CN113899954A - 负载检测方法及电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载检测方法及电池管理系统，电池管理系统包括：主功率回路、充放电控制电路、电压采集电路、模拟前端芯片、预放电电路，充放电控制电路和预放电电路连接于主功率回路，主功率回路形成有用于连接负载的正极检测点，电压采集电路连接于正极检测点，模拟前端芯片用于连接负载，方法包括：闭合预放电电路；通过电压采集电路采集正极检测点上的电压值和通过模拟前端芯片采集负载的电流值；根据电压值和电流值确定负载的电阻值；根据负载的电阻值判断负载在线或离线；可以一个电路实现两种功能，节省了大量的硬件成本和开发时间，能够实现定制化开发，为客户提供了更多的选择。

Description

负载检测方法及电池管理系统

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及负载检测方法及电池管理系统。

背景技术

目前市面上的BMS电路板以切断负极工作方式为主，在放电管关闭后进行负载检测时，采用最简单的识别P-(负载和充电器负极)上的电压来做负载检测。当有负载时P-上的电压与B+(电池包总正极)电压差不多；当没有负载时P-与地电压相同。当BMS电路板采用切断正极方式工作时，放电管关闭后负载的检测会遇到困难，P+(负载和充电器正极)上的电压在有无负载时无电压差，有负载时是零，无负载时悬浮状态。此时的负载检测只能依靠模拟前端芯片AFE自身的负载检测功能来实现。然而，在放电管关闭后P+上不能一直存在正极电压，这会误导使用者认为BMS电路板已经损坏，因此，目前市面上的模拟前端芯片AFE采用切断正极工作方式的比较少。

现有市场中，一种解决方案是通过自带负载检测的芯片自主进行负载检测，并自主进行放电恢复功能的，不受MCU的控制；对客户的特殊需求可能做不到定制功能。而且自带负载检测的芯片抗干扰性较差，一般无法进行长时间滤波处理，在外接电路上有较大电容或者电感性负载时，会出现负载检测误判的情况，给BMS电路板的稳定性和可靠性带来影响。

还有一种解决方案是单独设计一个负载检测电路，但这会带来硬件方案成本的上升，增加技术验证的时间成本；而且一般的负载检测电路都是采用固定电路的方式工作，电路消耗的电流会一直存在，这对BMS电路板来说，会增加功耗，带来电池的能量损耗。

发明内容

本发明提供了负载检测方法及电池管理系统，旨在解决BMS电路板采用切断正极方式工作时负载检测可靠性低的问题。

第一方面，本发明提供了一种负载检测方法，应用于电池管理系统，所述电池管理系统包括：主功率回路、充放电控制电路、电压采集电路、模拟前端芯片、预放电电路，所述充放电控制电路和所述预放电电路连接于所述主功率回路，所述主功率回路形成有用于连接负载的正极检测点，所述电压采集电路连接于所述正极检测点，所述模拟前端芯片用于连接负载，所述方法包括：闭合所述预放电电路；通过所述电压采集电路采集所述正极检测点上的电压值和通过所述模拟前端芯片采集所述负载的电流值；根据所述电压值和所述电流值确定所述负载的电阻值；根据所述负载的电阻值判断所述负载在线或离线。

第二方面，本发明还提供一种电池管理系统，包括：主功率回路、充放电控制电路、预放电电路、电压采集电路、模拟前端芯片以及控制器，主功率回路，与电池包总正极连接，所述主功率回路上形成有用于连接负载的正极检测点；充放电控制电路，与所述主功率回路连接，所述充放电控制电路用于执行放电保护；预放电电路，与所述主功率回路连接，所述预放电电路用于检测负载；电压采集电路，用于与负载连接，所述电压采集电路用于采集负载的电压值；模拟前端芯片，用于与负载连接，所述模拟前端芯片用于采集负载的电流值；控制器，与所述充放电控制电路、所述预放电电路、所述电压采集电路和所述模拟前端芯片连接，所述控制器用于执行上述第一方面所述的负载检测方法以对负载进行检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过闭合预放电电路，利用预放电电路上的预放电电阻，使得连接负载的正极检测点能够检测到电压值，并通过前端模拟采集芯片采集负载的电流值，由此，利用检测到的电压值和电流值确定该负载的电阻值，并根据负载的电阻值的大小来判断负载当前是处理在线状态，或者是处于离线状态，可以不需要增加自带负载检测的芯片，也不需要增加负载检测电路，在保证原有的电路基础上，使用现成的预放电电路，可以一个电路实现两种功能，即实现了原有的预充保护功能，又实现了负载检测功能，节省了大量的硬件成本和开发时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1展示了本发明实施例负载检测方法的步骤流程示意图；

