CN106684827B - 锂离子蓄电池组的过放保护系统及控制方法 - Google Patents

锂离子蓄电池组的过放保护系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子蓄电池组的过放保护系统及控制方法,在硬件电路中设置蓄电池组采样电路、比较电路、各单体采样电路、三取二电路、触发电路、驱动电路;基于所述硬件电路,或者基于软件控制单元中的软件控制策略,可分别实现对锂离子蓄电池组的过放保护控制,这两种控制互为备份,可靠地防止锂离子蓄电池组过放现象的发生。

Description

锂离子蓄电池组的过放保护系统及控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电源控制技术领域,具体涉及一种锂离子蓄电池组的过放保护系统及 控制方法。
背景技术
[0002] 锂离子蓄电池与锌银电池、镉镍、氢镍蓄电池相比,比能量高、工作电压高、自放电 率低;但锂离子蓄电池严禁过放,一旦过放,锂离子蓄电池将会造成不可逆转的损坏。
[0003] 目前,一般采用软件控制、硬件电路控制或开环控制三种方式来进行锂离子蓄电 池的过放保护。这三种方式控制方式单一,可靠性低,尤其是开环控制,一旦错过过放保护 电压点,即造成锂离子蓄电池的损坏。因此为提高过放保护的可靠性,需设计专门的过放保 护系统及方法。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种锂离子蓄电池组的过放保护系统及控制方法,控制策 略简单易懂,电路结构简单、易于工程实现。进一步通过软硬件结合的方式,确保过放保护 的可靠性。
[0005] 为达到上述目的,本发明的一个技术方案是提供一种锂离子蓄电池组的过放保护 系统,其中的硬件电路包括蓄电池组采样电路、各单体采样电路、比较电路、三取二电路、触 发电路、驱动电路。
[0006] 所述蓄电池组采样电路,与蓄电池组正、负极相连,采集蓄电池组的电压作为过放 电压点的反馈输入;通过比较器中的基准电压设计所述蓄电池组采样电路的各参数,为提 高所述比较电路输出信号的可靠性,可以采用滞环比较器。
[0007] 蓄电池组采样电路和比较电路共三路,每路参数均一致,经由所述三取二电路取 得高可靠的比较输出信号。所述触发电路共四路,每两路一组,分别触发所述驱动电路,保 证所述驱动电路可靠工作。
[0008] 所述比较电路与所述蓄电池组电压采样电路连接,用于比较蓄电池组的电压,在 蓄电池组电压到达过放电压点时,所述比较电路的输出发生反转,触发所述触发电路。
[0009] 所述触发电路为单稳态触发电路,一旦触发成功,则驱动所述驱动电路,将蓄电池 组放电开关断开,达到防止过放的目的。所述触发电路共四路,每两路一组,保证所述触发 电路在误动作时,不影响所述放电开关的正常工作。
[0010] 所述三取二电路,用于防止单个所述蓄电池组采样电路或单个所述比较电路引起 的误输出电平信号,提高可靠性。
[0011] 对于每个蓄电池单体均设置一个蓄电池单体电压的单体采样电路,所述单体电压 采样电路与对应蓄电池单体的正、负极连接,用于采集对应蓄电池单体的电压。
[0012] 所述软件控制单元根据采集的各单体电压及蓄电池组电压,实时判断蓄电池组电 压及各单体电压是否满足过放电压点,一旦条件满足,则输出电平信号直接将蓄电池组放 电开关断开,达到防止过放的目的。
[0013]本发明的另一个技术方案是提供一种锂离子蓄电池组的过放保护控制方法,通过 设计蓄电池组电压采样电路和单体采样电路内各元件参数,使正常工作状态下整组电压反 馈高于过放基准点;
[0014]在正常工作状态下,所述触发电路未被触发,所述软件控制单元亦无输出,不影响 蓄电池组放电开关的正常工作。一旦发生过放,所述蓄电池组采样电路输出的电压低于所 述比较电路中的过放基准点,产生脉冲沿,输出电平信号,通过所述三取二电路,将沿信号 发送给所述触发电路,所述触发电路输出电平信号驱动所述驱动电路,将所述放电开关断 开;同时,所述软件控制单元中将采集的单体电压及蓄电池组电压作为输入,参与软件控 制,输出电平信号直接将所述放电开关断开。
[0015]其中,所述软件控制单元采集各单体电压、蓄电池组电压,首先进行遥测参数的有 效性判断。若遥测参数有效,则进一步下一步是否过放的判断,若过放,则直接将所述放电 开关直接断开;若遥测参数无效,则不进行过放的下一步判断,所述软件控制单元不起作 用。
[0016] 本发明提供一种锂离子蓄电池组的过放保护系统及控制方法,涉及硬件电路及软 件控制策略两部分。所述硬件电路及所述软件控制策略均可实现锂离子蓄电池组过放保护 控制,这两种控制互为备份,进一步可靠地防止锂离子蓄电池组过放现象的发生。在发生过 放时,所述硬件电路及所述软件控制单元均可将所述放电开关断开,这两者任何一个失效, 均不影响所述放电开关的断开,从而达到过放保护的目的。
