CN106684828B - 一种电池过充过放保护方法以及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池过充过放保护方法以及系统，方法包括：以预设时间间隔采样电池电压和电池电流；基于每次的采样结果，依次执行电压采样线接触不稳的一次保护逻辑、电压采样线掉落的保护逻辑、电压采样线接触不稳的二次保护逻辑、电压采样电路故障的保护逻辑；如果任意一个保护逻辑不合格，则判定电池电压异常，停止电池的充放电。本发明基于现有的采样电路的采样结果，执行四层保护逻辑，可以针对电压采样线接触不稳、电压采样线掉落、电压采样电路故障这些导致采样电压异常的情况进行逻辑保护，无需增加硬件设备，极大地提高电池充放电的安全系数。
Description
技术领域
本发明涉及电子电力技术领域，尤其涉及一种电池过充过放保护方法以及系统。
背景技术
随着科学技术的发展及自然资源的过度使用和短缺，人类对新能源的开发及运用技术不断的成熟，太阳能、风能、电动汽车等等耳目一新的高新产业逐渐走进我们的生活，标志着新能源时代的到来，而作为这所有一切的发动机——电池，大批量化、高效化、绿色化却成为所有电池生产厂家所急需解决的问题。
随着电池在各行各业的广泛使用，电池产量日渐增大。电池在大批量的生产过程中，有一定概率出现过充、过放的问题。过充轻则电池鼓包报废，重则电池起火，引起生产安全事故，造成生命和财产损失。过放减少了电池的寿命，使得电池更早报废，造成严重损失和浪费。
电池过充过放的主要原因在于电池电压采样测量不准。目前主流的电池电压采样方式是用导线或者弹簧金属针去连接电池的正负极。导线和金属针都存在接触不良或者松动的问题。金属针使用时间长了以后，有可能出现变形，以及弹簧疲劳的问题。为解决此问题，有方案提出使用两路电池电压采样电路同时采用同一个电池电压，也即增加一路冗余的电池电压采样，只要其中一路采样出现问题，就发出警告，并停止电池充放电。但是这种方案提高了系统的复杂度，增加了故障率，增加了成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电池过充过放保护方法以及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电池过充过放保护方法，包括：
以预设时间间隔采样电池电压和电池电流；
基于每次的采样结果，依次执行电压采样线接触不稳的一次保护逻辑、电压采样线掉落的保护逻辑、电压采样线接触不稳的二次保护逻辑、电压采样电路故障的保护逻辑；
如果任意一个保护逻辑不合格，则判定电池电压异常，停止电池的充放电。
在本发明所述的电池过充过放保护方法中，电压采样线接触不稳的一次保护逻辑包括：
计算当前采样到的电池电压与前次采样到的电池电压之间的电压波动值；
如果计算到的电压波动值在预设的电压波动范围内，则判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行；否则，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行。
在本发明所述的电池过充过放保护方法中，电压采样线掉落的保护逻辑包括：
计算当前采样到的电池电压相比前次采样到的电池电压的电压下降值；
如果计算到的电压下降值在预设的电压下降范围内，则判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行；否则，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行。
在本发明所述的电池过充过放保护方法中，电压采样线接触不稳的二次保护逻辑包括：
计算当前采样到的电池电流相比前次采样到的电池电流的电流上升值；
如果计算到的电流上升值在预设的电流上升范围之外且当前的充电模式为恒压充电模式，则判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行；否则，判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行。
在本发明所述的电池过充过放保护方法中，所述电压采样电路故障的保护逻辑包括：
基于当前采样到的电池电流和预设时间间隔进行积分运算得到当前的预设时间间隔内充电增加或者放电减小的电池容量；
如果自前一个清零时刻到当前时刻内的所有的预设时间间隔内的充电增加/放电减小的电池容量的累加值没有达到预设电池容量，则退出当前的保护逻辑，否则，继续下一步骤；
计算当前采样到的电池电压相比前次采样到的电池电压的充电电压上升值/放电电压下降值；
