CN113178629A - 一种电池和负载的均衡管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池和负载的均衡管理系统，包括电池组件、电源开关模块、负载组件和中央处理器，中央处理器检测负载组件的工作状态以及电池组件的工作电压，根据负载组件在不同工作状态时所需的工作电压，控制电源开关模块中不同通路的导通和关断，使电池组件由不同电池串形成的不同阶梯电压能够动态匹配负载组件中不同负载的供电需求。因此，本发明通过将电池组件中由不同电池串形成的不同阶梯电压动态匹配负载组件中不同负载的供电需求，可以使电池组件中各个电池串的容量充分利用，减少使用的电池组数量，还可以最大限度的降低直流电压转换的需要，减少电源变换器的使用。
Description
技术领域
本发明涉及电池供电技术领域，更具体的说，涉及一种电池和负载的均衡管理系统。
背景技术
通常一个设备由多个电源和多个负载组成，电源包括众多并联和串联的电池。为维持设备的正常运行，往往针对不同的负载提供由不同电池组成的供电系统。
目前，采用电池供电通常有两种方案：第一种是采用专一的电池组匹配负载；第二种是采用单一电池组供电，将电池组作为一个整体为所有负载供电。虽然两种方案均可以实现电池对负载供电，但是第一种方案需要多个电池组，当有的电池组能量已经消耗殆尽，而有的电池组能量还有剩余时，由于电池组之间的能量不能相互调配，因此会导致整个设备停止运行，造成容量大的电池组无法得到充分利用。第二种方案中电池输出能量的通道是单一的，需要多个电源变换器来配合众多负载供电需求，因此供电系统复杂，不利于提高系统的可靠性。
因此，如何提供一种电池和负载的均衡管理系统，减少电池组数量和电源变换器数量，并能够根据负载需求合理的匹配电池数量，提高供电可靠性，成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明公开一种电池和负载的均衡管理系统，以实现减少电池组数量和电源变换器数量，并能够根据负载需求合理的匹配电池数量，提高供电可靠性。
一种电池和负载的均衡管理系统，包括：电池组件、电源开关模块、负载组件和中央处理器，所述电池组件包括至少一个电池组，每个所述电池组由多个串联的电池串组成；
所述电池组件通过所述电源开关模块与所述负载组件连接；
所述中央处理器分别与所述电池组件、所述电源开关模块和所述负载组件连接；
所述中央处理器用于检测所述负载组件的工作状态以及所述电池组件的工作电压，根据所述负载组件在不同工作状态时所需的工作电压，控制所述电源开关模块中不同通路的导通和关断，使所述电池组件由不同电池串形成的不同阶梯电压能够动态匹配所述负载组件中不同负载的供电需求。
可选的，还包括：电池均衡组件和均衡开关模块；
所述电池均衡组件通过所述均衡开关模块与所述电池组件连接，
所述中央处理器分别与所述电池均衡组件和所述均衡开关模块连接，所述中央处理器还用于检测所述电池组件反馈的正在充放电的各个目标电池串的容量，当确定各个所述目标电池串的容量不均衡时，控制所述均衡开关模块中对应的通路导通，对各个所述目标电池串采用主动均衡方法，使各个所述目标电池串之间的容量保持均衡。
可选的，所述均衡开关模块包括多个第一开关每个所述第一开关控制所述电池均衡组件和所述电池组件之间的一条主动均衡通路。
可选的，当所述电池组件包括多个所述电池组时，不同所述电池组之间串联或是并联连接。
可选的，所述电源开关模块包括多个第二开关，每个所述第二开关控制所述电池组件和所述负载组件之间的一条供电通路。
可选的，所述电池组件中包含的所述电池串的总串数与所述负载组件中主要负载所需的电压和负载电流相匹配。
可选的，所述中央处理器具体用于根据所述负载组件中正在工作的负载阵列在一个放电周期内所需的的电量匹配相应数量的作为供电电源的电池串。
