CN102496991B - 一种后备式锂离子电池组管理方法及其管理*** - Google Patents

Abstract

一种后备式锂离子电池组管理方法及其管理***，所述锂离子电池组管理方法包括：实时数据采样、运行状态识别和电量估算、智能充电管理和放电管理、自放电功耗管理、加热管理、告警以及安全保护。所述电池管理***包括：供电单元，数据采集单元，存储单元，中央处理单元MCU，状态指示单元，均衡单元，加热单元，开关单元和通信单元。本发明旨在将锂离子电池无缝地接入现有各种后备电源***中，按照各种后备电源的工况特点，使锂离子电池组在较长时间的储能备电期间始终保持充足的能量，并在备电输出时维持足够长的备电时间。

Description

一种后备式锂离子电池组管理方法及其管理***

技术领域

 本发明涉及锂电池管理方法及电池管理***，尤其涉及一种作为后备式电源应用的储能型锂离子电池组管理方法和使用该方法的电池管理***。

背景技术

作为后备能量供应器，在诸如UPS等各类供电电源领域使用电池组是公知的，尤其是铅酸电池组已极其广泛深入地应用在各行各业，而锂离子电池因为其输入输出功率大、工作温度范围宽、无记忆效应、免维护、长寿命以及真正的绿色环保等特点,已经成为替代镍镉、镍氢、铅酸等二次电池的主角。

在传统的带有后备电池组的供电电源***中，主要是针对铅酸电池组进行管理，其管理方法已相当成熟并近于标准化、模式化，其基本步骤如下：

实时监测电池组的电压、电流和温度；

正常备电待机时，电池组始终工作于浮充状态；

电池组后备放电时，当电压低于下电保护值切断放电；

电池组经深度放电后，为三段式充电管理模式：恒流均充、恒压限流充、浮充；

根据电池组温度，对均充电压、浮充电压进行修正补偿；

可以根据电池特点预置下电保护电压、均充电压、浮充电压、恒流点、限流点等管理参数。

应用上述铅酸电池组管理方法的电池管理***，通常不是集成在铅酸电池组中，而是作为主电源***监控电路中的一部分。由于锂离子电池与铅酸电池是两种完全不同的电化学体系，应用特性存在很大的差异，因此采用上述管理方法并不能够最优化使用锂离子电池，也就是说锂离子电池组作为后备式电池组应用，不适宜直接接入到使用铅酸电池管理模式的主电源***中。

针对锂离子电池组的应用管理，其与铅酸电池的最大不同在于，现有的锂离子电池技术还不足以支持其长期处于浮充状态，这主要是由于较长时间的过充电会导致锂离子电池的不可逆失效以及难以预料的安全隐患。因此，需要在电源供电回路中增加充电开关，以便在充电末期终止对电池组的充电。由此，也就使得对后备式锂离子电池组的充电管理要比铅酸电池复杂很多，一方面要求能够保证锂离子电池组的每一节单体电池全部充满电，另一方面要求在较长时间的储能备电期间能够及时补充电。

在各种诸如电动工具、电动自行车以及电动汽车等领域的锂离子电池应用中，通常都需要配置相应的电池管理***是公知的。不同领域的具体应用中，对锂离子电池组进行管理的方法也是不尽相同的，这取决于不同应用中电池组的具体使用工况。虽然，各种锂离子电池管理***所实现功能无外乎过充电保护、过放电保护、过电流保护、过温度保护以及短路保护等，进一步是电量估算、健康度判断以及单体均衡管理等，但这些管理功能的实现模式只有与电池组实际使用工况有机结合起来，才有可能真正发挥出锂离子电池的最佳性能。

在传统的带有后备电池组的供电电源***中，大量成熟地应用着针对铅酸电池组的使用工况，要将锂离子电池组无缝地替代进去，就必须将锂离子电池管理模式与已有的铅酸电池管理模式有机的融合，按照现有各种后备电源的工况特点，使锂离子电池组在较长时间的储能备电期间始终保持充足的能量，并在备电输出时维持足够长的备电时间。

发明内容

本发明的主要目的就是为了将锂离子电池组无缝地接入现有各种后备电源***中，将锂离子电池管理模式与已有的铅酸电池管理模式有机的融合，按照现有各种后备电源的工况特点，使锂离子电池组在较长时间的储能备电期间始终保持充足的能量，并在备电输出时维持足够长的备电时间。

