CN113783245A - 一种电池管理方法以及系统 - Google Patents

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张国一
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Abstract

本公开实施例提供一种电池管理方法以及系统，电池管理系统包括：由若干单体电池单元串联构成的电池组；每个单体电池单元均包括两个并联的单体电池，每个单体电池均并接有一测控模块，且每个单体电池对应的测控模块均连接至集控器；每个单体电池还均连接有单体开关组；单体开关组包括级联开关和旁路开关，级联开关串接于单体电池以控制其通断，旁路开关并接于单体电池以构成单体电池的并接旁路；相邻单体电池的并接旁路串联。电池管理方法，包括：集控器确定目标单体电池，并向多个测控模块发送指令信号，以使测控模块控制单体开关组，对目标单体电池单独充电。该电池管理方法以及系统可以有效提高电池组利用率。

Description

一种电池管理方法以及系统
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，尤其是一种电池管理方法以及系统。
背景技术
随着科技的发展，目前国内数据中心机房、通信设备等非常依赖电池组进行供电，所以，一旦电池组出现故障，将直接造成通信中断、数据丢失的严重后果。随着对通信系统的可靠性要求越来越高，不间断通信电源作为通信系统的重要支撑设备，人们对其可靠性要求也越来越高。但由于电池组性能因木桶效应受特性最差单体电池制约，单体电池与电池组差异过大会影响电池组的充电与放电，为了缓解木桶效应，现有技术是对电池组进行被动均衡，其原理是依照电池的电量和电压呈正相关，根据单体电池电压数据，将高电压的电池能量通过电阻放电以与低电压电池的电量保持相等状态。现有技术的均衡方法将电量高的电池中的能量变成热耗散掉，电能使用效率低，不仅如此，因为将电能转变成热量耗散，均衡电流大，热量散耗多，浪费电池资源。传统的电池管理系统不能实行对单体电池流进行控制。此外，现有技术由于库伦效率误差大以及荷电状态不准确的影响，对于单体电池剩余电量的估算偏差较大。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例的目的在于提出一种电池管理方法以及系统。
基于上述目的，本公开提供了一种电池管理方法以及系统，包括：
由若干单体电池单元串联构成的电池组；每个所述单体电池单元均包括两个并联的单体电池，每个所述单体电池均并接有一测控模块，且每个所述单体电池对应的所述测控模块均连接至集控器；每个所述单体电池还均连接有单体开关组；所述单体开关组包括级联开关和旁路开关，所述级联开关串接于所述单体电池以控制其通断，所述旁路开关并接于所述单体电池以构成所述单体电池的并接旁路；相邻所述单体电池的所述并接旁路串联。
所述电池管理方法，包括：
所述集控器确定目标单体电池，并向多个所述测控模块发送指令信号，以使所述测控模块控制单体开关组，对所述目标单体电池单独充电。
可选的，所述集控器确定目标单体电池，并向多个所述测控模块发送指令信号，以使所述测控模块控制单体开关组，对所述目标单体电池单独充电，具体包括：
所述测控模块获取与其对应的所述单体电池的数据集；其中，所述数据集包括：所述单体电池的本体电压数据，本体温度数据以及本体环境湿度数据；
所述测控模块将所述数据集发送到所述集控器；
所述集控器根据多个所述测控模块发送的所述数据集，结合回路电流，计算所述多个单体电池的剩余电量值；
所述集控器根据所述多个单体电池的剩余电量值确定所述多个单体电池中需要均衡的所述目标单体电池，并向所述目标单体电池对应的所述测控模块发送指令信号；
所述测控模块根据所述指令信号，控制所述单体开关组，将所述目标单体电池单独接入或退出，实现对所述目标单体电池单独充电，以使所述电池组包括的所有所述单体电池的电量均衡。
可选的，所述集控器根据多个所述测控模块发送的所述数据集，结合回路电流，计算所述多个单体电池的剩余电量值，具体包括：
所述集控器根据所述数据集中的所述单体电池的本体电压，结合所述电池组的回路电流，获取所述单体电池的循环初始电量，根据所述单体电池的循环初始电量，计算出所述单体电池的剩余电量。
所述单体电池的剩余电量计算公式为：
Figure BDA0003203248470000021