可选的，所述中央处理器还用于在电池串过压或欠压的状态下，通过所述电源开关模块切断所述电池组件与所述负载组件之间的连接通路，和/或切断所述电池组件与充电端口之间的连接通路，实现对所述电池组件的过压保护或欠压保护。
从上述的技术方案可知，本发明公开了一种电池和负载的均衡管理系统，包括电池组件、电源开关模块、负载组件和中央处理器，中央处理器检测负载组件的工作状态以及电池组件的工作电压，根据负载组件在不同工作状态时所需的工作电压，控制电源开关模块中不同通路的导通和关断，使电池组件由不同电池串形成的不同阶梯电压能够动态匹配负载组件中不同负载的供电需求。因此，本发明通过将电池组件中由不同电池串形成的不同阶梯电压动态匹配负载组件中不同负载的供电需求，可以使电池组件中各个电池串的容量充分利用，减少使用的电池组数量，还可以最大限度的降低直流电压转换的需要，减少电源变换器的使用。
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，还可以根据公开的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种电池和负载的均衡管理系统的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的另一种电池和负载的均衡管理系统的结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种电池和负载的均衡管理系统的拓扑结构图；
图4为本发明实施例公开的一种电池组件与负载的连接示意图；
图5为本发明实施例公开的一种电池和负载的均衡管理系统的拓扑结构图。
具体实施方式
传统方案中，电池管理系统(Battery Management System，BMS)和负载之间为相对独立的关系，相对单一电池组而言，所有负载都需要从所有串联的电池中获取等量的电能。对于一个健康的电池组而言，各个电池单元(或并联单元)为负载提供的能量在任何时候都应该保持一致。对于电池组的负载而言，电池组以一个独立的整体而存在。
理想电池组每串电池容量都应该相同，但现实中却难以实现。电池组的容量受限于电池组中最低容量的电池串，容量不一致造成电池容量的利用率降低，容量大的电池串不能得以充分的利用。因为负载只与整个电池组的正极和负极相连，电池组内部各个电池串之间的电量非均衡状态归咎于各个电池串本身的差异，这种非均衡状态在充放电过程中不但会降低电池容量的利用率，还会加速容量低的电池串的衰减速度，从而更快地缩短整个电池组的使用寿命。
本发明旨在改变传统电池管理系统及负载之间相对孤立的关系，将二者有机地结合在一起。通过电池串之间的主动均衡和管理系统维护电池组的安全，最大限度地延长电池的使用寿命。这种结合可以根据电池容量与负载的特点，使电池系统和负载系统从总体上获得合理的匹配，将二者有机地结合在一起并合理地进行统一管理。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种电池和负载的均衡管理系统，包括电池组件、电源开关模块、负载组件和中央处理器，中央处理器检测负载组件的工作状态以及电池组件的工作电压，根据负载组件在不同工作状态时所需的工作电压，控制电源开关模块中不同通路的导通和关断，使电池组件由不同电池串形成的不同阶梯电压能够动态匹配负载组件中不同负载的供电需求。因此，本发明通过将电池组件中由不同电池串形成的不同阶梯电压动态匹配负载组件中不同负载的供电需求，可以使电池组件中各个电池串的容量充分利用，减少使用的电池组数量，还可以最大限度的降低直流电压转换的需要，减少电源变换器的使用。
参见图1，本发明实施例公开了一种电池和负载的均衡管理系统的结构示意图，均衡管理系统包括：电池组件11、电源开关模块12、负载组件13和中央处理器14。
