一种二次电池组跃变约束装置的制作方法

本发明属于电池管理，具体涉及一种二次电池组跃变约束装置。

背景技术：

1、目前，通信行业运营商的5g基站主要使用磷酸铁锂电池或铅酸电池等二次电池作为备用电源。在中国移动各分公司实际安装的铁锂电池基站中，由于铁锂电池厂家提供的不同批次铁锂电池组一致性不能得到保证，导致铁锂电池组实际使用一年后，很大一部分铁锂电池组实际容量已经低于标称容量的80％。如果使用这部分铁锂电池组进行削峰填谷的备电动作，将导致其容量无法满足要求，直接影响全网在突发事件中的应急反应时长，增高重要节点瘫痪的风险性。

2、通过研究发现，基站备电用铁锂电池的容量衰减是因为锂电芯不一致引起的，因此如何保证基站备电用铁锂电池在充放电过程/停机过程中的电芯一致性，延长备电用铁锂电池的使用寿命，增加循环充放电次数，是本领域技术人员亟需研究的课题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种二次电池组跃变约束装置，用以解决现有技术中二次电池组易因电芯不一致而导致容量衰减、使用寿命缩短和循环充放电次数降低的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，提供了一种二次电池组跃变约束装置，包括有m个第一开关、四个第二开关、四个第三开关、可调电压电流源、可调电阻器、电池电压采集单元、电池电流采集单元和控制处理器，其中，所述m个第一开关的一端用于分别与目标二次电池组的m-1个电芯顺序相连：在所述m个第一开关中的第m个第一开关的一端与在所述m-1个电芯中的第m个电芯的正极相连，在所述m个第一开关中的第m个第一开关的一端与在所述m-1个电芯中的第m-1个电芯的负极相连，m表示大于3的正整数，m表示小于m的正整数；

4、在所述m个第一开关中的所有第奇数个第一开关的另一端分别与在所述四个第二开关中的所有第奇数个第二开关的一端和在所述四个第三开关中的所有第奇数个第三开关的一端相连，在所述m个第一开关中的所有第偶数个第一开关的另一端分别与在所述四个第二开关中的所有第偶数个第二开关的一端和在所述四个第三开关中的所有第偶数个第三开关的一端相连；

5、在所述四个第二开关中的第一个第二开关和第二个第二开关的另一端分别与所述可调电压电流源的正极相连，在所述四个第二开关中的第三个第二开关和第四个第二开关的另一端分别与所述可调电压电流源的负极相连；

6、在所述四个第三开关中的第一个第三开关和第二个第三开关的另一端分别与所述可调电阻器的正极相连，在所述四个第三开关中的第三个第三开关和第四个第三开关的另一端分别与所述可调电阻器的负极相连；

7、所述电池电压采集单元和所述电池电流采集单元的输出端分别与所述控制处理器的输入端相连，其中，所述电池电压采集单元用于实时采集在所述m-1个电芯中的各个电芯的正负极间电压，并将电压采集结果实时传送至所述控制处理器，所述电池电流采集单元用于实时采集流经所述目标二次电池组的电流，并将电流采集结果实时传送至所述控制处理器；

8、所述控制处理器的输出端分别与在所述m个第一开关、所述四个第二开关和所述四个第三开关中的各个开关的受控端、所述可调电压电流源的受控端和所述可调电阻器的受控端相连，所述控制处理器用于按照如下方式(f1)～(f5)中的任意一种维护电芯一致性：

9、(f1)在所述目标二次电池组的变流充电过程中，若根据所述电压采集结果发现在所述m-1个电芯中的某个电芯升压过快，则通过控制所述m个第一开关、所述四个第二开关和所述四个第三开关的开关通断状态，使所述可调电阻器与所述某个电芯并联，并根据所述电压采集结果和所述电流采集结果来调节所述可调电阻器的电阻值，以便降低所述某个电芯的电压升高速率，使电芯电压在所述变流充电过程中一致性趋同；

