CN109494849A - 电池状态调控装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电池状态调控装置及方法。所述装置中的双向升降压电路与电池单体及外部电子设备电性连接，使电池单体经双向升降压电路与外部电子设备传输电能信号；控制电路与电池单体及外部电子设备电性连接，以采集第一电压数值及第二电压数值；控制电路与通讯电路电性连接，以通过通讯电路与主控设备进行信息交互；控制电路与双向升降压电路电性连接，以生成充放电升降压信号并发送给双向升降压电路进行均衡升降压处理，或生成容错隔离信号并发送给双向升降压电路进行容错隔离。所述装置可在电池单体的充放电过程中进行效率高且能耗低的电压均衡管控，并可针对匹配的电池单体进行容错隔离，以提高电池系统的稳定工作时长及使用寿命。

Description

电池状态调控装置及方法
技术领域
本申请涉及电池电压管控技术领域，具体而言，涉及一种电池状态调控装置及方法。
背景技术
随着电子技术的快速发展，动力电池的应用领域愈发广泛，而对动力电池而言，每个单体电池相互之间因生产工艺问题会存在些许差异，从而使放电过程或充电过程会造成动力电池组中各电池单体上的电压数值及电压容量相互不同，影响动力电池组的最优性能及使用寿命。为保证动力电池能够发挥其最优性能，并延长其使用寿命，需要采用电池电压管控技术对各电池单体进行合理有效地电压均衡管理，减小电池单体之间的电压差。
而目前，行业主流通常采用均衡电阻消耗电量高的电池单体的高于电量低的电池单体的电压的方式，或将电量高的电池单体的高于电量低的电池单体的电压部分转移到电量低的电池单体上的方式，来减小电池单体之间的电压差，以达到电压均衡管理的目的。但上述两种方式通常会因产生大量热量或多次无效充放电而使得电池单体存在较大的能量损耗，无法确保动力电池具有稳定的工作时长，且整体的电压均衡管理效果不佳。
发明内容
为了克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供一种电池状态调控装置及方法，所述电池状态调控装置可在电池单体的充电过程或放电过程中对电池单体进行均衡效率高且能量损耗低的电压均衡管控，并可针对匹配的电池单体进行容错隔离，以提高电池系统的稳定工作时长及使用寿命。
就装置而言，本申请实施例提供一种电池状态调控装置，所述装置应用于包括多组电池单体的电池系统，每组电池单体对应一个所述电池状态调控装置，多组所述电池单体通过各自对应的所述电池状态调控装置串联在一起，所述装置包括双向升降压电路、控制电路及通讯电路；
所述双向升降压电路与所述电池单体及外部电子设备电性连接，使所述电池单体经所述双向升降压电路与所述外部电子设备传输电能信号；
所述控制电路分别与所述电池单体及所述外部电子设备电性连接，用于采集所述电池单体处传输的第一电压数值，及所述外部电子设备处传输的第二电压数值；
所述控制电路与所述通讯电路电性连接，用于通过所述通讯电路将采集到的所述第一电压数值发送给主控设备，并接收由所述主控设备在所述电池单体处于放电状态时根据多组电池单体各自对应的第一电压数值反馈的放电升降压比，或接收由所述主控设备反馈的容错控制信号；
所述控制电路与所述双向升降压电路电性连接，用于生成放电升降压信号或充电升降压信号，并将生成的升降压信号发送给所述双向升降压电路，使所述双向升降压电路按照所述升降压信号，对在所述电池单体与所述外部电子设备之间传输的电能信号进行均衡升降压处理，其中所述放电升降压信号由所述控制电路在所述电池单体处于放电状态时根据获取到的放电升降压比及采集到的所述第二电压数值生成，所述充电升降压信号由所述控制电路在所述电池单体处于充电状态时根据所述电池单体的充电限制电压及采集到的所述第一电压数值生成；
所述控制电路还用于在接收到所述容错控制信号时，根据所述容错控制信号生成容错隔离信号，并将所述容错隔离信号发送给所述双向升降压电路，使所述双向升降压电路对匹配的所述电池单体进行容错隔离。
就方法而言，本申请实施例提供一种电池状态调控方法，所述方法应用于上述的电池状态调控装置，所述方法包括：
实时检测自身是否接收到来自主控设备反馈的容错控制信号；
当检测到自身接收到所述容错控制信号时，根据所述容错控制信号生成容错隔离信号，并按照所述容错隔离信号对电池单体进行容错隔离；
当检测到自身未接收到所述容错控制信号时，实时检测所述电池单体是处于放电状态，还是处于充电状态；
若检测到所述电池单体处于充电状态，则获取所述电池单体的充电限制电压及所述电池单体处当前传输的第一电压数值，并基于所述充电限制电压及所述第一电压数值生成充电升降压信号；
按照所述充电升降压信号针对所述第一电压数值进行电压环调节及电流环调节，直至所述电池单体处传输的所述第一电压数值与所述充电限制电压相同；
若检测到所述电池单体处于放电状态，则接收来自所述主控设备根据多组电池单体各自对应的第一电压数值反馈的与该电池单体匹配的放电升降压比，获取所述外部电子设备处当前传输的第二电压数值，并基于所述放电升降压比及所述第二电压数值生成包括目标放电电压数值的放电升降压信号；
按照所述放电升降压信号针对所述第二电压数值进行电压环调节及电流环调节，直至所述外部电子设备处传输的所述第二电压数值与所述目标放电电压数值相同。
