CN108631399A - 电池保护装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池保护装置及其方法。该电池保护装置包括基带处理器、用于检测电池组中的电池的电压的电压检测单元、用于检测电池组的电流的电流检测单元以及用于检测电池组中的电池的温度的温度检测单元。基带处理器将电池的电压、电流和温度与对应的阈值进行比较并产生控制信号，以控制开关的导通和关断。本发明的电池保护系统和方法利用一个基带处理器，实现了电池的安全控制和用户实时信息的获取，而不需要额外使用独立的GSM模块，从而节约了成本。

Description

电池保护装置及其方法

本申请是申请号为2012104751195，申请日为2012年11月21日，发明创造名称为“电池保护系统及方法”的专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及电池安全控制领域，特别是涉及一种电池保护系统及方法。

背景技术

目前锂电池或锂聚合物电池由于较高的能量密度，应用越来越广，例如被广泛应用于电动工具中，以给电动工具供电。电动工具包括但不限于电动车和混合动力电动车。随着应用领域的不断扩大和使用群体的迅速增加，用户对电池组的功能和性能提出了越来越多的要求，电池的安全性就是其中一项十分重要的性能指标。

一种现有的保护电池的方法是给电池加入保护板，然而在保护板产生保护或保护板自身有问题后，用户却不知道，因而还是会带来安全问题。另一种现有的保护电池的方法是采用单独的系统，如额外增加一块独立的无线GSM或3G模块，来实现对电池的保护。然而，由于需要一块独立的GSM或3G模块，从而导致成本增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种电池保护系统及方法，以较低的成本实现电池的安全控制和用户实时信息的获取。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池保护系统。该电池保护系统包括电池组、与电池组耦接的开关及用于控制开关的导通状态的电池保护装置。电池保护装置包括基带处理器、用于检测电池组中的电池的电压的电压检测单元、用于检测电池组的电流的电流检测单元以及用于检测电池组中的电池的温度的温度检测单元。基带处理器将电池的电压、电流和温度与对应的阈值进行比较并产生控制信号，以控制开关的导通和关断。

作为上述技术方案的改进，电池保护装置还包括射频接口，基带处理器通过射频接口将开关的导通状态、电池的电压、电流和温度发送给外部系统。

电池保护装置还包括通讯接口，外部系统经由射频接口、基带处理器和通讯接口发送第二控制信号，以对所述电池组进行充电的充电器进行控制。

本发明还提供了一种电池保护装置，其包括基带处理器、用于检测电池的电压的电压检测单元、用于检测电池的电流的电流检测单元、用于检测电池的温度的温度检测单元。基带处理器用于根据电池的电压、电流和温度产生控制信号，以控制电池的充电开关或放电开关的导通状态。

作为上述技术方案的改进，电池保护装置还包括与基带处理器耦合的射频接口，基带处理器通过射频接口将充电开关或放电开关的导通状态、电池的电压、电流和温度发送给外部系统。

本发明还提供了一种电池保护方法，包括以下步骤：检测电池包中的电池的参数；及由基带处理器根据所述参数进行安全处理，若所述参数的值在预设参数阈值范围内，所述基带处理器将所述参数发送至后台服务器，若所述参数的值在所述预设参数阈值范围外，所述基带处理器则断开充电开关或放电开关，并发送告警信号至所述后台服务器。

与现有技术相比，本发明的电池保护系统和方法至少具有以下优点：利用一个基带处理器实现了电池的安全控制和用户实时信息的获取，而不需要额外使用独立的无线GSM或3G模块，从而节约了成本。通过网络，可以实时对电池包进行保护、定位、告警等安全控制，从而很好地保护电池的安全。在电池包安装于电动车中时，可以防止电动车被盗，如利用网络通过手机控制电池保护系统，实现放电禁止功能。而在电池包或电动车发生失窃后，不仅可及时通知用户，还可通过基站定位确定电池包的位置，从而找到失窃的电池包或电动车。