其中：
电池组件11通过电源开关模块12与负载组件13连接。
本实施例中，电池组件11包括至少一个电池组，每个电池组由多个串联的电池串组成，各个电池串的安时容量可以相同或是不同。当电池组件包括多个电池组时，不同电池组之间可以串联或是并联连接。
中央处理器14分别电池组件11、电源开关模块12和负载组件13连接。
中央处理器14用于检测负载组件13的工作状态以及电池组件11的工作电压，根据所述负载组件13在不同工作状态时所需的工作电压，控制所述电源开关模块12中不同通路的导通和关断，使所述电池组件11由不同电池串形成的不同阶梯电压能够动态匹配所述负载组件13中不同负载的供电需求。
电池串之间容量和负载的不平衡可以在不同负载和不同的电池组之间宏观调控和匹配，无法宏观调控的部分则通过主动均衡方法来弥补。
综上可知，本发明公开了一种电池和负载的均衡管理系统，包括电池组件11、电源开关模块12、负载组件13和中央处理器14，中央处理器14检测负载组件13的工作状态以及电池组件11的工作电压，根据负载组件13在不同工作状态时所需的工作电压，控制电源开关模块12中不同通路的导通和关断，使电池组件11由不同电池串形成的不同阶梯电压能够动态匹配负载组件13中不同负载的供电需求。因此，本发明通过将电池组件11中由不同电池串形成的不同阶梯电压动态匹配负载组件13中不同负载的供电需求，可以使电池组件11中各个电池串的容量充分利用，减少使用的电池组数量，还可以最大限度的降低直流电压转换的需要，减少电源变换器的使用。
中央处理器14还用于在电池串过压或欠压的状态下，通过电源开关模块12切断电池组件11与负载组件13之间的连接通路，和/或切断电池组件11与充电端口之间的连接通路，实现对电池组件11的过压保护或欠压保护。
为进一步优化上述实施例，参见图2，本发明还公开了另一种电池和负载的均衡管理系统的结构示意图，在图1所示实施例的基础上，均衡管理系统还可以包括：
电池均衡组件15和均衡开关模块16，电池均衡组件15通过均衡开关模块16与电池组件11连接。
中央处理器14分别与电池均衡组件15和均衡开关模块16连接，中央处理器14用于还用于检测电池组件11反馈的正在充放电的各个目标电池串的容量，在确定各个所述目标电池串的容量不均衡时，控制所述均衡开关模块16中对应的通路导通，对各个所述目标电池串采用主动均衡方法，使各个所述目标电池串之间的容量保持均衡。
综上可知，本发明公开了一种电池和负载的均衡管理系统，通过将电池组件11中由不同电池串形成的不同阶梯电压动态匹配负载组件13中不同负载的供电需求，可以使电池组件11中各个电池串的容量充分利用，减少使用的电池组数量，还可以最大限度的降低直流电压转换的需要，减少电源变换器的使用。另外，本发明中，中央处理器14在根据电池组件11反馈的正在充放电的各个目标电池串的容量，确定各个目标电池串的容量不均衡时，会控制均衡开关模块16中对应的通路导通，对各个目标电池串采用主动均衡方法，使各个目标电池串之间的容量保持均衡，或者说，本发明采用的主动均衡技术可以使得电池串之间的不均衡，包括负载或电池串参数不匹配产生的电池串之间的失衡得到调整，提升电池能量的使用效率。
上述实施例中，此系统除了实现电池保护功能外，还可以通过电池均衡组件15和均衡开关模块16提供电池主动均衡功能，将电量高的电池串中的电荷转移至电量低的电池串中。
电池和负载的均衡管理系统的拓扑结构参见图3所示，整个均衡管理系统提供能源的电池组件11的总串数需要根据负载组件13中各个负载的特性来统筹确定，图3中的Cl+表示电池组件11的正极充电口，Cl-表示电池组件11的负极充电口。电池组件11中包含的电池串的总串数通常取决于主要负载所需的电压和负载电流相匹配。因为主要负载通常与其他负载相比功耗和能耗最大，因此为了降低主要负载电流、线能耗、负载及连线的尺寸和重量，主要负载也往往要求最高的供电电压。按照主要负载来配置相应电压的电池组可以避免主要负载转换电压的需要。而部分与主要负载电压相同的次要负载也可以直接使用电池组输出的最高电压供电，因此这些负载无须进行直流电压的转换。