其中，SOCt表示单体电池的剩余电量，SOC0表示单体电池的循环初始电量，α表示对SOC0的修正系数，CN表示放电倍率，β表示CN的修正系数，η表示库伦效率，I表示电池组的回路电流，τ表示对单体电池工作时间进行积分。
可选的，所述确定所述多个单体电池中需要均衡的所述目标单体电池，具体包括：
所述集控器响应于确定所述单体电池的电压与电池组的电压不一致，则判定所述单体电池为需要均衡电量的所述目标单体电池。
可选的，所述测控模块根据所述指令信号，控制所述单体开关组，将所述目标单体电池单独接入或退出，实现对所述目标单体电池单独充电，以使所述电池组包括的所有所述单体电池的电量均衡，具体包括：
所述测控模块根据所述指令信号，配合所述单体开关组，控制所述目标单体电池的接入；其中，闭合所述目标单体电池所对应的单体电池组中的级联开关，断开除了所述单体电池组以外的单体电池组中的级联开关；断开所述目标单体电池所对应的单体电池组中的旁路开关，闭合除了所述单体电池组以外的单体电池组中的旁路开关；以使所述单体电池组中只接入所述目标单体电池，然后，由集控器控制充电电压源，对所述目标单体电池单独充电。
可选的，所述电池管理系统还包括：
所述集控器与总控开关相连；所述集控器控制所述总控开关，对所述电池组所在的电路进行接入和退出。
可选的，所述电池管理系统还包括：
所述集控器与放电开关相连；所述放电开关连接有放电负载，所述集控器控制所述放电开关，对所述电池组中的单体电池进行核容。
可选的，所述电池管理系统还包括：
所述集控器连接有上位机；所述集控器将所述电池组中多个单体电池剩余电量值以及所述数据集，传送到所述上位机。
所述上位机接收到所述多个单体电池剩余电量值以及所述数据集，展示所述多个单体电池剩余电量值以及所述数据集。
可选的，所述电池管理系统还包括：
所述电池组连接有电流传感器；所述电流传感器检测所述电池组所在电路中的回路电流，传送给所述集控器；以使所述集控器根据所述数据集中的所述单体电池的本体电压，结合所述回路电流，计算多个所述单体电池的剩余电量。
基于同一发明构思，本公开还提供了一种电池管理系统，包括：由若干单体电池单元串联构成的电池组；每个所述单体电池单元均包括两个并联的单体电池，每个所述单体电池均并接有一测控模块，且每个所述单体电池对应的所述测控模块均连接至集控器；每个所述单体电池还均连接有单体开关组；所述单体开关组包括级联开关和旁路开关，所述级联开关串接于所述单体电池以控制其通断，所述旁路开关并接于所述单体电池以构成所述单体电池的并接旁路；相邻所述单体电池的所述并接旁路串联。
从上面所述可以看出，本公开提供的电池管理方法以及系统，通过测控模块采集单体电池的数据信息并上传到集控器，由集控器根据单体电池的数据信息下发指令信号给测控模式，使其配合单体开关组实行对单体电池的单独接入与退出，从而实行对单体电池的单独充电，解决了被动均衡浪费电池资源问题。通过添加修正因子修正剩余电量计算公式，更加准确的计算单体电池的剩余电量，提高了电池利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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公开实施例，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为本公开实施例的电池管理系统整体架构图；
图2为本公开实施例的电池管理系统的电池单元架构图；
图3为本公开实施例的电池管理系统的单体开关组架构图；
图4为本公开实施例的电池管理方法的能量均衡流程图；
图5为本公开实施例的电池管理方法的能量均衡电路图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
