CN117458405A - 一种基于afe芯片的多重故障保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于AFE芯片的多重故障保护系统，包括电池、AFE芯片、MCU芯片和负载，所述电池和所述负载之间并联设有三条支路，三条支路上分别设置总负MOS、充电MOS和放电MOS；所述AFE芯片同时连接充电MOS和放电MOS，所述MCU芯片连接总负MOS；且所述AFE芯片与所述MCU芯片通过IIC双向通信。本发明具备双重故障保护器件，MCU芯片和AFE芯片都具备故障检测功能，能够独立检测电池数据是否发生异常，并在监测到异常数据时发出故障保护指令，在其中一个故障保护器件出现故障，无法检测、识别和故障保护时，另一个保护器件依然可以正常执行保护逻辑，实现冗余故障保护。
Description
技术领域
本发明属于电池管理技术领域，具体涉及一种基于AFE芯片的多重故障保护系统。
背景技术
现有的电池管理系统中，电池故障保护主要是通过MCU芯片实现数据监测、故障识别和故障保护。这种故障保护方法比较单一，当数据采集、传输、MCU数据处理等任意一个中间环节出现问题，整个故障保护系统就会失效，严重影响电池的安全使用，带来极大的安全隐患。
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于AFE芯片的多重故障保护系统的方案，通过MCU和AFE芯片实现冗余保护，同时在MCU端和AFE端定义多重故障等级，针对不同程度的故障执行不同程度的保护措施。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于AFE芯片的多重故障保护系统，以解决在电池出现单一故障保护措施失效后无法起到保护作用的难题。
一种基于AFE芯片的多重故障保护系统，包括电池、AFE芯片、MCU芯片和负载，所述电池和所述负载之间并联设有三条支路，三条支路上分别设置总负MOS、充电MOS和放电MOS；所述AFE芯片同时连接充电MOS和放电MOS，所述MCU芯片连接总负MOS；且所述AFE芯片与所述MCU芯片通过IIC双向通信。
进一步地，所述AFE芯片包括数据采集模块、MOS控制模块一和故障检测模块一，所述数据采集模块输入端连接所述电池，所述数据采集模块的输出端连接所述故障检测模块一的输入端，所述故障检测模块一的输出端连接所述MOS控制模块一的输入端，所述MOS控制模块一的输出端同步连接所述充电MOS和所述放电MOS；所述数据采集模块负责采集电池端数据，所述故障检测模块一负责将采集到的数据与事先配置好的故障阈值进行对比，所述MOS控制模块一控制所述充电MOS和所述放电MOS的关断。
进一步地，所述MCU芯片包括故障检测模块二和MOS控制模块二，所述故障检测模块二的输出端连接所述MOS控制模块二的输入端，所述MOS控制模块二的输出端连接所述总负MOS。
进一步地，所述系统的工作流程包括：
S1、所述AFE芯片的数据采集模块采集电池端电压、温度和电流；
S2、故障检测模块一将数据采集模块采集到的数据与事先配置好的故障阈值进行对比，如果超过安全阈值，则控制MOS控制模块一切断充电MOS和放电MOS，并且将故障信息通过IIC通信传递给MCU芯片，所述MCU芯片接收到故障信息后，通过故障检测模块二切断总负MOS；
S3、同时，所述AFE芯片也会将采集到的电池数据通过IIC通信传递给MCU芯片，MCU芯片中同样具备故障检测模块，MCU芯片的故障检测模块二也会对收到的数据与事先配置好的故障阈值进行对比，若超过安全阈值，MCU芯片会控制MOS控制模块二切断总负MOS；
S4、同时，MCU芯片也会将总负MOS的切断指令通过IIC通信传递给AFE芯片，AFE芯片接收到总负MOS切断指令后，控制MOS控制模块一切断充电MOS和放电MOS。
进一步地，所述AFE芯片还具备数据采集断线检测功能，当检测到断线故障时，结合与所述MCU芯片之间的故障信息传递途径，能够控制充电MOS、放电MOS和总负MOS切断，保护电池安全使用。
进一步地，所述故障包括轻度故障、严重故障和极限故障三个等级，所述MCU芯片端具备全部三种等级故障保护功能，所述AFE芯片端具备极限故障保护功能；当发生轻度故障时，所述MCU芯片不会切断总负MOS，但会向外界传递故障信息，提示操作人员进行处理；当发生严重故障时，所述MCU芯片会主动切断总负MOS，并向所述AFE芯片发送指令切断充电MOS和放电MOS，禁止所述电池向外输出功率，同时向外界传递故障信息；当发生极限故障时，所述MCU芯片主动切断总负MOS，所述AFE芯片主动切断充电MOS和放电MOS，并向外界传递故障延时，同时触发延时休眠，停止整个系统运行，保障人员和设备安全。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
