本發(fā)明涉及電源控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子蓄電池組的過(guò)放保護(hù)系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

鋰離子蓄電池與鋅銀電池、鎘鎳、氫鎳蓄電池相比，比能量高、工作電壓高、自放電率低；但鋰離子蓄電池嚴(yán)禁過(guò)放，一旦過(guò)放，鋰離子蓄電池將會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。

目前，一般采用軟件控制、硬件電路控制或開環(huán)控制三種方式來(lái)進(jìn)行鋰離子蓄電池的過(guò)放保護(hù)。這三種方式控制方式單一，可靠性低，尤其是開環(huán)控制，一旦錯(cuò)過(guò)過(guò)放保護(hù)電壓點(diǎn)，即造成鋰離子蓄電池的損壞。因此為提高過(guò)放保護(hù)的可靠性，需設(shè)計(jì)專門的過(guò)放保護(hù)系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子蓄電池組的過(guò)放保護(hù)系統(tǒng)及控制方法，控制策略簡(jiǎn)單易懂，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于工程實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式，確保過(guò)放保護(hù)的可靠性。

為達(dá)到上述目的， 本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種鋰離子蓄電池組的過(guò)放保護(hù)系統(tǒng)，其中的硬件電路包括蓄電池組采樣電路、各單體采樣電路、比較電路、三取二電路、觸發(fā)電路、驅(qū)動(dòng)電路。

所述蓄電池組采樣電路，與蓄電池組正、負(fù)極相連，采集蓄電池組的電壓作為過(guò)放電壓點(diǎn)的反饋輸入；通過(guò)比較器中的基準(zhǔn)電壓設(shè)計(jì)所述蓄電池組采樣電路的各參數(shù)，為提高所述比較電路輸出信號(hào)的可靠性，可以采用滯環(huán)比較器。

蓄電池組采樣電路和比較電路共三路，每路參數(shù)均一致，經(jīng)由所述三取二電路取得高可靠的比較輸出信號(hào)。所述觸發(fā)電路共四路，每?jī)陕芬唤M，分別觸發(fā)所述驅(qū)動(dòng)電路，保證所述驅(qū)動(dòng)電路可靠工作。

所述比較電路與所述蓄電池組電壓采樣電路連接，用于比較蓄電池組的電壓，在蓄電池組電壓到達(dá)過(guò)放電壓點(diǎn)時(shí)，所述比較電路的輸出發(fā)生反轉(zhuǎn)，觸發(fā)所述觸發(fā)電路。

所述觸發(fā)電路為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，一旦觸發(fā)成功，則驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)電路，將蓄電池組放電開關(guān)斷開，達(dá)到防止過(guò)放的目的。所述觸發(fā)電路共四路，每?jī)陕芬唤M，保證所述觸發(fā)電路在誤動(dòng)作時(shí)，不影響所述放電開關(guān)的正常工作。

所述三取二電路，用于防止單個(gè)所述蓄電池組采樣電路或單個(gè)所述比較電路引起的誤輸出電平信號(hào)，提高可靠性。

對(duì)于每個(gè)蓄電池單體均設(shè)置一個(gè)蓄電池單體電壓的單體采樣電路，所述單體電壓采樣電路與對(duì)應(yīng)蓄電池單體的正、負(fù)極連接，用于采集對(duì)應(yīng)蓄電池單體的電壓。

所述軟件控制單元根據(jù)采集的各單體電壓及蓄電池組電壓，實(shí)時(shí)判斷蓄電池組電壓及各單體電壓是否滿足過(guò)放電壓點(diǎn)，一旦條件滿足，則輸出電平信號(hào)直接將蓄電池組放電開關(guān)斷開，達(dá)到防止過(guò)放的目的。

本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供一種鋰離子蓄電池組的過(guò)放保護(hù)控制方法，通過(guò)設(shè)計(jì)蓄電池組電壓采樣電路和單體采樣電路內(nèi)各元件參數(shù)，使正常工作狀態(tài)下整組電壓反饋高于過(guò)放基準(zhǔn)點(diǎn)；

在正常工作狀態(tài)下，所述觸發(fā)電路未被觸發(fā)，所述軟件控制單元亦無(wú)輸出，不影響蓄電池組放電開關(guān)的正常工作。一旦發(fā)生過(guò)放，所述蓄電池組采樣電路輸出的電壓低于所述比較電路中的過(guò)放基準(zhǔn)點(diǎn)，產(chǎn)生脈沖沿，輸出電平信號(hào)，通過(guò)所述三取二電路，將沿信號(hào)發(fā)送給所述觸發(fā)電路，所述觸發(fā)電路輸出電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)電路，將所述放電開關(guān)斷開；同時(shí)，所述軟件控制單元中將采集的單體電壓及蓄電池組電壓作為輸入，參與軟件控制，輸出電平信號(hào)直接將所述放電開關(guān)斷開。

