CN106451367B - 锂电池短路保护方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种锂电池短路保护方法及系统，包括步骤：检测锂电池系统内部主回路电流的检测电阻上的电压信号，并将该电压信号依次经过滤波电路和放大电路处理，得到设定的延迟时间内的电压值；通过比较锁存电路，将该电压值与预设的保护阈值进行比较，并输出结果至恢复电路。如比较结果为负载短路，则通过恢复电路发送关闭信号至开关管驱动电路，通过开关管驱动电路关闭锂电池的主输出回路。一种锂电池短路保护方法及系统，能够灵活调节保护阈值和设定的延迟时间，适应各种型号的电芯和不同的应用场合，可以灵活配置为人手动恢复或自动恢复，使电池可以适应有人监控和无人监控等多种情况，保护后灵活的关闭和开启方式以提高可靠性与实用性。
Description
技术领域
本发明涉及到电池保护领域，特别是涉及到锂电池短路保护方法及系统。
背景技术
随着通信基站、数据中心、户外应急、家庭储能等领域锂电池使用量越来越大，对锂电池管理系统的可靠性要求也越来越高。短路保护作为锂电池管理系统中一项非常关键的保护，对整个系统的可靠性、稳定性有着重要的影响。
现有锂电池中一些使用锂电池单节保护IC来实现短路保护，则保护阈值和延迟时间都不能灵活调节，恢复方式也很单一；还有一些直接使用所述MCU中断信号进行短路保护处理，则延迟时间设置无法精确到微秒级，且稳定性较差。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种保护阈值和延迟时间都能灵活调节的，且恢复方式多样的锂电池短路保护方法及系统。
本发明提出一种锂电池短路保护方法，包括以下步骤：
检测锂电池系统内部主回路电流的检测电阻上的电压信号，并将该电压信号依次经过滤波电路和放大电路处理，得到设定的延迟时间内的电压值；
通过比较锁存电路将电压值与预设的保护阈值进行比较，并输出比较结果至恢复电路；
如果比较结果为负载短路，则通过恢复电路发送关闭信号至开关管驱动电路，通过开关管驱动电路关闭锂电池的主输出回路。
进一步地，通过比较锁存电路将电压值与预设的保护阈值进行比较，并输出比较结果至恢复电路的步骤之后，还包括：
如果比较结果为负载短路，则通过恢复电路发送关闭信号至MCU，该MCU控制开关管驱动电路关闭锂电池的主输出回路。
进一步地，通过比较锁存电路将电压值与预设的保护阈值进行比较，并输出比较结果至恢复电路的步骤之后，还包括：
通过恢复电路延迟第一指定时间后发送恢复信号至比较锁存电路，强制比较锁存电路发出负载非短路信号至恢复电路；
通过恢复电路发送正常信号至MCU，该MCU延迟第二指定时间后控制开关管驱动电路启动锂电池的主输出回路。
进一步地，通过恢复电路延迟第一指定时间后发送恢复信号至比较锁存电路，强制比较锁存电路发出负载非短路信号至恢复电路的步骤之后，还包括：
通过恢复电路发送正常信号至所述MCU；同时，通过负载阻抗检测电路发送负载阻抗移除信号至MCU；
通过MCU根据正常信号和负载阻抗移除信号，控制开关管驱动电路启动锂电池的主输出回路。
进一步地，一种锂电池短路保护系统，包括：
电压值采集模块：检测锂电池系统内部主回路电流的检测电阻上的电压信号，并将该电压信号依次经过滤波电路和放大电路处理，得到设定的延迟时间内的电压值；
比较锁存模块：通过比较锁存电路将电压值与预设的保护阈值进行比较，并输出比较结果至恢复电路；
控制模块：如果比较结果为负载短路，则通过恢复电路发送关闭信号至开关管驱动电路，通过开关管驱动电路关闭锂电池的主输出回路。
进一步地，还包括：
重复关闭模块：如果比较结果为负载短路，则通过恢复电路发送关闭信号至MCU，该MCU控制开关管驱动电路关闭锂电池的主输出回路。
进一步地，还包括：
恢复开启模块：通过恢复电路延迟第一指定时间后发送恢复信号至比较锁存电路，强制比较锁存电路发出负载非短路信号至恢复电路；
计时恢复模块：通过恢复电路发送正常信号至MCU，该MCU延迟第二指定时间后控制开关管驱动电路启动锂电池的主输出回路。
进一步地，还包括：
条件恢复模块：通过恢复电路发送正常信号至MCU；同时，通过负载阻抗检测电路发送负载阻抗移除信号至MCU；通过MCU根据正常信号和负载阻抗移除信号，控制开关管驱动电路启动锂电池的主输出回路。
本发明提供一种锂电池短路保护方法及系统，能够灵活调节保护阈值和设定的时间，以适应各种型号的电芯和不同的应用场合，还可以灵活配置为人手动恢复或自动恢复，使电池可以适应有人监控和无人监控等多种情况，保护后灵活的关闭和开启方式以提高可靠性与实用性。
