CN114914562A - 基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统、管理方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统、管理方法及检测装置，属于电源系统领域，基于机器学习算法，实现对电池组系统中的所有电芯全生命阶段的动态预估，以及电芯稳态控制算法，并结合本发明的单体电芯控制模块实现对所有单个电芯的生命健康状态预估和控制的动态调节，以确保系统中所有电芯在全生命周期的任意过程中，始终处于最佳的稳态的工作状态，进而绝对的防止电芯的过充、过放、过温等问题的发生，实现电芯寿命的延长，实现电池组的利用率最大化。

Description

基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统、管理方 法及检测装置

技术领域

本发明涉及基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统、管理方法及检测装置，属于电源系统领域。

背景技术

电芯单体组成电池组，容量符合“木桶原理”，最差的那颗电芯的容量决定整个电池组的能力，为了防止电池过充过放，电池管理系统的逻辑如此设置：放电时，当最低的单体电压达到放电截止电压时，整个电池组停止放电；充电时，当最高单体电压触及充电截止电压时，停止充电，这样，容量小的电芯始终在满充满放，容量大的电芯却一直使用部分容量，整个电池组的容量总有一部分处于闲置状态，并且电池组的寿命，由寿命最短的那颗电芯决定，寿命最短的电芯，就是那颗容量小的电芯，不同的内阻，流过相同的电流，内阻大的电芯发热量相对比较多。电池温度过高，造成劣化速度加快，内阻又会进一步升高，内阻和温升，形成一对负反馈，使高内阻电芯加速劣化。

综合电池组容量损失、寿命损失和内阻增大这三个参数，造成电池组电芯性能的不一致性，电芯能量密度再高，遇到不一致性来搅局，电池包能力也会大打折扣，甚至会造成严重的事故和灾害。

因此我们对此做出改进，提出基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统、管理方法及检测装置。

发明内容

（一）本发明要解决的技术问题是：综合电池组容量损失、寿命损失和内阻增大这三个参数，造成电池组电芯性能的不一致性，电芯能量密度再高，遇到不一致性来搅局，电池包能力也会大打折扣，甚至会造成严重的事故和灾害。

（二）技术方案

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统，包括采集控制单元、电芯旁路单元、蓄电池以及功率开关单元，采集控制单元分别与蓄电池、电芯旁路单元以及功率开关单元连接，所述蓄电池与电芯旁路单元连接，电芯旁路单元与功率开关单元连接。

其中，采集控制单元为控制核心，通过采集电芯旁路单元上每个电芯的电压、温度，采集功率开关单元中分流器上的电流信息，得到此时电芯的状态，并将实时采集的所有信息代入系统，根据机器学习算法生成的SOH模型以及稳态控制算法模型，实现对任意状态下的电芯的SOH的预测并生成最优稳态控制策略，进一步实现系统对任意单体电芯的实时管理和控制，采集控制单元：一种集合温度、电压、电流采集能力和大电流、低损耗的旁路能力的集成电路模块，拥有两路并联正负极，通过和单体电芯并联方式实现对单体电芯的状态数据采集以及对单体电芯的旁路管理，通过将采集数据发送管理模块，经算法芯片的计算，获取动作指令，实现对该电芯的工作管理，电芯旁路控制单元主要由功率继电器、集成功率电路、辅助器件等组成，从采集控制单元接收到驱动信息，动作对应的开关电路，进行电芯旁路或导通操作，电芯旁路单元由于要旁路电芯，因此需要流过的功率电流等同于最大充放电电流100A，旁路单元负载电压13.5V，电流100A；

基于机器学习算法，实现对电池组系统中的所有电芯全生命阶段的动态预估，以及电芯稳态控制算法，并结合本发明的单体电芯控制模块实现对所有单个电芯的生命健康状态预估和控制的动态调节，以确保系统中所有电芯在全生命周期的任意过程中，始终处于最佳的稳态的工作状态，进而绝对的防止电芯的过充、过放、过温等问题的发生，实现电芯寿命的延长，实现电池组的利用率最大化。

通过本技术解决即便电池不一致，也能够不影响电池整体能力的发挥。可极大的提高电池组的使用寿命，提高电池的经济性；

通过本发明，能够解决电池在不一致性情况下，良好电芯不能满充问题，即木桶短板效应；

通过本发明，能够解决电池在不一致性情况下，电池包不能充分释放电能问题，即容量跳水问题；

通过本发明，更加提高电池的安全性，有效控制电芯因过充、过放、过流等引起的不安全问题；

通过本发明，可以提高电池的使用寿命，因为每个电芯都是在最优状态下使用，不会因为电芯不一致性造成部分电芯的过度使用而降低电芯和电池包的寿命，提高电池系统的整体经济性。

