也可以采取和单体电池A一样的分段均衡措施，目的是使A和B的荷电状态SOC趋同。惯用的均衡方法是简单的比较单体电池荷电状态SOC与电池组平均荷电状态SOC，对荷电状态比较高的电池进行放电和/或对荷电状态比较低的电池充电。或比较相邻两节单体电池的荷电状态SOC，要求荷电状态SOC较高的电池给荷电状态SOC较低的电池放电，如果前述单体电池A和B相比，限定荷电状态SOC较高的单体电池A给荷电状态SOC较低的单体电池B放电，也即单体电池A放电而单体电池B充电。

参见图5，在可选但非必须的实施例中，并结合图1-4，对各个单体电池在均衡阶段所需要的均衡时间加权重：任意一个单体电池自身所需要的原始均衡时间乘以一个预定比例而计算出的时间定义为加权均衡时间，藉此限定任意一个单体电池在均衡阶段持续的实际时间等于其被确定的加权均衡时间。譬如：以前文提及的单体电池A为例它自身所需要的原始均衡时间TA乘以一个预定比例β而计算出的时间TA*β定义为所谓的加权均衡时间，考虑到均衡期间的均衡电流可能是动态的，为了避免过度均衡，采用对均衡时间加权重的手段来应对，设定比例0＜β＜1，均衡算法伴随整个电池组的生命周期所以这种贯穿电池生命周期的加权法对电池的保护极有意义，藉此限定单体电池A在均衡阶段持续的实际时间等于其被确定的加权均衡时间TA*β。在可选的实施例中，在电池组的充电阶段执行单体电池的第一类均衡First-Section balancing和在电池组的放电阶段执行单体电池的第二类均衡Second-Section balancing，对单体电池A在均衡阶段所需要的均衡时间加权重：则单体电池A在第一类均衡阶段耗用的一部分均衡时间TA1乘以某个预定比例β1而计算出的时间TA1*β1定义为第一加权均衡时间，单体电池A在第一类均衡的阶段持续的实际时间等于被确定的第一加权均衡时间TA1*β1；单体电池A在第二类均衡阶段需要耗用的另一部分均衡时间TA2乘以某个预定比例β2而计算出的时间定义为第二加权均衡时间TA2*β2，单体电池A在第二类均衡的阶段持续的实际时间等于其被确定的第二加权均衡时间TA2*β2。TA＝TA1+TA2，时段TA1和TA2可以相等也可以不相等，第一个预定比例β1和第二个预定比例β2可以相等也可以不相等。在可选但非必须的实施例中，预定比例β1和β2满足如下关系：它们求和算得的均值不低于前文记载的第一阈值，也即(β1+β2)/2不低于SOC规定的第一阈值。在可选但非必须的实施例中，还设定预定比例β1和β2满足如下关系：它们求和算得的均值不高于前文记载的第二阈值，也即(β1+β2)/2不高于SOC规定的第二阈值。在可选但非必须的实施例中，预定比例β1和β2满足关系：它们求和算得的均值不低于前文记载的第一阈值和它们求和算得的均值不高于第二阈值，也即(β1+β2)/2介于SOC规定的第二阈值和该SOC规定的第一阈值之间。以上实施例是考虑到第一加权均衡时间和第二加权均衡时间还受到单体电池的荷电状态的影响，预定比例β1和β2与第一阈值和/或第二阈值的函数关系式对于避免电池过度均衡和防止过度校正SOC极度有效，电池组在其整个生命周期内持续受到这种加权均衡时间带给每个单体电池的保护。

参见图5，在可选但非必须的实施例中，并结合图1-4，在确定第一阈值时该第一阈值必须在两个参考极值之间予以选择，也即在0％和100％之间取值，确定第二阈值时也必须在这两个参考极值之间予以选择。为了确定两端极值0％和100％，在可选但非必须的实施例中，电池组需要充电到满电，这期间对充电电流采用电流积分法。电池组以其电流积分为零值时所对应的荷电状态定义成0％；以及电池组经过充电后，电池组充电至其电池组充满电时对应的荷电状态定义为100％，相当于要求电池组充满电时电池组的电流积分等于电池处于充满电状态时的规定容量值；在可选的实施例中，在确定第一阈值或者第二阈值时，电池组在放电阶段任意一个单体电池到达放电深度为100％时即定义此时电池组的荷电状态为0％，电池组在充电阶段任意一个单体电池到达放电深度为0％时即定义此时电池组的荷电状态为100％。意思是：电池组在放电阶段，电池组当中一系列串联的单体电池都在放电，但是所有的单体电池中总有一个放得最快，那么总存在着放电放得最快的单体电池例如单体电池A，一旦单体电池A的放电深度为100％时即定义此时整个电池组的荷电状态为0％。相对应的电池组在充电阶段，整个电池组当中一系列串联的单体电池都在充电，但是所有的单体电池中总有某个单体电池充得最快，那么总存在着充电充得最快的单体电池例如单体电池B，一旦单体电池B的放电深度为0％时即定义此时整个电池组的荷电状态为100％。

