CN117595467B - 一种电池组的主动均衡系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及储能电池技术领域，尤其涉及一种电池组的主动均衡系统及方法。该系统简化了由电源芯片等搭建的方案中所采用大量的分立式器件、运算放大器等，通过主动均衡芯片在设置后可自主完成保护判断和处理，以数字通讯的方式向微控制器反馈当前主动均衡电路的状态。进一步，结合了数字电路和模拟电路的主动均衡方案，可被实现控制度更高的策略；不再是单一路径的反馈报警信号，当供电侧和电池侧任一方保护被触发，相互通知互锁，现实快速的停止主动均衡；本发明提出策略动态的调整主动均衡方案的保护参数，同一产品实现更加精确的保护。
Description
技术领域
本发明涉及储能电池技术领域，尤其涉及一种电池组的主动均衡系统及方法。
背景技术
伴随着各地能源体系调整，为了新型能源中的风能和太阳能存在不稳定性带来的问题，电化学储能电站为此而生。电化学储能电站离不开重要的组件锂离子电池，各厂家大多基于280Ah的磷酸铁锂方形电池，为了组成1500V储能系统则电芯数量需要460多串电芯。锂离子电池本身是较多活泼的材料，为了保证电芯在充放电过程的稳定性、一致性。对电芯进行一致性的维护，被动均衡技术电流已经满足不了，主动均衡技术更适合储能电站的维护。在市面的主动均衡技术往往是单一的模拟电路的电源芯片，很少存在主动均衡的控制诊断，在均衡之中发生异常状态，及时停止均衡存在当前发现的异常，为后续分析提供数据依据。
储能电站采用电池很多，单个电池管理模块不足以维护好全部电池。如图1所示，一般是有上层的模块管理单元对下层的电池管理模块，电池管理模块负责到具体的电池。模块管理单元从通讯总线进行统一的电池管理模块，汇总电池管理模块的电池信息，给出所需待主动均衡电池通知到电池管理模块进行均衡。电池管理模块则是实施具体的电池组信息收集，执行电池的主动均衡。而目前的主动均衡系统一般由电源芯片等搭建，需要采用大量的分立式器件、运算放大器等。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于主动均衡芯片的电池组主动均衡系统，该系统简化了由电源芯片等搭建的方案中所采用大量的分立式器件、运算放大器等，通过主动均衡芯片在设置后可自主完成保护判断和处理，以数字通讯的方式向微控制器反馈当前主动均衡电路的状态。进一步，结合了数字电路和模拟电路的主动均衡方案，可被实现控制度更高的策略；不再是单一路径的反馈报警信号，当供电侧和电池侧任一方保护被触发，相互通知互锁，现实快速的停止主动均衡；本发明提出策略动态的调整主动均衡方案的保护参数，同一产品实现更加精确的保护。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种电池组的主动均衡系统，该系统包括：直流供电电源、微控制器、供电侧主动均衡芯片、隔离性器件电路、电池侧主动均衡芯片、电池选通矩阵开关和主动均衡电路；
直流供电电源连接主动均衡电路，对微控制器与供电侧主动均衡芯片供电，微控制器与供电侧主动均衡芯片相通讯连接，供电侧主动均衡芯片通过隔离性器件电路对电池侧主动均衡芯片驱动以及信号传输，电池侧主动均衡芯片控制电池选通矩阵开关使电池组待均衡单体电池通过电池选通矩阵开关与主动均衡电路相连。
所述主动均衡电路的变压电路前、后端分别设置第一开关QA1和第二开关QA2，供电侧主动均衡芯片设置有均衡驱动1和均衡驱动2分别用于控制第一开关QA1和第二开关QA2的连通；
所述隔离性器件电路有一路供电驱动信号通道、一路模拟信号通道、一路数字信号通道、一路报警信号通道；
所述供电侧主动均衡芯片获取主动均衡电路供电侧电压与电流，有一路电压采样、一路电流采样；
所述电池侧主动均衡芯获取主动均衡电路电池侧电压与电流、主动均衡电路内部温度以及控制电池选通矩阵开关，有一路电流采样、一路电压采样、一路温度采样以及N通道开关信号、开关检测信号、开关状态信号；
所述电池选通矩阵开关具有N个开关通道，每个开关通道连接一节单体电池。
