CN102593909A

CN102593909A - 电池均衡电路可靠性检测系统

Info

Publication number: CN102593909A
Application number: CN2012100529891A
Authority: CN
Inventors: 夏军; 黄昌明
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了一种电池均衡电路可靠性检测系统，其包括电池、电池均衡电路和可靠性检测电路；电池均衡电路包括放电负载、开关器件和控制单元；可靠性检测电路包括电压检测判断单元；放电负载和开关器件串联后，所组成的串联电路的两端分别连接在电池的正极和负极；控制单元向开关器件发送控制信号，控制开关器件处于断开或闭合的状态；电压检测判断单元通过检测放电负载两端的电压和电池两端的电压，判断开关器件是否失效。本发明电池均衡电路可靠性检测系统能够检测电池均衡电路所使用的开关器件是否损坏，提高电池系统的可靠性。

Description

电池均衡电路可靠性检测系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种电池均衡电路可靠性检测系统。

背景技术

由于电池能量和端电压的限制，实际应用中通常需要采用多个电池进行串、并联组合来达到较高的电压和较大的能量。而由于电池特性的高度非线性，同时电池组中众多电池之间存在制造工艺、材质、使用环境、接线方式等差异，单个电池之间存在容量、端电压和内阻的不一致在所难免，在长期的充放电过程中，单个电池之间不一致性的加剧，会导致整组电池容量的快速衰减，甚至会导致个别电池因过充电和过放电而损坏。因此在电池的串并联使用中，电池管理系统通常会成为电池组的必备装置。电池管理系统一般由传感器、控制单元和输入输出接口组成，其中传感器用于测量电池的电压、电流和温度等。电池管理系统最基本的功能是监控电池的工作状态(如电池的电压、电流和温度)和预测电池的电池容量(SOC)，进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用电池存储能力和提高循环寿命。

电池管理系统在对电池组中的电池进行均衡管理时，通过控制开关器件的动作来切换连接位置，从而对单个电池进行单独的充放电。但是，由于电池组串并联使用的电池数量多，并且开关动作很频繁，开关器件的随机失效风险高，使得电池管理系统的可靠性大大降低。如果一个或多个开关器件失效，相应的电池均衡功能也将失效。如果开关失效模式是在常闭状态，将导致电池通过闭合的开关进行持续的不可控的放电，使电池电压降到失效电压以下，从而导致电池的永久性损坏。

有鉴于此，确有必要提供一种电池均衡电路可靠性检测系统，以检测电池均衡电路所使用的开关器件是否损坏，提高电池系统的可靠性。

发明内容

本发明的发明目的在于：提出一种电池均衡电路可靠性检测系统，能够检测电池均衡电路所使用的开关器件是否损坏，提高电池系统的可靠性。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种电池均衡电路可靠性检测系统，其包括电池、电池均衡电路和可靠性检测电路；

所述电池均衡电路包括放电负载、开关器件和控制单元；所述可靠性检测电路包括电压检测判断单元；

所述放电负载和所述开关器件串联后，所组成的串联电路的两端分别连接在所述电池的正极和负极；

所述控制单元向所述开关器件发送控制信号，控制所述开关器件处于断开或闭合的状态；

所述电压检测判断单元通过检测所述放电负载两端的电压和所述电池两端的电压，判断所述开关器件是否失效。

作为本发明电池均衡电路可靠性检测系统的一种改进，所述电压检测判断单元通过检测所述放电负载两端的电压和所述电池两端的电压，判断所述开关器件是否失效，具体包括：

当所述控制单元控制所述开关器件处于断开状态时，若所述电压检测判断单元检测到所述放电负载两端的电压为0，则判定所述开关器件正常，否则判定所述开关器件失效；

当所述控制单元控制所述开关器件处于闭合状态时，若所述电压检测判断单元检测到所述放电负载两端的电压等于所述电池两端的电压，则判定所述开关器件正常，否则判定所述开关器件失效。

作为本发明电池均衡电路可靠性检测系统的一种改进，所述电池为电化学储能器件或设备。

作为本发明电池均衡电路可靠性检测系统的一种改进，所述放电负载为纯阻性负载或包含阻性成分的复合型负载。

作为本发明电池均衡电路可靠性检测系统的一种改进，所述开关器件为受控开关。

作为本发明电池均衡电路可靠性检测系统的一种改进，所述受控开关为机械触点开关、双极结型晶体管、金属-氧化层-半导体-场效晶体管、结型场效应晶体管。

作为本发明电池均衡电路可靠性检测系统的一种改进，所述可靠性检测电路是硬件电路，或者是硬件电路和包含了软件代码的智能芯片两者的混合体。

作为本发明电池均衡电路可靠性检测系统的一种改进，所述可靠性检测电路还可以包括报警单元；当所述电压检测判断单元检测到所述开关器件失效时，所述报警单元发出报警信号。

作为本发明电池均衡电路可靠性检测系统的一种改进，所述电池均衡电路还包括传感器；所述传感器用于检测所述电池的电压、电流和温度信息，并将检测到的电压、电流和温度信息传送给所述控制单元；所述控制单元还用于根据接收到的电压、电流和温度信息，对所述电池进行均衡管理。