如果计算到的充电电压上升值/放电电压下降值在预设的电压变化值之内，则判断当前的保护逻辑不合格；否则，判断当前的保护逻辑合格；
其中，所述的清零时刻定义为：初始采样时刻，或者充电增加/放电减小的电池容量的累加值达到预设电池容量的采样时刻。
本发明还公开了一种电池过充过放保护系统，包括：
采样电路，用于以预设时间间隔采样电池电压和电池电流；
逻辑保护模块，用于基于每次的采样结果，依次执行电压采样线接触不稳的一次保护逻辑、电压采样线掉落的保护逻辑、电压采样线接触不稳的二次保护逻辑、电压采样电路故障的保护逻辑；
故障处理模块，用于在任意一个保护逻辑不合格时，停止电池的充放电。
在本发明所述的电池过充过放保护系统中，所述逻辑保护模块包括用于执行电压采样线接触不稳的一次保护逻辑的第一逻辑保护模块，所述第一逻辑保护模块包括：
电压波动值计算单元，用于计算当前采样到的电池电压与前次采样到的电池电压之间的电压波动值；
第一逻辑控制单元，用于在计算到的电压波动值在预设的电压波动范围内时，判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行；否则，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行。
在本发明所述的电池过充过放保护系统中，所述逻辑保护模块包括用于执行电压采样线掉落的保护逻辑的第二逻辑保护模块，所述第二逻辑保护模块包括：
电压下降值计算单元，用于计算当前采样到的电池电压相比前次采样到的电池电压的电压下降值；
第二逻辑控制单元，用于在计算到的电压下降值在预设的电压下降范围内时，判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行；否则，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行。
在本发明所述的电池过充过放保护系统中，所述逻辑保护模块包括用于执行电压采样线接触不稳的二次保护逻辑的第三逻辑保护模块，所述第三逻辑保护模块包括：
电流上升值计算单元，用于计算当前采样到的电池电流相比前次采样到的电池电流的电流上升值；
第三逻辑控制单元，用于在计算到的电流上升值在预设的电流上升范围之外且当前的充电模式为恒压充电模式时，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行；否则，判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行。
在本发明所述的电池过充过放保护系统中，所述逻辑保护模块包括用于执行电压采样电路故障的保护逻辑的第四逻辑保护模块，所述第四逻辑保护模块包括：
当前电池容量变化计算单元，用于基于当前采样到的电池电流和预设时间间隔进行积分运算得到当前的预设时间间隔内充电增加或者放电减小的电池容量；
累计电池容量变化比较单元，用于在自前一个清零时刻到当前时刻内的所有的预设时间间隔内的充电增加/放电减小的电池容量的累加值没有达到预设电池容量时，触发退出当前的保护逻辑，否则，触发电压变化计算单元工作；
电压变化计算单元，用于计算当前采样到的电池电压相比前次采样到的电池电压的充电电压上升值/放电电压下降值；
第四逻辑控制单元，用于在计算到的充电电压上升值/放电电压下降值在预设的电压变化值之内时，判断当前的保护逻辑不合格；否则，判断当前的保护逻辑合格；
其中，所述的清零时刻定义为：初始采样时刻，或者充电增加/放电减小的电池容量的累加值达到预设电池容量的采样时刻。
实施本发明的电池过充过放保护方法以及系统，具有以下有益效果：本发明基于现有的采样电路的采样结果，执行四层保护逻辑，可以针对电压采样线接触不稳、电压采样线掉落、电压采样电路故障这些导致采样电压异常的情况进行逻辑保护，无需增加硬件设备，极大地提高电池充放电的安全系数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
图1是本发明的电池过充过放保护方法的流程图；
图2是本发明电池过充过放保护系统的结构示意图。
具体实施方式
由于锂电池充电过程中，电池首先进行恒流充电，恒流充电阶段电池电流稳定，电池电压稳步平滑上升；达到预设电压后，电池转入恒压充电，恒压充电阶段电池电压保持稳定，电池电流平滑下降，当电池电流下降到设定的阀值时，充电完成。如果电池充电过程中出现鼓包、或者起火，那基本上都会反应到充电曲线上。比如采样接触不良导致电池电压出现无序的跳动，再比如采样线掉线则导致电池电压出现明显跌落等等。