微控制器接收供电侧主动均衡芯片、电池侧主动均衡芯片的信息，并启动单体电池主动均衡；供电侧主动均衡芯片可接收电池侧主动均衡芯片的信息，汇总处理后跟自身信息同步传递到微控制器；电池侧主动均衡芯片设置有N通道开关信号可分别控制电池选通矩阵开关的N通道的开合，可发送开关检测信号并获取开关状态；主动均衡电路连接直流供电电源，电池选通矩阵开关连接主动均衡电路，电池选通矩阵开关的开关通道连接单体电池，实现直流供电电源和电池组内单体电池的能量交互。
采用本系统的一种电池组的主动均衡方法，进行均衡操作时，包括3种工作模式，分别为空闲模式、均衡模式和故障模式；
空闲模式：微控制器通过外部通讯总线从模块管理单元或电池管理模块内部存储芯片获取到配置参数，将配置参数传递给供电侧主动均衡芯片，供电侧主动均衡芯片通过隔离性器件电路将有关电池侧主动均衡芯片传递过去，实现配置参数的设置，以及均衡启动前保护判断；
均衡模式：微控制器获取待均衡单体电池编号，通过供电侧主动均衡芯片与隔离性器件电路将待均衡单体电池编号传输至电池侧主动均衡芯片，进行电池选通矩阵开关的检测，输出待均衡单体电池对应的通道开关信号，控制电池选通矩阵开关将待均衡电池接入到均衡环路中，供电侧主动均衡芯片控制均衡驱动1和均衡驱动2输出，以及均衡模式过程中保护判断，能使主动均衡电路实现直流供电电源和待均衡单体电池的能量交互；
故障模式：空闲模式、均衡模式过程中通过获取主动均衡电路供电侧电压与电流、主动均衡电路电池侧电压与均衡电流、主动均衡电路内部温度以及电池选通矩阵开关信号等信息进行保护判断，若故障则进入到故障模式，发出报警信号，均衡驱动1和均衡驱动2将停止输出，电池选通矩阵开关信号也将断开，保障主动均衡电路处于不动作的状态。
作为优选，系统所述供电侧主动均衡芯片与所述电池侧主动均衡芯片的数据交互如下：
1）供电侧主动均衡芯片接收微控制器指令，首先对自身状态进行判断，当处于故障模式之中，仅处理故障读取指令和故障模式清除指令，其余的指令均不操作；
2）随后对指令进行数据校验，校验失败则向微控制器返回校验失败提示；
3）校验通过则判断指令是否与电池侧主动均衡芯片数据有关，无关则向微控制器返回数据告知无关，有关则判断电池侧供电驱动是否输出；
4）电池侧供电驱动未输出则向微控制器返回数据告知未输出，有关则判断电池侧主动均衡芯片通讯是否收发正常；
5）电池侧主动均衡芯片通讯不正常，则判断处于故障模式之中，仅处理故障读取指令和故障模式清除指令；通讯正常则供电侧主动均衡芯片将指令发送到电池侧主动均衡芯片并等待应答；
6）电池侧主动均衡芯片接收到指令后进行数据校验，校验失败或成功再分别通过供电侧主动均衡芯片传输至微控制器告知校验情况。
作为优选，所述数据校验方式采用循环冗余校核（CRC）。
作为优选，该方法进行均衡操作时执行以下的步骤：
1）首先处于空闲模式，微控制器发送故障查询指令，供电侧主动均衡芯片进行应答，从应答情况获知芯片是否处于故障模式，若数据正常收发则使供电侧主动均衡芯片电池侧供电驱动输出，为电池侧主动均衡芯片提供工作电源，反之提示工作异常，可通过外部报警信号进行提示；
2）微控制器发送故障查询指令，供电侧主动均衡芯片作为通道，电池侧主动均衡芯片进行应答，若数据正常收发则进行下一步，反之提示工作异常，可通过外部报警信号进行提示；
3）微控制器通过外部通讯总线从模块管理单元或电池管理模块内部存储芯片获取到配置参数，将配置参数传递给供电侧、电池侧芯片，即对两侧设置保护值，包括主动均衡电路供电侧电压过压值Ug_g、主动均衡电路供电侧电压欠压值Ug_q、主动均衡电路供电侧电流过流值Ig_g、主动均衡电路电池侧电压过压值Ud_g、主动均衡电路电池侧电压欠压值Ud_q、主动均衡电路电池侧均衡电流过流值Id_g、主动均衡电路电池侧均衡电流欠流值Id_q、主动均衡电路内部温度过温值T0_g和通讯失联保护设置；
4）微控制器对设置的配置参数进行数据校验，校验失败或成功再分别向微控制器告知校验情况，校验成功代表保护功能被启动；
5）进入保护点1判断，判断无故障后进入主动均衡启动等待，接收到均衡指令后开启均衡模式，判断有故障后进入故障模式。
