TWI748540B

TWI748540B - 一種用於鋰電池管理系統的放電系統及放電控制方法

Info

Publication number: TWI748540B
Application number: TW109122092A
Authority: TW
Inventors: 楊維蕾; 韓朋朋; 劉華偉
Original assignee: 大陸商合肥中穎電子有限公司
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2021-12-01
Also published as: CN111478404B; CN111478404A; TW202143596A

Abstract

本發明提供了一種用於鋰電池管理系統的放電系統及放電控制方法，所述方法包括：1)提供主放電迴路和預放電迴路，主放電迴路的兩端與預放電迴路的兩端耦接；2)當負載未接入鋰電池管理系統時，斷開主放電迴路；3)閉合預放電迴路；4)當負載接入鋰電池管理系統後，對閉合預放電迴路進行小電流檢測，若檢測到有小電流信號，則執行步驟5)；若沒有檢測到小電流信號，則返回步驟2)；5)檢測是否有電流過載或短路信號，若有電流過載或短路信號，則執行步驟6）；若沒有檢測到電流過載或短路信號，則執行步驟7）；6)斷開預放電迴路並持續檢測負載是否已經移除；若負載移除，則返回步驟3）；若負載沒有移除，則繼續檢測，直至負載移除；7) 閉合主放電迴路，斷開預放電迴路。

Description

一種用於鋰電池管理系統的放電系統及放電控制方法

本發明涉及鋰電池組管理系統。

現有技術中，解決負載電容對鋰電池管理系統產生負面影響的方法主要有以下幾種。

一種方法是增大電流過載和短路的保護閾值。當鋰電池組連接到負載控制迴路給負載電容放電時，使其不觸發電流過載或短路保護。但所述方式存在以下缺陷：

首先，當閉合主放電迴路時，依然有瞬間大電流，極易在介面處產生電火花，使介面氧化，導致接觸不良；

其次，因為提高了電流過載和短路的保護閾值，要求主放電迴路採用較大功率器件，增加了成本。

又一種方法是對負載電容進行固定時長的放電，然後直接閉合放電迴路。但所述方式存在缺陷，即，不能及時發現負載實際發生的電流過載或短路故障，不能徹底消除在介面處產生電火花的問題，會對放電迴路關鍵元器件產生較大衝擊，降低可靠性。

還有一種方法是在前一種方法上增加對負載電容電壓的隔離檢測。但所述方式存在以下缺陷：

首先，需採用隔離電路檢測負載電容電壓，電路複雜，成本較高，檢測精度較低；

其次，不能準確檢測電流過載或短路。所述方式根據負載電容電壓和經驗值判斷電流過載或短路，而負載電容電壓會隨著鋰電池組總電壓、負載介面處接觸阻抗、隔離電路檢測精度變化。

