CN118054516A - 一种融合双向逆变技术的电池管理系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出的一种融合双向逆变技术的电池管理系统及其控制方法，所述系统包括多组由单节或多节并联的电芯组成的电池模组、隔离双向变换器、高压侧直流母线、系统控制中心和隔离通讯模组；任意电池模组通过隔离双向直流变换器与高压侧直流母线的一侧连接，高压侧直流母线的另一侧与电池包对外接口的一端连接，电池包对外接口的另一端通过隔离通讯模组与系统控制中心的一端双向连接，系统控制中心的另一端与各个所述隔离双向直流变换器双向连接。本申请通过将双向逆变技术融合到电池管理系统中，实现电芯或电芯并联模组完全以并联方式参与电池包工作，还实现电芯与高压输出电气隔离，降低了电芯生产出厂的不良率和提高了电池管理系统的安全性。

Description

一种融合双向逆变技术的电池管理系统及其控制方法

技术领域

本申请属于电池管理技术领域，尤其涉及一种融合双向逆变技术的电池管理系统及其控制方法。

背景技术

在电动汽车、电动工具、储能设备等产品应用中，电池包和能量变换模组都是不可或缺的组成部分。而当前技术背景下，电池包和能量变换模组基本是独立的两个模组，独立运行。而单节电芯电压有限，在1.5-4.4V的范围，电池包为了匹配产品的高应用电压，例如电动汽车的200V-800V，需要将电芯或并联以后的电芯组串联起来以提高输出电压。这就提高了电池管理系统BMS的管理难度，也埋伏了一些电池失效或其他异常的危险状况。例如200节电芯串联的640V电池组，输出总控制开关的电压应力就超出了多数半导体功率器件的耐压值，只有使用真空继电器，而真空继电器不仅体积大，也有机械触点粘连及寿命等问题。另一个难题是200节电芯中任何一节出现均衡都不能补救的容量衰减或者开路问题，整个电池组都表现出容量不足或者无容量的故障，等同于把电池的不良率升高了200倍，假定电芯出厂是万分之一的不良率，组成电池包就是百分之二的不良率，这也正是目前电池包故障率体现的最高频方式。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本申请提供了一种融合双向逆变技术的电池管理系统及其控制方法，通过将隔离直流双向能量变换技术融合到电池封装和电池管理系统中，实现电芯或电芯并联模组完全以并联方式参与电池包工作，还实现电芯与高压输出电气隔离，降低了电芯生产出厂的不良率和提高了电池管理系统的安全性。

为实现上述目的，本申请提供了一种融合双向逆变技术的电池管理系统，包括多组由单节或多节并联的电芯组成的电池模组；还包括：

隔离双向变换器、高压侧直流母线、系统控制中心和隔离通讯模组。

其中，任意所述电池模组通过所述隔离双向直流变换器与高压侧直流母线的一侧连接，高压侧直流母线的另一侧与电池包对外接口的一端连接，电池包对外接口的另一端通过所述隔离通讯模组与系统控制中心的一端双向连接，系统控制中心的另一端与各个所述隔离双向直流变换器双向连接。

所述隔离双向变换器用于对电池包输出电压在预设阈值范围内进行调节，还用于将所述电池模组与高压侧直流母线进行电气隔离；其中，当任意所述电池模组出现故障时，通过所述隔离双向变换器对故障的电池模组执行故障离线保护模式。

在本申请中，任意所述隔离双向变换器至少包括主控单片机模块。

其中，所述主控单片机模块通过通讯接口与所述系统控制中心的另一端双向连接；其中，所述主控单片机模块用于检测各个电池模组的工作参数，并向所述系统控制中心汇报实时工作状态和执行系统控制中心的指令。

在本申请中，所述电池包对外接口设置为充放电同口模式。

在正常工作状态下，仅当所述电池包对外接口与外部设备或系统建立通讯连接后，才执行充电或放电动作；否则，所有隔离双向变换器都处于隔断和不工作状态。

在本申请中，在所述电池模组进入充电过程或者逆变放电过程中，由每个与所述电池模组连接的隔离双向变换器进行独立控制。

在本申请中，所述对电池包输出电压在预设阈值范围内进行调节具体为：

通过所述电池包对外接口检测是否存在所述外部设备或系统。

若存在，则至少获取外部设备或系统的电流和电压参数，并将所述电流和电压参数发送至所述系统控制中心，通过所述系统控制中心向各个隔离双向变换器下发输出指令，以将调节后的输出电压从所述电芯模组传递到所述高压侧直流母线；否则，继续检测是否存在所述外部设备或系统。

