电池容量自校正方法、电池管理系统和储能电源与流程

本发明涉及电池容量校准，尤其涉及一种电池容量自校正方法、电池管理系统和储能电源。

背景技术：

1、随着新能源储能技术的快速发展，储能电源（如便携式储能电站、家庭储能系统、工业备用电源等）已广泛应用于日常生活、工业生产等领域。电池管理系统（bms）作为储能电源的核心组成部分，其核心功能是精准估算电池剩余电量（soc）和剩余容量，为储能电源的充放电控制、安全保护和使用寿命管理提供关键依据。

2、在传统的bms架构中，模拟前端芯片（afe）是核心组件之一，其主要作用是采集单节电芯的电压、温度，实现单节电芯的均衡控制、过压/欠压保护，并将采集到的参数上传至控制模块（mcu） 进行电池剩余电量和容量计算。然而，多节电芯串联的高集成度afe的硬件成本较高，不利于储能电源的成本控制，且afe芯片需要与mcu进行通信（如i2c、spi协议），同时需要额外的采样电阻、均衡电路等外围组件，增加了pcb板设计复杂度、布线难度和硬件故障率；且afe芯片及其外围电路的运行会消耗额外的电能，降低储能电源的整体能效，导致便携式储能电源的续航能力较低。

3、为解决上述问题，行业内逐渐出现了 "无afe芯片" 的bms架构方案，即通过mcu直接采集电池包的总电压、总电流、环境温度等全局参数，替代afe芯片的单节电芯参数采集功能。然而，无afe芯片架构下，由于mcu无法采集单节电芯的电压和温度，只能依赖电池包总电压反映整体状态。但电池包总电压受充放电电流、温度、循环次数等因素影响较大，无法精准反映单节电芯的真实状态（如部分电芯过充 / 欠压时总电压可能仍处于正常范围），导致电池剩余电量和容量估算误差较大；同时，现有无afe芯片方案通常仅采用固定额定容量配合安时积分计算电量，缺乏主动的容量校正机制，无法适应电池老化引起的容量衰减，长期使用后soc估算偏差显著增大；并且，当电池包总电压因非线性特性发生快速下降（即电量跳变）时，现有方案只能将soc强制置零，而无法同步修正标定容量，导致跳变后的容量估算持续存在误差。因此，在未配置模拟前端芯片、无法获取单节电芯电压、且控制单元与独立保护模块之间无任何通信连接的三重硬件约束下，如何仅依赖电池包总电压、总电流与温度等全局参数，实现对标定容量的精准自校正，以解决安时积分累计误差、总电压非线性导致满放误判以及电量跳变后容量无法修正的问题，成为亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了至少部分地改善上述问题，本发明提供一种电池容量自校正方法、电池管理系统和储能电源。

2、首先本发明提供一种电池容量自校正方法，应用于与电池包连接的电池管理系统，所述电池管理系统包括控制单元、开关单元、独立保护模块和与所述控制单元电连接的存储器；所述电池管理系统未设置用于采集所述电池包中单节电芯电压的模拟前端芯片，所述控制单元不获取所述电池包中单节电芯的电压；所述控制单元用于获取电池包的运行参数，并根据存储于所述存储器的标定容量计算电池剩余电量soc，所述运行参数至少包括电学参数和温度参数，所述开关单元用于控制所述电池包的充放电回路，且所述开关单元受控于所述电池管理系统中的独立保护模块，所述控制单元与所述独立保护模块之间无信号交互；所述方法包括：

3、所述控制单元根据预设标志位，控制所述电池管理系统在校准模式与正常模式之间切换；

4、在所述校准模式的放电阶段，当所述电学参数满足预设满放条件时，获取当前的累积放电容量和所述温度参数；当所述累积放电容量与所述温度参数满足预设校正条件时，将所述累积放电容量写入所述标定容量，并切换至所述正常模式；否则，不更新所述标定容量，清零所述累积放电容量，并切换回所述校准模式的充电阶段；

5、在所述正常模式的放电阶段，当所述电学参数满足所述预设满放条件时，确定所述电池包处于空电状态，并获取对应时刻的电池剩余电量soc作为原始soc；

6、若所述原始soc低于预设跳变阈值，则判定为正常空电，不触发容量自校正，并将当前的电池剩余电量soc强制置零；

7、若所述原始soc不低于所述预设跳变阈值，且根据所述预设标志位判定处于允许校正状态时，则触发容量自校正：根据所述标定容量与预设校正系数更新所述标定容量，更新所述预设标志位，并将当前的电池剩余电量soc强制置零；

8、若所述原始soc不低于所述预设跳变阈值，且根据所述预设标志位判定不处于允许校正状态时，则不更新所述标定容量，并将当前的电池剩余电量soc强制置零。

9、作为优选，所述运行参数包括电池包的总电压和总电流；所述控制单元对所述总电流进行安时积分以获取累积放电容量，并基于所述累积放电容量和所述标定容量计算所述电池剩余电量soc；

