一种电芯充电方法、电池全生命周期充电方法和系统与流程

本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种电芯充电方法、电池全生命周期充电方法和系统。

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。如何开发安全性高、经济型好、环保及可复制性好的电池系统，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系统的关键之一。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。对于大电池系统而言，一般有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，从而引起电池系统失效。为此，有效延缓或控制电池系统失效的充电方法具有重大意义。

随着电动系统的广泛适用，快速充电将是电池系统必备的性能之一，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。为此，有必要提出一种基于电化学产品的鲜明生命特征，进行的电池系统全生命周期的控制管理策略。

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。而电池管理是根据被充电池的具体状态进行的。可见，电池管理和充电一般是分开处理的，两者关联性不强。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。图1示出了被动式电池管理系统，该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。图2示出了主动式电池管理系统，该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系统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。

发明专利申请cn201410221990.1公开了电池管理系统和驱动该电池管理系统的方法，该方法具体包括：主bms使用电池状态信息控制包括在电池组中的电池单元，以执行电池单元均衡操作；主bms可以将电池单元均衡信号输出到各个从bms。然后，从bms可以使用被动电池单元均衡方法执行电池单元均衡操作，该方法通过均衡电阻(即，电阻)放出具有相对较高充电状态(soc)的电池单元的电力。从bms还可以使用主动电池单元均衡方法执行电池单元均衡操作，该方法将具有相对较高soc的电池单元的电力供应给处于相对较低soc的电池单元。该申请虽然能实现均衡操作，但存在现有技术中所声称的技术问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种电芯充电方法、电池全生命周期充电方法和系统。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提出了一种电芯充电方法，包括：

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；

其中，所述第一充电时间为充电时电芯处在过充电压，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第二充电时间为充电时电芯处在过充电流，但尚未形成不可逆损坏的最长时间。

本发明提出一种在安全范围内的过充充电的方法，以实现高效、安全、快速充电。对电芯充电时，由tc1和tc2来决定充电方式。

作为优选，所述第一充电时间随环境温度、充电电流、荷电状态soc和电池健康状态soh变化。

作为优选，所述第一充电时间与过充电压呈反比关系。

作为优选，所述第二充电时间随环境温度、充电电压、荷电状态soc和电池健康状态soh变化。

作为优选，所述第二充电时间与过充电流呈反比关系。

作为优选，方法还包括：利用脉冲方式对电芯进行不超过第一充电时间tc1或不超过第二充电时间tc2的充电。

作为优选，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。

一种电池全生命周期充电方法，其特征在于，包括：

监测在当前时刻的充电脉冲下充电的电池实时数据；

根据电池的实时数据、第一充电时间tc1与第一弛豫时间tr1的变化信息，以及第二充电时间tc2与第二弛豫时间tr2的变化信息计算下一时刻的充电脉冲，使得电池在健康状态下具有处于最高可承受的充电电压或最高充电电流的最长时间；

采用计算后的充电脉冲对电池充电，在电池充满电之前一直循环上述过程；

其中，所述电池的实时数据包括电池的电压、电流、温度数据；

所述第一充电时间为充电时电芯处在过充电压，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第一充电时间随环境温度、充电电流、荷电状态soc和电池健康状态soh变化；所述第一弛豫时间为电芯在第一充电时间内从过充状态恢复到正常状态的时间；

所述第二充电时间为充电时电芯处在过充电流，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第二充电时间随环境温度、充电电压、荷电状态soc和电池健康状态soh变化；所述第二弛豫时间为电芯在第二充电时间内从过充状态恢复到正常状态的时间；

所述充电脉冲包括充电电压、第一充电时间、第一弛豫时间/第二弛豫时间；或者，所述充电脉冲包括充电电流、第二充电时间、第二弛豫时间/第一弛豫时间。

该方法适用于电池的全生命周期管理，电池使用过程中电压、电流会随环境温度、电池荷电状态soc、电池老化状态soh等变化而变，为此，如何在整个生命周期管理电池是相当重要，并根据实时变化进行合适充电。例如，由于环境温度、电池soc、电池soh的变化会影响tc1、tc2、tr1、tr2，根据此特点进行精准的充电方式调整，在保证快速充电的情况下，各电芯一直工作在最舒适区。

作为优选，所述电池在健康状态下进行最高可承受的充电电压或最高充电电流的最长时间充电的选择原则为：

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。

作为优选，所述根据电池的实时数据、第一充电时间tc1与第一弛豫时间tr1的变化信息、第二充电时间tc2与第二弛豫时间tr2的变化信息，计算下一时刻的充电脉冲，使得电池在健康状态下具有处于最高可承受的充电电压或最高充电电流的最长时间的步骤包括：

根据电池的实时数据，依据每个电芯的第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1随充电电压、温度、soc、soh变化的第一曲线确定每个电芯下一时刻的第一充电脉冲；