6）开始处于均衡模式，微控制器从外部通讯总线获取待均衡单体电池节号，从通讯线1、通讯线2通道传输至电池侧主动均衡芯片，电池侧主动均衡芯片输出电池选通矩阵开关检测信号，判断开关状态信号，若异常则进入故障模式；正常则使微控制器从通讯线1、通讯线2通道向电池侧主动均衡芯片发送均衡指令，电池侧主动均衡芯片监控主动均衡电路电池侧均衡电流的变化，通过模拟量线通过连接供电侧主动均衡芯片，供电侧主动均衡芯片控制均衡驱动1和均衡驱动2进行第一开关QA1和第二开关QA2的PWM调节，直至主动均衡电路达到稳定状态，即输出稳定的均衡电流；同步进行保护判断，正常且当次均衡结束则进入空闲模式，异常则进入故障模式。
作为优选，所述保护判断为保护点1、保护点2、保护点3判断的两项或全部，为判断无故障后持续进行均衡，接收到均衡指令后开启或结束均衡模式，判断有故障后进入故障模式。
作为优选，所述保护点1故障判断条件为：主动均衡电路供电侧电压Ug大于主动均衡电路供电侧电压过压值Ug_g，或主动均衡电路供电侧电压Ug小于主动均衡电路供电侧电压欠压值Ug_q；符合则供电侧主动均衡芯片通过报警信号1通道传递报警信号到微控制器，通过通讯线1通道传递报警内容信息到微控制器，通过外部通讯总线、外部报警信号通道传递到上级模块；两侧均衡芯片进入到故障模式。
作为优选，所述保护点2故障判断条件为：主动均衡电路电池侧电压Ud大于主动均衡电路电池侧电压过压值Ud_g，或主动均衡电路电池侧电压Ud小于主动均衡电路电池侧电压欠压值Ud_q，或主动均衡电路内部温度T0大于主动均衡电路内部温度过温值T0_g；符合则电池侧主动均衡芯片通过报警信号2通道传递报警信号到供电侧主动均衡芯片，通过通讯线2通道传递报警内容信息到供电侧主动均衡芯片，通过报警信号1通道、通讯线1通道传递到微控制器，通过外部通讯总线、外部报警信号通道传递到上级模块；两侧均衡芯片进入到故障模式。
作为优选，所述保护点3故障判断条件为主动均衡电路供电侧电流Ig大于主动均衡电路供电侧电流过流值Ig_g，或主动均衡电路电池侧均衡电流Id大于主动均衡电路电池侧均衡电流过流值Id_g，或主动均衡电路电池侧均衡电流Id小于主动均衡电路电池侧均衡电流欠流值Id_q；符合则按照保护1、保护2的传输方式传输报警信号、报警内容信息；两侧均衡芯片进入到故障模式。
作为优选，所述故障模式执行以下步骤：
1）供电侧和电池侧主动均衡芯片进入到故障模式，只对故障查询指令和故障清除指令响应处理
2）微控制器接收上级模块故障查询指令，微控制器发送故障查询指令，供电侧和电池侧主动均衡芯片返回是被触发的保护种类；
3）微控制器接收上级模块清除故障指令，微控制器发送清除故障指令，供电侧和电池侧主动均衡芯片退出故障模式进入到空闲模式，可正常接收指令执行主动均衡任务。
进一步，本发明还公开一种电池组系统，该系统包括所述的电池组主动均衡系统。
本发明由于采用了上述的技术方案，该系统简化了由电源芯片等搭建的方案中所采用大量的分立式器件、运算放大器等，通过主动均衡芯片在设置后可自主完成保护判断和处理，以数字通讯的方式向微控制器反馈当前主动均衡电路的状态。进一步，结合了数字电路和模拟电路的主动均衡方案，可被实现控制度更高的策略；不再是单一路径的反馈报警信号，当供电侧和电池侧任一方保护被触发，相互通知互锁，现实快速的停止主动均衡；本发明提出策略动态的调整主动均衡方案的保护参数，同一产品实现更加精确的保护。
附图说明
图1为现有技术中均衡启动控制逻辑的逻辑框图。
图2为本发明的电池组主动均衡系统的逻辑框图。
图3为本发明控制策略逻辑框图。
图4为供电侧主动均衡芯片和电池侧主动均衡芯片数据交互的逻辑框图。
图5为当系统上电模块进行初始化操作逻辑框图。
图6为主动均衡启动/均衡模式的逻辑框图。
图7为故障模式操作的逻辑框图。
图8为本实施例具体电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清查、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。给予本发明中的实施例，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。
