本發(fā)明屬于電池管理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電壓補(bǔ)償型電池保護(hù)器及均衡方法。

背景技術(shù)：

目前，電動(dòng)車被廣泛使用于市場(chǎng)上，車用電池被頻繁的充放電工作，因此所用到的電池組需要更高的工作效率和使用壽命。由于電池往往是作為成組使用的，而且其個(gè)體在制造時(shí)無(wú)法保證一致性，使得電池組在使用過(guò)程中往往存在過(guò)度放電、過(guò)度充電、電流過(guò)大等問(wèn)題。除此之外，電池單體還有自身的內(nèi)阻，在充放電過(guò)程中，其內(nèi)阻產(chǎn)生的電壓會(huì)影響充放電功能。若不對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行快速有效的處理，不僅會(huì)大大影響鋰電池組的使用壽命還會(huì)帶來(lái)安全隱患。

為了提高電池組的使用時(shí)間，盡可能的延長(zhǎng)電池組的使用壽命，大多數(shù)保護(hù)器都會(huì)對(duì)電池組進(jìn)行過(guò)充電、過(guò)放電、過(guò)電流以及均衡保護(hù)。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種電壓補(bǔ)償型電池保護(hù)器及均衡方法，其主要功能有：使用內(nèi)阻測(cè)試模塊發(fā)送電流脈沖并通過(guò)電流傳感器采集電流脈沖值，然后通過(guò)電壓采集/均衡模塊采集當(dāng)時(shí)的單體電壓，并將電壓數(shù)據(jù)通過(guò)spi通信傳送給微處理器，根據(jù)直流內(nèi)阻的測(cè)試方法計(jì)算出每節(jié)電池單體的內(nèi)阻；通過(guò)基于單體電池內(nèi)阻的電壓補(bǔ)償方法，優(yōu)化均衡方法和優(yōu)化充放電閾值電壓。另外在電池組進(jìn)行充放電的過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)充電或者過(guò)放電時(shí)，保護(hù)板可以在第一時(shí)間開(kāi)啟過(guò)充過(guò)放保護(hù)關(guān)斷過(guò)充驅(qū)動(dòng)電路或過(guò)放驅(qū)動(dòng)電路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所采用的設(shè)計(jì)方案是：一種電壓補(bǔ)償型電池保護(hù)器及均衡方法，一種電壓補(bǔ)償型均衡方法基于一種電壓補(bǔ)償型電池保護(hù)器工作，該保護(hù)器包括：內(nèi)阻測(cè)試模塊、微處理器、電壓采集/均衡模塊、多路開(kāi)關(guān)選擇器、dc/dc電源模塊、過(guò)充驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)放驅(qū)動(dòng)電路以及電流傳感器。一種電壓補(bǔ)償型電池保護(hù)器及均衡方法的詳細(xì)步驟如下：

首先，微處理器向多路開(kāi)關(guān)選擇器發(fā)送控制信號(hào)，選擇相應(yīng)的單體電壓并連接至內(nèi)阻測(cè)試模塊，微處理器發(fā)送電壓控制信號(hào)給內(nèi)阻測(cè)試模塊，產(chǎn)生兩段電流脈沖，電流傳感器2將相應(yīng)電流數(shù)據(jù)傳輸給微處理器，通過(guò)電壓采集/均衡模塊記錄兩段脈沖的單體電壓數(shù)據(jù)并傳輸給微處理器，根據(jù)直流內(nèi)阻測(cè)試方法，依次算出每節(jié)單體的內(nèi)阻值，并儲(chǔ)存到微處理器；微處理器通過(guò)電壓補(bǔ)償?shù)姆椒▽?nèi)電阻產(chǎn)生的電壓計(jì)算到充電過(guò)程的均衡處理中，然后通過(guò)電流傳感器1的電流大小判斷保護(hù)器是在充電過(guò)程中還是在放電過(guò)程中，并在相應(yīng)的過(guò)程中補(bǔ) 償過(guò)充閾值和過(guò)放閾值，以此來(lái)提高電池組充電容量和容量利用率。