为实现上述目的，本申请还提供了一种融合双向逆变技术的电池管理系统的控制方法，所述方法包括：

当检测到电池包的对外接口与外接设备一连接，以及当前电池包的总电量低于预设阈值时，则启动充电模式。

当检测到电池包的对外接口与外接设备二连接，以及接收到外接设备二的供电需求时，则启动放电模式。

若当检测到电池包的对外接口仅处于连接状态时，所述系统控制中心根据高压侧直流母线上的电压值与预设特征电压值进行比较，并根据比较结果调控所述充电模式与放电模式的相互切换。

其中，所述充电模式包括充电模式一。

进一步地，所述充电模式一具体为：

若当所述电池包接收到外接设备一的查询参数的答复时，则至少获取外接设备一的电流和电压参数，并将所述电流和电压参数发送至所述系统控制中心，通过所述系统控制中心向各个隔离双向变换器下发分配充电量指令后，各个所述隔离双向变换器将高压侧直流母线的能量变换至低压侧的电池模组，以进行充电模式一的充电过程。

在本申请中，所述充电模式还包括充电模式二。

进一步地，所述充电模式二具体为：

若所述电池包在预设时间内未接收到外接设备一的查询参数的答复时，则当检测到高压侧直流母线的电压低于预设初始电压阈值时，根据实时监测到的高压侧直流母线电压降低情况，通过闭环控制算法分配各个隔离双向变换器的目标充电执行功率，以进行充电模式二的充电过程。

在本申请中，所述放电模式具体为：

同时检测外接设备二的供电需求量和电池包的总电量；所述系统控制中心根据所述外接设备二的供电需求量下发放电量指令到各个所述隔离双向变换器后，将放电能量从电池模组向所述高压侧直流母线传送，并通过所述电池包的对外接口向所述外接设备二供电，以完成放电模式的放电过程。

在本申请中，当所述高压侧直流母线上的电压值不低于所述预设特征电压值时，则经历设定时间内无法与外接设备建立通讯后，默认切换为充电模式。

当所述高压侧直流母线上的电压值低于所述预设特征电压值时，则经历另一设定时间内无法与外接设备建立通讯后，默认切换为放电模式。

与现有技术相比，本申请有益效果在于：

本申请提出的一种融合双向逆变技术的电池管理系统及其控制方法，以解决当前电池包和能量变换模组独立运行所带来的管理难题和安全隐患。该系统融合隔离直流双向能量变换技术，实现了电芯或电芯并联模组以并联方式参与电池包工作，并实现了电芯与高压输出的电气隔离，降低了电芯生产不良率和提高了安全性。通过融合双向逆变技术，实现了电池模组完全以并联方式参与电池包工作，降低了电池管理系统的管理难度。高压侧直流母线与电池模组通过隔离双向变换器进行电气隔离，降低了电池模组的不良率和提高了系统的安全性。隔离双向变换器在检测到电池模组故障时能够执行故障离线保护模式，提高了系统的可靠性。通过对外接口的通讯连接，实现了对充电和放电模式的灵活控制，根据外部需求实现可控的电能输出。通过比较高压侧直流母线上的电压与预设特征电压值，自动切换充电和放电模式，提高了系统的智能化和适应性。本申请提出的电池管理系统及其控制方法有效地解决了传统电池管理系统存在的问题，提高了系统的稳定性、安全性和管理效率。

附图说明

图1为本申请一实施例中一种融合双向逆变技术的电池管理系统的结构框图。

图2为本申请一实施例中一种融合双向逆变技术的电池管理系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例对技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一：

如附图1所示，为了解决上述技术问题，本申请将隔离直流双向能量变换技术融合到电池封装和电池管理系统里，从根本去解决上述现有技术的弊端，从而提供了一种融合双向逆变技术的电池管理系统，包括多组由单节或多节并联的电芯组成的电池模组；还包括：

隔离双向变换器、高压侧直流母线、系统控制中心和隔离通讯模组。

其中，任意所述电池模组通过所述隔离双向直流变换器与高压侧直流母线的一侧连接，高压侧直流母线的另一侧与电池包对外接口的一端连接，电池包对外接口的另一端通过所述隔离通讯模组与系统控制中心的一端双向连接，系统控制中心的另一端与各个所述隔离双向直流变换器双向连接。

优选地，隔离双向变换器可以采用隔离双向直流变换器。

需要说明的是，每组单节电芯或者电芯的并联组合组成电池模组，通过隔离双向直流变换器连接到高压侧直流母线，高压侧直流母线再连接至电池包的对外接口。从结构上看，各个直流模组都是并联关系。

