CN111403835B - 一种电芯放电控制方法、电池全生命周期放电方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种电芯放电控制方法、电池全生命周期放电方法和系统，属于电池管理技术领域。控制方法包括对负载进行脉冲形式放电，放电脉冲经电流滤波形成负载所需电流波形；放电脉冲的脉冲间隙间设置充电脉冲；放电脉冲的脉冲幅度为放电电流，脉冲宽度不大于放电恢复时间t_c，脉冲间隙不小于放电阈值弛豫时间t_q且不大于放电弛豫时间t_r；放电恢复时间为电芯最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变能在脉冲间隙中消除；t_q等于放电前弛豫时间t_q0、充电时间t_qc和放电后弛豫时间t_q1之和；充电脉冲的脉冲幅度为充电电流，脉冲宽度不大于t_qc。本发明使得负载(工况)、放电和电池管理充分匹配优化，提高电池寿命。

Description

一种电芯放电控制方法、电池全生命周期放电方法和系统

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种电芯放电控制方法、电池全生命周期放电方法和系统。

背景技术

电化学储能是目前分布式储能主流技术，是大比例使用可再生能源的保障之一，也是电动汽车的核心技术。安全、经济、环保的电池系统，是电化学储能的核心。电池产品具有鲜明的生命特征，健康安全的使用电池系统需对其做好全生命周期的控制管理。

放电控制技术是健康安全使用电池系统的关键之一。不合理的放电方法会大幅缩短电池寿命，严重地甚至会引起安全隐患。最近频发的锂电池电动汽车自燃及储能电站爆燃事故，部分原因直接与电池的长期过放电有关。对于铅酸电池而言，经常过放电可加速电池硫化，从而严重缩短电池使用寿命。对于大电池系统而言，一般有多个电芯串并联而成。尽管成组时新电芯一致性可以保证，但随着电池的老化，一致性会变差，这样放电过程中有些电芯不可避免的发生过放，从而引起电池系统失效。为此，有效延缓或控制电池系统失效的放电方法具有重大意义。

传统的电池放电控制技术重点侧重于根据经验预设放电方法，与电池本身的实时状态关系不密切。在放电技术中，对电池进行全生命周期管理，随时掌握电池中各电芯的运行及健康状况，根据可能的负载、工况预测电池放电对各电芯产生的不一致压力，提前进行平衡各电芯的荷电状态（SOC)及功率状态（SOP), 保证在复杂负载、工况下，电芯均未有不可恢复之过放 。

随着电动系统的广泛适用，快速放电也将是电池系统必备的性能之一。在放电技术中，电池（包括单电芯电池和多电芯电池）对负载进行脉冲形式放电，在脉冲放电期间电池电极承受畸变，只要弛豫时间足够长，畸变基本可以消除。而弛豫时间过长，可能无法满足负载的要求，同时也影响放电速度。如果脉冲间隙小于弛豫时间，每次脉冲有可能累积畸变，最终导致电池失效。由此可见，如何平衡好放电速度、负载要求，及电池的健康性能是电池系统放电过程必将面对的问题。

实用新型专利CN201721193352.9公开了一种基于电池监控管理芯片的放电管理系统，并具体公开了系统包括电池监控管理芯片、电池电量监测模块、放电控制模块和放电模块；电池电量监测模块根据电池监控管理芯片获取电池的电量数据，根据该数据将电池的电量状态分为两种：电池电量能支撑两次完整的系统数据落盘操作，则为电量满充状态，电池电量能支撑一次完整的系统数据落盘操作，则为电量半充状态；放电控制模块根据电池的电量状态，控制放电模块在主电源掉电时，执行相应的放电设定。此方法是基于电池事后状态的判断。而在有些负载情况下，过放已经发生，长期过放可能会导致电池健康状态的衰退。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种电芯放电控制方法、电池全生命周期放电方法和系统。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

一种电芯放电控制方法，包括：

对负载进行脉冲形式放电，放电脉冲经电流滤波形成负载所需电流波形；

所述放电脉冲的脉冲间隙间设置充电脉冲；

其中，放电脉冲的脉冲幅度为电芯的放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于放电恢复时间，放电脉冲的脉冲间隙不小于放电阈值弛豫时间且不大于放电弛豫时间；放电阈值弛豫时间等于放电前弛豫时间、充电时间和放电后弛豫时间之和；充电脉冲的脉冲幅度为充电电流，充电脉冲的脉冲宽度不大于充电时间；

所述放电恢复时间为电芯最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的脉冲间隙中得以消除；所述放电弛豫时间为多个放电脉冲构成连续脉冲序列时，电极结构畸变恢复原状所需的时间；所述放电阈值弛豫时间为放电脉冲的脉冲间隙具有充电脉冲时，电极结构畸变恢复原状所需的时间；所述放电前弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间；所述充电时间为充电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下充电的时间；所述放电后弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间。

申请人在先申请CN202010044508.7“一种电芯放电方法、电池全生命周期放电方法和系统”中采用连续放电脉冲放电，能够在放电弛豫时间内消除可逆畸变，但存在放电弛豫时间过长，不利于快速放电的问题，继而本发明针对此问题提出在连续放电脉冲的脉冲间隙内辅之充电脉冲的方式，能缩短可逆畸变恢复的时间，加快电芯恢复速度，以提高放电效率。

作为优选，所述放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化。

作为优选，所述放电恢复时间与电芯的放电电流呈反比，且所述放电恢复时间与DOD呈反比。

作为优选，所述放电弛豫时间或所述放电阈值弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化。

一种电池全生命周期放电方法，包括：

监测在当前时刻的放电脉冲下，放电的电池实时数据及负载实时数据；

根据负载实时数据，电池实时数据，及放电恢复时间、放电弛豫时间、放电阈值弛豫时间、充电时间的变化信息，计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲；

之后计算下一时刻的放电脉冲；

通过控制电流滤波，将计算好的下一时刻的放电脉冲形成负载所需的电流波形；

经放电前弛豫时间后，采用计算后的充电脉冲对电池充电，以及经放电后弛豫时间后，采用计算后的放电脉冲放电，采用计算后的电流波形对负载充电，放电过程直到负载充电完毕或电池放到截止状态为止；

其中，所述电池实时数据包括电池的电压、电流、温度数据；所述负载实时数据包括负载的电压、电流、温度数据；

放电脉冲的脉冲幅度为电芯的放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于放电恢复时间，所述放电脉冲电脉冲间隙不小于放电阈值弛豫时间且不大于放电弛豫时间；放电阈值弛豫时间等于放电前弛豫时间、充电时间和放电后弛豫时间之和；充电脉冲的脉冲幅度为充电电流，充电脉冲的脉冲宽度不大于充电时间；