本发明根据每个负载的直流电压需求，结合电池串的数量以及形成的电压阶梯，直接从部分电池串中获得合适的电压和电流，通过部分串联的电池串为相应负载提供合适的电流电压。
由于通过部分串联的电池串获取电流会增加部分电池串的负载，造成电池串之间的电池组在一定程度上负载电流不一致，从而引起电池串之间剩余电量(State OfCharge，SOC)差异。为合理利用电池组中每个电池串的容量，且不对其它电池串增加额外负担，本发明通过适当的措施降低并消除这种差异。
电池串之间剩余电量差异的消除可以采取两方面措施，分别为：负载合理动态分配和电池组主动动态均衡。负载合理动态分配指的是：根据负载的电压和电流及负载在整个放电周期中需要的电量将其分摊在每个电池串上，或者，将负载电流和负载在整个放电周期的能量消耗均匀地分配在电池组中的各电池串上。因此需要在系统规划和设计上通过电池组和负载系统的分析，对各个负载的电压做出动态的合理安排。
即便如此，基于这种供电的负载系统也不能完全保持每个电池串放电的一致。电池串之间剩余电量差异如果不经过修正会变得很大，从而导致电池串之间剩余电量存在更大差异，该差异可以通过电池组主动均衡来消除。电池主动均衡管理系统能够动态地、不间断地消除这种放电的不一致，使各串电池之间剩余电路始终保存在同一水平范围内。因此，电池主动均衡是本发明所要保护的电池和负载的均衡管理系统的重要组成部分。
可以理解，负载阵列的排列方式不是唯一的，因此，在实际应用中，可根据负载组件中的正在工作的负载阵列在一个放电周期内所需的电量匹配相应数量的作为供电电源的电池串，并根据电池主动均衡系统的能力进行优化，从而将电池均衡的电量降至最低，从而更加有效地利用电池组各个电池串的容量。
传统的电池组由同样参数的电池串构成，电池组中每个电池串的电池参数，特别是电池串的电池容量都需要保持一致，以降低电池串之间的不均衡。电池组的正极PACK+和负极PACK-为负载提供电源。传统电池组中选用同样参数的电池串是为了降低由电池参数不同，特别是电池串之间容量差异引起的不均衡状态，降低由电池串的不均衡造成的电池容量衰减，从而延长电池组的使用寿命。
目前，一般通过电池分选保持各个电池串的电池参数的一致性，然而，在实际应用中，即使经过严格的制作过程和分选过程，电池的一致性仍然难于保证，因此电池组中电池串的一致性在业界并没有一个明确和公认的要求。该要求使得电池组的制造成本和分选成本大大提高。由于电池制作过程中的各种差异，使得即使同一批流程制造的电池都很难保持电池参数的一致性。
本发明中，电池组中的任意一个电池串都可以随时和动态地连接负载，由于本发明可以对电池串之间容量和负载的不均衡进行调控，因此，电池串之间的电池参数是否一致就不那么重要。
通过将各个电池串的电池参数进行匹配能够减小由于电池串负载不一致产生的失衡。而采用主动均衡技术可以使得电池串之间的不均衡，包括负载或电池串参数不匹配产生的电池串之间的失衡得到调整。这种不平衡可以通过匹配的负载组件13来降低，剩余的由于负载组件13以及电池本身参数造成的不均衡可进一步通过合适的主动电池均衡来消除。因此，电池组中每个电池串的容量可根据主要负载和次要负载的供电电压和负载电流进行优化。
本发明电池组中电池串的容量可以根据负载组件13中负载阵列进行任意地调整和配置，每个电池串的容量更多地取决于与其相匹配的负载阵列的耗电量。电池串之间的剩余电量的差异可以通过适当的电池主动均衡系统来动态调整，使之在整个放电周期结束之前保持一致。