如图2所示，一种电池组的主动均衡系统，该系统包括：直流供电电源、微控制器MCU、供电侧主动均衡芯片U1、隔离性器件电路、电池侧主动均衡芯片U2、电池选通矩阵开关和主动均衡电路；上述的微控制器MCU可由具备UART串口通讯的ARM架构，RISC-V架构单片机组成，如兆易创新的GD32、意法半导体STM32、乐鑫科技ESP32等的单片机构成。单片机的UART通讯引脚连接到供电侧主动均衡芯片U1的UART通讯引脚。供电侧主动均衡芯片U1和电池侧主动均衡芯片U2可以是如杭州高特电子股份有限公司的GT3801和GT4801。
直流供电电源连接主动均衡电路，对微控制器与供电侧主动均衡芯片供电，微控制器并连接外部通讯总线与外部报警信号通道；微控制器与供电侧主动均衡芯片相通讯连接（包含一路数字信号通道，即通讯线1通道、一路报警信号通道，即报警信号1通道），供电侧主动均衡芯片通过隔离性器件电路对电池侧主动均衡芯片驱动以及信号传输，电池侧主动均衡芯片控制电池选通矩阵开关使电池组待均衡单体电池通过电池选通矩阵开关与主动均衡电路相连。
所述主动均衡电路的变压电路前、后端分别设置第一开关QA1和第二开关QA2，供电侧主动均衡芯片设置有均衡驱动1和均衡驱动2分别用于控制第一开关QA1和第二开关QA2的连通；
所述隔离性器件电路有一路供电驱动信号通道，即电池侧供电驱动通道；一路模拟信号通道，即模拟量线通道；一路数字信号通道，即通讯线2通道；一路报警信号通道，即报警信号2通道；
所述供电侧主动均衡芯片获取主动均衡电路供电侧电压与电流，有一路电压采样，即主动均衡电路供电侧电压Ug；一路电流采样，即主动均衡电路供电侧电流Ig；
所述电池侧主动均衡芯获取主动均衡电路电池侧电压与电流、主动均衡电路内部温度以及控制电池选通矩阵开关，有一路电流采样，即主动均衡电路电池侧电压Ud；一路电压采样，即主动均衡电路电池侧均衡电流Id；一路温度采样，即主动均衡电路内部温度T0；以及N通道开关信号、开关检测信号、开关状态信号；
所述电池选通矩阵开关具有N个开关通道，每个开关通道连接一节单体电池。
微控制器接收供电侧主动均衡芯片、电池侧主动均衡芯片的信息，并启动单体电池主动均衡；供电侧主动均衡芯片可接收电池侧主动均衡芯片的信息，汇总处理后跟自身信息同步传递到微控制器；电池侧主动均衡芯片设置有N通道开关信号可分别控制电池选通矩阵开关的N通道的开合，可发送开关检测信号并获取开关状态；主动均衡电路连接直流供电电源，电池选通矩阵开关连接主动均衡电路，电池选通矩阵开关的开关通道连接单体电池，实现直流供电电源和电池组内单体电池的能量交互。
如图3所示，采用本系统的一种电池组的主动均衡方法，进行均衡操作时，包括3种工作模式，分别空闲模式、均衡模式和故障模式；空闲模式可对芯片进行相关指令操作和保护阈值配置，空闲模式保护被触发则会进入到故障模式。均衡模式是在空闲模式下接收到均衡启动指令进入，接收到均衡停止指令退出到空闲模式，当保护被触发则会进入到故障模式。故障模式在空闲模式和均衡模块保护被触发从而进入，通过故障清除指令退出到空闲模式。
空闲模式：微控制器通过外部通讯总线从模块管理单元或电池管理模块内部存储芯片获取到配置参数，将配置参数传递给供电侧主动均衡芯片，供电侧主动均衡芯片通过隔离性器件电路将有关电池侧主动均衡芯片传递过去，实现配置参数的设置，以及均衡启动前保护判断；
均衡模式：微控制器获取待均衡单体电池编号，通过供电侧主动均衡芯片与隔离性器件电路将待均衡单体电池编号传输至电池侧主动均衡芯片，进行电池选通矩阵开关的检测，输出待均衡单体电池对应的通道开关信号，控制电池选通矩阵开关将待均衡电池接入到均衡环路中，供电侧主动均衡芯片控制均衡驱动1和均衡驱动2输出，以及均衡模式过程中保护判断，能使主动均衡电路实现直流供电电源和待均衡单体电池的能量交互；