所述放电恢复时间为电芯最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的脉冲间隙中得以消除；所述放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化；所述放电弛豫时间为多个放电脉冲构成连续脉冲序列时，电极结构畸变恢复原状所需的时间，所述放电弛豫时间或所述放电阈值弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化；

所述放电阈值弛豫时间为放电脉冲的脉冲间隙具有充电脉冲时，电极结构畸变恢复原状所需的时间；所述放电前弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间；所述充电时间为充电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下充电的时间；所述放电后弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间。

本发明通过对电池进行全生命周期管理，随时掌握电池中各电芯的运行及健康状况，根据可能的负载、工况预测电池放电对各电芯产生的不一致压力，提前进行平衡各电芯的荷电状态（SOC)及功率状态（SOP), 保证在复杂负载、工况下，电芯均未有不可恢复之过放。

本发明在放电脉冲后辅以短时间充电脉冲，可消除放电脉冲中对电池造成的损害，并快速消除，从而大幅缩短脉冲间隙。在保证快速放电的情况下，电芯一直工作在最舒适区。

作为优选，所述计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲，之后计算下一时刻的放电脉冲的步骤包括：

根据负载实时数据，确定预测的负载曲线；

根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOC、SOH、DOD变化的放电曲线，以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、SOC、SOH变化的充电曲线，当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时，确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲；在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中，选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度，并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度；

根据电池实时数据， 对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲；取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度，取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度。

作为优选，所述电池全生命周期放电控制方法适用于由多个电芯串联构成的电池，或由多个电芯并联构成的电池，或由多个电芯串并联构成的电池。

作为优选，当电池包括串联电芯时，所述计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲，以及下一时刻的放电脉冲的步骤包括：

在串联电芯中的所有电芯均未接近放电截止状态时：

根据负载实时数据，确定预测的负载曲线；

根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOC、SOH、DOD变化的放电曲线，以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、SOC、SOH变化的充电曲线，当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时，确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲；在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中，选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度，并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度；

根据电池实时数据， 对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲；取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度，取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度；

在串联电芯中至少一个但不是所有电芯接近放电截止状态时：

根据电池SOC，确定其他电芯对达到截止状态的电芯充电的充电电量；

根据负载实时数据，确定预测的负载曲线；

根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOC、SOH、DOD变化的放电曲线，以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、SOC、SOH变化的充电曲线，当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时，确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲；在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中，选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度，并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度；

根据电池实时数据， 对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲；取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度，取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度。

作为优选，在放电脉冲的脉冲间隙期间，先将对达到截止状态的电芯按照确定的充电电量充电，再根据计算后的充电脉冲充电，之后采用计算后的放电脉冲对负载放电。

作为优选，所述通过控制电流滤波，将计算好下一时刻的放电脉冲形成负载所需的电流波形步骤包括：

进行滤波计算，计算获得的负载曲线与预测负载曲线一致时，进行滤波处理，将放电脉冲滤波形成电流波形。

作为优选，方法还包括：在每个放电脉冲和充电脉冲完成放电的一个周期后，根据电池实时数据、SOH、SOC、DOD，对每个电芯的放电曲线、充电曲线进行实时校正。

作为优选，所述方法适用于化学电池的放电。

一种电池全生命周期放电系统，包括电池模块、检测保护模块、负载、负载检测模块、电流滤波模块、数据库、计算控制模块、电源；所述数据库存储电池的放电恢复时间、放电弛豫时间、电池的充电时间、放电阈值弛豫时间的变化信息；所述检测保护模块用于实时检测电池模块，以获得电池实时数据；所述负载检测模块用于实时检测负载，以获得负载实时数据；所述计算控制模块根据负载实时数据、电池实时数据、电池的放电恢复时间、放电弛豫时间、放电阈值弛豫时间、充电时间的变化信息，计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲，以及下一时刻的放电脉冲；所述电源经放电前弛豫时间后，根据所述计算控制模块计算的充电脉冲对电池进行充电；所述电池模块经放电后弛豫时间后，根据所述计算控制模块的控制信号进行放电，并将放电脉冲经所述电流滤波模块形成负载所需的电流波形对负载充电，直到负载充电完毕或电芯放到截止状态为止；

其中，所述电池实时数据包括电池的电压、电流、温度数据；所述负载实时数据包括负载的电压、电流、温度数据；

放电脉冲的脉冲幅度为电芯的放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于放电恢复时间，所述放电脉冲的脉冲间隙不小于放电阈值弛豫时间且不大于放电弛豫时间；放电阈值弛豫时间等于放电前弛豫时间、充电时间和放电后弛豫时间之和；充电脉冲的脉冲幅度为放电电流，充电脉冲的脉冲宽度不大于充电时间；

所述放电恢复时间为电芯最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的脉冲间隙中得以消除；所述放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化；所述放电弛豫时间为多个放电脉冲构成连续脉冲序列时，电极结构畸变恢复原状所需的时间；所述放电弛豫时间或放电阈值弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化；所述放电阈值弛豫时间为放电脉冲的脉冲间隙具有充电脉冲时，电极结构畸变恢复原状所需的时间；所述放电前弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间；所述充电时间为充电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下充电的时间；所述放电后弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间。

该系统基于上述电池全生命周期充电方法实现，可以在整个生命周期进行管理并根据周期内的电池实时状态调整合适的放电方式，能降低对电芯自身一致性要求，平衡能力好，能实现快速放电。

作为优选，所述计算控制模块包括：

负载曲线确定单元，用于根据负载实时数据，确定预测的负载曲线；

充电脉冲计算单元，用于根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOC、SOH、DOD变化的放电曲线，以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、SOC、SOH变化的充电曲线，当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时，确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲；

电池充电脉冲计算单元，用于在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中，选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度，并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度；

放电脉冲计算单元，用于根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲；

电池放电脉冲计算单元，用于取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度，取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度。

作为优选，系统还包括所述计算控制模块还包括：滤波计算单元，用于针对电池放电脉冲进行滤波计算，若计算获得的负载曲线与预测负载曲线一致时，所述计算控制模块发送包含电池放电脉冲的控制指令给电池模块，否则，负载曲线确定单元、放电脉冲计算单元、充电脉冲计算单元、电池充电脉冲计算单元、电池放电脉冲计算单元重新启动，以计算当前时刻与下一时刻之间的电池充电脉冲和下一时刻的电池放电脉冲。