10、(f2)在所述目标二次电池组的变流充电过程中，若根据所述电压采集结果发现在所述m-1个电芯中的某个电芯升压过慢，则通过控制所述m个第一开关、所述四个第二开关和所述四个第三开关的开关通断状态，使所述可调电压电流源与所述某个电芯并联，并根据所述电压采集结果和所述电流采集结果来调节所述可调电压电流源的电压电流值，以便提高所述某个电芯的电压升高速率，使电芯电压在所述变流充电过程中一致性趋同；

11、(f3)在所述目标二次电池组的变流放电过程中，若根据所述电压采集结果发现在所述m-1个电芯中的某个电芯降压过快时，则通过控制所述m个第一开关、所述四个第二开关和所述四个第三开关的开关通断状态，使所述可调电压电流源与所述某个电芯并联，并根据所述电压采集结果和所述电流采集结果来调节所述可调电压电流源的电压电流值，以便降低所述某个电芯的电压降低速率，使电芯电压在所述变流放电过程中一致性趋同；

12、(f4)在所述目标二次电池组的待机过程中，若根据所述电压采集结果发现在所述m-1个电芯中的某个电芯的电芯电压过高，则通过控制所述m个第一开关、所述四个第二开关和所述四个第三开关的开关通断状态，使所述可调电阻器与所述某个电芯并联，并根据所述电压采集结果来调节所述可调电阻器的电阻值，以便降低所述某个电芯的电芯电压，使电芯电压在所述待机过程中一致性趋同；

13、(f5)在所述目标二次电池组的待机过程中，若根据所述电压采集结果发现在所述m-1个电芯中的某个电芯的电芯电压过低，则通过控制所述m个第一开关、所述四个第二开关和所述四个第三开关的开关通断状态，使所述可调电压电流源与所述某个电芯并联，并根据所述电压采集结果来调节所述可调电压电流源的电压电流值，以便提高所述某个电芯的电芯电压，使电芯电压在所述变流充电过程中一致性趋同。

14、基于上述
技术实现要素：
，提供了一种在变流充放电过程/停机过程中维护二次电池组电芯一致性的新方案，即包括有m个第一开关、四个第二开关、四个第三开关、可调电压电流源、可调电阻器、电池电压采集单元、电池电流采集单元和控制处理器，其中，所述m个第一开关的一端用于分别与目标二次电池组的m-1个电芯顺序相连，并通过前述单元的连接关系及功能配合，能够使电芯电压在变流充放电过程/停机过程中一致性趋同，如此可以减慢容量衰减，延长备电用铁锂电池的使用寿命，增加循环充放电次数，进而可利于各基站锂电池组基于削峰填谷政策进行夜间储能，实现高峰放电、降低能耗费用、收回备电电池投资和获取碳中和指标等目的，便于实际应用和推广。

15、在一个可能的设计中，通过控制所述m个第一开关、所述四个第二开关和所述四个第三开关的开关通断状态，使所述可调电阻器与所述某个电芯并联，包括有如下步骤s11～s15：

16、s11.判断所述某个电芯在所述m-1个电芯中的序号数是否为单数，若是，则执行步骤s12，否则执行步骤s14；

17、s12.控制所述第一个第三开关和所述第四个第三开关处于导通状态，然后将所述可调电阻器的电阻值调整至最大电阻值，再然后控制在所述m个第一开关中的第一个第一开关和第二个第一开关处于导通状态，以及控制在所述m个第一开关中的其余开关处于断开状态，最后判断第一复线是否是连接电芯正极且第二复线是否是连接电芯负极，若均是，则执行步骤s13，否则触发接线错误警报动作，其中，所述第一复线是指分别连接所述所有第奇数个第一开关的另一端的线缆，所述第二复线是指分别连接所述所有第偶数个第一开关的另一端的线缆；

18、s13.控制所述第一个第一开关和所述第二个第一开关处于断开状态，然后控制在所述m个第一开关中的且分别一一对应地连接所述某个电芯的两端的两个第一开关处于导通状态，最后判断所述第一复线是否是连接电芯正极且所述第二复线是否是连接电芯负极，若均是，则结束，否则触发接线错误警报动作；

