全生命周期电池充电管理系统及方法

摘要

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。

权利要求

1.全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：

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脉冲间隙；

所述过充子脉冲的幅度大于电池的正常充电电压，所述过充子脉冲的宽度不大于电池在其幅度下的最大过充时间。

2.根据权利要求1所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：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。

3.根据权利要求2所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述实时状态包括实时电流、实时电压、实时温度；

所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的实时电流、实时电压、实时温度确定预期过充子脉冲幅度、预期过充子脉冲宽度、预期放电脉冲宽度、预期放电脉冲幅度，基于所述预期过充子脉冲幅度、所述预期过充子脉冲宽度、所述预期放电脉冲幅度、所述预期放电脉冲宽度产生脉冲控制信号作用于所述能量管理模块；所述脉冲控制信号使得所述能量管理模块产生的充电脉冲，其过充子脉冲的幅度与所述预期过充子脉冲幅度一致、其过充子脉冲的宽度与所述预期过充子脉冲一致；所述脉冲控制信号使得所述能量管理模块产生的放电脉冲的幅度和宽度分别与所述预期放电脉冲幅度和所述预期放电脉冲宽度一致。

4.根据权利要求3所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的实时状态确定电池的最大过充时间tc和最小弛豫时间tr，基于所述最大过充时间tc确定所述预期过充子脉冲幅度和所述预期过充子脉冲宽度，基于所述最小弛豫时间tr、所述过充子脉冲幅度、所述过充子脉冲宽度确定所述放电脉冲幅度和所述放电脉冲宽度。

5.根据权利要求4所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于，还包括：数据库，存储有过充电压/电流与温度、最大过充时间的关系，以及过充电压/电流与温度、最小弛豫时间的关系；

所述计算控制模块，根据所述检测模块检测到的实时状态并检索所述数据库以确定所述电池的最大过充时间tc和最小弛豫时间tr。

6.根据权利要求5所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述数据库根据所述检测模块检测到的电池实时状态进行数据库更新。

7.根据权利要求6所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述能量管理模块包括智能升压降压电路，用于产生电源信号并经所述第一开关元件输出；

所述脉冲控制信号包括开关控制部分和脉冲控制部分；所述脉冲控制部分作用于所述智能升压降压电路，所述智能升压降压电路根据所述脉冲控制部分调整其输出至所述第一开关元件的电源信号的幅度；所述开关控制部分作用于所述第一开关元件，控制所述第一开关元件的通断。

8.根据权利要求7所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述能量管理模块包括能量回收单元；

所述能量回收单元用于回收所述电池模块的放电能量。

9.根据权利要求8所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述能量回收单元用于回收所述电池模块在所述充电脉冲的脉冲间隙的放电能量。

10.根据权利要求8所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述能量回收单元用于回收所述电池模块在所述放电脉冲期间的放电能量。

11.根据权利要求2所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述检测模块根据所述检测电池的实时状态输出保护控制信号，所述保护控制信号作用于所述第一开关元件，控制所述第一开关元件的通断。

12.根据权利要求5所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述电池为多电芯串联电池；

所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的实时状态确定电池各电芯的最大过充时间和各电芯的最小弛豫时间，并且将各电芯的最大过充时间中的最小值作为电池的最大过充时间tc，将各电芯的最小弛豫时间中的最小值作为电池的最小弛豫时间tr。

13.根据权利要求12所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述能量管理模块还包括电芯平衡电路，所述电芯平衡电路与所述电池中的至少两个电芯串联组成的电芯组对应，所述电芯平衡电路用于均衡其对应的电芯组中的各电芯。

14.根据权利要求13所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述能量管理模块包括多个所述电芯平衡电路；

所述能量管理模块还设有第二层能量管理电路，所述能量管理电路产生作用于各电芯平衡电路的第二层能量管理信号，用于控制平衡各电芯平衡电路对应的电芯组。

15.根据权利要求13所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述能量管理模块包括多个所述电芯平衡电路，各所述电芯平衡电路对应的多个电芯中至少包括一个共享电芯；所述共享电芯为属于两个不同的电芯平衡电路对应的电芯组的电芯。

16.根据权利要求12-13中任一项所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的所述电池的各电芯的实时状态发送平衡控制信号至所述电芯平衡电路，所述电芯平衡电路根据所述平衡控制信号确定其对应的电芯组中的第一类型电芯并控制所述第一类型电芯放电；

所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的所述电池的各电芯的实时状态检索并检测数据库，以确定各电芯组中各电芯的最小弛豫时间，将电芯组中最小弛豫时间最长的电芯作为所述第一类型电芯。

17.根据权利要求16所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述电芯平衡电路根据所述平衡控制信号确定其对应的电芯组中的第一类型电芯和第二类型电芯，并控制所述第一类型电芯为所述第二类型电芯充电；

所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的所述电池的各电芯的实时状态检索并检测数据库，以确定各电芯组中各电芯的最小弛豫时间，将电芯组中最小弛豫时间最长的电芯作为所述第一类型电芯、电芯组中的其余电芯中的一个作为所述第二类型电芯。

18.根据权利要求17所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的所述电池的各电芯的实时状态检索并检测数据库，以确定各电芯组中各电芯的最小弛豫时间，将最小弛豫时间最短的电芯作为第二类型电芯。

19.根据权利要求15所述的全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：所述电芯平衡电路包括平衡控制单元、智能升压降压单元、第一选通单元、第二选通单元；

所述第一选通单元包括多个第三开关元件，所述第三开关元件与所述电芯平衡电路对应的电芯组中的电芯一一对应，用于电连接所述智能升压降压单元和其对应的电芯；所述第二选通单元包括多个第四开关元件，所述第四开关元件与所述电芯平衡电路对应的电芯组中的电芯一一对应，用于电连接所述智能升压降压电路和其对应的电芯；

所述平衡控制单元根据所述电芯平衡信号确定第一类型电芯、第二类型电芯、以及智能升压降压单元工作参数，产生对应第一选通信号作用于所述第一选通单元、产生第二选通信号作用于所述第二选通单元、产生升降压信号作用于所述智能升压降压单元；