在上述設(shè)計(jì)方案中，通過(guò)內(nèi)阻測(cè)試模塊發(fā)出兩段電流脈沖，用多路開(kāi)關(guān)選擇器選擇一節(jié)單體，將其與電流傳感器串聯(lián)起來(lái)，與內(nèi)阻測(cè)試模塊并聯(lián)起來(lái)，用電流傳感器2將i1、i2傳輸至微處理器，用電壓采集/均衡模塊采集當(dāng)時(shí)的單體電壓u1、u2，并傳輸至微處理器，最后根據(jù)直流內(nèi)阻測(cè)試方法r＝δu/δi＝(u1-u2)/(i1-i2)，計(jì)算出該節(jié)單體的內(nèi)阻值，并依據(jù)上述方法，計(jì)算出所有單體的內(nèi)阻值。

在上述設(shè)計(jì)方案中，計(jì)算出電池單體的內(nèi)阻值以后，選出其中最小內(nèi)阻值r，充電電流為i3，補(bǔ)償后的均衡開(kāi)啟電壓閾值為ubti＝ubt0+i3*ri，補(bǔ)償后的均衡方法為：當(dāng)ui-ua≥ubti時(shí)，對(duì)該電池單體開(kāi)啟均衡，否則不開(kāi)啟。

在上述設(shè)計(jì)方案中，由計(jì)算得出的最小電池單體內(nèi)電阻值r，對(duì)過(guò)充電、過(guò)放電閾值進(jìn)行電壓補(bǔ)償，在充電過(guò)程中，補(bǔ)償后的過(guò)充保護(hù)電壓閾值為utci＝u3+i3*ri，當(dāng)電池組中第i節(jié)電池單體電壓ui≥utci時(shí)，微處理器發(fā)送控制信號(hào)至過(guò)充驅(qū)動(dòng)電路，過(guò)充保護(hù)開(kāi)啟；在放電過(guò)程中，補(bǔ)償后的過(guò)放保護(hù)電壓閾值為utdi＝u4-i4*ri，當(dāng)電池組中某節(jié)電池單體電壓ui≤utdi時(shí)，微處理器發(fā)送控制信號(hào)至過(guò)放驅(qū)動(dòng)電路，過(guò)放保護(hù)開(kāi)啟。

在上述設(shè)計(jì)方案中，dc/dc電源模塊正極與電池組正極相連接，dc/dc電源模塊負(fù)極與電池組負(fù)極連接，同時(shí)dc/dc電源模塊為所有工作電壓為低電壓的電子器件供電。當(dāng)電池組有電時(shí)，電源模塊為微處理器供電，使其處于工作狀態(tài)。

在上述設(shè)計(jì)方案中，當(dāng)通過(guò)電流傳感器1判斷得出電池組在放電過(guò)程時(shí)，微處理器通過(guò)均衡采集/保護(hù)模塊采集到電池組的單體電壓，并實(shí)時(shí)更新單體電壓數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)趇節(jié)單體的電壓值ui≤utdi時(shí)，此時(shí)開(kāi)啟過(guò)放驅(qū)動(dòng)電路，相應(yīng)的n溝道m(xù)os管開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電池組放電結(jié)束；當(dāng)通過(guò)電流傳感器1判斷電池組在充電過(guò)程中時(shí)，微處理器通過(guò)電壓采集/均衡模塊采集到電池組的單體電壓數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)趇節(jié)充電單體電壓ui≥utci時(shí)，此時(shí)開(kāi)啟過(guò)充驅(qū)動(dòng)電路，相對(duì)應(yīng)的n溝道m(xù)os管開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，充電過(guò)程結(jié)束。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：設(shè)計(jì)的一種電壓補(bǔ)償型電池保護(hù)器及均衡方法，能夠提高電池組充電容量和容量利用率。