為了解決現有技術中存在的技術問題，本發明提供了一種用於鋰電池管理系統的放電控制系統以及放電控制方法。

本發明的用於鋰電池管理系統的放電控制方法包括以下步驟：

1)提供主放電迴路和預放電迴路，所述主放電迴路的兩端與所述預放電迴路的兩端耦接；

2)當所述負載未接入所述鋰電池管理系統時，斷開主放電迴路；

3)閉合預放電迴路；

4)當負載接入鋰電池管理系統後，對閉合預放電迴路進行小電流檢測，若檢測到有小電流信號，則執行步驟5)；若沒有檢測到小電流信號，則返回到步驟2)；

5)檢測是否有電流過載或短路信號，若有電流過載或短路信號，則執行步驟6）；若沒有檢測到電流過載或短路信號，則執行步驟7）；

6)斷開預放電迴路並持續檢測所述負載是否已經移除；若所述負載移除，則返回到步驟3）；若所述負載沒有移除，則繼續檢測，直至負載移除；

7) 閉合所述主放電迴路，斷開所述預放電迴路。

在一個實施例中，本發明的放電控制方法還包括：

提供小電流檢測迴路、電流過載和短路檢測迴路以及負載檢測迴路。

在一個實施例中，本發明的放電控制方法還包括：

將所述小電流檢測迴路的一端耦接在預放電迴路與負載之間，另一端與控制單元耦接。

在一個實施例中，本發明的放電控制方法還包括：

將所述電流過載和短路檢測迴路的一端耦接在預放電迴路與負載之間，另一端與控制單元耦接。

在一個實施例中，本發明的放電控制方法還包括：

將所述負載檢測迴路的一端耦接在預放電迴路與負載之間，另一端與控制單元耦接。

在一個實施例中，本發明的放電控制方法還包括：

將主放電迴路的一端與鋰電池管理系統中的鋰電池組的負極耦接，另一端與負載的負極耦接。

在一個實施例中，本發明的放電控制方法還包括：

所述預放電迴路的一端與鋰電池管理系統中的鋰電池組的負極耦接，另一端與負載的負極耦接。

本發明的用於鋰電池管理系統的放電系統耦接負載，所述放電系統包括：

鋰電池組，包括正極和負極，所述鋰電池組的正極與所述負載的正極耦接；

主放電迴路，所述主放電迴路兩端分別與鋰電池組的負極和負載的負極耦接；

預放電迴路，所述預放電迴路的兩端與所述主放電迴路的兩端耦接；

小電流檢測迴路，其一端耦接在預放電迴路與負載之間，另一端耦接控制單元，所述小電流檢測迴路用於檢測預放電迴路中是否存在小電流，並將檢測結果回饋至所述控制單元；

電流過載和短路檢測迴路，其一端耦接負載的負極，另一端耦接所述控制單元，所述電流過載和短路檢測迴路用於檢測預放電迴路中是否存在電流過載和短路的情況，並將檢測結果回饋至所述控制單元；

負載檢測迴路，其一端耦接負載的負極，另一端耦接所述控制單元，所述負載檢測迴路用於檢測負載是否移除，並將檢測結果回饋至所述控制單元；

控制單元，根據所述小電流檢測迴路、電流過載和短路檢測迴路以及負載檢測迴路的檢測結果控制所述主放電迴路以及所述預放電迴路的斷開或閉合。

在一個實施例中，所述控制單元根據所述檢測結果控制所述主放電迴路以及所述預放電迴路的斷開或閉合包括以下步驟：

a.當所述負載未接入所述鋰電池管理系統時，所述控制單元斷開所述主放電迴路；

b.所述控制單元閉合所述預放電迴路；

c.當所述負載接入鋰電池管理系統後，進行小電流檢測，若控制單元檢測到所述小電流檢測迴路有小電流信號，則執行步驟d；若沒有檢測到小電流信號，則返回執行步驟a；

d.檢測所述電流過載和短路檢測迴路是否有電流過載或短路信號，若有電流過載或短路信號，則執行步驟e；若沒有檢測到電流過載或短路信號，則執行步驟f；

e.斷開預放電迴路並持續檢測所述負載是否已經移除；若所述負載移除，則返回執行步驟a，即重新閉合預放電迴路並檢測電流信號；若所述負載沒有移除，則繼續檢測，直至負載移除；

f. 閉合所述主放電迴路，斷開所述預放電迴路。

在一個實施例中，所述預放電迴路包括限流單元，所述限流單元用於當有電流過載或短路信號出現時對預放電迴路中的電流進行限流。

本發明通過先閉合預放電迴路，斷開主放電迴路，從而避免在負載接入時在介面處產生電火花，在預放電的同時可以提前檢測到是否發生了負載電流過載或短路，杜絕在外部實際存在電流過載或短路時閉合主放電迴路，消除了對系統及主放電迴路關鍵元器件的衝擊，提升了系統可靠性和使用壽命，節約了成本。

以下在具體實施方式中詳細敘述本發明的詳細特徵以及優點，其內容足以使任何本領域技術人員瞭解本發明的技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露的說明書、請求項及圖式，本領域技術人員可輕易地理解本發明相關的目的及優點。

本發明對預放電迴路進行改進，增加一個低成本的小電流檢測迴路，以及電流過載和短路檢測迴路，同時提供更優的軟體控制邏輯，解決現有的預放電方案無法預先檢測到負載電流過載或短路的問題。

本發明的預放電控制方案具有電路元器件少、成本低、易實現、安全可靠等優點。本發明會先閉合預放電迴路，斷開主放電迴路，小電流檢測迴路可以精確檢測到負載的小電流信號，並能預先判定負載電流過載或短路故障，在發生電流過載或短路故障後禁止閉合主放電迴路，極大地提高了系統的安全可靠性，延長鋰電池管理系統使用壽命。

圖1示出根據本發明一實施例的用於鋰電池管理系統的放電系統原理框圖。所述鋰電池管理系統包括：鋰電池組101、主放電迴路102、預放電迴路103、控制單元104、小電流檢測迴路105、電流過載和短路檢測迴路106、負載檢測迴路107。

鋰電池組101具有正極B+和負極B-。鋰電池組101的正極B+與負載的正極P+連接，鋰電池組101的負極B-與負載的負極P-之間通過主放電迴路102和預放電迴路103連接。

主放電迴路102的兩端分別與鋰電池組101的負極B-和負載的負極P-耦接。在一個實施例中，主放電迴路102用於對鋰電池組進行放電，以對負載進行供電。

預放電迴路103的兩端與主放電迴路102的兩端耦接。在一個實施例中，預放電迴路103用於對負載進行預先放電。

小電流檢測迴路105，其一端耦接在預放電迴路103與負載之間，另一端耦接控制單元104。所述小電流檢測迴路105用於檢測預放電迴路103中是否存在小電流，並將檢測結果回饋至控制單元104。