电池装成组的过程称为PACK，可以是单体电池电池，也可以是串并联的单体电池单元等。电池组PACK中，单体电池或单体电池单元的一致性尤为重要。一致性较差的电池组，容量、循环寿命以及充放电特性等性能，会受到一定的影响。随着电池组使用的充放电次数增加，这种影响也将越来越大。因此，需要对电池组进行电量均衡，均衡的意义就是使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、过放的发生。若不进行均衡控制，随着充放电循环的增加，各单体电池电压逐渐分化，使用寿命将大大缩减。电池组均衡管理中，被动均衡运用电阻器，将高电压或者高荷电量单体电池的能量消耗掉，以达到减小不同电芯之间差距的目的，是一种能量消耗型均衡。而本发明通过测控模块采集单体电池的数据信息并上传到集控器，由集控器根据单体电池的数据信息，结合电流传感器测得的回路电流，确定出需要均衡的所述目标单体电池，集控器针对目标单体电池，下发指令信号给测控模式，使其配合单体开关组实行对目标单体电池的单独接入与退出，从而实现对所述目标单体电池单独充电，以使所述电池组包括的所有所述单体电池的电量均衡，解决了被动均衡浪费电池资源问题。通过添加修正因子修正剩余电量计算公式，更加准确的计算单体电池的剩余电量，提高了电池利用率。
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
参考图1，为本公开实施例的电池管理系统架构图，包括：
单体电池、测控模块、单体开关组、总控开关、放电开关、放电负载、集控器和上位机。
在本公开实施例中，由若干单体电池单元串联构成的电池组；每个单体电池单元均包括两个并联的单体电池，每个单体电池均并接有一测控模块，且每个单体电池对应的测控模块均连接至集控器；每个单体电池还均连接有单体开关组；单体开关组包括级联开关和旁路开关，级联开关串接于单体电池以控制其通断，旁路开关并接于单体电池以构成单体电池的并接旁路；相邻单体电池的并接旁路串联。
在具体实施中，单体电池可以但不限于是铅酸电池。电池组的构成方式可以但不限于是由若干单体电池单元串联构成，也可以是单体电池进行任意串联或并联组合。
在具体实施中，测控模块可以但不限于采用分布式安装，实现对单体电池的本体电压数据、本体温度数据、本体周围环境湿度数据等蓄电池参数的采集和对单体开关组的投入和退出控制，其中，测控模块采集的数据还可以是其它能够影响单体电池工作状态的数据。
在具体实施中，单体开关组的组成方式可以但不限于是由级联开关和旁路开关组成。
在具体实施中，总控开关可以但不限于串接在整个电池组的正极和负级接线处，总控开关实现对电池组和直流电源的接入和退出。
在具体实施中，放电开关可以但不限于是串接在整个电池组所在电路中，还可以是串联在单体电池所在电路上，放电开关连接有放电负载，实现对单体电池的核容，其中，核容是指将单体电池全部电量放出，放电开关配合放电负载，由放电负载等效计算单体电池的电池容量，从而实现对单体电池的核容。
在具体实施中，集控器可以但不限于根据测控模块传送的单体电池数据判定目标单体电池，针对目标单体电池，发送对目标单体电池的指令信号，还可以接收其它可以发送对单体电池操控指令的控制端所发送的指令信号。
在具体实施中，集控器可以将测控模块发送的单体电池数据发送到上位机，还可以将整个电池组的温度数据、电池组周围环境湿度数据以及整个电池组电压数据发送到上位机进行展示。
在具体实施中，上位机平台的功能可以但不限于单体电池以及电池组数据信息显示。
参考图2，为本公开实施例的电池管理系统的电池单元架构图，包括：
单体电池BT1与单体电池BT2并联后，构成一个单体电池单元。
参考图3，为本公开实施例的电池管理系统的单体开关组架构图，包括：
单体开关组包括级联开关301和旁路开关302，级联开关301与旁路开关302并联，级联开关301串接于单体电池303以控制其通断，旁路开关302并接于单体电池303以构成单体电池303的并接旁路，可以实现对单体电池的旁路效果。
参考图4，为本公开实施例的电池管理方法的能量均衡流程图，包括：
S101，所述测控模块获取与其对应的所述单体电池的数据集；其中，所述数据集包括：所述单体电池的本体电压数据，本体温度数据以及本体环境湿度数据。
在具体实施中，由于常用电池管理系统中，由于实行对单体电池的单独控制，无法切断电源，所以实际上是用了一个闭路电压值，闭路电压值随电路工作波动大，对于后续的单体电池剩余电量SOC测量误差影响较大。
在本公开实施例中，单体电池的本体电压数据是指单体电池的开路电压VOC，由于在本公开实施例中可以实现对单体电池的单独控制，所以这个开路电压OCV是个准确值，能够有效提高单体电池剩余电量SOC测量精度。
S102，所述测控模块将所述数据集发送到所述集控器。
S103，所述集控器根据多个所述测控模块发送的所述数据集，结合回路电流，计算所述多个单体电池的剩余电量值。
本公开实施例中，采用改进的安时积分法估算单体电池剩余电量SOCt，利用修正因子可以克服环境因素带来的误差，利用开路电压法计算获取电池初始SOC0。
