CN115459412A - 一种电池预放电控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池预放电控制系统及控制方法，控制方法包括：在电池的主放电支路两端并联设置预放电支路，预放电支路配置有开关Q1和预放电阻，主放电支路配置有放电开关Q2；连接负载，并采样负载的端电压；在闭合Q1，且断开Q2的状态下，判断负载的端电压是否满足放电条件，若满足放电条件，则断开Q1，闭合Q2；若不满足放电条件，则断开Q1和Q2，并在间隔预放等待时间后进行下一次判断是否满足放电条件，预放等待时间随不满足放电条件的次数增加而累加。本发明通过设置预放电模块进行二级预放判断，降低放电开关误开启概率，提高电池可靠性；设定逐次累加的预放等待时间，避免在负载短路时频繁开机导致预放电阻烧坏和产品失效。

Description

一种电池预放电控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电池控制领域，尤其涉及一种电池预放电控制系统及控制方法。

背景技术

电源产品中电池的放电通常都是通过BMS（电池管理系统）来控制放电开关（如MOSFET、继电器等）的导通或关断来进行的。但是，在外部负载短路的情况下，如果直接闭合放电开关，电流冲击会比较大，容易损坏开关，从而导致电池放电控制失效，可能引发严重后果。

现有的解决方案是设置一个预放电回路，在放电开关闭合前，预放电回路先通过限流电阻输出一个小电流给负载供电，通过负载上的电压来判断负载是否短路，从而在负载短路的情况下，不闭合放电开关，起到保护开关和电池的作用。但是这种解决方案使负载持续短路并反复开机的情况下，容易烧坏限流电阻，导致电源/电池产品失效。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，也不必然会给出技术教导；在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日之前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的目的是提供一种设置二级预放判断的电池预放电控制系统及控制方法，可提前准确判断负载状态，降低放电开关误开启概率，提高BMS的可靠性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种电池预放电控制方法，包括以下步骤：

在电池的主放电支路两端并联设置预放电支路，其中，所述主放电支路配置有第一可控开关，所述预放电支路配置有第二可控开关和电阻；

连接负载，并采样所述负载的端电压；

在闭合所述第二可控开关，且断开所述第一可控开关的状态下，判断所述负载的端电压是否满足放电条件，若满足放电条件，则断开所述第二可控开关，闭合所述第一可控开关；若不满足放电条件，则断开第一可控开关和第二可控开关，并在间隔预放等待时间后进行下一次判断所述负载的端电压是否满足放电条件，其中，所述预放等待时间随不满足放电条件的次数增加而累加。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，判断所述负载的端电压是否满足放电条件的步骤包括：

在闭合第二可控开关后，等待预设的第一时间阈值，并采样所述负载当前的第一端电压；

若所述第一端电压大于预设的第一电压阈值，则等待预设的第二时间阈值，并采样所述负载当前的第二端电压，否则不满足放电条件；

若所述第二端电压大于预设的第二电压阈值，则满足放电条件，否则不满足放电条件；

其中，第一时间阈值小于第二时间阈值，第一电压阈值小于第二电压阈值。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述第一时间阈值小于1 s，所述第二时间阈值大于1 s。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述第一电压阈值介于电池电压的20%至45%，所述第二电压阈值介于电池电压的55%至80%；

所述第一时间阈值介于100至550 ms，所述第二时间阈值介于1.2至4 s。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，实时采样所述电池的端电压，若所述电池电压采样值低于电池标称电压，则所述第一电压阈值介于所述电池电压采样值的20%至27.5%，所述第二电压阈值介于所述电池电压采样值的55%至60%；所述第一时间阈值介于350至500 ms，所述第二时间阈值介于1.2至2 s。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，若满足放电条件，则将所述预放等待时间重置为初始值；

若不满足放电条件，则根据连续不满足放电条件的次数确定所述预放等待时间的累加幅值，当前累加幅值大于或等于上一次累加幅值。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述预放等待时间的累加幅值保持不变；

