CN117394502A - 一种新能源电池短路智能保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新能源电池短路智能保护系统，包括电流通和硬件保护板；电流通道位于电池和负载之间，电流通道包括预充通道和放电通道，硬件保护板设置在电流通道，用于对电流通道的工作模式和预充模式进行切换，工作模式时放电通道导通，预充通道断开，预充模式时放电通道断开，预充通道导通；当检测到电流超过短路阈值时，硬件保护板将电流通道切换为预充模式，此时电流处于强制限流状态；在预充时间后，硬件保护板将电流通道切换回工作模式，并再次检测电流是否超过短路阈值，然后在电流低于短路阈值时将电流通道保持在工作状态。该新能源电池短路智能保护系统能够有效区分真实短路和非真实短路，同时避免了非真实短路对正常工作造成的影响。

Description

一种新能源电池短路智能保护系统
技术领域
本发明涉及短路保护技术领域，特别是涉及一种新能源电池短路智能保护系统。
背景技术
新能源电池组主要指的是用于新能源汽车、储能系统等领域的大型电池组，一般采用锂离子电池、钠离子电池等高能量密度的二次电池技术，通过串联和并联等方式组成电池组，以满足不同应用场景的功率、能量等需求。
新能源电池在实际使用过程中，可能会遇到两种短路情况，一种是非真实短路，如电网不稳定发生跳变，或者某些大功率设备在上/下电的情况，会出现瞬间的大电流，超过一定的阈值，会被误认为短路，该电流虽然数值很大，但时间很短，总体能量并不大，此种情况不会对设备造成危害，但是设备会短路报警并停机，对用户体验产生非常不好的影响，需要加以克服。
另一种是真实短路，用户在使用过程中，由于错误操作，将正，负极连接在一起，由于是真实物理短路，时间会一直持续，能量非常大，会导致设备严重损坏，这种情况需要及时，有效的加以保护。而目前并没有能够根据实际短路状况进行区分保护的方法。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种新能源电池短路智能保护系统，能够有效区分真实短路和非真实短路，同时避免了非真实短路对正常工作造成的影响。
一种新能源电池短路智能保护系统，包括：
电流通道，位于电池和负载之间，所述电流通道包括预充通道和放电通道，
硬件保护板，设置在所述电流通道，用于对电流通道的工作模式和预充模式进行切换，所述工作模式时所述放电通道导通，所述预充通道断开，所述预充模式时所述放电通道断开，所述预充通道导通；
当检测到电流超过短路阈值时，所述硬件保护板将所述电流通道切换为预充模式，此时电流处于强制限流状态；在预充时间后，所述硬件保护板将所述电流通道切换回工作模式，并再次检测电流是否超过短路阈值，然后在电流低于短路阈值时将所述电流通道保持在工作状态。
在其中一个实施例中，当再次检测到电流超过短路阈值时，所述硬件保护板再次将所述电流通道切换为预充模式；
所述硬件保护板根据预充时间调整算法刷新所述预充时间，所述预充时间调整算法根据距离当前时刻最近的所述预充模式开始和结束时的电路各参数计算得到。
在其中一个实施例中，所述预充时间调整算法包括：
It1 = Ui*e^(-t1/τ)/R
It2 = Ui*e^(-t2/τ)/R
Δt = t2 -t1
式中，Δt表示本次预充时间，It1表示上次预充模式开始时的电流值，It2表示上次预充模式结束时的电流值，Ui表示电池电压，e表示自然对数的底，τ = RC，表示电阻的阻值 R 和电容的容值 C 的乘积。
在其中一个实施例中， 所述根据预充时间调整算法刷新所述预充时间之后，判断刷新后的预充时间是否大于边界阈值，并在刷新后的预充时间大于边界阈值时将边界阈值赋予刷新后的预充时间，所述边界阈值为最大预充时间。
在其中一个实施例中，所述预充时间调整算法还包括：
t3 = -τ*log(Is*R/Ui)
当t3大于TP时，将TP赋予t3
式中，t3表示下次预充时间，Is表示短路阈值，TP表示边界阈值。
在其中一个实施例中，当重复检测到电流超过短路阈值达到设定次数时，所述硬件保护板将所述电流通道整个断开，并进行短路报警。
在其中一个实施例中，当在设定次数内检测到电流未超过短路阈值时，所述硬件保护板将所述电流通道切换为工作模式，并初始化电路参数。
在其中一个实施例中，所述电流通道的电流输入端设置有充电MOS，所述电流通道的电流输出端设置有采样电阻，所述放电通道和所述预充通道并联设置在所述充电MOS和所述采样电阻之间。