例如，系统包含1到N组低电压电芯或电芯并联模组，其电压值为1.5V-5V，其分别通过与自己连接的隔离双向直流变换器进行逆变或充电管理，逆变时能量从各组电芯或电芯组流出，经过隔离双向直流变换器升压到12-800V，然后并联输出到高压直流母线，直流母线耦合到电池包对外接口。充电时，12-800V高压能量从电池包对外接口流入，到达高压侧直流母线，再经过各个电芯模组所对接的隔离双向直流变换器变换成1.5-5V低压对电芯进行充电。充放电过程都是由于低压侧共地的相对独立的各个隔离双向直流变换器模组进行控制，各个隔离双向变换器模组还连接到系统控制中心，同时系统中心还通过隔离通讯模组和电池包对外接口进行连接。

需要说明的是，电池模组1-电池模组N，可以是由单节或多节电芯并联封装而成，电压值范围1.5V-5V,也可以是超级电容器，均不限于此。

高压侧直流母线可以负责各隔离双向变换器的输出并联连接，并连接到电池包对外接口。

在本实施例中，所述电池包对外接口设置为充放电同口模式，该接口具有通讯连接功能。

在正常工作状态下，当所述电池包对外接口与外部设备或系统建立通讯连接后，即可进行充放电动作。

如果外接了设备但无法建立通讯，也将分两种情况分别进入充放电。其中，第一种情况将触发充电状态，即当外部设备接入地电压高于本系统地特征电压时，将会转入充电模式，第二种情况是外部所连接地设备接入地电压低于本系统地特征电压，将会转入放电模式。

需要说明的是，电池包对外接口具有通讯连接功能，意味着电池管理系统能够与外部设备或系统进行有效的通讯。这为系统提供了实时获取外部需求、监控电池状态和进行智能控制的能力。

如果电池包对外接口未与外部设备或系统建立通讯连接，系统会将所有隔离双向变换器置于隔断和不工作状态。这种设计有效地避免了未经授权或未经监控的充放电行为，减少了电池系统的不必要运行，降低了能源浪费和系统运行的风险。通过通讯连接，系统可以根据外部设备或系统的需求灵活地控制充放电过程。这使得电池管理系统能够根据具体应用场景进行定制化控制，提高了系统的适应性和灵活性。

设置电池包对外接口为充放电同口模式并具有通讯连接功能，为电池管理系统提供了有效的外部控制手段，保障了系统的安全性和可控性，同时实现了灵活的充放电控制。

在本实施例中，系统控制中心可以用于负责整个电池系统的管理，包括对各模组变换器通讯、对电池包对外接口通讯。还包括常规充电放电、过热低温保护、过流过压保护、模组电量均衡，均不限于此。这些功能多数是通过下达指令让各个模组隔离双向直流变换器完成。

综上，本系统中各电芯模组呈现并联模式，并且有可靠的故障离线保护措施。因而可以让系统可靠性大为提高，任何一个电芯模组出现故障，只会影响整个系统N分之1的容量。杜绝故障率随着系统的模组数量呈现大倍率增加的情况，大大降低了电池包和电池模组的不良率。

所述隔离双向变换器用于对电池包输出电压在预设阈值范围内进行调节，还用于将所述电池模组与高压侧直流母线进行电气隔离；其中，当任意所述电池模组出现故障时，通过所述隔离双向变换器对故障的电池模组执行故障离线保护模式。

需要说明的是，本申请实现了电池模组和负载的电气隔离。一般应用下，电芯模组体积都比较大，如果跟输出的高压负载无法实现电气隔离，一来整个电池包做加强绝缘会带来空间占用和成本压力。二来应用中出现电池包的轻微擦伤，也极度容易造成加强绝缘层被破坏引发安全事故，这个特点在电动汽车应用中尤为重要。

需要说明的是，电压调节的作用为：隔离双向变换器用于对电池包输出电压在预设阈值范围内进行调节。这一功能的效果在于保持电池包输出电压在安全可控的范围内，以满足外部负载的电压需求。通过实时监测并调整电压，系统能够有效维持稳定的输出电压，提高电池系统的可靠性和稳定性。

电气隔离的作用为： 隔离双向变换器还用于将电池模组与高压侧直流母线进行电气隔离。这意味着即使在电池模组出现故障的情况下，隔离双向变换器能够实现对故障电池模组的离线保护。在故障发生时，隔离双向变换器可以迅速切断故障电池模组的连接，防止故障电池对整个系统产生不良影响，提高了电池系统的安全性和可靠性。