附图说明

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。

图1是根据本发明一个实施例的电池保护系统的结构框图。

图2是根据本发明一个实施例的图1中的电池保护系统与外部系统通信的示意图。

图3是根据本发明一个实施例的电池保护系统在第一种工作模式下执行的控制流程图。

图4是根据本发明一个实施例的电池保护系统在第二种工作模式下执行的控制流程图。

图5是根据本发明另一个实施例的电池保护系统的结构示意图。

图6是根据本发明另一个实施例的电池保护系统在第二种工作模式下执行的控制流程图。

图7是根据本发明一个实施例的电池保护方法的流程图。

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的说明。在以下对本发明的详细描述中，为了提供一个针对本发明的完全的理解，阐明了大量的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外的一些实例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电路未作详细描述，以便于L显本发明的主旨。

本发明的电池保护系统包括电池组、与电池组耦接的开关以及电池保护装置。电池保护装置包括基带处理器、用于检测电池组中的每个电池的电压的电压检测单元、用于检测电池组的电流的电流检测单元以及用于检测电池组中的每个电池的温度的温度检测单元。基带处理器将电池的电压、电流和温度与对应的阈值进行比较并产生第一控制信号，以控制开关的导通和关断。电池保护装置还包括射频接口，基带处理器通过射频接口将开关的导通状态以及电池的电压、电流和温度发送给外部系统。

图1是根据本发明一个实施例的电池保护系统的结构框图。电池保护系统100包括用于保护电池组110的电池保护装置120。电池保护装置120包括均衡单元1202、均衡控制单元1204、电压检测单元1206、电流检测单元1208、温度检测单元1210、模拟信号开关阵列1212、基带处理器1214、射频接口1216和通讯接口1218。电池组110给负载130提供电能，并由充电器140充电。当电池组110应用于电动车中，负载130即为电动车本身。电池组110包括多个串联连接的电池。电压检测单元1206检测每个电池的电压。均衡控制单元1204根据电压检测单元1206检测到的每个电池的电压来控制均衡单元1202，以实现电池组110中所有电池的均衡。

基带处理器1214控制模拟信号开关阵列1212以接收电压检测单元1206检测到的电池电压、温度检测单元1210检测到的电池温度和电流检测单元1208检测到的电池组110的充电电流或放电电流，以及从电压检测单元1206接收电池的均衡状况，并根据电池电压、电池温度、充电电流及放电电流产生第一控制信号以控制充电开关150和放电开关160的导通和关断。在本发明的一个实施例中，电流检测单元1208可以是电阻，温度检测单元1210可以是热敏电阻，充电开关150和放电开关160均为金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，每个MOSFET都具有体二极管。

射频接口1216用于将电池组110的数据(例如，电池电压、电池电流和电池温度)、充电开关150和放电开关160的导通状态、电池的均衡状况和电池组110的安全情况等发送给外部系统。通讯接口1218用于与外部系统通讯。

下面以图2为例进一步说明本发明的电池保护系统100的具体应用。图2中与图1标号相同的元件具有相同的功能，为简明起见，这里不再赘述。在本发明的一个实施例中，电池保护装置120内置在电池包内。电池保护系统100通过网络与终端设备进行通信。虽然在图2至图7的例子中是以GSM网络为例进行说明，但本领域技术人员可以理解的是，本发明的电池保护系统100不限于应用在GSM网络中，也可以应用于其他网络，例如3G网络。当图1中的基带处理器1214采用GSM基带处理器时，则电池保护系统100可以应用于GSM网络中。而当图1中的基带处理器1214采用3G基带处理器时，则电池保护系统100可以应用于3G网络中。

下面结合图1对图2进行描述。如图2所示，GSM网络包括GSM基站202、移动交换中心204及网络服务器(后台服务器)206。当终端设备为移动终端210时，电池保护系统100和移动终端210通过GSM基站202进行通信。移动终端210可以是但不限于手机、掌上电脑、MP3等。当终端设备为固定终端220时，例如个人电脑，电池保护系统100通过GSM基站202、移动交换中心204和后台服务器206与固定终端220进行通信。