其中，所述軟件控制單元采集各單體電壓、蓄電池組電壓，首先進(jìn)行遙測(cè)參數(shù)的有效性判斷。若遙測(cè)參數(shù)有效，則進(jìn)一步下一步是否過(guò)放的判斷，若過(guò)放，則直接將所述放電開關(guān)直接斷開；若遙測(cè)參數(shù)無(wú)效，則不進(jìn)行過(guò)放的下一步判斷，所述軟件控制單元不起作用。

本發(fā)明提供一種鋰離子蓄電池組的過(guò)放保護(hù)系統(tǒng)及控制方法，涉及硬件電路及軟件控制策略兩部分。所述硬件電路及所述軟件控制策略均可實(shí)現(xiàn)鋰離子蓄電池組過(guò)放保護(hù)控制，這兩種控制互為備份，進(jìn)一步可靠地防止鋰離子蓄電池組過(guò)放現(xiàn)象的發(fā)生。在發(fā)生過(guò)放時(shí)，所述硬件電路及所述軟件控制單元均可將所述放電開關(guān)斷開，這兩者任何一個(gè)失效，均不影響所述放電開關(guān)的斷開，從而達(dá)到過(guò)放保護(hù)的目的。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明提供的一種軟硬件相結(jié)合的鋰離子蓄電池組的過(guò)放保護(hù)系統(tǒng)及控制方法，由以下的實(shí)施例及附圖給出。

圖1是本發(fā)明所述鋰離子蓄電池組的過(guò)放保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中過(guò)放保護(hù)系統(tǒng)的硬件電路的基本原理圖。

圖3是本發(fā)明中軟件控制單元的基本控制流程圖。

圖4是蓄電池組過(guò)放發(fā)生時(shí)，硬件電路及軟件控制單元的執(zhí)行示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合圖1～圖4對(duì)本發(fā)明的鋰離子蓄電池組的過(guò)放保護(hù)系統(tǒng)及控制方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

從圖1中可以看出本實(shí)施例的鋰離子蓄電池組的過(guò)放保護(hù)系統(tǒng)，包括：蓄電池組采樣電路1、單體采樣電路2、比較電路3、三取二電路4、觸發(fā)電路5、驅(qū)動(dòng)電路6、軟件控制單元7、放電開關(guān)8；

其中，所述蓄電池組采樣電路1共三路，每路均與蓄電池組的正、負(fù)極相連，采樣輸出的電壓信號(hào)分別進(jìn)入對(duì)應(yīng)的比較電路3。若蓄電池組未過(guò)放，所述比較電路3無(wú)輸出，如若蓄電池組發(fā)生過(guò)放現(xiàn)象，經(jīng)由所述三取二電路4輸出沿觸發(fā)信號(hào)至所述觸發(fā)電路5。

所述觸發(fā)電路5共四路，兩兩一組，每路均為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，其作用是將所述沿觸發(fā)信號(hào)輸出為相應(yīng)的電平信號(hào)。所述電平信號(hào)經(jīng)過(guò)所述驅(qū)動(dòng)電路6將所述放電開關(guān)8斷開。

每個(gè)蓄電池單體對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)蓄電池單體電壓的單體采樣電路2。所述軟件控制單元7，將蓄電池組采樣電路1采集的蓄電池組采樣電壓，與單體采樣電路2采集的各單體采樣電壓進(jìn)行參數(shù)比較，將各單體采樣電壓的和值與蓄電池組電壓相比較，若誤差在不可接受范圍內(nèi)，則所述軟件控制單元7即停止執(zhí)行，直至所述誤差在可接受范圍內(nèi)。當(dāng)各單體電壓及蓄電池組電壓滿足過(guò)放條件后，該軟件控制單元7即直接將所述放電開關(guān)8斷開。

本實(shí)施例中，在蓄電池組發(fā)生過(guò)放時(shí)，經(jīng)由蓄電池組采樣電路1、單體采樣電路2、比較電路3、三取二電路4、觸發(fā)電路5、驅(qū)動(dòng)電路6構(gòu)成的硬件電路，與所述軟件控制單元7均可分別將所述放電開關(guān)8斷開，可靠地實(shí)現(xiàn)蓄電池組的過(guò)放保護(hù)。

