CN110021983B - 一种可适配反充电装置的智能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可适配反充电装置的智能电池，属于智能电池技术领域，解决了现有具有授权充电控制装置的电池，无法实现在防止未授权充电的同时，支持用电装置的EABS反充电功能。包括电芯、控制单元、充放电单元、充放电接口、电流传感器、加速度传感器；电芯、充放电单元、充放电接口顺次相连；充放电接口用于连接充电装置或负载，形成回路；电流传感器，用于检测回路电流；加速度传感器，用于检测所述智能电池的振动位移；控制单元用于根据所述回路电流、加速度传感器测量值，控制充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态。所述智能电池能够实现在非授权充电情况下的有限充电，满足短时间制动要求。

Description

一种可适配反充电装置的智能电池
技术领域
本发明涉及智能电池技术领域，尤其涉及一种可适配反充电装置的智能电池。
背景技术
智能动力电池的的授权充电功能是最重要的特点之一。电池只有在和充电装置连接、并接收到服务器下发的授权指令后，才可以接受充电装置的充电。这种方式很好地杜绝了用户的非授权充电。
但是，包括电动自行车、电动汽车在内的许多用电装置，均具备反充电功能。在制动时均会将电机转变为发电机并向电池反向充电，其充电过程能够实现能量的回收，同时可以用于辅助减速，称为EABS电子刹车系统。然而在这种情况下，电池的充电开关处于非授权状态下，无法接受反向充电。由于无法接受反向充电，对于电池本身和用电装置的控制器都会造成危害。
在电池和负载设备之间无有效通信的情况下，针对具有授权充电控制装置的电池，需要具备既能防止未经授权进行充电，又能够支持用电装置的EABS反充电的功能，但是现有智能电池无法实现上述功能。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种可适配反充电装置的智能电池，用以解决现有具有授权充电控制装置的电池，无法实现在防止未授权充电的同时，支持用电装置的EABS反充电功能。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种可适配反充电装置的智能电池，包括电芯、控制单元、充放电单元、充放电接口、电流传感器、加速度传感器；
所述电芯、充放电单元、充放电接口顺次相连；所述充放电接口用于连接充电装置或负载，形成回路；
所述电流传感器，用于检测回路电流；
所述加速度传感器，用于检测所述智能电池的振动位移；
所述控制单元用于根据所述回路电流、加速度传感器测量值，控制充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态。
在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：
进一步，所述充放电单元的常态为：不可向电芯充电状态。
进一步，所述控制单元通过以下方式控制充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态：
所述控制单元实时检测回路电流I，并通过内置的计时器T持续计时：
当检测到回路电流I≥Ion，所述控制单元控制所述充放电单元切换至可向电芯充电状态，清除计时器T，并返回检测回路电流I；
当检测到回路电流I＜Ion时，进一步判断I是否小于等于Ioff：
当I＞Ioff时，清除计时器T，返回检测回路电流I；
当I≤Ioff时，读取加速度传感器检测到的振动量V：
当同时满足I≤Ioff和V＜Vu，读取计时器T：
当T≥Toff，所述控制单元控制所述充放电单元切换至不可向电芯充电状态，并返回检测回路电流I；
当T＜Toff，返回检测回路电流I；
当不能同时满足I≤Ioff和V＜Vu，清除计时器T，并返回检测回路电流I；
其中，Ion表示非授权状态下的充电开关接通电流；Ioff表示非授权状态下的充电开关断开电流；Toff表示非授权状态下的充电开关断开延时；Vu表示非授权状态下的充电开关断开的加速度上限。
进一步，Ion小于负载的正常工作电流的下限值；
Ioff＜Ion，且Ioff为正值。
进一步，所述Toff取值为所述智能电池允许的最长持续反充电时间。
进一步，所述充放电单元包括放电开关、充电开关、二极管D1、二极管D2，