相对于现有技术而言，本申请实施例提供的电池状态调控装置及方法具有以下有益效果：所述电池状态调控装置可在电池单体的充电过程或放电过程中对电池单体进行均衡效率高且能量损耗低的电压均衡管控，并可针对匹配的电池单体进行容错隔离，以提高电池系统的稳定工作时长及使用寿命。所述电池状态调控装置应用于包括多组电池单体的电池系统，每组电池单体对应一个所述电池状态调控装置，多组所述电池单体通过各自对应的所述电池状态调控装置串联在一起。所述电池状态调控装置包括双向升降压电路、控制电路及通讯电路。所述双向升降压电路与所述电池单体及外部电子设备电性连接，使所述电池单体经所述双向升降压电路与所述外部电子设备传输电能信号。所述控制电路分别与所述电池单体及所述外部电子设备电性连接，用于采集所述电池单体处传输的第一电压数值，及所述外部电子设备处传输的第二电压数值。所述控制电路与所述通讯电路电性连接，用于通过所述通讯电路将采集到的所述第一电压数值发送给主控设备，并接收由所述主控设备在所述电池单体处于放电状态时根据多组电池单体各自对应的第一电压数值反馈的放电升降压比，或接收由所述主控设备反馈的容错控制信号。所述控制电路与所述双向升降压电路电性连接，用于生成放电升降压信号或充电升降压信号，并将生成的所述升降压信号发送给所述双向升降压电路，使所述双向升降压电路按照所述升降压信号，对在所述电池单体与所述外部电子设备之间传输的电能信号进行均衡升降压处理，从而在电池单体的充电过程或放电过程中，对电池单体进行均衡效率高且能量损耗低的电压均衡管控。而同时所述控制电路还用于在接收到所述容错控制信号时，根据所述容错控制信号生成容错隔离信号，并将所述容错隔离信号发送给所述双向升降压电路，使所述双向升降压电路对匹配的所述电池单体进行容错隔离，从而通过容错隔离及电压均衡管控之间的配合，延长电池系统的稳定工作时长及使用寿命。其中，所述放电升降压信号由所述控制电路在所述电池单体处于放电状态时根据获取到的放电升降压比及采集到的所述第二电压数值生成，所述充电升降压信号由所述控制电路在所述外部电子设备向所述电池单体传输电能信号即电池单体充电时，根据所述电池单体的充电限制电压及采集到的所述第一电压数值生成。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本申请较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请权利要求保护范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的电池系统的方框示意图。
图2为本申请实施例提供的电池状态调控装置的第一种方框示意图。
图3为本申请实施例提供的电池状态调控装置的第二种方框示意图。
图4为本申请实施例提供的电池状态调控装置的第三种方框示意图。
图5为本申请实施例提供的电池状态调控方法的流程示意图。
图6为图5中所示的步骤S240包括的子步骤的流程示意图。
图7为图5中所示的步骤S270包括的子步骤的流程示意图。
图标：10-电池系统；11-电池单体；100-电池状态调控装置；200-外部电子设备；300-主控设备；110-双向升降压电路；120-控制电路；130-通讯电路；111-双向升降压控制芯片；112-双向升降压变换器；121-微控制器；131-CAN收发器；132-共模抑制线圈；133-双向瞬态电流抑制器；140-电源电路；141-DC/DC升压芯片；150-数据存储电路。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参照图1，是本申请实施例提供的电池系统10的方框示意图。在本申请实施例中，所述电池系统10包括多组电池单体11及多个电池状态调控装置100，每组电池单体11对应一个所述电池状态调控装置100。多组所述电池单体11相互之间串联连接，相邻所述电池单体11通过各自对应的电池状态调控装置100之间的连接来确保相邻两组所述电池单体11之间的串联连接，从而使得多组所述电池单体11通过各自对应的电池状态调控装置100之间的连接相互串联起来。每组所述电池单体11经对应的所述电池状态调控装置100与外部电子设备200连接，使该电池单体11经所述电池状态调控装置100与所述外部电子设备200传输电能信号。
其中，每组电池单体11可以包括至少一个单体电池，每组电池单体11中所包括的所述至少一个单体电池相互并联在一起。所述外部电子设备200可以是包括有外部电源的充电设备，也可以是用电设备。当所述外部电子设备200为充电设备且所述电池单体11未损坏时，所述外部电子设备200与对应电池单体11之间传输的电能信号是从所述外部电子设备200向所述电池单体11传输的电能信号，此时所述外部电子设备200在对所述电池单体11进行充电，所述电池单体11处于充电状态；当所述外部电子设备200为用电设备且所述电池单体11未损坏时，所述外部电子设备200与对应电池单体11之间传输的电能信号是从所述电池单体11向所述外部电子设备200传输的电能信号，此时所述电池单体11在对所述外部电子设备200进行供电，所述电池单体11处于放电状态。
在本实施例中，所述电池状态调控装置100用于在对应电池单体11的充电过程或放电过程中对该电池单体11进行均衡效率高且能量损耗低的电压均衡管控，并可针对匹配的电池单体11进行容错隔离，以延长电池系统10的稳定工作时长及使用寿命。其中，所述容错隔离用于表示断开对应电池单体11与所述外部电子设备200之间的电性连接，即单独隔离所述电池单体11，使之不参与所述电池系统10中剩余电池单体11与该外部电子设备200之间的电能信号传输，此时被隔离的所述电池单体11所对应的电池状态调控装置100仅相当于一根连接所述外部电子设备200与其他电池状态调控装置100的导线。
请参照图2，是本申请实施例提供的电池状态调控装置100的第一种方框示意图。在本申请实施例中，所述电池状态调控装置100包括双向升降压电路110、控制电路120及通讯电路130。