其中，还包括检测单元，所述检测单元与蓄电池连接用于检测蓄电池性能。

一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的管理方法，包括以下步骤：

步骤一、通过采集控制单元对单体电芯进行信息采样；对单个电芯进行独立的管理和控制，在串并联成组后，进行单体电芯采样，结合单体电芯的SOC算法分析，单体电芯控制模块实现对异常电芯的安全暂时隔离，而成组中的其他电芯不受影响，继续充电或者放电，同时，通过电池组的整流装置对电池系统进行稳压，电池组中非旁路电芯会快速实现大功率均流，电池组整体容量得到最大的满充或满放，进而实现电池组或电池系统的容量最大化利用。

步骤二、充电时通过电芯旁路单元，实现对该电芯的暂时隔离；容量小的单体电芯，先充满，达到限制阀值，通过单体电芯控制模块，实现对该电芯的暂时隔离，而其他电芯继续充电直到正常充满，此时，所有电芯的电压均是处于BMS保护阀值内，之前隔离的单体电芯解除隔离，整组电池进入正常满电状态，以备后用。

步骤三、放电时通过电芯旁路单元，实现对该电芯的暂时隔离；整组电池正常放电使用，当单体容量小的电芯先放完电，达到过放保护阈值，通过单体电芯控制模块，实现对该电芯的暂时隔离，而电池组其他电芯继续正常放电，直至到达各自保护阈值，BMS系统进入正常的欠压保护模式，单体电芯控制模块的过压和欠压阀值均在BMS整组电压保护阈值的范围内。

一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置，包括底座，所述底座的前后侧均设置有检测机构，所述检测机构的底部通过设置连接机构与底座连接，所述检测机构包括设置在底座一侧的侧板，所述侧板的顶部开设有齿状滑槽，所述齿状滑槽内部的底端通过轴承连接有螺纹杆，所述侧板一侧的顶部固定安装有用于驱动螺纹杆转动的电机，所述螺纹杆的外部螺纹连接有多个弹簧伸缩杆，所述弹簧伸缩杆的顶端固定连接有滑块，所述滑块的棱角均为圆弧倒角，所述滑块的顶端固定连接有用于放置万能表检测笔的卡环，所述卡环的内侧对称开设有四个直角槽，通过设置直角槽，使限位杆可以插入卡环的内部，且不易转动，所述侧板一面的底部固定安装有用于放置万能表的安装框，通过设置检测机构，使电池组放置在底座的顶部后，人们通过控制电机输出轴的转动，使滑块和卡环在螺纹杆以及弹簧伸缩杆的作用下沿着齿状滑槽的坡面上下滑动，向下滑动时，可以带动卡环上的检测笔下降与单体电芯的正负极导电片接触，进行电压电流检测，向上滑动时可以与导电片分离，并随着滑动与下一个导电片接触，快速的完成检测，并且在侧板转向后，在齿状滑槽上滑动的卡环可以推动底座上的电池组间歇的左右晃动，使电池组震动，根据震动后，电池组连接零件是否松动以及电压电流是否正常判断电池组的抗震性能，功能性强。

其中，所述连接机构包括两个开设在底座一侧的第一圆槽，所述第一圆槽内部的一侧固定连接有丝杆，所述丝杆的外部螺纹连接有螺纹筒，所述螺纹筒的端部通过轴承连接有连接块，所述连接块的顶部转动连接有转杆，所述转杆的两端与侧板的底部固定连接，所述螺纹筒内部的一端和丝杆内部的一端均通过轴承连接有转块，两个所述转块之间设置有第一弹簧，通过设置螺纹筒、丝杆、转块和第一弹簧，使人们拉动侧板远离底座时，螺纹筒可以在丝杆上边旋转边移动，并最终在活动杆插入环形槽的内部后停止转动，进而限制侧板的移动。

其中，所述连接块底部开设有第二圆槽，所述第二圆槽的内部穿插连接有活动杆，所述活动杆的外部设置有位于第二圆槽内的第二弹簧，所述转杆的底部开设有与活动杆配合使用的W形槽，所述螺纹筒圆周侧的一端开设有环形槽，所述环形槽的内侧与活动杆的底端均开设有相适配的齿牙，通过设置活动杆、转杆、W形槽和环形槽，使侧板转动后，活动杆的一端旋出W形槽的内部后，转杆的外部推动活动杆下降，使活动杆的底端与环形槽的内部接触，使齿牙卡合，螺纹筒不能转动，进而使螺纹筒不能移动。