所述放电开关和充电开关串联在所述回路中，所述二极管D1正向并联在充电开关的两端；所述二极管D2反向并联在放电开关的两端；
所述控制单元通过控制所述充电开关的通断将充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态。
进一步，所述控制单元通过以下方式控制所述充电开关的通断将充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态：
所述控制单元实时检测回路电流I，并通过内置的计时器T持续计时：
当检测到回路电流I≥Ion，所述控制单元控制接通所述充电开关，清除计时器T，并返回检测回路电流I；
当检测到回路电流I＜Ion时，进一步判断I是否小于等于Ioff：
当I＞Ioff时，清除计时器T，返回检测回路电流I；
当I≤Ioff时，读取加速度传感器检测到的振动量V：
当同时满足I≤Ioff和V＜Vu，读取计时器T：
当T≥Toff，所述控制单元控制所述充电开关断开，并返回检测回路电流I；
当T＜Toff，返回检测回路电流I；
当不能同时满足I≤Ioff和V＜Vu时，清除计时器T，并返回检测回路电流I。
进一步，所述放电开关为常通开关，所述充电开关为常断开关。
进一步，所述充电开关和放电开关为继电器、FET或IGBT。
进一步，所述电芯由1个或多个电芯组成。
本发明有益效果如下：本发明有效解决了具有授权充电功能的电池和具有反充电功能(EABS装置)的负载之间的结合难题。实现了二次电池的充电安全性和适配性的平衡。以往，要么电池无法根本杜绝在非授权状态下的充电，要么无法让带有反充电装置的负载正常实现辅助制动或动能回收，同时存在损坏负载控制器和电池电路的风险。本发明通过置于电芯内部的控制单元和充、放电开关，根据采集到的回路电流和加速度值作为判断依据，使得电池在非授权状态下仍可接受反充电(EABS)装置的充电，同时保持了之后在授权状态下才可以进行正常而持续的充电。本发明中方案能够实现在非授权充电情况下的有限充电，满足短时间制动要求。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例1的可适配反充电装置的智能电池结构示意图；
图2为本发明实施例2的可适配反充电装置的智能电池结构示意图；
图3为本发明实施例2控制单元的控制策略流程图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
首先明确动力装置的EABS工作状态如下：
-静止时不耗电或微小电流耗电；
-工作时开始进入正常耗电，电流可能根据工况有较大波动，耗电电流会在0-最大电流之间波动；
-当制动介入时，立即启动EABS装置，一部分能量转变为充电电流流向电池；
-制动后，随着转速的下降，充电电流逐渐减小，直至消失。
-动力输出产生的电池放电和制动EABS产生的充电电流经常处在不断交替状态。
针对需授权才能充电的电池，由于EABS装置向电池充电属于非授权充电，电池无法接受反向充电。由于无法接受反向充电，对电池本身和用电装置的控制器都会造成危害。为解决上述技术问题，本发明中的可适配反充电装置的智能电池需要具备既能防止未经授权进行充电，又能够支持在未经充电授权时用电装置的EABS反充电的功能。
具体通过以下实施方式实现：
本发明的实施例1，公开了一种可适配反充电装置的智能电池，硬件框图如图1所示，所述智能电池包括：电芯、控制单元、充放电单元、充放电接口、电流传感器、加速度传感器；
所述电芯、充放电单元、充放电接口、顺次相连；所述充放电接口用于连接充电装置或负载，形成回路；
所述电流传感器串联于上述回路的任意位置，并与所述控制单元相连，用于检测回路电流，并将所述回路电流反馈至所述控制单元；
所述加速度传感器与所述控制单元相连，用于检测所述智能电池的振动位移，并将所述加速度传感器测量值反馈至所述控制单元，作为辅助判定条件；
所述控制单元用于根据所述回路电流、加速度传感器测量值，控制充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态。
与现有技术相比，本实施例提供的可适配反充电装置的智能电池，将采集到的回路电流和加速度传感器测量值作为判断依据，利用控制单元控制充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态。使得电池在非授权状态下仍可接受反充电(EABS)装置的充电，同时保持了在授权状态下才可以进行正常而持续的充电。本发明中方案能够实现在非授权充电情况下的有限充电，满足短时间制动要求。