所述第一选通信号使得所述第一选通单元中对应于所述第一类型电芯的第三开关元件导通，所述第二选通信号使得所述第二选通单元中对应于所述第二类型电芯的第四开关元件导通，所述升降压信号使得所述智能升压降压单元工作在所述智能升压降压单元工作参数对应的工作模式。

20.全生命周期电池充电管理方法，其特征在于，包括步骤：检测电池的实时状态；

根据检测到的电池的实时状态确定最大过充时间tc和最小弛豫时间tr；

根据所述最大过充时间tc确定过充子脉冲幅度和过充子脉冲宽度；根据所述最小弛豫时间确定间隙宽度；

根据所述过充子脉冲幅度、所述过充子脉冲宽度产生包括过充子脉冲的充电脉冲；

在所述充电脉冲之后保持一具有所述间隙宽度的间隙；

所述过充子脉冲的幅度大于电池的正常充电电压，所述过充子脉冲的宽度不大于电池在其幅度下的最大过充时间。

21.根据权利要求20所述的全生命周期电池充电管理方法，其特征在于，还包括：在所述充电脉冲的间隙期间产生放电脉冲；

所述放电脉冲的幅度和宽度根据所述最小弛豫时间tr、所述过充子脉冲幅度和所述过充子脉冲宽度确定。

22.根据权利要求21所述的全生命周期电池充电管理方法，其特征在于，还包括：在所述充电脉冲和所述放电脉冲的间隙对所述电池进行电芯平衡操作；所述电芯平衡操作包括：根据检测对应电芯组中各电芯实时状态，将最小弛豫时间最长的电芯作为第一类型电芯，将最小弛豫时间最短的电芯作为第二类型电芯；

根据所述第一类型电芯和所述第二类型电芯的实时状态确定电压调整幅度；

将所述第一类型电芯和所述第二类型电芯通过智能升压降压电路导通，同时，控制所述智能升压降压电路根据所述电压调整幅度改变所述第一类型电芯两端的电压和所述第二类型电芯两端的电压，使得所述第一类型电芯的弛豫时间和所述第二类型电芯的最小弛豫时间更接近。

说明书

全生命周期电池充电管理系统及方法

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 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。

[0007] 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。

[0008] 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

[0009] 本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种全生命周期电池管理系统，适用于多种电化学电池模块，使得能够以经济、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。

[0010] 本发明是通过以下技术方案得以实现的：

[0011] 全生命周期电池充电管理系统，其特征在于：

[0012] 包括能量管理模块、检测模块、计算控制模块、第一开关元件；

[0013] 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；

[0014] 相邻所述充电脉冲之间具有脉冲间隙。

[0015] 进一步地，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。

[0016] 上述技术方案中，在充电脉冲的间隙产生放电脉冲作用于电池模块，使得充电脉冲之间的间隙可以大幅缩短，同时有效提升对电池电芯的健康维护，从而可大幅提升电池使用安全性，延长电池模块的使用寿命。

[0017] 进一步地，所述实时状态包括实时电流、实时电压、实时温度；所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的实时电流、实时电压、实时温度确定预期过充子脉冲幅度、预期过充子脉冲宽度、预期放电脉冲宽度、预期放电脉冲幅度，基于所述预期过充子脉冲幅度、所述预期过充子脉冲宽度、所述预期放电脉冲幅度、所述预期放电脉冲宽度产生脉冲控制信号作用于所述能量管理模块；所述脉冲控制信号使得所述能量管理模块产生的充电脉冲，其过充子脉冲的幅度与所述预期过充子脉冲幅度一致、其过充子脉冲的宽度与所述预期过充子脉冲一致；所述脉冲控制信号使得所述能量管理模块产生的放电脉冲的幅度和宽度分别与所述预期放电脉冲幅度和所述预期放电脉冲宽度一致。

[0018] 进一步地，所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的实时状态确定电池的最大过充时间tc和最小弛豫时间tr，基于所述最大过充时间tc确定所述预期过充子脉冲幅度和所述预期过充子脉冲宽度，基于所述最小弛豫时间tr、所述过充子脉冲幅度、所述过充子脉冲宽度确定所述放电脉冲幅度和所述放电脉冲宽度。

[0019] 进一步地，所述全生命周期电池充电管理系统还包括：数据库，存储有过充电压/电流与温度、最大过充时间的关系，以及过充电压/电流与温度、最小弛豫时间的关系；所述计算控制模块，根据所述检测模块检测到的实时状态并检索所述数据库以确定所述电池的最大过充时间tc和最小弛豫时间tr。

[0020] 进一步地，所述数据库根据所述检测模块检测到的电池实时状态进行数据库更新。

[0021] 进一步地，所述能量管理模块包括智能升压降压电路，用于产生电源信号并经所述第一开关元件输出；所述脉冲控制信号包括开关控制部分和脉冲控制部分；所述脉冲控制部分作用于所述智能升压降压电路，所述智能升压降压电路根据所述脉冲控制部分调整其输出至所述第一开关元件的电源信号的幅度；所述开关控制部分作用于所述第一开关元件，控制所述第一开关元件的通断。

[0022] 进一步地，所述能量管理模块包括能量回收单元；所述能量回收单元用于回收所述电池模块的放电能量。

[0023] 作为优选，所述能量回收单元用于回收所述电池模块在所述充电脉冲的脉冲间隙的放电能量。

[0024] 作为优选，所述能量回收单元用于回收所述电池模块在所述放电脉冲期间的放电能量。

[0025] 进一步地，所述检测模块根据所述检测电池的实时状态输出保护控制信号，所述保护控制信号作用于所述第一开关元件，控制所述第一开关单元的通断。

[0026] 进一步地，所述电池为多电芯串联电池；所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的实时状态确定电池各电芯的最大过充时间和各电芯的最小弛豫时间，并且将各电芯的最大过充时间中的最小值作为电池的最大过充时间tc，将各电芯的最小弛豫时间中的最大值作为电池的最小弛豫时间tr。

[0027] 进一步地，所述能量管理模块还包括电芯平衡电路，所述电芯平衡电路与所述电池中的至少两个电芯串联组成的电芯组对应，所述电芯平衡电路用于均衡其对应的电芯组中的各电芯。均衡各电芯是指，通过调整电芯组中电芯的SoC来调整电芯的最小过充时间，从而使得两个电芯的最大过充时间更加接近，在这种情况下，电池模块充电脉冲的幅度及宽度可以最大化。