作为优选，系统还包括设于电池模块和电流滤波模块之间的电池能量管理模块和开关模块；所述计算控制模块还包括充电控制单元，用于在所述电池能量管理模块检测到多个电芯中至少一个但不是所有电芯接近放电截止状态时，控制所述开关模块切断放电通路并控制其他电芯对该接近放电截止状态的电芯进行充电操作，当充电完毕后再控制开关模块接通放电通路，并触发所述负载曲线确定单元、所述放电脉冲计算单元、所述充电脉冲计算单元、所述电池充电脉冲计算单元、所述电池放电脉冲计算单元工作。

本发明具有以下有益效果：

本发明一种电芯放电控制方法，电池全生命周期放电方法和系统，适合各种电化学电池放电智能化控制，使得负载(工况)、放电和电池管理充分匹配优化，使得每个电芯均工作在健康运行区域，延长电池使用寿命。本发明在通过对电池系统进行全生命周期管理，随时掌握电池对各个电芯的运行及健康状况，在放电脉冲后辅之充电脉冲，有效降低放电脉冲的脉冲间隙的同时，脉冲间隙期间电池的损伤效应能够得以最大程度消除，从而可大幅提升电池使用安全性。

附图说明

图1为电池的放电曲线图（放电电流I-放电时间t）；

图2为电池循环寿命随放电电流和深度变化趋势的曲线图；

图3为电池放电脉冲的示意图（连续放电脉冲的单个周期）；

图4为放电恢复时间随放电深度DOD变化趋势的曲线图，其中放电电流的变化，也影响上述曲线变化；

图5为放电脉冲中嵌入充电脉冲的放电波形图；

图6为充电时间与充电电流的关系曲线图；

图7为本发明一种电池全生命周期放电方法的流程图；

图8为多电芯依次串联构成的电池的示意图；

图9为多电芯相互并联构成的电池的示意图；

图10a为多电芯串并联构成的电池的示意图，图中电池为多组并联后的电芯依次串联构成的电池；

图10b为多电芯串并联构成的电池的示意图，图中电池为多组串联后的电芯相互并联构成的电池；

图11为单电芯电池的全生命周期放电系统的示意图；

图12a为多电芯电池的全生命周期放电系统的示意图；

图12b为图12a中两个相互协调的电芯示例图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

目前电池放电管理侧重于荷电状态（SOC)、电池健康状况(SOH)、内阻、功率状况(SOP)等，很少和电池的负载挂钩；由于SOC、SOP、SOH及内阻对负载电流/电压高度的非线性关系，当复杂的负载出现之前，较难预测负载对电池状态产生的影响。这样，对电池的保护只能根据事后状态的判断。在有些负载情况下，过放发生后再判断，如果恢复不及时，可能对电池产生一定损害，长期过放可能会导致电池健康状况的衰退。由于电池具有明显的生命特征，电池的特征参数随电池老化而变化。所以电池放电的控制方法应该依据其生命特征做适应性的放电管理，尤其是对电池做全生命周期的管理。

图1示出了放电电流I-放电时间t的曲线图。电池放电，将放电电量供给负载使用。负载所需电流I_load在充电时间t_charge内所需的电量需要电池放电供给，而负载侧的电流需要平滑，当电池采用脉冲形式放电时需要滤波处理，而滤波处理时存在部分电荷损失，则电池放电的电量至少为I_load*t_charge/t_discharge，其中，t_discharge为放电时间。由此可见，无论是锂电池、铅酸电池或其他电化学电池，电池电芯放电完成的截止电压和放电的负载电流相关。

图2描述了循环寿命随放电电流和深度的变化趋势。电池使用的循环寿命与电池放电深度DOD成反比关系，放电越深，循环寿命越短；并且，电池使用的循环寿命与放电电流（放电率）成反比关系，放电电流越大，循环寿命越低。其中，循环寿命为电池反复使用而依然能保持80%容量的次数。电池容量下降及老化是一个逐步衰减累积过程，从微观结构看，这种累积是电极结构畸变的累积。电池的老化绝大部分起因于充电过程中电极结构的畸变；放电过程也是导致电池老化的关键。以锂电池为例，放电过程是负极锂离子脱嵌和正极锂离子嵌入过程，在此期间，正负极结构畸变、锂金属析出、枝晶生长、SEI薄膜变化等，是老化的起因；经验表明，较大的放电电流、较长的放电持续时间会加速电池老化。如果在每次放电过程中，均能在期间可以把本次放电中的不可逆畸变消除，则畸变就不会累积。在实际应用中，由于放电情况的复杂性，等电池放完电再消除畸变可能已无法复原，而在较短时间的脉冲放电可以降低在单一脉冲放电期间的畸变，并且该畸变可以在无放电状态下得以恢复，故放电过程中需要停顿恢复。

由此可见，深度放电或大电流长时间放电会加速电池老化，起因于电极结构不可逆畸变的快速累积。如果电池以脉冲形式放电，且把每个放电脉冲的宽度控制在一定时间t_x内，使得因该脉冲放电而导致电极结构的畸变在脉冲结束后可恢复；t_x的最大值定义为最大可恢复时间t_c；在每个脉冲后间隙时间，保证电极结构不可逆畸变能得到消除，此间隙时间的最小值t_r, 为电极结构畸变恢复的弛豫时间。电池因脉冲放电宽度内产生的电极畸变可在紧跟的放电弛豫时间内消除，通过脉冲形式，放电导致的电池老化即可大幅减轻。

基于此，作为普适性描述，放电脉冲的脉冲幅度（如图3）为电池的放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于放电恢复时间，放电脉冲的脉冲间隙不小于放电弛豫时间。其中，所述放电恢复时间为电池最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的弛豫时间中得以消除。所述放电弛豫时间为电极结构畸变恢复原状所需的时间。

所述放电恢复时间随电池的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DOD变化。在不同的放电深度，放电恢复时间是不一样的，如在放电深度较小时，放电恢复时间较高；放电深度较大时，放电恢复时间较小。一般情况下，如图4，所述放电恢复时间与电池的放电电流呈反比，且所述放电恢复时间t_c与电池放电深度DOD呈反比。

所述放电弛豫时间随电池的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DOD变化。所述弛豫时间的最小值与脉冲电流幅度成正比。

对在同一放电循环内，在截止电压(DOD=100%)时, 放电恢复时间最小，放电弛豫时间最大。理论上，放电脉冲幅度越小、放电恢复时间t_c越小、放电弛豫时间t_r越大，放电对电池损害越小。但由于负载的需要，放电脉冲中t_c/t_r比例及脉冲幅度均需恰当，以保准脉冲通过滤波器后，可生成负载所需的电流波形。