综上，隔离双向变换器的作用是确保电池包输出电压稳定可控并实现电气隔离，从而降低了电池系统的风险，特别在电动汽车等应用中，保障了系统的安全性和稳定性。

本申请还能实现了电池包输出电压在一定幅度内可调，这个特点对超级电容器组电池包特别友好。超级电容在组成电池包使用时，常规模式下输出电压变化随电芯大幅度变动，而利用本方案的输出电压调节特性，可以让电池包维持一个比较平稳的供电电压平台。在另外一些场景下也很实用，例如需要两个电池包之间充放电量，低压电池包也能向它充电。还有就是电动汽车在遇到输出电压比电池组电压低的情况下，常规的组包方式，是不能充电的，用本实施例中的电池包却可以兼容并充电。

在本实施例中，任意所述隔离双向变换器至少包括主控单片机模块。

需要说明的是，模组1-模组N隔离双向变换器为一个实现直流能量双向流通的模组，并且带有电气隔离的功能。其中，任意所述隔离双向变换器还包括两组半桥、全桥、单管反激、单管正激等电路拓扑，中间夹着一个隔离变压器组成的数字电源系统。变压器负责电气隔离同时将电能通过磁场方式转换到另外一侧。两侧的电路拓扑完成直流-高频交流的转换以实现通过变压器换能。

其中，所述主控单片机模块通过通讯接口与所述系统控制中心的另一端双向连接；其中，所述主控单片机模块用于检测各个电池模组的工作参数，并向所述系统控制中心汇报实时工作状态和执行系统控制中心的指令。

所述单片机检测和控制变换器的各个工作状态，并实现各种状态之间的切换，例如充电和放电。同时，所述单片机还对对各电池模组的电流电压以及输出输入功率、电量温度等参数进行检测和计算，并且对流出流入本变换器的电流、直流侧母线电压、本变换器的各个关键点温度进行监控。对应地，所述单片机会对各种异常情况进行保护，所述异常包括过温、过流、过压、低温、欠流、欠压等。

优选地，每个变换器还可以具有软件和硬件的多级安全保护措施。能确保单个变换器出现故障时，对于高压侧直流母线呈现离线模式，不会拖垮整个系统。

需要说明的是，主控单片机模块通过检测各个电池模组的工作参数，能够实时监测电池系统的状态，包括电压、电流、温度等参数。这有助于系统获取电池模组的实际工作情况，为系统控制提供准确的输入数据。主控单片机模块通过通讯接口与系统控制中心双向连接，可以将实时监测到的电池模组的工作状态汇报给系统控制中心。这种实时汇报机制有助于系统及时获取关键信息，以便进行合适的控制策略调整。

主控单片机模块不仅汇报电池模组的状态，还能执行系统控制中心下发的指令。这使得系统能够灵活地对电池管理系统进行调控，实现对电压、电流等参数的精准控制，以满足外部负载的需求或应对系统故障。通过主控单片机模块的作用，系统实现了对电池模组的智能化监控和控制，使得系统能够更快速、精准地响应外部变化。这提高了整个电池管理系统的智能性和实时性。

综上，主控单片机模块的存在使得隔离双向变换器能够更好地与系统控制中心通讯，实现对电池模组的全面监测和精准控制，从而提高了电池管理系统的性能和可靠性。

在本实施例中，所述对电池包输出电压在预设阈值范围内进行调节具体为：

通过所述电池包对外接口检测是否存在所述外部设备或系统。

若存在，则至少获取外部设备或系统的电流和电压参数，并将所述电流和电压参数发送至所述系统控制中心，通过所述系统控制中心向各个隔离双向变换器下发输出指令，以将调节后的输出电压从所述电芯模组传递到所述高压侧直流母线；否则，继续检测是否存在所述外部设备或系统。

需要说明的是， 通过电池包对外接口进行检测，判断是否存在外部设备或系统连接。这一步骤实现了对外部环境的实时监测。

若检测到外部设备或系统的存在，系统将获取外部设备或系统的电流和电压参数。这一步骤是为了准确了解外部负载的电气需求，为后续电压调节提供准确的参考参数。

获取到外部设备或系统的电流和电压参数后，系统将这些参数发送至系统控制中心。通过这一步骤，系统控制中心可以获知外部环境的实际电气需求。

基于外部设备或系统的电流和电压参数，系统控制中心制定相应的输出指令，然后向各个隔离双向变换器下发这些指令。这些指令包括调节电流和电压的具体数值，以保持输出电压在预设阈值范围内。