优选地，为实现智能电池的正常放电、在非授权情况下的有限充电，所述智能电池的常态为通过电芯向负载放电并且不可向电芯充电状态。同时，对回路电流I做如下说明：电池放电时回路电流为正值，电池充电时回路电流为负值。
具体地，所述电芯为1个电芯，或由多个电芯组成电芯组；多个电芯通过串联或并联的方式构成电芯组。
优选地，所述控制单元通过以下方式控制充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态：
所述控制单元实时检测回路电流I，并通过内置的计时器T持续计时：
当检测到回路电流I≥Ion，所述控制单元控制所述充放电单元切换至可向电芯充电状态，清除计时器T，并返回检测回路电流I；
当检测到回路电流I＜Ion时，进一步判断I是否小于等于Ioff：
当I＞Ioff时，清除计时器T，返回检测回路电流I；
当I≤Ioff时，读取加速度传感器检测到的振动量V：
当同时满足I≤Ioff和V＜Vu，读取计时器T：
当T≥Toff，所述控制单元控制所述充放电单元切换至不可向电芯充电状态，并返回检测回路电流I；
当T＜Toff，返回检测回路电流I；
当不能同时满足I≤Ioff和V＜Vu时，清除计时器T，并返回检测回路电流I；
其中，Ion表示非授权状态下的充电开关接通电流；Ioff表示非授权状态下的充电开关断开电流；Toff表示非授权状态下的充电开关断开延时；Vu表示非授权状态下的充电开关断开的加速度上限。
所述非授权状态下的充电开关断开电流Ioff的取值原则为：Ioff＜Ion且Ioff为正值。
由于本发明中方案要实现的是在非授权充电情况下的有限充电，满足短时间制动要求，因此，需要对有限充电的时间进行限制：Toff取值为所述智能电池允许的最长持续反充电时间。具体取值可根据实际负载及电池工作情况进行设置。
本发明的实施例2，在实施例1的基础上，对充放电单元进行了进一步优化，公开了另一种可适配反充电装置的智能电池，硬件框图如图2所示，即将实施例1中的充放电单元具体限定为放电开关、充电开关、二极管D1，二极管D2，
所述放电开关和充电开关串联在所述回路中，所述二极管D1正向并联在充电开关的两端；所述二极管D2反向并联在放电开关的两端；
所述控制单元通过控制所述充电开关的通断将充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态。
优选地，此时，所述控制单元的控制策略如图3所示，并具体说明如下：
所述控制单元实时检测回路电流I，并通过内置的计时器T持续计时：
当检测到回路电流I≥Ion，所述控制单元控制接通所述充电开关，清除计时器T，并返回检测回路电流I；
当检测到回路电流I＜Ion时，进一步判断I是否小于等于Ioff：
当I＞Ioff时，清除计时器T，返回检测回路电流I；
当I≤Ioff时，读取加速度传感器检测到的振动量V：
当同时满足I≤Ioff和V＜Vu，读取计时器T：
当T≥Toff，所述控制单元控制所述充电开关断开，并返回检测回路电流I；
当T＜Toff，返回检测回路电流I；
当不能同时满足I≤Ioff和V＜Vu时，清除计时器T，并返回检测回路电流I。
其中，所述非授权状态下的充电开关接通电流Ion的取值原则为：Ion小于负载的正常工作电流的下限值；一般可以选择略小于负载正常工作电流下限的电流值。例如负载正常电流范围为2-30A，可选取Ion为1.5A。由此保证在负载的正常工作过程中，当回路电流I≥Ion时，所述控制单元控制接通所述充电开关，此时，既可通过充放电单元为用电设备供电，也可以通过充放电单元向电芯进行短时间充电。
与实施例1相比，实施例2将对于充放电单元的控制，具体到了对于充电开关的控制，整体的控制逻辑不变。
优选地，为实现智能电池正常放电、在非授权情况下的有限充电，所述放电开关的常态是常通状态；所述充电开关的常态是常断状态。
可选地，电池中的充电开关和放电开关由继电器，FET或IGBT来实现的，都受到控制单元的控制。