在本实施例中，所述双向升降压电路110与对应电池单体11及外部电子设备200电性连接，使所述电池单体11经所述双向升降压电路110与所述外部电子设备200进行电能信号传输，其中所述双向升降压电路110可对从所述电池单体11处向所述外部电子设备200传输的电能信号进行均衡效率高的升压处理或降压处理，以使此时在所述外部电子设备200处传输的电能信号的电压数值维持在一个特定的输出电压数值；所述双向升降压电路110可对从所述外部电子设备200处向所述电池单体11传输的电能信号进行均衡效率高的升压处理或降压处理，以使此时在所述电池单体11处传输的电能信号的电压数值维持在一个特定的电池电压数值。其中，所述电池系统10中的多个电池状态调控装置100中相邻两个电池状态调控装置100各自对应的双向升降压电路110相互串联在一起，每个电池状态调控装置100中的双向升降压电路110与对应的电池单体11并联在一起，所述外部电子设备200直接与串联在一起的多个电池状态调控装置100电性连接，以使每个电池状态调控装置100中的双向升降压电路110同时连接对应的电池单体11及所述外部电子设备200，并确保所述电池单体11与所述外部电子设备200经所述双向升降压电路110进行电能信号传输。
在本实施例中，所述控制电路120分别与所述电池单体11及所述外部电子设备200电性连接，用于采集所述电池单体11处传输的第一电压数值，及所述外部电子设备200处传输的第二电压数值。其中，当所述电池单体11向所述外部电子设备200传输电能信号时，所述第一电压数值即为由所述电池单体11直接输出的电池电压数值，所述第二电压数值为由所述第一电压数值经所述双向升降压电路110进行升降压处理后的实际输出的放电电压数值；当所述外部电子设备200向所述电池单体11传输电能信号时，所述第二电压数值为由所述外部电子设备200直接输入的充电电压数值，所述第一电压数值为由所述第二电压数值经所述双向升降压电路110进行升降压处理后的实际输出到所述电池单体11处的充电电压数值。
在本实施例中，所述控制电路120与所述通讯电路130电性连接，用于通过所述通讯电路130向主控设备300发送所述控制电路120实时采集到的所述第一电压数值，以使所述主控设备300根据所述第一电压数值判断是否针对该第一电压数值所对应的电池单体11生成并反馈容错控制信号，或在所述电池单体11向所述外部电子设备200传输电能信号即所述电池单体11处于放电状态时根据多组电池单体11各自对应的第一电压数值生成并反馈每组电池单体11各自对应的放电升降压比。
在本实施例中，所述主控设备300与所述电池系统10中包括的各电池单体11对应的电池状态调控装置100通信连接，用于通过所述电池状态调控装置100获取到当前各电池单体11的第一电压数值，并根据所述第一电压数值判断是否针对该第一电压数值所对应的电池单体11发出容错控制信号。当所述主控设备300根据所述第一电压数值判定该第一电压数值所对应的电池单体11出现损坏时，所述主控设备300将向该电池单体11所对应的电池状态调控装置100发送容错控制信号，以使所述电池状态调控装置100对匹配的电池单体11进行容错隔离。
在本实施例中，当所述主控设备300在判定不需要针对该第一电压数值所对应的电池单体11发出容错控制信号，且各电池单体11在向所述外部电子设备200传输电能信号时，根据所述电池系统10的针对所述外部电子设备200的初始升降压比数值及各电池单体11当前的第一电压数值，对每组电池单体11各自对应的放电升降压比进行计算。其中，所述初始升降压比数值即为所述电池状态调控装置100在对应电池单体11进行初始化运行放电时的第一电压数值与第二电压数值之间的预设电压调控比例，例如，1:2或2:3等。所述放电升降压比为所述电池状态调控装置100对匹配的所述电池单体11向所述外部电子设备200传输电能信号进行均衡电压调控时所要达到的第一电压数值与第二电压数值之间的目标电压调控比例，例如4：7或4：9。
在本实施例的一种实施方式中，当各电池单体11处于放电状态，且所述主控设备300获取到各电池单体11的第一电压数值时，所述主控设备300会计算各电池单体11的第一电压数值之间的平均电压数值，而后计算每组电池单体11与该平均电压数值之间的电压偏差，并将各电池单体11的电压偏差除以所述平均电压数值后得到的比例数值，与所述初始升降压比数值的倒数进行相加运算，最后以相加运算得到的比例数值的倒数作为对应电池单体11的放电升降压比。例如：存在三个放电状态的电池单体11，三组电池单体11各自的第一电压数值为3V、4V及5V，其中初始升降压比数值为1:2，则三组电池单体11的第一电压数值之间的平均电压数值为4V，此时第一电压数值为3V的电池单体11的放电升降压比是4:7，第一电压数值为4V的电池单体11的放电升降压比是1:2，第一电压数值为5V的电池单体11的放电升降压比是4:9。
在本实施例中，当所述主控设备300计算得到处于放电状态的各组电池单体11的放电升降压比后，会通过每组电池单体11所对应的电池状态调控装置100中的通讯电路130，将该电池单体11所对应的放电升降压比发送给该电池状态调控装置100中的控制电路120。
在本实施例中，所述控制电路120与所述双向升降压电路110电性连接，用于生成放电升降压信号或充电升降压信号，并将生成的所述升降压信号发送给所述双向升降压电路110，使所述双向升降压电路110按照所述升降压信号，对在所述电池单体11与所述外部电子设备200之间传输的电能信号进行均衡升降压处理。
其中，所述放电升降压信号由所述控制电路120在所述电池单体11处于放电状态时根据获取到的所述放电升降压比及采集到的所述第二电压数值生成，所述双向升降压电路110根据所述放电升降压信号对所述第二电压数值进行均衡升压调控。
所述充电升降压信号由所述控制电路120在所述电池单体11处于充电状态时根据所述电池单体11的充电限制电压及采集到的所述第一电压数值生成，所述双向升降压电路110根据所述放电升降压信号对所述第一电压数值进行均衡升压调控，所述充电限制电压用于表示所述电池单体11的最大容电量的电压数值。