为实现上述目的，本发明提出一种锂离子电池组管理方法以及使用该方法的电池管理***，用于对后备式锂离子电池组的工作状态进行管理。

本发明的技术方案是：

一种后备式锂离子电池组管理方法，该管理方法包括以下步骤：

（a）、实时采样电池组中串联单体电池的端电压、电池组总电压、充电/放电电流以及标示电池温度/环境温度；

（b）、通过实时采样值判断电池组运行状态并估算电池组电量；

（c）、通过实时采样值和电池组电量对电池组进行智能充电管理和放电管理；

（d）、根据电池组运行状态进行自放电功耗管理；

（e）、通过实时采样的标示电池温度值对电池组进行加热管理；

（f）、当某个采样值或电池组电量超过所设定的上限或下限告警阈值时，给出告警信号；

（g）、当某个采样值超过所设定的安全保护阈值时，给出保护告警信号，同时控制保护电路动作，对被管理电池组进行保护；其中，安全保护阈值的范围大于上下限告警阈值的范围。

本发明中，估算电池组电量的步骤包括：上电复位时设置初始电量为50%，充电/放电期间通过电流积分计算得电量实时值，待机期间按自放电修正设定周期定时减去自放电设定量，充电末期修正电量至100%，放电末期修正电量至0%。

本发明中，充电末期修正电量至100%为：当有单体电压采样值大于单体电压上限保护设定值，且电池组总电压大于满电量电压门限设定值时，修正电量至100%；或当充电电流采样值低于截止电流门限设定值，且电池组总电压大于满电量电压门限设定值时，修正电量至100%。

本发明中，放电末期修正电量至0%为：当有单体电压采样值低于单体电压下限保护设定值时或电池组总电压低于总电压下限保护设定值时，修正电量至0%。

本发明中，对电池组进行智能充电管理的步骤包括： 

当所有实时采样值不超出所设定的安全保护阈值，且当前电量低于补充电门限设定值时，允许对电池组进行充电；

当有单体电压采样值大于单体电压上限保护设定值时截止充电；或当充电电流采样值低于截止电流门限设定值，且电池组总电压大于满电量电压门限设定值时截止充电；或当有任一电压、电流、温度采样值超出所设定的安全保护阈值时截止充电；

充电截止时，如电量被置为100%，则只有当电量降低到补充电门限设定值以下后允许恢复充电；如电量未被置为100%，则在截止触发条件解除时恢复充电； 

充电过程中，当有单体电压采样值大于均衡电压门限设定值，且与最低单体电压采样值之间的差值大于均衡压差门限设定值时，通过控制旁路电路差分该单体的充电电流以达到均衡充电。

本发明中，通过对相关阈值、门限值或设定值的合理设置，可以使电池组在长时间备电待机期间及时补偿自放电所损失的能量，并且允许降低外接充电电压或提升满电量电压门限设定值使电池组在较长时间的安全浮充电压下实现所有串联单体电池的充电平衡。

本发明中，对电池组进行智能放电管理的步骤包括： 

当所有实时采样值不超出所设定的安全保护阈值，且当前电量大于0%时，允许电池组对外接负载放电；

当有单体电压采样值低于单体电压下限保护设定值时或电池组总电压低于总电压下限保护设定值时截止放电；或当有任一电压、电流、温度采样值超出所设定的安全保护阈值时截止放电；

放电截止时，如电量被置为0%，则只有经过充电或重新上电复位使电量大于0%后允许恢复放电；如电量未被置为0%，则在截止触发条件解除时恢复放电。

本发明的对电池组进行自放电功耗管理的步骤包括：

在无外接充电电压、且无外接放电负载的待机状态下，连续时间累计达到休眠等待设定时间时，管理电路自动进入最低功耗的休眠关机状态；

当电池组放电结束时电量降至0%，在欠电关机等待设定时间内如一直无外部充电电压接入时，管理电路自动进入最低功耗的休眠关机状态；

当管理电路自动进入休眠关机状态时，如电池组电量不低于补充电门限设定值，则将电池组电量修正为补充电门限设定值减1%所得值，以使电池组在较长时间休眠搁置后及时得到补充电；

在管理电路处于休眠关机状态，当有外部充电电压接入时瞬间激活管理电路并进入充电工作状态，直至充电截止后进入备电待机状态；

在有外部充电电压接入的工作状态下，管理电路不消耗电池组能量。

本发明中，对电池组进行加热管理的步骤包括：当有标示电池温度采样值小于启动加热门限温度,且有外接充电电压时,启动对电池组加热；当所有标示电池温度采样值大于停止加热门限温度一或任一标示电池温度采样值大于停止加热门限温度二时停止对电池组加热，停止加热门限温度二的设定值大于停止加热门限温度一的设定值；加热期间如外接充电电压掉电则停止加热。