附图说明
图1本发明所述锂电池短路保护方法一种实施方式方法示意图；
图2本发明所述锂电池短路保护方法另一种实施方式方法示意图；
图3本发明所述锂电池短路保护方法中自动恢复模式时一种实施方式方法示意图；
图4本发明所述锂电池短路保护方法中人手动恢复模式时一种实施方式方法示意图；
图5本发明所述锂电池短路保护系统一种实施方式的模块结构示意图；
图6本发明所述锂电池短路保护系统另一种实施方式的模块结构示意图；
图7本发明所述锂电池短路保护系统第三种实施方式的模块结构示意图；
图8是图5所示锂电池短路保护系统的具体结构示意图；
图9本发明所述锂电池短路保护系统一种实施方式中人手动恢复模式时各部随时序变化示意图；
图10本发明所述锂电池短路保护系统一种实施方式中自动恢复模式时各部随时序变化示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1-7，本发明锂电池短路保护方法的一种实施方式为包括以下步骤：
S1、检测锂电池系统内部主回路电流的检测电阻上的电压信号，并将该电压信号依次经过滤波电路和放大电路处理，得到设定的延迟时间内的电压值；
S2、通过比较锁存电路将电压值与预设的保护阈值进行比较，并输出比较结果至恢复电路；
S3、如果比较结果为负载短路，则通过恢复电路发送关闭信号至开关管驱动电路，通过开关管驱动电路关闭锂电池的主输出回路。可以快速关闭主输出回路保证电池的可靠性和安全性。
在上述步骤S1中，检测电阻为电池放电电流必须经过的电阻，是监测负载是否短路的直观反映点，其通过的电流变化可由其上电压变化直观体现；负载是锂电池被应用的产品，其短路时会导致电池持续的输出变大的电流；检测电阻上的电压变化经过滤波电路过滤后，经过放大电路处理，滤波电路和放大电路结合可以设定延迟时间，得到在设定好的延迟时间内在检测电阻处的电压值。
在上述步骤S2中，比较锁存电路包括比较电路和锁存电路，在比较电路中设有预设的阈值，该阈值为安全阈值，当超过阈值时判定为短路，当没超过阈值时判定为非短路，当短路电流带来的电压值在比较电路与阈值比较，比较结果会发到恢复电路，锁存电路会将比较电路比较结果进行锁存。
在上述步骤S3中，恢复电路根据比较锁存电路的结果，具有不同反应，在收到短路信号时，发送相应的短路信号到开关管驱动电路和MCU，开关管驱动电路控制主输出电路的开关管，当收到比较锁存电路的短路信号时发送关闭信号到开关管使开关管关闭，保护电池。
S2的步骤之后，还包括：
S21、如果比较结果为负载短路，则通过恢复电路发送关闭信号至MCU，该MCU控制开关管驱动电路关闭锂电池的主输出回路。此为恢复电路发送相应的短路信号到MCU的情况，该步骤可以使开关管驱动电路在设定的时间后再次收到短路信号，之后开关管驱动电路再次发送关闭信号到开关管确保开关管关闭，保护电池，提高电池的安全性。
在上述步骤S3中，恢复电路根据比较锁存电路的结果，具有不同反应，在收到短路信号时，除了会发送相应的短路信号到开关管驱动电路还会开始计时第一指定时间，恢复电路中第一指定时间可调。
在自动恢复模式下S2的步骤之后，还包括：
S22、通过恢复电路延迟第一指定时间后发送恢复信号至比较锁存电路，强制比较锁存电路发出负载非短路信号至恢复电路；可以在设定的第一指定时间后尝试恢复供电，实现自动供电触发条件。
S23、通过恢复电路发送正常信号至MCU，该MCU延迟第二指定时间后控制开关管驱动电路启动锂电池的主输出回路。第二指定时间可调节，可以在第二指定时间过后恢复电池给产品的供电，自动恢复时间间隔可以更长更加灵活变换，以适应各种型号的电芯和不同的应用场合。
自动恢复模式适合人无法长时间在电池附近的情况，保证在碰到突发短路情况后的恢复能力，在短暂短路情况下，可以自动恢复供电，无需人远途过来处理，更加方便。
在人手动恢复模式下S2的步骤之后，还包括：
S24、通过恢复电路发送正常信号至MCU；同时，通过负载阻抗检测电路发送负载阻抗移除信号至MCU；有条件的发送信号，可以增加恢复的条件，实现人为参与控制。
S25、通过MCU根据正常信号和负载阻抗移除信号，控制开关管驱动电路启动锂电池的主输出回路。可以恢复开关管使其恢复开启状态。
人手动恢复模式适合方便对系统进行检修的场合，保证当碰到短路问题时，人员可以及时检查系统运行状况，查明短路原因。
本实施方式还包括一种锂电池短路保护系统，包括：