本发明利用电池电压、电池电流和电池容量来设计保护逻辑。对于同一个型号的电池，可以通过反复多次的充电和放电来获取电池的特性曲线。根据实际的电池曲线就能设定实际保护参数。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参考图1，是本发明的电池过充过放保护方法的流程图。本发明的电池过充过放保护方法包括：
S100、以预设时间间隔采样电池电压和电池电流；
S200、基于每次的采样结果，依次执行电压采样线接触不稳的一次保护逻辑、电压采样线掉落的保护逻辑、电压采样线接触不稳的二次保护逻辑、电压采样电路故障的保护逻辑；
S300、如果任意一个保护逻辑不合格，则判定电池电压异常，停止电池的充放电。
下面对四层保护进行详细阐述。
第一层逻辑保护，电压采样线接触不稳的一次保护逻辑，具体包括：
S211、计算当前采样到的电池电压与前次采样到的电池电压之间的电压波动值；
S212、如果计算到的电压波动值在预设的电压波动范围内，则判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行；否则，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行。
例如，较佳实施例中，对于同一个型号的电池，根据获取电池的特性曲线设定预设的电压波动范围为10mV以内。假如采样时的预设时间间隔为1s，即1s内电压波动值超过10mV则认为接触不良导致采样电压异常。
第二层逻辑保护，电压采样线掉落的保护逻辑包括，具体包括：
S221、计算当前采样到的电池电压相比前次采样到的电池电压的电压下降值；
S222、如果计算到的电压下降值在预设的电压下降范围内，则判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行；否则，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行。
例如，较佳实施例中，对于同一个型号的电池，根据获取电池的特性曲线设定预设的电压下降范围为0.5V以内。假如采样时的预设时间间隔为1s，即1s内电压下降值超过0.5V则认为电压采样线掉落导致采样电压异常。
第三层逻辑保护，电压采样线接触不稳的二次保护逻辑包括，具体包括：
S231、计算当前采样到的电池电流相比前次采样到的电池电流的电流上升值；
S232、如果计算到的电流上升值在预设的电流上升范围之外且当前的充电模式为恒压充电模式，则判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行；否则，判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行。
例如，较佳实施例中，对于同一个型号的电池，根据获取电池的特性曲线设定预设的电流上升范围为500mA以内。假如采样时的预设时间间隔为1s，即1s内电流上升值超过500mA则认为电压采样线接触不良导致采样电压异常。
第四层逻辑保护，所述电压采样电路故障的保护逻辑包括，具体包括：
S241、基于当前采样到的电池电流和预设时间间隔进行积分运算得到当前的预设时间间隔内充电增加或者放电减小的电池容量；
S242、如果自前一个清零时刻到当前时刻内的所有的预设时间间隔内的充电增加/放电减小的电池容量的累加值没有达到预设电池容量，则退出当前的保护逻辑，否则，继续下一步骤；
其中，所述的清零时刻定义为：初始采样时刻，或者充电增加/放电减小的电池容量的累加值达到预设电池容量的采样时刻；
S243、计算当前采样到的电池电压相比前次采样到的电池电压的充电电压上升值/放电电压下降值；
S244、如果计算到的充电电压上升值/放电电压下降值在预设的电压变化值之内，则判断当前的保护逻辑不合格；否则，判断当前的保护逻辑合格。
例如，较佳实施例中，对于同一个型号的电池，根据获取电池的特性曲线设定充电增加或者放电减小的电池容量为3000mAh、电压变化值为2mV。即当累计电池容量为3000mAh时，如果充电电压上升值/放电电压下降值小于2mV，则认为电压采样电路故障不良导致采样电压异常。
可见，本发明设置简单，通过修改参数，能适应不同的电池。能有效减少电池鼓包和电池起火，延长电池使用寿命。算法简单，普通的单片机的计算能力都能实现。例如，可以使用TI F28069DSP执行逻辑保护算法，电池的电压和电流采样使用ADI的AD7689芯片进行采样。如果出现电压采样有异常，马上会让电池停止充放电，并发出告警，从而有效的帮助客户保护电池，减少电池生产故障，提高生产效率。
相应的，本发明还公开了一种电池过充过放保护系统，参考图2，是本发明电池过充过放保护系统的结构示意图，系统包括：
采样电路100，用于以预设时间间隔采样电池电压和电池电流；
