CN108448679B - 智能电池管理单元、电池放电过流自恢复系统及自恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能电池管理单元、电池放电过流自恢复系统及自恢复方法，电池放电过流自恢复系统通过设置智能电池管理单元，在过流时断开主回路，通过智能电池管理单元检测过流是否消除，过流未消除时，保持主回路断开状态，在过流消除后恢复接通主回路。避免了过流对电池的损害，具有较高的检测精度，而且测试过程简单方便，便于实现。

Description

智能电池管理单元、电池放电过流自恢复系统及自恢复方法

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，特别是涉及一种智能电池管理单元、电池放电过流自恢复系统及自恢复方法。

背景技术

智能电池是能对自身进行高效管理的电池系统，主要由电池和电池管理系统构成。电池进行能量的存储和供给，电池管理系统完成对电池的智能化监测、状态估算、管理控制和保护。当电池放电过流时，保护电路会断开主回路。而恢复接通主回路往往是通过试探的方法：先将主回路接通，检测通过电池的电流，如果仍然过流则再次断开，并定时再次接通检测，如果过流消除则恢复接通。

这样做的缺点是：在过流没有消除的情况下，开通主回路会对电池造成损害。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种智能电池管理单元、电池放电过流自恢复系统及自恢复方法，用于解决现有技术中在过流没有消除的情况下开通主回路对电池造成损害的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下方案：一种智能电池管理单元，所述智能电池管理单元包括：电池、电流传感器、主回路开关、第一过流检测回路开关、第一过流检测电阻、第二过流检测回路开关、第二过流检测电阻、电流电压检测模块及控制器；所述电流传感器的第一端连接所述电池的正极、第二端连接所述主回路开关的第一端，用于检测流过所述电池的电流；所述主回路开关的第二端分别连接所述第一过流检测回路开关的第一端和所述第二过流检测回路开关的的第一端，用于控制主回路的导通或关断；所述第一过流检测回路开关的第二端连接所述第一过流检测电阻的第一端，用于控制第一过流检测回路的导通或关断；所述第一过流检测电阻的第二端连接所述电流传感器的第二端，用于检测电池是否过流；所述第二过流检测回路开关的第二端连接所述第二过流检测电阻的第一端，用于控制第二过流检测回路的导通或关断；所述第二过流检测电阻的第二端连接所述电流传感器的第二端，用于检测电池是否过流；所述电流电压检测模块的电流输入端连接所述电流传感器的输出端，所述电流电压检测模块的电压输入端分别连接所述第一过流检测电阻的第二端和所述第二过流检测电阻的第二端，用于检测所述电池的电压；所述控制器的输入端连接所述电流电压检测模块的输出端，所述控制器的输出端分别连接所述主回路开关、所述第一过流检测回路开关和所述第二过流检测回路开关的控制端，用于根据检测到的所述电池的电流或电压情况控制所述主回路开关、所述第一过流检测回路开关和所述第二过流检测回路开关；所述电流电压检测模块和所述控制器还包括连接供电电源的正极端和负极端。

于本发明一实施方式中，所述电流电压检测模块的正极端连接所述电池的正极，所述电流电压检测模块的负极端连接所述电池的负极。

于本发明一实施方式中，所述电流电压检测模块的正极端连接所述电流传感器的第二端，所述电流电压检测模块的负极端连接所述电池的负极。

于本发明一实施方式中，所述控制器的正极端连接所述电池的正极，所述控制器的负极端连接所述电池的负极。

于本发明一实施方式中，所述控制器的正极端连接所述电流传感器的第二端，所述控制器的负极端连接所述电池的负极。

本发明还提供一种电池放电过流自恢复系统，所述系统包括负载及若干如上述的智能电池管理单元；各智能电池管理单元依次串联，下级智能电池管理单元的主回路开关的第二端连接上级智能电池管理单元的电池的负极，所述负载的一端连接最上级智能电池管理单元的主回路开关的第二端、另一端连接最下级智能电池管理单元的电池的负极。

本发明还提供一种电池放电过流自恢复方法，所述方法包括以下步骤：步骤1)、提供一如上述的电池放电过流自恢复系统；步骤2)、闭合所有主回路开关，同时断开所有第一过流检测回路开关和第二过流检测回路开关，各电池串联，并对负载放电；步骤3)、检测到主回路中任一电池的放电电流大于电池组允许的最大放电电流时，断开所有主回路开关；步骤4)、接通各第一过流检测回路开关，检测流经每个电池的电流值；检测完流经每个电池的电流之后，断开各第一过流检测回路开关，接通各第二过流检测回路开关，并再次检测流经每个电池的电流值；步骤5)、根据步骤4)中获得的两次电流值，计算出电池组总输出电压值和负载电阻的值，并基于计算出的电池组总输出电压值和负载电阻的值计算出主回路电流值；步骤6)、基于计算出的主回路电流值判断对应电池的过流是否消除，若否，则保持所有主回路开关断开状态，重复步骤4)和步骤5)；若是，则断开所有第一过流检测回路开关和第二过流检测回路开关，闭合各主回路开关，恢复电池供电。