一种后备式锂离子电池组管理***，所述的电池管理***包括：

供电单元，用于为所述电池管理***各部分单元电路提供工作电源，并识别是否有外接充电电压接入，在有外部充电电压接入时，供电能量取自于外接电源；在无外部充电电压接入时，供电能量取自于电池组自身；

数据采集单元，用于实时采样电池组中串联单体电池的端电压、电池组总电压、充电/放电电流以及标示电池温度/环境温度等电池组运行数据；

存储单元，用于在管理***掉电时存储电池管理预置参数，包括如权利要求1～5所述的各项阈值、门限值和设定值；

中央处理单元MCU，用于读取存储单元中的电池管理预置参数，检测供电单元的外部充电电压识别信号，接收数据采集单元传送过来的实时数据，进行电池组运行状态识别和电池组电量估算，并进一步进行电池组运行管理控制逻辑运算，输出信号至电池管理***的其它单元部分，实现电池组运行预警和安全保护，实现对电池组的智能充电管理和放电管理，实现自放电功耗管理、加热管理以及通信管理；

状态指示单元，用于指示电池组当前运行状态和电池组当前电量，所述电池组当前运行状态包括充电状态、放电状态、备电待机状态、空载待机状态、告警状态、保护状态以及休眠关机状态；

均衡单元，用于对每个串联单体电池的充电状态进行平衡，通过控制旁路电路差分单体电池的充电电流；

加热单元，用于对电池组进行加热管理；

开关单元，用于对电池组的充电回路和放电回路进行开关控制，开关单元的开关器件串联在电池组中；

通信单元，用于与其它智能设备之间进行数据通信，可接收上位机指令上传电池组实时运行数据和状态信息、下载更新电池管理预置参数以及遥控干预电池组的运行。

本发明中，中央处理单元进行电池组电量估算：上电复位时设置初始电量为50%，充电/放电期间通过电流积分计算得电量实时值，待机期间按自放电修正设定周期定时减去自放电设定量，充电末期修正电量至100%，放电末期修正电量至0%；

其中，所述的充电末期修正电量至100%为：当有单体电压采样值大于单体电压上限保护设定值，且电池组总电压大于满电量电压门限设定值时，修正电量至100%；或当充电电流采样值低于截止电流门限设定值，且电池组总电压大于满电量电压门限设定值时，修正电量至100%；

所述的放电末期修正电量至0%为：当有单体电压采样值低于单体电压下限保护设定值时或电池组总电压低于总电压下限保护设定值时，修正电量至0%。

本发明的管理***实现对电池组的智能充电管理包括以下步骤： 

当所有实时采样值不超出所设定的安全保护阈值，且当前电量低于补充电门限设定值时，允许对电池组进行充电，中央处理单元输出信号至开关单元，使充电回路闭合；

当有单体电压采样值大于单体电压上限保护设定值时截止充电；或当充电电流采样值低于截止电流门限设定值，且电池组总电压大于满电量电压门限设定值时截止充电；或当有任一电压、电流、温度采样值超出所设定的安全保护阈值时截止充电；截止充电时，中央处理单元输出信号至开关单元，使充电回路断开；

充电截止时，如电量被置为100%，则只有当电量降低到补充电门限设定值以下后允许恢复充电；如电量未被置为100%，则在截止触发条件解除时恢复充电；恢复充电时，中央处理单元输出信号至开关单元，使充电回路闭合；

充电过程中，当有单体电压采样值大于均衡电压门限设定值，且与最低单体电压采样值之间的差值大于均衡压差门限设定值时，中央处理单元输出信号至均衡单元，通过控制该单元的旁路电路差分相应单体的充电电流以达到均衡充电。

本发明通过对相关阈值、门限值或设定值的合理设置，可以使电池组在长时间备电待机期间及时补偿自放电所损失的能量，并且允许降低外接充电电压或提升满电量电压门限设定值使电池组在较长时间的安全浮充电压下实现所有串联单体电池的充电平衡。

本发明的管理***实现对电池组的智能放电管理包括以下步骤： 

当所有实时采样值不超出所设定的安全保护阈值，且当前电量大于0%时，允许电池组对外接负载放电，中央处理单元输出信号至开关单元，使放电回路闭合；

当有单体电压采样值低于单体电压下限保护设定值时或电池组总电压低于总电压下限保护设定值时截止放电；或当有任一电压、电流、温度采样值超出所设定的安全保护阈值时截止放电；截止放电时，中央处理单元输出信号至开关单元，使放电回路断开；

放电截止时，如电量被置为0%，则只有经过充电或重新上电复位使电量大于0%后允许恢复放电；如电量未被置为0%，则在截止触发条件解除时恢复放电。恢复放电时，中央处理单元输出信号至开关单元，使放电回路闭合。