10、所述开关单元包括反向串联接入所述充放电回路的充电mos管和放电mos管，所述充电mos管和所述放电mos管的通断状态由所述独立保护模块直接驱动。

11、作为优选，所述当所述累积放电容量与所述温度参数满足预设校正条件时，将所述累积放电容量写入所述标定容量，包括：

12、判断所述累积放电容量是否满足大于预设的有效下限值且不大于预设的有效上限值；

13、判断所述温度参数是否满足高于预设温度阈值；

14、当所述累积放电容量满足大于预设的有效下限值且不大于预设的有效上限值，所述温度参数满足高于预设温度阈值时，判定满足预设校正条件，将所述累积放电容量写入所述标定容量。

15、作为优选，所述预设标志位具有多种表征系统状态的状态值，所述方法还包括：

16、在所述校准模式的充电阶段，当所述电学参数满足预设的满充条件时，将所述预设标志位更新为表征校准放电阶段的状态值，控制停止充电并清零所述累积放电容量，进入所述校准模式的放电阶段；

17、在所述正常模式的充电阶段，当所述电学参数满足预设的满充条件时，将所述预设标志位更新为表征正常放电阶段的状态值，清零所述累积放电容量，并进入所述正常模式的放电阶段。

18、作为优选，还包括：

19、判断所述预设标志位当前是否为所述表征正常放电阶段的状态值；

20、若是，则判定处于允许校正状态，并在执行所述触发容量自校正后，将所述预设标志位更新为表征不可校正的状态值。

21、作为优选，所述根据所述标定容量与预设校正系数更新所述标定容量，包括：

22、基于当前的所述标定容量、预设的衰减缩放比例以及预设补偿值，计算得到更新后的标定容量；

23、其中，所述预设的衰减缩放比例根据预设的放电深度系数确定，所述预设补偿值为固定补偿值或零。

24、作为优选，在所述校准模式的放电阶段，所述控制单元还实时获取所述总电流，并计算相邻采样周期之间的总电流变化率；当所述总电流在预设采样周期内的下降速率超过预设突变阈值时，所述控制单元判定所述独立保护模块已因硬件保护条件强制切断所述充放电回路，将本次累积的累积放电容量置为无效并清零，退出所述校准模式的放电阶段，切换回所述校准模式的充电阶段，且不更新所述标定容量。

25、作为优选，还包括：

26、在所述正常模式的放电阶段，当确定所述电池包处于空电状态且所述原始soc低于预设下限值时，对连续满足次数进行累加；

27、当所述连续满足次数达到预设次数阈值时，根据预设回升系数增大所述标定容量，并将所述连续满足次数清零；

28、和/或

29、当满足预设重校准条件时，将所述预设标志位更新为指示进入所述校准模式的充电阶段的状态值，所述预设重校准条件包括累计充放电循环次数达到预设循环阈值、所述标定容量相对所述电池包额定容量的衰减比例达到预设衰减阈值、以及检测到所述电池包被更换中的至少一种。

30、本发明还提供一种电池管理系统，包括存储器、控制单元、独立保护模块，以及用于控制电池包充放电回路的开关单元；

31、所述存储器与所述控制单元电连接，用于存储计算机程序；

32、所述控制单元用于与所述电池包电连接，以获取所述电池包的运行参数；

33、所述开关单元用于串联接入所述电池包的充放电回路；

34、所述独立保护模块与所述开关单元电连接，用于直接驱动所述开关单元的导通与关断，且所述独立保护模块与所述控制单元之间无信号交互；

35、所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述控制单元执行时，实现如上任一项所述的电池容量自校正方法的步骤。

36、本发明还提供一种储能电源，包括电池包以及如上所述的电池管理系统，所述电池管理系统与所述电池包电连接。

37、有益效果：与现有设置有模拟前端芯片的电池管理方案相比，本发明无需配置模拟前端芯片及外围通信接口，电池管理系统的硬件成本和布线复杂度显著降低，同时独立保护模块独立控制mos管、mcu与保护芯片之间无通信连接的设计，有效避免了因软件故障导致保护失效的安全隐患，提升了系统运行的可靠性；与现有无模拟前端芯片的简化方案相比，本发明不再依赖固定额定容量，而是通过校准标志位状态机在首次上电时自动进入校准模式，利用一次完整充放电循环获取真实初始标定容量，克服了现有方案无法适应电池老化、容量基准长期漂移的缺陷。在校准模式下，本发明通过累积放电容量区间和环境温度阈值的双重校验，能够有效过滤因异常中断或低温非线性导致的无效放电数据，确保初始标定容量的准确性；在正常放电阶段，采用连续预设周期对总电压进行防抖动监测，能够滤除负载波动引起的电压瞬时跌落，避免空电状态的误触发；同时，以soc原始值为判断依据，仅在soc原始值高于预设阈值时才触发容量自校正，在每次触发跳变校正时对标定容量进行微幅递减修正，使标定容量随充放电循环次数的增加而逐渐降低，与电池老化引起的实际可用容量衰减趋势保持一致；相较于现有方案在电量跳变时仅将soc强制置零而不修正标定容量的做法，本发明在电量跳变时同步修正容量基准，从根本上消除安时积分的累计误差，在无 afe 芯片的硬件限制下长期维持较高的soc估算精度。