参见图5，在可选但非必须的实施例中，并结合图1-4，均衡算法当中：避开较高水准的荷电状态SOC下的OCV-SOC曲线出现的极小值情况，避免高水准SOC下的对电压采集存在的极高要求，譬如精准到0.1mV的精度。在放电结束后较低水准的荷电状态条件下进行OCV-SOC转换，在充电的阶段刚好充电到荷电状态不太高的情况下同样也能在较低水准的荷电状态条件下进行OCV-SOC转换，高的荷电状态放电到第一阈值或者低的荷电状态充电到第一阈值均可以作为进行OCV-SOC转换的时机。如果处理数据的微处理器运算允许的话，可以用神经网络算法或分段函数法来替代OCV-SOC转换以将电压采集精度进一步提高。在低的SOC电量下每1％的SOC变化会引起被测对象也即电压变化1.2mV-8mV的幅度。根据SOC差值以及单体均衡时的均衡电流可以计算出均衡各单体需要的总时间。在充电阶段进行单体均衡，直到均衡时间结束，或者下一次的均衡校正。为了均衡速度快，可以考虑在放电阶段也开启均衡。考虑到均衡期间的均衡电流其实是动态的，防止过度均衡，可以对均衡时间加权重。与其他算法的结合：考虑到电流积分的误差，漏电流，自放电等因素，电池包容量计算以电流积分法从0到充满电的满电为容量值，这是个不断修正的值。电池包的容量不是某个单体容量，而是放电某单体到最快到达DOD深度为100，和充电某单体最快到达DOD深度为0这之间的容量为参考的总容量。从这个角度考虑，是保证低水准(譬如不高于第一阈值)的SOC状态下各单体电池的SOC相同，但是不保证高水准SOC(譬如不低于第二阈值)状态下的各单体电池的SOC相同，但在运算中整个电池包的SOC依旧是0-100％。根据目前的实验结果表明：在高水准SOC处进行OCV-SOC转换时电压精度必须达到0.1mV，因为显示出了在高SOC状态1mV的OCV变化会有约为15％的SOC变化，本申请披露的方案很好的解决了采集精度要求高和曲线不单调的各种问题。

以上通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述发明提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种储能电池的均衡方法，由多级单体电池串联成电池组，其特征在于：

步骤S1、在电池组的荷电状态不高于预设的第一阈值时根据采集的开路电压实施开路电压到荷电状态的转换，以撷取电池组中各个单体电池各自的荷电状态；

步骤S2、比较各个单体电池之间的荷电状态差异；

步骤S3、根据单体电池执行均衡期间预计采用的均衡电流值，计算出各个单体电池在均衡阶段所需要的均衡时间；

步骤S4、对各个单体电池执行均衡措施，以保障各个单体电池之间的电压偏差保持在预期的规定范围之内。

2.根据权利要求1所述的储能电池的均衡方法，其特征在于：

在步骤S3中：根据各个单体电池之间的荷电状态差值和根据各个单体电池执行均衡期间预计采用的均衡电流值，藉此算出各个单体电池在均衡阶段所需要的均衡时间。

3.根据权利要求1所述的储能电池的均衡方法，其特征在于：

在步骤S2中：基于单体电池间的荷电状态差异计算出各单体电池的放电深度，根据各个单体电池之间的放电深度差异进一步计算出各个单体电池之间的容量差；

在步骤S3中：基于各个单体电池间的容量差和根据单体电池执行均衡期间预计采用的均衡电流值，计算出各个单体电池在均衡阶段减少容量差所需要的均衡时间。

4.根据权利要求1所述的储能电池的均衡方法，其特征在于：

电池组通过实施放电程序从而引导电池组的荷电状态低于预设的第一阈值，并在电池组的放电程序结束后执行开路电压到荷电状态的转换。

5.根据权利要求1所述的储能电池的均衡方法，其特征在于：

在电池组的充电阶段进行各个单体电池的均衡，各个单体电池在电池组的充电阶段依据所对应的均衡电流值予以充电或放电并且均衡阶段持续整个被确定的均衡时间。

6.根据权利要求1所述的储能电池的均衡方法，其特征在于：

在电池组的放电阶段进行各个单体电池的均衡，各个单体电池在电池组的放电阶段依据所对应的均衡电流值予以充电或放电并且均衡阶段持续整个被确定的均衡时间。

7.根据权利要求1所述的储能电池的均衡方法，其特征在于：

在电池组的充电阶段执行单体电池的第一类均衡，各单体电池在电池组的充电阶段依据所对应的均衡电流值予以充电或放电并且此均衡阶段耗用一部分所述均衡时间；

在电池组的放电阶段执行单体电池的第二类均衡，各单体电池在电池组的放电阶段依据所对应的均衡电流值予以充电或放电且此均衡阶段耗用余下另一部分所述均衡时间。

8.根据权利要求5-6中任意一项所述的储能电池的均衡方法，其特征在于：

对各个单体电池在均衡阶段所需要的均衡时间加权重：

任意一个单体电池自身所需要的原始均衡时间乘以一个预定比例而计算出的时间定义为加权均衡时间，藉此限定任意一个单体电池在均衡阶段持续的实际时间等于其被确定的加权均衡时间。

9.根据权利要求7所述的储能电池的均衡方法，其特征在于：

对各个单体电池在均衡阶段所需要的均衡时间加权重：

任意一个单体电池在第一类均衡阶段需要耗用的一部分所述均衡时间乘以一个预定比例而计算出的时间定义为第一加权均衡时间，藉此限定任意一个单体电池在第一类均衡的阶段持续的实际时间等于其被确定的第一加权均衡时间；

任意一个单体电池在第二类均衡阶段需要耗用的另一部分所述均衡时间乘以一个预定比例而计算出的时间定义为第二加权均衡时间，藉此限定任意一个单体电池在第二类均衡的阶段持续的实际时间等于其被确定的第二加权均衡时间。

10.根据权利要求1所述的储能电池的均衡方法，其特征在于：

在确定第一阈值时，电池组以其电流积分为零值时对应的荷电状态定义成0％以及电池组经过充电到充满电时对应的荷电状态定义为100％；或者

在确定第一阈值时，电池组在放电阶段任意一个单体电池到达放电深度为100％时即定义此时电池组的荷电状态为0％，以及电池组在充电阶段任意一个单体电池到达放电深度为0％时即定义此时电池组的荷电状态为100％。