本发明的管理***实现自放电功耗管理包括以下步骤：

在无外接充电电压、且无外接放电负载的待机状态下，连续时间累计达到休眠等待设定时间时，中央处理单元控制管理***各单元电路进入最低功耗的休眠关机状态；

当电池组放电结束时电量降至0%，在欠电关机等待设定时间内如一直无外部充电电压接入时，中央处理单元控制管理***各单元电路进入最低功耗的休眠关机状态；

在管理***电路进入休眠关机状态时，如电池组电量不低于补充电门限设定值，则将电池组电量修正为补充电门限设定值减1%所得值，以保证电池组在较长时间休眠搁置后及时得到补充电；并且，

中央处理单元控制关断由供电单元分配给其它各单元电路的工作电源以及关断电池组的充电和放电回路，同时中央处理单元进入最低功耗的休眠工作模式；

在休眠关机状态，当供电单元识别到有外部充电电压接入时，立即触发唤醒中央处理单元，从而激活管理***各单元电路，并进入充电工作状态，直至充电截止后进入备电待机状态。

在有外部充电电压接入的工作状态下，管理***电路不消耗电池组能量。

本发明的管理***实现加热管理包括以下步骤：当有标示电池温度采样值小于启动加热门限温度,且有外接充电电压时,中央处理单元输出信号至加热单元，接通加热部件对电池组加热；当所有标示电池温度采样值大于停止加热门限温度一或任一标示电池温度采样值大于停止加热门限温度二时，中央处理单元输出信号至加热单元，断开加热部件停止对电池组加热。停止加热门限温度二的设定值大于停止加热门限温度一的设定值；加热单元中的加热部件由外接充电电压供电，如外接充电电压掉电则加热停止。

本发明的有益效果：

本发明旨在将锂离子电池无缝地接入现有各种后备电源***中，按照各种后备电源的工况特点，使锂离子电池组在较长时间的储能备电期间始终保持充足的能量，并在备电输出时维持足够长的备电时间。

附图说明

图1表示一种锂离子后备电源***典型应用示意图；

图2表示本发明的一个实施例电池管理***构成示意图；

图3表示本发明的一个实施例的电池管理主流程图；

图4表示本发明的一个实施例的充电管理流程图；

图5表示本发明的一个实施例的放电管理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图1示意性示出一种采用锂离子电池组作为后备的-48V直流供电电源***。该电源***包括电池管理***1，电池组2，整流模块3，负载4，放电开关10，充电开关11，和电流传感器12。

电池组2包含多个串联在一起的单体电池，以及电压测量信号线和温度测量传感器。放电开关10、充电开关11以及电流传感器12串联在电池组模块的电流回路中。

电池组2中的电压测量信号线和温度测量传感器以及电流传感器12的将反映电池组运行状态的原始实时数据信号传送到电池管理***1，电池管理***1进一步处理分析后，输出控制信号至放电开关10和充电开关11，对电池组2进行充电/放电操作。

在有交流市电输入时，交流市电经过AC/DC整流模块3处理后，输出-48VDC（标称值）,提供负载4所需要的功率，同时在电池组2欠压时给电池组2充电；在交流市电断电的情况下，则由电池组2备电输出提供电能给负载4，以维持其继续运行。当电池组2低于下电电压设定值时，电池管理***1则控制放电开关10终止电池组2的放电。

在图1所示意电源***的构成中，与传统使用铅酸电池组的最大不同是，锂离子电池组需要在回路中增加充电开关11，铅酸电池组在充满电后继续挂接在-48VDC（标称值）母线上，通常是长期处于浮充状态，而在图1中电池组2则在充满电后，电池管理***1控制关断充电开关11，如果电池管理***1不能有效地估算电量和采取有效的充电策略，电池组2则可能在长期脱离母线的情况下亏电，从而不能保证足够的备电输出时间。

图2示意性示出本发明的一个实施例电池管理***构成，包括供电单元201，数据采集单元202，存储单元203，中央处理单元(MCU)204，状态指示单元205，均衡单元206，加热单元207，开关单元208和通信单元209。

供电单元201，将较高电压（典型如48V）进行降压，为电池管理***各部分单元电路提供工作电源。在有外部充电电压接入时，电池管理***取电于外接电源；在无外部充电电压接入时，电池管理***取电于电池组自身。供电单元201设置有外部充电电压接入检测电路，以便于中央处理单元(MCU)204进行状态识别。