在本发明的一个实施例中，上述的外部系统包括GSM基站202、移动交换中心204、后台服务器206、移动终端210和固定终端220。请同时参照图1和2，在本发明的一个实施例中，后台服务器206可以将更新后的参数(如温度阈值、电压阈值、电流阈值等)和系统软件通过射频接口1216发送给基带处理器1214。后台服务器206还可以经由射频接口1216发送第二控制信号给基带处理器1214，基带处理器1214再经由通讯接口1218将第二控制信号发送给充电器140或电动车的电机控制器(电池包安装在电动车中的情况)，以实现后台服务器206对充电器140或电机控制器的控制。

图3是根据本发明一个实施例的电池保护系统100在第一种工作模式下执行的控制流程图300。第一种工作模式是指电池保护系统100的基带处理器1214工作在正常模式。基带处理器1214根据电池的电压进行过充电或过放电的保护，并根据电池的温度进行过高温或过低温的保护，还根据电池的充电电流或放电电流进行过电流的保护。具体而言，当电池的电压高于预设最高电压阈值时，基带处理器1214断开充电开关150；当电池的电压低于预设最低电压阈值时，基带处理器1214断开放电开关160。当充电过程中电池的温度高于预设最高温度阈值或低于预设最低温度阈值时，断开充电开关150；当放电过程中电池的温度高于预设最高温度阈值或低于预设最低温度阈值时，断开放电开关160。当电池的充电电流高于预设电流阈值时，断开充电开关150；当电池的放电电流高于预设电流阈值时，断开放电开关160。

下面结合图1和图2对图3进行详细描述。在步骤302中，给包括电池保护系统100的电池包上电。在步骤304中，判断GSM注册是否成功，若判断为是，则流程图300进入步骤306，否则进入步骤308，基带处理器1214定时检测GSM网络。在步骤306中，检测电池的电压、温度和电流(如充电电流或放电电流)。具体而言，由电压检测单元1206检测电池的电压，由温度检测单元1210检测电池的温度，以及由电流检测单元1208检测电池的电流。在步骤310中，基带处理器1214根据电池的电压、温度和电流进行安全处理，并决定是否产生安全告警。具体而言，例如在电池组110的充电过程中，若电池的电压高于预设最高电压阈值，或电池的温度高于预设最高温度阈值或低于预设最低温度阈值，又或电池的充电电流高于预设电流阈值，基带处理器1214则断开充电开关150，并产生安全告警。又例如在电池组110的放电过程中，若电池的电压低于预设最低电压阈值，或电池的温度高于预设最高温度阈值或低于预设最低温度阈值，又或电池的放电电流高于预设电流阈值，基带处理器1214则断开放电开关160，并产生安全告警。若在步骤312判断为产生安全告警，则流程图300进入步骤314。在步骤314中，基带处理器1214通过射频接口1216发送告警信号至后台服务器206。在步骤316中，判断告警是否加重，例如，基带处理器1214产生第一控制信号以关断充电开关150，而事实上由于控制器件损坏或电池异常，使得电池的电压继续上升，或电池温度继续上升，或电池的充电电流还存在，则判断为告警加重。若告警加重，流程图300则进入步骤318，否则返回步骤306。在步骤318中，基带处理器1214将告警数据发回后台服务器，同时将基带处理器1214注册连接的GSM基站202的信息发回后台服务器206，后台服务器206对电池包进行定位。在步骤320中，后台服务器206紧急通知用户或厂家进行处理，例如，后台服务器206发送电池包的位置信息和紧急处理通知给用户或厂家使用的终端设备，例如手机，以通知用户或厂家对电池包进行相应的处理。