相对于现有技术，本发明电池均衡电路可靠性检测系统将电池均衡电路的开关器件和放电负载串联后，连接在电池的正极和负极上；控制开关器件处于断开或闭合的状态，通过检测放电负载两端的电压和电池两端的电压，判断电池均衡电路所使用的开关器件是否损坏，从而及时发现开关故障，提高电池系统的可靠性，保证电池组长期可靠运行。本发明电池均衡电路可靠性检测系统结构简单，可靠，易于实现，尤其适用于多电池串联或并联的放电均衡电路可靠性检测，几乎不增加额外的成本，具备较高的实用性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明电池均衡电路可靠性检测系统及其有益技术效果进行详细说明，其中：

图1是本发明电池均衡电路可靠性检测系统的第一实施例的结构示意图。

图2是本发明电池均衡电路可靠性检测系统的第二实施例的结构示意图。

图3是本发明电池均衡电路可靠性检测系统的第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明电池均衡电路可靠性检测系统的技术方案和技术效果进行清楚、完整的描述。需要说明的是，本说明书中描述的实施例仅为本发明的部分实施例，并非全部实施例。基于本发明中给出的各个实施例，本领域的技术人员在无需经过创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围

请参见图1所示，是本发明提供的电池均衡电路可靠性检测系统的第一实施例的结构示意图。

本发明实施例提供的电池均衡电路可靠性检测系统，包括电池A1、电池均衡电路1和可靠性检测电路2；电池均衡电路1包括放电负载R1、开关器件K1和控制单元11；可靠性检测电路2包括电压检测判断单元21。

如图1所示，放电负载R1和开关器件K1串联后，所组成的串联电路的两端分别连接在电池A1的正极和负极。

控制单元11向开关器件K1发送控制信号，控制开关器件K1处于断开或闭合的状态；电压检测判断单元21通过检测放电负载K1两端的电压和电池A1两端的电压，判断开关器件K1是否失效。

在本发明的一个实施方式中，电压检测判断单元21通过检测放电负载K1两端的电压和电池A1两端的电压，判断开关器件K1是否失效，具体包括：

当控制单元11控制开关器件K1处于断开状态时，若电压检测判断单元21检测到放电负载R1两端的电压为0，则判定开关器件K1正常，否则判定开关器件K1失效；

当控制单元11控制开关器件K1处于闭合状态时，若电压检测判断单元21检测到放电负载R1两端的电压等于电池A1两端的电压，则判定开关器件K1正常，否则判定开关器件K1失效。

具体实施时，通过检测如图1所示的电压检测点V11和电压检测点V12的电压值，即可获得放电负载R1两端的电压。

需要说明的是，实际应用中由于导线内阻、测量误差等原因，当开关器件K1处于断开状态时，若检测到放电负载R1两端的电压接近于0，可认为开关器件K1正常；当开关器件K1处于闭合状态时，若检测到放电负载R1两端的电压接近于电池A1两端的电压，可认为开关器件K1正常。

应当指出的是，电池A1为电化学储能器件或装置，例如，可以是镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池或其他类型的电化学储能装置。

放电负载R1为纯阻性负载或包含阻性成分的复合型负载。

开关器件K1为受控开关，例如，开关器件K1可以是继电器等机械触点开关，也可以是双极结型晶体管(BJT)、金属-氧化层-半导体-场效晶体管(MOSFET)、结型场效应晶体管(JFET)或其他类型的电子类开关。

可靠性检测电路2可以是硬件电路，或者是硬件电路和包含了软件代码的智能芯片两者的混合体。

在本发明的另一个实施方式中，如图1所示，可靠性检测电路2还包括报警单元22；当电压检测判断单元21检测到开关器件失效时，报警单元22发出报警信号。因此，当开关器件发生故障时，能够及时采用保护和报警措施，避免电池通过闭合的开关进行持续的不可控的放电，从而延长电池的使用寿命。

此外，如图1所示，电池均衡电路1还包括传感器12；传感器12用于检测电池A1的电压、电流和温度信息，并将检测到的电压、电流和温度信息传送给控制单元11；控制单元11还用于根据接收到的电压、电流和温度信息，对电池进行均衡管理。本发明实施例通过监控电池的工作状态(如电池的电压、电流和温度)和预测电池的电池容量(SOC)，进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，能最大限度地利用电池存储能力和提高循环寿命。

本发明实施例提供的电池均衡电路可靠性检测系统能够检测出电池均衡电路所使用的开关器件是否损坏，从而及时发现开关故障，提高电池系统的可靠性，保证电池组长期可靠运行。本电池均衡电路可靠性检测系统结构简单，可靠，易于实现，尤其适用于多电池串联或并联的放电均衡电路可靠性检测。

