一种充放电系统的制作方法

本发明属于锂电池技术领域，尤其涉及一种充放电系统。

背景技术：

目前电动汽车大都采用锂电池作为动力电池，为驱动电机提供所需电能，虽然锂电池具有能量密度高、续航里程长等优点，但平均使用寿命较短这一缺点，仍然是限制锂电池进一步发展的瓶颈。

电池内部的极化反应是影响锂电池使用寿命的主要因素之一，而长时间让锂电池进行持续的、单一方向的大规模充放电，比如目前普遍采用的大电流快速充电，很容易导致电池的石墨负极表面发生析锂现象，加速电池内部的极化反应，造成电池使用寿命的快速降低。

研究表明，在锂电池经过长时间单一方向的充放电后，即使是短时间改变锂电池的工作状态，也可以极大的削弱锂电池内部的极化反应。比如，在车辆正常行驶，锂电池持续放电一段时间后，给锂电池加上一个反向充电的过程，或者，在锂电池持续充电一段时间后，给锂电池加上一个反向放电的过程，在理论上可以完全阻止析锂现象发生并能够有效的消耗石墨负极已经析出的金属锂，进而弱化电池内部极化反应。

然而，由于目前绝大部分电动汽车不具备自行弱化极化反应的功能，驾驶员需要定期到指定的维修点，或者，利用单独购置的外部处理装置才能进行弱化极化反应的处理，往往难以保证处理过程的时效性。因此，如何在不依赖外部处理装置的情况下自动完成弱化锂电池内部极化反应的处理，保证处理过程的时效性，提高电池使用寿命，成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种充放电系统，通过与锂电池相连的充放电电路对锂电池进行充放电操作，不需依靠外部装置即可实现弱化锂电池内部极化反应的处理，进而保证处理过程的时效性，提高电池使用寿命，具体方案如下：

本发明提供一种充放电系统，包括：

锂电池、充放电电路及控制器，其中，

所述充放电电路的正极与所述锂电池的正极相连，所述充放电电路的负极与所述锂电池的负极相连；

所述控制器与所述锂电池相连，所述控制器用于监测所述锂电池的极化情况，并在所述锂电池的极化情况达到预设判定条件时生成充放电控制信号；

所述充放电电路的控制端与所述控制器相连，所述充放电电路用于根据所述充放电控制信号执行充放电操作，其中，所述充放电操作包括：对所述锂电池充电和使所述锂电池放电。

可选的，所述充放电电路包括脉冲充放电电路，其中，

所述脉冲充放电电路用于根据所述充放电控制信号，按照预设周期执行充放电操作，其中，所述充放电操作包括：执行第一时长的充电操作，间隔第二时长后，执行第三时长的放电操作。