于本发明一实施方式中，在所述步骤3)中，断开所有主回路开关，包括以下步骤：31)、检测各个所述智能电池管理单元中电池的放电电流；32)、当检测到任一所述智能电池管理单元中的电池放电过流时，断开所述智能电池管理单元对应的主回路开关；33)、分别检测其它所述智能电池管理单元中的电池放电电流，若小于最小放电电流，则断开所述电池对应的主回路开关，直到所有主回路开关都断开。

于本发明一实施方式中，在所述步骤5)中，计算电池组总输出电压值和负载电阻的值包括以下步骤：51)、计算出接通各第一过流检测回路开关后流经每个电池的电流值满足：

52)、计算出接通各第二过流检测回路开关后流经每个电池的电流值满足：

其中，V₁、V₂、...V_N为各电池的开路电压值，r₁、r₂、...r_N为电池直流等效内阻，R₁₁、R₂₁、...R_N1为电池的第一过流检测电阻，R₁₂、R₂₂、...R_N2为电池的第二过流检测电阻，R_L为负载电阻；53)忽略不计电池的直流等效内阻r₁、r₂、...、r_N，且电池组总输出电压值V满足：V＝V₁+V₂+...+V_N，则得：

54)、根据I₁和I₂的计算公式可以计算得到V和R_L，满足以下条件：

于本发明一实施方式中，在所述步骤5)中，计算主回路电流值I_L，满足以下条件：

忽略不计电池的直流等效内阻r₁、r₂、...、r_N，则得：

其中，V为电池组总输出电压值，R_L为负载电阻值。

如上所述，本发明的智能电池管理单元、电池放电过流自恢复系统及自恢复方法，具有以下有益效果：

1)、电池放电过流自恢复系统设置了智能电池管理单元，系统在电池放电过流时断开主回路，避免了过流对电池的损害；

2)、通过智能电池管理单元实时检测过流是否消除，放电过流未消除时保持主回路断开状态；在放电过流消除后恢复接通主回路，避免了在过流没有消除的情况下开通主回路对电池造成损害；

3)、具有较高的检测精度，测试过程简单方便，便于实现。

附图说明

图1为本发明智能电池管理单元于实施例一中的电路原理图。

图2为本发明电池放电过流自恢复系统于实施例二中的电路原理图。

图3为本发明电池放电过流自恢复系统中的电池组于实施例二中放电过流时自恢复过程的时序图。

元件标号说明

1’ 电流传感器

2’ 电流电压检测模块

3’ 控制器

SW1’ 主回路开关

SW11’ 第一过流检测回路开关

R11’ 第一过流检测电阻

SW12’ 第二过流检测回路开关

R12’ 第二过流检测电阻

1 电流传感器

2 电流电压检测模块

3 控制器

SW1～SWN 主回路开关

SW11～SWN1 第一过流检测回路开关

R11-RN1 第一过流检测电阻

SW12～SWN2 第二过流检测回路开关

R12～RN2 第二过流检测电阻

RL 负载

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

请参阅图1，本发明提供一种智能电池管理单元，所述智能电池管理单元包括用于感知电流信号的电流传感器1’、用于控制主回路接通或断开的主回路开关SW1’、用于控制第一过流检测回路接通或断开的第一过流检测回路开关SW11’、用于检测电池是否过流的第一过流检测电阻R11’、用于控制第二过流检测回路接通或断开的第二过流检测回路开关SW12’、用于检测电池是否过流的第二过流检测电阻R12’、用于检测电池的电流和电压的电流电压检测模块2’和用于控制主回路开关SW1’、第一过流检测回路开关SW11’和第二过流检测回路开关SW12’的控制器3’。