[0028] 进一步地，所述能量管理模块包括多个所述电芯平衡电路；所述能量管理模块还设有第二层能量管理电路 ，所述能量管理电路产生作用于各电芯平衡电路的第二层能量管理信号，用于控制平衡各电信平衡电路对应的电芯组。通过第二层能量管理电路，实现对整体电池模块的关联控制、平衡。

[0029] 进一步地，所述能量管理模块包括多个所述电芯平衡电路，各所述电芯平衡电路对应的多个电芯中至少包括一个共享电芯；所述共享电芯为属于两个不同的电芯平衡电路对应的电芯组的电芯。通过共享电芯实现两个不同电芯平衡电路的交叉，达到两个电芯平衡电路之间的平衡而不需要第二层能量管理电路。

[0030] 进一步地，所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的所述电池的各电芯的实时状态发送平衡控制信号至所述电芯平衡电路，所述电芯平衡电路根据所述平衡控制信号确定其对应的电芯组中的第一类型电芯并控制所述第一类型电芯放电。

[0031] 进一步地，所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的所述电池的各电芯的实时状态检索并检测数据库，以确定各电芯组中各电芯的最小弛豫时间，将电芯组中最小弛豫时间最长的电芯作为所述第一类型电芯。

[0032] 进一步地所述电芯平衡电路根据所述平衡控制信号确定其对应的电芯组中的第一类型电芯和第二类型电芯，并控制所述第一类型电芯为所述第二类型电芯充电。

[0033] 进一步地所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的所述电池的各电芯的实时状态检索并检测数据库，以确定各电芯组中各电芯的最小弛豫时间，将电芯组中最小弛豫时间最长的电芯作为所述第一类型电芯、电芯组中的其余电芯中的一个作为所述第二类型电芯。

[0034] 进一步地所述计算控制模块根据所述检测模块检测到的所述电池的各电芯的实时状态检索并检测数据库，以确定各电芯组中各电芯的最小弛豫时间，将最小弛豫时间最短的电芯作为第二类型电芯。

[0035] 进一步地所述电芯平衡电路包括平衡控制单元、智能升压降压单元、第一选通单元、第二选通单元；所述第一选通单元包括多个第三开关元件，所述第三开关元件与所述电芯平衡电路对应的电芯组中的电芯一一对应，用于电连接所述智能升压降压单元和其对应的电芯；所述第二选通单元包括多个第四开关元件，所述第四开关元件与所述电芯平衡电路对应的电芯组中的电芯一一对应，用于电连接所述智能升压降压电路和其对应的电芯；所述平衡控制单元根据所述电芯平衡信号确定所述第一类型电芯、所述第二类型电芯、以及智能升压降压电路工作参数，产生对应第一选通信号作用于所述第一选通单元、产生第二选通信号作用于所述第二选通单元、产生升降压信号作用于所述智能升压降压电路；所述第一选通信号使得所述第一选通单元中对应于所述第一类型电芯的第三开关元件导通，所述第二选通信号使得所述第二选通单元中对应于所述第二类型电芯的第四开关元件导通，所述升降压信号使得所述智能升压降压电路工作在所述智能升压降压电路工作参数对应的工作模式。

[0036] 一种全生命周期电池充电管理方法，其特征在于，包括步骤：

[0037] 检测电池的实时状态；

[0038] 根据检测到的电池的实时状态确定最大过充时间tc和最小弛豫时间tr；

[0039] 根据所述最大过充时间tc确定过充子脉冲幅度和过充子脉冲宽度；根据所述最小弛豫时间确定间隙宽度；根据所述最小弛豫时间tr、所述过充子脉冲幅度和所述过充子脉冲宽度确定放电脉冲幅度和放电脉冲宽度；

[0040] 根据所述过充子脉冲幅度、所述过充子脉冲宽度产生包括过充子脉冲的充电脉冲；

[0041] 在所述充电脉冲之后保持一具有所述间隙宽度的间隙；

[0042] 在所述充电脉冲的间隙，根据所述放电脉冲幅度和所述放电脉冲宽度产生放电脉冲。

[0043] 进一步地，该方法还包括：

[0044] 在所述充电脉冲的间隙期间产生放电脉冲；

[0045] 所述放电脉冲的幅度和宽度根据所述最小弛豫时间tr、所述过充子脉冲幅度和所述过充子脉冲宽度确定。

[0046] 上述技术方案中，在充电脉冲的间隙产生放电脉冲作用于电池模块，使得充电脉冲之间的间隙可以大幅缩短，同时有效提升对电池电芯的健康维护，从而可大幅提升电池使用安全性，延长电池模块的使用寿命。

[0047] 进一步地，还包括：在所述充电脉冲和所述放电脉冲的间隙对所述电池进行电芯平衡操作。电芯平衡操作通过调整电芯组中电芯的SoC来调整电芯的最大过充时间，从而使得两个电芯的最大过充时间更加接近，在这种情况下，电池模块充电脉冲的幅度及宽度可以最大化。

[0048] 进一步地，所述电芯平衡操作包括：根据检测对应电芯组中各电芯实时状态，将最小弛豫时间最长的电芯作为第一类型电芯，将最小弛豫时间最短的电芯作为第二类型电芯；根据所述第一类型电芯和所述第二类型电芯的实时状态确定电压调整幅度；将所述第一类型电芯和所述第二类型电芯通过智能升压降压电路导通，同时，控制所述智能升压降压电路根据所述电压调整幅度改变所述第一类型电芯两端的电压和所述第二类型电芯两端的电压，使得所述第一类型电芯的弛豫时间和所述第二类型电芯的最小弛豫时间更接近。

[0049] 本发明具有下述有益效果：

[0050] 1. 通过对电池状态的实时检测计算，产生随机电压/电流脉冲对电池充电，在保证电池健康运行下充电速度最快；

[0051] 2. 在充电脉冲的间隙产生放电脉冲作用于电池模块，使得充电脉冲之间的间隙可以大幅缩短，同时有效提升对电池电芯的健康维护，从而可大幅提升电池使用安全性，延长电池模块的使用寿命；