其中，所述底座顶端的两侧均设置有用于固定电池组的夹持限位机构，所述夹持限位机构包括固定部以及限位部，所述固定部包括开设在底座顶端一侧的第一滑槽，所述第一滑槽内部的一侧固定连接有活动架，所述活动架的一端固定连接有T形块，所述T形块的顶部穿过第一滑槽的顶部。

其中，所述限位部包括两个分别设置在T形块两端的活动架，所述活动架靠近T形块的一端通过转轴和卷簧连接有两个第一连接板，所述第一连接板的一端通过转轴铰接有第二连接板，其中一个所述第二连接板的一侧固定连接有插销，另一个所述第二连接板的一侧开设有与插销配合使用的插槽，所述第二连接板和第一连接板均与T形块的一端穿插连接，通过设置第二连接板和第一连接板，使第二连接板和第一连接板插入T形块的一端时，可以将活动架与T形块连接在一起，当第一连接板和第二连接板脱离T形块的一端，且限位杆翻转后插入卡环的内部后，同侧两个卡环上活动架上的第二连接板可以在插销和插槽的作用下拼接在一起，形成一个可以放置工业相机的矩形框架，使工业相机随着卡环移动时可以对电池组进行外观检测，并且在侧板翻转，卡环作为驱动源在电池组底部动作时，卡环上侧立的第一连接板以及活动架可以对电池组限位，防止电池组侧翻，功能性强。

其中，所述限位部还包括两个分别开设在活动架顶部和底部的第二滑槽，所述第二滑槽内部的一侧固定连接有第三弹簧，所述第三弹簧的端部固定连接有圆环，两个所述圆环之间通过转轴连接有限位杆，所述活动架的前后侧均固定连接有用于限制限位杆转动的矩形杆，所述侧板内侧的底部开设有供限位杆插入的第三滑槽，所述限位杆的端部和第三滑槽的内侧均开设有相适配的齿牙，通过设置第三滑槽、限位杆、圆环和第三弹簧，使限位杆的一端在第三弹簧的作用下插入第三滑槽的内部后，通过两者上齿牙的啮合，可以限制T形块的移动，使人们在对同一规格的电池组进行抽样检测时，通过限位杆调节好T形块的位置后，T形块可以对电池组进行限位，无需反复的拉动T形块，便于操作，并且在限位杆插入卡环内后，可以将活动架以及第一连接板连接在卡环上，功能性强。

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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统的基于机器学习的电芯SOH预测模型算法示意图；

图2为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统的多次循环的能量（电池容量）趋势拟合算法示意图；

图3为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统的能量（容量）随循环次数的回归模型f（p）示意图；

图4为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统的电芯的电压变化曲线示意图；

图5为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统的电压微分函数模型中电压微分函数曲线示意图；

图6为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统的f(VL）函数曲线示意图；

图7为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统的电芯生命稳态管理方法中任意循环次数进行电芯保护阈值的二次智能编译示意图；

图8为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统的线缆连接方式及结构设计示意图；

图9为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统的两组电芯和拆分后旁路印制板接线示意图；

图10为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统的电芯旁路示意图结构示意图；

图11为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统的电路图；

图12为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统第一种实施例框图；

图13为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统第二种实施例框图；

图14为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置的结构示意图；

图15为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置的侧板剖视结构示意图；

图16为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置的图15中B处放大结构示意图；

图17为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置的图14中A处放大结构示意图；

图18为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置的活动架立体结构示意图；

图19为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置的卡环连接结构示意图；

图20为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置的侧板翻折结构示意图；

图21为本申请提供的基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的管理方法的流程示意图。

1、底座；

2、检测机构；201、侧板；202、齿状滑槽；203、螺纹杆；204、电机；205、弹簧伸缩杆；206、滑块；207、卡环；208、直角槽；209、安装框；

3、连接机构；301、第一圆槽；302、丝杆；303、螺纹筒；304、环形槽；305、转块；306、第一弹簧；307、连接块；308、转杆；309、W形槽；310、第二圆槽；311、活动杆；312、第二弹簧；

4、夹持限位机构；401、第一滑槽；402、T形块；403、活动架；404、第一连接板；405、第二连接板；406、插销；407、插槽；408、第二滑槽；409、圆环；410、第三弹簧；411、限位杆；412、矩形杆；413、第三滑槽。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