故障模式：空闲模式、均衡模式过程中通过获取主动均衡电路供电侧电压与电流、主动均衡电路电池侧电压与均衡电流、主动均衡电路内部温度以及电池选通矩阵开关信号等信息进行保护判断，若故障则进入到故障模式，发出报警信号，均衡驱动1和均衡驱动2将停止输出，电池选通矩阵开关信号也将断开，保障主动均衡电路处于不动作的状态。
如图4所示，本发明一种电池组的主动均衡系统中供电侧主动均衡芯片U1和电池侧主动均衡芯片U2数据交互的逻辑如下：
供电侧主动均衡芯片接收微控制器指令，首先对自身状态进行判断，当处于故障模式之中，仅处理故障读取指令和故障模式清除指令，其余的指令均不操作；随后对指令进行数据校验，校验失败则向微控制器返回校验失败提示；校验通过则判断指令是否与电池侧主动均衡芯片数据有关，无关则向微控制器返回数据告知无关，有关则判断电池侧供电驱动是否输出；电池侧供电驱动未输出则向微控制器返回数据告知未输出，有关则判断电池侧主动均衡芯片通讯是否收发正常；电池侧主动均衡芯片通讯不正常，则判断处于故障模式之中，仅处理故障读取指令和故障模式清除指令；通讯正常则供电侧主动均衡芯片将指令发送到电池侧主动均衡芯片并等待应答；电池侧主动均衡芯片接收到指令后进行数据校验，校验失败或成功再分别通过供电侧主动均衡芯片传输至微控制器告知校验情况；其中，数据校验方式采用循环冗余校核（CRC）。
通过上述实现一条指令从微控制器MCU到均衡芯片，如当微控制器MCU如有待发送指令，从通讯线1通道将数据传输到供电侧主动均衡芯片U1。当指令发送后100ms内未收到供电侧主动均衡芯片U1的数据认为通讯异常的状态，通过外部报警信号输出信号。
如图5所示，作为优选，一种电池组的主动均衡方法进行均衡操作时执行流程如下：
1）首先处于空闲模式，微控制器发送故障查询指令，供电侧主动均衡芯片进行应答，从应答情况获知芯片是否处于故障模式，若数据正常收发则使供电侧主动均衡芯片电池侧供电驱动输出，为电池侧主动均衡芯片提供工作电源，反之提示工作异常，可通过外部报警信号进行提示；
2）微控制器发送故障查询指令，供电侧主动均衡芯片作为通道，电池侧主动均衡芯片进行应答，若数据正常收发则进行下一步，反之提示工作异常，可通过外部报警信号进行提示；
3）微控制器通过外部通讯总线从模块管理单元或电池管理模块内部存储芯片获取到配置参数，将配置参数传递给供电侧、电池侧芯片，即对两侧设置保护值，包括主动均衡电路供电侧电压过压值Ug_g、主动均衡电路供电侧电压欠压值Ug_q、主动均衡电路供电侧电流过流值Ig_g、主动均衡电路电池侧电压过压值Ud_g、主动均衡电路电池侧电压欠压值Ud_q、主动均衡电路电池侧均衡电流过流值Id_g、主动均衡电路电池侧均衡电流欠流值Id_q、主动均衡电路内部温度过温值T0_g，配置参数可见表1，以及通讯失联保护设置，配置参数可只进行一次或多次，或变化时进行更新；
4）微控制器对设置的配置参数进行数据校验，校验失败或成功再分别向微控制器告知校验情况，校验成功代表保护功能被启动；
5）进入保护点1判断，判断无故障后进入主动均衡启动等待，接收到均衡指令后开启均衡模式，判断有故障后进入故障模式。
如图6所示，作为优选，一种电池组的主动均衡方法进行均衡操作时继续执行以下步骤，如下：
6）开始处于均衡模式，微控制器从外部通讯总线获取待均衡单体电池节号，从通讯线1、通讯线2通道传输至电池侧主动均衡芯片，电池侧主动均衡芯片输出电池选通矩阵开关检测信号，判断开关状态信号，若异常则进入故障模式；正常则使微控制器从通讯线1、通讯线2通道向电池侧主动均衡芯片发送均衡指令，电池侧主动均衡芯片监控主动均衡电路电池侧均衡电流的变化，通过模拟量线通过连接供电侧主动均衡芯片，供电侧主动均衡芯片控制均衡驱动1和均衡驱动2进行第一开关QA1和第二开关QA2的PWM调节，直至主动均衡电路达到稳定状态，即输出稳定的均衡电流；同步进行保护判断，正常且当次均衡结束则进入空闲模式，异常则进入故障模式。
其中，保护判断为保护点1、保护点2、保护点3判断的两项或全部，为判断无故障后持续进行均衡，接收到均衡指令后开启或结束均衡模式，判断有故障后进入故障模式，故障判断条件可见表1。