在本实施例中，当所述电池单体11处于放电状态，且所述电池状态调控装置100获取到该电池单体11所对应的放电升降压比时，所述控制电路120将基于所述放电升降压比及当前的第一电压数值计算得到该目标放电升降压比所对应的目标放电电压数值，此时所述目标放电电压数值与所述第一电压数值除以所述放电升降压比所得到的电压数值相同。而后所述控制电路120将会生成包括所述目标放电电压数值与第二电压数值的放电升降压信号，并将所述放电升降压信号发送给所述双向升降压电路110，使所述双向升降压电路110将所述第二电压数值与所述目标放电电压数值进行比较，以根据比较结果执行针对所述第二电压数值的均衡电压调控操作，直至经所述双向升降压电路110输出的所述第二电压数值与所述目标放电电压数值相同时，停止所述均衡电压调控操作的调整改变，并维持输出当前的所述第二电压数值。
其中，若当前的第二电压数值大于所述目标放电电压数值，则所述双向升降压电路110会对所述第二电压数值进行降压调控，直至调控后的所述第二电压数值等于所述目标放电电压数值；若当前的第二电压数值小于所述目标放电电压数值，则所述双向升降压电路110会对所述第二电压数值进行升压调控，直至调控后的所述第二电压数值等于所述目标放电电压数值。在本实施例的一种实施方式中，所述双向升降压电路110通过根据所述目标放电电压数值与所述第二电压数值之间的电压差值，对所述第二电压数值进行基于PI(Proportion-Integral，比例-积分)调节算法的电压环调节及电流环调节，使得最终输出的所述第二电压数值与所述目标放电电压数值相同，其中所述电压环调节过程可根据所述目标放电电压数值与所述第二电压数值之间的电压差值，并基于PI调节算法向所述电流环调节过程输出对应所要达到的目标电流值，而所述电流环调节过程将根据所述目标电流值及当前实质输出的电流数值进行PI调节，从而对应输出数值与目标放电电压数值相同的所述第二电压数值。
在本实施例中，当所述电池单体11处于充电状态时，所述控制电路120将基于获取到的第一电压数值及对应的充电限制电压生成包括所述充电限制电压与第一电压数值的充电升降压信号，并将所述充电升降压信号发送给所述双向升降压电路110，使所述双向升降压电路110将所述第一电压数值与所述充电限制电压进行比较，以根据比较结果执行针对所述第一电压数值的均衡电压调控操作，直至经所述双向升降压电路110输出的所述第一电压数值与所述充电限制电压相同时，停止所述均衡电压调控操作的调整改变，并维持输出当前的所述第二电压数值。
其中，若当前的第一电压数值大于所述充电限制电压，则所述双向升降压电路110会对所述第一电压数值进行降压调控，直至调控后的所述第一电压数值等于所述充电限制电压；若当前的第一电压数值小于所述充电限制电压，则所述双向升降压电路110会对所述第一电压数值进行升压调控，直至调控后的所述第一电压数值等于所述充电限制电压。在本实施例的一种实施方式中，所述双向升降压电路110通过根据所述充电限制电压与所述第一电压数值之间的电压差，对所述第一电压数值进行基于PI控制算法的电压环调节及电流环调节，使得最终输出的所述第一电压数值与所述充电限制电压相同，其中所述电压环调节过程可根据所述充电限制电压与所述第一电压数值之间的电压差值，并基于PI调节算法向所述电流环调节过程输出对应所要达到的目标电流值，而所述电流环调节过程将根据所述目标电流值及当前实质输出的电流数值进行PI调节，从而对应输出数值与所述充电限制电压相同的所述第一电压数值。
在本实施例中，当所述控制电路120接收到所述容错控制信号时，所述控制电路120还用于在接收到所述容错控制信号时，根据所述容错控制信号生成容错隔离信号，并将所述容错隔离信号发送给所述双向升降压电路110，以使所述双向升降压电路110对匹配的所述电池单体11进行容错隔离。
在本实施例中，所述电池状态调控装置100通过上述双向升降压电路110、控制电路120及通讯电路130之间的相互配合，在对应匹配的所述电池单体11的充电过程或放电过程中，对该电池单体11进行均衡效率高且能量损耗低的电压均衡管控，并可针对匹配的电池单体11进行容错隔离，从而通过容错隔离及电压均衡管控之间的配合，延长电池系统10的稳定工作时长及使用寿命。
请再次参照图2，在本申请实施例中，所述双向升降压电路110包括双向升降压控制芯片111及双向升降压变换器112。所述双向升降压控制芯片111的信号接收端A2C1与所述控制电路120电性连接，用于接收由所述控制电路120传输的升降压信号、充电升降压信号及容错隔离信号中的任意一种信号。所述双向升降压变换器112的第一电压传输端A1V1与所述电池单体11电性连接，所述双向升降压变换器112的第二电压传输端A1V2与所述外部电子设备200电性连接(包括直接连接及经其他电池状态调控装置100进行连接)，所述双向升降压控制芯片111的电压调控端A2C2与所述双向升降压变换器112的操作受控端A1C电性连接，用于控制所述双向升降压变换器112按照所述放电升降压信号对所述外部电子设备200处传输的所述第二电压数值进行升降压调控，或控制所述双向升降压变换器112按照所述充电升降压信号对所述电池单体11处传输的所述第一电压数值进行升降压调控，或控制所述双向升降压变换器112按照所述容错隔离信号对所述电池单体11进行容错隔离。
在本实施例的一种实施方式中，所述双向升降压控制芯片111为SC8802芯片，所述双向升降压变换器112包括多个场效应管MOS管，所述双向升降压变换器112通过调节多个所述MOS管之间的占空比的方式进行升压处理或降压处理或容错隔离。其中，多个所述MOS管在所述双向升降压变换器112中可构建形成一全桥电路，以使所述双向升降压变换器112通过调节各所述MOS管的导通占空比的方式，来执行上述的电压环调节操作及电流环调节操作，从而完成升压处理或降压处理。所述双向升降压变换器112也可在对应电池单体11损坏时，通过控制多个所述MOS管各自的导通状态的方式，来对该电池单体11进行容错隔离，并以该双向升降压变换器112作为一根连接所述外部电子设备200与其他电池状态调控装置100的导线，确保所述电池系统10仍能与该外部电子设备200进行电能信号传输。