可选的，所述脉冲充放电电路，包括：n个充放电支路和(n-1)个串联开关模块，n≥2，其中，

所述充放电支路包括串联连接的储能电容和并联开关模块；

第i个所述串联开关模块的一端与第i条所述充放电支路中储能电容的负极相连，另一端与第(i+1)条所述充放电支路中储能电容的正极相连，其中，i∈[1，n-1]；

各所述串联开关模块闭合且各所述并联开关模块断开时，各所述储能电容串联；

各所述串联开关模块断开且各所述并联开关模块闭合时，各所述储能电容同向并联。

可选的，所述控制器用于在所述锂电池的极化情况达到预设判定条件时生成充放电控制信号时，包括：

在所述锂电池因持续放电极化，且极化情况达到预设判定条件时，生成充电控制信号；

在所述锂电池因持续充电极化，且极化情况达到预设判定条件时，生成放电控制信号；

所述充放电电路用于根据所述充放电控制信号执行充放电操作时，包括：

根据所述充电控制信号，对所述锂电池充电；

根据所述放电控制信号，使所述锂电池放电。

可选的，本发明提供的充放电系统，还包括：限流开关模块，其中，

所述限流开关模块设置于所述充放电电路与所述锂电池之间；

所述控制器还用于根据所述充放电电路的预设电流参量生成限流控制信号；

所述限流开关模块的控制端与所述控制器相连，用于根据所述限流控制信号控制所述充放电电路与所述锂电池的连通和断开。

可选的，所述限流开关模块包括：两个反向并联的开关管，且各所述开关管的控制端均作为所述限流开关模块的控制端。

可选的，本发明提供的充放电系统，还包括：充电开关模块，其中，

所述充电开关模块串联于所述锂电池的充电接口与所述锂电池之间；

所述控制器还用于根据所述充电接口与充电电源的连接情况以及所述锂电池的工作状态，输出充电控制信号；

所述充电开关模块的控制端与所述控制器相连，用于根据所述充电控制信号控制所述充电电源与所述锂电池的连通和断开。

可选的，所述控制器还用于在车辆加速时，控制所述充放电电路放电。

可选的，所述控制器还用于在车辆制动时，控制所述充放电电路存储能量回收装置输出的电能。

可选的，所述预设判定条件，包括:

在所述锂电池持续放电的情况下，所述预设判定条件包括：所述锂电池的负极表面电势大于第一预设电势阈值，或者，所述锂电池的持续放电时长达到预设放电时长阈值；

在所述锂电池持续充电的情况下，所述预设判定条件包括：所述锂电池的负极表面电势小于第二预设电势阈值，或者，所述锂电池的持续充电时长达到预设充电时长阈值；

其中，所述第一预设电势阈值大于所述第二预设电势阈值。

上述本发明提供的充放电系统，包括锂电池、充放电电路和控制器，当充放电电路接收到控制器发送的充放电控制信号后，执行包括充电过程和放电过程的充放电操作。由于锂电池在持续充电和持续放电过程中都会发生极化，在极化趋于饱和时，与引起锂电池极化的工作电流同向的外加电流不会显著增强极化反应，但只要使锂电池中流过与当前工作电流反向的电流，即可达到大幅弱化极化反应的效果，因此，本系统提供的充放电电路与车辆上的锂电池设置在一起，不论锂电池由于何种原因发生极化，且极化情况达到预设判定条件时，充放电电路所执行的充放电操作中总有一种操作产生与当前锂电池的工作电流相反的电流，从而确保可以在锂电池使用过程中随时弱化极化反应，在不需依靠外部装置即可实现弱化锂电池内部极化反应的处理的前提下，保证处理过程的时效性，有效提高电池使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

图1是本发明实施例提供的一种充放电系统的结构框图；

图2是本发明实施例提供的另一种充放电系统的电路拓扑图；

图3是本发明实施例提供的一种充放电控制信号的波形示意图；

图4是本发明实施例提供的再一种充放电系统的电路拓扑图；

图5是本发明实施例提供的又一种充放电系统的电路拓扑图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。

经研究发现，在锂电池工作过程中，极化反应的发展并不是线性的，以锂电池持续大电流的充电过程为例，在充电过程初期，极化反应以较快的速度发展，随着充电时间的增加，极化反应发展的速度将越来越慢，并逐渐趋于饱和。在极化反应接近饱和或者已经饱和的情况下，即使继续对锂电池进行充电操作，也并不会显著影响锂电池极化反应的发展，甚至不会产生任何影响。

而如果在锂电池极化反应趋于饱和或已然饱和的情况下，即使对锂电池进行短时间的充放电操作，也可以大幅弱化锂电池的极化反应。沿用前例，在锂电池因持续大电流充电而发生极化，且极化反应趋于饱和的情况下，控制锂电池进行短时间的放电操作，改变流经锂电池的电流的方向，即可达到大幅弱化锂电池极化反应的效果，如果放电时间设置合理，在理论上则可完全抵消极化反应对锂电池性能的影响。