19、s14.控制所述第二个第三开关和所述三个第三开关处于导通状态，然后将所述可调电阻器的电阻值调整至最大电阻值，再然后控制在所述m个第一开关中的第二个第一开关和第三个第一开关处于导通状态，以及控制在所述m个第一开关中的其余开关处于断开状态，最后判断第一复线是否是连接电芯负极且第二复线是否是连接电芯正极，若均是，则执行步骤s15，否则触发接线错误警报动作，其中，所述第一复线是指分别连接所述所有第奇数个第一开关的另一端的线缆，所述第二复线是指分别连接所述所有第偶数个第一开关的另一端的线缆；

20、s15.控制所述第二个第一开关和所述第三个第一开关处于断开状态，然后控制在所述m个第一开关中的且分别一一对应地连接所述某个电芯的两端的两个第一开关处于导通状态，最后判断所述第一复线是否是连接电芯负极且所述第二复线是否是连接电芯正极，若均是，则结束，否则触发接线错误警报动作。

21、在一个可能的设计中，在结束调节所述可调电阻器的电阻值后，所述控制处理器还用于：

22、当所述某个电芯在所述m-1个电芯中的序号数为单数时，先控制所述两个第一开关处于断开状态，然后将所述可调电阻器的电阻值调整至最大电阻值，再然后判断所述第一复线与所述第二复线之间是否有电压，若是，则控制所述第一个第三开关和所述第四个第三开关处于断开状态，否则触发接线错误警报动作；

23、或者，当所述某个电芯在所述m-1个电芯中的序号数为偶数时，先控制所述两个第一开关处于断开状态，然后将所述可调电阻器的电阻值调整至最大电阻值，再然后判断所述第一复线与所述第二复线之间是否有电压，若是，则控制所述第二个第三开关和所述三个第三开关处于断开状态，否则触发接线错误警报动作。

24、在一个可能的设计中，通过控制所述m个第一开关、所述四个第二开关和所述四个第三开关的开关通断状态，使所述可调电压电流源与所述某个电芯并联，包括有如下步骤s21～s25：

25、s21.判断所述某个电芯在所述m-1个电芯中的序号数是否为单数，若是，则执行步骤s22，否则执行步骤s24；

26、s22.控制所述第一个第二开关和所述第四个第二开关处于导通状态，然后将所述可调电阻器的电阻值调整至最大电阻值，再然后控制所述第一个第三开关和所述第四个第三开关处于导通状态，以及控制所述m个第一开关处于断开状态，最后判断第一复线是否是连接电源正极且第二复线是否是连接电源负极，若均是，则执行步骤s23，否则触发接线错误警报动作，其中，所述第一复线是指分别连接所述所有第奇数个第一开关的另一端的线缆，所述第二复线是指分别连接所述所有第偶数个第一开关的另一端的线缆；

27、s23.控制所述第一个第二开关和所述第四个第二开关处于断开状态，然后控制在所述m个第一开关中的且分别一一对应地连接所述某个电芯的两端的两个第一开关处于导通状态，最后判断所述第一复线是否是连接电芯正极且所述第二复线是否是连接电芯负极，若均是，则控制所述第一个第三开关和所述第四个第三开关处于断开状态，然后控制所述第一个第二开关和所述第四个第二开关处于导通状态，最后结束，否则触发接线错误警报动作；

28、s24.控制所述第二个第二开关和所述第三个第二开关处于导通状态，然后将所述可调电阻器的电阻值调整至最大电阻值，再然后控制所述第一个第三开关和所述第四个第三开关处于导通状态，以及控制所述m个第一开关处于断开状态，最后判断第一复线是否是连接电源负极且第二复线是否是连接电源正极，若均是，则执行步骤s25，否则触发接线错误警报动作，其中，所述第一复线是指分别连接所述所有第奇数个第一开关的另一端的线缆，所述第二复线是指分别连接所述所有第偶数个第一开关的另一端的线缆；