从安全角度出发，放电电流脉冲幅度不宜过大，否则会因为过热而导致电池的其他损坏。最大放电脉冲幅度取决于各种电池的电化学性能、电池系统的散热情况及电池的生产工艺、电池的荷电状态及健康状态。以锂离子电池为例，长期大电流放电容易导致负极锂的析出，在一定条件下引发热失控。一般而言，同等条件下新电芯的最大放电电流要大些，一般由生产方提供，随着电池不断老化，脉冲最大幅度会下降。为了保证滤波后的电流波形满足负载需要，在电流脉冲幅度受限的情况下，我们通过增大脉冲占空比 (t_x/t_r值)来实现滤波电流和负载的匹配。

基于上述特性，申请人提出了在先申请CN202010044508.7“一种电芯放电方法、电池全生命周期放电方法和系统”，在放电期间，多个连续放电脉冲构成放电序列。为了有效消除因放电脉冲而导致对电池的损伤，放电弛豫时间会很长，这影响放电速度。为此，进一步提出在放电脉冲后辅之充电脉冲，有效降低放电脉冲间隙的同时，脉冲期间电池的损伤效应能得以最大程度消除，还能满足负载需要。

具体地，本发明方法还包括：所述放电脉冲的脉冲间隙间设置充电脉冲；

其中，放电脉冲的脉冲间隙不小于放电阈值弛豫时间且不大于放电弛豫时间；放电阈值弛豫时间t_q（参见图5）等于放电前弛豫时间t_q0（参见图5）、充电时间t_qc（参见图5）和放电后弛豫时间t_q1（参见图5）之和；充电脉冲的脉冲幅度为充电电流I_q（参见图5），充电脉冲的脉冲宽度不大于充电时间。

所述放电阈值弛豫时间为放电脉冲的脉冲间隙具有充电脉冲时，电极结构畸变恢复原状所需的时间。所述放电前弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间；所述充电时间t_rc为充电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下充电的时间；所述放电后弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间。如图5，所述放电脉冲的脉冲间隙t_q=t_q0+t_qc+t_q1。根据电池的实时状态，适当选择充电脉冲。

充电时间的大小和I_q的大小有关。一方面，嵌入充电脉冲的脉冲宽度和脉冲幅度（决定充电电量），取决于放电脉冲的脉冲宽度和脉冲幅度，原则是：因嵌入充电脉冲而节省的充电时间内，如果以脉冲放电，放电电量远大于电池在嵌入充电脉冲期间的充电电量。具体地，当电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时，则可一定程度确定充电脉冲的脉冲宽度和脉冲幅度。例如，其中确定的充电时间、放电前弛豫时间、放电后弛豫时间的总和小于放电弛豫时间，以使得因放电脉冲放电产生的可逆损害能在短时间内恢复。另一方面，在施加充电脉冲时，需要确保放电脉冲期间不会造成电芯产生不可逆损害。例如，图6示出了充电电流与充电时间的关系曲线图，充电时间与充电电流呈反比关系。充电时间随环境温度、充电电流、荷电状态SOC和电池健康状态SOH变化。

在多电芯串联系统中，由于各电芯一致性不同，各电芯老化不同，因此每个电芯的参数随电池老化而演化，所以在系统放电时，对于比较弱化的电芯，必然会出现过放现象；目前的电池控制系统尚无实时调整电芯过放行为的管理系统。更进一步，由于电芯的一致性问题和负载的复杂性，放电系统具备预测各电芯的放电能力非常重要。根据负载预测及各电芯放电能力进行预先平衡，可以保证电池各电芯不会有过放的同时，电池系统对负载的支撑力最持久。目前电池控制系统对电池的过放预防性较差，同时，也不能最大程度释放各电芯储存的电能。长此以往，弱电芯愈来愈弱，电池系统容量快速衰退，加速电池系统老化。

作为具有生命特征的电池系统情况，放电曲线及过放状况，需在全生命周期管理下实时确定，才能保证电池系统的健康运行。为此，本发明提出一种电池全生命周期放电方法和系统。

当本发明采用图5所示放电脉冲放电时，即在放电脉冲之后辅之充电脉冲的放电方式下，本发明提出一种电池全生命周期放电方法，如图7，方法包括：

步骤S11，监测在当前时刻的放电脉冲下，放电的电池实时数据及负载实时数据；

步骤S12，根据负载实时数据、电池实时数据、及放电恢复时间、放电弛豫时间、放电阈值弛豫时间、充电时间的变化信息，计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲；之后，根据负载实时数据、电池实时数据、及放电恢复时间与放电弛豫时间的变化信息，计算下一时刻的放电脉冲；

步骤S13，通过控制电流滤波，将计算好的下一时刻的放电脉冲形成负载所需的电流波形；

步骤S14，经放电前弛豫时间后，采用计算后的充电脉冲对电池充电，以及经放电后弛豫时间后，采用计算后的放电脉冲放电，采用计算后的电流波形对负载充电，放电过程直到负载充电完毕或电池放到截止状态为止。

其中，所述电池实时数据包括电池的电压、电流、温度数据；所述负载实时数据包括负载的电压、电流、温度数据；

放电脉冲的脉冲幅度为电芯的放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于放电恢复时间；所述放电脉冲电脉冲间隙不小于放电阈值弛豫时间且不大于放电弛豫时间；放电阈值弛豫时间等于放电前弛豫时间、充电时间和放电后弛豫时间之和；充电脉冲的脉冲幅度为充电电流，充电脉冲的脉冲宽度不大于充电时间；

所述放电恢复时间为电池最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的脉冲间隙中得以消除；所述放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DOD变化；

所述放电弛豫时间为多个放电脉冲构成连续脉冲序列时，电极结构畸变恢复原状所需的时间；所述放电阈值弛豫时间为放电脉冲的脉冲间隙具有充电脉冲时，电极结构畸变恢复原状所需的时间；所述放电弛豫时间或所述放电阈值弛豫时间随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DOD变化。所述放电前弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间；所述充电时间为充电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下充电的时间；所述放电后弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间。