或者，所述连续不满足放电条件的次数越高，则所述预放等待时间的累加幅值越大；

或者，若所述连续不满足放电条件的次数介于1至i，则所述预放等待时间的累加幅值被配置为△t ₁ ，若所述连续不满足放电条件的次数介于i+1至i+j，则所述预放等待时间的累加幅值被配置为△t ₂ ，其中，i，j为正整数，△t ₁ 小于△t ₂ 。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，本发明提供的电池预放电控制方法还包括在所述预放等待时间累加后，判断累加后的预放等待时间是否超过预设的等待时间限值，若是，则发出提示信号及/或停止预放电动作；否则间隔所述预放等待时间后进行下一次判断所述负载的端电压是否满足放电条件。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种电池预放电控制系统，包括电池、主放电支路、预放电支路和控制模块，所述主放电支路与电池串联形成为负载供电的回路，所述预放电支路并联在主放电支路的两端，所述主放电支路配置有第一可控开关，所述预放电支路配置有第二可控开关和电阻（即预放电阻）；

所述控制模块配置有对所述负载的端电压进行采样的电压采样单元，所述控制模块被配置为通过以下方式控制所述第一可控开关和第二可控开关：

响应于电池放电需求指令，控制所述第二可控开关闭合，及控制所述第一可控开关断开；

等待预设的第一时间阈值，并采样所述负载当前的第一端电压；

若所述第一端电压大于预设的第一电压阈值，则等待预设的第二时间阈值，并采样所述负载当前的第二端电压，否则不满足放电条件；

若所述第二端电压大于预设的第二电压阈值，则控制所述第二可控开关断开，且控制所述第一可控开关闭合，否则不满足放电条件；其中，第一时间阈值小于第二时间阈值，第一电压阈值小于第二电压阈值；

若不满足放电条件，则控制第一可控开关和第二可控开关均断开，并累加预放等待时间，更新并保存累加后的预放等待时间；

间隔预放等待时间后进行下一次判断所述负载的端电压是否满足放电条件。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述系统还包括存储模块，所述控制模块还被配置为：

将所述累加后的预放等待时间存入所述存储模块；

在控制所述第二可控开关断开，且控制所述第一可控开关闭合后，将所述预放等待时间重置为初始值并存入所述存储模块；

以及在累加预放等待时间后，判断累加后的预放等待时间是否超过预设的等待时间限值，若是，则驱动报警器发出提示信号及/或停止预放电动作；否则间隔所述预放等待时间后进行下一次判断所述负载的端电压是否满足放电条件。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

a. 通过增加预放电模块，并设置二级预放判断，可提前准确判断负载状态，降低放电开关误开启概率，提高BMS的可靠性；

b. 设定预放等待时间，并进行累加，避免在负载短路时频繁开机导致预放电阻烧坏；

c. 将设定的参数存储到存储模块，避免意外掉电后数据丢失导致的控制逻辑失效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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为本发明的一个示例性实施例提供的电池预放电控制系统的框架示意图；

图2为本发明的一个示例性实施例提供的电池预放电控制系统的电路结构示意图；

图3为本发明的一个示例性实施例提供的电池预放电控制方法的基础流程示意图；

图4为本发明的一个示例性实施例提供的电池预放电控制方法的具体流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种电池预放电控制系统，如图1所示，系统包括电池、主放电支路、预放电支路、控制模块和存储模块，所述主放电支路与电池串联形成为负载供电的回路，所述预放电支路并联在主放电支路的两端，具体的实施例中，如图2所示，所述主放电支路配置有第一可控开关，比如MOS开关管Q2，所述预放电支路配置有电阻R₁和第二可控开关，比如MOS开关管Q1；

所述控制模块MCU配置有对所述负载的端电压V _o 进行采样的电压采样单元，所述控制模块被配置为通过如图3所示的方式控制MOS开关管Q1和Q2的通断：

在连接负载的情况下，响应于电池放电需求指令，控制Q1闭合、Q2断开，此时，主放电支路断路，电池通过预放电支路的电阻R₁给负载供电；

判断所述负载的端电压是否满足放电条件，若满足放电条件，则断开Q1、闭合Q2，进入正常放电模式，即电池、主放电支路与负载形成通路。若不满足放电条件，则断开Q1和Q2，并在间隔预放等待时间后进行下一次判断所述负载的端电压是否满足放电条件，其中，所述预放等待时间随不满足放电条件的次数增加而累加。本实施例中的负载的端电压可以分别对负载的两端进行电压采样，设其中一端（即电池正极、放电正极）的电池电压采样值为V1，另一端（即放电负极）的电压采样值为V2，则该两端的电压差被定义为负载的端电压。