数据采集单元202，用于实时采样电池组中串联单体电池的端电压、电池组总电压、充电/放电电流以及标示电池温度/环境温度等电池组运行参数。电压和温度参数的传感元件和信号线均可集成在电池组中，电流传感元件则可以独立安装于充放电主回路；数据采集单元202的核心电路元件可选用专用电池管理芯片如LTC6802，根据电池组单体串联数量可以采用多级芯片级联。

存储单元203，用于在管理***掉电时存储电池管理预置参数，这些参数包括各项阈值、门限值和设定值；存储单元203可使用电可擦除可编程只读存储器（EEPROM),在中央处理单元204所采用的微控制器(MCU)中一般都集成有EEPROM。

中央处理单元(MCU)204，可以使用通用型微控制器，如ATMEL公司的AVR系列单片机，是电池管理***的核心元件，通过固化在其中的智能软件达到如下功能：读取存储单元203中的电池管理预置参数，检测供电单元201的外部充电电压识别信号，接收数据采集单元202传送过来的实时数据，进行电池组运行状态识别和电池组电量估算，并进一步进行电池组运行管理控制逻辑运算，输出信号至电池管理***的其它单元部分，实现电池组运行预警和安全保护，实现对电池组的智能充电管理和放电管理，实现自放电功耗管理、加热管理以及通信管理等。关键管理功能的实现结合图3、图4和图5作进一步的描述。

状态指示单元205，用于指示电池组当前运行状态和电池组当前电量（0%-100%），可以使用经济实用的LED灯组合指示并辅以蜂鸣器声音提示。状态指示单元205接收中央处理单元204的控制信号，可指示出的所述电池组当前运行状态包括充电状态、放电状态、备电待机状态、空载待机状态、告警状态、保护状态以及休眠关机状态。

均衡单元206，为每个串联单体电池提供旁路电路，正常情况下为断路状态，不消耗单体电池能量。在充电状态，当中央处理单元204判断到有单体电池需要均衡，则输出信号至均衡单元206，接通相应的旁路电路差分该单体电池的充电电流；出于经济性原因，这种差分电流值一般难有较大设置（如200mA），因此要求较长均衡时间。在本示例性实施例中，通过合理设置截止电流门限值以及降低外接充电电压或提升满电量电压门限设定值，可以使电池组在安全浮充电压下，维持较长时间的小电流充电过程，从而使整个电池组的充电达到理想的均衡效果。

加热单元207，用于对电池组进行加热管理，以弥补锂离子电池的低温放电性能；加热单元中的加热部件由外接充电电压供电，如无外接充电电压，则不允许启动加热。加热控制信号由中央处理单元204根据温度采样值来判断给出。

开关单元208，用于对电池组的充电回路和放电回路进行开关控制，开关单元的开关器件串联在电池组中；开关器件的选用和电路设计最关键是必须保证电池组能够在市电掉电或外部供电电压掉电时，无延时、无扰动切换到备电输出状态，可以使用大功率MOS管来实现，多个大功率MOS管并联应用可以允许100A以上电流长时间通过。

通信单元209，用于与其它智能设备之间进行数据通信，可接收上位机指令上传电池组实时运行数据和状态信息、下载更新电池管理预置参数以及遥控干预电池组的运行。通信单元209常用的标准通信接口包括RS232/RS485、CAN、TCP/IP等。

图3示意性示出本发明的一个实施例的电池管理主流程。

步骤S301,是所述电池管理***在上电之初或被复位时发生。之所以示意步骤S301，是为与步骤S316予以区别，所述电池管理***在休眠关机后，当接入外部电压即步骤S316将被重新激活，所述电池管理主流程跳过步骤S302，而从步骤S303开始执行。这是因为，图2示意性所述电池管理***在休眠关机时，其所述供电单元201仍然为所述中央处理单元204提供最低功耗电能，电池组的运行参数和状态信息仍保存在所述中央处理单元204的RAM中，不需要重新初始化。

在步骤S302，所述电池管理***被复位初始化，其主要作用：一是正确配置所述中央处理单元204的IO口和程序运行标志，二是将保存于所述存储单元203中的各项管理预置参数读取到所述中央处理单元204的程序内存中。

在步骤S303，启动所述数据采集单元202实时采样电池组的电压、电流以及温度等运行数据，采样结果为所述中央处理单元204所读取。

在步骤S304，所述中央处理单元204根据步骤S303获得的电流值按预定的时间片积分计算电量值，并且当判断到满足所述管理预置参数中的自放电修正设定周期时减去所述管理预置参数中的自放电设定量。