将调节后的输出电压传递到高压侧直流母线： 隔离双向变换器根据系统控制中心下发的指令，进行电流和电压的调节，确保电池包输出的电压在预设阈值范围内，并将调节后的输出电压传递到高压侧直流母线。这确保了高压侧直流母线上的电压稳定可控。

如果在第一步检测时未发现外部设备或系统的连接，系统会继续进行检测。这一步骤保证了系统在无外部需求时维持在低功耗状态，避免不必要的能耗。

本实施例通过实时检测和获取外部设备或系统的电流和电压参数，系统能够迅速响应外部电气需求，实现电池输出电压的及时调节。基于准确的外部参数，系统能够制定精准的输出指令，确保电池输出电压在预设范围内进行调节，提高了电池系统的稳定性和可靠性。

在无外部需求时维持低功耗状态，能够有效减少能耗，提高了电池系统的能效。

综上，这一调节机制通过实时监测外部环境并根据需求进行电压调节，使得电池管理系统能够灵活、智能地适应不同工作条件，提高了系统的实用性和效率。

在本实施例中，在所述电池模组进入充电过程或者逆变放电过程中，由每个与所述电池模组连接的隔离双向变换器进行独立控制。

需要说明的是，通过每个隔离双向变换器对电池模组进行独立控制，系统能够实现对每个电池模组的精准管理。这使得每个电池模组在充电和放电过程中能够根据自身状态和需求进行独立调控，提高了系统的灵活性和适应性。

独立控制可以有效避免电池模组之间的相互干扰。在充电和放电过程中，不同电池模组可能处于不同的状态，有不同的电流和电压需求，独立控制确保它们互不影响，防止模组之间的相互干扰导致不稳定或不安全的情况。

由于每个隔离双向变换器对电池模组进行独立控制，系统具有更好的容错性。即使其中一个电池模组出现故障或异常，其他模组仍然能够独立工作，提高了整个系统的可靠性和稳定性。

独立控制使得系统更具适应性，能够应对不同电池模组的差异性和异质性。每个模组可以根据自身特性进行调节，使得整个系统更好地适应复杂多变的工作环境和负载需求。独立控制可以实现对每个电池模组的精细化管理，优化其性能。通过根据各模组的实际情况动态调整充放电参数，系统能够更有效地提升电池模组的利用率、延长寿命，并优化整个系统的性能。

综上，采用独立控制的方式使得电池管理系统能够更灵活、可靠地管理每个电池模组，提高了系统的稳定性、可靠性和适应性。

实施例二：

为了解决上述技术问题，本申请还根据上述实施例一中的电池管理系统提出了一种融合双向逆变技术的电池管理系统的控制方法，所述方法包括：

当检测到电池包的对外接口与外接设备一连接，以及当前电池包的总电量低于预设阈值时，则启动充电模式。

优选地，外接设备一可以是充电机等装置或系统，均不限于此。

优选地，假设电池包的总电量范围是0到100%，系统设计者可以根据电池的特性和应用场景来确定预设阈值。如果系统希望在电池包电量降到一定水平时就启动充电以确保系统的可持续运行，可能会选择一个相对较高的预设阈值，例如90%。这样一来，当电池包电量降到90%以下时，系统就会启动充电模式，确保电池保持在相对较高的电量水平。

其中，所述充电模式包括充电模式一。

进一步地，所述充电模式一具体为：

若当所述电池包接收到外接设备一的查询参数的答复时，则至少获取外接设备一的电流和电压参数，并将所述电流和电压参数发送至所述系统控制中心，通过所述系统控制中心向各个隔离双向变换器下发分配充电量指令后，各个所述隔离双向变换器将高压侧直流母线的能量变换至低压侧的电池模组，以进行充电模式一的充电过程。

需要说明的是，当电池包对外接口连接有输入电压，而且电池包总电量在某个百分比阈值以内，系统将启动充电工作模式，首先会通过通讯方式查询外接充电机提供的充电电压和电流。如果得到回复，就下达指令分配各个隔离双向直流转换器模组进入充电工作模式按分配量给各自的电芯模组充电，并实时监控整个充电过程。所述隔转换器模组在充电模式下，会进行高压侧直流母线能量到低压侧电芯模组的方向的能量变换。