（1）本发明的双重故障保护逻器件MCU芯片3和AFE芯片2都具备故障检测功能，能够独立检测电池数据是否发生异常，并在监测到异常数据时发出故障保护指令；在其中一个故障保护器件出现故障，无法检测、识别和故障保护时，另一个保护器件依然可以正常执行保护逻辑，实现冗余故障保护；且该冗余故障保护中的两个故障保护器件之间通过通信传递故障保护信息，当其中一个器件判断为需要切断MOS进行保护时，该器件会通过通信链路通知另一个故障保护器件也执行切断MOS动作，提高了电池使用过程中的安全性；
2）具备双重故障保护开关：充电MOS、放电MOS和总负MOS形成回路双重保护开关，当其中一个切断开关无法正常执行切断任务时，另一个开关依然能够及时切断充放电回路，保障安全使用；
3）本发明针对不同的故障严重程度，设计了三个等级：轻度故障、严重故障和极限故障，针对这三个不同严重程度的故障分别设计了不同的保护措施：轻度故障不切断MOS，但向外界传递故障信息，提示操作人员进行处理；严重故障切断MOS，同时传递故障信息；极限故障时MCU和AFE同时主动切断MOS，并控制系统延时进入休眠，停止工作。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图中：1-电池，2-AFE芯片，21-数据采集模块，22-MOS控制模块一，23-故障检测模块一，3-MCU芯片，31-故障检测模块二，32-MOS控制模块二，4-负载，5-总负MOS，6-充电MOS，7-放电MOS。
具体实施方式
为使本领域技术人员更清楚的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本发明一种基于AFE芯片的多重故障保护系统作进一步说明。
如图1所示，一种基于AFE芯片的多重故障保护系统，包括电池1、AFE芯片2、MCU芯片3和负载4（负载4也可以是充电机），电池1和负载4之间并联设有三条支路，三条支路上分别设置总负MOS5、充电MOS6和放电MOS7；AFE芯片2同时连接充电MOS6和放电MOS7，MCU芯片3连接总负MOS5；且AFE芯片2与MCU芯片3通过IIC双向通信。
具体的，AFE芯片2包括数据采集模块21、MOS控制模块一22和故障检测模块一23，数据采集模块21输入端连接电池1，负责采集电池端数据，包括电压、温度和电流，数据采集模块21的输出端连接故障检测模块一23的输入端；故障检测模块一23的输出端连接MOS控制模块一22的输入端，MOS控制模块一22的输出端同步连接充电MOS6和放电MOS7。
MCU芯片3包括故障检测模块二31和MOS控制模块二32，故障检测模块二31的输出端连接MOS控制模块二32的输入端，MOS控制模块二32的输出端连接总负MOS5。
可知，两个故障保护逻辑控制单元为AFE芯片2和MCU芯片3，AFE芯片2的数据采集模块21负责采集电池端数据，包括电压、温度和电流；故障检测模块一23负责将采集到的数据与事先配置好的故障阈值进行对比，如果超过安全阈值，则控制MOS控制模块一22切断充电MOS6和放电MOS7，并且将故障信息通过IIC通信传递给MCU芯片3，MCU芯片3接收到故障信息后，通过故障检测模块二31切断总负MOS5。
同时，AFE芯片2也会将采集到的电池数据通过IIC通信传递给MCU芯片3，MCU芯片3中同样具备故障检测模块，MCU芯片3的故障检测模块二31也会对收到的数据与事先配置好的故障阈值进行对比，若超过安全阈值，MCU芯片3会控制MOS控制模块二32切断总负MOS5；同时，MCU芯片3也会将总负MOS5的切断指令通过IIC通信传递给AFE芯片2，AFE芯片2接收到总负MOS5切断指令后，控制MOS控制模块一22切断充电MOS6和放电MOS7。AFE芯片2还具备数据采集断线检测功能，当检测到断线故障时，结合与MCU芯片3之间的故障信息传递途径，可以控制充电MOS6、放电MOS7和总负MOS5切断，保护电池安全使用。
为了提高故障保护的合理性，针对故障程度设计了三个等级：轻度故障、严重故障和极限故障，其中，MCU芯片3端具备全部3种故障保护功能，AFE芯片2端具备极限故障保护功能。当发生轻度故障时，MCU芯片3不会切断总负MOS5，但会向外界传递故障信息，提示操作人员进行处理；当发生严重故障时，MCU芯片3会主动切断总负MOS5，并向AFE芯片2发送指令切断充电MOS6和放电MOS7，禁止电池1向外输出功率，同时向外界传递故障信息；当发生极限故障时，MCU芯片3和AFE芯片2都会主动切断MOS，并向外界传递故障延时，同时触发延时休眠，停止整个系统运行，保障人员和设备安全。
本申请系统实现对多重故障保护的途径主要有以下3方面：
1）具备双重故障保护器件：MCU芯片3和AFE芯片2都具备故障检测功能，能够独立检测电池数据是否发生异常，并在监测到异常数据时发出故障保护指令；
2）具备双重故障保护开关：充电MOS6、放电MOS7和总负MOS5形成回路双重保护开关，当其中一个开关无法正常断开时，另一个开关仍能断开功率回路，实现故障保护；