根据电池的实时数据，依据每个电芯的第二充电时间tc2、第二弛豫时间tr2随充电电流、温度、soc、soh变化的第二曲线确定每个电芯下一时刻的第二充电脉冲；

在所有电芯的第一充电脉冲中的第一充电时间tc1和第二充电脉冲中的第二充电时间tc2中，选择出一个最小的充电时间；并在所有电芯的第一充电脉冲中的第一弛豫时间tr1和第二充电脉冲中的第二弛豫时间tr2中，选择出一个最大的弛豫时间，将选择的最小充电时间、最大弛豫时间构成下一时刻的电池充电脉冲。

作为优选，计算下一时刻充电脉冲的方法适用于由多个电芯串联构成的电池，或由多个电芯并联构成的电池，或由多个电芯串并联构成的电池。

作为优选，当电池包括串联电芯时，所述根据电池的实时数据、第一充电时间tc1与第一弛豫时间tr1的变化信息、第二充电时间tc2与第二弛豫时间tr2的变化信息，计算下一时刻的充电脉冲，使得电池在健康状态下具有处于最高可承受的充电电压或最高充电电流的最长时间的步骤包括：

在串联电芯中的所有电芯均未充满电时：

根据电池的实时数据，依据每个电芯的第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1随充电电压、温度、soc、soh变化的第一曲线确定每个电芯下一时刻的第一充电脉冲；

根据电池的实时数据，依据每个电芯的第二充电时间tc2、第二弛豫时间tr2随充电电流、温度、soc、soh变化的第二曲线确定每个电芯下一时刻的第二充电脉冲；

在所有电芯的第一充电脉冲中的第一充电时间tc1和第二充电脉冲中的第二充电时间tc2中，选择出一个最小的充电时间；并在所有电芯的第一充电脉冲中的第一弛豫时间tr1和第二充电脉冲中的第二弛豫时间tr2中，选择出一个最大的弛豫时间，将选择的最小充电时间、最大弛豫时间构成下一时刻的电池充电脉冲；

在串联电芯中至少一个电芯达到满电状态时：

先对满电状态的电芯进行放电；

之后，根据电池的实时数据，依据每个电芯的第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1随充电电压、温度、soc、soh变化的第一曲线确定每个电芯下一时刻的第一充电脉冲；

根据电池的实时数据，依据每个电芯的第二充电时间tc2、第二弛豫时间tr2随充电电流、温度、soc、soh变化的第二曲线确定每个电芯下一时刻的第二充电脉冲；

在所有电芯的第一充电脉冲中的第一充电时间tc1和第二充电脉冲中的第二充电时间tc2中，选择出一个最小的充电时间；并在所有电芯的第一充电脉冲中的第一弛豫时间tr1和第二充电脉冲中的第二弛豫时间tr2中，选择出一个最大的弛豫时间，将选择的最小充电时间、最大弛豫时间构成下一时刻的电池充电脉冲。

作为优选，所述对满电状态的电芯进行放电的方式包括：

将满电状态的电芯放电至地面；或者

将满电状态的电芯放电至未达到满电状态的电芯，使得未达到满电状态的电芯在接收电量后仍未达到满电状态。

作为优选，方法还包括：针对电池的实时数据、soc、soh，对每个电芯的第一曲线和第二曲线进行实时校正。

作为优选，所述方法适用于化学电池的充电。

一种电池全生命周期充电系统，其特征在于，包括电池模块、检测保护模块、电源、数据库、计算控制模块；所述数据库存储电池的第一充电时间tc1和第一弛豫时间tr1的变化信息、以及第二充电时间tc2和第二弛豫时间tr2的变化信息；所述检测保护模块用于实时检测电池模块；所述计算控制模块根据电池实时数据、第一充电时间tc1和第一弛豫时间tr1的变化信息、第二充电时间tc2和第二弛豫时间tr2的变化信息，计算下一时刻的充电脉冲，使得电池在健康状态下具有处于最高可承受的充电电压或最高充电电流的最长时间；所述电源根据所述计算控制模块计算的充电脉冲进行充电，直至充电完成；

所述电池的实时数据包括电池的电压、电流、温度数据；

所述第一充电时间为充电时电芯处在过充电压，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第一充电时间随环境温度、充电电流、荷电状态soc和电池健康状态soh变化；所述第一弛豫时间为电芯在第一充电时间内从过充状态恢复到正常状态的时间；

所述第二充电时间为充电时电芯处在过充电流，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第二充电时间随环境温度、充电电压、荷电状态soc和电池健康状态soh变化；所述第二弛豫时间为电芯在第二充电时间内从过充状态恢复到正常状态的时间；