如圖2所示的硬件電路中，對(duì)所述比較電路3中穩(wěn)壓管D7的穩(wěn)壓值進(jìn)行設(shè)計(jì)，以及根據(jù)過(guò)放電壓點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)所述蓄電池組采樣電路1中電阻R25、R26、R27、R24的阻值；所述三取二電路4的輸出為各比較電路3輸出的信號(hào)a1、a2、a3的中間值。優(yōu)選的示例中，所述穩(wěn)壓管D7的值為5V~7V之間，可選取2DW15A，電壓為6.3V左右。所述電阻R25、R26、R27、R24取值根據(jù)蓄電池組過(guò)放電壓點(diǎn)的取值進(jìn)行確定；一般R25、R26、R27、R24的阻值范圍為100kΩ~1MΩ之間。所述觸發(fā)電路5均為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，為提高觸發(fā)電路的可靠性，特別地增加至四路觸發(fā)電路；同時(shí)所述驅(qū)動(dòng)電路6共用四個(gè)三極管，采取先兩串后兩并的冗余設(shè)計(jì)方式，亦提高所述驅(qū)動(dòng)電路的可靠性。

所述蓄電池組采樣電路1、所述比較電路3、所述三取二電路4、所述觸發(fā)電路5的每一路電路形式均可以相應(yīng)常規(guī)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

所述軟件控制單元7，其控制流程圖如圖3所示，包括：

S1、遙測(cè)輸入：輸入三路蓄電池組采樣電壓及各單體采樣電壓。

S2、遙測(cè)異常判斷：首先取三路蓄電池組采樣電壓的中間值，然后通過(guò)擬合公式求出真實(shí)的蓄電池組電壓值為h；其次求出各單體采樣電壓的電壓之和為g，最后判斷h與g之間的誤差是否在誤差范圍內(nèi)。若在誤差范圍內(nèi)，則進(jìn)行過(guò)放條件的判斷；否則繼續(xù)進(jìn)行遙測(cè)是否異常的判斷。

S3、過(guò)放條件判斷：滿足過(guò)放條件的判斷要求有兩條，1）電壓值h低于設(shè)定的蓄電池組過(guò)放電壓點(diǎn)；2）根據(jù)各單體采樣電壓獲知的最小兩節(jié)單體的電壓值低于設(shè)定的單體過(guò)放電壓點(diǎn)，二者缺一不可。

S4、判斷滿足過(guò)放條件后，根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行延時(shí)（如本例中為20s），保證所述硬件電路完成過(guò)放保護(hù)指令后，再發(fā)送驅(qū)使放電開關(guān)斷開的指令。因此，若所述硬件電路未正確執(zhí)行過(guò)放保護(hù)，所述軟件控制單元7在延時(shí)20s后仍能將放電開關(guān)8斷開。

圖4中電壓點(diǎn)A為設(shè)定的過(guò)放電壓點(diǎn)。當(dāng)蓄電池組電壓大于所述電壓點(diǎn)A時(shí)，圖1中所述軟件控制單元的輸出信號(hào)KZ為高電平（OC門），圖2所示硬件電路中兩組觸發(fā)電路5輸出的信號(hào)a4、a5為低電平，此時(shí)圖2中驅(qū)動(dòng)電路6的三極管Q29、Q30、Q31、Q32均截至，進(jìn)入所述放電開關(guān)8的信號(hào)亦為高電平（OC門）；在時(shí)刻t1時(shí)，蓄電池組電壓放電至電壓點(diǎn)A，所述信號(hào)a4、a5發(fā)生翻轉(zhuǎn)，所述三極管Q29、Q30、Q31、Q32導(dǎo)通，進(jìn)而所述放電開關(guān)8斷開。在延時(shí)20s后的時(shí)刻t2時(shí)，軟件控制單元7輸出的信號(hào)KZ為低電平，亦可將所述放電開關(guān)8斷開。

此外，在時(shí)刻t1之后，所述蓄電池組電壓回升至某一穩(wěn)定值，該穩(wěn)定值高于所述電壓點(diǎn)A，這與蓄電池組自身的特性有關(guān)。不影響所述過(guò)放保護(hù)系統(tǒng)及控制方法的正確執(zhí)行。

根據(jù)以上所述，便可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下做出的其它的變化和修改，仍包括在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。