实施例1：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本实施方式提出一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统，包括采集控制单元、电芯旁路单元、蓄电池以及功率开关单元，采集控制单元分别与蓄电池、电芯旁路单元以及功率开关单元连接，所述蓄电池与电芯旁路单元连接，电芯旁路单元与功率开关单元连接，采集控制单元为控制核心，通过采集电芯旁路单元上每个电芯的电压、温度，采集功率开关单元中分流器上的电流信息，得到此时电芯的状态，并将实时采集的所有信息代入系统，根据机器学习算法生成的SOH模型以及稳态控制算法模型，实现对任意状态下的电芯的SOH的预测并生成最优稳态控制策略，进一步实现系统对任意单体电芯的实时管理和控制，采集控制单元：一种集合温度、电压、电流采集能力和大电流、低损耗的旁路能力的集成电路模块，拥有两路并联正负极，通过和单体电芯并联方式实现对单体电芯的状态数据采集以及对单体电芯的旁路管理，通过将采集数据发送管理模块，经算法芯片的计算，获取动作指令，实现对该电芯的工作管理，电芯旁路控制单元主要由功率继电器、集成功率电路、辅助器件等组成，从采集控制单元接收到驱动信息，动作对应的开关电路，进行电芯旁路或导通操作，电芯旁路单元由于要旁路电芯，因此需要流过的功率电流等同于最大充放电电流100A，旁路单元负载电压13.5V，电流100A。

基于机器学习的电芯SOH预测模型算法：电芯在同一冲放点环境下的内阻和变化趋势，作为SOH的主要判定因素，并形成判定函数和预测模型；

能量积分方法的算法模型：

A、单次循环下的能量积分模型：参考图1，对单体电芯的单次循环进行10ms采样周期进行采样数据，通过采样的电压电流计算容量增量f(PΔ）和初始容量f(P0）进行运算（充电相加，放电相减）得到f(P)，然后与额定容量f(Pmax）比值百分比即为蓄电池当前SOH，公式如下：

；

；

B、多次循环的能量（电池容量）趋势拟合算法：参考图2，单电芯SOH回归分析模型，形成在同一电流（充电或者放点）状态下，电芯SOH跟容量和内阻的曲线关系，通过数据采集的累积，多次的SOH的曲线会形成映射流动趋势曲线，通过对趋势曲线的机器学习算法生成SOH的预估算法模型，我们能够看到电芯的SOH跟随电芯循环次数的状态变化，

单电芯SOH回归分析模型，形成在同一电流（充电或者放点）状态下，电芯SOH跟容量和内阻的曲线关系，通过数据采集的累积，多次的SOH的曲线会形成映射流动趋势曲线，通过对趋势曲线的机器学习算法生成SOH的预估算法模型，我们能够看到电芯的SOH跟随电芯循环次数的状态变化，通过对该电芯进行多次循环，获得f（P）在每次循环中的对应曲线，取相同条件下电芯f（P）所有曲线上一点，将对应点形成曲线，可获得f（P）随循环次数的动态曲线，通过取曲线上所有点形成f（P）相对循环次数的N条衰减曲线，采用拟合函数算法，形成准确的f（P）相对循环次数的预测模型；

