CN117977740A - 一种能量非耗散型电池均衡系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池管理技术领域，本发明所述方法包括，电池组、电池管理系统、中央控制器、均衡模块、均衡电池、DC/DC转换器、串联控制开关、充电开关、放电开关和信息采集单元。电池组均衡方法通过配置一个均衡电池来进行电池均衡，通过将电池组充放电至截止状态，从电池管理系统读取各单体电池电压，计算并判断电池组的不一致性类型，根据电池组的不一致性类型选择对应的均衡回路，考虑并解决了由于电池制造原因导致的不一致性。通过上述方式，本发明能够提高电池组充放电能力，并且整个均衡过程中的电池损耗及寿命衰减主要发生在可拆卸式的均衡电池上，因此在提高电池组性能的同时不会导致电池组寿命加速衰减。

Description

一种能量非耗散型电池均衡系统及方法

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，特别是涉及一种能量非耗散型电池均衡方法。

背景技术

现有电池均衡技术按照能量是否耗散来区分主要有两种，第一种为能量耗散型均衡，主要通过令电池组中能量较高的电池利用其旁路电阻进行放电的方式损耗部分能量，以期达到电池组能量状态的一致。另外一种为能量非耗散型均衡，能量非耗散式均衡电路拓扑结构目前已出现很多种，本质上均是利用储能元件和均衡旁路构建能量传递通道，将其从能量较高电池直接或间接转移至能量较低的电池。能量耗散型均衡通过旁路电阻进行单体电池放电，会产生大量焦耳热，导致电池组温度升高，从而引发电池热管理相关的一系列问题。电池组的不一致性有两种类型，其中第一类不一致性由电池自身容量的差异、电池生产制造工艺不完善等原因导致，同一批次电池容量有一定的离散性。电池第二类不一致性纯粹由各个单体电池初始电量差异导致的不一致性，不依赖于第一类不一致性存在，电池组在实际应用过程中因为内阻差异、自放电率差异等原因，第二类不一致性会从无到有，从弱到强。目前能量非耗散型均衡只针对电池的第二类不一致性所导致的不均衡问题，针对电池第一类不一致性的技术相对匮乏。

发明内容

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。本发明主要解决的技术问题是提供一种能量非耗散型电池均衡系统及方法，能够综合解决电池组出现的两种不一致性类型所导致的电池组充放电能力受限的问题。

为解决上述技术问题，提出了一种能量非耗散型电池均衡系统，包括信息采集单元、BMS电池管理系统、中央控制器、均衡模块、均衡电池、DC/DC转换器、均衡回路、电池组。

所述信息采集单元，在电池组充放电截止时采集电池组各单体电池的电压并发送至所述电池管理系统。

所述BMS电池管理系统，通过设定无需均衡的荷电状态范围，判断电池组是否需要进行均衡，在充电截止时接收来自信息采集单元的各单体电池电压数据并进行计算和判断，确定是否需要启动均衡过程，监控和管理电池组的充放电状态，确保电池组运行在安全和高效的状态。

所述中央控制器，整个系统的指挥中心，处理数据并发出控制命令，接收电池管理模块提供的数据：各单体电池的SOC值与平均SOC值的差及平均SOC值，当数据超出预设的范围时，中央控制器会发出信号，控制放电开关的闭合，启动均衡过程。

所述均衡模块，确保电池组中每个单体电池的SOC均衡，避免某些电池过度充电与放电，接收到来自中央控制器的单体电压值时，控制DC/DC转换器在均衡回路为充电回路及串联回路时的输出电压值与单体最大电压相同。

所述均衡电池，提高电池单体之间的一致性，实现各电池之间电量、电压特性相同。

所述DC/DC转换器，在均衡过程中，DC/DC转换器负责调整转换器的输出，使得电池组中SOC较高的单体电池能够向SOC较低的电池转移能量，从而实现均衡，调整电池组中各个单体电池之间的电压差异，实现能量转移。