图2展示了本发明实施例负载检测方法的子步骤流程示意图；

图3展示了本发明实施例负载检测方法的子步骤流程示意图；

图4展示了本发明另一实施例负载检测方法的步骤流程示意图；

图5展示了本发明又一实施例负载检测方法的步骤流程示意图；

图6展示了本发明再一实施例负载检测方法的步骤流程示意图；

图7展示了本发明实施例电池管理系统的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

参照图1，本发明实施例提供了一种负载检测方法，应用于电池管理系统，所述电池管理系统包括：主功率回路、充放电控制电路、电压采集电路、模拟前端芯片、预放电电路，所述充放电控制电路和所述预放电电路连接于所述主功率回路，所述主功率回路形成有用于连接负载的正极检测点，所述电压采集电路连接于所述正极检测点，所述模拟前端芯片用于连接负载，所述方法包括：

S110、闭合所述预放电电路。

S120、通过所述电压采集电路采集所述正极检测点上的电压值和通过所述模拟前端芯片采集所述负载的电流值。

S130、根据所述电压值和所述电流值确定所述负载的电阻值。

S140、根据所述负载的电阻值判断所述负载在线或离线。

具体地，预放电电路在BMS电路中常被用作预防容性负载在充放电管打开时造成负载短路的情况发生；一般在充放电管打开之前打开几秒钟对容性负载进行充电，随后就关闭了。在预放电电路闭合时，由于放电电路中存在预放电电阻，因此，在电路中可以检测到电流，进而能够实现本实施例的负载检测。

主功率回路连接电池包总正极端(以下简称B+)，且主功率回路上还形成有正极检测点(以下简称P+)，该正极检测点是负载和充电器正极端。此外，主功率回路上还形成负极检测点(以下简称P-)，该负极检测点是负载和充电器的负极端。

模拟前端芯片，AFE(analog front end)，在BMS里面专指电池采样芯片，用来采集各种电信号。在本实施例中，模拟前端芯片用于采集负载的电流。在具体实施中，一些外围设备控制板可以看作负载，这些控制板一般耗电较小，只有几十毫安，这种负载检测对模拟前端的电流采集精度要求较高，需要选用高精度的模拟前端芯片。本实施例使用现成的模拟前端芯片，模拟前端芯片只需要完成电流信号的采集即可，不需要执行自身的负载检测功能，因此，在模拟前端芯片选型上不受负载检测功能的约束。

电压采集电路用于采集P+的电压，其中，电压采集电路的类型可以有很多种，具体可根据实际需求设置，无论是何种类型的电压采集电路，只要能够采集电压即可，在此不作限定。

在采集到电流值和电压值之后，利用欧姆定律公式即可确定负载的电阻值。例如，检测到的电压为10V，电流为2A，那么负载的电阻即为20欧姆。

在切断正极工作方式的BMS中，可以将预放电电路用作负载检测的功能。预放电电路打开后，P+端就会有B+端电压过来，经过检测这个电压和负载电流来判断负载在线/离线状态。在清楚负载在线/离线状态的条件下，BMS可以进行放电过流保护的恢复工作。

通过实施本实施例，闭合预放电电路，利用预放电电路上的预放电电阻，使得连接负载的正极检测点能够检测到电压值，并通过前端模拟采集芯片采集负载的电流值，由此，利用检测到的电压值和电流值确定该负载的电阻值，并根据负载的电阻值的大小来判断负载当前是处理在线状态，或者是处于离线状态，可以不需要增加自带负载检测的芯片，也不需要增加负载检测电路，在保证原有的电路基础上，使用现成的预放电电路，可以一个电路实现两种功能，即实现了原有的预充保护功能，又实现了负载检测功能，节省了大量的硬件成本和开发时间。