[0052] 3. 对电池模块的行为实行大数据跟踪，在此基础上实时改变电池模块充电方法及电池管理模式，使得不管在何种充电模式下，电芯的平衡管理均能达到优化状态；

[0053] 4. 充电脉冲的间隙进行电芯平衡操作通过调整电芯组中电芯的SoC来调整电芯的最大过充时间，从而使得两个电芯的最大过充时间更加接近，在这种情况下，电池模块充电脉冲的幅度及宽度可以最大化；

[0054] 5. 对电池模块充电间隙或放电脉冲期间的放电能量进行回收，以优化能源效率。

附图说明

[0055] 图1为现有被动式电池管理系统的结构示意图。

[0056] 图2为现有主动式电池管理系统的结构示意图。

[0057] 图3为第一充电时间tc1与过充电压的关系曲线图。

[0058] 图4为第二充电时间tc2与过充电流的关系曲线图。

[0059] 图5为本发明实施例的充电波形图一。

[0060] 图6为本发明实施例的充电波形图二。

[0061] 图7为本发明实施例一的系统示意图。

[0062] 图8为本发明实施例一的系统图。

[0063] 图9为本发明实施例中检测模块和能量管理模块部分的示意图。

[0064] 图10为图9中智能升压降压电路的电路图。

[0065] 图11为多电芯串联的电池模块示意图。

[0066] 图12为本发明实施例二的系统示意图。

[0067] 图13为本发明实施例二的系统图。

[0068] 图14为本发明实施例中检测模块和能量管理模块部分的示意图。

[0069] 图15为本发明实施例二中电芯平衡部分的示意图。

[0070] 图16为图15中电芯平衡电路的示意图。

[0071] 图17为图15中电芯平衡电路的连接示意图。

[0072] 图18为本发明实施例二中电芯平衡电路的平衡原理图。

[0073] 图19为本发明实施例三中的第二层能量管理电路的连接示意图。

[0074] 图20为本发明实施例四中的共享电芯的连接示意图。

具体实施方式

[0075] 这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。 除非另外定义，否则本文使用的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。 将进一步理解的是，常用术语应该被解释为具有与其在相关领域和本公开内容中的含义一致的含义。本公开将被认为是本发明的示例，并且不旨在将本发明限制到特定实施例。

[0076] 现有电池管理系统，无论主动式（如图2）还是被动式（如图1）电池管理系统，均采用干预方法来防止电芯过充。然而，在干预过程中，被动式电池管理系统虽然通过外接阻抗性负载来消耗单个电芯的过充电量，但阻抗性负载长期使用下过热易产生较多功耗，为此其平衡能力有限且不大；而主动式电池管理系统虽然能通过开关矩阵协调电芯之间的能量转换来防止电芯不过充，但是也存在功耗大，平衡能力有限且不大的问题。而这些问题，同时要求电池模块对电芯一致性要求高。每个电芯在内阻、自放电率、衰减率、极化等参数上都各有差异，即使在初期使用时，通过选择较好材料的电芯可尽可能满足电芯间的一致性，但随着使用时间，这些参数会发生变化。随着充电速度提高，充电电流变大，电芯之间的差异性会越来越大，电芯之间平衡越来越困难，甚至难以平衡，最后电芯将发生无限制的过充，电池老化、电池热失控等问题。

[0077] 为此，如何平衡好充电速度及电池的健康性能，使得充电和电池管理充分匹配优化，提高电池安全性，是充电系统亟待解决的问题。将电池管理和电池充电控制相结合，在电池全生命周期进行电池管理和充电适应性调控，使得电池充电和电池管理能够紧密关联；同时，利用全生命周期管理的理念，对电池的行为实行大数据跟踪，在此基础上实时改变电池充电方法和电池管理模式，使得不管在何种充电模式下，电芯的平衡管理均能达到优化状态，可以使电池模块运行的性价比大幅提升。

[0078] 电池电芯，无论是锂离子电池还是铅酸电池，均对充电电压、充电电流有一定的限制要求，且此种要求会随着环境温度、电池荷电状态(SoC)、电池老化状态(SoH)等变化而变。作为普适性描述，本发明引入临界时间组(tc1, tc2)来描述电芯的充电状态（见图3-图4）；

[0079] 第一充电时间tc1: 充电时电池处在过充电压，但尚未形成不可逆损坏的最长时间。tc1会随环境温度、充电电流、荷电状态(SoC)、电池健康状态(SoH)变化。第一充电时间tc1与充电过充电压（过充电压Vover ＝充电电压－正常充电电压）的定性关系在图3中进行描述。其中，第一充电时间tc1随环境温度、充电电流、荷电状态(SoC)、 电池健康状态(SoH)变化。图3示出了三条受温度影响的第一充电时间tc1-过充电压Vover的变化曲线。当温度升高，过充电压变小。每条曲线中，所述第一充电时间tc1与过充电压Vover呈反比关系。

[0080] 第二充电时间tc2: 充电时电池处在过充电流，但尚未形成不可逆损坏的最长时间。tc2随环境温度、充电电压、荷电状态(SoC)、电池健康状态(SoH)变化。第二充电时间tc2与充电过充电流（过充电流Iover = 充电电流 － 正常充电电流）的定性关系在图4中进行描述。其中，第二充电时间tc2随环境温度、充电电压、荷电状态(SoC)、 电池健康状态(SoH)变化。图4示出了三条受温度影响的第二充电时间tc2-过充电流Iover的变化曲线。当温度升高，过充电流变小。每条曲线中，所述第二充电时间tc2与过充电流Iover呈反比关系。

[0081] 过充电压Vover越大，电池处于内压高而没有开始失水的反应滞后时间会越短，也即第一充电时间tc1越短，趋势基本与图3一样。一般情况而言，随着Vover的增加，第一充电时间tc1会缩短，如果第一充电时间tc1太小，以至于系统来不及反应时，就会对电池产生破坏作用。我们定义此时的过充电压Vover为最高允许过充电压。对于锂电池而言，由于过充会导致暴燃，最高过充电压尽量压缩在安全范围内。由于第一充电时间tc1对电池状态和环境依赖的高度复杂性，精准的寻找第一充电时间tc1及产生脉冲具有一定的不确定性，所以在不影响充电速度情况下，所取第一充电时间tc1略为低些。