如图2所示，本发明中，电源开关模块12和负载组件13可以构成负载管理系统，电池均衡组件15和均衡开关模块16可以构成电池管理系统，因此，电池和负载的均衡管理系统可以由电池组件11、电池管理系统、负载管理系统和中央处理器14组成，电池组件11和负载管理系统作为一个整体对所有的负载动态地输送与其匹配的电流和电压。
例如当一些次要负载需要匹配的电压高于主要负载需要的电压时，传统的方式是采用升压开关电源(boost)的方式转换电压。而根据本发明中电池组可以用不同安时容量的电池串组成。与最大负载相匹配的电压可以通过最大容量的电池串或并联电池串提供。
如图4所示的电池组件与负载的连接示意图，L1是系统中的最大负载，并联电池串B1(包括：B1-1、B1-2和B1-3)，B2(包括：B2-1、B2-2和B2-3)，B3(包括：B3-1、B3-2和B3-3)为最大负载L1提供合适的电压和电流来维持其放电周期内的工作需求，最大负载L1的供电通路由开关S1控制。而次要负载L2需要的较高电压可以通过添加小容量电池串(B4、B5、B6和B7)串联获得，次要负载L2的供电通路由开关S2控制。在工作状态下，电池串之间的能量均衡可以使所有电池串之间的剩余电量在放电过程中保持一致。
本发明中电池组件11连接负载的输出端电压可以随时间变化，输出端电压可以通过电源开关模块12切换电池串的节点来实现。这种电压随时间的梯级变化尤其适用于电机类负载的启动和制动。电压由小到大或由大变小的梯级变化可以平滑电机的启动和制动过程，使电机启动对电池及驱动器电路的冲击降至最低，并提高电机及驱动器的效率。
负载组件13往往由多个负载组成，这些负载可以是动力元件、电热元件、发光元件和传感器等耗电部分。
电池组件11对负载的供电电压可以随时间变化。例如对于电机类负载，随电机的工作状态电压可以从不同的电池串阶梯上取得，包括启动，运行，和制动。通过电压的梯级变化可以最大限度地平稳启动和制动电机的运动。供电电压还可以固定地从某些电池串阶梯上取得固定供电电压，也可以根据需要从不同阶梯电池串切换获得需要的固定供电电压。例如一些电热元件、发光元件等。
为便于理解均衡管理系统的工作原理，本发明通过一个简单的实例来进一步说明本发明所要保护的均衡管理系统的工作方式。
参见图5，本发明实施例公开的一种电池和负载的均衡管理系统的拓扑结构图，图中电池管理系统由电池均衡组件和均衡开关模块构成，负载管理系统(Load ManagementSystem，LMS)由电源开关模块和负载组件构成，电池组件由七个串联的电池串组成，七个电池串也即图5中的B1、B2、B3、B4、B5、B6和B7。其中，主要负载为电机L1次要负载包括电机L2、电机L3和一个发光负载L4，S2～S13为电源开关模块中的各个开关。主要负载电机L1由电池组中所有电池串供电(B1-B7)，电池组可通过Charge+和Charge-充电，Charge+表示正极，Charge-表示负极。
为了减缓电机启动时对电机及供电系统的冲击，供电电压可以在启动过程中梯级递增，最终达到目标工作电压。具体的启动过程：首先导通S11，电机L1由电池串B1和电池串B2串联供电开始启动。在适当的间隔之后，中央处理器(图5中未示出)根据电机L1的工作状态反馈，断开S11，然后导通S12，此刻电机L1由电池串B1、电池串B2、电池串B3和电池串B4串联供电。再经过适当的间隔之后，中央处理器获得电机L1的工作状态反馈之后，断开S12，然后导通S13，这时电机L1切换成整个电池组供电，此刻电机L1进入正常运行状态。
电机制动过程与启动过程相反。首先断开S13，然后导通S12，此时电机L1驱动电压减小。电机产生的EMF(电磁电动势)通过S12导入由电池串B1、电池串B2、电池串B3和电池串B4串联组成的电池组，在降低电机速度的同时电池串获得EMF充电电流。在此之后，中央处理器获得电机L1工作状态反馈之后断开S12，然后导通S11，此时电机L1进一步减速，电机L1产生的EMF通过S11导入由电池串B1和电池串B2组成的电池组从电机上获得充电电流。最终中央处理器获得电机L1工作状态反馈之后将S11断开，停止对电机L1的供电，电机L1停止工作。