在其中一个实施例中，所述放电通道设置有放电MOS，所述预充通道设置有依次串联的预充MOS和预充电阻。
在其中一个实施例中，所述采样电阻小于所述预充电阻三个数量级，用于将电流限制在一定范围内。
上述新能源电池短路智能保护系统，工作模式下，放电通道导通，预充通道断开，电流处于全通行状态，当在工作模式下突发短路时会形成巨大的电流尖峰，此时会检测到电流超过短路阈值，硬件保护板会将工作模式切换为预充模式，预充模式下，放电通道断开，预充通道导通，电流处于强制限流状态，经过预先设定好的预充时间后硬件保护板会将预充模式切换回工作模式，并再次检测电流是否大于短路阈值，若电流低于短路阈值，则说明已经完成了智能处理，可以将电路保持在工作模式进行正常工作，该新能源电池短路智能保护系统能够有效区分真实短路和非真实短路，同时避免了非真实短路对正常工作造成的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，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为本发明提供的新能源电池短路保护系统场景模型图之一；
图2为本发明提供的新能源电池短路保护系统场景模型图之二；
图3为本发明提供的新能源电池短路保护系统场景模型图之三；
图4为本发明提供的新能源电池短路保护系统框架流程图之一；
图5为本发明提供的新能源电池短路保护系统框架流程图之二；
图6为本发明提供的新能源电池短路保护系统中电容电压变化曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，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。
下面结合图1至图6描述本发明的新能源电池短路智能保护系统。
在一个实施例中，一种新能源电池短路智能保护系统，包括电流通和硬件保护板；电流通道位于电池和负载之间，电流通道包括预充通道和放电通道，硬件保护板设置在电流通道，用于对电流通道的工作模式和预充模式进行切换，工作模式时放电通道导通，预充通道断开，预充模式时放电通道断开，预充通道导通；当检测到电流超过短路阈值时，硬件保护板将电流通道切换为预充模式，此时电流处于强制限流状态；在预充时间后，硬件保护板将电流通道切换回工作模式，并再次检测电流是否超过短路阈值，然后在电流低于短路阈值时将电流通道保持在工作状态。
参考场景模型图1，包含电池、电流通道和负载，其中，电流通道由硬件保护板控制，负载拟化为电容元件，在非真实短路情况下，电流通道导通的瞬间，由于电容效应，电流巨大，电池给电容充电，随着时间的推移，电容电压会逐渐升高直至充满，电流会逐渐变小，具体变化参考图6。
上述新能源电池短路智能保护系统，工作模式下，电流的走向如图2所示，此时放电通道导通，预充通道断开，电流处于全通行状态，当在工作模式下突发短路时会形成巨大的电流尖峰，此时会检测到电流超过短路阈值，硬件保护板会将工作模式切换为预充模式，预充模式下，电流的走向如图3所示，此时放电通道断开，预充通道导通，电流处于强制限流状态，经过预先设定好的预充时间后硬件保护板会将预充模式切换回工作模式，并再次检测电流是否大于短路阈值，若电流低于短路阈值，则说明已经完成了智能处理，可以将电路保持在工作模式进行正常工作，该新能源电池短路智能保护系统能够有效区分真实短路和非真实短路，同时避免了非真实短路对正常工作造成的影响。
在一个实施例中，本发明提供的新能源电池短路智能保护系统，当再次检测到电流超过短路阈值时，硬件保护板再次将电流通道切换为预充模式；硬件保护板根据预充时间调整算法刷新预充时间，预充时间调整算法根据距离当前时刻最近的预充模式开始和结束时的电路各参数计算得到。
在实际使用过程中，考虑到电元件的使用性能及寿命，预充时间不宜过长，且由于负载的多样性，每次预充的时间，均需要动态调整，既要满足快速充电的要求，又不能超过元件承受的极限。
例如：设Is为短路阈值，且t1时刻，检测到电流超过阈值开始预充，预充时间使用上次经验值，t2时刻预充结束。
预充时间调整算法包括：
It1 = Ui*e^(-t1/τ)/R
It2 = Ui*e^(-t2/τ)/R
Δt = t2 -t1
式中，Δt表示本次预充时间，It1表示上次预充模式开始时的电流值，It2表示上次预充模式结束时的电流值，Ui表示电池电压，e表示自然对数的底，τ = RC，表示电阻的阻值 R 和电容的容值 C 的乘积，由于使用负载的不同，当C发生变化，τ也随之变化。