所述充电脉冲包括充电电压、第一充电时间、第一弛豫时间/第二弛豫时间；或者，所述充电脉冲包括充电电流、第二充电时间、第二弛豫时间/第一弛豫时间。

该充电系统基于上述电池全生命周期充电方法实现，可以在整个生命周期进行管理并根据周期内的电池实时状态调整合适的充电方式，能降低对电芯自身一致性要求，平衡能力好。

作为优选，所述计算控制模块包括：

第一充电脉冲计算单元，用于根据电池的实时数据，依据每个电芯的第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1随充电电压、温度、soc、soh变化的第一曲线确定每个电芯下一时刻的第一充电脉冲；

第二充电脉冲计算单元，用于根据电池的实时数据，依据每个电芯的第二充电时间tc2、第二弛豫时间tr2随充电电流、温度、soc、soh变化的第二曲线确定每个电芯下一时刻的第二充电脉冲；

电池充电脉冲计算单元，用于在所有电芯的第一充电脉冲中的第一充电时间tc1和第二充电脉冲中的第二充电时间tc2中，选择出一个最小的充电时间；并在所有电芯的第一充电脉冲中的第一弛豫时间tr1和第二充电脉冲中的第二弛豫时间tr2中，选择出一个最大的弛豫时间，将选择的最小充电时间、最大弛豫时间构成下一时刻的电池充电脉冲。

作为优选，系统还包括设于电源和电池模块之间的电池能量管理模块、开关模块；所述计算控制模块还包括放电控制单元，用于在所述电池能量管理模块检测到串联电芯中至少一个电芯达到满电状态时，控制所述开关模块切断电源并控制达到满电状态的电芯执行放电操作，当放电完毕后再控制开关模块接入电源充电，并触发第一充电脉冲计算单元、第二充电脉冲计算单元、电池充电脉冲计算单元工作。

本发明具有以下有益效果：

本发明一种电芯充电方法，电池全生命周期充电方法和系统，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，从而使电池系统运行的性价比大幅提升。并且，本发明适用于各种类型的电化学电池充电，也适用于由电芯不同连接结构构成的电池充电，能有效监测每个电芯的实时状态，在保证每个电芯工作在健康区域的同时，平衡性好，充电最安全，速度最快。

附图说明

图1为现有被动式电池管理系统的结构示意图；

图2为现有主动式电池管理系统的结构示意图；

图3为氧再化合电流与浮充电压的关系曲线图；

图4a为第一充电时间tc1与过充电压的关系曲线图；

图4b为第二充电时间tc2与过充电流的关系曲线图；

图5a为电压脉冲的示意图；

图5b为电流脉冲的示意图；

图5c为采用图5a方式充电的充电波形示意图；

图5d为采用图5b方式充电的充电波形示意图；

图6为本发明一种电池全生命周期充电方法的流程图；

图7为多电芯依次串联构成的电池的示意图；

图8为多电芯相互并联构成的电池的示意图；

图9a为多电芯串并联构成的电池的示意图，图中电池为多组并联后的电芯依次串联构成的电池；

图9b为多电芯串并联构成的电池的示意图，图中电池为多组串联后的电芯相互并联构成的电池；

图10采用本发明一种电池全生命周期充电方法的充电系统的示意图；

图11为图10所示充电系统的具体实施的示例图；

图12为图10所示系统工作的流程示意图；

图13为本发明一种电池全生命周期充电系统的具体实施方式的示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

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，同时要求电池系统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。

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。

众所周知，电池电芯，无论是锂离子电池还是铅酸电池，对充电电压、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。而在一定安全范围的限制下，电池电芯能实现快充的同时，还能确保电池的健康性能。

图3示出了阀控式密封铅酸电池浮充失水的示例，失水是此类电池的主要失效模式之一。此类电池存在的主要问题有：a.氧在负极并非100％复合，会有盈余；b.充电末期析氢仍有可能发生，这些氢气不在其正极化合成水；已存的氢气在正极不被吸收，又不能复合，所以会聚集，增大电池内压，达到一定内压，冲开单向阀（安全阀）外溢，造成失水。因此浮充电压不能提高，若高于正常浮充电压2.25v/单体，浮充电流增大，也会增大盈余气体的积聚，氧在负极复合受阻，从而降低氧循环能力。氧的在化合电流随浮充电压升高而变小。图3描述氧再化合电流随在浮充电压2.25v/单体时最大（即正常充电电压），大于此电压时，即超过正常充电电压的电压vover越大，氧气再复合电流越小，积聚内压越大，越容易失水。换种说法，即vover越大，电池处于内压高而没有开始失水的弛豫时间会越短。随着vover不断增大，反应滞后时间会越来越短，以致于系统来不及反应时，电池就会产生破坏作用。而当将vover限定在系统能够反应过来的安全范围内，可加快充电，并且确保电池的安全性。