在本申请实施例中，所述控制电路120包括微控制器121。所述微控制器121的第一电压采集端BV1与所述第一电压传输端A1V1电性连接，用于采集所述电池单体11处传输的所述第一电压数值。所述微控制器121的第二电压采集端BV2与所述第二电压传输端A1V2电性连接，用于采集所述外部电子设备200处传输的所述第二电压数值。所述微控制器121的通讯端BT与所述通讯电路130电性连接，用于通过所述通讯电路130与所述主控设备300进行数据交互。所述微控制器121的控制端BC与所述双向升降压控制芯片111的信号接收端A1C1电性连接，用于向所述双向升降压控制芯片111传输所述放电升降压信号或所述充电升降压信号或所述容错隔离信号。
在本实施例的一种实施方式中，所述微控制器121为型号为MC9S12XET256MAA的飞思卡尔单片机。
在本申请实施例中，所述通讯电路130包括CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)收发器131、双向瞬态电流抑制器133及共模抑制线圈132。所述CAN收发器131的内部连接端CT1与所述微控制器121的通讯端BT电性连接，所述CAN收发器131的外部连接端CT2经所述共模抑制线圈132与所述主控设备300电性连接，所述双向瞬态电流抑制器133与所述共模抑制线圈132连接。其中，所述微控制器121的通讯端BT包括用于信号发送的信号发送端及用于信号接收的信号接收端，所述CAN收发器131的内部连接端CT1包括与所述信号发送端匹配的第一内接端，及与所述信号接收端匹配的第二内接端，所述CAN收发器131的外部连接端CT2包括与所述第一内接端对应的CAN发送端，及与所述第二内接端对应的CAN接收端。所述共模抑制线圈132包括第一端、第二端、第三端及第四端，所述第一端与所述CAN发送端连接，所述第二端与所述CAN接收端连接，所述第三端连接所述主控设备300的信号接收端，所述第四端连接所述主控设备300的信号发送端，所述第三端与所述第四端各自连接一个所述双向瞬态电流抑制器133，每个所述双向瞬态电流抑制器133接地，以通过所述双向瞬态电流抑制器133与所述共模抑制线圈132的配合提高所述CAN收发器131的电磁兼容性能。
在本实施例的一种实施方式中，所述CAN收发器131为ADM3053收发器，所述共模抑制线圈132为ZJYS81R5线圈，所述双向瞬态电流抑制器133为NUP2105L抑制器。
请参照图3，是本申请实施例提供的电池状态调控装置100的第二种方框示意图。在本申请实施例中，所述电池状态调控装置100还包括电源电路140，所述电源电路140与所述控制电路120电性连接，用于向所述控制电路120提供电能。
在本实施例的一种实施方式中，所述电源电路140可以包括一蓄电池，所述电源电路140通过所述蓄电池对所述控制电路120进行供电。
在本实施例的另一种实施方式中，所述电源电路140包括DC/DC升压芯片141。所述DC/DC升压芯片141的电压输入端DV1与所述电池单体11电性连接，所述DC/DC升压芯片141的电压输出端DV2与所述控制电路120电性连接，用于将所述电池单体11处的第一电压数值升压转换为所述控制电路120的工作电压，以向所述控制电路120提供电能。其中，所述DC/DC升压芯片141可以是FP627的DC/DC芯片。
请参照图4，是本申请实施例提供的电池状态调控装置100的第三种方框示意图。在本申请实施例中，所述电池状态调控装置100还可以包括数据存储电路150。所述数据存储电路150包括非易失性存储器，所述数据存储电路150与所述控制电路120中的微控制器121电性连接，用于通过所述非易失性存储器对所述控制电路120获取到的各项信息进行存储，其中所述各项信息包括所述控制电路120获取到各个时刻的第一电压数值及第二电压数值，获取到的放电升降压比，以及生成的放电升降压信号、充电升降压信号及容错隔离信号中的至少一种或多种组合。
请参照图5，是本申请实施例提供的电池状态调控方法的流程示意图。在本申请实施例中，所述电池状态调控方法应用于上述电池状态调控装置100，下面对图5所示的电池状态调控方法的具体流程和步骤进行详细阐述。
步骤S210，实时检测自身是否接收到来自主控设备300反馈的容错控制信号。
在本实施例中，所述电池状态调控装置100会实时采集对应所述电池单体11处传输的第一电压数值，并将采集到的所述第一电压数值发送给所述主控设备300，以使所述主控设备300根据所述第一电压数值判断是否针对该第一电压数值所对应的电池单体11生成并反馈容错控制信号。当所述主控设备300根据所述第一电压数值判定该第一电压数值所对应的电池单体11出现损坏时，所述主控设备300将向该电池单体11所对应的电池状态调控装置100发送容错控制信号，以使所述电池状态调控装置100对匹配的电池单体11进行容错隔离。因此，此时所述电池状态调控装置100可通过检测自身是否接收到来自主控设备300反馈的容错控制信号的方式，判断是否进行容错隔离。当所述电池状态调控装置100检测到自身接收到所述容错控制信号时，所述方法将执行步骤S270；当所述电池状态调控装置100检测到自身未接收到所述容错控制信号时，所述方法将执行步骤S220。
步骤S220，实时检测所述电池单体11是否处于充电状态。