在一个具体的实施例中，如图4所示，初始状态下，Q1和Q2均处于断开状态，响应于电池放电需求指令，经过预放等待时间t后，控制Q1闭合、Q2断开，本实施例中t的初始值为0s。

在闭合Q1之后，等待预设的第一时间阈值t1后，采样负载的端电压V _o ；

若负载当前的端电压V _o 未大于预设的第一电压阈值V _o1 ，则不满足放电条件；若V _o 大于V _o1 ，则继续执行：

等待预设的第二时间阈值t2后，采样负载的端电压V _o ；

若负载当前的端电压V _o 未大于预设的第二电压阈值V _o2 ，则不满足放电条件；若V _o 大于V _o2 ，则满足放电条件，即可以断开预放电支路而导通主放电支路，即断开Q1而闭合Q2，并将预放等待时间t重置为零，将所述重置后的预放等待时间t存入存储模块。

本发明采用二级预放检测判断机制，来提升负载异常检测结果的准确性和可靠性，降低放电开关在负载异常的情况下误开启的概率。二级预放检测分为在闭合Q1后的毫秒级时间后的一次检测及秒级别时间后的二次检测，其检测机理在于：通过试验可以获知存在以下两种情况：

情况一、负载在预放电回路接通后的几百个毫秒后，检测到负载的端电压是合格的；但是在预放电回路接通后的若干秒后，比如2秒后，检测到的端电压却不合格；

情况二、预放电回路接通几百个毫秒后检测到的负载端电压是不合格的，但是负载在预放电回路接通后的若干秒后，检测到负载的端电压却是合格的；

以上两种情况并未被现有技术披露。

上述的合格的标准是指合格的无异常的同规格的负载在同一个预放电回路接通预设的时间后的负载端电压所处的临界范围，这个临界范围可以通过多次试验获得，若试验结果中有明显的噪点，则需要排除，然后可以取排除噪点后的试验值确定合格范围。

在本实施例中，第一时间阈值t1介于100至550 ms，第二时间阈值t2介于1.2至4s，等待t1用于判断负载端是否存在短路，能够有效限制在负载短路时预放电阻的过载功率；第一电压阈值V _o1 介于电池电压的20%至45%，第二电压阈值V _o2 介于电池电压的55%至80%；经过二次判断，有效提升判断结果的准确性。

在一个具体的实施例中，所述电池电压为固定值，比如电池充满电的端电压，或者额定电压（又称标称电压）；

在另一个具体的实施例中，所述电池电压为变量，是电路通路时电池的当前端电压，即上述的电池正极/放电正极的电池电压采样值V1，相应地，系统还配置有对电池进行电压采样的电路，以实时采样所述电池的端电压。在探究同一电池的不同放电程度是否影响用于判断是否满足放电条件的电压阈值（V _o1 ，V _o2 ）的设定标准的试验中，以及在探究同一电池的不同放电程度是否影响用于判断是否满足放电条件的等待时间t1、t2的设定标准的试验中，发现电池的实时端电压在低于标称电压的情况下，相比于高于标称电压的情况，即使是正常的负载，在二级预放检测的一次检测阶段需要更长时间达到电池电压的45%，在二次检测阶段，个别异常的负载在等待4s后负载电压也能升至电池电压的55%，基于此试验结果，本实施例中，若所述电池电压采样值低于电池标称电压，第一电压阈值V _o1 设定为当前电池电压采样值的20%至27.5%，第二电压阈值V _o2 设定为当前电池电压采样值的55%至60%；所述第一时间阈值介于280至500 ms，所述第二时间阈值介于1.2至2 s，在进一步具体的实施例中，电池组的额定电压为48V，预防电阻R₁的阻值介于10~30欧姆，当采样到电池电压为47.5V时，设定第一电压阈值V _o1 为11.8V，设定第一电压阈值V _o2 为27.3V，设定第一时间阈值t1为450 ms，设定第二时间阈值t2为1.3 s。本发明实施例通过试验验证得到的阈值设定策略，即在实时电池电压低于电池标称电压的情况下，在高于标称电压情况下可选取的阈值范围选取偏下的第一电压阈值、第二电压阈值、第二时间阈值，选取偏上的第一时间阈值，这里所说的“偏下”和“偏上”被定义为：对于具有下临界值a、上临界值b的区间范围，若设定阈值小于a+(b-a)/3，则该阈值属于在该区间范围内的偏小设定值；若设定阈值大于a+(b-a)*2/3，则该阈值属于在该区间范围内的偏大设定值，这种阈值设定的方式不容易出现错检，有利于进一步提高负载异常检测结果的准确性和可靠性。除了将预放等待时间t存入存储模块（可以采用SPI Flash，其与控制模块MCU通信），控制模块还可以将当前的第一电压阈值V _o1 、第二电压阈值V _o2 、第一时间阈值t1、第二时间阈值t2的设定值也存入存储模块，当其随着实时电池电压发生变化时，控制模块对存储模块中的各设定值进行更新。