[0082] 综上所述，本发明提出的全周期电池生命管理方法，该方法包括：

[0083] 检测电池的实时状态；根据检测到的电池的实时状态确定最大过充时间tc和最小弛豫时间tr；根据所述最大过充时间tc确定过充子脉冲幅度和过充子脉冲宽度；根据所述最小弛豫时间确定间隙宽度；根据所述过充子脉冲幅度、所述过充子脉冲宽度产生包括过充子脉冲的充电脉冲；在所述充电脉冲之后保持一具有所述间隙宽度的间隙。

[0084] 例如，对电芯充电时，可利用第一充电时间tc1、第二充电时间tc2决定充电方式：若充电电流控制在安全范围内，且第二充电时间tc2不小于第一充电时间tc1时，对电芯进行不超过第一充电时间tc1的充电；若充电电压控制在安全范围内，且第一充电时间tc1不小于第二充电时间tc2时，对电芯进行不超过第二充电时间tc2的充电。

[0085] 利用环境调节的脉冲式充电为最自然的充电方式。例如，采用电压脉冲充电时，则充电脉冲包括充电电压和tc1。又例如，采用电流脉冲充电时，则充电脉冲包括充电电流和tc2。在充电完毕后，等待一段时间，进行下一次充电。以阀控式密封铅酸电池浮充失水为例，在过压充电第一充电时间tc1后电压恢复正常时，已存的氢气在正极复合需要一个时间。虽然电池内气压不再增加，但恢复到过充状态前还需要一段时间，这段时间即第一弛豫时间tr1。在有些情况下，第一弛豫时间tr1可以很长，这会导致两个充电脉冲相距交远，影响充电速度；如果脉冲间距太短，会导致每个脉冲后的氢气复合不彻底，每个脉冲都有积累，直至气压过高而失水。所以，如何优化第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1, 是在不影响充电速度下，电池健康运行的关键。而这段时间可以无限长，但考虑到充电效率，只要达到热动平衡即可进行下一次充电。为此，引入从过充状态恢复到正常状态所需时间（或称弛豫时间）：第一弛豫时间tr1，第二弛豫时间tr2，来说明本次充电结束后到下次充电开始前所需等待的时间。即，当对电芯进行不超过第一充电时间tc1的充电时，电芯在不低于第一弛豫时间tr1内从过充状态恢复到正常状态；当对电芯进行不超过第二充电时间tc2的充电时，电芯在不低于第二弛豫时间tr2内从过充状态恢复到正常状态。

[0086] 本发明还提供用于实施该方法的系统，其包括能量管理模块、检测模块、计算控制模块、第一开关元件。

[0087] 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，并通过第一开关元件输出；相邻充电脉冲之间具有由脉冲间隙。

[0088] 对应于(tc1、tc2),临界时间组 (tr1、tr2)用来描述电池从过充电态恢复至正常态的时间。如果脉冲宽度tcx（tcx < tc1、tc2）、脉冲间隙trx（trx> tr1、tr2) 给电池充电，则充电过程中对电池的损伤可忽略不计。然而，电池从过充状态回复到正常充电状态或非充电状态，弛豫时间tr1或tr2通常会比较长，不利于快速充电。

[0089] 如果电池从过充状态回复到正常态的过程中，辅之于放电脉冲，则电池可迅速恢复到正常态，充电脉冲引起的电池损伤可以迅速消除。图5和图6是充电脉冲中嵌入放电脉冲的充电波形图。trx = trx0+tcp+trx1是脉冲间隙，trx0是由过充电压回复到正常充电电压时间，tcp是嵌入放电脉冲时间，Vcp或Icp是放电电压或放电电流。trx0和trx1是为了在“充电－放电”反转时降低冲击，tcp的大小和Vcp或Icp的大小有关。所嵌入的放电脉冲的宽度和幅度（决定放电电量），取决于过充子电脉冲的幅度和宽度，原则是在(tr1-trx) 或（tr2-trx）内（即因嵌入的放电脉冲而节省的电池恢复时间内）如果以过充子脉冲充电，充电电量应远远大于电池在嵌入放电脉冲期间的放电量。 总之，电池电芯在脉冲充电后如果辅以短时间放电，因脉冲充电中对电池造成的损害可以加速消除，从而大幅缩短脉冲间隙。基于此，本发明提出的全生命周期电池充电管理系统，需要在充电的同时保证电芯可以放电。

[0090] 实施例一

[0091] 一种全生命周期电池充电管理系统，适用于单电芯或者多电芯并联的电池模块，用于对电池模块的进行全生命周期充电管理。

[0092] 如图7所示，本实施例的全生命周期电池充电管理系统包括能量管理模块3、检测模块1、计算控制模块4、第一开关元件2、电源6。

[0093] 检测模块1与电池模块7电连接，用于检测电池的实时状态；计算控制模块4根据检测模块1检测到的实时状态产生作用于能量管理模块3的脉冲控制信号，使得能量管理模块3产生包括过充子脉冲的充电脉冲，并通过第一开关元件2输出；相邻充电脉冲之间具有由脉冲间隙，能量管理模块3还在脉冲间隙产生放电脉冲并通过第一开关元件2输出。本实施例的充电管理系统产生充电波形如图5或图6所示，过充子脉冲的宽度为tcx、过充子脉冲的幅度为Vover、放电脉冲的宽度为tcp、放电脉冲的幅度为Vcp、脉冲间隙trx=trx0+trx1+tcp。
可以理解的是，充电脉冲中的过充子脉冲的占比越大，充电脉冲对电池充入的电量也越多，对电池的损伤也越大；过充子脉冲占比越小，充电脉冲对电池充入的电量相应减小，对电池的损伤也越小。因此，本实施例中充电脉冲可以仅仅只包括过充子脉冲，也可以除了过充子脉冲外还包括一部分正常子脉冲Vnormal或者Inormal。