基于此，作为普适性描述，本发明引入临界时间组(第一充电时间tc1,第二充电时间tc2)来描述电芯的充电状态。所述第一充电时间tc1为充电时电芯处在过充电压，但尚未形成不可逆损坏的最长时间。所述第二充电时间tc2为充电时电芯处在过充电流，但尚未形成不可逆损坏的最长时间。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4a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4a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。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4b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4b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。

结合图3示例，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4a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。

综上所述，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。为此，本发明提出一种电芯充电方法，包括：

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。

依据上述方式选定合适的充电方式下，本发明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，第一充电时间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。

第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1和充电电压（vnormal+vover）构成电压充电脉冲（如图5a），当决定以此方式充电时，充电波形如图5c所示，充电脉冲中过充电压vover、vnormal、tc1、tr1均会随温度、soc、soh变化。第二充电时间tc2、第二弛豫时间tr2和充电电流（inormal+iover）构成电流充电脉冲（如图5b），当决定以此方式充电时，充电波形如图5d所示，充电脉冲中过充电流iover、inormal、tc2、tr2均会随温度、soc、soh变化。

基于上述充电方法，在具有（第一充电时间tc1,第一弛豫时间tr1),(第二充电的时间tc2,第二弛豫时间tr2)随环境温度、电池soc、电池soh的变化而变的信息下，可控制电芯一直工作在最舒适区。为此，如图6，本发明提出一种电池全生命周期充电方法，包括：

步骤s01,监测在当前时刻的充电脉冲下充电的电池实时数据；

步骤s02,根据电池的实时数据、第一充电时间tc1与第一弛豫时间tr1的变化信息，以及第二充电时间tc2与第二弛豫时间tr2的变化信息计算下一时刻的充电脉冲，使得电池在健康状态下具有处于最高可承受的充电电压或最高充电电流的最长时间；

步骤s03,采用计算后的充电脉冲对电池充电，在电池充满电之前一直循环上述过程步骤s01、s02。

其中，所述电池的实时数据包括电池的电压、电流、温度数据。根据该实时数据，可确定电池电芯的状态。当进入步骤s02时，可将电池实时数据与变化信息对照，计算确定下一时刻的充电脉冲。

在步骤s02中，由于第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1随过充电压vover、过充电流iover、温度、soc、soh变化，为此，所述变化信息以第一充电时间tc1-过充电压vover曲线，第一弛豫时间tr1-过充电压vover曲线（参照第一充电时间tc1-过冲电压vover曲线的走势），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（参照第一充电时间tc1-过冲电压vover曲线的走势）的方式记录。上述曲线在初始时基于电池生产商提供的初始数据形成，并在后期通过使用期间的历史数据，如温度、soh、soc、电流、电压数据，进行实时校正。为此，当将电池实时数据与变化信息对照时，即对照曲线获取对应合适的充电脉冲作为下一时刻充电用。

所述电池在健康状态下进行最高可承受的充电电压或最高充电电流的最长时间充电的选择原则为：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。为此，基于上述原则，在对电池进行充电过程中，可全程采用电压脉冲充电或电流脉冲充电，或者，电压脉冲和电流脉冲相结合的方式充电。

该方法适用于各类电化学电池，如锂电池、铅酸电池、超级电容等。本文所指的电池可以是单电芯电池，也可以是多电芯构成的电池。

当对单电芯电池进行充电管理时，首先监测在当前时刻的充电脉冲下充电的电池实时数据。根据监测到的电池实时数据，包括温度、电流、电压数据，确定荷电状态s0c、电池健康状态soh。之后，将电池实时数据，与第一充电时间tc1与第一弛豫时间tr1的变化信息，以及第二充电时间tc2与第二弛豫时间tr2的变化信息相对照，确定下一时刻的充电脉冲。在确定下一时刻的充电脉冲期间，可根据充电电流或充电电压是否在安全范围内，且第一充电时间和第二充电时间的大小关系，确定采用电压脉冲充电或电流脉冲充电。每一时刻根据电池实时数据，选择合适的充电方式。所述充电脉冲包括充电电压、第一充电时间、第一弛豫时间；或者，所述充电脉冲包括充电电流、第二充电时间、第二弛豫时间。接着，采用计算后的充电脉冲对电池充电，在电池充满电之前继续上述监测、计算过程。

当对多电芯电池进行充电管理时，多电芯构成的电池结构有多种形式，如多电芯电池依次串联构成的电池，又如多电芯电池相互并联构成的电池，又如多组并联后的电芯依次串联构成的电池，又如多组电芯串联后相互并联构成的电池，等等。所述电池不限于上述结构，可以是任意符合使用需求的电池结构。基于对多电芯电池的管理，对于充电脉冲计算的步骤进一步细化为：

(a)根据电池的实时数据，依据每个电芯的第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1随充电电压、温度、soc、soh变化的第一曲线确定每个电芯下一时刻的第一充电脉冲。其中，第一曲线包括第一充电时间tc1-过充电压vover曲线，第一弛豫时间tr1-过充电压vover曲线。