本发明采用的二级预放检测判断机制定义为只要有任意一次检测结果为不满足放电条件，则需要进行预放电等待，以避免在负载短路时频繁开机导致预放电阻烧坏的情况发生。一方面，预放等待时间t随不满足放电条件的次数增加而累加，比如，第一次不满足放电条件，则需要等待10s再进行下一次判断是否符合放电条件，若判定还是不符合放电条件，则需要等待12s（累加幅值为2s）进行第三次判断是否符合放电条件。控制模块将累加后的预放等待时间t存入所述存储模块，可避免意外掉电后数据丢失而导致控制逻辑失效的现象发生。

每次预放等待时间t每次累加的幅值可以有不同的实施方式：

方式一、预放等待时间t每次累加的幅值保持不变；

方式二、连续不满足放电条件的次数越高，则预放等待时间t的累加幅值越大；

方式三、随连续不满足放电条件的次数的增长而阶梯式地提高每次累加幅值，比如前4次连续不满足放电条件的情况，对应预放等待时间t的每次累加幅值为3s；第5至10次连续不满足放电条件的情况，对应预放等待时间t的每次累加幅值为10s；从第11次连续不满足放电条件的情况起，对应预放等待时间t的每次累加幅值为30s。

在一个实施例中，为预放等待时间t设置一个等待时间限值T（比如5min），当t累加至超过该上限值T，则不再进行下一次的判断是否满足放电条件，即在所述预放等待时间累加后，控制模块判断累加后的预放等待时间t是否超过预设的等待时间限值T，若是，则驱动报警器发出提示信号及/或停止预放电动作；若未达到限值T，则间隔累加后的预放等待时间t后进行下一次判断所述负载的端电压是否满足放电条件。

在本发明的一个实施例中，预放电支路上的电阻数量可以为多个，防止其中一个电阻R ₁ 被短接时无法起到预放电的作用；或者，对预放电支路上的电阻R ₁ 的端电压进行采样，以通过电阻R ₁ 的端电压采样结果来分析电阻R ₁ 是否发生损坏。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池预放电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在电池的主放电支路两端并联设置预放电支路，其中，所述主放电支路配置有第一可控开关，所述预放电支路配置有第二可控开关和电阻；

连接负载，并采样所述负载的端电压；

在闭合所述第二可控开关，且断开所述第一可控开关的状态下，判断所述负载的端电压是否满足放电条件，若满足放电条件，则断开所述第二可控开关，闭合所述第一可控开关；若不满足放电条件，则断开第一可控开关和第二可控开关，并在间隔预放等待时间后进行下一次判断所述负载的端电压是否满足放电条件，其中，所述预放等待时间随不满足放电条件的次数增加而累加。