在一实施例中，如图2所示，所述步骤S140包括：S141-S143。

S141、判断所述负载的电阻值是否大于预设阈值。

S142、若所述负载的电阻值大于预设阈值，则判定所述负载处于离线状态。

S143、若所述负载的电阻值不大于预设阈值，则判定所述负载处于在线状态。

在一实施例中，在确定负载的电阻值后，判断其是否大于预设阈值，预设阈值时预先设定好的用于判定负载离线的电阻值，例如为10KΩ。示例性地，确定负载的电阻值为20KΩ，该负载的电阻值大于预设阈值，那么判定该负载处于离线状态。示例性地，确定负载的电阻为100Ω，该负载的电阻值小于预设阈值，那么判定该负载处于在线状态。本实施例采用电流和电压双重判断策略，利用两者判断因子来确定负载阻值，增加负载检测的可靠性和稳定性。

在一实施例中，如图3所示，所述步骤S143之后，还包括：S144。

S144、控制所述充放电控制电路执行放电保护恢复。

在一实施例中，充放电控制电路是用于实现电池充电和放电功能的控制电路，充放电控制电路包括充电MOS管和放电MOS管，在BMS执行放电保护时，放电MOS管被关闭。

在确定负载处于在线/离线状态之后，BMS则可根据负载的离线状态进行放电过流保护的恢复工作。具体地，如果负载处于离线状态，那么BMS则可以控制充放电控制电路执行放电保护恢复，开启放电MOS管，BMS系统解除放电保护状态。

在一实施例中，如图4所示，所述步骤S140之后，还包括：S150-S170。

S150、根据所述负载的电阻值判断所述负载为第一负载或第二负载，其中，所述第一负载的阻值小于所述第二负载的阻值。

S160、当所述负载为第一负载时，控制所述充放电控制电路执行放电保护锁定。

S170、当所述负载为第二负载时，控制所述充放电控制电路执行放电保护。

在一实施例中，在确定负载处于在线状态后，还可以根据负载的阻值大小执行不同的处理策略。现有技术中的自带负载检测的芯片一般都是自主进行负载检测，并自主进行放电恢复功能的，不受MCU的控制；对客户的特殊需求可能做不到定制功能。比如检测到大负载和小负载时处理策略不一样，大负载时继续保护，小负载时可以恢复放电。而本实施可以根据负载电阻值执行不同的处理策略。

具体地，第一负载即为大负载，其内阻较小，第二负载即为小负载，其内阻较大，因此，第一负载的阻值小于第二负载的阻值。当判断到负载为第一负载，即为大负载时，此时执行放电保护锁定，充放电控制电路关闭放电MOS管，系统会一直保持放电保护状态，只有充电或重启BMS系统才能解除锁定状态。当判断到负载为第二负载，即为小负载时，此时继续保持放电保护状态，充放电控制电路关闭放电MOS管，在负载离线状态下可以解除放电保护状态。由此，本实施例可根据负载的阻值执行不同的处理策略，不需要依靠自带负载检测芯片，可以定制化开发，为客户提供了更多的选择。

在一实施例中，如图5所示，所述步骤S170之后，还包括：

返回执行所述判断所述负载的电阻值是否大于预设阈值。

在本实施例中，由于在实际工作过程中，负载可能会随时增加或者减少，因此，所检测到的负载的阻值也会跟随发生变化。因此，在确定负载为第二负载即小负载，并释放放电保护后，返回到步骤S141继续执行对负载阻值的判断，判断当前负载的阻值是否大于预设阈值，如果此时负载的阻值发生了变化，阻值大于预设阈值，则说明此时负载处于离线状态，那么则可以控制所述充放电控制电路解除放电保护状态。如果当前负载的阻值仍然小于预设阈值，那么则接着判断当前的负载为第一负载还是第二负载。如果此时负载的阻值发生了变化，由第二负载变为了第一负载，即由小负载变为大负载，那么则相应地执行放电保护锁定，充放电控制电路关闭放电MOS管，系统会一直保持放电保护状态，只有充电或重启BMS系统才能解除锁定状态。示例性地，例如，小负载得电后，继续打开大负载(如电机)导致BMS放电过流保护，BMS系统就要锁定小负载的过流保护恢复功能。