该方法适用于各类电化学电池，如锂电池、铅酸电池、超级电容等。本文所指的电池可以是单电芯电池，也可以是多电芯构成的电池。

当对单电芯电池进行放电管理时，首先监测在当前时刻的放电脉冲下，放电的电池实时数据及负载实时数据。根据监测到的电池实时数据，包括温度、电流、电压数据，确定荷电状态SOC、电池健康状态SOH。根据监测到的负载实时数据，包括负载的电压、电流、温度数据，预测负载曲线。之后，根据负载实时数据、电池实时数据、及放电恢复时间、放电弛豫时间、放电阈值弛豫时间、充电时间的变化信息，计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲。再根据负载实时数据、电池实时数据、及放电恢复时间与放电弛豫时间的变化信息，计算下一时刻的放电脉冲。根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DOD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲。

当对多电芯电池进行放电管理时，所述步骤S12进一步细化为：

Ⅰ、根据负载实时数据，确定预测的负载曲线；

Ⅱ、根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOC、SOH、DOD变化的放电曲线，与以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、SOC、SOH变化的充电曲线，当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时，确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲；在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中，选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度，并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度；

上述曲线在初始时基于电池生产商提供的初始数据形成，并在后期通过使用期间的历史数据，如温度、SOH、SOC、电流、电压、放电深度数据，进行实时校正。为此，当将电池实时数据与变化信息对照时，在满足电量约束条件，以及满足过充损害可被短时间恢复、满足充电期间不产生可逆损害的情况下，确定每个电芯当前时刻与下一时刻充电脉冲之间的充电脉冲。

Ⅲ、根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲；取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度，取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度。

以图8所示的多电芯依次串联构成的电池为例，电池的实时数据包括电芯1的温度T₁、放电电流I₁、放电电压U₁、放电深度DOD₁、SOC₁、SOH₁,充电电流I_q1，充电时间t_qc1；电芯2的温度T₂、放电电流I₂、放电电压U₂、放电深度DOD₂、SOC₂、SOH₂，充电电流I_q2，充电时间t_qc2；电芯3的温度T₃、放电电流I₃、放电电压U₃、放电深度DOD₃、SOC₃、SOH₃，充电电流I_q3，充电时间t_qc3…,电芯n的温度T_n、放电电流I_n、放电电压U_n、放电深度DOD_n、SOC_n、SOH_n，充电电流I_qn，充电时间t_qcn。每个电芯包括放电电流I、放电恢复时间t_c、放电弛豫时间t_r、充电电流I_q、充电时间t_qc参数。根据放电曲线和充电曲线，在满足电量条件下，确定当前时刻与下一时刻的充电脉冲。再通过预测负载曲线，测算放电电流脉冲的幅度和宽度，再根据脉冲后放电弛豫时间定下脉冲幅度和放电恢复时间。此过程反复进行，直到计算获得的负载曲线与预测负载曲线一致，即达到最优结果。多个电芯进行上述步骤后，步骤Ⅱ主要依据最小Min{t_qci}，最小Min{I_qi}，步骤Ⅲ主要依据最小Min{t_ci}，最小Min{I_i}的原则决定最终实际所需的下一时刻的电池放电脉冲。

当电池有多电芯串联时，由于各电芯不可避免的不一致性，放电时，各电芯的放电深度不一致，在一定条件下导致部份电芯的过放电；电芯的长期无控制过放很容易导致加速其老化，甚至热失控，此情况在快速放电时更加明显。在现有的电池管理系统中（如锂电池的被动或主动式管理），由于电芯间平衡能力有限，并不支持放电时电芯的平衡。电芯的不平衡会导致部份电芯过放，或者电池放电量大幅下降。为了在保证各电芯健康状态下达到放电量的最大值，且确保放电过程造成的可逆损害能在短时间内恢复，则电池放电时电芯平衡是十分必要的。每一时刻根据电池的所有电芯的实时数据，重新确定最合适的值作为当前时刻与下一时刻的充电脉冲以及下一时刻的放电脉冲，这样可降低对多电芯串联的电池结构中各电芯一致性要求，解决电池电荷均衡问题，加快可逆损害恢复，可充分利用电池容量。

在确定每个电芯当前时刻与下一时刻的充电脉冲以及下一时刻的放电脉冲前，若多个电芯中至少一个但不是所有电芯接近放电截止状态时，利用其它电芯对接近放电截止状态的电芯进行充电。所述对接近放电截止状态的电芯进行充电的方式，包括利用其它电芯中的一个，如电芯电量剩余最大的电芯进行充电，使得充满电后的电芯与其它电芯之间的电量差异不大；或者，包括利用其它电芯中的多个，如电芯电量剩余最多和第二多的电芯进行充电；或者，包括利用其它所有电芯充电，如进行均匀等量充电。在此充电过程中，不宜充电过大，也不宜充电过少，以确保每次充电，使得电芯之间的电量几乎差不多，即确保电芯一致性。

以图9所示的多电芯依次并联构成的电池为例，电池的实时数据包括电芯1的温度T₁、放电电流I₁、放电电压U₁、放电深度DOD₁、SOC₁、SOH₁,充电电流I_q1，充电时间t_qc1；电芯2的温度T₂、放电电流I₂、放电电压U₂、放电深度DOD₂、SOC₂、SOH₂，充电电流I_q2，充电时间t_qc2；电芯3的温度T₃、放电电流I₃、放电电压U₃、放电深度DOD₃、SOC₃、SOH₃，充电电流I_q3，充电时间t_qc3…,电芯n的温度T_n、放电电流I_n、放电电压U_n、放电深度DOD_n、SOC_n、SOH_n，充电电流I_qn，充电时间t_qcn。每个电芯包括放电电流I、放电恢复时间t_c、放电弛豫时间t_r、充电电流I_q、充电时间t_qc参数。根据放电曲线和充电曲线，在满足电量条件下，确定当前时刻与下一时刻的充电脉冲。再通过预测负载曲线，测算放电电流脉冲的幅度和宽度，再根据脉冲后放电弛豫时间定下脉冲幅度和放电恢复时间。此过程反复进行，直到计算获得的负载曲线与预测负载曲线一致，即达到最优结果。多个电芯进行上述步骤后，步骤Ⅱ主要依据最小Min{t_qci}，最小Min{I_qi}，步骤Ⅲ主要依据最小Min{t_ci}，最小Min{I_i}的原则决定最终实际所需的下一时刻的电池放电脉冲。由于电芯的不一致性，在等压情况下，通过各电芯的电流会有差异。依据上述原则在放电脉冲后辅之充电脉冲，能快速恢复因放电造成的可逆损害；上述放电脉冲放电下，各电芯放电时的偏流问题可得到有效抑制。