3）具备多重故障等级保护：针对故障严重程度设计了三个故障等级：轻度故障、严重故障和极限故障，针对这三个不同严重程度的故障分别设计了不同的保护措施。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种基于AFE芯片的多重故障保护系统，其特征在于，所述系统包括电池（1）、AFE芯片（2）、MCU芯片（3）和负载（4），所述电池（1）和所述负载（4）之间并联设有三条支路，三条支路上分别设置总负MOS（5）、充电MOS（6）和放电MOS（7）；所述AFE芯片（2）同时连接充电MOS（6）和放电MOS（7），所述MCU芯片（3）连接总负MOS（5）；且所述AFE芯片（2）与所述MCU芯片（3）通过IIC双向通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于AFE芯片的多重故障保护系统，其特征在于，所述AFE芯片（2）包括数据采集模块（21）、MOS控制模块一（22）和故障检测模块一（23），所述数据采集模块（21）输入端连接所述电池（1），所述数据采集模块（21）的输出端连接所述故障检测模块一（23）的输入端，所述故障检测模块一（23）的输出端连接所述MOS控制模块一（22）的输入端，所述MOS控制模块一（22）的输出端同步连接所述充电MOS（6）和所述放电MOS（7）；所述数据采集模块（21）负责采集电池端数据，所述故障检测模块一（23）负责将采集到的数据与事先配置好的故障阈值进行对比，所述MOS控制模块一（22）控制所述充电MOS（6）和所述放电MOS（7）的关断。
3.根据权利要求2所述的一种基于AFE芯片的多重故障保护系统，其特征在于，所述MCU芯片（3）包括故障检测模块二（31）和MOS控制模块二（32），所述故障检测模块二（31）的输出端连接所述MOS控制模块二（32）的输入端，所述MOS控制模块二（32）的输出端连接所述总负MOS（5）。
4.根据权利要求3所述的一种基于AFE芯片的多重故障保护系统，其特征在于，所述系统的工作流程包括：
S1、AFE芯片（2）的数据采集模块（21）采集电池（1）端电压、温度和电流；
S2、故障检测模块一（23）将数据采集模块（21）采集到的数据与事先配置好的故障阈值进行对比，如果超过安全阈值，则控制MOS控制模块一（22）切断充电MOS（6）和放电MOS（7），并且将故障信息通过IIC通信传递给MCU芯片（3），MCU芯片（3）接收到故障信息后，通过故障检测模块二（31）切断总负MOS（5）；
S3、同时，AFE芯片（2）也会将采集到的电池数据通过IIC通信传递给MCU芯片（3），MCU芯片（3）中同样具备故障检测模块，MCU芯片（3）的故障检测模块二（31）也会对收到的数据与事先配置好的故障阈值进行对比，若超过安全阈值，MCU芯片（3）会控制MOS控制模块二（32）切断总负MOS（5）；
S4、同时，MCU芯片（3）也会将总负MOS（5）的切断指令通过IIC通信传递给AFE芯片（2），AFE芯片（2）接收到总负MOS（5）切断指令后，控制MOS控制模块一（22）切断充电MOS（6）和放电MOS（7）。
5.根据权利要求4所述的一种基于AFE芯片的多重故障保护系统，其特征在于，所述AFE芯片（2）还具备数据采集断线检测功能，当检测到断线故障时，结合与所述MCU芯片（3）之间的故障信息传递途径，能够控制充电MOS（6）、放电MOS（7）和总负MOS（5）切断，保护电池安全使用。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于AFE芯片的多重故障保护系统，其特征在于，故障包括轻度故障、严重故障和极限故障三个等级，所述MCU芯片（3）端具备全部三种等级故障保护功能，所述AFE芯片（2）端具备极限故障保护功能；当发生轻度故障时，所述MCU芯片（3）不会切断总负MOS（5），但会向外界传递故障信息，提示操作人员进行处理；当发生严重故障时，所述MCU芯片（3）会主动切断总负MOS（5），并向所述AFE芯片（2）发送指令切断充电MOS（6）和放电MOS（7），禁止所述电池（1）向外输出功率，同时向外界传递故障信息；当发生极限故障时，所述MCU芯片（3）主动切断总负MOS（5），所述AFE芯片（2）主动切断充电MOS（6）和放电MOS（7），并向外界传递故障延时，同时触发延时休眠，停止整个系统运行，保障人员和设备安全。
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Cited By (1)
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| CN117833424A (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-05 | 浙江动一新能源动力科技股份有限公司 | 一种双重保护电路及储能电源 |
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2023
- 2023-10-26 CN CN202311397626.6A patent/CN117458405A/zh active Pending
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