在步骤S305，所述中央处理单元204根据步骤S303获得的电流值判断电池组当前运行状态：当所述电流值大于0，则为充电状态；当所述电流值小于0，则为放电状态；如等于0则为待机状态。在此补充一点，由于公知的检测误差问题，所述电流值为0是相对的，实质上是在一个较小的波动值范围内均被默认为0值。

当在待机状态，所述中央处理单元204则进一步检测所述供电单元201的外部充电电压接入识别信号，如有外部充电电压接入则判断为备电待机状态，否则判断为空载待机状态。

在步骤S305，当所述中央处理单元204判断电池组运行于非空载待机状态，则所述中央处理单元204将步骤S311中所述休眠等待计时和欠电关机等待计时清零。

在步骤S305，所述中央处理单元204进一步根据步骤S303获得的所有采样数据以及步骤S304的电量计算值，与所述管理预置参数中对应的上限或下限告警阈值进行比较，

并将比较结果赋值给告警码。如果所有数据均正常，则告警码值为0。

在步骤S306，所述中央处理单元204根据步骤S305所确定的电池组当前运行状态、电量值、告警信息码，以及禁充保护标志和禁放保护标志，输出相应信号至所述状态指示单元205，通过光或声音使用户直观地判断出电池组当前运行情况。

在步骤S307，所述中央处理单元204根据步骤S303获得的电池温度值以及所述供电单元201的外部充电电压接入识别信号，判断是否对电池组进行加热或撤销加热。当有电池温度值小于所述管理预置参数中的启动加热门限温度,且有外接充电电压时, 所述中央处理单元204输出信号至所述加热单元207，接通加热；当所有电池温度值大于所述管理预置参数中的停止加热门限温度1或任一电池温度值大于所述管理预置参数中的停止加热门限温度2时，或者外接充电电压掉电时，所述中央处理单元204输出信号至所述加热单元207，断开加热。所述管理预置参数中的停止加热门限温度2的设定值大于停止加热门限温度1的设定值。

步骤S308～步骤S310，为所述中央处理单元204根据步骤S305所确定的四种运行状态控制主流程的下一步跳转方向：当为充电运行状态，则跳转到步骤S313，将结合图4再作详细描述；当为放电运行状态，则跳转到步骤S314，将结合图5再作详细描述；当为备电待机运行状态，则跳转到步骤S315；当为空载待机运行状态，则跳转到步骤S311。

在步骤S311，为空载待机运行状态，所述中央处理单元204进行休眠等待时间连续计时，当若干次主流程循环后，如该计时值未被步骤S305清零，且达到所述管理预置参数中的休眠等待设定时间时，也就是说，在所述休眠等待设定时间内，电池组始终保持空载待机运行状态，于是所述中央处理单元204控制管理***各单元电路进入最低功耗的休眠关机状态，即步骤S312；

或者是当电池组放电结束时电量降至0%时进入空载待机运行状态，在步骤S311，所述中央处理单元204进行欠电关机等待时间连续计时，当若干次主流程循环后，如该计时值未被步骤S305清零，且达到所述管理预置参数中的欠电关机等待设定时间时，也就是说，在所述欠电关机等待设定时间内，电池组始终保持空载待机运行状态，于是所述中央处理单元204控制管理***各单元电路进入最低功耗的休眠关机状态，即步骤S312。

所述管理预置参数中的休眠等待设定时间大于所述管理预置参数中的欠电关机等待设定时间。

在步骤S312，当所述电池管理***电路进入休眠关机状态时，如电池组电量不低于所述管理预置参数中的补充电门限设定值，则将电池组电量修正为该补充电门限设定值减1%所得值，这样可保证电池组在较长时间休眠搁置后及时得到补充电；并且，

所述中央处理单元204输出信号至所述供电单元201，控制关断分配给其它各单元电路的工作电源，所述开关单元208也自然关断充电和放电开关，同时所述中央处理单元204进入最低功耗的休眠工作模式；

在步骤S311，当所述中央处理单元204判断未到休眠关机条件，则跳转到步骤S315。

在步骤S315，所述中央处理单元204进一步根据步骤S303获得的所有采样数据以及步骤S304的电量计算值，与所述管理预置参数中对应的安全保护阈值进行比较，并将比较结果赋值给相应的禁充标志码和禁放标志码。当禁充标志码或禁放标志码不为零时，所述中央处理单元204输出信号至所述开关单元208，控制相应的充电开关或放电开关断开；当禁充标志码或禁放标志码为零时，所述中央处理单元204输出信号至所述开关单元208，控制相应的充电开关或放电开关闭合。

在休眠关机状态，当所述供电单元201识别到有外部充电电压接入时，即步骤S316,立即触发唤醒所述中央处理单元204，从而激活管理***各单元电路，正常情况下在图3所示主流程完成一次循环后就可进入充电工作状态，直至充电截止后进入备电待机状态。