(b)根据电池的实时数据，依据每个电芯的第二充电时间tc2、第二弛豫时间tr2随充电电流、温度、soc、soh变化的第二曲线确定每个电芯下一时刻的第二充电脉冲。其中，第二曲线包括第二充电时间tc2-过充电流iover曲线，第二弛豫时间tr2-过充电流iover曲线。

（c）在所有电芯的第一充电脉冲中的第一充电时间tc1和第二充电脉冲中的第二充电时间tc2中，选择出一个最小的充电时间；并在所有电芯的第一充电脉冲中的第一弛豫时间tr1和第二充电脉冲中的第二弛豫时间tr2中，选择出一个最大的弛豫时间，将选择的最小充电时间、最大弛豫时间构成下一时刻的电池充电脉冲。

以图7所示的多电芯依次串联构成的电池为例，电池的实时数据包括电芯1的温度1、电流1、电压1、soc1、soh1；电芯2的温度2、电流2、电压2、soc2、soh2；电芯3的温度3、电流3、电压3、soc3，soh3,…,电芯n的温度n，电流n，电压n，socn，sohn。每个电芯包括第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1、第二充电时间tc2、第二弛豫时间tr2参数（参照图7）。步骤（a）、（b）计算不分先后，主要用于分别计算电压脉冲、电流脉冲充电方式下的充电脉冲。之后，步骤（c）主要依据min{tc1i，tc2i}，max{tr1i，tr2i}的原则决定最终实际所需的下一时刻的电池充电脉冲。由于串联电池在正常运行过程中老化特性的扩展，以及电池自放电速率的差异，导致电池电荷不均衡。为此，基于每个电芯的差异和电芯健康使用考虑，采用串联电芯中最小的充电时间值对整个电池进行充电，并在用串联电芯中最大弛豫时间值进行恢复。每一时刻根据电池的所有电芯的实时数据，重新确定最合适的值作为下一个的充电脉冲，这样可降低对多电芯串联的电池结构中各电芯一致性要求，解决电池电荷均衡问题，可充分利用电池容量。所述充电脉冲包括充电电压、第一充电时间、第一弛豫时间/第二弛豫时间；或者，所述充电脉冲包括充电电流、第二充电时间、第二弛豫时间/第一弛豫时间。

当多电芯依次串联构成的电池中均未充满电时，按照上述步骤（a）-（c）进行充电。一旦有电芯达到满电状态时，如果仍按照上述过程充电，对已充满电的电芯而言，充电脉冲已无法充入电芯，已满电的电芯一直处于充电状态下，温度升高，电芯内阻变大，逐步发生老化，甚至发生损坏。为此，需要进行合理充电调整。在串联电芯中至少一个电芯达到满电状态时：

（i）先对满电状态的电芯进行放电；之后，根据电池的实时数据，依据每个电芯的第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1随充电电压、温度、soc、soh变化的第一曲线确定每个电芯下一时刻的第一充电脉冲；

（ii）根据电池的实时数据，依据每个电芯的第二充电时间tc2、第二弛豫时间tr2随充电电流、温度、soc、soh变化的第二曲线确定每个电芯下一时刻的第二充电脉冲；

（iii）在所有电芯的第一充电脉冲中的第一充电时间tc1和第二充电脉冲中的第二充电时间tc2中，选择出一个最小的充电时间；并在所有电芯的第一充电脉冲中的第一弛豫时间tr1和第二充电脉冲中的第二弛豫时间tr2中，选择出一个最大的弛豫时间，将选择的最小充电时间、最大弛豫时间构成下一时刻的电池充电脉冲。

所述对满电状态的电芯进行放电的方式包括：将满电状态的电芯放电至地面gnd。或者，将满电状态的电芯放电至未达到满电状态的电芯，使得未达到满电状态的电芯在接收电量后仍未达到满电状态。

当采用放电至地面gnd的方式时，放电的电量可根据需要设定，如以下一个接近满电状态的电芯为依据，可将满电状态的电芯放电后最后的电量与下一个接近满电状态的电芯的电量相等；或者将放电量放掉10%；或者根据其他方式设定。但不宜放电过大，也不宜放电过少，以确保电池内所有电芯能快速完成充满电为原则进行放电。

当采用放电至其他未满电状态的电芯的方式时，可放电至一个电芯，或者二个电芯，或者多个，或者其他所有未满电状态的电芯。例如，以最少电量的电芯为依据，满电状态的电芯将满电电量与最少电量差值的一半作为所需的放电电量进行放电，使得放电后两个电芯电量基本相等且均未达到满电状态。又例如，以最少电量的电芯为依据，满电状态的电芯将满电电量的10%放电给最少电量的电芯。又例如，满电状态的电芯将满电电量的10%均分给其他未满电状态的电芯。