所述电流传感器1’的第一端连接电池的正极、第二端连接所述主回路开关SW1’的第一端，用于检测流过所述电池的电流；

所述主回路开关SW1’的第二端分别连接所述第一过流检测回路开关SW11’的第一端和所述第二过流检测回路开关SW12’的第一端，用于控制主回路的导通或关断；

所述第一过流检测回路开关SW11’的第二端连接所述第一过流检测电阻R11’的第一端，用于控制第一过流检测回路的导通或关断；

所述第一过流检测电阻R11’的第二端连接所述电流传感器1’的第二端，用于检测电池是否过流；

所述第二过流检测回路开关SW12’的第二端连接所述第二过流检测电阻R12’的第一端，用于控制第二过流检测回路的导通或关断；

所述第二过流检测电阻R12’的第二端连接所述电流传感器1’的第二端，用于检测电池是否过流；

所述电流电压检测模块2’的电流输入端连接所述电流传感器1’的输出端，所述电流电压检测模块2’的电压输入端分别连接所述第一过流检测电阻R11’的第二端和所述第二过流检测电阻R12’的第二端，用于检测所述电池的电压；

所述控制器3’的输入端连接所述电流电压检测模块2’的输出端，所述控制器3’的输出端分别连接所述主回路开关SW1’、所述第一过流检测回路开关SW11’和所述第二过流检测回路开关SW12’的控制端，用于根据检测到的所述电池的电流或电压情况控制所述主回路开关 SW1’、所述第一过流检测回路开关SW11’和所述第二过流检测回路开关SW12’；

所述电流电压检测模块2’和所述控制器3’还包括连接供电电源的正极端和负极端。

所述电流电压检测模块2’和所述控制器3’还包括连接供电电源的正极端和负极端。供电电源可以为独立的电池，也可以为所述智能电池管理单元中的电池，在该实施例中，以所述智能电池管理单元中的电池作为电流电压检测模块2’和所述控制器3’的供电电源。

控制器3’读取电流电压检测模块2’的电流值、电压值，控制主回路开关SW1’、第一过流检测回路开关SW11’和第二过流检测回路开关SW12’的接通或断开，在电池过流时，控制器3’断开主回路开关SW1’，避免电池受到损害，之后接通第一过流检测回路开关SW11’和第二过流检测回路开关SW12’，对电池电流进行检测。当过流未消除时，保持主回路开关SW1’断开状态，并实时检测和计算主回路中的电流；当过流消除时，断开第一过流检测回路开关 SW11’和第二过流检测回路开关SW12’，恢复接通主回路开关SW1’。

在该实施例中，所述电流电压检测模块2’的正极端连接所述电流传感器1’的第二端，所述电流电压检测模块2’的负极端连接所述电池的负极；所述控制器3’的正极端连接所述电流传感器1’的第二端，所述控制器3’的负极端连接所述电池的负极。

当然，在其它实施例中，所述电流电压检测模块2’的正极端和所述控制器3’的正极端也可以直接连接所述电池的正极。

实施例2

请参阅图2，本发明还提供一种电池放电过流自恢复系统，包括负载RL及若干如实施例 1所述的智能电池管理单元；各智能电池管理单元依次串联，下级智能电池管理单元的主回路开关的第二端连接上级智能电池管理单元的电池的负极，所述负载RL的一端连接最上级智能电池管理单元的主回路开关的第二端、另一端连接最下级智能电池管理单元的电池负极。在正常放电时，主回路开关SW1～SWN闭合，第一过流检测回路开关SW11～SWN1和第二过流检测回路开关SW12～SWN2断开。

需要说明的是，最上级智能电池管理单元是指位于图2中电池放电过流自恢复系统的最上端的智能电池管理单元，最下级智能电池管理单元是指位于图2中电池放电过流自恢复系统的最下端的智能电池管理单元。位于当前所述智能电池管理单元上方的智能电池管理单元称之为其上级智能电池管理单元，位于当前所述智能电池管理单元下方的智能电池管理单元称之为其下级智能电池管理单元。

本发明还提供一种电池放电过流自恢复方法，当负载RL异常偏小，放电电流大于电池组允许的最大放电电流时，则按照下面的方法进行检测和自恢复：

步骤1)、提供一所述电池放电过流自恢复系统；

步骤2)、闭合所有主回路开关SW1～SWN，同时断开所有第一过流检测回路开关SW11～SWN1和第二过流检测回路开关SW12～SWN2，各电池串联，并对负载RL放电；

步骤3)、检测到主回路中任一电池的放电电流大于电池组允许的最大放电电流时，断开所有主回路开关SW1～SWN；

步骤4)、接通各第一过流检测回路开关SW11～SWN1，检测流经每个电池的电流值；检测完流经每个电池的电流之后，断开各第一过流检测回路开关SW11～SWN1，接通各第二过流检测回路开关SW12～SWN2，并再次检测流经每个电池的电流值；