基于上述前提，本发明申请提供一种充放电系统，可选的，参见图1，图1是本发明实施例提供的一种充放电系统的结构框图，本发明实施例提供的充放电系统包括：锂电池10、充放电电路20，以及控制器30，其中，

充放电电路20的正极与锂电池10的正极相连，充放电电路20的负极与锂电池10的负极相连，充放电电路20与锂电池10同向并联连接，当充放电电路20放电时，可实现对锂电池10进行充电，相应的，当充放电电路20充电时，可实现锂电池10的放电过程。

控制器30与锂电池10和充放电电路20分别相连，用于监测锂电池10的极化情况，并在锂电池10的极化情况满足预设判定条件时，生成充放电控制信号控制充放电电路20。可选的，考虑到锂电池10极化反应的实质是因为单一方向的持续充电或放电导致锂电池10的电极电势偏离平衡电势，且持续充电造成的电极电势偏移与持续放电造成的电极电势偏移的方向并不相同，在实际应用中，使用锂电池10的负极表面电势衡量锂电池10充放电过程中电极偏离平衡电势的程度，因此，可以基于锂电池10的负极表面电势设定预设判定条件，并据此对锂电池10的极化情况进行判定。

具体的，在锂电池10持续放电的情况下，锂电池10的负极表面电势将持续上升，因此，可以设定第一预设电势阈值，当锂电池10的负极表面电势大于第一预设电势阈值时，判定满足预设判定条件；在锂电池10持续充电的情况下，锂电池10的负极表面电势将持续下降，因此，可以设定第二预设电势阈值，当负极表面电势小于第二预设电势阈值时，判定满足预设判定条件。可以想到的是，第一预设电势阈值为正值，且大于第二预设电势阈值。

作为一种优选的设置方式，可以将第二预设电势阈值取值为0v。

进一步的，对于容量、输出电流、充电电流等基本参量都确定可知的锂电池10而言，在其充电或放电过程中，极化反应趋于饱和的时间基本是可以确定的，因此，还可以依据锂电池10的持续充放电时长设定预设判定条件。具体的，提供预设充电时长阈值，在锂电池10的持续充电时长达到该预设充电时长阈值时，判定满足预设判定条件；相应的，提供预设放电时长阈值，在锂电池10的持续放电时长达到该预设放电时长阈值时，判定满足预设判定条件。对于预设充电时长阈值以及预设放电时长阈值的设置，可以参照锂电池10的具体参数以及应用工况进行选取，本发明对此不做限定。

需要说明的是，即使选用持续充电时长和持续放电时长作为极化情况的判定条件，在满足相应的预设判定条件的情况下，锂电池10的负极表面电势往往同样会处于一个异常状态，因此，不论选取上述哪一个参量作为判定的依据，都可以选用锂电池10的负极表面电势作为退出弱化极化反应过程的参考依据，即，当锂电池10的负极表面电势介于第一预设阈值和第二预设阈值之间，锂电池10恢复正常，此时退出充放电操作。

在对锂电池10进行充放电操作时，锂电池10的极化反应会快速削弱甚至消失，当锂电池10的负极表面电势恢复至正常情况时，控制器30即可停止输出该充放电控制信号。

需要说明的是，对于锂电池10负极表面电势以及持续充电时长、持续放电时长的获取，可以通过现有技术中的实现方式，比如，对于负极表面电势而言，可以通过与锂电池10相连的状态检测器获取上述参量，现有技术中的其他获取方式同样是可选的，本发明对于上述参量的具体获取过程不做限定。

充放电电路20的控制端与控制器30相连，通过控制端接收控制器30发出的充放电控制信号，并根据所接收的充放电控制信号执行充放电操作，具体的，本发明实施例述及的充放电操作包括：对锂电池10充电和使锂电池10放电。如前所述，当充放电电路20放电时，即实现对锂电池10充电，当充放电电路20充电时，即使锂电池10放电。