[0094] 如图8所示检测模块用于实时检测电池模块，以获得电池的实时状态。具体地，实时状态包括实时电流、实时电压、实时温度等数据。计算控制模块根据检测模块检测到的实时电流、实时电压、实时温度确定预期过充子脉冲幅度Vover、预期过充子脉冲宽度tcx、预期放电脉冲宽度tcp、预期放电脉冲幅度Vcp。最大过充时间tc根据的电池的充电方式确定：若充电电流控制在安全范围内，且第二充电时间tc2不小于第一充电时间tc1时，对电芯进行不超过第一充电时间tc1的充电。此时，最大过充时间tc为tc1；若充电电压控制在安全范围内，且第一充电时间tc1不小于第二充电时间tc2时，对电芯进行不超过第二充电时间tc2的充电。此时，最大过充时间为tc2。最小弛豫时间tr为第一充电时间tc1或第二充电时间tc2对应的弛豫时间tr1（tc=tc1时）或tr2（tc=tc2时）。本实施例的全生命周期电池充电管理系统还包括数据库5，存储有过充电压/电流与温度、最大过充时间的关系，以及过充电压/电流与温度、最小弛豫时间的关系。例如，数据库5存储电池的最大过充时间tc和最小弛豫时间tr的变化信息。数据库5存储有（电池模块7中各）电池的历史数据，以及第一充电时间tc1、第二充电时间tc2，第一弛豫时间tr1，第二弛豫时间tr2随Vover、Iover、温度、SoC的变化信息，如第一充电时间tc1-过充电压Voer曲线，第一弛豫时间tr1-过充电压Vover曲线，第二充电时间tc2-过充电流Iover曲线，第二弛豫时间tr2-过充电流Iover曲线。所述数据库由局域和云端数据库组成。检测模块检测电池模块的实时状态并将检测到的实时状态存储到数据库5内。数据库根据所述检测模块检测到的电池实时状态进行数据库更新。计算控制模块4利用检测的电池参数（实时电流、实时电压、实时温度）和数据库数据进行计算，决定充电脉冲以及充电脉冲间隙的放电脉冲。基于决定的充电脉冲和放电脉冲可以确定预期过充子脉冲幅度Vover、预期过充子脉冲宽度tcx、预期放电脉冲宽度tcp、预期放电脉冲幅度Vcp。具体的，计算控制模块根据所述检测模块检测到的实时状态确定电池的最大过充时间tc和最小弛豫时间tr，基于所述最大过充时间tc确定所述预期过充子脉冲幅度和所述预期过充子脉冲宽度，基于所述最小弛豫时间tr、所述过充子脉冲幅度、所述过充子脉冲宽度确定所述放电脉冲幅度和所述放电脉冲宽度。例如，计算控制模块根据检测模块检测到的实时电流、实时电压、实时温度结合检索数据库获取电池当前温度下的tc1、tc2、tr1、tr2：若充电电流控制在安全范围内，且第二充电时间tc2不小于第一充电时间tc1时，对电芯进行不超过第一充电时间tc1的充电，则最大过充时间tc为tc1，最小弛豫时间tr为tr1；
进一步地，预期过充子脉冲幅度为在安全范围内随机产生的电流值，预期过充子脉冲宽度为不超过tc的时间长度。若充电电压控制在安全范围内，且第一充电时间tc1不小于第二充电时间tc2时，对电芯进行不超过第二充电时间tc2的充电，则最大过充时间tc为tc2，最小弛豫时间为tr2；进一步地，预期过充子脉冲幅度Iover为在安全范围内随机产生的电压值，预期过充子脉冲宽度为不超过tc的时间长度。而预期放电脉冲宽度的大小和预期放电脉冲幅度的大小有关。嵌入充电脉冲间隙之间的放电脉冲的宽度和幅度（它们决定放电电量），取决于充电脉充中过充子脉冲的宽度和幅度。原则是需要保证在（tr1-trx）或（tr2-trx）时间内，即因嵌入放电脉冲而节省的充电时间内，如果以脉冲对电池进行充电的充电电量要远远大于电池在嵌入放电脉冲期间的放电电量。可以理解的是，嵌入的放电脉冲期间的放电电量越大，因过充脉冲对电池造成的损害可以消除的更多，但是电池充入的电量相应的被减少，充电时间延长。因此，本实施例中的“远远大于”取5-10倍时，能够在充电时间和电池损伤的恢复之间获得一个较好的平衡。计算控制模块还基于预期过充子脉冲幅度、所述预期过充子脉冲宽度tcx、所述预期放电脉冲幅度、所述预期放电脉冲宽度tcp产生脉冲控制信号X（X0，x1，…，xn）作用于能量管理模。脉冲控制信号使得能量管理模块产生的充电脉冲，其过充子脉冲的幅度与所述预期过充子脉冲幅度一致、其过充子脉冲的宽度与所述预期过充子脉冲一致；所述脉冲控制信号使得所述能量管理模块产生的放电脉冲的幅度和宽度分别与所述预期放电脉冲幅度和所述预期放电脉冲宽度一致。

[0095] 如图9所示，能量管理模块3包括一智能升压降压电路，智能升压降压电路的输出端连接至第一开关元件2的一输入/出端，第一开关元件2的另一输入/出端连接至电池模块7，第一开关元件2的控制端连接至计算控制模块。智能升压降压电路基于电源6产生电源信号，并通过第一开关元件2输出至电源模块7。脉冲控制信号X包括开关控制部分X0和脉冲控制部分（x1，…xn）。脉冲控制部分（x1，…xn）作用于智能升压降压电路，智能升压降压电路根据脉冲控制部分（x1，…，xn）调整其输出至所述第一开关元件的电源信号的幅度。开关控制部分X0作用于第一开关元件2的控制端，用于控制第一开关元件的通断。通过智能升压降压电路和第一开关元件2的配合，控制经第一开关元件2输出的电源信号的幅度和宽度，而使得能量管理模块产生的放电脉冲的幅度和宽度分别与所述预期放电脉冲幅度和所述预期放电脉冲宽度一致。作为优选，检测模块还根据所检测到的电池的实时状态，在检测到异常时输出保护控制信号a0作用于第一开关元件2，使得第一开关元件2的断开，实现对电池模块的保护。例如，本实施例中保护控制信号a0和脉冲控制信号的开关控制部分X0均输入到一门器件，门器件的输出连接第一开关元件2的控制端。当保护控制信号a0有效时，门器件的输出使得第一开关元件2断开；当保护控制信号a0无效时，门器件的输出跟随脉冲控制信号的开关控制部分X0变化，此时，第一开关元件2的通断仅由X0控制。本实施例的第一开关元件
2可以采用功率开关来实现。本实施例的智能升压降压电路如图10所示，其包括直流电源
31、第二开关元件32、控制器33等。 控制器根据脉冲控制信号的脉冲控制部分（x1，…，xn）、以及反馈的负载电压V0控制第二开关元件32的通断来调整输出电压的幅度。作为优选，能量管理模块3还包括能量回收单元（图中未示出），能量回收单元可以采用现有技术中用于电池管理系统的能量回收单元来实现，用于回收电池模块的放电能量。例如，能量回收单元可以回收电池模块在放电脉冲期间的放电能量。