保护点1故障判断条件为：主动均衡电路供电侧电压Ug大于主动均衡电路供电侧电压过压值Ug_g，或主动均衡电路供电侧电压Ug小于主动均衡电路供电侧电压欠压值Ug_q；符合则供电侧主动均衡芯片通过报警信号1通道传递报警信号到微控制器，通过通讯线1通道传递报警内容信息到微控制器，通过外部通讯总线、外部报警信号通道传递到上级模块；两侧均衡芯片进入到故障模式。
保护点2故障判断条件为：主动均衡电路电池侧电压Ud大于主动均衡电路电池侧电压过压值Ud_g，或主动均衡电路电池侧电压Ud小于主动均衡电路电池侧电压欠压值Ud_q，或主动均衡电路内部温度T0大于主动均衡电路内部温度过温值T0_g；符合则电池侧主动均衡芯片通过报警信号2通道传递报警信号到供电侧主动均衡芯片，通过通讯线2通道传递报警内容信息到供电侧主动均衡芯片，通过报警信号1通道、通讯线1通道传递到微控制器，通过外部通讯总线、外部报警信号通道传递到上级模块；两侧均衡芯片进入到故障模式。
保护点3故障判断条件为主动均衡电路供电侧电流Ig大于主动均衡电路供电侧电流过流值Ig_g，或主动均衡电路电池侧均衡电流Id大于主动均衡电路电池侧均衡电流过流值Id_g，或主动均衡电路电池侧均衡电流Id小于主动均衡电路电池侧均衡电流欠流值Id_q；符合则按照保护1、保护2的传输方式传输报警信号、报警内容信息；两侧均衡芯片进入到故障模式。
另外，为了保障不触发通讯失联保护机制，微控制需要在通讯最大维护时间5s内进行一次的数据通讯，均衡芯片或微控制长时间接收不到正常的数据，也会停止均衡，避免对维护电池的意外过充和过放。当主动均衡工作过程中均无保护被触发，会等待主动均衡停止指令，在等待的过程中保护点1、2、3也在处于时刻进行比较判断。
表1、保护点判断条件
| 保护点 | 参与保护点判断的配置参数 | 参与保护点判断的数据 | 判断条件 |
| 保护点1 | 主动均衡电路供电侧电压过压值Ug_g主动均衡电路供电侧电压欠压值Ug_q | 主动均衡电路供电侧电压Ug | Ug>Ug_g或Ug<Ug_q |
| 保护点2 | 主动均衡电路电池侧电压过压值Ud_g主动均衡电路电池侧电压欠压值Ud_q主动均衡电路内部温度过温值T0_g | 主动均衡电路电池侧电压Ud主动均衡电路内部温度T0 | Ud>Ud_g或Ud<Uq_d或T0>T0_g |
| 保护点3 | 主动均衡电路供电侧电流过流值Ig_g主动均衡电路电池侧均衡电流过流值Id_g主动均衡电路电池侧均衡电流欠流值Id_q | 主动均衡电路供电侧电流Ig主动均衡电路电池侧均衡电流Id | Ig>Ig_g或Id>Id_g或Id<Id_q |
配置参数说明如下：根据现在应用磷酸铁锂电池的储能电站为例，一般的充电过压保护值在3.65V，放电欠压保护值在2.5至2.8V。产品的供电范围在9~32V，采用的2A的主动均衡为例，Ug_g=30V，Ug_q=11V，Ud_g=3.75V，Uq_d=2.4V，T0_g=65℃，Ig_g=2.5A，Id_g=1.5A具体电池适用不同参数，在后续维护可进行修改。
如图7所示，故障模式操作流程如下：
供电侧和电池侧主动均衡芯片进入到故障模式，只对故障查询指令和故障清除指令响应处理。微控制器接收上级模块故障查询指令，微控制器发送故障查询指令，供电侧和电池侧主动均衡芯片返回是被触发的保护种类；微控制器接收上级模块清除故障指令，微控制器发送清除故障指令，供电侧和电池侧主动均衡芯片退出故障模式进入到空闲模式，可正常接收指令执行主动均衡任务。
如图8所示，本实施例具体的电路与实施情况如下：
MCU单元（即微控制器），MCU单元与供电侧监控电路U1（即供电侧主动均衡芯片所在电路）相通讯连接，通过供电侧监控电路U1收集电池侧监控电路U2（即电池侧主动均衡芯片所在电路）的信息，通过供电侧监控电路U1启动主动均衡；
供电侧监控电路U1，通过隔离交互电路（即隔离性器件电路）对电池侧监控电路U2的供电，接收电池侧监控电路U2的信息，汇总处理后与自身信息同步传递到MCU单元；驱动均衡电路，进行主动均衡功能，并实现供电侧的过流、过压和欠压保护；