C、通过机器学习，多次循环的黑盒计算，生成Z轴上能量（容量）随循环次数的回归模型f（p），参考图3；

D、电池寿命的微分算法：通过f(P）对循环次数的微分（单位次数中f(P）的变化率）导数变化判定电池生命状态，公式如下：

，

，

，

（绝对值）越小，则电池性能越好，即衰减不大，

值逐步增大，在明显突变值的时候，判定电池生命降低，电池寿命SOH=f(dy)*a。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述电池寿命的微分算法中还包括电芯内阻微分法，电芯内阻微分法：a、电芯R值在工作状态下是一个非恒定值，b、根据R=U/I ，在恒定电流状态下，R值跟电压变化正相关，c、电芯在健康状态下，R值在每次的使用中是一个相对恒定值，在异常状态下（电芯不良、过热、故障），电芯内阻会发生异变，综合以上，通过观察电芯在每次工作时，假定恒流状态下，单位时间内电芯电压的变量，以及变量的连续变化规律，反向作为电芯内阻的变化观察一句，用于电芯生命状态的判断条件之一。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述电芯内阻微分法的具体方法为参考图4，假定常温下，电芯标准工况下充电（恒流、0.5C）,对电芯每次的充放电进行数据采集，采集对象：电芯电压；采集频率：10ms/次，实验中可观测到：恒流模式下，每单位时间，电压均会按照规律逐步升高；直到电芯饱和后，假定：第Sn次采样，对应电压 Vn，第Sn-1次采样，对应电压Vn-1，则：（Vn-Vn-1）为第Sn次采样对前一次采样值电压增量，记为△V/△S；在电芯的工作范围内，每步进一个单位时间，电芯的电压变化曲线可微分，通过微分，电压的变化dVdV=△V/△S。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述具体方法中还包括建立电压微分函数模型，通过重复上述的循环，比如完成电池有效寿命3000次的循环测试，我们可得到3000组电压的微分值dV1……dV3000，对改数集按照3000次顺序进行分布排列，形成电压微分函数曲线，参考图5，步骤一、阴影区域为电芯健康工作区间，VL为电芯安全电压临界点；SL为该次循环中临界点时间点；步骤二、通过对电芯的多次循环，实现上述数据采集和数据分析；可获得电芯的全身命周期（举例：3000次寿命）下的VL值，根据电芯的自身衰减，VL值会逐步减小；实验采集可得到以下f(VL）函数曲线（多次采集学习后，生成标准模型），参考图6。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述具体方法中还包括电芯生命稳态管理方法，将标准模型植入电芯管理模块中，通过对管理芯片构建二次编译代码，可根据任意循环次数进行电芯保护阈值的二次智能编译，参考图7，例，选择每1000次进行1次阈值修改，智能完成保护阈值的二次编译，初始保护值设定3.5V；在1000次后，根据预测模型，自动修改为3.4v，在2000次后，修改为对应安全值3.3v，以此循环，直到电池寿命结束，为实现更精准的安全保护，可调整预测修改频率，可根据预测，采取每10次循环，100次循环等任意精度进行系统智能编译，结合本发明中的电芯单体管理物理模块，通过SOH生命预测算法以及电芯生命稳态管理算法，实现对单体电芯的全生命周期的SOH动态预测以及最优稳态管理，进而实现电芯安全性的倍增，利用率最大化等特点，有效解决电池组系统中因单体电芯问题造成的木桶短板、容量跳水等各种问题，最大化的实现电池组系统的利用率，安全性，延长单芯和整组电池的寿命，实现经济价值最大化。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12和图13所示，作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，还包括检测单元，所述检测单元与蓄电池连接用于检测蓄电池性能。

实施例2：

下面结合具体的工作方式对实施例1中的方案进行进一步的介绍，详见下文描述：

如图14、图19和图20所示，本实施方式提出一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置，包括底座1，底座1的前后侧均设置有检测机构2，检测机构2的底部通过设置连接机构3与底座1连接，检测机构2包括设置在底座1一侧的侧板201，侧板201的顶部开设有齿状滑槽202，齿状滑槽202内部的底端通过轴承连接有螺纹杆203，侧板201一侧的顶部固定安装有用于驱动螺纹杆203转动的电机204，螺纹杆203的外部螺纹连接有多个弹簧伸缩杆205，弹簧伸缩杆205的顶端固定连接有滑块206，滑块206的棱角均为圆弧倒角，滑块206的顶端固定连接有用于放置万能表检测笔的卡环207，卡环207的内侧对称开设有四个直角槽208，通过设置直角槽208，使限位杆411可以插入卡环207的内部，且不易转动，侧板201一面的底部固定安装有用于放置万能表的安装框209，通过设置检测机构2，使电池组放置在底座1的顶部后，人们通过控制电机204输出轴的转动，使滑块206和卡环207在螺纹杆203以及弹簧伸缩杆205的作用下沿着齿状滑槽202的坡面上下滑动，向下滑动时，可以带动卡环207上的检测笔下降与单体电芯的正负极导电片接触，进行电压电流检测，向上滑动时可以与导电片分离，并随着滑动与下一个导电片接触，快速的完成检测，并且在侧板201转向后，在齿状滑槽202上滑动的卡环207可以推动底座1上的电池组间歇的左右晃动，使电池组震动，根据震动后，电池组连接零件是否松动以及电压电流是否正常判断电池组的抗震性能，功能性强。

如图14、图15和图16所示，作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，连接机构3包括两个开设在底座1一侧的第一圆槽301，第一圆槽301内部的一侧固定连接有丝杆302，丝杆302的外部螺纹连接有螺纹筒303，螺纹筒303的端部通过轴承连接有连接块307，连接块307的顶部转动连接有转杆308，转杆308的两端与侧板201的底部固定连接，螺纹筒303内部的一端和丝杆302内部的一端均通过轴承连接有转块305，两个转块305之间设置有第一弹簧306，通过设置螺纹筒303、丝杆302、转块305和第一弹簧306，使人们拉动侧板201远离底座1时，螺纹筒303可以在丝杆302上边旋转边移动，并最终在活动杆311插入环形槽304的内部后停止转动，进而限制侧板201的移动。