[0096] 实施例二

[0097] 一种全生命周期电池充电管理系统，适用于多电芯串联的电池模块，用于对电池模块的进行全生命周期充电管理。多电芯串联的电池模块如图11所示，在有多电芯串联的电池模块中，每个电芯i的过充电安全窗口（tc1i，tc2i）均不一样，整个电池模块的最大过充时间tc取各（tc1i，tc2i）中的最小值，最小弛豫时间tr也取各（tr1i，tr2i）中的最小值。因此，本实施例的管理系统中，能量管理模块除了包括智能升压降压电路以外，还包括电芯平衡电路。电芯平衡电路用于均衡电池模块中对应电芯组的电芯，电芯组中至少包括两个相互串联的电芯，电芯平衡电路即是对对应电芯组中的各电芯进行均衡。对于多电芯串联电池系统的智能脉冲充电，如图12，首先，根据各电芯的（tc1i, tc2i, tr1i, tr2i）（取其中最小值作为最大过充时间tc）确定预期过充子充电脉冲的幅度宽度，同时根据过充子脉冲的情况确定充电脉冲的间隙嵌入的放电脉冲幅度宽度，通过智能升压降压电路与第一开关元件的配合产生对电池模块的充电脉冲，在脉冲间隙通过电芯平衡电路对电池模块进行平衡。这里的“平衡”或者“均衡”是指：通过调整多个电芯的SoC来平衡它们的tc1和tc2参数更加接近。可以理解的是，前文已经讲到由于各电芯的参数（tc1i, tc2i, tr1i, tr2i）不同，我们只能以（tr1i, tr2i）最小的电芯（我们称之为强的电芯）为参考确定最小弛豫时间tr，这样显然会导致（tr1i, tr2i）大于tr的电芯（我们称之为弱的电芯）的还没有完全恢复，即还未完全消除上一步充电脉冲对其带来的损伤。电芯平衡电路，通过缩小各电芯参数之间的差距来解决该问题。具体地，电芯平衡电路在充电脉冲和放电脉冲的间隙执行电芯平衡操作，使得弱的电芯放电以修复损伤。作为优选，也可以使得最弱的电芯向最强的电芯放电，这样一者增强一者减弱，两者的参数接近的更快。

[0098] 如图12所示，本实施例的全生命周期电池充电管理系统与实施例一种所述的管理系统的不同之处还在于检测模块和能量管理模块均需要与电池模块中相互串联的各电芯连接，使得检测模块能够检测到电池模块中各电芯的实时状态，能量管理模块能对各电芯进行能量管理。参见图13，本实施例中的检测模块和能量管理模块可以集成在一起。通过端口b0，…，bn+1与电池模块连接。b0端既是信号端也是充电入口端，而b1，…，bn+1连接电池模块中位于相互串联的电池之间的中间接点。

[0099] 本实施例的计算控制模块还根据检测模块检测到的电池模块的各电芯的实时状态发送平衡控制信号至所述电芯平衡电路，使得电芯平衡电路能够根据平衡控制信号确定其对应的电芯组中的第一类型电芯并控制第一类型电芯放电。第一类型电芯即最弱的电芯，计算控制模块能够与采用与实施例一类似的方法基于电池模块中各电芯在各自当前温度下的tc1i、tc2 i、tr1 i、tr2 i。基于（tc1i, tc2i）最小的电芯确定电池模块的最大过充时间tc，从而计算预期过充子脉冲幅度和预期过充子脉冲宽度，基于（tr1i, tr2i）最小的电芯确定电池模块的最小弛豫时间tr。同时，将弛豫时间（tr1i, tr2i）最大的电芯确定为第一类型电芯。作为优选，还可以将弛豫时间（tr1i, tr2i）最小的电芯确定为第二类型电芯。计算控制模块基于这些信息可以产生脉冲控制信号X和平衡控制信号。脉冲控制信号和平衡控制信号可以相互独立，通过不同的通信线路或者通信端口传输，也可以将平衡控制信号集成到脉冲控制信号X中，通过同一通信线路或者通信端口传输。

[0100] 如图14所示，本实施例中计算控制模块产生的脉冲控制信号X（X0，Xb，Xc），包括开关控制部分X0、脉冲控制部分Xc、平衡控制部分Xb。其中，开关控制部分X0与检测模块产生的保护控制信号a0采用与实施例一相同的方式共同作用于第一开关元件2。脉冲控制部分Xc 类似于实施例一中脉冲控制信号的脉冲控制部分（x1，…，xn），其作用于能量管理模块以控制能量管理模块输出至第一开关元件2的电源信号的幅度。