附图说明
[0017] 本发明提供的一种软硬件相结合的锂离子蓄电池组的过放保护系统及控制方法, 由以下的实施例及附图给出。
[0018] 图1是本发明所述锂离子蓄电池组的过放保护系统的结构示意图。
[0019] 图2是本发明中过放保护系统的硬件电路的基本原理图。
[0020]图3是本发明中软件控制单兀的基本控制流程图。
[0021] 图4是蓄电池组过放发生时,硬件电路及软件控制单元的执行示意图。
具体实施方式
[0022] 以下将结合图1〜图4对本发明的锂离子蓄电池组的过放保护系统及控制方法作 进一步的详细描述。
[0023] 从图1中可以看出本实施例的锂离子蓄电池组的过放保护系统,包括:蓄电池组采 样电路1、单体采样电路2、比较电路3、三取二电路4、触发电路5、驱动电路6、软件控制单元 7、放电开关8;
[0024] 其中,所述蓄电池组采样电路1共三路,每路均与蓄电池组的正、负极相连,采样输 出的电压信号分别进入对应的比较电路3。若蓄电池组未过放,所述比较电路3无输出,如若 蓄电池组发生过放现象,经由所述三取二电路4输出沿触发信号至所述触发电路5。
[0025] 所述触发电路5共四路,两两一组,每路均为单稳态触发电路,其作用是将所述沿 触发信号输出为相应的电平信号。所述电平信号经过所述驱动电路6将所述放电开关8断 开。
[0026] 每个蓄电池单体对应设置有一个蓄电池单体电压的单体采样电路2。所述软件控 制单元7,将蓄电池组采样电路1采集的蓄电池组采样电压,与单体采样电路2采集的各单体 采样电压进行参数比较,将各单体采样电压的和值与蓄电池组电压相比较,若误差在不可 接受范围内,则所述软件控制单元7即停止执行,直至所述误差在可接受范围内。当各单体 电压及蓄电池组电压满足过放条件后,该软件控制单元7即直接将所述放电开关8断开。 [0027] 本实施例中,在蓄电池组发生过放时,经由蓄电池组采样电路1、单体采样电路2、 比较电路3、三取二电路4、触发电路5、驱动电路6构成的硬件电路,与所述软件控制单元7均 可分别将所述放电开关8断开,可靠地实现蓄电池组的过放保护。
[0028]如图2所示的硬件电路中,对所述比较电路3中稳压管D7的稳压值进行设计,以及 根据过放电压点来设计所述蓄电池组采样电路1中电阻R25、R26、R27、R24的阻值;所述三取 二电路4的输出为各比较电路3输出的信号al、a2、a3的中间值。优选的示例中,所述稳压管 D7的值为5V〜7V之间,可选取2DW15A,电压为6.3V左右。所述电阻1?25、1?26、1?27、1?24取值根据 蓄电池组过放电压点的取值进行确定;一般1?25、1?26、1?27、1?24的阻值范围为10(^^3〜川〇之 间。所述触发电路5均为单稳态触发电路,为提高触发电路的可靠性,特别地增加至四路触 发电路;同时所述驱动电路6共用四个三极管,采取先两串后两并的冗余设计方式,亦提高 所述驱动电路的可靠性。
[0029] 所述蓄电池组采样电路1、所述比较电路3、所述三取二电路4、所述触发电路5的每 一路电路形式均可以相应常规电路来实现。
[0030] 所述软件控制单元7,其控制流程图如图3所示,包括:
[0031] S1、遥测输入:输入三路蓄电池组采样电压及各单体采样电压。
[0032] S2、遥测异常判断:首先取三路蓄电池组采样电压的中间值,然后通过拟合公式求 出真实的蓄电池组电压值为h;其次求出各单体采样电压的电压之和为g,最后判断h与g之 间的误差是否在误差范围内。若在误差范围内,则进行过放条件的判断;否则继续进行遥测 是否异常的判断。
[0033] S3、过放条件判断:满足过放条件的判断要求有两条,1)电压值h低于设定的蓄电 池组过放电压点;2)根据各单体采样电压获知的最小两节单体的电压值低于设定的单体过 放电压点,二者缺一不可。
[0034] S4、判断满足过放条件后,根据设定值进行延时(如本例中为20s),保证所述硬件 电路完成过放保护指令后,再发送驱使放电开关断开的指令。因此,若所述硬件电路未正确 执行过放保护,所述软件控制单元7在延时20s后仍能将放电开关8断开。
[0035]图4中电压点A为设定的过放电压点。当蓄电池组电压大于所述电压点A时,图1中 所述软件控制单元的输出信号KZ为高电平(0C门),图2所示硬件电路中两组触发电路5输出 的信号a4、a5为低电平,此时图2中驱动电路6的三极管〇29、〇30、〇31、〇32均截至,进入所述 放电开关8的信号亦为高电平(0C门);在时刻tl时,蓄电池组电压放电至电压点A,所述信号 a4、a5发生翻转,所述三极管029、030、031、032导通,进而所述放电开关8断开。在延时203后 的时刻t2时,软件控制单元7输出的信号KZ为低电平,亦可将所述放电开关8断开。