在图3所示意步骤S313，为对电池组进行充电管理，下面结合图4进一步描述。

在步骤S401,所述中央处理单元204根据图3所示意步骤S303获得的单体电压值、总电压值和充电电流值，判断是否满足电量充满截止条件：有单体电压值大于所述管理预置参数中的单体电压上限保护设定值，且电池组总电压大于所述管理预置参数中的满电量电压门限设定值时；或充电电流值低于所述管理预置参数中的截止电流门限设定值，且电池组总电压大于所述管理预置参数中的满电量电压门限设定值时。

当步骤S401确定有达到电量充满截止条件，则在步骤S402，所述中央处理单元204直接将当前电量值置为100%，并在步骤S404置值给禁充保护标志。

在步骤S403，所述中央处理单元204根据图3所示意步骤S303获得的所有采样值，与所述管理预置参数中对应的安全保护阈值进行比较，当有超出所设定的充电安全保护阈值时，在步骤S404置值给禁充保护标志。

在步骤S405，所述中央处理单元204输出信号至所述开关单元208，使充电回路断开。

针对步骤S401和步骤S403的两种截止充电的触发条件，相应禁充保护标志的解除条件也不同，前者在步骤S314和步骤S315，当电量降低到所述管理预置参数中的补充电门限设定值以下后解除禁充；后者在步骤S315，当步骤S303获得的相应采样值满足所述管理预置参数中对应的安全保护释放设定值条件时解除禁充；

经步骤S401和步骤S403，允许电池组继续充电，在步骤S406，所述中央处理单元204根据步骤S303获得的所有单体电压，当有单体电压大于所述管理预置参数中的均衡电压门限设定值，且与最低单体电压之间的差值大于所述管理预置参数中的均衡压差门限设定值时，所述中央处理单元204输出信号至均衡单元206，控制该单元的旁路电路差分相应单体电池的充电电流以达到均衡充电。

在图3所示意步骤S314，为对电池组进行放电管理，下面结合图5进一步描述。

在步骤S501,所述中央处理单元204根据图3所示意步骤S303获得的单体电压值和 总电压值，判断是否满足放电欠压截止条件：有单体电压低于所述管理预置参数中的单体电压下限保护设定值时；或电池组总电压低于所述管理预置参数中的总电压下限保护设定值时。

当步骤S501确定有达到放电欠压截止条件，则在步骤S502，所述中央处理单元204直接将当前电量值置为0%，并在步骤S504置值给禁放保护标志。

在步骤S503，所述中央处理单元204根据图3所示意步骤S303获得的所有采样值，与所述管理预置参数中对应的安全保护阈值进行比较，当有超出所设定的放电安全保护阈值时，在步骤S504置值给禁放保护标志。

在步骤S505，所述中央处理单元204输出信号至所述开关单元208，使放电回路断开。

针对步骤S501和步骤S503的两种截止放电的触发条件，相应禁放保护标志的解除条件也不同，前者只有在转换为充电状态后解除禁放；后者则在步骤S315，当步骤S303获得的相应采样值满足所述管理预置参数中对应的安全保护释放设定值条件时解除禁放。

虽然本发明已经结合示例性实施例进行了描述，但应理解的是，本发明并不局限于所公开的实施例，与此相反，本发明旨在涵盖包含于所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同设置。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种后备式锂离子电池组管理方法，其特征在于该管理方法包括以下步骤：

（a）、实时采样电池组中串联单体电池的端电压、电池组总电压、充电/放电电流以及标示电池温度/环境温度；

（b）、通过实时采样值判断电池组运行状态并估算电池组电量；

（c）、通过实时采样值和电池组电量对电池组进行智能充电管理和放电管理；

（d）、根据电池组运行状态进行自放电功耗管理；

（e）、通过实时采样的标示电池温度值对电池组进行加热管理；

（f）、当某个采样值或电池组电量超过所设定的上限或下限告警阈值时，给出告警信号；

（g）、当某个采样值超过所设定的安全保护阈值时，给出保护告警信号，同时控制保护电路动作，对被管理电池组进行保护；其中，安全保护阈值的范围大于上下限告警阈值的范围；

其中，对电池组进行自放电功耗管理的步骤包括：

在无外接充电电压、且无外接放电负载的待机状态下，连续时间累计达到休眠等待设定时间时，管理电路自动进入最低功耗的休眠关机状态；

当电池组放电结束时电量降至0%，在欠电关机等待设定时间内如一直无外部充电电压接入时，管理电路自动进入最低功耗的休眠关机状态；

当管理电路自动进入休眠关机状态时，如电池组电量不低于补充电门限设定值，则将电池组电量修正为补充电门限设定值减1%所得值，以使电池组在较长时间休眠搁置后及时得到补充电；

在管理电路处于休眠关机状态，当有外部充电电压接入时瞬间激活管理电路并进入充电工作状态，直至充电截止后进入备电待机状态；

在有外部充电电压接入的工作状态下，管理电路不消耗电池组能量。

2.根椐权利要求1所述的后备式锂离子电池组管理方法，其特征在于所述的对电池组进行加热管理的步骤包括：当有标示电池温度采样值小于启动加热门限温度,且有外接充电电压时,启动对电池组加热；当所有标示电池温度采样值大于停止加热门限温度一或任一标示电池温度采样值大于停止加热门限温度二时停止对电池组加热，停止加热门限温度二的设定值大于停止加热门限温度一的设定值；加热期间如外接充电电压掉电则停止加热。

3.一种后备式锂离子电池组管理装置，其特征在于所述的电池组管理装置包括：

供电单元，用于为所述电池组管理装置各部分单元电路提供工作电源，并识别是否有外接充电电压接入，在有外部充电电压接入时，供电能量取自于外接电源；在无外部充电电压接入时，供电能量取自于电池组自身；

数据采集单元，用于实时采样电池组中串联单体电池的端电压、电池组总电压、充电/放电电流以及标示电池温度/环境温度的电池组运行数据；

存储单元，用于在管理装置掉电时存储电池管理预置参数，包括如权利要求1～2所述的各项阈值、门限温度值和设定值；

中央处理单元，用于读取存储单元中的电池管理预置参数，检测供电单元的外部充电电压识别信号，接收数据采集单元传送过来的实时数据，进行电池组运行状态识别和电池组电量估算，并进一步进行电池组运行管理控制逻辑运算，输出信号至电池组管理装置的其它单元部分，实现电池组运行预警和安全保护，实现对电池组的智能充电管理和放电管理，实现自放电功耗管理、加热管理以及通信管理；

状态指示单元，用于指示电池组当前运行状态和电池组当前电量，所述电池组当前运行状态包括充电状态、放电状态、备电待机状态、空载待机状态、告警状态、保护状态以及休眠关机状态；

均衡单元，用于对每个串联单体电池的充电状态进行平衡，通过控制旁路电路差分单体电池的充电电流；

加热单元，用于对电池组进行加热管理；

开关单元，用于对电池组的充电回路和放电回路进行开关控制，开关单元的开关器件串联在电池组中；

通信单元，用于与其它智能设备之间进行数据通信，可接收上位机指令上传电池组实时运行数据和状态信息、下载更新电池管理预置参数以及遥控干预电池组的运行；

该管理装置实现自放电功耗管理包括以下步骤：

在无外接充电电压、且无外接放电负载的待机状态下，连续时间累计达到休眠等待设定时间时，中央处理单元控制管理装置各部分单元电路进入最低功耗的休眠关机状态；

当电池组放电结束时电量降至0%，在欠电关机等待设定时间内如一直无外部充电电压接入时，中央处理单元控制管理装置各部分单元电路进入最低功耗的休眠关机状态；

在管理装置电路进入休眠关机状态时，如电池组电量不低于补充电门限设定值，则将电池组电量修正为补充电门限设定值减1%所得值，以保证电池组在较长时间休眠搁置后及时得到补充电；

并且，中央处理单元控制关断由供电单元分配给其它各部分单元电路的工作电源以及关断电池组的充电和放电回路，同时中央处理单元进入最低功耗的休眠工作模式；

在休眠关机状态，当供电单元识别到有外部充电电压接入时，立即触发唤醒中央处理单元，从而激活管理装置各部分单元电路，并进入充电工作状态，直至充电截止后进入备电待机状态；

在有外部充电电压接入的工作状态下，管理装置电路不消耗电池组能量。

4.根椐权利要求3所述的后备式锂离子电池组管理装置，其特征在于该管理装置实现加热管理包括以下步骤：当有标示电池温度采样值小于启动加热门限温度,且有外接充电电压时,中央处理单元输出信号至加热单元，接通加热部件对电池组加热；当所有标示电池温度采样值大于停止加热门限温度一或任一标示电池温度采样值大于停止加热门限温度二时，中央处理单元输出信号至加热单元，断开加热部件停止对电池组加热；停止加热门限温度二的设定值大于停止加热门限温度一的设定值；加热单元中的加热部件由外接充电电压供电，如外接充电电压掉电则加热停止。

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