以图10a、图10b所示的多电芯串并联构成的电池为例，电池的实时数据包括电芯1的温度T₁、放电电流I₁、放电电压U₁、放电深度DOD₁、SOC₁、SOH₁,充电电流I_q1，充电时间t_qc1；电芯2的温度T₂、放电电流I₂、放电电压U₂、放电深度DOD₂、SOC₂、SOH₂，充电电流I_q2，充电时间t_qc2；电芯3的温度T₃、放电电流I₃、放电电压U₃、放电深度DOD₃、SOC₃、SOH₃，充电电流I_q3，充电时间t_qc3…,电芯n的温度T_n、放电电流I_n、放电电压U_n、放电深度DOD_n、SOC_n、SOH_n，充电电流I_qn，充电时间t_qcn。每个电芯包括放电电流I、放电恢复时间t_c、放电弛豫时间t_r、充电电流I_q、充电时间t_qc参数。根据放电曲线和充电曲线，在满足电量条件下，确定当前时刻与下一时刻的充电脉冲。再通过预测负载曲线，测算放电电流脉冲的幅度和宽度，再根据脉冲后放电弛豫时间定下脉冲幅度和放电恢复时间。此过程反复进行，直到计算获得的负载曲线与预测负载曲线一致，即达到最优结果。多个电芯进行上述步骤后，步骤Ⅱ主要依据最小Min{t_qci}，最小Min{I_qi}，步骤Ⅲ主要依据最小Min{t_ci}，最小Min{I_i}的原则决定最终实际所需的下一时刻的电池放电脉冲。

对于串联部分，由于串联电池在正常运行过程中老化特性的扩展，以及电池自放电速率的差异，导致电池电荷不均衡。对于并联部分，由于电芯的不一致性，在等压情况下，通过各电芯的电流各不同，会形成偏流。为此，基于每个电芯的差异和电芯健康使用考虑，采用所有电芯中最小的放电恢复时间值对整个电池进行放电，并在用所有电芯中最合适的放电弛豫时间值（比连续放电脉冲下放电的放电弛豫时间小）进行恢复，且采用最小的放电电流。每一时刻根据电池的所有电芯的实时数据，重新确定最合适的值作为当前时刻与下一时刻的充电脉冲以及下一时刻的放电脉冲，这样可降低对多电芯电池结构中各电芯一致性要求，解决电池电荷均衡问题，可充分利用电池容量，并有效抑制电芯的放电偏流问题。

对于电芯中存在串联的部分，在确定每个电芯下一时刻的放电脉冲前，若多个电芯中至少一个但不是所有电芯接近放电截止状态时，利用其它电芯对接近放电截止状态的电芯进行充电。所述对接近放电截止状态的电芯进行充电的方式，包括利用其它电芯中的一个，如电芯电量剩余最大的电芯进行充电，使得充满电后的电芯与其它电芯之间的电量差异不大；或者，包括利用其它电芯中的多个，如电芯电量剩余最多和第二多的电芯进行充电；或者，包括利用其它所有电芯充电，如进行均匀等量充电。在此充电过程中，不宜充电过大，也不宜充电过少，以确保每次充电，使得电芯之间的电量几乎差不多，即确保电芯一致性。

如图11，当本发明采用放电脉冲之后辅之充电脉冲的放电方式进行电池全生命周期放电方法时，系统包括电池模块、检测保护模块、负载、负载检测模块、电流滤波模块、数据库、计算控制模块、电源；所述数据库存储电池的放电恢复时间t_c、放电弛豫时间t_r、电池的充电时间、放电阈值弛豫时间的变化信息；所述检测保护模块用于实时检测电池模块，以获得电池实时数据；所述负载检测模块用于实时检测负载，以获得负载实时数据；所述计算控制模块根据负载实时数据、电池实时数据、电池的放电恢复时间、放电弛豫时间、放电阈值弛豫时间、充电时间的变化信息，计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲，以及下一时刻的放电脉冲；所述电源经放电前弛豫时间后，根据所述计算控制模块计算的充电脉冲对电池进行充电；所述电池模块经放电后弛豫时间后，根据所述计算控制模块的控制信号进行放电，并将放电脉冲经所述电流滤波模块形成负载所需的电流波形对负载充电，直到负载充电完毕或电芯放到截止状态为止。

所述放电恢复时间为电芯最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的脉冲间隙中得以消除；所述放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化；所述放电弛豫时间为多个放电脉冲构成连续脉冲序列时，电极结构畸变恢复原状所需的时间。

所述放电脉冲的脉冲间隙不小于放电阈值弛豫时间且不大于放电弛豫时间；放电阈值弛豫时间等于放电前弛豫时间、充电时间和放电后弛豫时间之和；充电脉冲的脉冲幅度为放电电流，充电脉冲的脉冲宽度不大于充电时间。所述放电阈值弛豫时间为放电脉冲的脉冲间隙具有充电脉冲时，电极结构畸变恢复原状所需的时间；所述放电前弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间；所述充电时间为充电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下充电的时间；所述放电后弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间。所述放电弛豫时间或放电阈值弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化。

该系统可全生命周期追踪电池的老化状况，及 (t_c,t_r)的变化情况，同时在极端情况下可采取保护措施，保证电芯不会过放。

所述电池模块为单电芯电池，所述电池模块还可以为多电芯电池。当为多电芯电池时，则电池结构可以是多电芯相互串联构成，或者多电芯相互并联构成，或者多电芯串并联构成。

所述检测保护模块包括检测电路、保护电路。所述检测电路可采用现有能够检测电池电压、电流、温度的检测电路。所述保护电路可采用电池过流、过热、过压保护的常用电路。如需要保护，则立刻启动保护功能。

所述数据库包括初始数据库、现状数据库、历史数据库，数据库存储有电芯的放电曲线，负载曲线，SOH，SOC，内阻，放电恢复时间t_c、放电弛豫时间t_r，放电深度DOD，在初始阶段时，初始数据库的初始数据由电池生厂商提供，如负载曲线，放电曲线，SOH，SOC内阻，并根据提供的初始信息确定的，如放电恢复时间t_c、放电弛豫时间t_r，放电恢复时间t_c，放电弛豫时间t_r随放电电流、温度、SOC、SOH、放电深度变化的变化信息。在放电系统使用阶段期间，现状数据库存储实时更新的上述信息。历史数据库存储不同阶段的上述电池数据。所述现状数据库将现状数据输出给历史数据库。所述历史数据库反馈信息给现状数据库，每一个放电循环均进行校正，校正数据库内的信息，如放电恢复时间t_c、放电弛豫时间t_r，放电恢复时间、放电弛豫时间随放电电流、温度、SOC、SOH、放电深度变化的变化信息，进而保证电池健康、高效放电。