在一实施例中，如图6所示，所述步骤S150包括：S151-S154。

S151、判断所述负载的电阻值是否处于第一预设电阻值范围内。

S152、若所述负载的电阻值处于第一预设电阻值范围内，则判定所述负载为第一负载。

S153、判断所述负载的电阻值是否处于第二预设电阻值范围内。

S154、若所述负载的电阻值处于第二预设电阻值范围内，则判定所述负载为第二负载。

在一实施例中，通过设置电阻值范围来判定负载为大负载或小负载。其中，第一预设电阻值范围为0.1mΩ-10Ω，第二预设电阻值范围为10Ω-1KΩ。示例性地，若负载的电阻值为5Ω，该负载的电阻值落入到了第一预设电阻值范围内，那么则判定该负载为第一负载，即大负载。示例性地，若负载的电阻值为50Ω，该负载的电阻值落入到第二预设电阻值范围内，那么则判定该负载为第二负载，即小负载。由此，通过设置第一预设电阻值范围和第二预设电阻值范围来判定大负载或小负载，由此可以针对大负载，BMS继续执行放电过流保护锁定；针对小负载执行释放放电保护。

在其他实施例中，所述负载检测方法还包括：S101-S105。

S101、控制所述充放电控制电路执行放电保护。

S102、每间隔预设时间段控制所述充放电控制电路释放放电保护。

S103、若所述充放电控制电路释放放电保护失败达到预设次数。

S104、控制所述充放电控制电路持续执行放电保护。

S105、周期性执行所述闭合所述预放电电路。

在一实施例中，预设时间段为30s，预设次数为3次。具体地，在BMS放电保护后，放电MOS管被关闭；30秒钟放电MOS管会自动恢复一次开启，如果连续三次恢复都是放电保护(即释放放电保护失败)，BMS执行放电保护锁定，放电管永久关闭；此后每20秒钟打开一次预放电电路进行负载检测。本实施例通过预放电电路来实现负载检测及放电保护的恢复功能，在放电保护持续执行时，利用周期性开启预放电电路来恢复放电保护。且预放电电路是周期性开启，可以节省BMS的电能损耗。

参照图7，本实施例结合实际工作过程对本发明实施例的执行过程进行描述，具体如下。闭合预放电电路后，电流流向如箭头所指向。其中，充电MOS管为Q3和Q5，放电MOS管为Q4和Q6，预放电电阻为RT1和RT2，预放电电路为1，电压采集电路为2，主功率回路为3，充放电控制电路为4。电压采集电路和预放电电路均与MCU连接，由MCU控制，P+端电压通过ADC转换成MCU的电压数据。

在BMS放电保护后，放电管被关闭；30秒钟放电MOS管(Q4、Q6)会自动恢复一次开启，如果连续三次恢复都是放电保护，BMS执行放电保护锁定，放电MOS管(Q4、Q6)关闭；此后每20秒钟打开一次预放电电路进行负载检测，如果连接在P+与P-之间的是大负载(内阻较小)，BMS保护板就会检测到一定的电流值，因为预放电电阻(RT1、RT2)的存在，此时的电流值不会太大，大概在2-3A之间，P+上检测到的电压较小，可以通过P+电压除以电流来计算出负载阻值，MCU判断负载在线；如果连接在P+与P-之间的是小负载(内阻较大)，BMS保护板就会检测到较小的电流值，P+上检测到的电压较大，可以通过P+电压除以电流来计算出负载阻值，MCU判断负载在线；如果P+与P-之间没有负载，BMS保护板检测到的电流值会稳定在零，P+上检测到的电压就是B+上的电压，MCU判断负载离线，执行放电保护释放的功能；MCU可以设置负载检测电阻的范围，超过这个范围的电阻被判断为负载离线。

参照图7，本发明实施例还提供一种电池管理系统(BMS)，包括主功率回路、充放电控制电路、预放电电路、电压采集电路、模拟前端芯片(图中未示出)以及控制器(图中未示出)，主功率回路，与电池包总正极连接，所述主功率回路上形成有用于连接负载的正极检测点；充放电控制电路，与所述主功率回路连接，所述充放电控制电路用于执行放电保护；预放电电路，与所述主功率回路连接，所述预放电电路用于检测负载；电压采集电路，用于与负载连接，所述电压采集电路用于采集负载的电压值；模拟前端芯片，用于与负载连接，所述模拟前端芯片用于采集负载的电流值；控制器，与所述充放电控制电路、所述预放电电路、所述电压采集电路和所述模拟前端芯片连接，所述控制器用于执行上述实施例所述的负载检测方法以对负载进行检测。其中，所述控制器包括MCU，由MCU进行控制。