本发明有效解决了具有授权充电功能的电池和具有反充电功能(EABS装置)的负载之间的结合难题。实现了二次电池的充电安全性和适配性的平衡。以往，要么电池无法根本杜绝在非授权状态下的充电，要么无法让带有反充电装置的负载正常实现辅助制动或动能回收，同时存在损坏负载控制器和电池电路的风险。本发明通过置于电芯内部的控制单元和充、放电开关，根据采集到的回路电流和加速度值作为判断依据，使得电池在非授权状态下仍可接受反充电(EABS)装置的充电，同时保持了之后在授权状态下才可以进行正常而持续的充电。本发明中方案能够实现在非授权充电情况下的有限充电，满足短时间制动要求。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可适配反充电装置的智能电池，其特征在于，包括电芯、控制单元、充放电单元、充放电接口、电流传感器、加速度传感器；
所述电芯、充放电单元、充放电接口顺次相连；所述充放电接口用于连接充电装置或负载，形成回路；
所述电流传感器，用于检测回路电流；
所述加速度传感器，用于检测所述智能电池的振动位移；
所述控制单元用于根据所述回路电流、加速度传感器测量值，控制充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态；
所述充放电单元的常态为：不可向电芯充电状态；
所述控制单元通过以下方式控制充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态：
所述控制单元实时检测回路电流I，并通过内置的计时器T持续计时：
当检测到回路电流I≥Ion，所述控制单元控制所述充放电单元切换至可向电芯充电状态，清除计时器T，并返回检测回路电流I；
当检测到回路电流I＜Ion时，进一步判断I是否小于等于Ioff：
当I＞Ioff时，清除计时器T，返回检测回路电流I；
当I≤Ioff时，读取加速度传感器检测到的振动量V：
当同时满足I≤Ioff和V＜Vu，读取计时器T：
当T≥Toff，所述控制单元控制所述充放电单元切换至不可向电芯充电状态，并返回检测回路电流I；
当T＜Toff，返回检测回路电流I；
当不能同时满足I≤Ioff和V＜Vu，清除计时器T，并返回检测回路电流I；
其中，Ion表示非授权状态下的充电开关接通电流；Ioff表示非授权状态下的充电开关断开电流；Toff表示非授权状态下的充电开关断开延时；Vu表示非授权状态下的充电开关断开的加速度上限。
2.根据权利要求1所述的智能电池，其特征在于，
Ion小于负载的正常工作电流的下限值；
Ioff＜Ion，且Ioff为正值。
3.根据权利要求1所述的智能电池，其特征在于，所述Toff取值为所述智能电池允许的最长持续反充电时间。
4.根据权利要求1所述的智能电池，其特征在于，所述充放电单元包括放电开关、充电开关、二极管D1、二极管D2，
所述放电开关和充电开关串联在所述回路中，所述二极管D1正向并联在充电开关的两端；所述二极管D2反向并联在放电开关的两端；
所述控制单元通过控制所述充电开关的通断将充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态。
5.根据权利要求4所述的智能电池，其特征在于，所述控制单元通过以下方式控制所述充电开关的通断将充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态：
所述控制单元实时检测回路电流I，并通过内置的计时器T持续计时：
当检测到回路电流I≥Ion，所述控制单元控制接通所述充电开关，清除计时器T，并返回检测回路电流I；
当检测到回路电流I＜Ion时，进一步判断I是否小于等于Ioff：
当I＞Ioff时，清除计时器T，返回检测回路电流I；
当I≤Ioff时，读取加速度传感器检测到的振动量V：
当同时满足I≤Ioff和V＜Vu，读取计时器T：
当T≥Toff，所述控制单元控制所述充电开关断开，并返回检测回路电流I；
当T＜Toff，返回检测回路电流I；
当不能同时满足I≤Ioff和V＜Vu，清除计时器T，并返回检测回路电流I。
6.根据权利要求4所述的智能电池，其特征在于，所述放电开关为常通开关，所述充电开关为常断开关。
7.根据权利要求4或6所述的智能电池，其特征在于，所述充电开关和放电开关为继电器、FET或IGBT。
8.根据权利要求1所述的智能电池，其特征在于，所述电芯由1个或多个电芯组成。
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