29、s25.控制所述第二个第二开关和所述第三个第二开关处于断开状态，然后控制在所述m个第一开关中的且分别一一对应地连接所述某个电芯的两端的两个第一开关处于导通状态，最后判断所述第一复线是否是连接电芯负极且所述第二复线是否是连接电芯正极，若均是，则控制所述第一个第三开关和所述第四个第三开关处于断开状态，然后控制所述第二个第二开关和所述第三个第二开关处于导通状态，最后结束，否则触发接线错误警报动作。

30、在一个可能的设计中，在结束调节所述可调电压电流源的电压电流值后，所述控制处理器还用于：

31、当所述某个电芯在所述m-1个电芯中的序号数为单数时，先控制所述两个第一开关处于断开状态，然后控制所述第一个第二开关和所述第四个第二开关处于断开状态，再然后将所述可调电阻器的电阻值调整至最大电阻值，再然后控制所述第一个第三开关和所述第四个第三开关处于导通状态，再然后判断所述第一复线与所述第二复线之间是否有电压，若是，则触发接线错误警报动作，否则控制所述第一个第三开关和所述第四个第三开关处于断开状态；

32、或者，当所述某个电芯在所述m-1个电芯中的序号数为偶数时，先控制所述两个第一开关处于断开状态，然后控制所述第二个第二开关和所述第三个第二开关处于断开状态，再然后将所述可调电阻器的电阻值调整至最大电阻值，再然后控制所述第二个第三开关和所述第三个第三开关处于导通状态，再然后判断所述第一复线与所述第二复线之间是否有电压，若是，则触发接线错误警报动作，否则控制所述第二个第三开关和所述第三个第三开关处于断开状态。

33、在一个可能的设计中，在所述目标二次电池组的变流充电过程中，根据所述电压采集结果和所述电流采集结果来调节所述可调电阻器的电阻值，以便降低所述某个电芯的电压升高速率，包括有如下步骤s31～s34：

34、s31.根据所述电压采集结果，计算得到所述m-1个电芯的正负极间电压平均值，以及确定所述某个电芯的正负极间电压值，并计算得到所述某个电芯的正负极间电压值与所述m-1个电芯的正负极间电压平均值的差值，然后执行步骤s32；

35、s32.根据所述电流采集结果，计算得到待用电流值，然后执行步骤s33，其中，所述待用电流值的计算公式如下：

36、in＝isl-mod(in,isl)

37、式中，in表示所述待用电流值，in表示流经所述目标二次电池组的电流值，isl表示预设的电流调整步长值，mod()表示取余函数；

38、s33.将所述差值除以所述待用电流值in的计算结果作为所述可调电阻器的目标电阻值，并控制所述可调电阻器的电阻达到所述目标电阻值，然后执行步骤s34；

39、s34.根据新收到的所述电压采集结果判断所述某个电芯的正负极间电压新值与所述m-1个电芯的正负极间电压新平均值的新差值是否小于预设的第一电压阈值，若是，则结束调节所述可调电阻器的电阻值，否则返回执行步骤s31。

40、在一个可能的设计中，在所述目标二次电池组的变流充电过程中，根据所述电压采集结果和所述电流采集结果来调节所述可调电压电流源的电压电流值，以便提高所述某个电芯的电压升高速率，包括有如下步骤s41～s43：

41、s41.根据所述电压采集结果，计算得到所述m-1个电芯的正负极间电压平均值，以及确定所述某个电芯的正负极间电压值，并计算得到所述m-1个电芯的正负极间电压平均值与所述某个电芯的正负极间电压值的差值，然后执行步骤s42；

42、s42.将所述差值加上所述m-1个电芯的最近多个历史正负极间电压平均值的计算结果作为所述可调电压电流源的目标电压值，以及根据所述电流采集结果和所述差值加上所述m-1个电芯的最近多个历史正负极间电压平均值的计算结果确定所述可调电压电流源的目标电流值，并控制所述可调电压电流源的电压值和电流值分别达到一一对应的所述目标电压值和所述目标电流值，然后执行步骤s43；

43、s43.根据新收到的所述电压采集结果判断所述m-1个电芯的正负极间电压新平均值与所述某个电芯的正负极间电压新值的新差值是否小于预设的第二电压阈值，若是，则结束调节所述可调电压电流源的电压电流值，否则返回执行步骤s41。