步骤5)、根据步骤4)中获得的两次电流值，计算出电池组总输出电压值和负载RL的电阻值，并基于计算出的电池组总输出电压值和负载RL的电阻值计算出主回路电流值；

步骤6)、基于计算出的主回路电流值判断对应电池的过流是否消除，若否，则保持所有主回路开关SW1～SWN断开状态，重复步骤4)和步骤5)；若是，则断开所有第一过流检测回路开关SW11～SWN1和第二过流检测回路开关SW12～SWN2，闭合各主回路开关 SW1～SWN，恢复电池供电。

为了进一步说明电池放电过流自恢复方法，请参阅图3，为本发明电池放电过流自恢复系统中的电池组放电过流时自恢复过程的时序图。

在t1时刻，当某一控制器3例如第二个智能电池管理单元中的控制器3通过电流电压检测模块2检测到该电池过流时，立刻断开该电池对应的主回路开关SW2，避免大电流对电池的损坏。此时，由于主回路开关SW2、第一过流检测回路开关SW21和第一过流检测回路开关SW22同时断开，电流传感器1感知到所有电池的放电电流都为0。在其它实施例中，当然也可能是其它智能电池管理单元中的控制器3通过其电流电压检测模块2检测到其对应的电池过流。

在t2时刻，当除了第二个智能电池管理单元中的控制器3外的其它控制器3检测到其对应的电池的放电电流小于最小放电电流时，断开相应的主回路开关SW1，SW3...SWN。

在t3时刻，等所有智能电池管理单元都已断开各自的主回路开关SW1，SW3...SWN后，各电池接通各自的第一过流检测回路开关SW11，SW31...SWN1。此时流过每个电池的电流为：

其中，设电池组总输出电压为V，则

为电池组总输出电压，r₁、 r₂、...、r_N为电池直流等效内阻，R₁₁、R₂₁、...、R_N1为电池的第一过流检测电阻，R_L为负载RL的电阻值。由于电池直流等效内阻较小，将其忽略，可以得到电流的近似值：

在t4时刻，等所有电池完成电流检测后，断开第一过流检测回路开关SW11～SWN1。

在t5时刻，所有电池接通各自的第二过流检测回路开关SW12～SWN2，此时流过每个电池的电流为：

其中，R₁₂、R₂₂、...、R_N2为电池的第二过流检测电阻。

在(1)、(2)两式中，电流值I₁、I₂可由电流电压检测模块2检测得到。各第一过流检测电阻R11-RN1和第二过流检测电阻R12～RN2为已知，因此可以计算出负载RL的电阻值 R_L和电池组总输出电压V：

假设此时断开过流检测回路，开通主回路，则主回路电流的计算值I_L为：

如果I_L大于电池允许的最大放电电流，则不能接通主回路，应保持所有主回路开关 SW1～SWN断开状态，定时重复步骤4)和步骤5)的电流检测，时刻监测I_L值，直到I_L小于电池允许的最大放电电流，然后执行下面两步进行主回路恢复。

在t6时刻，所有电池的控制器3检测到放电电流小于最高允许放电电流，则断开第一过流检测回路开关SW11～SWN1和第一过流检测回路开关SW11～SWN1。

在t7时刻，等所有电池都已断开各自的第一过流检测回路开关SW11～SWN1和第二过流检测回路开关SW12～SWN2后，电池接通各自的主回路开关SW1～SWN，主回路恢复接通。

综上所述，本发明的智能电池管理单元、电池放电过流自恢复系统及自恢复方法，具有以下有益效果：电池放电过流自恢复系统设置了智能电池管理单元，系统在电池放电过流时断开主回路，避免了过流对电池的损害；通过智能电池管理单元检测过流是否消除，放电过流未消除时保持主回路断开状态；在放电过流消除后恢复接通主回路，避免了在过流没有消除的情况下开通主回路对电池造成损害；具有较高的检测精度，测试简单方便，便于实现。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种电池放电过流自恢复方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1)、提供一电池放电过流自恢复系统，所述电池放电过流自恢复系统包括负载及若干智能电池管理单元；各智能电池管理单元依次串联，下级智能电池管理单元的主回路开关的第二端连接上级智能电池管理单元的电池的负极，所述负载的一端连接最上级智能电池管理单元的主回路开关的第二端、另一端连接最下级智能电池管理单元的电池的负极；所述智能电池管理单元包括电池、电流传感器、主回路开关、第一过流检测回路开关、第一过流检测电阻、第二过流检测回路开关、第二过流检测电阻、电流电压检测模块及控制器；所述电流传感器的第一端连接所述电池的正极、第二端连接所述主回路开关的第一端，用于检测流过所述电池的电流；所述主回路开关的第二端分别连接所述第一过流检测回路开关的第一端和所述第二过流检测回路开关的第一端，用于控制主回路的导通或关断；所述第一过流检测回路开关的第二端连接所述第一过流检测电阻的第一端，用于控制第一过流检测回路的导通或关断；所述第一过流检测电阻的第二端连接所述电流传感器的第二端，用于检测电池是否过流；所述第二过流检测回路开关的第二端连接所述第二过流检测电阻的第一端，用于控制第二过流检测回路的导通或关断；所述第二过流检测电阻的第二端连接所述电流传感器的第二端，用于检测电池是否过流；所述电流电压检测模块的电流输入端连接所述电流传感器的输出端，所述电流电压检测模块的电压输入端分别连接所述第一过流检测电阻的第二端和所述第二过流检测电阻的第二端，用于检测所述电池的电压；所述控制器的输入端连接所述电流电压检测模块的输出端，所述控制器的输出端分别连接所述主回路开关、所述第一过流检测回路开关和所述第二过流检测回路开关的控制端，用于根据检测到的所述电池的电流或电压情况控制所述主回路开关、所述第一过流检测回路开关和所述第二过流检测回路开关；所述电流电压检测模块和所述控制器还包括连接供电电源的正极端和负极端；

