CN110768336B - 一种加装放电模块的补充电式电池管理电路的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加装放电模块的补充电式电池管理电路的控制方法。该控制方法是在补充电式电池管理电路的基础上加装放电模块，实现放电均衡功能、充电电流校准功能以及外部线路及内部开关状态检测功能，使补充电式电池主动均衡电路实现双向的充放电均衡，并提高电路的均衡精度和系统的可靠性。

Description

一种加装放电模块的补充电式电池管理电路的控制方法
技术领域
本发明针对补充电式电池管理电路进行加装放电模块的控制方法，可实现放电均衡功能、充电电流校准功能以及外部线路及内部开关状态检测功能，使补充电式电池主动均衡电路实现双向的充放电均衡，并提高电路的均衡精度和系统的可靠性。
背景技术
由于材料特性、制造工艺、使用工况、老化衰退的原因，锂电池串联成组后，随着使用次数的增加，单体电池的容量、剩余电量和内阻都出现了差异并逐步扩大，导致锂电池组性能衰退。业内通常采用被动均衡管理电路对电池一致性进行调节，但被动均衡电路只能对电量过高的单体电池进行放电调节，无法实现对电量落后单体电池的补充电调节，而单体电量落后是一种相比单体过高更普遍的不均衡状态，因此被动均衡的效率较低，因此提出了基于开关阵列的补充电式主动均衡管理电路。
该补充电式均衡管理电路不具备放电均衡能力，无法实现双向均衡，均衡效率不能达到最优，且均衡电流由于器件一致性问题难以与设计值保持一致，在批量生产时校准电流的难度较高，另外，现有的电池管理电路都难以准确判断采样线接线状态和内部电路状态，尤其采样线即将断线的在高阻状态，通过测量电压无法准确检测到故障，在使用中存在安全隐患。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种加装放电模块的补充电式电池管理电路的控制方法，所述的补充电式电池管理电路应用于对由N个单体电池组成的电池单元进行控制，所述电池单元与所述补充电式电池管理电路之间通过N+1根采集线B1～BN+1连接，采集线B1连接1#单体电池的正极，采集线B2连接2#单体电池的正极，依次使得采集线BN连接N#单体电池的正极，采集线BN+1连接N#单体电池的负极，所述电池管理电路有N+1个选择开关，分别为S1、S2、…、SN+1，其中S1连接至B1，S2连接至B2，依次地，SN+1连接BN+1，所有奇数个的选择开关另一侧接到一起形成奇数端公共线L1，所有偶数个的选择开关另一侧接到一起形成偶数端公共线L2，L1与L2与开关桥连接，开关桥由4个开关SA、SB、SC、SD组成，其中SA与SB串联，SC和SD串联，两个串联开关进行并联，即SA与SC连接于L2，SB与SD连接于L1，SA与SB的连接中点为采集正端，SC与SD的连接中点为采集负端，采集正端和采集负端接入电压采集电路和恒流充电电路；
所述的放电模块连接在采集正端和采集负端之间，放电模块的内部由一个开关SR和一个电阻RD组成；
所述的控制方法包含对采样线状态的准确检测方法，检测步骤为：步骤(1)，对所有单体电池进行放电检测，测得所有单体电池的线路电阻RT1、RT2、…、RTN，其中第k个电池对应采样线Bk和Bk+1的线路电阻之和为RTk，步骤(2)，依次判断相邻的两个电池的线路电阻RTk-1和RTk，判断RTk-1是否大于RL0，RTk是否大于RL0？步骤(3)，如果RTk-1大于RL0且RTk大于RL0，则判定采样线Bk存在线路故障，如果不能同时满足RTk-1大于RL0且RTk大于RL0，则判定采样线Bk线路正常；其中RL0为接线电阻经验判断值，是恒定参数；
所述的控制方法包含对恒流充电电路的充电电流的校准方法，校准的步骤为：断开所有选择开关和开关桥开关，导通SR，启动恒流充电电路，充电电流IC在RD上形成压降UD，启动电压采集电路，采集到电压UD，通过计算可以获得IC＝UD/RD，从而实现利用IC对充电电流进行校准；
所述的控制方法包含放电均衡方法，所述放电均衡功能的步骤为，当第k个单体电池电量偏高时，导通选择开关Sk和Sk+1，其余选择开关断开，如果k为奇数，则导通开关桥开关SB和SC，断开SA和SD；如果k为偶数，则导通开关桥开关SA和SD，断开SB和SC；此时第k个电池接入到采集正端和采集负端之间，此时导通SR，第k个电池通过电阻RD进行放电，实现放电均衡调节的功能。
进一步地，所述采样线状态的准确检测方法的检测步骤(1)中放电检测方法为，取第k个单体电池进行检测，首先导通选择开关Sk和Sk+1，其余选择开关断开，如果k为奇数，则导通开关桥开关SB和SC，断开SA和SD；如果k为偶数，则导通开关桥开关SA和SD，断开SB和SC；启动电压测量电路，测得电压为Uk，导通SR，再次启动电压测量电路，测得电压为UkS，则可以得到外部测量线Bk和Bk+1的线路电阻之和RTk＝(Uk-UkS)/RD。
本发明所述的一种加装放电模块的补充电式电池管理电路的控制方法方法具有以下优点：
(1)使补充电均衡电路具备放电均衡能力，升级成为双向均衡电路，进一步提高均衡效率；
(2)使主动均衡管理电路具备充电电流自动校准的功能；
(3)使主动均衡管理电流具备采样线接触状态的准确判断功能，并可对主动均衡管理电路内部开关导通状态进行检验，针对采样线即将断线的在高阻状态，通过测量电压无法准确检测到故障，通过本方法可以提前检测并准确定位排除故障；
(4)改进代价小，收益多，加装的放电模块应用灵活、成熟可靠且成本低。
附图说明
图1是本发明中的一种加装放电模块的补充电式电池管理电路图；
图2是本发明中的加装放电模块的补充电式电池管理电路采样线断线检测流程图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
图1是一种加装放电模块的补充电式电池管理电路图。
所述的补充电式电池管理电路，其最小单元应用于N个串联的电池单元(N为大于1的正整数，且不大于电池管理电路最小单元的管理路数)，有N+1根采集线B1～BN+1，采集线B1连接1#电池正极，采集线B2连接2#电池正极，一直到采集线BN连接N#电池正极，采集线BN+1连接N#电池负极，采集线将N个电池的正负端引入电池管理电路，电池管理电路有N+1个选择开关，分别为S1、S2、…、SN+1，其中S1连接至B1，S2连接至B2，一直到SN+1连接BN+1，第奇数个的选择开关另一侧接到一起形成奇数端公共线L1，第偶数个的选择开关另一侧接到一起形成偶数端公共线L2，L1与L2与开关桥连接，开关桥由4个开关SA、SB、SC、SD组成，其中SA与SB串联，SC和SD串联，两个串联开关进行并联，即SA与SC连接于L2，SB与SD连接于L1，SA与SB的连接中点为采集正端，SC与SD的连接中点为采集负端，采集正端和采集负端接入电压采集电路和恒流充电电路。
所述的放电模块连接在采集正端和采集负端之间，放电模块的内部由一个开关SR和一个电阻RD组成。
所述的控制方法包括三种：放电均衡方法、充电电流校准方法以及采样线路状态的准确检测方法。
1)所述放电均衡方法，当第k个电池电量偏高时(k为1～N的正整数)，导通选择开关Sk和Sk+1，其余选择开关断开，如果k为奇数，则导通开关桥开关SB和SC，断开SA和SD，如果k为偶数，则导通开关桥开关SA和SD，断开SB和SC，此时第k个电池接入到采集正和采集负的两端，此时导通SR，第k个电池通过电阻RD进行放电，实现放电均衡调节的功能；
2)所述充电电流校准方法为，利用放电模块对恒流充电电路的充电电流进行校准，步骤为，断开所有选择开关和开关桥开关，导通SR，启动恒流充电电路，充电电流IC在RD上形成压降UD，启动电压采集电路，采集到电压UD，通过计算可以获得IC＝UD/RD，从而实现充电电流校准；
3)所述采样线路状态的准确检测方法为，利用放电模块检测外部线路即内部开关的综合电阻，从而判断外部采集线是否断线，判断选择开关和开关桥开关是否正常，步骤为，从1#电池逐个检查至N#电池，第k个电池的检测过程为，首先导通选择开关Sk和Sk+1，其余选择开关断开，如果k为奇数，则导通开关桥开关SB和SC，断开SA和SD，如果k为偶数，则导通开关桥开关SA和SD，断开SB和SC，启动电压测量电路，测得电压为Uk，导通SR，再次启动电压测量电路，测得电压为UkS，则可以得到外部测量线RLk和内部开关电阻RSk之和RTk＝RLk+RSk＝(Uk-UkS)/RD，如果该值在正常范围内，则可判定Bk和Bk+1连接正常，判定开关Sk和Sk+1以及导通的开关桥开关导通正常，由于开关损坏的可能性极小，且电阻可忽略，并可根据采样及充电状态辅助判断开关是否正常，因此可以认为RTk等于Bk和Bk+1的线路电阻之和RLk，直接判断两根线的接触状态。
图2是加装放电模块的补充电式电池管理电路采样线断线检测流程图。
所述采样断线的检测流程如下：
步骤(a1)，对所有电池进行放电检测，测得所有电池的线路电阻RT1、RT2、…、RTN，其中第k个电池对应采样线Bk和Bk+1的线路电阻之和为RTk(k为1～N的正整数)，具体检测步骤为：
以第k个电池的检测为例，首先导通选择开关Sk和Sk+1，其余选择开关断开，如果k为奇数，则导通开关桥开关SB和SC，断开SA和SD，如果k为偶数，则导通开关桥开关SA和SD，断开SB和SC，启动电压测量电路，测得电压为Uk，导通SR，再次启动电压测量电路，测得电压为UkS，则可以得到外部测量线Bk和Bk+1的线路电阻之和RLk＝(Uk-UkS)/RD。
步骤(a2)，依次判断相邻的两个电池的线路电阻RTk-1和RTk，判断RTk-1是否大于RL0，RTk是否大于RL0？
步骤(a3)(a4)，如果RTk-1大于RL0且RTk大于RL0，则判定采样线Bk存在线路故障，如果不能同时满足RTk-1大于RL0且RTk大于RL0，则判定采样线Bk线路异常。其中RL0为接线电阻经验判断值，是恒定参数。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变换或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种加装放电模块的补充电式电池管理电路的控制方法，所述的补充电式电池管理电路应用于对由N个单体电池组成的电池单元进行控制，所述电池单元与所述补充电式电池管理电路之间通过N+1根采集线B1～BN+1连接，采集线B1连接1#单体电池的正极，采集线B2连接2#单体电池的正极，依次使得采集线BN连接N#单体电池的正极，采集线BN+1连接N#单体电池的负极，所述电池管理电路有N+1个选择开关，分别为S1、S2、…、SN+1，其中S1连接至B1，S2连接至B2，依次地，SN+1连接BN+1，所有奇数个的选择开关另一侧接到一起形成奇数端公共线L1，所有偶数个的选择开关另一侧接到一起形成偶数端公共线L2，L1与L2与开关桥连接，开关桥由4个开关SA、SB、SC、SD组成，其中SA与SB串联，SC和SD串联，两个串联开关进行并联，即SA与SC连接于L2，SB与SD连接于L1，SA与SB的连接中点为采集正端，SC与SD的连接中点为采集负端，采集正端和采集负端接入电压采集电路和恒流充电电路；
所述的放电模块连接在采集正端和采集负端之间，放电模块的内部由一个开关SR和一个电阻RD组成；
所述的控制方法包含对采样线状态的准确检测方法，检测步骤为：步骤(1)，对所有单体电池进行放电检测，测得所有单体电池的线路电阻RT1、RT2、…、RTN，其中第k个电池对应采样线Bk和Bk+1的线路电阻之和为RTk，步骤(2)，依次判断相邻的两个电池的线路电阻RTk-1和RTk，判断RTk-1是否大于RL0，RTk是否大于RL0？步骤(3)，如果RTk-1大于RL0且RTk大于RL0，则判定采样线Bk存在线路故障，如果不能同时满足RTk-1大于RL0且RTk大于RL0，则判定采样线Bk线路正常；其中RL0为接线电阻经验判断值，是恒定参数；
所述的控制方法包含对恒流充电电路的充电电流的校准方法，校准的步骤为：断开所有选择开关和开关桥开关，导通SR，启动恒流充电电路，充电电流IC在RD上形成压降UD，启动电压采集电路，采集到电压UD，通过计算可以获得IC＝UD/RD，从而实现利用IC对充电电流进行校准；
所述的控制方法包含放电均衡方法，所述放电均衡功能的步骤为，当第k个单体电池电量偏高时，导通选择开关Sk和Sk+1，其余选择开关断开，如果k为奇数，则导通开关桥开关SB和SC，断开SA和SD；如果k为偶数，则导通开关桥开关SA和SD，断开SB和SC；此时第k个电池接入到采集正端和采集负端之间，此时导通SR，第k个电池通过电阻RD进行放电，实现放电均衡调节的功能。
2.根据权利要求1所述的一种加装放电模块的补充电式电池管理电路的控制方法，其特征在于，所述采样线状态的准确检测方法的检测步骤(1)中放电检测方法为，取第k个单体电池进行检测，首先导通选择开关Sk和Sk+1，其余选择开关断开，如果k为奇数，则导通开关桥开关SB和SC，断开SA和SD；如果k为偶数，则导通开关桥开关SA和SD，断开SB和SC；启动电压测量电路，测得电压为Uk，导通SR，再次启动电压测量电路，测得电压为UkS，则可以得到外部测量线Bk和Bk+1的线路电阻之和RTk＝(Uk-UkS)/RD。
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