[0101] 如图15、16、17，电芯平衡电路包括平衡控制单元、智能升压降压单元、第一选通单元、第二选通单元。其中，第一选通单元包括多个第三开关元件ka，第三开关元件ka与电芯平衡电路对应的电芯组中的电芯一一对应，用于电连接所述智能升压降压单元和其对应的电芯。第二选通单元包括多个第四开关元件kb，四开关元件同样与电芯平衡电路对应的电芯组中的电芯一一对应，用于电连接智能升压降压电路和其对应的电芯。平衡控制单元根据电芯平衡信号（即脉冲控制信号的平衡控制部分Xb）确定第一类型电芯、第二类型电芯、以及智能升压降压单元工作参数，产生对应第一选通信号Ka（ka1，…，kan）作用于第一选通单元（ka1，…，kan分别一一对应的作用于各第三开关元件的控制端）、产生第二选通信号Kb（kb1，…，kbn）作用于所述第二选通单元（kb1，…，kbn分别一一对应的作用于各第四开关元件的控制端）、产生升降压信号作用于智能升压降压电路。可以理解的是，第一选通信号Ka（ka1，…，kan）用于对第一选通单元中的众多第三开关单元进行择一的选择，第二选通信号Kb（kb1，…，kbn）用于对第二选通单元中的众多第四开关单元进行择一的选择。第一选通信号使得所述第一选通单元中对应于所述第一类型电芯的第三开关元件导通，所述第二选通信号使得所述第二选通单元中对应于所述第二类型电芯的第四开关元件导通，所述升降压信号使得所述智能升压降压单元工作在其指定的升压或降压模式下。参见图17，通过第一选通信号和第二选通信号使得每次左、右边各一个开关元件导通(如从yi点到yj点)，这样形成从yi点到yj点通过智能升压降压单元的通路（参见图18），形成两点之间的能量转换而改变两点的电压，从而改变第i个电芯两端的电压Vi,i-1及第j个电芯两端的电压Vj,j-1，从而调整第i及第j个电芯的SoC, 相应的(tc1i, tc2i) 、(tc1j, tc2j) 均有所调整，当tc1i 、tc1j或tc2i、tc2j相近时，则电池系统的充电脉冲中过充子脉冲的幅度及宽度可以最大化。

[0102] 作为优选，本实施例的能量管理模块也可以包括能量回收单元。该能量回收单元除了能够回收电池模块在放电脉冲期间的放电能量外，还可以回收电池模块在所述充电脉冲的脉冲间隙的放电能量。

[0103] 实施例三

[0104] 一种全生命周期电池充电管理系统，适用于有很多个电芯串联而成的高压电池模块。参见图19本实施例在实施例二的基础上，其能量管理模块包括有多个所述电芯平衡电路。能量管理模块还设有第二层能量管理电路。第二层能量管理电路采用与电芯平衡电路相同的网络架构：第二层能量管理电路能够将各电芯平衡电路作为一个整体进行通信和管理，将各电芯平衡电路对应的多个电芯作为一个“虚拟电芯”、获取各电芯平衡电路对应的多个电芯的参数的平均值作为该“虚拟电芯”的参数，第二层能量管理电路将代表多个电芯平衡电路的多个“虚拟电芯”中的两个导通，实现其中一个“虚拟电芯”对另一个“虚拟电芯”放点，来平衡各电芯平衡电路。能量管理电路产生作用于各电芯平衡电路的第二层能量管理信号，用于控制平衡各电信平衡电路对应的电芯组。例如，对于n*m个电芯串联组成的电池模块，可以将其中的串联电池分成m个模块，在此之上在增加一层第二层能量管理电路，即可实现对整体电池模块的关联控制平衡。

[0105] 实施例四

[0106] 一种全生命周期电池充电管理系统，适用于有很多个电芯串联而成的高压电池模块。参见图20本实施例在实施例二的基础上，能量管理模块包括多个电芯平衡电路，各电芯平衡电路对应的多个电芯中至少包括一个共享电芯，当然共享电芯也可以为多个，本实施例中仅采用一个即可。共享电芯为属于两个不同的电芯平衡电路对应的电芯组的电芯。本实施例通过共享电芯实现各电芯平衡电路之间的交叉，达到两个电芯组之间的关联平衡，这样，就可省略对各电芯平衡电路之间平衡的一层模块。

[0107] 实施例五

[0108] 一种全生命周期电池充电管理方法，适用于实施例一到四的全生命周期电池充电管理系统。该方法包括步骤：

[0109] S1.检测电池的实时状态，充电管理系统的检测模块实时检测电池模块中各电芯的实时状态，并将检测到的实时状态发送给数据库和计算控制模块。实时状态包括实时电流、实时电压、实时温度等数据。

[0110] S2.根据检测到的电池的实时状态确定最大过充时间tc和最小弛豫时间tr；根据所述最大过充时间tc确定过充子脉冲幅度和过充子脉冲宽度，根据所述最小弛豫时间tr、所述过充子脉冲幅度和所述过充子脉冲宽度确定放电脉冲幅度和放电脉冲宽度；根据所述过充子脉冲幅度、所述过充子脉冲宽度产生包括过充子秒冲的充电脉冲；在所述充电脉冲的间隙，根据所述放电脉冲幅度和所述放电脉冲宽度产生放电脉冲。

[0111] 该步骤中，由计算控制模块根据检测到的实时状态检索数据库，确定最大过充时间tc和最小弛豫时间tr，进一步地计算出过充子脉冲幅度、过充子脉冲宽度、放电脉冲幅度、放电脉冲宽度，并根据计算结果发送脉冲控制信号，脉冲控制信号的脉冲控制部分作用于能量管理模块、脉冲控制信号的开关控制部分作用与第一开关元件，从而产生充电脉冲和嵌入到充电脉冲间隙的放电脉冲。

[0112] 对于多电芯串联的电池模块，电池管理系统的能量管理模块还通过电芯平衡电路在所述充电脉冲和所述放电脉冲的间隙对所述电池进行电芯平衡操作。所述电芯平衡操作可以为控制串联的电芯组中的第一类型电芯放电，作为优选，所述电芯平衡操作可以为控制串联的电芯组中的第一类型电芯给第二类型电芯放电。

[0113] 第一类型电芯和第二类型电芯的确定可以由计算控制模块在充电脉冲和放电脉冲的间隙，根据检测模块检测到的最新的实时状态来确定：根据检测对应电芯组中各电芯实时状态，将最小弛豫时间最长的电芯作为第一类型电芯，将最小弛豫时间最短的电芯作为第二类型电芯。同时，计算控制模块还根据所述第一类型电芯和所述第二类型电芯的实时状态确定电压调整幅度。计算控制模块根据确定的第一类型电芯、第二类型电芯、电压调整幅度更新作用于电芯平衡电路的平衡控制信号。电芯平衡电路根据平衡控制信号将第一类型电芯和第二类型电芯通过智能升压降压电路导通，同时，控制所述智能升压降压电路根据所述电压调整幅度改变所述第一类型电芯两端的电压和所述第二类型电芯两端的电压，使得所述第一类型电芯的弛豫时间和所述第二类型电芯的最小弛豫时间更接近。