隔离交互电路，供电侧监控电路U1通过隔离交互电路实现对电池侧监控电路U2的驱动；将电池侧监控电路U2的信息反馈到供电侧监控电路U1；实现供电侧监控电路U1与电池侧监控电路U2信息交互；
电池侧监控电路U2，电池侧监控电路U2的信息通过隔离交互电路传送至供电侧监控电路U1；电池侧监控电路U2外置电池矩阵开关控制器，可将电池组内单体电池接入到均衡电路，并实现电池侧的过流、欠流、过压和欠压保护、以及监控主动均衡电路内部温度（通过TEMP引脚）。
所述的MCU单元由具备UART串口通讯的ARM架构，RISC-V架构单片机组成，单片机的UART通讯引脚连接到供电侧监控电路U1的UART通讯引脚。
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种电池组的主动均衡系统，该系统包括：直流供电电源、微控制器、供电侧主动均衡芯片、隔离性器件电路、电池侧主动均衡芯片、电池选通矩阵开关和主动均衡电路；直流供电电源连接主动均衡电路，对微控制器与供电侧主动均衡芯片供电，微控制器与供电侧主动均衡芯片相通讯连接，供电侧主动均衡芯片通过隔离性器件电路对电池侧主动均衡芯片驱动以及信号传输，电池侧主动均衡芯片控制电池选通矩阵开关使电池组待均衡单体电池通过电池选通矩阵开关与主动均衡电路相连；
其特征在于，所述主动均衡电路的变压电路前、后端分别设置第一开关QA1和第二开关QA2，供电侧主动均衡芯片设置有均衡驱动1和均衡驱动2分别用于控制第一开关QA1和第二开关QA2的连通；所述隔离性器件电路有一路供电驱动信号通道、一路模拟信号通道、一路数字信号通道、一路报警信号通道；所述供电侧主动均衡芯片获取主动均衡电路供电侧电压与电流，有一路电压采样、一路电流采样；所述电池侧主动均衡芯片获取主动均衡电路电池侧电压与电流、主动均衡电路内部温度以及控制电池选通矩阵开关，有一路电流采样、一路电压采样、一路温度采样以及N通道开关信号、开关检测信号、开关状态信号；所述供电侧主动均衡芯片与所述电池侧主动均衡芯片的数据交互如下：
1）供电侧主动均衡芯片接收微控制器指令，首先对自身状态进行判断，当处于故障模式之中，仅处理故障读取指令和故障模式清除指令，其余的指令均不操作；
2）随后对指令进行数据校验，校验失败则向微控制器返回校验失败提示；
3）校验通过则判断指令是否与电池侧主动均衡芯片数据有关，无关则向微控制器返回数据告知无关，有关则判断电池侧供电驱动是否输出；
4）电池侧供电驱动未输出则向微控制器返回数据告知未输出，有输出则判断电池侧主动均衡芯片通讯是否收发正常；
5）电池侧主动均衡芯片通讯不正常，则判断处于故障模式之中，仅处理故障读取指令和故障模式清除指令；通讯正常则供电侧主动均衡芯片将指令发送到电池侧主动均衡芯片并等待应答；
6）电池侧主动均衡芯片接收到指令后进行数据校验，校验失败或成功再分别通过供电侧主动均衡芯片传输至微控制器告知校验情况。
2.一种电池组的主动均衡方法，其特征在于，该方法采用权利要求1所述的一种电池组的主动均衡系统实现，该方法进行均衡操作时包括3种工作模式，分别空闲模式、均衡模式和故障模式；
空闲模式：微控制器通过外部通讯总线从模块管理单元或电池管理模块内部存储芯片获取到配置参数，将配置参数传递给供电侧主动均衡芯片，供电侧主动均衡芯片通过隔离性器件电路将电池侧主动均衡芯片有关的配置参数传递过去，实现配置参数的设置，以及均衡启动前保护判断；
均衡模式：微控制器获取待均衡单体电池编号，通过供电侧主动均衡芯片与隔离性器件电路将待均衡单体电池编号传输至电池侧主动均衡芯片，进行电池选通矩阵开关的检测，输出待均衡单体电池对应的通道开关信号，控制电池选通矩阵开关将待均衡电池接入到均衡环路中，供电侧主动均衡芯片控制均衡驱动1和均衡驱动2输出，以及均衡模式过程中保护判断，能使主动均衡电路实现直流供电电源和待均衡单体电池的能量交互；
故障模式：空闲模式、均衡模式过程中通过获取包括主动均衡电路供电侧电压与电流、主动均衡电路电池侧电压与均衡电流、主动均衡电路内部温度以及电池选通矩阵开关信号的信息进行保护判断，若故障则进入到故障模式，发出报警信号，均衡驱动1和均衡驱动2将停止输出，电池选通矩阵开关信号也将断开，保障主动均衡电路处于不动作的状态。