在本实施例中，当所述电池状态调控装置100检测到自身未接收到所述容错控制信号的时候，则表明该电池状态调控装置100所针对的所述电池单体11此时尚未损坏，所述电池状态调控装置100可通过对该电池单体11当前的工作模式进行识别的方式，检测该电池单体11是处于放电状态，还是处于充电状态。其中所述工作模式包括放电模式及充电模式，所述工作模式可由用户根据需求进行切换。当所述电池单体11处于放电模式时，所述电池单体11处于放电状态，当所述电池单体11处于充电模式，所述电池单体11处于充电状态。
所述电池状态调控装置100也可通过对该电池单体11与对应的外部电子设备200之间传输的电能信号的传输走向进行观测的方式，检测该电池单体11是处于放电状态，还是处于充电状态。例如，当该电池单体11与对应的外部电子设备200之间传输的电能信号的传输走向为从所述外部电子设备200向所述电池单体11传输电能信号时，所述电池状态调控装置100将对应检测出所述电池单体11处于充电状态；当该电池单体11与对应的外部电子设备200之间传输的电能信号的传输走向为从所述电池单体11向所述外部电子设备200传输电能信号时，所述电池状态调控装置100将对应检测出所述电池单体11处于放电状态。
当所述电池状态调控装置100检测出所述电池单体11处于充电状态时，所述电池状态调控装置100将对应执行步骤S230；当所述电池状态调控装置100检测出所述电池单体11不处于充电状态时，所述电池状态调控装置100将对应执行步骤S250。
步骤S230，获取所述电池单体11的充电限制电压及所述电池单体11处当前传输的第一电压数值，并基于所述充电限制电压及所述第一电压数值生成充电升降压信号。
在本实施例中，当所述步骤S220对应得到的判定结果为所述电池单体11处于充电状态时，所述电池状态调控装置100将对应执行所述步骤S230，其中所述充电升降压信号用于指示电池状态调控装置100中的双向升降压电路110对所述第一电压数值进行均衡升降压调控。
步骤S240，按照所述充电升降压信号针对所述第一电压数值进行电压环调节及电流环调节，直至所述电池单体11处传输的所述第一电压数值与所述充电限制电压相同。
在本实施例中，所述电池状态调控装置100在执行所述步骤S230并得到所述充电升降压信号，会使所述电池状态调控装置100中的控制电路120与双向升降压电路110相互配合来执行步骤S240，从而在所述电池单体11的充电过程中对该电池单体11进行均衡效率高且能量损耗低的电压均衡管控，以延长电池系统10的使用寿命。
可选地，请参照图6，是图5中所示的步骤S240包括的子步骤的流程示意图。在本申请实施例中，所述步骤S240可以包括子步骤S241、子步骤S242及子步骤S243。
子步骤S241，将当前的所述第一电压数值与所述充电限制电压进行比较。
子步骤S242，若所述第一电压数值大于所述充电限制电压，则根据所述第一电压数值与所述充电限制电压之间的差值，基于PI调节算法针对所述第一电压数值进行降压式电压环调节及对应的电流环调节，直至调节后的所述第一电压数值等于所述充电限制电压。
子步骤S243，若所述第一电压数值小于所述充电限制电压，则根据所述充电限制电压与所述第一电压数值之间的差值，基于PI调节算法针对所述第一电压数值进行升压式电压环调节及对应的电流环调节，直至调节后的所述第一电压数值等于所述充电限制电压。
其中，若执行步骤S242，则所述电池状态调控装置100会根据所述第一电压数值与所述充电限制电压之间的电压差值进行基于PI调节算法的降压式电压环调节以输出目标电流值，并基于所述目标电流值及当前实质输出的电流数值进行基于PI调节算法的电流环调节，从而对应输出数值与所述充电限制电压相同的所述第一电压数值；若执行步骤S243，则所述电池状态调控装置100会根据所述充电限制电压与所述第一电压数值之间的电压差值进行基于PI调节算法的升压式电压环调节以输出目标电流值，并基于所述目标电流值及当前实质输出的电流数值进行基于PI调节算法的电流环调节，从而对应输出数值与所述充电限制电压相同的所述第一电压数值。
其中，所述子步骤S241、子步骤S242及子步骤S243的执行过程可参照上文中对所述电池状态调控装置100中双向升降压电路110的相关描述，在此就不再一一赘述。
请再次参照图5，步骤S250，接收来自所述主控设备300根据多组电池单体11各自对应的第一电压数值反馈的与该电池单体11匹配的放电升降压比，获取所述外部电子设备200处当前传输的第二电压数值，并基于所述放电升降压比及所述第二电压数值生成包括目标放电电压数值的放电升降压信号。
在本实施例中，当所述电池状态调控装置100检测出所述电池单体11不处于充电状态而是出于放电状态时，此时所述主控设备300会根据获取到的多组电池单体11各自对应的第一电压数值及初始升降压比计算，得到每组电池单体11各自对应的放电升降压比，而后将所述放电升降压比发送到对应电池单体11的电池状态调控装置100处，所述电池状态调控装置100将对应执行步骤S250，以得到用于指示所述电池状态调控装置100中的双向升降压电路110对所述第二电压数值进行均衡升降压调控的放电升降压信号，所述步骤S260的具体执行过程可参照上文中对双向升降压电路110的相关描述，在此就不再一一赘述。
步骤S260，按照所述放电升降压信号对所述第二电压数值进行电压环调节及电流环调节，直至所述外部电子设备200处传输的所述第二电压数值与所述目标放电电压数值相同。
在本实施例中，所述电池状态调控装置100在执行所述步骤S250并得到所述放电升降压信号，会使所述电池状态调控装置100中的控制电路120与双向升降压电路110相互配合来执行步骤S260，从而在所述电池单体11的放电过程中对该电池单体11进行均衡效率高且能量损耗低的电压均衡管控，以延长电池系统10的使用寿命。