附圖說(shuō)明

圖1一種電壓補(bǔ)償型電池保護(hù)器架構(gòu)圖

圖2一種電壓補(bǔ)償型電池保護(hù)器均衡方法流程圖

具體工作方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，整個(gè)保護(hù)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括：微處理器、電壓采集/均衡模塊、多路開(kāi)關(guān)選擇器、內(nèi)阻測(cè)試模塊、dc/dc電源模塊、過(guò)放驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)充驅(qū)動(dòng)電路以及電流傳感器。微處理器控制整個(gè)保護(hù)板的工作流程，所有數(shù)據(jù)最后都要傳輸給微處理器進(jìn)行相應(yīng)的處理，并發(fā)出下一步工作的指令；電壓采集/均衡模塊是采集電池組單體電壓數(shù)據(jù)，通過(guò)spi通信將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸給微處理器，該模塊還帶有均衡電路單元，實(shí)施對(duì)單體的均衡操作；多路開(kāi)關(guān)選擇器是通過(guò)微處理器將開(kāi)關(guān)控制信號(hào)傳輸給該模塊，選擇接通相應(yīng)的電池單體；內(nèi)阻測(cè)試模塊是通過(guò)微處理器輸入電壓控制信號(hào)使該模塊輸出兩段電流脈沖到相應(yīng)的并聯(lián)電池單體上；dc/dc電源模塊給所有保護(hù)器上的元器件提供工作電源；過(guò)放驅(qū)動(dòng)電路是對(duì)電路中出現(xiàn)過(guò)放電的現(xiàn)象進(jìn)行過(guò)放電保護(hù)，關(guān)斷該保護(hù)的電子開(kāi)關(guān)，結(jié)束放電工作；過(guò)充驅(qū)動(dòng)電路是對(duì)電路中出現(xiàn)過(guò)充電的現(xiàn)象進(jìn)行過(guò)充電保護(hù)，關(guān)斷過(guò)充電保護(hù)的電子開(kāi)關(guān)；電流傳感器是對(duì)產(chǎn)生的電流信號(hào)傳輸給微處理器。計(jì)算電池單體內(nèi)阻的具體方法是，通過(guò)微處理器控制多路開(kāi)關(guān)選擇器接通選擇bn，bn為某節(jié)電池組單體，微處理器發(fā)送電壓控制信號(hào)給內(nèi)阻測(cè)試模塊，該模塊發(fā)出兩段電流脈沖，電流傳感器2將測(cè)得的兩組電流值傳輸給微處理器，微處理器通過(guò)電流傳感器和電壓采集/均衡模塊得到i1、i2和u1、u2，通過(guò)公式r＝(u1-u2)/(i1-i2)，測(cè)得bn的內(nèi)電阻值，依次求得n節(jié)單體的內(nèi)電阻值，并得出內(nèi)電阻值為ri，分別在充放電過(guò)程中計(jì)算出新的過(guò)充電閾值電壓為utci，新的過(guò)放電閾值電壓為utdi，在放電過(guò)程中，當(dāng)某節(jié)單體的放電電壓ui≤utdi，放電過(guò)程結(jié)束；在充電過(guò)程中當(dāng)某節(jié)單體的充電電壓ui≥utci，充電過(guò)程結(jié)束。

圖2一種電壓補(bǔ)償型電池保護(hù)器均衡方法，對(duì)其闡述如下：

(1)將電池最小內(nèi)阻值r運(yùn)用到充電均衡保護(hù)中；

(2)充電過(guò)程中第i節(jié)電池單體開(kāi)啟的均衡閾值為ubti＝ubt0+i3*ri，開(kāi)啟的過(guò)充電保護(hù)閾值電壓為utci，utci＝i3*ri+u3，其中ubt0為當(dāng)前的實(shí)時(shí)設(shè)定的均衡閾值電壓，i3為充電電流，u3為原過(guò)充電閾值電壓，utci為第i節(jié)單體的過(guò)充電閾值電壓；

(3)進(jìn)行充電，如果單體電壓ui滿足utci＞ui≥ubti+ua，開(kāi)啟均衡工作，ua為電池組單體電壓平均值，直到ui＜ubti+ua，均衡操作結(jié)束，繼續(xù)充電，最后當(dāng)ui≥utci時(shí)，開(kāi)啟過(guò)充電保護(hù)，整個(gè)充電過(guò)程結(jié)束；

(4)放電過(guò)程中過(guò)放電保護(hù)閾值電壓為utdi，utdi＝u4-i4*ri，u4為原過(guò)放電閾值電壓，i4為放電電流，utdi為第i節(jié)電池單體的過(guò)放電保護(hù)閾值電壓；

(5)開(kāi)啟放電工作，如果電池組單體電壓ui＜utdi，則繼續(xù)放電，直到ui≥utdi，則開(kāi)啟過(guò)放電保護(hù)，整個(gè)放電過(guò)程結(jié)束。