综上所述，本发明实施例提供的充放电系统，充放电电路与车辆上的锂电池设置在一起，不论锂电池由于何种原因发生极化，充放电电路所执行的充放电操作中总有一种操作产生与当前锂电池的工作电流相反的电流，从而确保可以在锂电池使用过程中随时弱化极化反应，在不需依靠外部装置即可实现弱化锂电池内部极化反应的处理的前提下，保证处理过程的时效性，有效提高电池使用寿命。

同时，充放电电路虽然会同时产生与锂电池工作电流同向的电流，但由于锂电池的极化过程与弱化极化反应的过程并不是1:1发展的，在锂电池极化反应已经饱和的情况下，同向的外施电流并不会显著增强锂电池的极化反应。

在上述实施例中，充放电电路难免会对锂电池的正常工作过程带来影响。以锂电池的充电过程为例，在锂电池因持续充电而发生极化的情况下，控制器输出充放电控制信号，充放电电路执行充放电操作，充放电电路在进行自身的充电过程时，对应着锂电池的放电过程，这显然与锂电池的当前工况是不符的，会使锂电池刚刚存储电能又被释放出来，存储至充放电电路中，不可避免的会延长锂电池的整个充电过程的时长，进而影响用户的使用体验。

为解决上述问题，本发明实施例提供另一种充放电系统，在该充放电系统中，充放电电路选用脉冲充放电电路。脉冲充放电电路的控制端同样与控制器相连，接收控制器发送的充放电控制信号，并根据充放电控制信号按照预设周期执行充放电操作，具体的，每一个周期内充放电操作均包括：在执行第一时长的充电操作，并间隔第二时长后，执行第三时长的放电操作，合理的设置充放电周期的时长，即可实现充电操作与放电操作不重合，保证充放电操作的可靠进行。基于脉冲充放电电路的特点，充电过程和放电过程的持续时长都很短，在不影响弱化极化反应效果的前提下，可尽量降低对于锂电池正常工作状态的影响。在后续实施例中，将具体介绍第一时长(即后续内容中的tc)和第三时长(即后续内容中的tdc)的具体计算方法，此处暂不详述。

可选的，本发明实施例提供的脉冲充放电电路，至少包括：n个充放电支路和(n-1)个串联开关模块，n≥2，其中，充放电支路包括串联连接的储能电容和并联开关模块，第i个串联开关模块的一端与第i条充放电支路中储能电容的负极相连，另一端与第(i+1)条充放电支路中储能电容的正极相连，其中，i∈[1，n-1]。各串联开关模块断开且各并联开关模块闭合时，各储能电容同向并联，当各串联开关模块闭合且各并联开关模块断开时，各储能电容串联。根据电容的基本充放电原理可知，当各储能电容同向并联时，锂电池为储能电容充电，并最终使得各储能电容的电压达到锂电池的输出电压，而当各储能电容串联时，所形成的串联支路的输出电压为各个储能电容的电压之和，即n倍的锂电池输出电压，此种情况下，各储能电容将向锂电池充电。

基于上述脉冲充放电电路电路结构的概述，参见图2，图2是本发明实施例提供的另一种充放电系统的电路拓扑图，在图2所示实施例中，示出脉冲充放电电路的一种可选实现形式，且并未示出控制器。

在本实施例中，脉冲充放电电路包括两个充放电支路，每一个充放电支路中各包括一个储能电容和一个并联开关模块，相应的，包括一个串联开关模块。

具体的，储能电容c2的正极与并联开关模块s1的一端相连，二者串联后形成第一个充放电支路，储能电容c1的负极与并联开关模块s3的一端相连，二者串联后形成第二个充放电支路。第一个充放电支路和第二个充放电支路同向并联连接，即并联开关模块s1未与储能电容c2相连的另一端与储能电容c1的正极相连，储能电容c2的负极与并联开关模块s3的另一端相连。

串联开关模块s2分别与两个充放电支路相连，其中，串联开关模块s2的一端与储能电容c1和并联开关模块s3的串联连接点相连，即与储能电容c1的负极相连；串联开关模块s2的另一端与储能电容c2和并联开关模块s1的串联连接点相连，即与储能电容c2的正极相连。