可选地，请参照图7，是图5中所示的步骤S260包括的子步骤的流程示意图。在本申请实施例中，所述步骤S260可以包括子步骤S261、子步骤S262及子步骤S263。
子步骤S261，将当前的所述第二电压数值与所述目标放电电压数值进行比较。
子步骤S262，若所述第二电压数值大于所述目标放电电压数值，则根据所述第二电压数值与所述目标放电电压数值之间的差值，基于PI调节算法针对所述第二电压数值进行降压式电压环调节及对应的电流环调节，直至调节后的所述第二电压数值等于所述目标放电电压数值。
子步骤S263，若所述第二电压数值小于所述目标放电电压数值，则根据所述目标放电电压数值与所述第二电压数值之间的差值，基于PI调节算法针对所述第二电压数值进行升压式电压环调节及对应的电流环调节，直至调节后的所述第二电压数值等于所述目标放电电压数值。
其中，所述子步骤S261、子步骤S262及子步骤S263的执行过程与上述的子步骤S241、子步骤S242及子步骤S243的执行过程类似，具体的描述可参照上文中对所述双向升降压电路110的相关描述，在此就不再一一赘述了。
步骤S270，当检测到自身接收到所述容错控制信号时，根据所述容错控制信号生成容错隔离信号，并按照所述容错隔离信号对该电池单体11进行容错隔离。
在本实施例中，当所述电池状态调控装置100检测到自身接收到所述容错控制信号时，所述电池状态调控装置100将基于该容错控制信号生成容错隔离信号，并按照所述容错隔离信号对该电池单体11进行容错隔离，以确保所述电池系统10中剩余的电池单体11仍能与所述外部电子设备200进行电能信号传输。
综上所述，在本申请实施例提供的电池状态调控装置及方法中，所述电池状态调控装置可在电池单体的充电过程或放电过程中对电池单体进行均衡效率高且能量损耗低的电压均衡管控，并可针对匹配的电池单体进行容错隔离，以提高电池系统的稳定工作时长及使用寿命。所述电池状态调控装置应用于包括多组电池单体的电池系统，每组电池单体对应一个所述电池状态调控装置，多组所述电池单体通过各自对应的所述电池状态调控装置串联在一起。所述电池状态调控装置包括双向升降压电路、控制电路及通讯电路。所述双向升降压电路与所述电池单体及外部电子设备电性连接，使所述电池单体经所述双向升降压电路与所述外部电子设备传输电能信号。所述控制电路分别与所述电池单体及所述外部电子设备电性连接，用于采集所述电池单体处传输的第一电压数值，及所述外部电子设备处传输的第二电压数值。所述控制电路与所述通讯电路电性连接，用于通过所述通讯电路将采集到的所述第一电压数值发送给主控设备，并接收由所述主控设备在所述电池单体处于放电状态时根据多组电池单体各自对应的第一电压数值反馈的放电升降压比，或接收由所述主控设备反馈的容错控制信号。所述控制电路与所述双向升降压电路电性连接，用于生成放电升降压信号或充电升降压信号，并将生成的所述升降压信号发送给所述双向升降压电路，使所述双向升降压电路按照所述升降压信号，对在所述电池单体与所述外部电子设备之间传输的电能信号进行均衡升降压处理，从而在电池单体的充电过程或放电过程中，对电池单体进行均衡效率高且能量损耗低的电压均衡管控。而同时所述控制电路还用于在接收到所述容错控制信号时，根据所述容错控制信号生成容错隔离信号，并将所述容错隔离信号发送给所述双向升降压电路，使所述双向升降压电路对匹配的所述电池单体进行容错隔离，从而通过容错隔离及电压均衡管控之间的配合，延长电池系统的稳定工作时长及使用寿命。
其中，所述放电升降压信号由所述控制电路在所述电池单体处于放电状态时根据获取到的放电升降压比及采集到的所述第二电压数值生成，所述充电升降压信号由所述控制电路在所述外部电子设备向所述电池单体传输电能信号即电池单体充电时，根据所述电池单体的充电限制电压及采集到的所述第一电压数值生成。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池状态调控装置，其特征在于，应用于包括多组电池单体的电池系统，每组电池单体对应一个所述电池状态调控装置，多组所述电池单体通过各自对应的所述电池状态调控装置串联在一起，所述装置包括双向升降压电路、控制电路及通讯电路；
所述双向升降压电路与所述电池单体及外部电子设备电性连接，使所述电池单体经所述双向升降压电路与所述外部电子设备传输电能信号；
所述控制电路分别与所述电池单体及所述外部电子设备电性连接，用于采集所述电池单体处传输的第一电压数值，及所述外部电子设备处传输的第二电压数值；
所述控制电路与所述通讯电路电性连接，用于通过所述通讯电路将采集到的所述第一电压数值发送给主控设备，并接收由所述主控设备在所述电池单体处于放电状态时根据多组电池单体各自对应的第一电压数值反馈的放电升降压比，或接收由所述主控设备反馈的容错控制信号；
所述控制电路与所述双向升降压电路电性连接，用于生成放电升降压信号或充电升降压信号，并将生成的升降压信号发送给所述双向升降压电路，使所述双向升降压电路按照所述升降压信号，对在所述电池单体与所述外部电子设备之间传输的电能信号进行均衡升降压处理，其中所述放电升降压信号由所述控制电路在所述电池单体处于放电状态时根据获取到的放电升降压比及采集到的所述第二电压数值生成，所述充电升降压信号由所述控制电路在所述电池单体处于充电状态时根据所述电池单体的充电限制电压及采集到的所述第一电压数值生成；
所述控制电路还用于在接收到所述容错控制信号时，根据所述容错控制信号生成容错隔离信号，并将所述容错隔离信号发送给所述双向升降压电路，以使所述双向升降压电路对匹配的所述电池单体进行容错隔离。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双向升降压电路包括双向升降压控制芯片及双向升降压变换器；
所述双向升降压控制芯片的信号接收端与所述控制电路电性连接，用于接收由所述控制电路传输的放电升降压信号、充电升降压信号及容错隔离信号中的任意一种信号；