步骤2)、闭合所有主回路开关，同时断开所有第一过流检测回路开关和第二过流检测回路开关，各电池串联，并对负载放电；

步骤3)、检测到主回路中任一电池的放电电流大于电池组允许的最大放电电流时，断开所有主回路开关；

步骤4)、接通各第一过流检测回路开关，检测流经每个电池的电流值；检测完流经每个电池的电流之后，断开各第一过流检测回路开关，接通各第二过流检测回路开关，并再次检测流经每个电池的电流值；

步骤5)、忽略电池直流等效内阻，根据步骤4)中获得的两次电流值，计算出电池组总输出电压值和负载的电阻值，并基于计算出的电池组总输出电压值和负载的电阻值计算出主回路电流值；

步骤6)、基于计算出的主回路电流值判断对应电池的过流是否消除，若否，则保持所有主回路开关断开状态，重复步骤4)和步骤5)；若是，则断开所有第一过流检测回路开关和第二过流检测回路开关，闭合各主回路开关，恢复电池供电。

2.根据权利要求1所述的电池放电过流自恢复方法，其特征在于，在所述步骤3)中，断开所有主回路开关，包括以下步骤：

31)、检测各个所述智能电池管理单元中电池的放电电流；

32)、当检测到任一所述智能电池管理单元中的电池放电过流时，断开所述智能电池管理单元对应的主回路开关；

33)、分别检测其它所述智能电池管理单元中的电池放电电流，若小于最小放电电流，则断开所述电池对应的主回路开关，直到所有主回路开关都断开。

3.根据权利要求1所述的电池放电过流自恢复方法，其特征在于，在所述步骤5)中，计算电池组总输出电压值和负载的电阻值包括以下步骤：

51)、计算出接通各第一过流检测回路开关后流经每个电池的电流值满足：

52)、计算出接通各第二过流检测回路开关后流经每个电池的电流值满足：

其中，V₁、V₂、…V_N为各电池的开路电压值，r₁、r₂、…r_N为电池直流等效内阻，R₁₁、R₂₁、…R_N1为电池的第一过流检测电阻，R₁₂、R₂₂、…R_N2为电池的第二过流检测电阻，R_L为负载电阻；

53)忽略不计电池的直流等效内阻r₁、r₂、…、r_N，且电池组总输出电压值V满足：V＝V₁+V₂+…+V_N，则得：

54)、根据(3)式和(4)式，计算得到V和R_L，满足以下条件：

4.根据权利要求3所述的电池放电过流自恢复方法，其特征在于，在所述步骤5)中，计算主回路电流值I_L，满足以下条件：

忽略不计电池的直流等效内阻r₁、r₂、…、r_N，则得：

其中，V为电池组总输出电压值，R_L为负载的电阻值。

5.根据权利要求1所述的电池放电过流自恢复方法，其特征在于，所述电流电压检测模块的正极端连接所述电池的正极，所述电流电压检测模块的负极端连接所述电池的负极。

6.根据权利要求1所述的电池放电过流自恢复方法，其特征在于，所述电流电压检测模块的正极端连接所述电流传感器的第二端，所述电流电压检测模块的负极端连接所述电池的负极。

7.根据权利要求1所述的电池放电过流自恢复方法，其特征在于，所述控制器的正极端连接所述电池的正极，所述控制器的负极端连接所述电池的负极。

8.根据权利要求1所述的电池放电过流自恢复方法，其特征在于，所述控制器的正极端连接所述电流传感器的第二端，所述控制器的负极端连接所述电池的负极。

Images