具体地，对于由单电芯构成的电池而言，当采用多个连续放电脉冲充电时，所述计算控制模块包括负载曲线确定单元、充电脉冲计算单元、放电脉冲计算单元。所述负载曲线确定单元用于根据负载实时数据，确定预测的负载曲线。所述充电脉冲计算单元，用于根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOC、SOH、DOD变化的放电曲线，以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、SOC、SOH变化的充电曲线，当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时，确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲。所述放电脉冲计算单元，用于根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲。

对于多电芯构成的电池而言，所述计算控制模块还包括电池充电脉冲计算单元和电池放电脉冲计算单元。所述电池充电脉冲计算单元，用于在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中，选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度，并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度。所述电池放电脉冲计算单元，用于取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度，取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度。

所述计算控制模块还包括：滤波计算单元，用于针对电池放电脉冲进行滤波计算，若计算获得的负载曲线与预测负载曲线一致时，所述计算控制模块发送包含电池放电脉冲的控制指令给电池模块，否则，负载曲线确定单元、放电脉冲计算单元、充电脉冲计算单元、电池充电脉冲计算单元、电池放电脉冲计算单元重新启动，以计算当前时刻与下一时刻之间的电池充电脉冲和下一时刻的电池放电脉冲。

本发明系统还包括设于电池模块和电流滤波模块之间的电池能量管理模块和开关模块。所述计算控制模块还包括充电控制单元，用于在所述电池能量管理模块检测到多个电芯中至少一个但不是所有电芯接近放电截止状态时，控制所述开关模块切断放电通路并控制其他电芯对该接近放电截止状态的电芯进行充电操作，当充电完毕后再控制开关模块接通放电通路，并触发所述负载曲线确定单元、所述放电脉冲计算单元、所述充电脉冲计算单元、所述电池充电脉冲计算单元、所述电池放电脉冲计算单元工作。

图12a示出了多电芯串联的电池的放电系统。由于各电芯不可避免的不一致性，放电时，各电芯的放电深度不一致，在一定条件下导致部份电芯的过放电；电芯的长期无控制过放很容易导致加速其老化，甚至热失控，此情况在快速放电时更加明显。而此放电系统通过对电池进行全生命周期监测管理，能解决上述问题。系统包括电池模块、检测保护模块、负载、负载检测模块、电流滤波模块、数据库、计算控制模块、电池能量管理模块、开关模块。

检测保护模块100用于实时检测电池各电芯的电流、电压、温度，极端情况下电池的保护，电池电芯之间简单的平衡，以及电池电芯之间的能量管理。负载监测模块102用于监测负载101，开关模块可以是功率开关103，用于产生脉冲放电电流，电流滤波模块104用于对脉冲电流滤波，从而产生所需负载电流波形。数据库106由局域数据库和云数据库组成。

数据库106、计算控制模块107接收电池检测及负载检测信息后计算及产生控制信号，控制功率开关及电流滤波模块。 在数据库中首先输入初始的电池参数，电池SOC、SOH、内阻等的算法，以及电池电芯脉冲幅度I_i, t_ci, t_ri随温度、SOC、SOH的变化曲线；检测保护模块100测试的数据实时输入数据库，同时通过计算（计算控制模块107），校正每个电芯当时的t_ci、t_ri的曲线，计算电池系统最小min{t_ci}、最小min{I_i}，产生放电电流脉冲，同时通过滤波模块生成负载电流曲线。与此同时，计算模块通过计算各电芯的DOD, 掌握各电芯的不平衡信息，在脉冲的间隙最小min{t_ri}内，通过检测保护模块100对电芯之间进行平衡，使得各电芯的DOD接近。检测保护模块100实时不间断检测电池系统各电芯及行为，产生后续的脉冲序列，直到负载接收或电池放到截止状态为止。

当需要在放电脉冲之后辅之充电脉冲时，则控制电源（图中未示出，参见图11）对脉冲放电电芯在脉冲间隙进行脉冲充电。如图12b，在电芯串联系统放电过程中，如果第j个电芯较弱，并且处于较深的DOD状态，第i个电芯较强，且处于DOD较浅状态，则在电池系统放电脉冲的间隙中，第i个电芯通过放电对第j个电芯进行充电。充电的脉冲宽度和幅度取决于：1、第i个电芯的状态恢复情况；2、第j个电芯的放电承受能力；3、i、j两个电芯的平衡程度。

除了通过控制电源外，还可控制设于电池模块和电流滤波模块之间的所述电池能量管理模块（图中未示出）和所述开关模块，来平衡电池间的一致性。所述计算控制模块还包括充电控制单元，用于在所述电池能量管理模块检测到多个电芯中至少一个但不是所有电芯接近放电截止状态时，控制所述开关模块切断放电通路并控制其他电芯对该接近放电截止状态的电芯进行充电操作，当充电完毕后再控制开关模块接通放电通路，并触发所述负载曲线确定单元、所述电芯放电脉冲计算单元、电池放电脉冲计算单元工作。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.一种电池全生命周期放电方法，其特征在于，包括：

监测在当前时刻的放电脉冲下，放电的电池实时数据及负载实时数据；

根据负载实时数据，电池实时数据，及放电恢复时间、放电弛豫时间、放电阈值弛豫时间、充电时间的变化信息，计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲；

之后计算下一时刻的放电脉冲；

通过控制电流滤波，将计算好的下一时刻的放电脉冲形成负载所需的电流波形；

经放电前弛豫时间后，采用计算后的充电脉冲对电池充电，以及经放电后弛豫时间后，采用计算后的放电脉冲放电，采用计算后的电流波形对负载充电，放电过程直到负载充电完毕或电池放到截止状态为止；

所述计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲，之后计算下一时刻的放电脉冲的步骤包括：

根据负载实时数据，确定预测的负载曲线；

根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOC、SOH、DOD变化的放电曲线，以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、SOC、SOH变化的充电曲线，当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时，确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲；在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中，选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度，并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度；

根据电池实时数据， 对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲；取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度，取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度；

其中，所述电池实时数据包括电池的电压、电流、温度数据；所述负载实时数据包括负载的电压、电流、温度数据；

放电脉冲的脉冲幅度为电芯的放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于放电恢复时间，所述放电脉冲电脉冲间隙不小于放电阈值弛豫时间且不大于放电弛豫时间；放电阈值弛豫时间等于放电前弛豫时间、充电时间和放电后弛豫时间之和；充电脉冲的脉冲幅度为充电电流，充电脉冲的脉冲宽度不大于充电时间；