所述双向升降压变换器的第一电压传输端与所述电池单体电性连接，所述双向升降压变换器的第二电压传输端与所述外部电子设备电性连接，所述双向升降压控制芯片的电压调控端与所述双向升降压变换器的操作受控端电性连接，用于控制所述双向升降压变换器按照所述放电升降压信号对所述外部电子设备处传输的所述第二电压数值进行升降压调控，或控制所述双向升降压变换器按照所述充电升降压信号对所述电池单体处传输的所述第一电压数值进行升降压调控，或控制所述双向升降压变换器按照所述容错隔离信号对所述电池单体进行容错隔离。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制电路包括微控制器；
所述微控制器的第一电压采集端与所述第一电压传输端电性连接，用于采集所述电池单体处传输的所述第一电压数值；
所述微控制器的第二电压采集端与所述第二电压传输端电性连接，用于采集所述外部电子设备处传输的所述第二电压数值；
所述微控制器的通讯端与所述通讯电路电性连接，用于通过所述通讯电路与所述主控设备进行数据交互；
所述微控制器的控制端与所述双向升降压控制芯片的信号接收端电性连接，用于向所述双向升降压控制芯片传输所述放电升降压信号或所述充电升降压信号或所述容错隔离信号。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述通讯电路包括控制器局域网络CAN收发器、双向瞬态电流抑制器及共模抑制线圈；
所述CAN收发器的内部连接端与所述微控制器的通讯端电性连接，所述CAN收发器的外部连接端经所述共模抑制线圈与所述主控设备电性连接，所述双向瞬态电流抑制器与所述共模抑制线圈连接。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电源电路；
所述电源电路与所述控制电路电性连接，用于向所述控制电路提供电能。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电源电路包括DC/DC升压芯片；
所述DC/DC升压芯片的电压输入端与所述电池单体电性连接，所述DC/DC升压芯片的电压输出端与所述控制电路电性连接，用于将所述电池单体处的第一电压数值升压转换为所述控制电路的工作电压。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括数据存储电路，所述数据存储电路包括非易失性存储器，所述数据存储电路通过所述非易失性存储器对所述控制电路获取到的各项信息进行存储。
8.一种电池状态调控方法，其特征在于，应用于权利要求1-7中任意一项所述的电池状态调控装置，所述方法包括：
实时检测自身是否接收到来自主控设备反馈的容错控制信号；
当检测到自身接收到所述容错控制信号时，根据所述容错控制信号生成容错隔离信号，并按照所述容错隔离信号对电池单体进行容错隔离；
当检测到自身未接收到所述容错控制信号时，实时检测所述电池单体是处于放电状态，还是处于充电状态；
若检测到所述电池单体处于充电状态，则获取所述电池单体的充电限制电压及所述电池单体处当前传输的第一电压数值，并基于所述充电限制电压及所述第一电压数值生成充电升降压信号；
按照所述充电升降压信号针对所述第一电压数值进行电压环调节及电流环调节，直至所述电池单体处传输的所述第一电压数值与所述充电限制电压相同；
若检测到所述电池单体处于放电状态，则接收来自所述主控设备根据多组电池单体各自对应的第一电压数值反馈的与该电池单体匹配的放电升降压比，获取所述外部电子设备处当前传输的第二电压数值，并基于所述放电升降压比及所述第二电压数值生成包括目标放电电压数值的放电升降压信号；
按照所述放电升降压信号针对所述第二电压数值进行电压环调节及电流环调节，直至所述外部电子设备处传输的所述第二电压数值与所述目标放电电压数值相同。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述按照所述充电升降压信号针对所述第一电压数值进行电压环调节及电流环调节，直至所述电池单体处传输的所述第一电压数值与所述充电限制电压相同的步骤包括：
将当前的所述第一电压数值与所述充电限制电压进行比较；
若所述第一电压数值大于所述充电限制电压，则根据所述第一电压数值与所述充电限制电压之间的差值，基于PI调节算法针对所述第一电压数值进行降压式电压环调节及对应的电流环调节，直至调节后的所述第一电压数值等于所述充电限制电压；
若所述第一电压数值小于所述充电限制电压，则根据所述充电限制电压与所述第一电压数值之间的差值，基于PI调节算法针对所述第一电压数值进行升压式电压环调节及对应的电流环调节，直至调节后的所述第一电压数值等于所述充电限制电压。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述按照所述放电升降压信号针对所述第二电压数值进行电压环调节及电流环调节，直至所述外部电子设备处传输的所述第二电压数值与所述目标放电电压数值相同的步骤包括：
将当前的所述第二电压数值与所述目标放电电压数值进行比较；
若所述第二电压数值大于所述目标放电电压数值，则根据所述第二电压数值与所述目标放电电压数值之间的差值，基于PI调节算法针对所述第二电压数值进行降压式电压环调节及对应的电流环调节，直至调节后的所述第二电压数值等于所述目标放电电压数值；
若所述第二电压数值小于所述目标放电电压数值，则根据所述目标放电电压数值与所述第二电压数值之间的差值，基于PI调节算法针对所述第二电压数值进行升压式电压环调节及对应的电流环调节，直至调节后的所述第二电压数值等于所述目标放电电压数值。
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