并联开关模块s1、s3和串联开关模块s2的控制端共同作为脉冲充放电支路的控制端，与控制器相连。

基于上述连接关系，当并联开关模块s1和s3闭合，且串联开关模块s2断开时，锂电池放电给储能电容c1和储能电容c2，两个储能电容充电。待储能电容充电完成后，每个储能电容上的电压都为电池电压；然后，控制器控制并联开关模块s1和s3断开，然后控制串联开关模块s2闭合，电路中的两个储能电容此时由并联关系转变为串联关系，脉冲充放电电路所输出的瞬态电压为储能电容并联时两个储能电容的电压之和，即此时的输出电压为锂电池输出电压的二倍，储能电容将对锂电池进行充电。随着储能电容中电能的不断释放，当脉冲充放电电路趋于稳态后，电路上呈串联关系的各储能电容总电压将降为锂电池的输出电压，即每个储能电容上的电压降低为锂电池输出电压的一半。

控制器通过合理的控制脉冲充放电电路中储能电容串联、并联的转换过程，即可不断重复充放电过程。作为一种最为直接有效的控制方式，各开关模块的控制可由pwm控制信号完成，通过设置脉冲延迟和占空比，可以有效的完成储能电容的串并联切换。

上述脉冲充放电电路属于电容的rc储能电路，脉冲充放电电路单次充放电所需时间可由以下微分方程得出：

ir+uc＝voc，

其中，r为电路电阻；

i为电流；

c为储能电容的容量；

uc为储能电容上的电压；

q为储能电容的瞬态电量；

voc为锂电池的开路电压。

基于上述计算公式可知，若以t表示储能电容的充放电时间，在t＝0，即储能电容进行首次充电的开始时刻时，锂电池输出的充电电压uo＝voc，锂电池为各储能电容充电，随着储能过程的不断进行，储能电容的电压最终将升高至voc。相应的，当储能电容切换为串联关系时，将对锂电池进行充电，充电起始电压为2voc，经过一定时间的放电，各储能电容的电压降低，最终，各储能电容串联下的电压为voc(因此，单个电容上的电压值为0.5voc)，与锂电池输出电压相等，停止对锂电池充电。可以想到的是，在第一次充放电操作之后，在后续的锂电池对储能电容充电的过程中，各储能电容的起始充电电压均为0.5voc。

假定每个储能电容的大小相等都为c，则锂电池放电、各储能电容并联时，脉冲充放电电路总的等效电容为2c，而各储能电容串联，为锂电池充电时，脉冲充放电电路总的等效电容为0.5c。所以可解出锂电池自第二次放电以后的放电操作中，单个储能电容上的电压为：

uc＝voc(1-0.5e^-t/2rc)，

而锂电池充电时的单个储能电容上的电压为：

uc＝0.5voc(1+e^-2t/rc)，

求解上述公式，并结合rc储能电路的基本原理，可以得到每次储能电容完成充放电所需时间为：

tc＝10rc，

tdc＝2.5rc，

其中，tc为储能电容的充电时间；

tdc为储能电容的放电时间。

可以根据上述计算结果确定及调节充放电控制信号，即调节pwm控制信号的脉冲周期及占空比，实现对脉冲充放电电路中储能电容的串并联切换。tc可以为并联开关模块s1和s3的开通时间段提供参考，tdc可以为串联开关模块s2的开通时间段提供参考。当然，为了避免直接连通锂电池的正负极，两组pwm控制信号之间还应设置有死区时间。同时也说明，在图2所示实施例中，控制器发出的充放电控制信号，实际包括两组pwm控制信号，一组用于控制串联开关模块s2，另一组用于控制并联开关模块s1和s3。