所述放电恢复时间为电芯最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的脉冲间隙中得以消除；所述放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化；所述放电弛豫时间为多个放电脉冲构成连续脉冲序列时，电极结构畸变恢复原状所需的时间，所述放电弛豫时间或所述放电阈值弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化；

所述放电阈值弛豫时间为放电脉冲的脉冲间隙具有充电脉冲时，电极结构畸变恢复原状所需的时间；所述放电前弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间；所述充电时间为充电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下充电的时间；所述放电后弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间。

2.根据权利要求1所述的一种电池全生命周期放电方法，所述电池全生命周期放电控制方法适用于由多个电芯串联构成的电池，或由多个电芯并联构成的电池，或由多个电芯串并联构成的电池。

3.根据权利要求1所述的一种电池全生命周期放电方法，其特征在于，当电池包括串联电芯时，所述计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲，以及下一时刻的放电脉冲的步骤具体包括：

在串联电芯中的所有电芯均未接近放电截止状态时：

根据负载实时数据，确定预测的负载曲线；

根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOC、SOH、DOD变化的放电曲线，以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、SOC、SOH变化的充电曲线，当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时，确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲；在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中，选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度，并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度；

根据电池实时数据， 对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲；取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度，取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度；

在串联电芯中至少一个但不是所有电芯接近放电截止状态时：

根据电池SOC，确定其他电芯对达到截止状态的电芯充电的充电电量；

根据负载实时数据，确定预测的负载曲线；

根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOC、SOH、DOD变化的放电曲线，以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、SOC、SOH变化的充电曲线，当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时，确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲；在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中，选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度，并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度；

根据电池实时数据， 对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲；取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度，取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度。

4.根据权利要求3所述的一种电池全生命周期放电方法，其特征在于，在放电脉冲的脉冲间隙期间，先将对达到截止状态的电芯按照确定的充电电量充电，再根据计算后的充电脉冲充电，之后采用计算后的放电脉冲对负载放电。

5.根据权利要求1所述的一种电池全生命周期放电方法，其特征在于，所述通过控制电流滤波，将计算好下一时刻的放电脉冲形成负载所需的电流波形步骤包括：

进行滤波计算，计算获得的负载曲线与预测负载曲线一致时，进行滤波处理，将放电脉冲滤波形成电流波形。

6.根据权利要求1所述的一种电池全生命周期放电方法，其特征在于，还包括：在每个放电脉冲和充电脉冲完成放电的一个周期后，根据电池实时数据、SOH、SOC、DOD，对每个电芯的放电曲线、充电曲线进行实时校正。

7.根据权利要求1所述的一种电池全生命周期放电方法，其特征在于，所述方法适用于化学电池的放电。

8.一种电池全生命周期放电系统，其特征在于，包括电池模块、检测保护模块、负载、负载检测模块、电流滤波模块、数据库、计算控制模块、电源；所述数据库存储电池的放电恢复时间、放电弛豫时间、电池的充电时间、放电阈值弛豫时间的变化信息；所述检测保护模块用于实时检测电池模块，以获得电池实时数据；所述负载检测模块用于实时检测负载，以获得负载实时数据；所述计算控制模块根据负载实时数据、电池实时数据、电池的放电恢复时间、放电弛豫时间、放电阈值弛豫时间、充电时间的变化信息，计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲，以及下一时刻的放电脉冲；所述电源经放电前弛豫时间后，根据所述计算控制模块计算的充电脉冲对电池进行充电；所述电池模块经放电后弛豫时间后，根据所述计算控制模块的控制信号进行放电，并将放电脉冲经所述电流滤波模块形成负载所需的电流波形对负载充电，直到负载充电完毕或电芯放到截止状态为止；

所述计算控制模块包括：

负载曲线确定单元，用于根据负载实时数据，确定预测的负载曲线；

充电脉冲计算单元，用于根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOC、SOH、DOD变化的放电曲线，以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、SOC、SOH变化的充电曲线，当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时，确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲；

电池充电脉冲计算单元，用于在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中，选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度，并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度；

放电脉冲计算单元，用于根据电池实时数据，对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲；

电池放电脉冲计算单元，用于取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度，取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度；

其中，所述电池实时数据包括电池的电压、电流、温度数据；所述负载实时数据包括负载的电压、电流、温度数据；

放电脉冲的脉冲幅度为电芯的放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于放电恢复时间，所述放电脉冲的脉冲间隙不小于放电阈值弛豫时间且不大于放电弛豫时间；放电阈值弛豫时间等于放电前弛豫时间、充电时间和放电后弛豫时间之和；充电脉冲的脉冲幅度为放电电流，充电脉冲的脉冲宽度不大于充电时间；

所述放电恢复时间为电芯最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的脉冲间隙中得以消除；所述放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化；所述放电弛豫时间为多个放电脉冲构成连续脉冲序列时，电极结构畸变恢复原状所需的时间；所述放电弛豫时间或放电阈值弛豫时间随电芯的放电电流、温度、SOH、SOC、DOD变化；所述放电阈值弛豫时间为放电脉冲的脉冲间隙具有充电脉冲时，电极结构畸变恢复原状所需的时间；所述放电前弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间；所述充电时间为充电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下充电的时间；所述放电后弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间。

9.根据权利要求8所述的一种电池全生命周期放电系统，其特征在于，还包括所述计算控制模块还包括：滤波计算单元，用于针对电池放电脉冲进行滤波计算，若计算获得的负载曲线与预测负载曲线一致时，所述计算控制模块发送包含电池放电脉冲的控制指令给电池模块，否则，负载曲线确定单元、放电脉冲计算单元、充电脉冲计算单元、电池充电脉冲计算单元、电池放电脉冲计算单元重新启动，以计算当前时刻与下一时刻之间的电池充电脉冲和下一时刻的电池放电脉冲。

10.根据权利要求8所述的一种电池全生命周期放电系统，其特征在于，还包括设于电池模块和电流滤波模块之间的电池能量管理模块和开关模块；所述计算控制模块还包括充电控制单元，用于在所述电池能量管理模块检测到多个电芯中至少一个但不是所有电芯接近放电截止状态时，控制所述开关模块切断放电通路并控制其他电芯对该接近放电截止状态的电芯进行充电操作，当充电完毕后再控制开关模块接通放电通路，并触发所述负载曲线确定单元、所述放电脉冲计算单元、所述充电脉冲计算单元、所述电池充电脉冲计算单元、所述电池放电脉冲计算单元工作。

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