作为本发明所述的能量非耗散型电池均衡系统的一种优选方案，其中：所述BMS电池管理系统包括所述BMS电池管理系统设定一个无需采取均衡的荷电状态值范围[x,y]，接收来自信息采集单元在电池组充电截止时所采集的各单体电池电压OCVcell时进行计算和判断，计算各单体电压值所对应的荷电状态值SOCcell以及Δ(SOC_max-SOC_min)并判断ΔSOC是否大于[x,y]：

若Δ(SOC_max-SOC_min)>[x,y]则对电池组进行放电，若Δ(SOC_max-SOC_min)≤[x,y]则无需进行均衡，将无需均衡信号发送至中央控制器，再次接收来自信息采集单元在电池组放电截止时所采集的各单体电池电压OCVcell进行计算和判断，计算电池组放电截止时各单体电压值所对应的荷电状态值SOCcell、Δ(SOC_max-SOC_min)、各单体电池荷电状态值与均值之差ΔSOCcell以及平均荷电状态值SOCave，判断Δ(SOC_max-SOC_min)是否大于[x,y]：

若Δ(SOC_max-SOC_min)>(x,y]则将各单体电池荷电状态值与均值之差以及平均荷电状态值发送至中央控制器，若Δ(SOC_max-SOC_min)≤[x,y)则将串联控制信号发送至中央控制器。

作为本发明所述的能量非耗散型电池均衡系统的一种优选方案，其中：所述均衡回路包括串联控制开关、充电开关、放电开关且包含四种回路模式：

所述充电开关、放电开关及串联控制开关断开时，为常规回路模式，电池组正常进行充放电。

所述串联控制开关闭合，所述充电开关、放电开关断开时，为串联回路，均衡电池接入电池组继续放电。

所述放电开关闭合，所述充电开关及串联控制开关断开时，为放电回路，电池组局部放电。

所述充电开关闭合，所述放电开关及串联控制开关闭合时，为充电回路，电池组局部充电。

作为本发明所述的能量非耗散型电池均衡系统的一种优选方案，其中：所述中央控制器包括所述中央控制器接收到来自所述电池管理系统的各单体电池荷电状态值与均值之差以及平均荷电状态值时，控制所述放电开关闭合。

所述充电开关、串联控制开关断开，再次接收来自所述电池管理模块的均衡放电截止信号，控制所述充电开关闭合。

所述放电开关、串联控制开关断开，中央控制器接收电池管理模块的串联控制信号，控制所述串联控制开关闭合，充电开关和放电开关断开。

作为本发明所述的能量非耗散型电池均衡系统的一种优选方案，其中：所述电池组包括电池管理模块录入电池组电池单体的开路电压－荷电状态值曲线，根据曲线读取来自所述信息采集单元的单体电压信息后，获得唯一对应的荷电状态值。

所述电池组若在满电状态时最大与最小电荷状态之差大于设定的无需均衡范围，在放电截止时最大与最小电荷状态之差小于设定的无需均衡范围，则电池组为无法均衡电池组，在电池组放电截止时串联入均衡电池继续放电。

本发明的另外一个目的是提供了一种能量非耗散型电池均衡方法，本发明目的在于提高电池组的整体性能和寿命，确保电池组中每个单体电池的电量均衡，从而避免由于电池单体间电量不均导致的整体性能下降和电池寿命的缩短；通过均衡单体电池的荷电状态，确保电池组在任何时候都能够以最佳的状态工作，提高电池组的整体使用效率；电池均衡可以防止某些电池单体过度充电或过度放电，减少电池老化和损坏，从而延长整个电池组的使用寿命；确保电池组在放电过程中每个单体电池都能达到最大的放电效率，优化电池组的整体性能。

作为本发明所述的一种能量非耗散型电池均衡方法的一种优选方案，其特征在于，包括：

电池组充电至满电状态，采集各单体电池电压OCV_cell制作开路电压－荷电状态值曲线图：

V_oc＝V_cell*(1+0.045*N)/(1-0.045*N)