单体电池的剩余电量计算公式为：
Figure BDA0003203248470000081
其中，SOCt表示单体电池的剩余电量，SOC0表示单体电池的循环初始电量，α表示对SOC0的修正系数，CN表示放电倍率，β表示CN的修正系数，η表示库伦效率，I表示电池组的回路电流，τ表示对单体电池工作时间进行积分。
其中，修正系数α修正循环次数和环境温度对SOC0带来的影响，修正系数β修正放电倍率CN对电池SOCt带来的影响，SOC0可以由单体电池自身性能表中查到。
其中，对于单体电池的循环初始变量，电池组连接有电流传感器，电流传感器检测电池组所在电路中的回路电流，传送给集控器；以使集控器根据测控模块发送的单体电池数据集中的单体电池的本体电压，结合所述回路电流，获取所述单体电池的剩余电量。
S104，所述集控器根据所述多个单体电池的剩余电量值确定所述多个单体电池中需要均衡的所述目标单体电池，并向所述目标单体电池对应的所述测控模块发送指令信号。
在本公开实施例中，集控器响应于确定单体电池的电压小于电池组的电压，则判定单体电池为需要均衡电量的目标单体电池，并发出充电或退出指令信号。
集控器响应于确定单体电池的电压大于电池组的电压，则判定单体电池为需要均衡电量的目标单体电池，并发送放电或接入指令信号。
集控器响应于确定单体电池的电压等于电池组的电压，则判定电池组处于均衡状态，无需进行电量均衡。
S105，所述测控模块根据所述指令信号，控制所述单体开关组，将所述目标单体电池单独接入或退出，实现对所述目标单体电池单独充电，以使所述电池组包括的所有所述单体电池的电量均衡。
在本公开实施例中，测控模块接收到集控器发送的充电或退出指令信号，控制单体开关组，使目标单体电池退出电池组，或者控制单体开关组，单独接入目标单体电池，然后，由集控器控制充电电压源向目标单体电池进行充电，以使目标单体电池电压与电池组电压一致。
测控模块接收到集控器发送的放电或接入指令信号，控制单体开关组，使目标单体电池接入电池组，以提高整体电池组一致性，或者控制单体开关组，单独接入目标单体电池，然后，由集控器控制充电电压源对目标单体电池进行放电，以使目标单体电池电压与电池组电压一致。
需要说明的是，理论上，由于木桶效应，当目标单体电池中的电压大于电池组电压时，通常认为是对电池组有益，电池组使用人员可以根据实际情况确定是否对该目标单体电池进行放电。
参考图5，为本公开实施例的电池管理方法的能量均衡电路图，包括：
在本公实施例中，若要对图5中黑框内目标单体电池进行单独充电，则闭合目标单体电池所对应的单体电池组中的级联开关，断开除了单体电池组以外的单体电池组中的级联开关；断开目标单体电池所对应的单体电池组中的旁路开关，闭合除了单体电池组以外的单体电池组中的旁路开关；以使单体电池组中只接入目标单体电池，然后，由集控器配合充电电压源，对所述目标单体电池单独充电。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本公开实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本公开实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本公开实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池管理方法，其特征在于，应用于电池管理系统，所述电池管理系统包括：由若干单体电池单元串联构成的电池组；每个所述单体电池单元均包括两个并联的单体电池，每个所述单体电池均并接有一测控模块，且每个所述单体电池对应的所述测控模块均连接至集控器；每个所述单体电池还均连接有单体开关组；所述单体开关组包括级联开关和旁路开关，所述级联开关串接于所述单体电池以控制其通断，所述旁路开关并接于所述单体电池以构成所述单体电池的并接旁路；相邻所述单体电池的所述并接旁路串联；
所述电池管理方法，包括：
所述集控器确定目标单体电池，并向多个所述测控模块发送指令信号，以使所述测控模块控制单体开关组，对所述目标单体电池单独充电。
2.根据权利要求1所述的电池管理方法，其特征在于，所述集控器确定目标单体电池，并向多个所述测控模块发送指令信号，以使所述测控模块控制单体开关组，对所述目标单体电池单独充电，具体包括：
