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)無法保證一致性，使得電池組在使用過程中往往存在過度放電、過度充電、電流過大等問題。除此之外，電池單體還有自身的內(nèi)阻，在充放電過程中，其內(nèi)阻產(chǎn)生的電壓會影響充放電功能。若不對上述問題進(jìn)行快速有效的處理，不僅會大大影響鋰電池組的使用壽命還會帶來安全隱患。

為了提高電池組的使用時(shí)間，盡可能的延長電池組的使用壽命，大多數(shù)保護(hù)器都會對電池組進(jìn)行過充電、過放電、過電流以及均衡保護(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)阻測試模塊發(fā)送電流脈沖并通過電流傳感器采集電流脈沖值，然后通過電壓采集/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spi通信傳送給微處理器，根據(jù)直流內(nèi)阻的測試方法計(jì)算出每節(jié)電池單體的內(nèi)阻；通過基于單體電池內(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)行充放電的過程中，當(dāng)出現(xiàn)過充電或者過放電時(shí)，保護(hù)板可以在第一時(shí)間開啟過充過放保護(hù)關(guān)斷過充驅(qū)動(dòng)電路或過放驅(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)阻測試模塊、微處理器、電壓采集/均衡模塊、多路開關(guān)選擇器、dc/dc電源模塊、過充驅(qū)動(dòng)電路、過放驅(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，微處理器向多路開關(guān)選擇器發(fā)送控制信號，選擇相應(yīng)的單體電壓并連接至內(nèi)阻測試模塊，微處理器發(fā)送電壓控制信號給內(nèi)阻測試模塊，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)阻測試方法，依次算出每節(jié)單體的內(nèi)阻值，并儲存到微處理器；微處理器通過電壓補(bǔ)償?shù)姆椒▽?nèi)電阻產(chǎn)生的電壓計(jì)算到充電過程的均衡處理中，然后通過電流傳感器1的電流大小判斷保護(hù)器是在充電過程中還是在放電過程中，并在相應(yīng)的過程中補(bǔ) 償過充閾值和過放閾值，以此來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，通過內(nèi)阻測試模塊發(fā)出兩段電流脈沖，用多路開關(guān)選擇器選擇一節(jié)單體，將其與電流傳感器串聯(lián)起來，與內(nèi)阻測試模塊并聯(lián)起來，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)，對該電池單體開啟均衡，否則不開啟。

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，對過充電、過放電閾值進(jìn)行電壓補(bǔ)償，在充電過程中，補(bǔ)償后的過充保護(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)送控制信號至過充驅(qū)動(dòng)電路，過充保護(hù)開啟；在放電過程中，補(bǔ)償后的過放保護(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)送控制信號至過放驅(qū)動(dòng)電路，過放保護(hù)開啟。

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)通過電流傳感器1判斷得出電池組在放電過程時(shí)，微處理器通過均衡采集/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)開啟過放驅(qū)動(dòng)電路，相應(yīng)的n溝道m(xù)os管開關(guān)斷開，電池組放電結(jié)束；當(dāng)通過電流傳感器1判斷電池組在充電過程中時(shí)，微處理器通過電壓采集/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)開啟過充驅(qū)動(dòng)電路，相對應(yīng)的n溝道m(xù)os管開關(guān)斷開，充電過程結(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)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。

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、多路開關(guān)選擇器、內(nèi)阻測試模塊、dc/dc電源模塊、過放驅(qū)動(dòng)電路、過充驅(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)施對單體的均衡操作；多路開關(guān)選擇器是通過微處理器將開關(guān)控制信號傳輸給該模塊，選擇接通相應(yīng)的電池單體；內(nèi)阻測試模塊是通過微處理器輸入電壓控制信號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；過放驅(qū)動(dòng)電路是對電路中出現(xiàn)過放電的現(xiàn)象進(jìn)行過放電保護(hù)，關(guān)斷該保護(hù)的電子開關(guān)，結(jié)束放電工作；過充驅(qū)動(dòng)電路是對電路中出現(xiàn)過充電的現(xiàn)象進(jìn)行過充電保護(hù)，關(guān)斷過充電保護(hù)的電子開關(guān)；電流傳感器是對產(chǎn)生的電流信號傳輸給微處理器。計(jì)算電池單體內(nèi)阻的具體方法是，通過微處理器控制多路開關(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)送電壓控制信號給內(nèi)阻測試模塊，該模塊發(fā)出兩段電流脈沖，電流傳感器2將測得的兩組電流值傳輸給微處理器，微處理器通過電流傳感器和電壓采集/均衡模塊得到i1、i2和u1、u2，通過公式r＝(u1-u2)/(i1-i2)，測得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，分別在充放電過程中計(jì)算出新的過充電閾值電壓為utci，新的過放電閾值電壓為utdi，在放電過程中，當(dāng)某節(jié)單體的放電電壓ui≤utdi，放電過程結(jié)束；在充電過程中當(dāng)某節(jié)單體的充電電壓ui≥utci，充電過程結(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)充電過程中第i節(jié)電池單體開啟的均衡閾值為ubti＝ubt0+i3*ri，開啟的過充電保護(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為原過充電閾值電壓，utci為第i節(jié)單體的過充電閾值電壓；

(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)，開啟過充電保護(hù)，整個(gè)充電過程結(jié)束；

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

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