当电池包对外接口连接有输入电压，系统首先通过通讯方式查询外接设备一提供的充电电压和电流参数。这一步骤确保了系统能够了解外接设备一的充电能力和要求。

如果得到外接设备一的查询参数的答复，系统将获取外接设备一的电流和电压参数。这些参数是后续充电过程中的关键参考，用于精确调控充电过程。

获取到外接设备一的电流和电压参数后，系统将这些参数发送至系统控制中心。通过这一步骤，系统控制中心可以获取充电设备的实际能力和条件。基于外接设备一的参数，系统控制中心制定相应的分配充电量指令，然后向各个隔离双向变换器下发这些指令。这些指令包括分配充电量的具体数值，以确保每个电池模组按照外接设备一的需求进行充电。

各个隔离双向变换器根据系统控制中心下发的指令，进行能量变换，将高压侧直流母线的能量变换至低压侧的电池模组。这确保了充电过程中电池模组按照外接设备一的需求进行充电。

通过以上步骤，系统能够在检测到外接设备一连接的情况下，根据设备一的电流和电压参数进行精确的充电控制。系统能够根据外接设备一的实际参数，精确调控每个电池模组的充电量，确保充电过程符合外部设备的要求。通过实时监控和调控，系统能够优化充电过程，提高充电效率，减少能源浪费，实现节能高效的充电。系统通过查询和获取外接设备一的参数，并在系统控制中心的调控下进行充电，确保充电过程在安全范围内进行，避免电池过充或过放，提高了充电的安全性和可控性。

综上，该充电模式使得电池管理系统能够灵活、精确地应对外接设备一的充电需求，提高了充电过程的智能性和适应性。

在本实施例中，所述充电模式还包括充电模式二。

进一步地，所述充电模式二具体为：

若所述电池包在预设时间内未接收到外接设备一的查询参数的答复时，则当检测到高压侧直流母线的电压低于预设初始电压阈值时，根据实时监测到的高压侧直流母线电压降低情况，通过闭环控制算法分配各个隔离双向变换器的目标充电执行功率，以进行充电模式二的充电过程。

需要说明的是，如果得不到回复，系统也会进入充电状态，分配的充电功率将会按闭环算法给出。也就是当检测到高压侧直流母线电压低于初始电压的某个百分比阈值以后，开始进入闭环控制，高压侧直流母线电压降得越低，分配给各个双向直流变换器模组的目标执行功率越小。

如果电池包在预设时间内未接收到外接设备一的查询参数的答复，系统将启动充电模式二。系统实时监测高压侧直流母线的电压情况，判断是否低于预设初始电压阈值。

当检测到高压侧直流母线的电压低于预设初始电压阈值时，系统启动闭环控制算法。该算法根据实时监测到的高压侧直流母线电压降低情况，分配各个隔离双向变换器的目标充电执行功率。

闭环控制算法根据高压侧直流母线电压降低情况，动态调整各个隔离双向变换器的目标充电执行功率。如果电池包的电量较低，系统可以提高充电功率，以更快地将电池充满；反之，如果电池包的电量较高，系统可以降低充电功率，以减少充电过程中的能耗。

各个隔离双向变换器根据分配的目标充电执行功率，进行电能的转换和分配，以实现充电模式二的充电过程。

通过以上步骤，充电模式二实现了根据实时监测到的高压侧直流母线电压情况，通过闭环控制算法动态调整各个隔离双向变换器的充电功率。充电模式二能够根据高压侧直流母线电压的实时情况动态调整充电功率，实现对电池包的智能化、动态化充电管理。通过实时监测电池包电量和高压侧直流母线电压，系统能够根据电池的实际状态合理分配充电功率，提高了系统对电池状态的适应性。通过闭环控制算法的精准调控，系统可以根据实际需要降低充电功率，减少能耗，提高了充电过程的能效。

综上，充电模式二通过动态调整充电功率，使得电池管理系统更具有灵活性、智能性和能效性，适应不同电池状态和工作环境。

当检测到电池包的对外接口与外接设备二连接，以及接收到外接设备二的供电需求时，则启动放电模式。

优选地，外接设备二可以是外接需电电路或需电负载，均不限于此。

其中，所述放电模式具体为：

同时检测外接设备二的供电需求量和电池包的总电量；所述系统控制中心根据所述外接设备二的供电需求量下发放电量指令到各个所述隔离双向变换器后，将放电能量从电池模组向所述高压侧直流母线传送，并通过所述电池包的对外接口向所述外接设备二供电，以完成放电模式的放电过程。