其中，V_cell是单体电池的电压，N是电池组的串联数量，并读取各单体电池对应的荷电状态值SOC_cell，计算最大电荷状态值SOC_max和最小电荷状态值SOC_min之差ΔSOC，判断是否需要进行电池均衡，若需要则进行电池组放电至截止放电状态，否则结束；再次采集各单体电池电压OCV_cell并读取各单体电池对应的荷电状态值SOC_cell，计算最大电荷状态值SOC_max和最小电荷状态值SOC_min之差ΔSOC、所有单体电池平均电荷状态值SOC_ave、每个单体电池的荷电状态SOC_cell与平均电荷状态值SOC_ave之差ΔSOC_cell，并判断能否进行均衡；若进行均衡则ΔSOC_cell＝SOC_cell-SOC_ave，当ΔSOC_cell≥0的单体电池放电，为均衡电池充电，电池组放电完成后，均衡电池给ΔSOC_cell<0的单体电池充电，否则放电截止时均衡电池串联入电池组继续进行放电，直至放电截止，其中，SOC_cell为电池单体电池的荷电状态，SOC_ave为平均电荷状态值；通过电池状态预测控制电池组单体的未来状态，提前调整充电和放电电流实现高效均衡。

作为本发明所述的能量非耗散型电池均衡方法的一种优选方案，其中：所述均衡电池给ΔSOC_cell<0的单体电池充电包括对电池组单体电池进行充电时，DC/DC输出端电压设置为单体电池最大电压OCVmax。

作为本发明所述的能量非耗散型电池均衡方法的一种优选方案，其中：所述电池状态预测控制包括根据开路电压－荷电状态值曲线手机电池单体的SOC和电压，实时监测电池单体的电压、电流和温度及电池组整体的性能参数：

V(t)＝E-I(t)·r

其中，V(t)为电池的输出电压，E为电池的电动势，I(t)为电池的充放电电流，r为电池的内阻，SOC(t)为t时刻的SOC，C为电池的额定容量，V_充电截止为电池的充电截止电压，根据预测模型和实时监控数据，提前调整充电和放电电流，使电池单体的SOC和电压达到预期的目标值，BMS电池管理系统根据电池单体的实际反应和电池组整体的性能反馈，动态调整充电和放电电流，实现高效的电池均衡。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时一种能量非耗散型电池均衡所述的方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时一种能量非耗散型电池均衡所述的方法的步骤。

本发明的有益效果：本发明能够判断电池组的不一致性类型，根据判断结果识别出电池组是否需要以及能否进行电池均衡，并采取相对应的技术方案，以提高电池组充放电能力，并且整个均衡过程中的电池损耗及寿命衰减主要发生在可拆卸式的均衡电池上，因此在提高电池组性能的同时不会导致电池组寿命加速衰减。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，其中：

图1为本发明一个实施例提供的一种能量非耗散型电池均衡系统的结构示意图。

图2为本发明一个实施例提供的一种能量非耗散型电池均衡方法的判断电池组不一致性类型流程图。

图3为本发明一个实施例提供的一种能量非耗散型电池均衡方法的均衡模块回路控制模式图。

图4为本发明一个实施例提供的一种能量非耗散型电池均衡方法的开路电压－荷电状态值曲线图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细地说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独地或选择性地与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种能量非耗散型电池均衡系统，包括信息采集单元10、BMS电池管理系统20、中央控制器30、均衡模块40、均衡电池50、DC/DC转换器60、均衡回路70、电池组80。

图1所示为根据本发明一个实施例的能量非耗散型电池均衡系统结构示意图，信息采集单元10在电池组80充电至截止充电状态时采集各单体电池的电压OCVcell，并将电压数据传送至电池管理系统20。

信息采集单元10在电池组充放电截止时采集电池组各单体电池的电压并发送至所述电池管理系统。

BMS电池管理系统20通过设定无需均衡的荷电状态范围，判断电池组80是否需要进行均衡，在充电截止时接收来自信息采集单元的各单体电池电压数据并进行计算和判断，确定是否需要启动均衡过程，监控和管理电池组的充放电状态，确保电池组运行在安全和高效的状态。

优选的，所述BMS电池管理系统20设定一个无需采取均衡的荷电状态值范围[x,y]，接收来自信息采集单元在电池组80充电截止时所采集的各单体电池电压OCVcell时进行计算和判断，计算各单体电压值所对应的荷电状态值SOCcell以及Δ(SOC_max-SOC_min)并判断ΔSOC是否大于[x,y]：