继续参照图3，若在步骤312中不产生安全告警，流程图300则进入步骤322。在步骤322中，基带处理器1214通过射频接口1216定期发送电池组的数据(例如电池的电压、电池的温度及电池的充电电流和放电电流)至后台服务器206。在步骤324中，后台服务器206将接收的电池组的数据与后台服务器206中预先设定的阈值进行比较来决定是否产生后台预警。例如，当后台服务器206判断为电池的电压高于后台服务器206设定的最高电压阈值，后台服务器206则产生后台预警。其中，后台服务器206设定的最高电压阈值低于基带处理器1214中的预设最高电压阈值。若在步骤324中产生后台预警，则在步骤326中，后台服务器206记录预警信息，否则流程图回到步骤306。

图4是根据本发明一个实施例的电池保护系统在第二种工作模式下执行的控制流程图400。第二种工作模式是指电池保护系统100的基带处理器1214工作在防盗模式。下面以包括电池保护系统100的电池包安装在电动车中为例进行说明。请结合图1和图2，用户可以通过终端设备，例如手机，对电池保护系统100进行锁定，将放电开关160断开，这样非法用户将无法开动电动车，从而实现无线钥匙锁定。一旦该电动车的电池包被非法移动，后台服务器206根据电池保护系统100发送的不同基站位置信息，判断是否发生非法移动，一旦判断为非法移动，后台服务器206将向手机发送即时信息或电话，以给用户进行告警，使得用户可以进行相应的处理，例如用户可以通过后台服务器206发送给手机的电池包的位置，以帮助找到被非法移动的电池包。

请同时参照图1、图2和图4，在步骤402中，用户使用终端设备发送锁定信号(第三控制信号)至基带处理器1214，例如，用户使用手机通过GSM网络及射频接口1216发送锁定信号至基带处理器1214。在步骤404中，基带处理器1214响应于锁定信号，断开放电开关160，电池保护系统100进入防盗模式。在步骤406中，基带处理器1214根据GSM基站信息定期发送电池包的位置给后台服务器206。在步骤408中，后台服务器206根据基带处理器1214发送的电池包的位置，判断电池包是否被非法移动。例如，后台服务器206判断预存的电池包的位置(基带处理器1214断开放电开关160时，发送给后台服务器206的电池包的位置)与从基带处理器1214接收的电池包的位置是否相同，若不同，则判断为非法移动。一旦判断为非法移动，流程图400进入步骤410，否则返回步骤406。在步骤410中，后台服务器206向手机发送即时信息或电话，以给用户进行告警，使得用户可以进行相应的处理。

当用户需要开动电动车，用户使用手机通过GSM网络和射频接口1216发送开启信号至基带处理器1214，基带处理器1214响应开启信号接通放电开关160。

图4所示的控制流程适用于图1所示的电池保护系统100中的充电开关150和放电开关160为非串联连接的情况，同样也适用于电池保护系统100中的充电开关150和放电开关160为串联连接的情况。图5所示为充电开关150和放电开关160为串联连接的电池保护系统100的结构示意图。图5中与图1和图2标号相同的元件具有相同的功能，为简明起见，这里不再赘述。值得注意的是，图4的控制流程在应用于图5中充电开关150和放电开关160为串联连接的情况下，电池组110的充电电流会流过放电开关160的体二极管，导致功率损耗和温度升高，影响电池包的使用寿命。为克服该缺陷，图6所示是根据本发明另一个实施例的电池保护系统100在第二种工作模式下执行的控制流程图600。