逻辑保护模块200，用于基于每次的采样结果，依次执行电压采样线接触不稳的一次保护逻辑、电压采样线掉落的保护逻辑、电压采样线接触不稳的二次保护逻辑、电压采样电路故障的保护逻辑；
故障处理模块300，用于在任意一个保护逻辑不合格时，停止电池的充放电。
其中，所述逻辑保护模块200包括用于执行电压采样线接触不稳的一次保护逻辑的第一逻辑保护模块210、用于执行电压采样线掉落的保护逻辑的第二逻辑保护模块220、用于执行电压采样线接触不稳的二次保护逻辑的第三逻辑保护模块230、用于执行电压采样电路故障的保护逻辑的第四逻辑保护模块240。
具体的，所述第一逻辑保护模块210包括：
电压波动值计算单元，用于计算当前采样到的电池电压与前次采样到的电池电压之间的电压波动值；
第一逻辑控制单元，用于在计算到的电压波动值在预设的电压波动范围内时，判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行；否则，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行。
具体的，所述第二逻辑保护模块220包括：
电压下降值计算单元，用于计算当前采样到的电池电压相比前次采样到的电池电压的电压下降值；
第二逻辑控制单元，用于在计算到的电压下降值在预设的电压下降范围内时，判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行；否则，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行。
具体的，所述第三逻辑保护模块230包括：
电流上升值计算单元，用于计算当前采样到的电池电流相比前次采样到的电池电流的电流上升值；
第三逻辑控制单元，用于在计算到的电流上升值在预设的电流上升范围之外且当前的充电模式为恒压充电模式时，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行；否则，判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行。
具体的，所述第四逻辑保护模块240包括：
当前电池容量变化计算单元，用于基于当前采样到的电池电流和预设时间间隔进行积分运算得到当前的预设时间间隔内充电增加或者放电减小的电池容量；
累计电池容量变化比较单元，用于在自前一个清零时刻到当前时刻内的所有的预设时间间隔内的充电增加/放电减小的电池容量的累加值没有达到预设电池容量时，触发退出当前的保护逻辑，否则，触发电压变化计算单元工作；其中，所述的清零时刻定义为：初始采样时刻，或者充电增加/放电减小的电池容量的累加值达到预设电池容量的采样时刻；
电压变化计算单元，用于计算当前采样到的电池电压相比前次采样到的电池电压的充电电压上升值/放电电压下降值；
第四逻辑控制单元，用于在计算到的充电电压上升值/放电电压下降值在预设的电压变化值之内时，判断当前的保护逻辑不合格；否则，判断当前的保护逻辑合格。
综上所述，本发明基于现有的采样电路的采样结果，执行四层保护逻辑，可以针对电压采样线接触不稳、电压采样线掉落、电压采样电路故障这些导致采样电压异常的情况进行逻辑保护，无需增加硬件设备，极大地提高电池充放电的安全系数。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (8)
1.一种电池过充过放保护方法，其特征在于，包括：
以预设时间间隔采样电池电压和电池电流；
基于每次的采样结果，依次执行电压采样线接触不稳的一次保护逻辑、电压采样线掉落的保护逻辑、电压采样线接触不稳的二次保护逻辑、电压采样电路故障的保护逻辑；
如果任意一个保护逻辑不合格，则判定电池电压异常，停止电池的充放电；
其中，所述电压采样电路故障的保护逻辑包括：
基于当前采样到的电池电流和预设时间间隔进行积分运算得到当前的预设时间间隔内充电增加或者放电减小的电池容量；
如果自前一个清零时刻到当前时刻内的所有的预设时间间隔内的充电增加/放电减小的电池容量的累加值没有达到预设电池容量，则退出当前的保护逻辑，否则，继续下一步骤；
计算当前采样到的电池电压相比前次采样到的电池电压的充电电压上升值/放电电压下降值；
如果计算到的充电电压上升值/放电电压下降值在预设的电压变化值之内，则判断当前的保护逻辑不合格；否则，判断当前的保护逻辑合格；
其中，所述的清零时刻定义为：初始采样时刻，或者充电增加/放电减小的电池容量的累加值达到预设电池容量的采样时刻。
2.根据权利要求1所述的电池过充过放保护方法，其特征在于，电压采样线接触不稳的一次保护逻辑包括：
计算当前采样到的电池电压与前次采样到的电池电压之间的电压波动值；