2.根据权利要求1所述的电池预放电控制方法，其特征在于，判断所述负载的端电压是否满足放电条件的步骤包括：

在闭合第二可控开关后，等待预设的第一时间阈值，并采样所述负载当前的第一端电压；

若所述第一端电压大于预设的第一电压阈值，则等待预设的第二时间阈值，并采样所述负载当前的第二端电压，否则不满足放电条件；

若所述第二端电压大于预设的第二电压阈值，则满足放电条件，否则不满足放电条件；

其中，第一时间阈值小于第二时间阈值，第一电压阈值小于第二电压阈值。

3.根据权利要求2所述的电池预放电控制方法，其特征在于，所述第一时间阈值小于1s，所述第二时间阈值大于1 s。

4.根据权利要求2所述的电池预放电控制方法，其特征在于，所述第一电压阈值介于电池电压的20%至45%，所述第二电压阈值介于电池电压的55%至80%；

所述第一时间阈值介于100至550 ms，所述第二时间阈值介于1.2至4 s。

5.根据权利要求4所述的电池预放电控制方法，其特征在于，实时采样所述电池的端电压，若所述电池电压采样值低于电池标称电压，则所述第一电压阈值介于所述电池电压采样值的20%至27.5%，所述第二电压阈值介于所述电池电压采样值的55%至60%；所述第一时间阈值介于350至500 ms，所述第二时间阈值介于1.2至2 s。

6.根据权利要求1所述的电池预放电控制方法，其特征在于，若满足放电条件，则将所述预放等待时间重置为初始值；

若不满足放电条件，则根据连续不满足放电条件的次数确定所述预放等待时间的累加幅值，当前累加幅值大于或等于上一次累加幅值。

7.根据权利要求6所述的电池预放电控制方法，其特征在于，所述预放等待时间的累加幅值保持不变；

或者，所述连续不满足放电条件的次数越高，则所述预放等待时间的累加幅值越大；

或者，若所述连续不满足放电条件的次数介于1至i，则所述预放等待时间的累加幅值被配置为△t ₁ ，若所述连续不满足放电条件的次数介于i+1至i+j，则所述预放等待时间的累加幅值被配置为△t ₂ ，其中，i，j为正整数，△t ₁ 小于△t ₂ 。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池预放电控制方法，其特征在于，还包括在所述预放等待时间累加后，判断累加后的预放等待时间是否超过预设的等待时间限值，若是，则发出提示信号及/或停止预放电动作；否则间隔所述预放等待时间后进行下一次判断所述负载的端电压是否满足放电条件。

9.一种电池预放电控制系统，其特征在于，包括电池、主放电支路、预放电支路和控制模块，所述主放电支路与电池串联形成为负载供电的回路，所述预放电支路并联在主放电支路的两端，所述主放电支路配置有第一可控开关，所述预放电支路配置有第二可控开关和电阻；

所述控制模块配置有对所述负载的端电压进行采样的电压采样单元，所述控制模块被配置为通过以下方式控制所述第一可控开关和第二可控开关：

响应于电池放电需求指令，控制所述第二可控开关闭合，及控制所述第一可控开关断开；

等待预设的第一时间阈值，并采样所述负载当前的第一端电压；

若所述第一端电压大于预设的第一电压阈值，则等待预设的第二时间阈值，并采样所述负载当前的第二端电压，否则不满足放电条件；

若所述第二端电压大于预设的第二电压阈值，则控制所述第二可控开关断开，且控制所述第一可控开关闭合，否则不满足放电条件；其中，第一时间阈值小于第二时间阈值，第一电压阈值小于第二电压阈值；

若不满足放电条件，则控制第一可控开关和第二可控开关均断开，并累加预放等待时间，更新并保存累加后的预放等待时间；

间隔预放等待时间后进行下一次判断所述负载的端电压是否满足放电条件。

10.根据权利要求9所述的电池预放电控制系统，其特征在于，所述系统还包括存储模块，所述控制模块还被配置为：

将所述累加后的预放等待时间存入所述存储模块；

在控制所述第二可控开关断开，且控制所述第一可控开关闭合后，将所述预放等待时间重置为初始值并存入所述存储模块；

以及在累加预放等待时间后，判断累加后的预放等待时间是否超过预设的等待时间限值，若是，则驱动报警器发出提示信号及/或停止预放电动作；否则间隔所述预放等待时间后进行下一次判断所述负载的端电压是否满足放电条件。

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