[发明专利]全生命周期电池充电管理系统及方法

说明书

本发明涉及电池管理技术领域，特别涉及一种全生命周期电池充电管理系统及方法。该系统包括能量管理模块、检测模块、计算控制模块、第一开关元件；所述检测模块检测电池的实时状态，所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的实时状态产生作用于所述能量管理模块的脉冲控制信号，使得所述能量管理模块产生包括过充子脉冲的充电脉冲，并通过所述第一开关元件输出；相邻所述充电脉冲之间具有由脉冲间隙，所述能量管理模块还在所述脉冲间隙产生放电脉冲并通过所述第一开关元件输出。能够以经济、简单、有效的方式对电池模块实施高效充电的同时，保证每个电芯工作在健康运行区域，延长电池模块的使用寿命。

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，特别涉及一种全生命周期电池充电管理系统及方法。

背景技术

电化学储能有诸多优点，如建设周期及投资回报周期短，对环境要求低，可分布式建造，适合分布式可再生能源储存，因此是能源互联网的重要储能技术之一。电池的安全、健康、经济运行是目前电化学储能最为关键的技术难点。电化学储能式目前分布式储能主流技术，是大比例使用可再生能源的保障之一，也是电动汽车的核心技术。如何开发安全性高、经济型好、环保及可复制性好的电池模块，是解决分布式储能的核心问题。

充电技术是健康安全使用电池模块的关键之一。不合理的充电方法会大幅缩短电池寿命，严重地甚至会引起安全隐患。最近频发的锂电池电动汽车自燃及储能电站爆燃事故，都证明与电池的不当充电方法有关。对于铅酸电池而言，不科学的充电方式可直接导致电池硫化或鼓包，从而严重缩短电池使用寿命。大电池模块一般由多个电芯串并联而成，尽管成组时新电芯一致性可以保证，但随着电池的老化，一致性会变差，这样充电过程中有些电芯不可避免的发生过充，从而引起电池模块失效。为此，需要有效延缓或控制电池模块失效。

随着电动系统的广泛适用，快速充电将是电池模块必备的性能之一，如电动汽车的超快充、电网系统的调频调峰及AGV系统的快速充电，会直接影响系统的使用效率。如何平衡好充电速度，及电池的健康性能，是充电系统必将面对的问题。

目前的充电系统和算法并非由被充电池的具体状态决定，而是根据经验预先设定的，例如申请公开号CN105958569A、申请公开日2016年9月21日的发明专利申请。而电池管理是根据被充电池的具体状态进行的，例如申请公开号CN104184183A、申请公开日2014年12月3日的发明专利申请。可见，电池管理和充电一般是分开处理的，两者关联性不强。

现有技术中对于多电芯串联系统而言，为防止个别电芯的过充，通常采取外在干预方法，防止过充发生。如图1所示，现有的被动式电池管理系统主要通过外接阻抗性负载，消耗单个电芯的过充电量。此方法的优点是简单，缺点是由于功耗的原因，平衡能力不能过大，对于大多数被动式管理系统，平衡电流一般在100mA-200mA，这对于充电电流在10A-100A的充电系统而言，可以忽略不计。因此，对于被动式电池管理系统，通常电芯的一致性要求高，否则无法适用。如图2所示，现有的主动式电池管理系统是通过协调电芯之间的能量转换，保证充电过程中各电芯不过充。传统的主动式电池管理系统由于功耗、成本的考虑，平衡电流一般也在5A左右，因此，其平衡能力有限，对成组电池电芯要求高。另外，主动式电池管理系统的平衡方法没有和充电算法紧密关联；并且主动均衡的算法受模型控制，对历史数据的依赖性较弱。

由此可见，在充电过程中，现有电池管理系统较弱的电芯平衡能力使得电池模块对电芯一致性要求大幅提高，这一方面会大幅增加成本，另一方面，随着充电速度提高，充电电流变大，电芯之间平衡成为不可能，从而导致部分电芯发生过充，加速电池老化。严重地，还会引起电池热失控，引起安全事故。

CN105958569A号专利申请所公开的技术方案在应用于多电芯串联系统时，其实现电路结构复杂、可靠性和经济性不高。

发明内容