以图8所示的多电芯相互并联构成的电池为例，电池的实时数据包括电芯1的温度1、电流1、电压1、soc1、soh1；电芯2的温度2、电流2、电压2、soc2、soh2；电芯3的温度3、电流3、电压3、soc3，soh3,…,电芯n的温度n，电流n，电压n，socn，sohn。每个电芯包括第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1、第二充电时间tc2、第二弛豫时间tr2参数（参照图8）。步骤（a）、（b）计算不分先后，主要用于分别计算电压脉冲、电流脉冲充电方式下的充电脉冲。之后，步骤（c）主要依据min{tc1i，tc2i}，max{tr1i，tr2i}的原则决定最终实际所需的下一时刻的电池充电脉冲。由于电芯的不一致性，在等压情况下，通过各电芯的电流各不同，会形成环流。为此，基于每个电芯的差异和电芯健康使用考虑，采用并联电芯中最小的充电时间值对整个电池进行充电，并在用并联电芯中最大弛豫时间值进行恢复。每一时刻根据电池的所有电芯的实时数据，重新确定最合适的值作为下一个的充电脉冲，这样可降低对多电芯并联的电池结构中各电芯一致性要求，解决电池电荷均衡问题，可有效抑制电芯的充电环流问题。所述充电脉冲包括充电电压、第一充电时间、第一弛豫时间/第二弛豫时间；或者，所述充电脉冲包括充电电流、第二充电时间、第二弛豫时间/第一弛豫时间。

以图9a、图9b所示的多电芯串并联构成的电池为例，电池的实时数据包括电芯1的温度1、电流1、电压1、soc1、soh1；电芯2的温度2、电流2、电压2、soc2、soh2；电芯3的温度3、电流3、电压3、soc3，soh3,…,电芯n的温度n，电流n，电压n，socn，sohn。每个电芯包括第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1、第二充电时间tc2、第二弛豫时间tr2参数（参照图9a、9b）。步骤（a）、（b）计算不分先后，主要用于分别计算电压脉冲、电流脉冲充电方式下的充电脉冲。之后，步骤（c）主要依据min{tc1i，tc2i}，max{tr1i，tr2i}的原则决定最终实际所需的下一时刻的电池充电脉冲。对于串联部分，由于串联电池在正常运行过程中老化特性的扩展，以及电池自放电速率的差异，导致电池电荷不均衡。对于并联部分，由于电芯的不一致性，在等压情况下，通过各电芯的电流各不同，会形成环流。为此，基于每个电芯的差异和电芯健康使用考虑，采用所有电芯中最小的充电时间值对整个电池进行充电，并在用所有电芯中最大弛豫时间值进行恢复。每一时刻根据电池的所有电芯的实时数据，重新确定最合适的值作为下一个的充电脉冲，这样可降低对多电芯电池结构中各电芯一致性要求，解决电池电荷均衡问题，可充分利用电池容量，并有效抑制电芯的充电环流问题。所述充电脉冲包括充电电压、第一充电时间、第一弛豫时间/第二弛豫时间；或者，所述充电脉冲包括充电电流、第二充电时间、第二弛豫时间/第一弛豫时间。

对于电芯中存在串联的部分，一旦有电芯达到满电状态时，如果仍按照上述（a）-（c）过程充电，对已充满电的电芯而言，充电脉冲已无法充入电芯，已满电的电芯一直处于充电状态下，温度升高，电芯内阻变大，逐步发生老化，甚至发生损坏。为此，需要进行合理充电调整。在串联电芯中至少一个电芯达到满电状态时：

（iv）先对满电状态的电芯进行放电；之后，根据电池的实时数据，依据每个电芯的第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1随充电电压、温度、soc、soh变化的第一曲线确定每个电芯下一时刻的第一充电脉冲；

（v）根据电池的实时数据，依据每个电芯的第二充电时间tc2、第二弛豫时间tr2随充电电流、温度、soc、soh变化的第二曲线确定每个电芯下一时刻的第二充电脉冲；

（vi）在所有电芯的第一充电脉冲中的第一充电时间tc1和第二充电脉冲中的第二充电时间tc2中，选择出一个最小的充电时间；并在所有电芯的第一充电脉冲中的第一弛豫时间tr1和第二充电脉冲中的第二弛豫时间tr2中，选择出一个最大的弛豫时间，将选择的最小充电时间、最大弛豫时间构成下一时刻的电池充电脉冲。

所述对满电状态的电芯进行放电的方式包括：将满电状态的电芯放电至地面gnd。或者，将满电状态的电芯放电至未达到满电状态的电芯，使得未达到满电状态的电芯在接收电量后仍未达到满电状态。