电压值采集模块1：检测锂电池系统内部主回路电流的检测电阻上的电压信号，并将该电压信号依次经过滤波电路和放大电路处理，得到设定的延迟时间内的电压值；
比较锁存模块2：通过比较锁存电路将电压值与预设的保护阈值进行比较，并输出比较结果至恢复电路；
控制模块3：如果比较结果为负载短路，则通过恢复电路发送关闭信号至开关管驱动电路，通过开关管驱动电路关闭锂电池的主输出回路。
在上述电压值采集模块1中，检测电阻为电池放电电流必须经过的电阻，是监测负载是否短路的直观反映点，其通过的电流变化可由其上电压变化直观体现；负载是锂电池被应用的产品，其短路时会导致电池持续的输出变大的电流；检测电阻上的电压变化经过滤波电路过滤后，经过放大电路处理，滤波电路和放大电路结合可以设定延迟时间，得到在设定好的延迟时间内在检测电阻处的符合要求的电压值。
在上述比较锁存模块2中，比较锁存电路包括比较电路和锁存电路，在比较电路中设有预设的阈值，该阈值为安全阈值，当超过阈值时判定为短路，当没超过阈值时判定为非短路，当短路电流带来的电压值在比较电路与阈值比较，比较结果会发到恢复电路，锁存电路会将比较电路比较结果进行锁存。
在上述控制模块3中，恢复电路根据比较锁存电路的结果，具有不同反应，在收到短路信号时，发送相应的短路信号到开关管驱动电路和MCU，开关管驱动电路控制主输出电路的开关管，当收到比较锁存电路的短路信号时发送关闭信号到开关管使开关管关闭，保护电池。
锂电池短路保护系统还包括：
重复关闭模块4：如果比较结果为负载短路，则通过恢复电路发送关闭信号至MCU，该MCU控制开关管驱动电路关闭锂电池的主输出回路。此为恢复电路发送相应的短路信号到MCU的情况，该步骤可以使开关管驱动电路在设定的时间后再次收到短路信号，之后开关管驱动电路再次发送关闭信号到开关管确保开关管关闭，保护电池。
锂电池短路保护系统还包括：
恢复开启模块5：通过恢复电路延迟第一指定时间后发送恢复信号至比较锁存电路，强制比较锁存电路发出负载非短路信号至恢复电路；可以在设定的第一指定时间后尝试恢复供电，实现自动供电触发条件。
计时恢复模块6：通过恢复电路发送正常信号至MCU，该MCU延迟第二指定时间后控制开关管驱动电路启动锂电池的主输出回路。第二指定时间可调节，可以在第二指定时间过后恢复电池给产品的供电，自动恢复时间间隔可以更长更加灵活变换，以适应各种型号的电芯和不同的应用场合。
恢复开启模块5和计时恢复模块6可实现自动恢复模式适合人无法长时间在电池附近的情况，保证在碰到突发短路情况后的恢复能力，在短暂短路情况下，可以自动恢复供电，无需人远途过来处理，更加方便。
锂电池短路保护系统还包括：
条件恢复模块7：通过恢复电路发送正常信号至MCU；同时，通过负载阻抗检测电路发送负载阻抗移除信号至MCU；有条件的发送信号，可以增加恢复的条件，实现人为参与控制。通过MCU根据正常信号和负载阻抗移除信号，控制开关管驱动电路启动锂电池的主输出回路。可以恢复开关管使其恢复开启状态。
条件恢复模块7可实现人手动恢复模式，适合方便对系统进行检修的场合，保证当碰到短路问题时，人员可以及时检查系统运行状况，查明短路原因。。
参照图8-10，为锂电池短路保护系统一种具体实施方式，其工作原理为：
放电电流I在电阻Rs上产生电压的信号经滤波电路滤波，滤波电路可以设定延迟时间t1，电压的信号经滤波电路滤波后送至放大电路放大得到在延迟时间t1内电压值，此为电压值采集模块1工作过程。
之后在比较锁存电路中电压值与保护阈值比较，比较锁存电路为比较锁存模块2，电压值超过保护阀值代表负载短路状况，电压值没超过保护阀值代表负载的电路正常。
在比较锁存电路中可以调节保护阀值以适应不同的情况。
在负载的电路正常时，比较锁存电路发送代表正常的正常信号A1到恢复电路。恢复电路发送正常信号A4到MCU，MCU收到正常信号A4后发送正常信号A5到开关管驱动电路，开关管驱动电路在收到正常信号A5后再次发送恢复信号A7到电池主输出回路的开关管，使开关管开启或维持开启。
在负载的电路短路时，比较锁存电路发送代表短路的短路信号A1到恢复电路，当恢复电路收到短路信号A1时，恢复电路会同时做出如下三个步骤：
M1、输出短路信号A3给开关管驱动电路，开关管驱动电路直接发送关闭信号A7关闭电池主输出回路的开关管，关断电池主输出回路，停止放电；
M2、输出短路信号A4给MCU，告诉MCU此时发生了短路，需要MCU关断开关管，停止放电；
M3、开始恢复计时，计时时间到了第一指定时间t2，则输出信号A2，强迫比较锁存电路输出正常信号A1。