可选的，参见图3，图3是本发明实施例提供的一种充放电控制信号的波形示意图，其中，controlsignalfors2意为串联开关模块s2的pwm控制信号，controlsignalfors1，s3意为并联开关模块s1和s3的pwm控制信号，在任一控制信号的波形图中，横轴表征脉冲宽度，纵坐标表征控制信号的幅值。根据图3所示波形可以看出，并联开关模块s1和s3的pwm控制信号波形相同，串联开关模块s2的pwm控制信号波形与二者反相。两个波形占空比均为40％，储能电容在并联开关模块s1和s3关断后，串联开关模块s2不会立即闭合，而是经过10％的周期后才闭合，这段10％周期的时间内所有开关均关断，称为死区时间，即前述的第二时长。同理，串联开关模块s2关断后，并联开关模块s1和s3亦不会立即闭合，而是经过10％周期的死区时间后再闭合。综上，脉冲充放电电路的pwm波预设脉冲周期为：并联开关模块s1和s3的闭合时间(对应前述的第一时长、tc)+串联开关模块s2的闭合时间(对应前述的第三时长、tdc)+两段死区时间。

综上所述，本发明实施例提供的充放电系统，可通过调整控制器输出的充放电控制信号使锂电池不断的给自己进行正反充放电，进而大幅弱化由单一方向大规模持续充放电而造成的极化作用及其他一些不可逆的副作用如负极析锂，从而大幅提高电池使用寿命。

当然，在控制条件允许的前提下，可以通过控制储能电容只充一部分电或只放一部分电，不必等待储能电容充放电过程完全结束，从而实现对电流大小以及脉冲时间的控制。

如前所述，本发明提供的脉冲充放电电路还可以由两个以上的储能电容构成，当然，不论电路拓扑结构如何变化，脉冲充放电电路的基本控制原理是不变的。可选的，参见图4，图4是本发明实施例提供的再一种充放电系统的电路拓扑图。图4所示实施例中各储能电容、并联开关模块、串联开关模块之间的连接关系，此处不再复述，可以参照图2所示实施例对应内容实现。

需要说明的是，在图4所示实施例中，控制器输出的充放电控制信号包括用于控制串联开关模块的pwm1和用于控制并联开关模块pwm2。pwm2输出脉冲为正，且pwm1输出为负时，pwm2控制的4个开关模块导通，使锂电池给三个并联的储能电容充电，即锂电池放电；pwm1输出脉冲为正，且pwm2输出脉冲为负时，pwm1控制的2个开关模块导通，使三个储能电容串联放电，即给锂电池充电，依此往复开断，实现脉冲充放电过程。

在上述内容基础上，本发明实施例提供的充放电系统中，还包括限流开关模块(图4实施例虚线框内对应的电路拓扑)，其中，

限流开关模块设置于充放电电路与锂电池之间。在图4所示示例中，限流开关模块的一端与锂电池的负极相连，另一端与脉冲充放电电路的负极相连；相应的，还可以将限流开关模块串联于锂电池的正极与脉冲充放电电路的正极之间。

在本实施例中，控制器(图中未示出)还用于根据脉冲充放电电路的预设电流参量生成限流控制信号，图4中以con示出。可选的，对于预设电流参量的选取，可以是充放电电路中流过的平均电流值、有效电流值，以及峰值电流值等电流参量中的至少一种，通过对上述预设电流参量设置对应的阈值，将实时采集到的预设电流参量与相应的阈值进行比对，从而判定是否需要输出限流控制信号。

可选的，以平均电流值为例，控制器计算或者从与锂电池相连的状态检测器中直接获取脉冲充放电电流中流过电流的绝对值对时间的积分值，进一步将所得积分值除以系统运行时间，即可得到脉冲充放电电路中流过的平均电流值。需要说明的是，对于流过脉冲充放电电路的平均电流值的计算，可以参照现有技术中的其他计算方式进行，本发明对于平均电流的具体计算过程不做限定。