当采用放电至地面gnd的方式时，放电的电量可根据需要设定，如以下一个接近满电状态的电芯为依据，可将满电状态的电芯放电后最后的电量与下一个接近满电状态的电芯的电量相等；或者将放电量放掉10%；或者根据其他方式设定。但不宜放电过大，也不宜放电过少，以确保电池内所有电芯能快速完成充满电为原则进行放电。

当采用放电至其他未满电状态的电芯的方式时，可放电至一个电芯，或者二个电芯，或者多个，或者其他所有未满电状态的电芯。例如，以最少电量的电芯为依据，满电状态的电芯将满电电量与最少电量差值的一半作为所需的放电电量进行放电，使得放电后两个电芯电量基本相等且均未达到满电状态。又例如，以最少电量的电芯为依据，满电状态的电芯将满电电量的10%放电给最少电量的电芯。又例如，满电状态的电芯将满电电量的10%均分给其他未满电状态的电芯。

图10示出了一种充电系统。该系统包括电池模块，电源，检测、保护模块，控制及能量管理模块。此系统可全生命周期追踪电池的老化状况，（第一充电时间tc1，第一弛豫时间tr1）的变化情况，（第二充电时间tc2，第二弛豫时间tr2）的变化情况，同时在极端情况下可采取保护措施。在此基础上，控制及能量管理模块用于产生充电脉冲，脉冲的产生基于对（第一充电时间tc1，第一弛豫时间tr1）、（第二充电时间tc2，第二弛豫时间tr2）的测算。电源能够根据要求，提供所需的电压、电流、脉冲给电池模块。

图11示出了基于图10所示系统的具体示例。系统包括电池模块7、电池能量管理模块3、电源6、数据库5、计算控制模块4、开关模块2、检测保护模块1。所述检测保护模块1用于测试电池模块的实时数据，如电压、电流、温度，并将实时数据存入数据库内。所述检测保护模块1还在检测到问题时，启动保护功能，立刻保护电池模块。所述数据库5存储有电池的历史数据，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、soh的变化信息，如第一充电时间tc1-过充电压vover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。计算控制模块4利用检测的电池参数和数据库数据进行计算，决定充电的脉冲，通过控制电源输出充电脉冲对电池模块进行充电。第一个充电脉冲结束后，第二个充电脉冲前，所述计算控制模块4依据前述方法利用测到的实时数据、数据库参数计算，使得电池在健康状态下具有处于最高可承受的充电电压或最高充电电流的最长时间，确定第二个充电脉冲；以此类推，直到电池充满为止。

所述电池能量管理3用于检测电池状态，可针对电池的每个电芯的电量、容量状态进行检测。

所述开关模块2可以由开关电路或开关器件构成，可根据计算控制模块、电池能量管理模块、检测保护模块的指令，进行充放电控制、保护控制。

所述检测保护模块1包括检测电路、保护电路。所述检测电路可采用现有能够检测电池电压、电流、温度的检测电路。所述保护电路可采用电池过流、过热、过压保护的常用电路。

如图12，数据库包括初始数据库、现状数据库、历史数据库，数据库存储有电芯的充放电曲线，soh,soc内阻，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、soh的变化信息。在初始阶段时，初始数据库的初始数据由电池生厂商提供，如充放电曲线，soh,soc内阻，并根据提供的初始信息确定的，如第一充电时间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、soh的变化信息。在充电系统使用阶段期间，现状数据库存储实时更新的上述信息。历史数据库存储不同阶段的上述电池数据。所述现状数据库将现状数据输出给历史数据库。所述历史数据库反馈信息给现状数据库，每一个充电循环均进行校正，校正数据库内的信息，如第一充电时间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、soh的变化信息，进而保证电池健康、高效充电。

系统依赖于上述现状数据库的信息，结合检测保护模块实时检测的电流、电压、温度数据，确定电池现状，确定soc、soh、tr1、tr2、tc1、tc2。基于上述计算充电脉冲的方法确定适合电池下一个时刻的充电脉冲。当电池出现过流、过热等问题时，则需要启动保护模块，控制电源停止对电池模块的充电，如利用开关模块断开电源和电池模块之间的充电通路；一旦电池恢复正常，就不需要保护，恢复充电状态。

具体地，对于由单电芯构成的电池而言，所述计算控制模块包括电池充电脉冲计算单元，用于根据充电电流或充电电压是否在安全范围内，且第一充电时间和第二充电时间的大小关系，确定采用电压脉冲充电或电流脉冲充电。每一时刻根据电池实时数据，选择合适的充电方式。