如图14、图15和图16所示，作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，连接块307底部开设有第二圆槽310，第二圆槽310的内部穿插连接有活动杆311，活动杆311的外部设置有位于第二圆槽310内的第二弹簧312，转杆308的底部开设有与活动杆311配合使用的W形槽309，螺纹筒303圆周侧的一端开设有环形槽304，环形槽304的内侧与活动杆311的底端均开设有相适配的齿牙，通过设置活动杆311、转杆308、W形槽309和环形槽304，使侧板201转动后，活动杆311的一端旋出W形槽309的内部后，转杆308的外部推动活动杆311下降，使活动杆311的底端与环形槽304的内部接触，使齿牙卡合，螺纹筒303不能转动，进而使螺纹筒303不能移动。

如图14、图17和图18所示，作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，底座1顶端的两侧均设置有用于固定电池组的夹持限位机构4，夹持限位机构4包括固定部以及限位部，固定部包括开设在底座1顶端一侧的第一滑槽401，第一滑槽401内部的一侧固定连接有活动架403，活动架403的一端固定连接有T形块402，T形块402的顶部穿过第一滑槽401的顶部；

如图14、图17和图18所示，作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，限位部包括两个分别设置在T形块402两端的活动架403，活动架403靠近T形块402的一端通过转轴和卷簧连接有两个第一连接板404，第一连接板404的一端通过转轴铰接有第二连接板405，其中一个第二连接板405的一侧固定连接有插销406，另一个第二连接板405的一侧开设有与插销406配合使用的插槽407，第二连接板405和第一连接板404均与T形块402的一端穿插连接，通过设置第二连接板405和第一连接板404，使第二连接板405和第一连接板404插入T形块402的一端时，可以将活动架403与T形块402连接在一起，当第一连接板404和第二连接板405脱离T形块402的一端，且限位杆411翻转后插入卡环207的内部后，同侧两个卡环207上活动架403上的第二连接板405可以在插销406和插槽407的作用下拼接在一起，形成一个可以放置工业相机的矩形框架，使工业相机随着卡环207移动时可以对电池组进行外观检测，并且在侧板201翻转，卡环207作为驱动源在电池组底部动作时，卡环207上侧立的第一连接板404以及活动架403可以对电池组限位，防止电池组侧翻，功能性强；

如图14、图17和图18所示，作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，限位部还包括两个分别开设在活动架403顶部和底部的第二滑槽408，第二滑槽408内部的一侧固定连接有第三弹簧410，第三弹簧410的端部固定连接有圆环409，两个圆环409之间通过转轴连接有限位杆411，活动架403的前后侧均固定连接有用于限制限位杆411转动的矩形杆412，侧板201内侧的底部开设有供限位杆411插入的第三滑槽413，限位杆411的端部和第三滑槽413的内侧均开设有相适配的齿牙，通过设置第三滑槽413、限位杆411、圆环409和第三弹簧410，使限位杆411的一端在第三弹簧410的作用下插入第三滑槽413的内部后，通过两者上齿牙的啮合，可以限制T形块402的移动，使人们在对同一规格的电池组进行抽样检测时，通过限位杆411调节好T形块402的位置后，T形块402可以对电池组进行限位，无需反复的拉动T形块402，便于操作，并且在限位杆411插入卡环207内后，可以将活动架403以及第一连接板404连接在卡环207上，功能性强。

实施例3：

下面结合具体的工作方式对实施例1中的方案进行进一步的介绍，详见下文描述：

如图21所示，本实施方式提出一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的管理方法，包括以下步骤：

步骤一、通过采集控制单元对单体电芯进行信息采样；对单个电芯进行独立的管理和控制，在串并联成组后，进行单体电芯采样，结合单体电芯的SOC算法分析，单体电芯控制模块实现对异常电芯的安全暂时隔离，而成组中的其他电芯不受影响，继续充电或者放电，同时，通过电池组的整流装置对电池系统进行稳压，电池组中非旁路电芯会快速实现大功率均流，电池组整体容量得到最大的满充或满放，进而实现电池组或电池系统的容量最大化利用。

步骤二、充电时通过电芯旁路单元，实现对该电芯的暂时隔离；容量小的单体电芯，先充满，达到限制阀值，通过单体电芯控制模块，实现对该电芯的暂时隔离，而其他电芯继续充电直到正常充满，此时，所有电芯的电压均是处于BMS保护阀值内，之前隔离的单体电芯解除隔离，整组电池进入正常满电状态，以备后用。