[0036] 此外,在时刻tl之后,所述蓄电池组电压回升至某一稳定值,该稳定值高于所述电 压点A,这与蓄电池组自身的特性有关。不影响所述过放保护系统及控制方法的正确执行。
[0037]根据以上所述,便可以实现本发明。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神 和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改,仍包括在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1. 一种锂离子蓄电池组的过放保护系统,其特征在于,包括: 三路蓄电池组采样电路,采集蓄电池组的电压作为过放电压点的反馈输入; 三路比较电路,对应连接三路蓄电池采样电路,对蓄电池组电压与设定的过放电压点 进行比较,在蓄电池组电压达到设定的过放电压点时,各比较电路的输出信号反转产生脉 冲沿,得到沿触发信号; 三取二电路,与三路比较电路连接,通过该三取二电路将三路沿触发信号对应的蓄电 池组电压的中间值输出,作为比较输出信号; 四路触发电路,分别连接以获取所述三取二电路的比较输出信号;每两路触发电路为 一组,根据比较输出信号产生相应的电平信号; 驱动电路,分别连接两组触发电路以获取相应的电平信号,驱使该驱动电路将蓄电池 组的放电开关断开。
2. 如权利要求1所述的锂离子蓄电池组的过放保护系统,其特征在于, 所述过放保护系统进一步包含: 若干个单体采样电路,与蓄电池组内各个蓄电池单体对应连接,以相应采集蓄电池单 体的电压; 软件控制单元,分别连接所述蓄电池组采样电路和所述单体采样电路,以获得蓄电池 组电压和各蓄电池单体的电压;该软件控制单元实时判断蓄电池组电压及蓄电池单体的电 压满足过放电压点的条件时,输出驱使蓄电池组的放电开关断开的指令。
3. 如权利要求2所述的锂离子蓄电池组的过放保护系统,其特征在于, 所述软件控制单元进一步包括: 遥测输入单元,用以输入三路蓄电池组采样电压及各蓄电池单体的电压; 遥测异常判断单元,计算三路蓄电池组采样电压的中间值,拟合求得蓄电池组电压值 为h,并求得各蓄电池单体的电压之和为g,判断h与g之间的误差在误差范围内时,输出执行 过放条件判断的指令; 过放条件判断单元,根据执行过放条件判断的指令启动,判断电压值h低于设定的蓄电 池组过放电压点,且各蓄电池单体的电压中最小两节单体的电压值低于设定的单体过放电 压点时,输出表示满足过放条件的信号; 延时单元,收到表示满足过放条件的信号后,延时设定的数值,再使软件控制单元输出 驱使蓄电池组的放电开关断开的指令。
4. 一种锂离子蓄电池组的过放保护控制方法,其特征在于, 采集三路蓄电池组的电压,经对应的三路比较电路与设定的过放电压点进行比较,在 蓄电池组电压达到过放电压点时,产生沿触发信号;三取二电路根据沿触发信号将三路蓄 电池组电压的中间值输出,作为比较输出信号;触发电路根据比较输出电路,产生与沿触发 信号对应的电平信号发送给驱动电路,通过该驱动电路将蓄电池组的放电开关断开; 并且,采集各蓄电池单体的电压;软件控制单元实时判断蓄电池组电压及蓄电池单体 的电压满足过放电压点的条件时,直接输出驱使蓄电池组的放电开关断开的指令; 其中,通过驱动电路将蓄电池组的放电开关断开,或者通过软件控制单元输出的指令 将蓄电池组的放电开关断开,实现过放保护。
5.如权利要求4所述锂离子蓄电池组的过放保护控制方法,其特征在于, 软件控制单元在实时判断蓄电池组电压及蓄电池单体的电压满足过放电压点的条件 时,延时至驱动电路将蓄电池组的放电开关断开之后,再使该软件控制单元输出驱使蓄电 池组的放电开关断开的指令。
6.如权利要求4或5所述锂离子蓄电池组的过放保护控制方法,其特征在于, 所述软件控制单元进一步包含以下控制过程: 通过遥测输入,获得三路蓄电池组采样电压及各蓄电池单体的电压; 通过遥测异常判断,计算三路蓄电池组采样电压的中间值,拟合求得蓄电池组电压值 为h,并求得各蓄电池单体的电压之和为g,判断h与g之间的误差在误差范围内时,执行过放 条件判断; 执行过放条件判断时,当电压值h低于设定的蓄电池组过放电压点,且各蓄电池单体的 电压中最小两节单体的电压值低于设定的单体过放电压点时,判断满足过放条件。
7.如权利要求4所述锂离子蓄电池组的过放保护控制方法,其特征在于, 所述过放保护控制方法,还包含在采集三路蓄电池组的电压及各蓄电池单体的电压之 前,先设置蓄电池组电压及蓄电池单体电压的采样电路内各元件的参数,使得正常工作状 态下整组蓄电池的电压反馈高于过放电压点; 在采集的蓄电池组电压低于过放电压点时,产生沿触发信号。
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