限流开关模块的控制端与控制器相连，用于根据限流控制信号控制充放电电路与锂电池的连通和断开。当限流开关模块断开时，脉冲充放电电路即与锂电池断开连接关系，不再对锂电池进行充放电；相应的，当限流开关模块闭合时，脉冲充放电电路与锂电池相连，脉冲充放电电路可正常执行充放电操作。

具体的，可以根据实际应用需求设置平均电流的限定阈值，当脉冲充放电电路的平均电流不大于限定阈值时，生成控制限流开关模块闭合的限流控制信号，比如输出高电平，使得脉冲充放电电路可以正常工作，相应的，当脉冲充放电电路的平均电流大于限定阈值时，生成控制限流开关模块断开的限流控制信号，比如输出低电平，使得脉冲充放电电路停止工作。

可选的，在图4所示实施例中，给出一种可选的限流开关模块的构成方式，具体包括：两个反向并联的开关管，且各开关管的控制端均作为限流开关模块的控制端。反向并联的两个开关管的一个连接点与锂电池相连，另一个连接点与脉冲充放电电路相连。

基于上述结构的限流开关模块，当限流控制信号con为高电平时，限流开关模块的两个开关管的控制端均连接有高电平，此种情况下，不论脉冲充放电电路是处于充电过程，还是处于放电过程，两个开关管中总有一个是处于导通状态的，不会对脉冲充放电电路的正常工作带来影响，而且，由于限流开关模块中的两个开关管是反向并联的，即使二者的控制端同时获得高电平，获得正向导通电压的开关管也有且仅有一个(充放电过程电流方向不同)，即充电过程和放电过程会选通不同的开关管。相应的，当限流控制信号为低电平时，两个开关管均处于断开状态，脉冲充放电电路停止工作。

本发明实施例提供的充放电系统，在前述实施例的基础上，增设限流开关模块，可以对充放电电路限流，将系统中流过的电流限定在预设的范围内，实现对锂电池的保护。

可选的，参见图5，图5是本发明实施例提供的又一种充放电系统的电路拓扑图，在图2所示实施例的基础上，本实施例提供的充放电系统还包括充电开关模块s4，其中，

充电开关模块s4串联于锂电池的充电接口(图中未示出)与锂电池之间，在锂电池充电接口连接有充电电源的情况下，如果充电开关模块s4断开，则停止对锂电池进行充电，如果充电开关模块s4闭合，则可正常对锂电池进行充电。

在本实施例中，控制器(图中未示出)还用于根据充电接口与充电电源的连接情况以及锂电池的工作状态，输出充电控制信号，图中以con2示出。

充电开关模块s4的控制端与控制器相连，用于根据充电控制信号con2控制充电电源与锂电池的连通和断开。

下面对图5所示实施例的具体工作过程进行介绍：

步骤1，锂电池充电接口接入充电电源时，由于锂电池还未开始充电，此次充电过程中极化反应尚未开始，锂电池的极化情况自然不会达到预设判定条件。具体的，若选取锂电池的负极表面电势作为判定依据，此种情况下，锂电池负极表面电势介于第一预设阈值和第二预设阈值之间，控制器输出控制充电开关模块s4导通的充电控制信号，并且，控制器控制脉冲充放电电路中各并联开关模块和串联开关模块处于断开状态，避免造成充电过程中的短路。此种情况下，可以开始对锂电池进行充电。

步骤2，若充电过程中锂电池的负极表面电势变为负值(即前述第二预设电势阈值选取为0v)，或者，持续充电时长达到预设充电时长阈值，控制器发送控制充电开关模块s4断开的充电控制信号，暂停充电过程，同时，开启充放电控制信号，即输出pwm1和pwm2，以控制脉冲充放电电路工作，弱化锂电池的极化反应。

步骤3，经过步骤2后，锂电池的极化反应得到弱化，在满足脉冲充放电电路停止工作的条件的情况下(即前述锂电池的负极表面电势介于第一预设阈值和第二预设阈值之间)，控制器停止输出充放电控制信号，开关模块s1,s2,s3全部断开，同时控制充电开关模块s4导通，重新开始充电。

步骤2和步骤3不断重复，直至锂电池充电完成，断开外部充电电源。

在实际使用中，本系统在车辆行驶状态下的基本工作步骤与充电模式下的工作步骤基本相同，此处不再赘述。通过上述内容可以看出，本系统可以在不影响锂电池正常充电过程，以及正常放电过程的前提下，对锂电池进行充放电操作，达到弱化锂电池极化反应的目的。

需要说明的是，上述各个实施例中述及的各个开关模块，均可以通过开关管igbt实现，当然，还可以通过mosfet或其他可控元器件实现。

还需要说明的是，图5所示实施例中，在最为简单的脉冲充放电电路的基础上添加充电开关模块，当然也可以在图4所示的包括两个以上储能电容的脉冲充放电电路的基础上添加充电开关模块，并且，将充电开关模块与限流开关模块相结合，得到功能更为全面的充放电控制系统。

可选的，在上述各实施例中，都不必区分锂电池的极化原因，弱化锂电池极化反应的同时，都包含有与锂电池当前工作电流同向的外施电流，作为另外一种可选的实现方式，可以通过控制器识别锂电池发生极化的原因，并针对极化的具体原因，控制充放电电路的具体工作过程。即在锂电池因持续放电而极化，且极化情况达到预设判定条件的情况下，控制器生成充电控制信号，充放电电路接收充电控制信号，对锂电池充电；在锂电池因持续充电而极化，且极化情况达到预设判定条件的情况下，生成放电控制信号，充放电电路接收放电控制信号，使锂电池放电。

可选的，本发明各实施例提供的充放电系统还有其它用法，比如，可以在车辆加速时，控制器给出控制信号，控制充放电电路放电，提高锂电池的输出功率。具体的，当充放电电路选用脉冲充放电电路实现时，控制器可控制储能电容由并联关系转变为串联关系，增大瞬时锂电池的输出电压，以提高瞬时输出功率和加速能力。

而在车辆制动时，控制器还可控制储能电容吸收存储由能量回收装置所产生的瞬间巨大电流以保护电池，同时起到吸收大电流、存储电能的效果。在此种情况下，储能电容是串联关系还是并联关系，主要取决于能量回收装置输出的具体电压值，因此，需要结合具体车辆的实际情况选定储能电容的连接关系。

可选的，在充放电电路由脉冲充放电电路构成的情况下，即便在电动汽车静止时，由于锂电池存在自放电的特性，本发明实施例提供的充放电系统，依旧可以通过调低储能电容串并联切换的频率，来存储锂电池自放电的电量并补偿给锂电池，从而大幅降低锂电池自放电的电量，提高电池容量。

可选的，在车辆行驶过程中，本发明提供的充放电系统，还可实现对锂电池进行升温的功能。在北方的冬季，电动汽车即使经过预加热，在行驶的过程中电池温度也仍然很低，无法发挥其最大性能。在车辆行驶过程中，可以通过本系统在锂电池内部产生脉冲电流，在电池内阻上产生热量，从而将锂电池自身温度提高，以充分发挥锂电池的最大性能。

进一步的，本系统还可以实现dc/dc功能。以图2所示电路拓扑为例，通过脉冲充放电电路的切换，可以将电池电压升压至2倍电池电压或降至0v之间的任意电平。

在升压模式下，锂电池向储能电容充电。在储能电容并联状态下将两电容电压充到电池电压，随后切换至串联状态，则输出端的电压为电池电压的两倍。随着电容给负载供电，储能电容上的电压将逐步下降，此时可通过将储能电容切换至并联状态以再次给储能电容充电。通过切换系统中开关模块的状态可以获得的输出电压为电池电压与二倍电池电压之间的任意电平。同理，在降压模式下可以获得的输出电压为电池电压与0v之间的任意电平。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的核心思想或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。