下面以包括电池保护系统100的电池包安装在电动车中为例进行说明。请参照图5和图6，在步骤602中，用户使用终端设备发送锁定信号至基带处理器1214，例如，用户使用手机通过GSM网络及射频接口1216发送锁定信号至基带处理器1214。在步骤604中，基带处理器114保持导通充电开关150和放电开关160，并检测放电电流。在步骤606中，基带处理器1214判断放电电流是否大于预设阈值，例如3安培，一旦判断为放电电流大于预设阈值，则进入步骤608，否则回到步骤604。在步骤608中，基带处理器1214断开充电开关150和放电开关160。在步骤610中，基带处理器1214通过GSM网络和射频接口1216发送告警信号至后台服务器206。在步骤612中，基带处理器1214根据GSM基站信息对电池包定位，并将电池包的位置信息发送至后台服务器206。在步骤614中，后台服务器206向手机发送即时信息或电话，以给用户进行告警，使得用户可以进行相应的处理。

显然，图6的控制流程也适用于图1所示的电池保护系统100中的充电开关150和放电开关160为非串联连接的情况。

当用户需要开动电动车，用户使用手机通过GSM网络和射频接口1216发送开启信号至基带处理器1214，基带处理器1214响应开启信号接通充电开关150和放电开关160。

需要说明的是，图3、图4和图6所揭示的具体的控制流程仅仅作为示例。也就是说，本发明适用其他合理的控制流程或对图3、图4和图6进行改进的步骤。例如，根据本发明的另一个实施例，电池包安装在电动车中时，基带处理器1214将电池组110的数据(例如电池的电压、电池的温度及电池的充电电流和放电电流)通过射频接口1216和GSM网络发送给后台服务器206。后台服务器206对数据信息进行分析，并存储和显示接收到的数据信息。因此，在电动车的使用过程中，后台服务器206可以实时收集电池的数据，收集的数据不仅可用于将来的数据分析，还可在电池出现意外时，通过手机提醒用户及时检查、维修，以避免发生事故，达到24小时不断检测保护的目的。

又例如，根据本发明的另一个实施例，由于电池保护系统100的保护阈值(例如温度阈值、电压阈值、电流阈值)出现异常或系统软件运行异常，导致电池的告警信息一直得不到处理，电池的电压、电流、温度一直维持在保护阈值的范围外，系统所执行的保护动作没有发生并产生效果，同时还在不断恶化，有可能带来事故危险时，后台服务器206则发送关断充电开关150或放电开关160的指令给基带处理器1214，基带处理器1214无需对电池组的数据和保护阈值进行比较而直接断开充电开关150或放电开关160。同时后台服务器206迅速通知用户或厂家，进行安全检查，以更新系统的参数(例如保护阈值)或系统软件，甚至对整个系统进行检测维修，做到事故预防。

本发明的电池保护方法包括以下步骤：检测电池包中的电池的参数；及由基带处理器根据上述参数进行安全处理，若上述参数的值在预设参数阈值范围内，基带处理器将上述参数发送至后台服务器，若上述参数的值在预设参数阈值范围外，基带处理器则断开充电开关或放电开关，并发送告警信号至后台服务器。其中参数为电压、电流和温度中的至少一种。

图7是根据本发明一个实施例的电池保护方法的流程图700。下面结合图1对图7进行详细说明。在步骤702中，检测电池的电压、电流(如充电电流或放电电流)和温度。具体而言，由电压检测单元1206检测电池的电压，由电流检测单元1208检测电池的电流，以及由温度检测单元1210检测电池的温度。在步骤704中，基带处理器1214根据电池的电压、电流和温度进行安全处理，并决定是否产生安全告警。具体而言，例如在电池组110的充电过程中，若电池的电压高于预设最高电压阈值，或电池的温度高于预设最高温度阈值或低于预设最低温度阈值，又或电池的充电电流高于预设电流阈值，基带处理器1214则断开充电开关150，并产生安全告警。又例如在电池组110的放电过程中，若电池的电压低于预设最低电压阈值，或电池的温度高于预设最高温度阈值或低于预设最低温度阈值，又或电池的放电电流高于预设电流阈值，基带处理器1214则断开放电开关160，并产生安全告警。在步骤706中判断基带处理器1214是否产生安全告警，若判断为是，则流程图700进入步骤708。在步骤708中，基带处理器1214通过射频接口1216发送告警信号至后台服务器206。在步骤710中，判断告警是否加重。例如，在充电过程中，当充电电流高于预设电流阈值，基带处理器1214产生控制信号以关断充电开关150，而事实上由于保护阈值(例如预设电流阈值)出现异常或系统软件运行异常，充电开关150并没有被关断或充电开关150已发生损坏，则判断为告警加重。若告警加重，流程图700则进入步骤712，否则返回步骤702。在步骤712中，基带处理器1214将与它相连接的GSM基站202的信息发送至后台服务器206，对电池包进行定位。若在步骤706中判断为不产生安全告警，流程图700则进入步骤714。在步骤714中，基带处理器1214通过射频接口1216发送电池的电压、电流和温度至后台服务器206。