44、在一个可能的设计中，在所述目标二次电池组的变流放电过程中，根据所述电压采集结果和所述电流采集结果来调节所述可调电压电流源的电压电流值，以便降低所述某个电芯的电压降低速率，包括有如下步骤s51～s53：

45、s51.根据所述电压采集结果，计算得到所述m-1个电芯的正负极间电压平均值，以及确定所述某个电芯的正负极间电压值，并计算得到所述m-1个电芯的正负极间电压平均值与所述某个电芯的正负极间电压值的差值，然后执行步骤s52；

46、s52.将所述差值加上所述m-1个电芯的最近多个历史正负极间电压平均值的计算结果作为所述可调电压电流源的目标电压值，以及根据所述电流采集结果和所述差值加上所述m-1个电芯的最近多个历史正负极间电压平均值的计算结果确定所述可调电压电流源的目标电流值，并控制所述可调电压电流源的电压值和电流值分别达到一一对应的所述目标电压值和所述目标电流值，然后执行步骤s53；

47、s53.根据新收到的所述电压采集结果判断所述m-1个电芯的正负极间电压新平均值与所述某个电芯的正负极间电压新值的新差值是否小于预设的第二电压阈值，若是，则结束调节所述可调电压电流源的电压电流值，否则返回执行步骤s51。

48、在一个可能的设计中，在所述目标二次电池组的待机过程中，根据所述电压采集结果来调节所述可调电阻器的电阻值，以便降低所述某个电芯的电芯电压，包括有如下步骤s61～s63：

49、s61.根据所述电压采集结果，确定所述某个电芯的正负极间电压值，并计算得到所述某个电芯的正负极间电压值与预设的第三电压阈值的差值，然后执行步骤s62；

50、s62.将所述差值除以预设的电流调整步长值的计算结果作为所述可调电阻器的目标电阻值，并控制所述可调电阻器的电阻达到所述目标电阻值，然后执行步骤s63；

51、s63.根据新收到的所述电压采集结果判断所述某个电芯的正负极间电压新值是否小于等于所述第三电压阈值，若是，则结束调节所述可调电阻器的电阻值，否则返回执行步骤s61。

52、在一个可能的设计中，在所述目标二次电池组的待机过程中，根据所述电压采集结果来调节所述可调电压电流源的电压电流值，以便提高所述某个电芯的电芯电压，包括有如下步骤s71～s73：

53、s71.根据所述电压采集结果，确定所述某个电芯的正负极间电压值，并计算得到预设的第四电压阈值与所述某个电芯的正负极间电压值的差值，然后执行步骤s72；

54、s72.将所述差值作为所述可调电压电流源的目标电压值，以及将电流值iφ＝vφ/r1+i1作为所述可调电压电流源的目标电流值，并控制所述可调电压电流源的电压值和电流值分别达到一一对应的所述目标电压值和所述目标电流值，然后执行步骤s73，其中，vφ表示所述差值，r1表示预设的第一经验电阻值，i1表示预设的第一经验电流值；

55、s73.根据新收到的所述电压采集结果判断所述第四电压阈值与所述某个电芯的正负极间电压新值的新差值是否等于0，若是，则结束调节所述可调电压电流源的电压电流值，否则返回执行步骤s72。

56、上述方案的有益效果：

57、(1)本发明创造性提供了一种在变流充放电过程/停机过程中维护二次电池组电芯一致性的新方案，即包括有m个第一开关、四个第二开关、四个第三开关、可调电压电流源、可调电阻器、电池电压采集单元、电池电流采集单元和控制处理器，其中，所述m个第一开关的一端用于分别与目标二次电池组的m-1个电芯顺序相连，并通过前述单元的连接关系及功能配合，能够使电芯电压在变流充放电过程/停机过程中一致性趋同，如此可以减慢容量衰减，延长备电用铁锂电池的使用寿命，增加循环充放电次数，进而可利于各基站锂电池组基于削峰填谷政策进行夜间储能，实现高峰放电、降低能耗费用、收回备电电池投资和获取碳中和指标等目的，便于实际应用和推广。