通过实施本实施例，负载检测功能直接由MCU控制，可以定制化开发，为客户提供了更多的选择；负载检测功能抗干扰性很强，采用多重滤波算法可以提高BMS系统的稳定性和可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负载检测方法，应用于电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括：主功率回路、充放电控制电路、电压采集电路、模拟前端芯片、预放电电路，所述充放电控制电路和所述预放电电路连接于所述主功率回路，所述主功率回路形成有用于连接负载的正极检测点，所述电压采集电路连接于所述正极检测点，所述模拟前端芯片用于连接负载，所述方法包括：

闭合所述预放电电路；

通过所述电压采集电路采集所述正极检测点上的电压值和通过所述模拟前端芯片采集所述负载的电流值；

根据所述电压值和所述电流值确定所述负载的电阻值；

根据所述负载的电阻值判断所述负载在线或离线。

2.根据权利要求1所述的负载检测方法，其特征在于，所述根据所述负载的电阻值判断所述负载在线或离线，包括：

判断所述负载的电阻值是否大于预设阈值；

若所述负载的电阻值大于预设阈值，则判定所述负载处于离线状态。

3.根据权利要求2所述的负载检测方法，其特征在于，所述判断所述负载的电阻值是否大于预设阈值之后，还包括：

若所述负载的电阻值不大于预设阈值，则判定所述负载处于在线状态。

4.根据权利要求3所述的负载检测方法，其特征在于，所述根据所述负载的电阻值判断所述负载在线之后，还包括：

根据所述负载的电阻值判断所述负载为第一负载或第二负载，其中，所述第一负载的阻值小于所述第二负载的阻值；

当所述负载为第一负载时，控制所述充放电控制电路执行放电保护锁定；

当所述负载为第二负载时，控制所述充放电控制电路执行放电保护。

5.根据权利要求4所述的负载检测方法，其特征在于，所述根据所述负载的电阻值判断所述负载为第一负载或第二负载，包括：

判断所述负载的电阻值是否处于第一预设电阻值范围内；

若所述负载的电阻值处于第一预设电阻值范围内，则判定所述负载为第一负载。

6.根据权利要求5所述的负载检测方法，其特征在于，所述根据所述负载的电阻值判断所述负载为第一负载或第二负载，包括：

判断所述负载的电阻值是否处于第二预设电阻值范围内；

若所述负载的电阻值处于第二预设电阻值范围内，则判定所述负载为第二负载。

7.根据权利要求6所述的负载检测方法，其特征在于，所述当所述负载为第二负载时，控制所述充放电控制电路释放放电保护之后，还包括：

返回执行所述判断所述负载的电阻值是否大于预设阈值。

8.根据权利要求2所述的负载检测方法，其特征在于，所述判定所述负载处于离线状态之后，还包括：

控制所述充放电控制电路执行放电保护恢复。

9.根据权利要求1-8任一项所述的负载检测方法，其特征在于，所述闭合所述预放电电路之前还包括：

控制所述充放电控制电路执行放电保护；

每间隔预设时间段控制所述充放电控制电路释放放电保护；

若所述充放电控制电路释放放电保护失败达到预设次数；

控制所述充放电控制电路持续执行放电保护；

周期性执行所述闭合所述预放电电路。

10.一种电池管理系统，其特征在于，包括：

主功率回路，与电池包总正极连接，所述主功率回路上形成有用于连接负载的正极检测点；

充放电控制电路，与所述主功率回路连接，所述充放电控制电路用于执行放电保护；

预放电电路，与所述主功率回路连接，所述预放电电路用于检测负载；

电压采集电路，用于与负载连接，所述电压采集电路用于采集负载的电压值；

模拟前端芯片，用于与负载连接，所述模拟前端芯片用于采集负载的电流值；

控制器，与所述充放电控制电路、所述预放电电路、所述电压采集电路和所述模拟前端芯片连接，所述控制器用于执行上述权利要求1-9任一项所述的负载检测方法以对负载进行检测。

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