本发明提供的电池保护系统及方法通过网络，例如GSM网络、3G网络、Wi-Fi、Zigbee等，可以实时对电池包进行保护、定位、告警等安全控制，从而很好地保护电池的安全。在电池包安装于电动车中时，可以防止电动车被盗，如利用网络通过手机控制电池保护系统，实现放电禁止功能。而在电池包或电动车发生失窃后，不仅可及时通知用户，还可通过基站定位确定电池包的位置，从而找到失窃的电池包或电动车。此外，本发明的电池保护系统利用一个基带处理器，如GSM基带处理器，实现了电池的安全控制和用户实时信息的获取，而不需要额外使用独立的GSM模块，从而节约了成本。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种电池保护装置，其特征在于，包括：

电压检测单元，用于检测电池的电压；

电流检测单元，用于检测电池的电流；

温度检测单元，用于检测电池的温度；以及

基带处理器，用于根据所述电压、所述电流和所述温度产生控制信号，以控制电池的充电开关或放电开关的导通状态。

2.根据权利要求1所述的电池保护装置，其特征在于，还包括：

与所述基带处理器耦合的射频接口，所述基带处理器通过所述射频接口将所述充电开关或放电开关的导通状态、所述电压、所述电流和所述温度发送给外部系统。

3.根据权利要求2所述的电池保护装置，其特征在于，还包括：

与电池耦合的均衡单元；及

均衡控制单元，该均衡控制单元根据所述电压检测单元检测到的电池的电压，控制所述均衡电路以均衡电池。

4.根据权利要求3所述的电池保护装置，其特征在于，还包括：

模拟信号开关阵列，所述基带处理器控制所述模拟信号开关阵列以接收所述电压、所述电流、所述温度和电池的均衡状态。

5.根据权利要求4所述的电池保护装置，其特征在于，所述基带处理器通过所述射频接口将所述电池的均衡状态发送给所述外部系统。

6.一种电池保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测电池包中的电池的参数；及

由基带处理器根据所述参数进行安全处理，若所述参数的值在预设参数阈值范围内，所述基带处理器将所述参数发送至后台服务器，若所述参数的值在所述预设参数阈值范围外，所述基带处理器则断开充电开关和/或放电开关，并发送告警信号至所述后台服务器。

7.根据权利要求6所述的电池保护方法，其特征在于，在所述发送告警信号至所述后台服务器之后还包括：

判断告警是否加重；及

若告警加重，所述基带处理器发送所述电池包的位置至所述后台服务器。

8.根据权利要求7所述的电池保护方法，其特征在于，所述判断告警是否加重具体包括：

在充电过程中，当充电电流高于预设电流阈值，所述基带处理器产生控制信号以关断所述充电开关，由于保护阈值出现异常或系统软件运行异常，所述充电开关并没有被关断或充电开关已发生损坏，则判断为告警加重。

9.根据权利要求6所述的电池保护方法，其特征在于，还包括：

发送锁定信号至所述基带处理器；及

响应于所述锁定信号，所述基带处理器断开所述放电开关。

10.根据权利要求6所述的电池保护方法，其特征在于，所述参数为电压、电流和温度中的至少一种。