所述测控模块获取与其对应的所述单体电池的数据集；其中，所述数据集包括：所述单体电池的本体电压数据，本体温度数据以及本体环境湿度数据；
所述测控模块将所述数据集发送到所述集控器；
所述集控器根据多个所述测控模块发送的所述数据集，结合回路电流，计算所述多个单体电池的剩余电量值；
所述集控器根据所述多个单体电池的剩余电量值确定所述多个单体电池中需要均衡的所述目标单体电池，并向所述目标单体电池对应的所述测控模块发送指令信号；
所述测控模块根据所述指令信号，控制所述单体开关组，将所述目标单体电池单独接入或退出，实现对所述目标单体电池单独充电，以使所述电池组包括的所有所述单体电池的电量均衡。
3.根据权利要求2所述的电池管理方法，其特征在于，所述集控器根据多个所述测控模块发送的所述数据集，结合回路电流，计算所述多个单体电池的剩余电量值，具体包括：
所述集控器根据所述数据集中的所述单体电池的本体电压，结合所述电池组的回路电流，获取所述单体电池的循环初始电量，根据所述单体电池的循环初始电量，计算出所述单体电池的剩余电量：
所述单体电池的剩余电量计算公式为：
Figure FDA0003203248460000021
其中，SOCt表示单体电池的剩余电量，SOC0表示单体电池的循环初始电量，α表示对SOC0的修正系数，CN表示放电倍率，β表示CN的修正系数，η表示库伦效率，I表示电池组的回路电流，τ表示对单体电池工作时间进行积分。
4.根据权利要求2所述的电池管理方法，其特征在于，所述确定所述多个单体电池中需要均衡的所述目标单体电池，具体包括：
所述集控器响应于确定所述单体电池的电压与电池组的电压不一致，则判定所述单体电池为需要均衡电量的所述目标单体电池。
5.根据权利要求2所述的电池管理方法，其特征在于，所述测控模块根据所述指令信号，控制所述单体开关组，将所述目标单体电池单独接入或退出，实现对所述目标单体电池单独充电，以使所述电池组包括的所有所述单体电池的电量均衡，具体包括：
所述测控模块根据所述指令信号，配合所述单体开关组，控制所述目标单体电池的接入；其中，闭合所述目标单体电池所对应的单体电池组中的级联开关，断开除了所述单体电池组以外的单体电池组中的级联开关；断开所述目标单体电池所对应的单体电池组中的旁路开关，闭合除了所述单体电池组以外的单体电池组中的旁路开关；以使所述单体电池组中只接入所述目标单体电池，然后，由集控器配合充电电压源，对所述目标单体电池单独充电。
6.根据权利要求1所述的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理系统还包括：
所述集控器与总控开关相连；所述集控器控制所述总控开关，对所述电池组所在的电路进行接入和退出。
7.根据权利要求1所述的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理系统还包括：
所述集控器与放电开关相连；所述放电开关连接有放电负载，所述集控器控制所述放电开关，对所述电池组中的单体电池进行核容。
8.根据权利要求1所述的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理系统还包括：
所述集控器连接有上位机；所述集控器将所述电池组中多个单体电池剩余电量值以及所述数据集，传送到所述上位机；
所述上位机接收到所述多个单体电池剩余电量值以及所述数据集，展示所述多个单体电池剩余电量值以及所述数据集。
9.根据权利要求3所述的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理系统还包括：
所述电池组连接有电流传感器；所述电流传感器检测所述电池组所在电路中的回路电流，传送给所述集控器；以使所述集控器根据所述数据集中的所述单体电池的本体电压，结合所述回路电流，计算多个所述单体电池的剩余电量。
10.一种电池管理系统，包括：由若干单体电池单元串联构成的电池组；每个所述单体电池单元均包括两个并联的单体电池，每个所述单体电池均并接有一测控模块，且每个所述单体电池对应的所述测控模块均连接至集控器；每个所述单体电池还均连接有单体开关组；所述单体开关组包括级联开关和旁路开关，所述级联开关串接于所述单体电池以控制其通断，所述旁路开关并接于所述单体电池以构成所述单体电池的并接旁路；相邻所述单体电池的所述并接旁路串联。
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