電流過載和短路檢測迴路106，其一端耦接在預放電迴路103與負載之間，另一端耦接控制單元104。所述電流過載和短路檢測迴路106用於檢測預放電迴路103中是否存在電流過載和短路的情況，並將檢測結果回饋至控制單元104。

負載檢測迴路107，其一端耦接在預放電迴路103與負載之間，另一端耦接控制單元104。所述負載檢測迴路107用於檢測負載是否移除，並將檢測結果回饋至控制單元104；

控制單元104，通過獲取小電流檢測迴路105、電流過載和短路檢測迴路106、負載檢測迴路107的信號來控制主放電迴路102和預放電迴路103的斷開或閉合。

在一個實施例中，所述預放電迴路103包括限流單元，所述限流單元用於當有電流過載或短路信號出現時對預放電迴路中的電流進行限流。

在一個實施例中，所述限流單元包括限流電阻。

所述控制單元根據所述檢測結果控制所述主放電迴路以及所述預放電迴路的斷開或閉合包括以下步驟：

b.所述控制單元閉合所述預放電迴路；

f. 閉合所述主放電迴路，斷開所述預放電迴路。

圖2示出根據本發明一實施例的放電控制方法的流程圖。所述方法包括以下步驟：

步驟201：當負載未接入鋰電池管理系統時，負載電流為零，控制單元斷開主放電迴路；

步驟202：閉合預放電迴路。

在本發明中，鋰電池管理系統在負載未接入時，需要保持主放電迴路斷開、預放電迴路閉合的狀態。

步驟203：當負載接入鋰電池管理系統後，進行小電流檢測，若控制單元檢測到小電流檢測迴路有小電流信號，則執行步驟204；若沒有檢測到小電流信號，則返回執行步驟201。

在實際應用中，存在硬體接觸問題造成負載接入不穩定的情況，即負載接入時可能存在暫時未接通但隨後又接通的情況。即，若系統暫時未檢測到小電流，並不表示負載一直未接入，也有可能下一時刻會接入。因此，系統需要恢復到初始狀態，以應對下一時刻負載接通的情況。

步驟204：檢測電流過載和短路檢測迴路是否有電流過載或短路信號，若有電流過載或短路信號，則執行步驟205；若沒有檢測到電流過載或短路信號，則執行步驟206；

步驟205：斷開預放電迴路並持續檢測負載是否已經移除。若負載移除，則返回執行步驟201，即重新閉合預放電迴路並檢測電流信號；若負載沒有移除，則繼續檢測，直至負載移除。

此步驟的目的時為了時刻保證鋰電池管理系統在負載未接入時，保持主放電迴路斷開、預放電迴路閉合的狀態，以便在鋰電池組完全打開放電迴路之前先對負載進行小電流檢測以及電流過載和短路檢測。

步驟206：閉合主放電迴路，斷開預放電迴路，預放電成功，流程結束。

本發明的放電控制方法先斷開主放電迴路，閉合預放電迴路，可以避免負載接入時在介面處產生電火花。負載接入後，通過預放電迴路的放電電流大小，預先判定負載端是否存在電流過載或短路故障，在有電流過載或短路故障時不閉合主放電迴路，這樣可以杜絕在外部實際存在電流過載或短路時閉合主放電迴路，消除了對系統的衝擊，提升了系統可靠性，節約了成本。

這裡採用的術語和表述方式只是用於描述，本發明並不應局限於這些術語和表述。使用這些術語和表述並不意味著排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特徵，應認識到可能存在的各種修改也應包含在權利要求範圍內。其他修改、變化和替換也可能存在。相應的，權利要求應視為覆蓋所有這些等效物。

同樣，需要指出的是，雖然本發明已參照當前的具體實施例來描述，但是本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明，在沒有脫離本發明精神的情況下還可做出各種等效的變化或替換，因此，只要在本發明的實質精神範圍內對上述實施例的變化、變型都將落在本發明的申請專利範圍的範圍內。

101:鋰電池組 102:主放電迴路 103:預放電迴路 104:控制單元 105:小電流檢測迴路 106:電流過載和短路檢測迴路 107:負載檢測迴路 201-206:步驟

本發明的以上發明內容以及下面的具體實施方式在結合圖式閱讀時會得到更好的理解。需要說明的是，圖式僅作為所請求保護的發明的示例。在圖式中，相同的圖式標記代表相同或類似的元素。圖1示出根據本發明一實施例的用於鋰電池管理系統的放電系統框圖；圖2示出根據本發明一實施例的放電控制方法。