需要说明的是，当电池包对外接口有连接，并且对应通讯接口接收到外接电路或负载的供电需求，同时整个电池包系统的电量满足供电需求时，系统将按需求的电压和电流，分配给各个直流双向变换器。后者接受到任务后将启动充电工作模式工作。在放电模式下，能量从电芯模组向高压侧直流母线传送。各个转换器模组转换出来的12-800V电压并联输出到高压侧直流母线上，经由电池包对外接口向外送出。

系统首先检测外接设备二的供电需求量以及电池包的总电量。这一步骤确保了系统能够了解外接设备二的实际供电需求以及电池包的当前电量状态。

当电池包的总电量不低于低电量警戒值，系统判断满足对外放电的条件。这一判断保证了系统在对外放电的过程中不会导致电池包电量过度消耗，保障了电池系统的稳定性和可靠性。

如果满足供电条件，系统控制中心根据外接设备二的供电需求量下发放电量指令到各个隔离双向变换器。这些指令包括放电的具体电流和电压参数，以确保能够满足外接设备二的电气需求。各个隔离双向变换器根据系统控制中心下发的放电量指令，进行能量变换，将电池模组中的能量通过高压侧直流母线传送到外接设备二。这确保了在放电过程中电池系统向外提供稳定的电能。

通过电池包的对外接口，系统向外接设备二供电，满足其电气需求。这一步骤完成了放电模式的放电过程，实现了电池包向外供电的功能。

本实施例通过放电模式，系统能够满足外接设备二的电气需求，实现了电池包向外部设备提供稳定电能的功能。

通过判断电池包总电量是否满足供电需求，系统避免了过度放电，确保了电池系统的安全性和可控性。

放电模式的启动是根据外部设备二的连接和供电需求条件来决定的，使得电池管理系统能够灵活应对不同外部需求场景，提高了系统的适应性。

综上，该放电模式使得电池管理系统能够根据外部设备的实际需求，灵活地进行供电，保障了系统的稳定运行。

若当检测到电池包的对外接口仅处于连接状态时，所述系统控制中心根据高压侧直流母线上的电压值与预设特征电压值进行比较，并根据比较结果调控所述充电模式与放电模式的相互切换。

进一步地，当所述高压侧直流母线上的电压值不低于所述预设特征电压值时，则经历设定时间内无法与外接设备建立通讯后，默认切换为充电模式。

当所述高压侧直流母线上的电压值低于所述预设特征电压值时，则经历另一设定时间内无法与外接设备建立通讯后，默认切换为放电模式。

需要说明的是，当系统控制中心从通讯接口没有接收到负载的供电需求，系统却确认到外接接口有连接，也会采取一种有限的特征电压向外供电的策略。所述有限的特征电压是本电池包系统的一个特征参数。用于模拟传统串并联结构的电池包特性。

如果系统检测到电池包对外接口，也就是高压侧直流母线上有高于特征电压一定阈值的电压后，系统会判断为电池包外接了充电机，将会从放电模式转入充电模式。同时，如果外接充电机的电压比所述特征电压还低，电池包会以设定电流向外输送能量。充电器的电压拉高到特征电压值。如果接入的是另外一个电压稍低的电池包，就会对它进行充电。这两种情况下，如果通讯能建立起来，系统控制中心接收到外接的是充电设备，包括充电机和充电用的电池包，并且通过通讯能确认对方所提供的电流和电压，系统控制中心也会下发指令给各个模组让他们进入充电状态。并且把电流和电压分配给它们。

优选地，假设电池模组的工作电压范围是12V到800V之间，系统可以根据以下考虑来确定预设特征电压值：

设定一个较高的特征电压值可以确保系统在电池工作电压接近上限时及时触发相应操作，以防止电池过充。例如，可以将预设特征电压值设置为360V，当电池电压达到或超过这个值时，系统触发相应的操作，如停止充电或进行平衡充电。如果系统希望优化电池的寿命，可以选择一个相对较低的特征电压值，以确保电池在放电模式下不会过度放电，延长电池的寿命。特定应用场景可能对电池的工作电压有特殊要求。例如，某些设备可能需要在较高的电池电压下提供更高的性能，因此可以选择较高的特征电压值。

在本申请所提供的几个实施例中，可以理解的是，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意的是，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种融合双向逆变技术的电池管理系统，包括多组由单节或多节并联的电芯组成的电池模组；其特征在于，还包括：

隔离双向变换器、高压侧直流母线、系统控制中心和隔离通讯模组；

任意所述电池模组通过所述隔离双向直流变换器与高压侧直流母线的一侧连接，高压侧直流母线的另一侧与电池包对外接口的一端连接，电池包对外接口的另一端通过所述隔离通讯模组与系统控制中心的一端双向连接，系统控制中心的另一端与各个所述隔离双向直流变换器双向连接；