3.根据权利要求2所述的一种电池组的主动均衡方法，其特征在于，该方法进行均衡操作时执行以下的步骤：
1）首先处于空闲模式，微控制器发送故障查询指令，供电侧主动均衡芯片进行应答，从应答情况获知芯片是否处于故障模式，若数据正常收发则使供电侧主动均衡芯片电池侧供电驱动输出，为电池侧主动均衡芯片提供工作电源，反之提示工作异常，可通过外部报警信号进行提示；
2）微控制器发送故障查询指令，供电侧主动均衡芯片作为通道，电池侧主动均衡芯片进行应答，若数据正常收发则进行下一步，反之提示工作异常，可通过外部报警信号进行提示；
3）微控制器通过外部通讯总线从模块管理单元或电池管理模块内部存储芯片获取到配置参数，将配置参数传递给供电侧主动均衡芯片、电池侧主动均衡芯片，即对两侧设置保护值，包括主动均衡电路供电侧电压过压值Ug_g、主动均衡电路供电侧电压欠压值Ug_q、主动均衡电路供电侧电流过流值Ig_g、主动均衡电路电池侧电压过压值Ud_g、主动均衡电路电池侧电压欠压值Ud_q、主动均衡电路电池侧均衡电流过流值Id_g、主动均衡电路电池侧均衡电流欠流值Id_q、主动均衡电路内部温度过温值T0_g和通讯失联保护设置；
4）微控制器对设置的配置参数进行数据校验，校验失败或成功再分别向微控制器告知校验情况，校验成功代表保护功能被启动；
5）进入保护点1判断，判断无故障后进入主动均衡启动等待，接收到均衡指令后开启均衡模式，判断有故障后进入故障模式；
6）开始处于均衡模式，微控制器从外部通讯总线获取待均衡单体电池节号，从通讯线1、通讯线2通道传输至电池侧主动均衡芯片，电池侧主动均衡芯片输出电池选通矩阵开关检测信号，判断开关状态信号，若异常则进入故障模式；正常则使微控制器从通讯线1、通讯线2通道向电池侧主动均衡芯片发送均衡指令，电池侧主动均衡芯片监控主动均衡电路电池侧均衡电流的变化，通过模拟量线通过连接供电侧主动均衡芯片，供电侧主动均衡芯片控制均衡驱动1和均衡驱动2进行第一开关QA1和第二开关QA2的PWM调节，直至主动均衡电路达到稳定状态，即输出稳定的均衡电流；同步进行保护判断，正常且当次均衡结束则进入空闲模式，异常则进入故障模式。
4.根据权利要求3所述的一种电池组的主动均衡方法，其特征在于，所述均衡模式的保护判断为保护点1、保护点2、保护点3判断的两项或全部，为判断无故障后持续进行均衡，接收到均衡指令后开启或结束均衡模式，判断有故障后进入故障模式。
5.根据权利要求4所述的一种电池组的主动均衡方法，其特征在于，所述保护点1故障判断条件为：主动均衡电路供电侧电压Ug大于主动均衡电路供电侧电压过压值Ug_g，或主动均衡电路供电侧电压Ug小于主动均衡电路供电侧电压欠压值Ug_q。
6.根据权利要求4所述的一种电池组的主动均衡方法，其特征在于，所述保护点2故障判断条件为：主动均衡电路电池侧电压Ud大于主动均衡电路电池侧电压过压值Ud_g，或主动均衡电路电池侧电压Ud小于主动均衡电路电池侧电压欠压值Ud_q，或主动均衡电路内部温度T0大于主动均衡电路内部温度过温值T0_g。
7.根据权利要求4所述的一种电池组的主动均衡方法，其特征在于，所述保护点3故障判断条件为主动均衡电路供电侧电流Ig大于主动均衡电路供电侧电流过流值Ig_g，或主动均衡电路电池侧均衡电流Id大于主动均衡电路电池侧均衡电流过流值Id_g，或主动均衡电路电池侧均衡电流Id小于主动均衡电路电池侧均衡电流欠流值Id_q。
8.根据权利要求2所述的一种电池组的主动均衡方法，其特征在于，所述故障模式执行以下步骤：
1）供电侧和电池侧主动均衡芯片进入到故障模式，只对故障查询指令和故障清除指令响应处理；
2）微控制器接收上级模块故障查询指令，微控制器发送故障查询指令，供电侧和电池侧主动均衡芯片返回是被触发的保护种类；
3）微控制器接收上级模块清除故障指令，微控制器发送清除故障指令，供电侧和电池侧主动均衡芯片退出故障模式进入到空闲模式，可正常接收指令执行主动均衡任务。
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