在M2中MCU收到短路信号A4后发送短路信号A5到开关管驱动电路，开关管驱动电路收到短路信号A5后再次发送关闭信号A7关闭电池主输出回路的开关管进一步确保开关管关闭。
在M3中包括以下步骤：
M31、恢复电路开始恢复计时，计时时间到了第一指定时间t2，则输出信号A2；
M32、信号A2强迫比较锁存电路输出正常信号A1到恢复电路；
之后进行如下步骤：
M33、恢复电路发送正常信号A4到MCU；MCU根据设置发送正常信号A5到开关管驱动电路；开关管驱动电路发送恢复信号A7开启开关管开启放电。
在M33步骤中，锂电池根据事先设置可以选择人为参与恢复模式或自动恢复模式或重启机器恢复模式。
其中重启机器恢复相当于整个电路被初始化。
当采用自动恢复设置模式时，在M33步骤中可看到，MCU可通过软件设置第二指定时间t3。
MCU收到正常信号A4，之后MCU判断达到设定的第二指定时间t3后发送正常信号A5到开关管驱动电路，开关管驱动电路收到短路信号A5后发送恢复信号A7开启电池主输出回路的开关管，开启电池放电。
当采用人为参与恢复设置时通常情况下人为参与为将负载移除，
当采用人为参与恢复模式时，在S63步骤中可看到，MCU收到正常信号A4，之后MCU通过负载阻抗检测电路反馈的代表负载阻抗是否去除的信号A6来判断负载阻抗是否满足要求；当由于人为参与导致负载阻抗满足要求，阻抗检测电路反馈的负载阻抗去除的信号A6到MCU，MCU则输出正常信号A5到开关管驱动电路，开关管驱动电路根据正常信号A5再次发送恢复信号A7开关管开启,开启电池放电。
开关管在一般情况下为金氧半场效晶体管MOAFET。
延迟时间t1、第一指定时间t2和第二指定时间t3都可调，可以适应各种型号的电芯和不同的应用场合。
本发明提供一种锂电池短路保护方法及系统，能够灵活调节保护阈值和设定的时间，以适应各种型号的电芯和不同的应用场合，还可以灵活配置为人手动恢复或自动恢复，使电池可以适应有人监控和无人监控等多种情况，保护后灵活的关闭和开启方式以提高可靠性与实用性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种锂电池短路保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测锂电池系统内部主回路的电流检测电阻上的电压信号，并将该电压信号依次经过滤波电路和放大电路处理，得到设定的延迟时间内的电压值；
通过比较锁存电路将所述电压值与预设的保护阈值进行比较，并输出比较结果至恢复电路；
通过所述恢复电路延迟第一指定时间后发送恢复信号至所述比较锁存电路，强制比较锁存电路发出负载非短路信号至所述恢复电路；通过所述恢复电路发送正常信号至MCU，该MCU延迟第二指定时间后控制开关管驱动电路启动所述锂电池的主输出回路；
如果比较结果为负载短路，则通过所述恢复电路发送关闭信号至开关管驱动电路，通过开关管驱动电路关闭所述锂电池的主输出回路。
2.根据权利要求1所述的锂电池短路保护方法，其特征在于，所述通过比较锁存电路将所述电压值与预设的保护阈值进行比较，并输出比较结果至恢复电路的步骤之后，还包括：
如果比较结果为所述负载短路，则通过所述恢复电路发送关闭信号至MCU，该MCU控制所述开关管驱动电路关闭所述锂电池的主输出回路。
3.根据权利要求1所述的锂电池短路保护方法，其特征在于，所述通过所述恢复电路延迟第一指定时间后发送恢复信号至所述比较锁存电路，强制比较锁存电路发出负载非短路信号至所述恢复电路的步骤之后，还包括：
通过所述恢复电路发送正常信号至所述MCU；同时，通过负载阻抗检测电路发送负载阻抗移除信号至MCU；
通过MCU根据所述正常信号和负载阻抗移除信号，控制所述开关管驱动电路启动所述锂电池的主输出回路。
4.一种锂电池短路保护系统，其特征在于，包括：
电压值采集模块：检测锂电池系统内部主回路电流的检测电阻上的电压信号，并将该电压信号依次经过滤波电路和放大电路处理，得到设定的延迟时间内的电压值；
比较锁存模块：通过比较锁存电路将所述电压值与预设的保护阈值进行比较，并输出比较结果至恢复电路；
控制模块：如果比较结果为负载短路，则通过所述恢复电路发送关闭信号至开关管驱动电路，通过开关管驱动电路关闭所述锂电池的主输出回路；
恢复开启模块：通过所述恢复电路延迟第一指定时间后发送恢复信号至所述比较锁存电路，强制比较锁存电路发出负载非短路信号至所述恢复电路；