若Δ(SOC_max-SOC_min)>[x,y]则对电池组80进行放电，若Δ(SOC_max-SOC_min)≤[x,y]则无需进行均衡，将无需均衡信号发送至中央控制器，再次接收来自信息采集单元在电池组放电截止时所采集的各单体电池电压OCVcell进行计算和判断，计算电池组放电截止时各单体电压值所对应的荷电状态值SOCcell、Δ(SOC_max-SOC_min)、各单体电池荷电状态值与均值之差ΔSOCcell以及平均荷电状态值SOCave，判断Δ(SOC_max-SOC_min)是否大于[x,y]：

若Δ(SOC_max-SOC_min)>[x,y]则将各单体电池荷电状态值与均值之差以及平均荷电状态值发送至中央控制器，若Δ(SOC_max-SOC_min)≤[x,y]则将串联控制信号发送至中央控制器，[x,y]根据不同设备进行规定。

中央控制器30整个系统的指挥中心，处理数据并发出控制命令，接收电池管理模块提供的数据：各单体电池的SOC值与平均SOC值的差及平均SOC值，当数据超出预设的范围时，中央控制器会发出信号，控制放电开关的闭合，启动均衡过程。

更进一步的，所述中央控制器30接收到来自所述电池管理系统20的各单体电池荷电状态值与均值之差以及平均荷电状态值时，控制所述放电开关43闭合。

所述充电开关42、串联控制开关41断开，再次接收来自所述电池管理模块20的均衡放电截止信号，控制所述充电开关42闭合。

所述放电开关43、串联控制开关41断开，中央控制器30接收电池管理模块20的串联控制信号，控制所述串联控制开关41闭合，充电开关42和放电开关43断开。

均衡模块40确保电池组中每个单体电池的SOC均衡，避免某些电池过度充电与放电，接收到来自中央控制器30的单体电压值时，控制DC/DC转换器在均衡回路70为充电回路及串联回路时的输出电压值与单体最大电压相同。

应说明的是，均衡回路包括串联控制开关41、充电开关42、放电开关43且包含四种回路模式：所述充电开关42、放电开关43及串联控制开关41断开时，为常规回路模式，电池组80正常进行充放电。

所述串联控制开关41闭合，所述充电开关42、放电开关43断开时，为串联回路，均衡电池接入电池组80继续放电。

所述放电开关43闭合，所述充电开关42及串联控制开关41断开时，为放电回路，电池组80局部放电。

所述充电开关42闭合，所述放电开关43及串联控制开关41闭合时，为充电回路，电池组80局部充电。

均衡电池50提高电池单体之间的一致性，实现各电池之间电量、电压特性相同。

DC/DC转换器60在均衡过程中，DC/DC转换器负责调整转换器的输出，使得电池组中SOC较高的单体电池能够向SOC较低的电池转移能量，从而实现均衡，调整电池组中各个单体电池之间的电压差异，实现能量转移。

还应说明的是，电池组80包括电池管理模块20录入电池组80电池单体的开路电压－荷电状态值曲线，根据曲线读取来自所述信息采集单元10的单体电压信息后，获得唯一对应的荷电状态值。

所述电池组80若在满电状态时最大与最小电荷状态之差大于设定的无需均衡范围，在放电截止时最大与最小电荷状态之差小于设定的无需均衡范围，则电池组为无法均衡电池组，在电池组放电截止时串联入均衡电池继续放电。

例如：电池组80单体电池的OCV-SOC曲线导入至电池管理系统20，电池管理系统20设定一个无需均衡的最大与最小荷电状态值之差范围Δ，在其接收来自信息采集单元10的单体电压数据后，根据单体电池OCV-SOC曲线分别获取各单体电池的荷电状态值SOC_celll，计算最大与最小荷电状态值之差ΔSOC，判断最大与最小荷电状态值之差ΔSOC与设定的无需均衡的最大与最小荷电状态值之差范围Δ大小关系，ΔSOC大于Δ，则进行下一步骤，ΔSOC小于Δ，则无需进行电池均衡。无需均衡的最大与最小荷电状态值之差范围Δ为5％，计算得出最大与最小荷电状态值之差ΔSOC为8％，则ΔSOC大于Δ，需要进行下一步骤。

电池组80放电至截止放电状态，信息采集单元10再次采集各单体电池电压OCV_cell，并将数据发送至电池管理系统20，电池管理系统20接收来自信息采集单元10的单体电压数据后，读取各单体电池对应的荷电状态值SOC_cell，计算最大电荷状态值SOC_max和最小电荷状态值SOC_min之差ΔSOC、所有单体电池平均电荷状态值SOC_ave、每个单体电池的荷电状态SOC_cell与平均电荷状态值SOC_ave之差ΔSOC_cell，判断最大电荷状态值SOC_max和最小电荷状态值SOC_min之差ΔSOC是否大于设定的无需均衡的最大与最小荷电状态值之差范围Δ，是，则进行电池均衡，否，则无法进行电池均衡。计算得出最大电荷状态值SOC_max和最小电荷状态值SOC_min之差ΔSOC为8％，则ΔSOC大于Δ，需要进行电池均衡。

进一步的，电池管理系统20将放电控制信号、充电控制信号、所有单体电池平均电荷状态值SOC_ave、每个单体电池的荷电状态SOC_cell与平均电荷状态值SOC_ave之差ΔSOC_cell发送至中央控制器30，中央控制器30将控制信号发送至均衡模块40，均衡模块40包含串联控制开关41、充电开关42及放电开关43，初始状态下三种开关均断开，均衡模块40控制放电开关43闭合，电池组80中单体电池的荷电状态SOC_cell与平均电荷状态值SOC_ave之差ΔSOC_cell大于0的电池单体通过均衡回路70向均衡电池50进行放电，放电量为各单体电池的荷电状态SOC_cell与平均电荷状态值SOC_ave之差ΔSOC_cell，放电结束时，均衡模块40控制充电开关42闭合，放电开关43断开，控制DC/DC转换器60的输出电压为单体电池OCV-SOC曲线中最大OCV_max，均衡电池50通过均衡回路70向电池组80中单体电池的荷电状态SOC_cell与平均电荷状态值SOC_ave之差ΔSOC_cell小于0的电池单体充电，充电量为各单体电池的荷电状态SOCcell与平均电荷状态值SOC_ave之差ΔSOC_cell的相反数-ΔSOC_cell，充电结束后，均衡模块40控制充电开关42断开。

另外，计算得出最大电荷状态值SOC_max和最小电荷状态值SOC_min之差ΔSOC为2％，则ΔSOC小于Δ，则无法进行电池均衡，电池组80放电截止时，信息采集单元10将无法进行电池均衡信号及放电截止信号通过电池管理系统20及中央控制器30发送至均衡模块40，均衡模块40接收到来自中央控制器30的无法进行电池均衡信号及放电截止信号时，控制串联控制开关41闭合，均衡电池50通过均衡回路70串联入电池组80进行协助放电，直至电池组协助放电截止，信息采集单元10将协助放电信号通过电池管理系统20及中央控制器30发送至均衡模块40，均衡模块40接收到来自中央控制器30的无法进行电池均衡信号及放电截止信号时，控制串联控制开关41断开，协助放电结束。

应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

实施例2

参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种能量非耗散型电池均衡系统，为了验证本发明的有益效果，通过实验进行科学论证。

搭建能量非耗散型电池均衡系统模型，包括电池组、电池管理系统、中央控制器、均衡模块、均衡电池、DC/DC转换器、串联控制开关、充电开关、放电开关和信息采集单元；初始化电池组参数，包括电池单体的开路电压－荷电状态值曲线、电池组容量、电池单体数量等；设定无需采取均衡的荷电状态值范围Δ，用于判断电池组是否需要进行均衡。

表1

电池组在放电过程中，各单体电池的电压OCVcell逐渐降低，荷电状态值SOCcell逐渐减少；通过均衡模块的作用，电池组中各单体电池的荷电状态值SOCcell趋于一致，最大和最小荷电状态值之差ΔSOC逐渐减小；在放电截止时，均衡电池串联入电池组继续进行放电，直至放电截止；电池组中各单体电池的荷电状态值SOCcell达到一致，最大和最小荷电状态值之差ΔSOC接近于0；电池组在放电过程中，整体电压逐渐降低，但各单体电池的荷电状态值SOCcell变化趋势一致，说明电池组均衡效果良好。

应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

实施例3

本发明第三个实施例，其不同于前两个实施例的是：

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术作出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)、便携式计算机盘盒(磁装置)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤装置以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

实施例4

参照图2－图3，为本发明的第四个实施例，该实施例一种能量非耗散型电池均衡方法，包括：

S1：电池组充电至满电状态，采集各单体电池电压OCV_cell制作开路电压－荷电状态值曲线图并读取各单体电池对应的荷电状态值SOC_cell，计算最大电荷状态值SOC_max和最小电荷状态值SOC_min之差ΔSOC，判断是否需要进行电池均衡，若需要则进行电池组放电至截止放电状态，否则结束。

更进一步的，如图4所示，开路电压－荷电状态值曲线为：

V_oc＝V_cell*(1+0.045*N)/(1-0.045*N)

其中，V_cell是单体电池的电压，N是电池组的串联数量。

S2：再次采集各单体电池电压OCV_cell并读取各单体电池对应的荷电状态值SOC_cell，计算最大电荷状态值SOC_max和最小电荷状态值SOC_min之差ΔSOC、所有单体电池平均电荷状态值SOC_ave、每个单体电池的荷电状态SOC_cell与平均电荷状态值SOC_ave之差ΔSOC_cell，并判断能否进行均衡。

S3：若进行均衡则ΔSOC_cell＝SOC_cell-SOC_ave，当ΔSOC_cell≥0的单体电池放电，为均衡电池充电，电池组放电完成后，均衡电池给ΔSOC_cell<0的单体电池充电，否则放电截止时均衡电池串联入电池组继续进行放电，直至放电截止，其中，SOC_cell为电池单体电池的荷电状态，SOC_ave为平均电荷状态值。

更进一步的，对电池组(80)单体电池进行充电时，DC/DC输出端电压设置为单体电池最大电压OCVmax。

S4：并通过电池状态预测控制电池组单体的未来状态，提前调整充电和放电电流实现高效均衡。

更进一步的，根据开路电压－荷电状态值曲线手机电池单体的SOC和电压，实时监测电池单体的电压、电流和温度及电池组整体的性能参数：

V(t)＝E-I(t)·r

其中，V(t)为电池的输出电压，E为电池的电动势，I(t)为电池的充放电电流，r为电池的内阻，SOC(t)为t时刻的SOC，C为电池的额定容量，V_充电截止为电池的充电截止电压，根据预测模型和实时监控数据，提前调整充电和放电电流，使电池单体的SOC和电压达到预期的目标值，BMS电池管理系统(20)根据电池单体的实际反应和电池组整体的性能反馈，动态调整充电和放电电流，实现高效的电池均衡。

图2所示为根据本发明一种实施例提供的能量非耗散型电池均衡方法中判断电池组不一致性类型流程图，电池组的不一致性有两种类型，其中第一类不一致性由电池自身容量的差异、电池生产制造工艺不完善等原因导致，同一批次电池容量有一定的离散性。电池第二类不一致性纯粹由各个单体电池初始电量差异导致的不一致性，不依赖于第一类不一致性存在，电池组在实际应用过程中因为内阻差异、自放电率差异等原因，第二类不一致性会从无到有，从弱到强。

图3所示为根据本发明一种实施例提供的能量非耗散型电池均衡方法均衡模块回路控制模式图，所述均衡回路70包含四种回路模式，所述串联控制开关41、充电开关42及放电开关43断开时，为常规回路模式，电池组正常进行充放电，所述串联控制开关41闭合，所述充电开关42、放电开关43断开时，为串联回路模式，均衡电池接入电池组继续放电，所述放电开关43闭合，所述充电开关42及串联控制开关41断开时，为放电回路模式，电池组局部放电，所述充电开关42闭合，所述放电开关43及串联控制开关41闭合时，为充电回路模式，电池组局部充电。

本发明的重点在于，提供了一种判断电池组不一致性类型的方法，并根据电池组的不一致型类型，确定其是否需要以及能否进行电池均衡，进一步的，根据电池组能否进行电池均衡，采取对应的技术方案以提高电池组的充放电能力，另外，提供了一种能量非耗散型电池均衡系统示意图，以使读者能更好的理解本发明所提供的判断电池组不一致性方法和对应采取的技术方案。

需要说明的是，本发明所述均衡电池为可拆卸式设计，更换方便，并且由电池均衡过程所产生的电池寿命衰减主要发生在均衡电池上，因此本发明所述能力非耗散型电池均衡装置及方法在提高电池组充放电能力的同时也不会导致电池组的寿命有过大衰减。

应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种能量非耗散型电池均衡系统，其特征在于：包括信息采集单元(10)、BMS电池管理系统(20)、中央控制器(30)、均衡模块(40)、均衡电池(50)、DC/DC转换器(60)、均衡回路(70)、电池组(80)；

所述信息采集单元(10)，在电池组充放电截止时采集电池组各单体电池的电压并发送至所述电池管理系统；

所述BMS电池管理系统(20)，通过设定无需均衡的荷电状态范围，判断电池组(80)是否需要进行均衡，在充电截止时接收来自信息采集单元的各单体电池电压数据并进行计算和判断，确定是否需要启动均衡过程，监控和管理电池组的充放电状态，确保电池组运行在安全和高效的状态；

所述中央控制器(30)，整个系统的指挥中心，处理数据并发出控制命令，接收电池管理模块提供的数据：各单体电池的SOC值与平均SOC值的差及平均SOC值，当数据超出预设的范围时，中央控制器会发出信号，控制放电开关的闭合，启动均衡过程；

所述均衡模块(40)，确保电池组中每个单体电池的SOC均衡，避免某些电池过度充电与放电，接收到来自中央控制器(30)的单体电压值时，控制DC/DC转换器在均衡回路(70)为充电回路及串联回路时的输出电压值与单体最大电压相同；

所述均衡电池(50)，提高电池单体之间的一致性，实现各电池之间电量、电压特性相同；

所述DC/DC转换器(60)，在均衡过程中，DC/DC转换器负责调整转换器的输出，使得电池组中SOC较高的单体电池能够向SOC较低的电池转移能量，从而实现均衡，调整电池组中各个单体电池之间的电压差异，实现能量转移。

2.如权利要求1所述的一种能量非耗散型电池均衡系统，其特征在于：所述BMS电池管理系统(20)包括所述BMS电池管理系统(20)设定一个无需采取均衡的荷电状态值范围[x,y]，接收来自信息采集单元在电池组(80)充电截止时所采集的各单体电池电压OCVcell时进行计算和判断，计算各单体电压值所对应的荷电状态值SOCcell以及Δ(SOC_max-SOC_min)并判断ΔSOC是否大于[x,y]：

若Δ(SOC_max-SOC_min)>[x,y]则对电池组(80)进行放电，若Δ(SOC_max-SOC_min)≤[x,y]则无需进行均衡，将无需均衡信号发送至中央控制器，再次接收来自信息采集单元在电池组放电截止时所采集的各单体电池电压OCVcell进行计算和判断，计算电池组放电截止时各单体电压值所对应的荷电状态值SOCcell、Δ(SOC_max-SOC_min)、各单体电池荷电状态值与均值之差ΔSOCcell以及平均荷电状态值SOCave，判断Δ(SOC_max-SOC_min)是否大于[x,y]：

若Δ(SOC_max-SOC_min)>[x,y]则将各单体电池荷电状态值与均值之差以及平均荷电状态值发送至中央控制器，若Δ(SOC_max-SOC_min)≤[x,y]则将串联控制信号发送至中央控制器。