其他次要负载的工作情况与主要负载相似，如电机L2和电机L3。当电机L2启动时，中央处理器先导通S9，在适当的间隔之后断开S9，然后导通S8。再经适当的间隔之后断开S8，然后导通S2，此时电机L2进入正常工作状态。当电机L3启动时，中央处理器先导通S3，经适当间隔之后断开S3，然后导通S4，使电机L3进入正常工作状态。次要负载的电机制动过程与启动过程相反，请参见上述，此处不再赘述。
上述论述中的作为负载的电机是直流电机，如果负载是交流二相电机或三相电机，本发明所要保护的均衡管理系统同样适用，只不过此时直流电机由电机驱动器取代。
电感类的负载通过上述的梯级电压启动和制动可以更平稳地改变其工作状态，与此同时降低其对电池串和电路系统的冲击，而且在制动过程中负载产生的EMF能够给电池串充电，从而回收部分能量，并改善系统的效率。
发光负载L4的开关无须经过上述过程，仅需控制S10的通断即可。其他诸如电阻性负载均可以根据负载的工作电压直接通过开关控制。
由此可见，通过电源开关模块可以将电池组件和负载组件连接在一起，并根据负载组件的供电要求从串联的电池串为其配置合适的动态电压和电流。
需要说明的是，本发明所要保护的电池和负载的均衡管理系统还可以进行放电周期安时数统计。
负载组件与电池组件之间的匹配以尽可能减小放电的非均衡来设计和规划为目标。如上述实例所示，各个负载的电流和容量(安时)需求可以根据其功率和放电周期中累计时间确定，如下表(表一)所示。
对于启动和制动不频繁的负载而言，如果忽略启动和停止对电池容量的要求，上述实例对每个电池串的安时要求可见表一所示。从总安时统计中可以看出，均衡管理系统在放电周期内需要均衡约2Ahr的电量。
可以理解，负载组件中负载阵列的安排方式不是唯一的，中央处理器需要根据各个负载在一个放电周期内所需的安时数来合理规划和匹配相应的电池串，并根据电池主动均衡的能力将其加以优化。
需要说明的是，在实际应用中，本发明采用的主动均衡方法可以为大电流主动均衡方法，大电流是相对电池而言的，均衡电流的大小与上述电池容量及失衡程度直接相关，均衡电流应该大到足以在充放电过程中补偿上述电池串之间电量的失衡，使所有电池串都能在充电周期内同时充满，并在放电周期内同时放空，具体取值由本领域技术人员根据实际需要而定。
均衡管理系统中大电流主动均衡的过程具体如下：
从图5所示实施例中可以看出，负载管理系统要求各个负载与电池组件之间形成梯级连接方式和控制方式。这种负载管理要求电池管理系统有大电流主动均衡的能力，以弥补由负载放电的不平衡产生的电池串之间的失衡。电池管理系统中的大电流主动均衡方法通过电池串之间的电量转移来保持每个电池串的剩余电量一致，以消除由负载放电的不一致和电池串之间的差异引起的不均衡。
电池管理系统为实现大电流电池主动均衡方法，至少包含电池组件和电池均衡组件。除此之外，电池管理系统还可以包含储能组件。电池组件中的每个电池串都能够通过主动均衡技术输出电荷(放电)和输入电荷(充电)，通过电荷转移达到电池主动均衡的目的。
常用的主动均衡方法有基于电感的方法，诸如变压器方法，基于电容储能及转移的方法，以及开关电源方法。还可以是上述几种方法的组合方法。在电容储能方法中特别需要说明的是基于超级电容的倍压均衡方法，该方法能够高效率地在电池串之间形成超大均衡电流，通过超大均衡电流可以迅速补偿电池串电量的不均衡。
均衡管理系统实现负载控制和隔离的过程如下：