下面结合图2、图3，对本发明提供的电池均衡电路可靠性检测系统应用于多电池串联或并联的放电均衡电路可靠性检测进行描述。

请参见图2所示，是本发明提供的电池均衡电路可靠性检测系统的第二实施例的结构示意图。

本发明实施例提供的电池均衡电路可靠性检测系统包括电池组、电池均衡电路和可靠性检测电路；该电池组由电池A1、电池A2、电池A3、...、电池An串联组成，每一个电池对应一路电池均衡电路。即如图2所示，电池A1的两极连接有开关器件K1和放电负载R1，电池A2的两极连接有开关器件K2和放电负载R2，电池A3的两极连接有开关器件K3和放电负载R3，电池An的两极连接有开关器件Kn和放电负载Rn。

假设电池A1的端电压为V_c1，当开关器件K1受控处于断开状态时，如果V₁₂-V₁₁≈0V，那么开关器件K1正常，否则开关器件K1损坏。当开关器件K1受控处于闭合状态时，如果V₁₂-V₁₁≈V_c1，那么开关器件K1正常，否则开关器件K1损坏。

同理，检测开关器件K2、开关器件K3、开关器件Kn是否损坏的方法，与上述的检测开关器件K1是否损坏的方法相同，在此不再详细说明。

请参见图3所示，是本发明提供的电池均衡电路可靠性检测系统的第三实施例的结构示意图。

本发明实施例提供的电池均衡电路可靠性检测系统包括电池组、电池均衡电路和可靠性检测电路；该电池组由电池A1、电池A2、电池A3、电池A4、...、电池An以串联及并联相结合的方式组成。具体的，如图3所示，电池A1、电池A2串联，组成第一电池单元；电池A3、电池A4并联，组成第二电池单元；第一电池单元、第二电池单元和电池An串联形成电池组。第一电池单元的正负两极连接有开关器件K1和放电负载R1，第一电池单元的两极连接有开关器件K2和放电负载R2，电池An的两极连接有开关器件Kn和放电负载Rn。

假设第一电池单元的端电压为V_d1，当开关器件K1受控处于断开状态时，如果V₁₂-V₁₁≈0V，那么开关器件K1正常，否则开关器件K1损坏。当开关器件K1受控处于闭合状态时，如果V₁₂-V₁₁≈V_d1，那么开关器件K1正常，否则开关器件K1损坏。

同理，检测开关器件K2、开关器件Kn是否损坏的方法，与上述的检测开关器件K1是否损坏的方法相同，在此不再详细说明。

具体实施时，电池均衡电路与电池可以不采用严格的一一对应关系，对于n个电池串联或并联构成的电池组，电池均衡电路的路数可以取1～n中的任一值。

本发明实施例提供的电池均衡电路可靠性检测系统将电池均衡电路的开关器件和放电负载串联后，连接在电池的正极和负极上；控制开关器件处于断开或闭合的状态，通过检测放电负载两端的电压和电池两端的电压，判断电池均衡电路所使用的开关器件是否损坏，从而及时发现开关故障，提高电池系统的可靠性，保证电池组长期可靠运行。本电池均衡电路可靠性检测系统结构简单，可靠，易于实现，尤其适用于多电池串联或并联的放电均衡电路可靠性检测，几乎不增加额外的成本，具备较高的实用性。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种电池均衡电路可靠性检测系统，其特征在于，包括电池、电池均衡电路和可靠性检测电路；

所述电池均衡电路包括放电负载、开关器件和控制单元；

所述可靠性检测电路包括电压检测判断单元；

2.根据权利要求1所述的电池均衡电路可靠性检测系统，其特征在于，所述电压检测判断单元通过检测所述放电负载两端的电压和所述电池两端的电压，判断所述开关器件是否失效，具体包括：

3.根据权利要求2所述的电池均衡电路可靠性检测系统，其特征在于，所述电池为电化学储能器件或装置。

4.根据权利要求2所述的电池均衡电路可靠性检测系统，其特征在于，所述放电负载为纯阻性负载或包含阻性成分的复合型负载。

5.根据权利要求2所述的电池均衡电路可靠性检测系统，其特征在于，所述开关器件为受控开关。

6.根据权利要求5所述的电池均衡电路可靠性检测系统，其特征在于，所述受控开关为机械触点开关、双极结型晶体管、金属-氧化层-半导体-场效晶体管、结型场效应晶体管。

7.根据权利要求2所述的电池均衡电路可靠性检测系统，其特征在于，所述可靠性检测电路是硬件电路，或者是硬件电路和包含了软件代码的智能芯片两者的混合体。

8.根据权利要求7所述的电池均衡电路可靠性检测系统，其特征在于，所述可靠性检测电路还包括报警单元；当所述电压检测判断单元检测到所述开关器件失效时，所述报警单元发出报警信号。

9.根据权利要求8所述的电池均衡电路可靠性检测系统，其特征在于，所述电池均衡电路还包括传感器；所述传感器用于检测所述电池的电压、电流和温度信息，并将检测到的电压、电流和温度信息传送给所述控制单元；

所述控制单元还用于根据接收到的电压、电流和温度信息，对所述电池进行均衡管理。