步骤三、放电时通过电芯旁路单元，实现对该电芯的暂时隔离；整组电池正常放电使用，当单体容量小的电芯先放完电，达到过放保护阈值，通过单体电芯控制模块，实现对该电芯的暂时隔离，而电池组其他电芯继续正常放电，直至到达各自保护阈值，BMS系统进入正常的欠压保护模式，单体电芯控制模块的过压和欠压阀值均在BMS整组电压保护阈值的范围内。

实施例4：

下面结合具体的工作方式对实施例2中的方案进行进一步的介绍，详见下文描述：

具体的，本基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的管理方法、硬件系统和检测装置在工作时/使用时：首先将电池组放入底座1上，并置于两个侧板201之间，拉动限位杆411，使限位杆411与第三滑槽413分离，T形块402在活动架403的作用下夹住电池组，松开限位杆411，使限位杆411在第三弹簧410的作用下插入第三滑槽413的内部，限制T形块402的移动，根据电池组上的检测点，将万能表上的检测笔插入对应位置的卡环207内，控制电机204输出轴的转动，使滑块206和卡环207在螺纹杆203以及弹簧伸缩杆205的作用下沿着齿状滑槽202的坡面上下滑动，向下滑动时，可以带动卡环207上的检测笔下降与单体电芯的正负极导电片接触，进行电压电流检测，向上滑动时可以与导电片分离，并随着滑动与下一个导电片接触，快速的完成检测；

当需要对电池组进行抗震检测时，向两侧拉动两个侧板201，连接块307随之移动，连接块307带动螺纹筒303在丝杆302上边旋转边移动，并拉伸第一弹簧306，根据电池组的宽度来调节侧板201移动的距离，移动完毕后，转动侧板201，使其水平放置，转杆308随之转动并将活动杆311推出W形槽309内，活动杆311的底部插入环形槽304内，限制螺纹筒303的转动，此时控制其中一个侧板201上电机204输出轴的转动，使其上的卡环207移动，使两个侧板201上的多个卡环207位置相互交错，将活动架403从T形块402上取下，拉动限位杆411，使限位杆411的一端脱离矩形杆412后，转动限位杆411，使限位杆411与活动架403相互垂直，并且展开第二连接板405和第一连接板404，并将两个活动架403上的插销406与插槽407对接在一起，将四个活动架403上的限位杆411分别插入两个侧板201上的四个卡环207内，此时控制两个电机204的输出轴间歇性的正反转，卡环207间歇性的左右移动，进而推动电池组左右晃动，晃动结束后，根据电池组连接零件是否松动以及电压电流是否正常判断电池组的抗震性能。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统，其特征在于，包括采集控制单元、电芯旁路单元、蓄电池以及功率开关单元，采集控制单元分别与蓄电池、电芯旁路单元以及功率开关单元连接，所述蓄电池与电芯旁路单元连接，电芯旁路单元与功率开关单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统，其特征在于，采集控制单元为控制核心，通过采集电芯旁路单元上每个电芯的电压、温度，采集功率开关单元中分流器上的电流信息，得到此时电芯的状态，并将实时采集的所有信息代入系统，根据机器学习算法生成的SOH模型以及稳态控制算法模型，实现对任意状态下的电芯的SOH的预测并生成最优稳态控制策略，进一步实现系统对任意单体电芯的实时管理和控制；

采集控制单元：一种集合温度、电压、电流采集能力和大电流、低损耗的旁路能力的集成电路模块，拥有两路并联正负极，通过和单体电芯并联方式实现对单体电芯的状态数据采集以及对单体电芯的旁路管理，通过将采集数据发送管理模块，经算法芯片的计算，获取动作指令，实现对该电芯的工作管理；

电芯旁路控制单元主要由功率继电器、集成功率电路、辅助器件等组成，从采集控制单元接收到驱动信息，动作对应的开关电路，进行电芯旁路或导通操作。

3.根据权利要求2所述的一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的硬件系统，其特征在于，还包括检测单元，所述检测单元与蓄电池连接用于检测蓄电池性能。

4.一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的管理方法，使用如权利要求1中所述的硬件系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过采集控制单元对单体电芯进行信息采样；对单个电芯进行独立的管理和控制，在串并联成组后，进行单体电芯采样，结合单体电芯的SOC算法分析，单体电芯控制模块实现对异常电芯的安全暂时隔离，而成组中的其他电芯不受影响，继续充电或者放电，同时，通过电池组的整流装置对电池系统进行稳压，电池组中非旁路电芯会快速实现大功率均流，电池组整体容量得到最大的满充或满放，进而实现电池组或电池系统的容量最大化利用；