所述隔离双向变换器用于对电池包输出电压在预设阈值范围内进行调节，还用于将所述电池模组与高压侧直流母线进行电气隔离；其中，当任意所述电池模组出现故障时，通过所述隔离双向变换器对故障的电池模组执行故障离线保护模式。

2.根据权利要求1所述的一种融合双向逆变技术的电池管理系统，其特征在于，

任意所述隔离双向变换器至少包括主控单片机模块；

所述主控单片机模块通过通讯接口与所述系统控制中心的另一端双向连接；其中，所述主控单片机模块用于检测各个电池模组的工作参数，并向所述系统控制中心汇报实时工作状态和执行系统控制中心的指令。

3.根据权利要求2所述的一种融合双向逆变技术的电池管理系统，其特征在于，

所述电池包对外接口设置为充放电同口模式；

在正常工作状态下，仅当所述电池包对外接口与外部设备或系统建立通讯连接后，才执行充电或放电动作；否则，所有隔离双向变换器都处于隔断和不工作状态。

4.根据权利要求3所述的一种融合双向逆变技术的电池管理系统，其特征在于，

在所述电池模组进入充电过程或者逆变放电过程中，由每个与所述电池模组连接的隔离双向变换器进行独立控制。

5.根据权利要求4所述的一种融合双向逆变技术的电池管理系统，其特征在于，所述对电池包输出电压在预设阈值范围内进行调节，具体为：

通过所述电池包对外接口检测是否存在所述外部设备或系统；

若存在，则至少获取外部设备或系统的电流和电压参数，并将所述电流和电压参数发送至所述系统控制中心，通过所述系统控制中心向各个隔离双向变换器下发输出指令，以将调节后的输出电压从所述电芯模组传递到所述高压侧直流母线；

否则，继续检测是否存在所述外部设备或系统。

6.一种根据权利要求1~5任一所述的融合双向逆变技术的电池管理系统的控制方法，其特征在于，包括：

当检测到电池包的对外接口与外接设备一连接，以及当前电池包的总电量低于预设阈值时，则启动充电模式；

当检测到电池包的对外接口与外接设备二连接，以及接收到外接设备二的供电需求时，则启动放电模式；

若当检测到电池包的对外接口仅处于连接状态时，所述系统控制中心根据高压侧直流母线上的电压值与预设特征电压值进行比较，并根据比较结果调控所述充电模式与放电模式的相互切换。

7.根据权利要求6所述的一种融合双向逆变技术的电池管理系统的控制方法，其特征在于，

所述充电模式包括充电模式一；

所述充电模式一具体为：

若当所述电池包接收到外接设备一的查询参数的答复时，则至少获取外接设备一的电流和电压参数，并将所述电流和电压参数发送至所述系统控制中心，通过所述系统控制中心向各个隔离双向变换器下发分配充电量指令后，各个所述隔离双向变换器将高压侧直流母线的能量变换至低压侧的电池模组，以进行充电模式一的充电过程。

8.根据权利要求7所述的一种融合双向逆变技术的电池管理系统的控制方法，其特征在于，

所述充电模式还包括充电模式二；

所述充电模式二具体为：

若所述电池包在预设时间内未接收到外接设备一的查询参数的答复时，则当检测到高压侧直流母线的电压低于预设初始电压阈值时，根据实时监测到的高压侧直流母线电压降低情况，通过闭环控制算法分配各个隔离双向变换器的目标充电执行功率，以进行充电模式二的充电过程。

9.根据权利要求8所述的一种融合双向逆变技术的电池管理系统的控制方法，其特征在于，所述放电模式，具体为：

同时检测外接设备二的供电需求量和电池包的总电量；

所述系统控制中心根据所述外接设备二的供电需求量下发放电量指令到各个所述隔离双向变换器后，将放电能量从电池模组向所述高压侧直流母线传送，并通过所述电池包的对外接口向所述外接设备二供电，以完成放电模式的放电过程。

10.根据权利要求9所述的一种融合双向逆变技术的电池管理系统的控制方法，其特征在于，

当所述高压侧直流母线上的电压值不低于所述预设特征电压值时，则经历设定时间内无法与外接设备建立通讯后，默认切换为充电模式；

当所述高压侧直流母线上的电压值低于所述预设特征电压值时，则经历另一设定时间内无法与外接设备建立通讯后，默认切换为放电模式。