由于各个负载工作的电压可以从电池组中不同电池串组成的阶梯上取得，因此需要考虑电池组件与负载组件的隔离。同样，检测各个负载工作状态的传感器获得的信号传输给中央处理器时也需要考虑隔离和耦合问题，这是均衡管理系统正常工作需要注意的。当然，在各个电池串电位不一致的条件下协调电池组件与负载组件的隔离和耦合采用的技术方案，可参见现有成熟方案，此处不再赘述。
综上可知，本发明公开的电池和负载的均衡管理系统通过将电池组件11中由不同电池串形成的不同阶梯电压动态匹配负载组件13中不同负载的供电需求，可以使电池组件11中各个电池串的容量充分利用，减少使用的电池组数量，还可以最大限度的降低直流电压转换的需要，减少电源变换器的使用。另外，本发明采用的大电流主动均衡技术可以使得电池串之间的不均衡，包括负载或电池串参数不匹配产生的电池串之间的失衡得到调整，从而可以充分利用电池组件11中每个电池串的电池容量，提升电池能量的使用效率。
另外，由于本发明减少了电池组的数量和电源变换器，因此不仅可以在电池驱动设备上可以统一配置单一电池组，简化电源配置，而且还可以节省整个系统的空间体积；能量在负载之间宏观动态均衡，通过电池的均衡充放电延长电池寿命；同一负载在不同时间的动态调整和优化，尤其电机类型的负载，可提高电机效率；电机减速时可以通过EMF对电池串充电回收能量，进一步提高系统的能效；启动和制动过程中减缓大电流和高电压对电机和电池组的冲击。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种电池和负载的均衡管理系统，其特征在于，包括：电池组件、电源开关模块、负载组件和中央处理器，所述电池组件包括至少一个电池组，每个所述电池组由多个串联的电池串组成；
所述电池组件通过所述电源开关模块与所述负载组件连接；
所述中央处理器分别与所述电池组件、所述电源开关模块和所述负载组件连接；
所述中央处理器用于检测所述负载组件的工作状态以及所述电池组件的工作电压，根据所述负载组件在不同工作状态时所需的工作电压，控制所述电源开关模块中不同通路的导通和关断，使所述电池组件由不同电池串形成的不同阶梯电压能够动态匹配所述负载组件中不同负载的供电需求。
2.根据权利要求1所述的均衡管理系统，其特征在于，还包括：电池均衡组件和均衡开关模块；
所述电池均衡组件通过所述均衡开关模块与所述电池组件连接，
所述中央处理器分别与所述电池均衡组件和所述均衡开关模块连接，所述中央处理器还用于检测所述电池组件反馈的正在充放电的各个目标电池串的容量，当确定各个所述目标电池串的容量不均衡时，控制所述均衡开关模块中对应的通路导通，对各个所述目标电池串采用主动均衡方法，使各个所述目标电池串之间的容量保持均衡。
3.根据权利要求2所述的均衡管理系统，其特征在于，所述均衡开关模块包括多个第一开关每个所述第一开关控制所述电池均衡组件和所述电池组件之间的一条主动均衡通路。
4.根据权利要求1所述的均衡管理系统，其特征在于，当所述电池组件包括多个所述电池组时，不同所述电池组之间串联或是并联连接。
5.根据权利要求1所述的均衡管理系统，其特征在于，所述电源开关模块包括多个第二开关，每个所述第二开关控制所述电池组件和所述负载组件之间的一条供电通路。
6.根据权利要求1所述的均衡管理系统，其特征在于，所述电池组件中包含的所述电池串的总串数与所述负载组件中主要负载所需的电压和负载电流相匹配。
7.根据权利要求1所述的均衡管理系统，其特征在于，所述中央处理器具体用于根据所述负载组件中正在工作的负载阵列在一个放电周期内所需的的电量匹配相应数量的作为供电电源的电池串。
8.根据权利要求1所述的均衡管理系统，其特征在于，所述中央处理器还用于在电池串过压或欠压的状态下，通过所述电源开关模块切断所述电池组件与所述负载组件之间的连接通路，和/或切断所述电池组件与充电端口之间的连接通路，实现对所述电池组件的过压保护或欠压保护。
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