在一个实施例中，本发明提供的新能源电池短路智能保护系统，根据预充时间调整算法刷新预充时间之后，判断刷新后的预充时间是否大于边界阈值，并在刷新后的预充时间大于边界阈值时将边界阈值赋予刷新后的预充时间，边界阈值为最大预充时间。
当刷新后的预充时间大于边界阈值时，预充时间算法还包括：
Is = Ui*e^(-t3/τ)/R
化简后得出 t3 = -τ*log(Is*R/Ui)
当t3大于TP时，将TP赋予t3
式中，t3表示下次预充时间，Is表示短路阈值，TP表示边界阈值。
需要说明的是，电容充电计算公式为：Uc(t) = Ui*(1-e^(-t/τ))；预充电流计算公式为：I(t) = (Ui-Uc(t))/R = Ui*e^(-t/τ)/R。
在一个实施例中，本发明提供的新能源电池短路智能保护系统，当重复检测到电流超过短路阈值达到设定次数时，硬件保护板将电流通道整个断开，并进行短路报警。
当多次检测到电流超过短路阈值，且次数达到设定次数，则认定电路为真实短路，需要断开整个电流通道（断开充/放电MOS，预充MOS），并且进行短路报警，上述新能源电池短路智能保护系统框架流程图如图4和图5所示。
在一个实施例中，本发明提供的新能源电池短路智能保护系统，当在设定次数内检测到电流未超过短路阈值时，硬件保护板将电流通道切换为工作模式，并初始化电路参数。
在一个实施例中，本发明提供的新能源电池短路智能保护系统，电流通道的电流输入端设置有充电MOS，电流通道的电流输出端设置有采样电阻，放电通道和预充通道并联设置在充电MOS和采样电阻之间。放电通道设置有放电MOS，预充通道设置有依次串联的预充MOS和预充电阻。
其中，采样电阻（Sampling resistance），放电MOS（discharge MOS），预充MOS（Precharge MOS），充电MOS（charge MOS）都可划分为硬件保护板的范畴。当电流处于全通行状态时，MOS管的电流损耗可以忽略不计。当电流处于强制限流状态时，电流大小由电池电压以及预充电阻决定，(采样电阻小预充电阻3个数量级，可以忽略不计)，计算公式为I=(Ui-Uc)/R。导线线阻以及电池内阻均为mΩ级别，同样忽略不计。通过选择合适的预充阻值，将电流限制在10A以内，可以给容性负载缓慢充电，然后通过拉长时间的方式消除电流尖峰。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种新能源电池短路智能保护系统，其特征在于，包括：
电流通道，位于电池和负载之间，所述电流通道包括预充通道和放电通道，
硬件保护板，设置在所述电流通道，用于对电流通道的工作模式和预充模式进行切换，所述工作模式时所述放电通道导通，所述预充通道断开，所述预充模式时所述放电通道断开，所述预充通道导通；
当检测到电流超过短路阈值时，所述硬件保护板将所述电流通道切换为预充模式，此时电流处于强制限流状态；在预充时间后，所述硬件保护板将所述电流通道切换回工作模式，并再次检测电流是否超过短路阈值，然后在电流低于短路阈值时将所述电流通道保持在工作状态。
2.根据权利要求1所述的新能源电池短路智能保护系统，其特征在于，当再次检测到电流超过短路阈值时，所述硬件保护板再次将所述电流通道切换为预充模式；
所述硬件保护板根据预充时间调整算法刷新所述预充时间，所述预充时间调整算法根据距离当前时刻最近的所述预充模式开始和结束时的电路各参数计算得到。
3.根据权利要求2所述的新能源电池短路智能保护系统，其特征在于，所述预充时间调整算法包括：
It1 = Ui*e^(-t1/τ)/R
It2 = Ui*e^(-t2/τ)/R
Δt = t2 -t1
式中，Δt表示本次预充时间，It1表示上次预充模式开始时的电流值，It2表示上次预充模式结束时的电流值，Ui表示电池电压，e表示自然对数的底，τ = RC，表示电阻的阻值 R和电容的容值 C 的乘积。
4.根据权利要求2所述的新能源电池短路智能保护系统，其特征在于， 所述根据预充时间调整算法刷新所述预充时间之后，判断刷新后的预充时间是否大于边界阈值，并在刷新后的预充时间大于边界阈值时将边界阈值赋予刷新后的预充时间，所述边界阈值为最大预充时间。
5.根据权利要求4所述的新能源电池短路智能保护系统，其特征在于，所述预充时间调整算法还包括：
t3 = -τ*log(Is*R/Ui)
当t3大于TP时，将TP赋予t3
式中，t3表示下次预充时间，Is表示短路阈值，TP表示边界阈值。