如果计算到的电压波动值在预设的电压波动范围内，则判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行；否则，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行。
3.根据权利要求1所述的电池过充过放保护方法，其特征在于，电压采样线掉落的保护逻辑包括：
计算当前采样到的电池电压相比前次采样到的电池电压的电压下降值；
如果计算到的电压下降值在预设的电压下降范围内，则判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行；否则，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行。
4.根据权利要求1所述的电池过充过放保护方法，其特征在于，电压采样线接触不稳的二次保护逻辑包括：
计算当前采样到的电池电流相比前次采样到的电池电流的电流上升值；
如果计算到的电流上升值在预设的电流上升范围之外且当前的充电模式为恒压充电模式，则判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行；否则，判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行。
5.一种电池过充过放保护系统，其特征在于，包括：
采样电路，用于以预设时间间隔采样电池电压和电池电流；
逻辑保护模块，用于基于每次的采样结果，依次执行电压采样线接触不稳的一次保护逻辑、电压采样线掉落的保护逻辑、电压采样线接触不稳的二次保护逻辑、电压采样电路故障的保护逻辑；
故障处理模块，用于在任意一个保护逻辑不合格时，停止电池的充放电；
其中，所述逻辑保护模块包括用于执行电压采样电路故障的保护逻辑的第四逻辑保护模块，所述第四逻辑保护模块包括：
当前电池容量变化计算单元，用于基于当前采样到的电池电流和预设时间间隔进行积分运算得到当前的预设时间间隔内充电增加或者放电减小的电池容量；
累计电池容量变化比较单元，用于在自前一个清零时刻到当前时刻内的所有的预设时间间隔内的充电增加/放电减小的电池容量的累加值没有达到预设电池容量时，触发退出当前的保护逻辑，否则，触发电压变化计算单元工作；
电压变化计算单元，用于计算当前采样到的电池电压相比前次采样到的电池电压的充电电压上升值/放电电压下降值；
第四逻辑控制单元，用于在计算到的充电电压上升值/放电电压下降值在预设的电压变化值之内时，判断当前的保护逻辑不合格；否则，判断当前的保护逻辑合格；
其中，所述的清零时刻定义为：初始采样时刻，或者充电增加/放电减小的电池容量的累加值达到预设电池容量的采样时刻。
6.根据权利要求5所述的电池过充过放保护系统，其特征在于，所述逻辑保护模块包括用于执行电压采样线接触不稳的一次保护逻辑的第一逻辑保护模块，所述第一逻辑保护模块包括：
电压波动值计算单元，用于计算当前采样到的电池电压与前次采样到的电池电压之间的电压波动值；
第一逻辑控制单元，用于在计算到的电压波动值在预设的电压波动范围内时，判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行；否则，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行。
7.根据权利要求5所述的电池过充过放保护系统，其特征在于，所述逻辑保护模块包括用于执行电压采样线掉落的保护逻辑的第二逻辑保护模块，所述第二逻辑保护模块包括：
电压下降值计算单元，用于计算当前采样到的电池电压相比前次采样到的电池电压的电压下降值；
第二逻辑控制单元，用于在计算到的电压下降值在预设的电压下降范围内时，判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行；否则，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行。
8.根据权利要求5所述的电池过充过放保护系统，其特征在于，所述逻辑保护模块包括用于执行电压采样线接触不稳的二次保护逻辑的第三逻辑保护模块，所述第三逻辑保护模块包括：
电流上升值计算单元，用于计算当前采样到的电池电流相比前次采样到的电池电流的电流上升值；
第三逻辑控制单元，用于在计算到的电流上升值在预设的电流上升范围之外且当前的充电模式为恒压充电模式时，判断当前的保护逻辑不合格，触发后续保护逻辑的停止执行；否则，判断当前的保护逻辑合格，并触发下一个保护逻辑的执行。
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