步骤二、充电时通过电芯旁路单元，实现对该电芯的暂时隔离；容量小的单体电芯，先充满，达到限制阀值，通过单体电芯控制模块，实现对该电芯的暂时隔离，而其他电芯继续充电直到正常充满，此时，所有电芯的电压均是处于BMS保护阀值内，之前隔离的单体电芯解除隔离，整组电池进入正常满电状态，以备后用；

步骤三、放电时通过电芯旁路单元，实现对该电芯的暂时隔离；整组电池正常放电使用，当单体容量小的电芯先放完电，达到过放保护阈值，通过单体电芯控制模块，实现对该电芯的暂时隔离，而电池组其他电芯继续正常放电，直至到达各自保护阈值，BMS系统进入正常的欠压保护模式，单体电芯控制模块的过压和欠压阀值均在BMS整组电压保护阈值的范围内。

5.一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置，使用如权利要求3中所述的硬件系统，其特征在于，包括底座（1），所述底座（1）的前后侧均设置有检测机构（2），所述检测机构（2）的底部通过设置连接机构（3）与底座（1）连接，所述检测机构（2）包括设置在底座（1）一侧的侧板（201），所述侧板（201）的顶部开设有齿状滑槽（202），所述齿状滑槽（202）内部的底端通过轴承连接有螺纹杆（203），所述侧板（201）一侧的顶部固定安装有用于驱动螺纹杆（203）转动的电机（204），所述螺纹杆（203）的外部螺纹连接有多个弹簧伸缩杆（205），所述弹簧伸缩杆（205）的顶端固定连接有滑块（206），所述滑块（206）的棱角均为圆弧倒角，所述滑块（206）的顶端固定连接有用于放置万能表检测笔的卡环（207），所述卡环（207）的内侧对称开设有四个直角槽（208），所述侧板（201）一面的底部固定安装有用于放置万能表的安装框（209）。

6.根据权利要求5所述的一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置，其特征在于，所述连接机构（3）包括两个开设在底座（1）一侧的第一圆槽（301），所述第一圆槽（301）内部的一侧固定连接有丝杆（302），所述丝杆（302）的外部螺纹连接有螺纹筒（303），所述螺纹筒（303）的端部通过轴承连接有连接块（307），所述连接块（307）的顶部转动连接有转杆（308），所述转杆（308）的两端与侧板（201）的底部固定连接，所述螺纹筒（303）内部的一端和丝杆（302）内部的一端均通过轴承连接有转块（305），两个所述转块（305）之间设置有第一弹簧（306）。

7.根据权利要求6所述的一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置，其特征在于，所述连接块（307）底部开设有第二圆槽（310），所述第二圆槽（310）的内部穿插连接有活动杆（311），所述活动杆（311）的外部设置有位于第二圆槽（310）内的第二弹簧（312），所述转杆（308）的底部开设有与活动杆（311）配合使用的W形槽（309），所述螺纹筒（303）圆周侧的一端开设有环形槽（304），所述环形槽（304）的内侧与活动杆（311）的底端均开设有相适配的齿牙。

8.根据权利要求7所述的一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置，所述底座（1）顶端的两侧均设置有用于固定电池组的夹持限位机构（4），所述夹持限位机构（4）包括固定部以及限位部，所述固定部包括开设在底座（1）顶端一侧的第一滑槽（401），所述第一滑槽（401）内部的一侧固定连接有活动架（403），所述活动架（403）的一端固定连接有T形块（402），所述T形块（402）的顶部穿过第一滑槽（401）的顶部。

9.根据权利要求8所述的一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置所述限位部包括两个分别设置在T形块（402）两端的活动架（403），所述活动架（403）靠近T形块（402）的一端通过转轴和卷簧连接有两个第一连接板（404），所述第一连接板（404）的一端通过转轴铰接有第二连接板（405），其中一个所述第二连接板（405）的一侧固定连接有插销（406），另一个所述第二连接板（405）的一侧开设有与插销（406）配合使用的插槽（407），所述第二连接板（405）和第一连接板（404）均与T形块（402）的一端穿插连接。

10.根据权利要求9所述的一种基于算法实现单体电芯旁路、均流和稳压的检测装置，所述限位部还包括两个分别开设在活动架（403）顶部和底部的第二滑槽（408），所述第二滑槽（408）内部的一侧固定连接有第三弹簧（410），所述第三弹簧（410）的端部固定连接有圆环（409），两个所述圆环（409）之间通过转轴连接有限位杆（411），所述活动架（403）的前后侧均固定连接有用于限制限位杆（411）转动的矩形杆（412），所述侧板（201）内侧的底部开设有供限位杆（411）插入的第三滑槽（413），所述限位杆（411）的端部和第三滑槽（413）的内侧均开设有相适配的齿牙。

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