6.根据权利要求1所述的新能源电池短路智能保护系统，其特征在于，当重复检测到电流超过短路阈值达到设定次数时，所述硬件保护板将所述电流通道整个断开，并进行短路报警。
7.根据权利要求1所述的新能源电池短路智能保护系统，其特征在于，当在设定次数内检测到电流未超过短路阈值时，所述硬件保护板将所述电流通道切换为工作模式，并初始化电路参数。
8.根据权利要求1所述的新能源电池短路智能保护系统，其特征在于，所述电流通道的电流输入端设置有充电MOS，所述电流通道的电流输出端设置有采样电阻，所述放电通道和所述预充通道并联设置在所述充电MOS和所述采样电阻之间。
9.根据权利要求8所述的新能源电池短路智能保护系统，其特征在于，所述放电通道设置有放电MOS，所述预充通道设置有依次串联的预充MOS和预充电阻。
10.根据权利要求9所述的新能源电池短路智能保护系统，其特征在于，所述采样电阻小于所述预充电阻三个数量级，用于将电流限制在一定范围内。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001231179A (ja) * 2000-02-15 2001-08-24 Hitachi Maxell Ltd 電池容量検出方法および装置並びに電池パック
JP2009089535A (ja) * 2007-10-01 2009-04-23 Sanyo Electric Co Ltd 車両用の電源装置
JP2009229405A (ja) * 2008-03-25 2009-10-08 Mazda Motor Corp バッテリの電流値測定方法及び電流値測定装置
CN110239372A (zh) * 2019-06-10 2019-09-17 上海师范大学 一种bms预充电路及其控制方法
CN112467814A (zh) * 2019-09-09 2021-03-09 宁波拓邦智能控制有限公司 一种电池组放电管理方法和系统
CN115189439A (zh) * 2022-07-06 2022-10-14 石家庄通合电子科技股份有限公司 功率分配单元的预充时间调整方法、终端及存储介质
CN115986876A (zh) * 2022-12-28 2023-04-18 浙江凌骁能源科技有限公司 锂电池保护电路、控制方法、计算机设备和存储介质
CN116022006A (zh) * 2022-09-09 2023-04-28 深圳市拓邦锂电池有限公司 一种bms系统控制方法、装置、电子设备及存储介质

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001231179A (ja) * 2000-02-15 2001-08-24 Hitachi Maxell Ltd 電池容量検出方法および装置並びに電池パック
JP2009089535A (ja) * 2007-10-01 2009-04-23 Sanyo Electric Co Ltd 車両用の電源装置
JP2009229405A (ja) * 2008-03-25 2009-10-08 Mazda Motor Corp バッテリの電流値測定方法及び電流値測定装置
CN110239372A (zh) * 2019-06-10 2019-09-17 上海师范大学 一种bms预充电路及其控制方法
CN112467814A (zh) * 2019-09-09 2021-03-09 宁波拓邦智能控制有限公司 一种电池组放电管理方法和系统
CN115189439A (zh) * 2022-07-06 2022-10-14 石家庄通合电子科技股份有限公司 功率分配单元的预充时间调整方法、终端及存储介质
CN116022006A (zh) * 2022-09-09 2023-04-28 深圳市拓邦锂电池有限公司 一种bms系统控制方法、装置、电子设备及存储介质
CN115986876A (zh) * 2022-12-28 2023-04-18 浙江凌骁能源科技有限公司 锂电池保护电路、控制方法、计算机设备和存储介质

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
薄丽丽 等: "基于并联电池组的预充算法研究", 电源技术, vol. 40, no. 11, 20 November 2016 (2016-11-20), pages 2138 - 2140 *

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