计时恢复模块：通过所述恢复电路发送正常信号至MCU，该MCU延迟第二指定时间后控制开关管驱动电路启动所述锂电池的主输出回路。
5.根据权利要求4所述的锂电池短路保护系统，其特征在于，还包括：
重复关闭模块：如果比较结果为所述负载短路，则通过所述恢复电路发送关闭信号至MCU，该MCU控制所述开关管驱动电路关闭所述锂电池的主输出回路。
6.根据权利要求4所述的锂电池短路保护系统，其特征在于，还包括：
条件恢复模块：通过所述恢复电路发送正常信号至所述MCU；同时，通过负载阻抗检测电路发送负载阻抗移除信号至MCU；通过MCU根据所述正常信号和负载阻抗移除信号，控制所述开关管驱动电路启动所述锂电池的主输出回路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20200728 Address after: 516000 workshop 4, floor 1, floor 3, floor 4, floor 22, Xinwangda Industrial Park, Dongpo Avenue, Yuanzhou Town, BOLUO County, Huizhou City, Guangdong Province Patentee after: Huizhou Xinwangda intelligent hardware Co.,Ltd. Address before: 518000 Guangdong Province, Shenzhen City Shilong Baoan District Shiyan Street Community Yihe Road No. 2 Building 1 floor, 2 floor, A-B area, D area 2 floor building -9 Patentee before: SUNWODA ELECTRONICS Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 516123 4 / F, 1 / F, 3 / F, 4 / F, 22 / F, No.4 factory building, xinwanda Industrial Park, Dongpo Avenue, Yuanzhou Town, BOLUO County, Huizhou City, Guangdong Province Patentee after: Huizhou xinzhiwang Electronics Co.,Ltd. Address before: 516000 4th floor, 1st floor, 3rd floor, 4th floor and 22nd floor of No.4 factory building, xinwanda Industrial Park, Dongpo Avenue, Yuanzhou Town, BOLUO County, Huizhou City, Guangdong Province Patentee before: Huizhou Xinwangda intelligent hardware Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210408 Address after: 518105 Room 101, area B, 1 / F, 5 / F, No.4 factory building, 6-6 Yanshan Avenue, Yanchuan community, Yanluo street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Xinwei intelligent Co.,Ltd. Address before: 516123 4 / F, 1 / F, 3 / F, 4 / F, 22 / F, No.4 factory building, xinwanda Industrial Park, Dongpo Avenue, Yuanzhou Town, BOLUO County, Huizhou City, Guangdong Province Patentee before: Huizhou xinzhiwang Electronics Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |