CN113852146A - 一种动力电池充放电机断流保护方法 - Google Patents

一种动力电池充放电机断流保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种动力电池充放电机断流保护方法，属于电源控制技术领域，采用实时断流检测，实时记忆测量的电池电压和电池电流，电压环与电流环可以互相转换，利用PID的积分值换算成单位值，赋给对方作为前馈值，保证两个控制环的平衡切换；充电电流环PID输出按最大充电电池电流的电池电压增量进行限幅,设立最终保护值，达到最终保护值时，充放电机立即停止工作；未检测到断流时，通过电流环快速采样电流，利用绝对值与电流微分值来综合检测；检测到断流时，转电压环，电压的目标值为断流前的电池电压；充放电进工作过程中，记忆调节过的最大电压，将检测到的实时电压与其进行比较后按预设规则处理。解决了现有充放电机负载断流时会产生高电压，烧坏负载的问题。

Description

一种动力电池充放电机断流保护方法
技术领域
本发明属于电源控制技术领域，具体涉及一种动力电池充放电机断流保护方法。
背景技术
在测试生产动力电池PACK时，需要用到电池充放电机，在使用某公司生产的充放电机时，发现一个严重问题：当使用电池PACK中配置有电池保护板(一种用于动力电池保护的通用产品)时，在充满电时，充放电机很容易烧掉保护板。用示波器检测时，发现充放电机输出很高的电压，持续百ms级，以至烧掉保护板。
现有充放电机在充放电时硬性保护，过保护点直接保护，无法判断断流情况及造成的后果，负载断流时会产生高电压，烧坏负载，必须进行改进。
发明内容
本发明提供一种动力电池充放电机断流保护方法，目的是解决现有充放电机负载断流时会产生高电压，烧坏负载的问题。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种动力电池充放电机断流保护方法，采用实时断流检测，通过电流环快速采样电流，利用绝对值与电流微分值来综合检测；检测到断流时，转电压环，电压的目标值为断流前的电池电压；为保证双环切换平稳，实时记忆测量的电池电压和电池电流，电压环与电流环可以互相转换，利用PID的积值换算成单位值，赋给对方作为前馈值；充电电流环PID输出按最大充电电池电流的电池电压增量进行限幅,电池电压增量根据初始充电时的电池电压和电池电流计算得到，设立最终保护值，达到最终保护值时，充放电机立即停止工作，不再输出电流，自身通过制动泄放直流母线能量；充放电机工作过程中，记忆调到的最大电压，将检测到的实时电压与记忆的最大电压进行比较，根据预设规则判定发出断流风险或进入强行保护。
进一步地，利用绝对值与电流微分值来综合检测采样电流的方法包括：电流采样后经过滤波，取绝对值，分别对绝对值和电流微分值进行检测，如绝对值i＜0.001，返回1，否则返回0；代入
Figure BDA0003228859300000021
后，如结果＞100，返回1，否则返回0。0表示没有断流，1表示有断流。
进一步地，电流采样的过程中，采用去尖短时平均法去掉大偏差采样值。
进一步地，充电电流环PID输出按最大充电电池电流的电池电压增量进行限幅,限幅公式如下：
Figure BDA0003228859300000022
式中：
sat表示电流环PID输出限幅值；
u表示当前电池电压；
Δu表示最大电流电池电压增量；
Imax表示最大电池充电电流；
r表示计算得出的电池等效内阻；
up表示充电开机前的电池电压；
uinit表示初始充电时的电池电压；
Iinit表示初始充电时的电池电流。
进一步地，最终保护值按如下方法设定：有BMS通信时：传过来的电池电压与充放电机采样的电池电压进行比较，如果充放电机采样的电池电压高出过多，充放电机故障保护；无BMS通信时：没有通信的情况下，按电流变化率过大保护。
进一步地，判定发出断流风险或进入强行保护的预设规则按如下方法设定：充放电进工作过程中，记忆调到的最大电压，超过此电压的两倍，即发出断流风险，超过三倍进入强行保护。
进一步地，电池电压的采样位置设在电池包的接头处。
进一步地，电池电流的采样位置设在最外侧，即充放电机滤波电容的外侧。
进一步地，电池电压的长线采样采用采样电桥差分电路，正母线采样与负母线采样线设计为相同长度，进入差分采样电路。
本发明所取得的有益技术效果是：
与现有技术相比，可实现负载断流时，不会产生高电压烧坏负载；在短暂断流的情况下，故障恢复后仍可以继续工作，解决了现有技术存在的问题，具有突出的实质性特点和显著的进步。
附图说明
图1是本发明其中一种具体实施例的断流保护方法原理框图；
图2是本发明其中一种具体实施例的断流检测流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要求保护的范围。
如图1所示，一种动力电池充放电机断流保护方法的具体实施例，采用实时断流检测，无断流时正常电流环运行，检测到断流时转电压环，或者强行保护。电压环与电流环互相转换，而且利用PID的积分值换算成单位值，赋给对方作为前馈值，保证双环切换平稳。再终极保护作为方法的补充。
未检测到断流时，通过电流环快速采样电流，利用绝对值与电流微分值来综合检测。一旦检测到断流，就转电压环；实时记忆测量的电池电压，断流进入电压环，电压的目标值为断流前的电池电压。充放电机工作过程中，会记忆调到的最大电压，将检测到的实时电压与记忆的最大电压进行比较，根据预设规则判定发出断流风险或进入强行保护。
充电电流环PID输出按最大充电电池电流的电池电压增量进行限幅,电池电压增量根据初始充电时的电池电压和电池电流计算而来。设立最终保护值，达到最终保护值时，充放电机立即停止工作，不再输出电流，自身通过制动泄放直流母线能量。
本具体实施例中还采用了如下技术方案：
1、断流检测
本具体实施例中采用快速采样电流，利用绝对值与电流微分值来综合检测。如图2所示，电流i采样后经过滤波，取绝对值，然后分别对绝对值和电流微分值进行检测，如绝对值i＜0.001，返回1，否则返回0；代入
Figure BDA0003228859300000041
后，如结果＞100，返回1，否则返回0。0表示没有断流，1表示有断流。
2、采样修正技术
电流采样既要保证快速性，以便检测断流及时，又要保护平稳性，防止计算电流微分时误动作。本具体实施例中采样采用去尖短时平均法来去掉少量的大偏差采样值。
3、电压限幅
充电电流环PID输出按最大充电电池电流的电池电压增量进行限幅,电池电压增量根据初始充电时的电池电压和电池电流计算而来。本具体实施例中限幅公式如下：
Figure BDA0003228859300000051
式中：
sat表示电流环PID输出限幅值；
u表示当前电池电压；
Δu表示最大电流电池电压增量；
Imax表示最大电池充电电流；
r表示计算得出的电池等效内阻；
up表示充电开机前的电池电压；
uinit表示初始充电时的电池电压；
Iinit表示初始充电时的电池电流；
4、极限保护
本具体实施例中设立最终保护值，不仅保护充放电机本身，还保护动力电池包的BMS及保护板等设备。达到最终保护值时，充放电机立即停止工作，不再输出电流，自身通过制动泄放直流母线能量。
有BMS通信时：传过来的电池电压与充放电机采样的电池电压进行比较，如果充放电机采样的电池电压高出过多，充放电机故障保护，
无BMS通信时：没有通信的情况下，按电流变化率过大保护。
5、高低压适用方法
通用的充放电设备需适应不同的电压等级。本具体实施例中提出的方法实时记忆电池电压值，以适应不同电压等级。
6、记忆保护法
本具体实施例中充放电进工作过程中，会记忆调到的最大电压，超过此电压的两倍，即发出断流风险，超过三倍进入强行保护。
7、电压环与电流环的平稳转换
本具体实施例中电压环与电流环可以互相转换，而且利用PID的积值换算成单位值，赋给对方作为前馈值，保证双环切换平稳。
本具体实施例中采用实时断流检测，一旦检测到断流，就转电压环；实时记忆测量的电池电压，断流进入电压环，电压的目标值为断流前的电池电压。
8、采样位置选择
本具体实施例中电池电压的采样位置设在电池包的接头处；电池电流的采样位置设在最外侧，即充放电机滤波电容的外侧，以防止检测微分值时的电容电流的干扰。
9、电池电压的长线采样方法
本具体实施例中采用采样电桥差分电路，正母线采样与负母线采样线设计为相同长度，进入差分采样电路。保证采样的电池电压的准确性。
综上，采用本具体实施例所提出的新型动力电池充放电机，带任何负载，特别是带电池保护板时，不会再出现高电压烧坏板子的情况；在电池回路有故障导致回路断开，电流骤降时，可以很好地保护负载及自身的安全。
与现有技术相比，可实现负载断流时，不会产生高电压烧坏负载；在短暂断流的情况下，故障恢复后仍可以继续工作，解决了现有技术存在的问题，具有突出的实质性特点和显著的进步。

Claims (9)

1.一种动力电池充放电机断流保护方法，其特征在于，采用实时断流检测，实时记忆测量的电池电压和电池电流，电压环与电流环可以互相转换，利用PID的积分值换算成单位值，赋给对方作为前馈值，保证双环切换平稳；
充电电流环PID输出按最大充电电池电流的电池电压增量进行限幅,电池电压增量根据初始充电时的电池电压和电池电流计算得到，设立最终保护值，达到最终保护值时，充放电机立即停止工作，不再输出电流，自身通过制动装置泄放直流母线能量；
实时检测断流，通过电流环快速采样电流，利用绝对值与电流微分值来综合检测；
检测到断流时，转电压环，电压的目标值为断流前的电池电压；
充放电机工作过程中，记忆调节过的最大电池电压，将检测到的实时电压与记忆的最大电压进行比较，根据预设规则判定发出断流风险或进入强行保护。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池充放电机断流保护方法，其特征在于：所述利用绝对值与电流微分值来综合检测采样电流的方法包括：
电流i采样后经过滤波，取绝对值，然后分别对绝对值和电流微分值进行检测，如绝对值i＜0.001，返回1，否则返回0；代入
Figure FDA0003228859290000011
后，如结果＞100，返回1，否则返回0。0表示没有断流，1表示有断流。
3.根据权利要求2所述的一种动力电池充放电机断流保护方法，其特征在于：所述电流采样的过程中，采用去尖短时平均法去掉大偏差采样值,一个开关周期内过采样，采样三次，去掉最大值，剩下取平均。
4.根据权利要求3所述的一种动力电池充放电机断流保护方法，其特征在于：所述充电电流环PID输出按最大充电电池电流的电池电压增量进行限幅,限幅公式如下：
Figure FDA0003228859290000021
式中：
sat表示电流环PID输出限幅值；
u表示当前电池电压；
Δu表示最大电流时电池电压增量；
Imax表示最大电池充电电流；
r表示计算得出的电池等效内阻；
up表示充电开机前的电池电压；
uinit表示初始充电时的电池电压；
Iinit表示初始充电时的电池电流。
5.根据权利要求1～4其中任意一项权利要求所述的一种动力电池充放电机断流保护方法，其特征在于：所述最终保护值按如下方法设定：
有BMS通信时：BMS传过来的电池电压与充放电机采样的电池电压进行比较，如果充放电机采样的电池电压高出过多，充放电机故障保护；
无BMS通信时：没有通信的情况下，按权利要求2中所述电流变化率过大保护。
6.根据权利要求1～4其中任意一项权利要求所述的一种动力电池充放电机断流保护方法，其特征在于：所述判定发出断流风险或进入强行保护的预设规则按如下方法设定：
充放电进工作过程中，记忆调到的最大电压，超过此电压的两倍，即发出断流风险，超过三倍进入强行保护。
7.根据权利要求1～4其中任意一项权利要求所述的一种动力电池充放电机断流保护方法，其特征在于：所述电池电压的采样位置设在电池包的接头处。
8.根据权利要求1～4其中任意一项权利要求所述的一种动力电池充放电机断流保护方法，其特征在于：所述电池电流的采样位置设在最外侧，即充放电机滤波电容的外侧。
9.根据权利要求1～4其中任意一项权利要求所述的一种动力电池充放电机断流保护方法，其特征在于：所述电池电压的长线采样采用采样电桥差分电路，正母线采样与负母线采样线设计为相同长度，进入差分采样电路。
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