具体地，对于由多电芯构成的电池而言，所述计算控制模块包括第一充电脉冲计算单元、第二充电脉冲计算单元、电池充电脉冲计算单元。所述第一充电脉冲计算单元，用于根据电池的实时数据，依据每个电芯的第一充电时间tc1、第一弛豫时间tr1随充电电压、温度、soc、soh变化的第一曲线确定每个电芯下一时刻的第一充电脉冲。其中，第一曲线包括第一充电时间tc1-过充电压vover曲线，第一弛豫时间tr1-过充电压vover曲线。所述第二充电脉冲计算单元，用于根据电池的实时数据，依据每个电芯的第二充电时间tc2、第二弛豫时间tr2随充电电流、温度、soc、soh变化的第二曲线确定每个电芯下一时刻的第二充电脉冲。其中，第二曲线包括第二充电时间tc2-过充电流iover曲线，第二弛豫时间tr2-过充电流iover曲线。所述电池充电脉冲计算单元，用于在所有电芯的第一充电脉冲中的第一充电时间tc1和第二充电脉冲中的第二充电时间tc2中，选择出一个最小的充电时间；并在所有电芯的第一充电脉冲中的第一弛豫时间tr1和第二充电脉冲中的第二弛豫时间tr2中，选择出一个最大的弛豫时间，将选择的最小充电时间、最大弛豫时间构成下一时刻的电池充电脉冲。该计算控制模块可适于各类电池结构，如多电芯电池依次串联构成的电池，又如多电芯电池相互并联构成的电池，又如多组并联后的电芯依次串联构成的电池，又如多组电芯串联后相互并联构成的电池，等等。所述电池不限于上述结构，可以是任意符合使用需求的电池结构。

所述计算控制模块还包括放电控制单元。当电池中有电芯串联时，并且所述电池能量管理模块检测到有电芯达到满电状态时，所述放电控制单元启动。在启动前，利用开关模块关断电源对电池模块的充电通路。之后进行放电操作。当放电完毕后，所述开关模块闭合，接入电源对电池模块进行充电。第一充电脉冲计算单元、第二充电脉冲计算单元、电池充电脉冲计算单元工作，计算下一个时刻的充电脉冲。所述放电控制单元根据预设的放电策略执行放电工作，如将满电状态的电芯放电至地面gnd，放电电量可以是将放电量放掉10%，或者以下一个接近满电状态的电芯为依据，可将满电状态的电芯放电后最后的电量与下一个接近满电状态的电芯的电量相；或者，将满电状态的电芯放电至未达到满电状态的电芯，使得未达到满电状态的电芯在接收电量后仍未达到满电状态，如以最少电量的电芯为依据，满电状态的电芯将满电电量与最少电量差值的一半作为所需的放电电量进行放电，使得放电后两个电芯电量基本相等且均未达到满电状态。又例如，以最少电量的电芯为依据，满电状态的电芯将满电电量的10%放电给最少电量的电芯。又例如，满电状态的电芯将满电电量的10%均分给其他未满电状态的电芯。

图13示出了多电芯串联的电池的充电系统。当电池系统有多电芯串联时，由于各电芯不可避免的不一致性，充电时，各电芯充电速度不一致，导致部份电芯的过充电；电芯的长期无控制过充很容易导致加速其老化，甚至热失控，此情况在快速充电时更加明显。在现有的电池管理系统中（如锂电池的被动或主动式管理），由于电芯间平衡能力有限，传统的大电流、快速充电均会导致电芯不平衡。而本发明图13所采用的充电系统，能将每个电芯的过充均控制在健康范围内。系统包括数据库104、计算控制模块103、电源102、功率开关101、电池模块105、检测保护电池能量管理模块100。所述模块100集成了上述检测保护、电池能量管理模块的所有功能，用于实时检测电池系统各电芯的电流、电压、温度，极端情况下进行电池保护，进行电池电芯之间的简单平衡，以及电池电芯之间的能量管理。所述功率开关101和所述电源102均受控于计算控制模块103，用于控制电源对电池模块105的充电。数据库104由局域数据库和云数据库组成。

在数据库104中首先输入初始的电池参数，如电池soc、soh、内阻，以及电池电芯tc1i,tc2i,tr1i,tr2i随温度、soc、soh的变化曲线。所述检测保护电池能量管理模块100测试的数据实时输入数据库，同时通过计算控制模块103校正每个电芯当时的tc1、tc2、tr1、tr2的曲线，对比各电芯的tc1i,tc2i,通过计算最小min{tc1i,tc2i},及最大max{tr1i,tr2i}。根据min{tc1i,tc2i},max{tr1i,tr2i},计算控制模块103通过控制电源102及功率开关101,产生充电脉冲，对电池模块105充电。与此同时，检测保护电池能量管理模块100实时不间断检测电池模块各电芯及行为，产生后续的脉冲序列，直到电池充满为止。对于充电电流在合理范围内的情况，决定脉冲宽度的是min{tci1},弛豫时间取决于max{tri1}。该系统采用本发明电池全生命周期充电方法可以保证每个电芯工作在健康区域的同时，充电最安全，速度最快。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。