3.如权利要求2所述的一种能量非耗散型电池均衡系统，其特征在于：所述均衡回路包括串联控制开关(41)、充电开关(42)、放电开关(43)且包含四种回路模式：

所述充电开关(42)、放电开关(43)及串联控制开关(41)断开时，为常规回路模式，电池组(80)正常进行充放电；

所述串联控制开关(41)闭合，所述充电开关(42)、放电开关(43)断开时，为串联回路，均衡电池接入电池组(80)继续放电；

所述放电开关(43)闭合，所述充电开关(42)及串联控制开关(41)断开时，为放电回路，电池组(80)局部放电；

所述充电开关(42)闭合，所述放电开关(43)及串联控制开关(41)闭合时，为充电回路，电池组(80)局部充电。

4.如权利要求3所述的一种能量非耗散型电池均衡系统，其特征在于：所述中央控制器(30)包括所述中央控制器(30)接收到来自所述电池管理系统(20)的各单体电池荷电状态值与均值之差以及平均荷电状态值时，控制所述放电开关(43)闭合；

所述充电开关(42)、串联控制开关(41)断开，再次接收来自所述电池管理模块(20)的均衡放电截止信号，控制所述充电开关(42)闭合；

所述放电开关(43)、串联控制开关(41)断开，中央控制器(30)接收电池管理模块(20)的串联控制信号，控制所述串联控制开关(41)闭合，充电开关(42)和放电开关(43)断开。

5.如权利要求4所述的一种能量非耗散型电池均衡系统，其特征在于：所述电池组(80)包括电池管理模块(20)录入电池组(80)电池单体的开路电压－荷电状态值曲线，根据曲线读取来自所述信息采集单元(10)的单体电压信息后，获得唯一对应的荷电状态值；

所述电池组(80)若在满电状态时最大与最小电荷状态之差大于设定的无需均衡范围，在放电截止时最大与最小电荷状态之差小于设定的无需均衡范围，则电池组为无法均衡电池组，在电池组放电截止时串联入均衡电池继续放电。

6.一种采用如权利要求1～5任一所述的一种能量非耗散型电池均衡系统的方法，其特征在于：包括，

电池组充电至满电状态，采集各单体电池电压OCV_cell制作开路电压－荷电状态值曲线图：

V_oc＝V_cell*(1+0.045*N)/(1-0.045*N)

其中，V_cell是单体电池的电压，N是电池组的串联数量，并读取各单体电池对应的荷电状态值SOC_cell，计算最大电荷状态值SOC_max和最小电荷状态值SOC_min之差ΔSOC，判断是否需要进行电池均衡，若需要则进行电池组放电至截止放电状态，否则结束；

再次采集各单体电池电压OCV_cell并读取各单体电池对应的荷电状态值SOC_cell，计算最大电荷状态值SOC_max和最小电荷状态值SOC_min之差ΔSOC、所有单体电池平均电荷状态值SOC_ave、每个单体电池的荷电状态SOC_cell与平均电荷状态值SOC_ave之差ΔSOC_cell，并判断能否进行均衡；

若进行均衡则ΔSOC_cell＝SOC_cell-SOC_ave，当ΔSOC_cell≥0的单体电池放电，为均衡电池充电，电池组放电完成后，均衡电池给ΔSOC_cell<0的单体电池充电，否则放电截止时均衡电池串联入电池组继续进行放电，直至放电截止，其中，SOC_cell为电池单体电池的荷电状态，SOC_ave为平均电荷状态值；

并通过电池状态预测控制电池组单体的未来状态，提前调整充电和放电电流实现高效均衡。

7.如权利要求6所述的一种能量非耗散型电池均衡系统，其特征在于：所述均衡电池给ΔSOC_cell<0的单体电池充电包括对电池组(80)单体电池进行充电时，DC/DC输出端电压设置为单体电池最大电压OCVmax。

8.如权利要求7所述的一种能量非耗散型电池均衡系统，其特征在于：所述电池状态预测控制包括根据开路电压－荷电状态值曲线手机电池单体的SOC和电压，实时监测电池单体的电压、电流和温度及电池组整体的性能参数：

V(t)＝E-I(t)·r

其中，V(t)为电池的输出电压，E为电池的电动势，I(t)为电池的充放电电流，r为电池的内阻，SOC(t)为t时刻的SOC，C为电池的额定容量，V_充电截止为电池的充电截止电压，根据预测模型和实时监控数据，提前调整充电和放电电流，使电池单体的SOC和电压达到预期的目标值，BMS电池管理系统(20)根据电池单体的实际反应和电池组整体的性能反馈，动态调整充电和放电电流，实现高效的电池均衡。

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。