101:鋰電池組 102:主放電迴路 103:預放電迴路 104:控制單元 105:小電流檢測迴路 106:電流過載和短路檢測迴路 107:負載檢測迴路

Claims

一種用於鋰電池管理系統的放電控制方法，其特徵在於，所述放電控制方法包括以下步驟：1)提供一主放電迴路和一預放電迴路，所述主放電迴路的兩端與所述預放電迴路的兩端耦接；2)當所述負載未接入所述鋰電池管理系統時，斷開所述主放電迴路；3)閉合所述預放電迴路；4)當一負載接入所述鋰電池管理系統後，對所述閉合預放電迴路進行一小電流檢測，若檢測到有一小電流信號，則執行步驟5)；若沒有檢測到所述小電流信號，則返回到步驟2)；5)檢測是否有一電流過載或短路信號，若有所述電流過載或短路信號，則執行步驟6)；若沒有檢測到所述電流過載或短路信號，則執行步驟7)；6)斷開所述預放電迴路並持續檢測所述負載是否已經移除；若所述負載移除，則返回到步驟3)；若所述負載沒有移除，則繼續檢測，直至所述負載移除；7)閉合所述主放電迴路，斷開所述預放電迴路。
如請求項1所述的用於鋰電池管理系統的放電控制方法，還包括：提供一小電流檢測迴路、一電流過載和一短路檢測迴路以及負載檢測迴路。
如請求項2所述的用於鋰電池管理系統的放電控制方法，還包括：將所述小電流檢測迴路的一端耦接在所述預放電迴路與所述負載之間，另一端與一控制單元耦接。
如請求項2所述的用於鋰電池管理系統的放電控制方法，還包括：將所述電流過載和所述短路檢測迴路的一端耦接在所述預放電迴路與所述負載之間，另一端與一控制單元耦接。
如請求項2所述的用於鋰電池管理系統的放電控制方法，還包括：將所述負載檢測迴路的一端耦接在所述預放電迴路與所述負載之間，另一端與一控制單元耦接。
如請求項1所述的用於鋰電池管理系統的放電控制方法，還包括：將所述主放電迴路的一端與所述鋰電池管理系統中的一鋰電池組的負極耦接，另一端與所述負載的負極耦接。
如請求項1所述的用於鋰電池管理系統的放電控制方法，還包括：所述預放電迴路的一端與所述鋰電池管理系統中的一鋰電池組的負極耦接，另一端與所述負載的負極耦接。
一種用於鋰電池管理系統的放電系統，所述放電系統耦接一負載，其特徵在於，所述放電系統包括：一鋰電池組，包括正極和負極；所述鋰電池組的正極與所述負載的正極耦接；一主放電迴路，所述主放電迴路兩端分別與所述鋰電池組的負極和負載的負極耦接；一預放電迴路，所述預放電迴路的兩端與所述主放電迴路的兩端耦接；一小電流檢測迴路，其一端耦接在所述預放電迴路與所述負載之間，另一端耦接一控制單元，所述小電流檢測迴路用於檢測所述預放電迴路中是否存在一小電流，並將檢測結果回饋至所述控制單元；一電流過載和短路檢測迴路，其一端耦接所述負載的負極，另一端耦接所述控制單元，所述電流過載和短路檢測迴路用於檢測所述預放電迴路中是否存在電流過載和短路的情況，並將檢測結果回饋至所述控制單元；一負載檢測迴路，其一端耦接負載的負極，另一端耦接所述控制單元，所述負載檢測迴路用於檢測所述負載是否移除，並將檢測結果回饋至所述控制單元；一控制單元，根據所述小電流檢測迴路、所述電流過載和短路檢測迴路以及所述負載檢測迴路的檢測結果控制所述主放電迴路以及所述預放電迴路的斷開或閉合。
如請求項8所述的用於鋰電池管理系統的放電系統，所述控制單元根據所述檢測結果控制所述主放電迴路以及所述預放電迴路的斷開或閉合包括以下步驟：a.當所述負載未接入所述鋰電池管理系統時，所述控制單元斷開所述主放電迴路；b.所述控制單元閉合所述預放電迴路；c.當所述負載接入所述鋰電池管理系統後，進行一小電流檢測，若控制單元檢測到所述小電流檢測迴路有一小電流信號，則執行步驟d；若沒有檢測到所述小電流信號，則返回執行步驟a；d.檢測所述電流過載和短路檢測迴路是否有一電流過載或短路信號，若有所述電流過載或短路信號，則執行步驟e；若沒有檢測到所述電流過載或短路信號，則執行步驟f；e.斷開所述預放電迴路並持續檢測所述負載是否已經移除；若所述負載移除，則返回執行步驟b，即重新閉合所述預放電迴路並檢測電流信號；若所述負載沒有移除，則繼續檢測，直至所述負載移除；f.閉合所述主放電迴路，斷開所述預放電迴路。
如請求項8所述的用於鋰電池管理系統的放電系統，所述預放電迴路包括一限流單元，所述限流單元用於當有所述電流過載或短路信號出現時對所述預放電迴路中的電流進行限流。