CN103490390A - 具有双重保护功能的电池管理***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有双重保护功能的电池管理***及方法，具有双重保护功能的电池管理***包括主控保护模块、从控保护模块、开关电路；所述开关电路串接在电池放电电路中，所述主控保护模块、从控保护模块分别与开关电路连接，所述主控保护模块、从控保护模块均可独立控制开关电路的通断。本发明提供的技术方案通过简单的电路连接了软件保护电路与硬件保护电路以实现对电池的双重保护功能，很好地解决了现有BMS保护板保护能力薄弱的问题，大大的提高动力电池的安全系数，具有更加广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于电池管理技术领域，尤其涉及一种具有双重保护功能的电池管理***及方法。
背景技术
电池管理***（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，缩写BMS）是电池与用户之间的纽带，电池管理***主要用于二次电池。
在正常使用过程中，锂电池内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应，但在某些条件下，如对其过充电、过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副反应，该副反应加剧后，会严重影响电池的性能与使用寿命，并可能产生大量气体，使电池内部压力迅速增大后***而导致安全问题，因此所有的锂电池都需要保护电路，用于对电池的充、放电状态进行有效监测，并在某些条件下关断充、放电回路以防止对电池发生损害。
而现有的BMS保护板，要么是通过硬件电路如AFE（Analog Front End，模拟前端）模块在电池使用过程出现异常时对其进行保护，要么是采用软件方式对电池进行监护。但无论是硬件方式还是软件方式保护，都过于单一，一旦出现问题，整个保护***就会瘫痪，使电池失去自保能力，损害电池的寿命，甚至给人们生活造成安全隐患。
因此，需要一种技术方案，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有双重保护功能的电池管理***及方法，旨在解决现有技术中电池管理***鲁棒性低的问题。
本发明是这样实现的，一种具有双重保护功能的电池管理***，包括主控保护模块、从控保护模块、开关电路；所述开关电路串接在电池放电电路中，所述主控保护模块、从控保护模块分别与开关电路连接，所述主控保护模块、从控保护模块均可独立控制开关电路的通断。
优选的，所述主控保护模块为MCU保护模块。
优选的，所述从控保护模块为AFE保护模块。
优选的，所述开关电路包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管，所述第一场效应管的源极、第二场效应管的源极、第三场效应管的源极均连接到电池放电电路的电池组负极，所述第三场效应管的漏极为电池放电电路的输出端负极，所述AFE保护模块连接第二场效应管的栅极，所述MCU保护模块包括控制端、恒压输出端，所述MCU保护模块的控制端连接第一场效应管栅极，所述MCU保护模块的恒压输出端分别连接到第一场效应管漏极、第二场效应管漏极、第三场效应管的栅极。
本发明还提出一种电池管理***的双重保护方法，包括：
设定电池管理***保护电池的安全参数，主控保护模块监测电池的实时参数，并分析获取从控保护模块的工作状态；
基于所述实时参数及所述从控保护模块的工作状态，所述主控保护模块及所述从控保护模块对电池进行相应的保护。
优选的，所述主控保护模块为MCU保护模块。
优选的，所述从控保护模块为AFE保护模块。
优选的，所述安全参数至少包括：电池的安全电压、电流、温度。
优选的，所述基于所述实时参数及所述从控保护模块的工作状态，所述主控保护模块及所述从控保护模块对电池进行相应的保护的步骤包括：
当分析所述AFE保护模块的部分保护功能失效且所述实时参数超出设定的安全参数范围时，所述MCU保护模块与所述AFE保护模块相互配合，共同为电池提供保护功能。
优选的，所述基于所述实时参数及所述从控保护模块的工作状态，所述主控保护模块及所述从控保护模块对电池进行相应的保护的步骤还包括：
当分析所述AFE保护模块的保护功能完全失效时，所述MCU保护模块启动保护功能，并由所述MCU保护模块单独为电池提供保护功能。
本发明克服现有技术的不足，提供了一种双重保护功能的电池管理***及方法，通过简单的电路连接了软件保护电路与硬件保护电路以实现对电池的双重保护功能，很好地解决了现有BMS保护板保护能力薄弱的问题，大大的提高动力电池的安全系数，具有更加广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明双重保护功能的电池管理***的一较佳实施例的电路图；
图2是本发明电池管理***的双重保护方法的一较佳实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明具有双重保护功能的电池管理***的一较佳实施例，包括主控保护模块、从控保护模块、开关电路；所述开关电路串接在电池放电电路中，所述主控保护模块、从控保护模块分别与开关电路连接，所述主控保护模块、从控保护模块均可独立控制开关电路的通断。所述主控保护模块为MCU保护模块1，所述从控保护模块为AFE保护模块2。
所述电池放电电路包括电池组6、电池放电电路的输出端OUT+、OUT-，本申请的双重保护功能的电池管理***串接在电池组6与电池放电电路的输出端之间，优选的，串接在电池组6的负极与电池放电电路的输出端负极OUT-之间。
所述AFE保护模块2是模拟前端芯片，是一个采样电池电压、电流信息的模块，同时又有保护电池作用。
所述MCU保护模块1，可以采用现有电池管理***中的MCU保护模块。
所述开关电路包括第一场效应管3、第二场效应管4、第三场效应管5，所述第一场效应管3的源极、第二场效应管4的源极、第三场效应管5的源极均连接到电池放电电路的电池组6负极，所述第三场效应管5的漏极为电池放电电路的输出端负极OUT-，所述AFE保护模块2连接第二场效应管4的栅极，所述MCU保护模块1包括控制端11、恒压输出端12，所述MCU保护模块1的控制端11连接第一场效应管3的栅极，所述MCU保护模块1的恒压输出端12分别连接到第一场效应管3的漏极、第二场效应管4的漏极、第三场效应管5的栅极。
本实施例工作过程：MCU保护模块1的恒压输出端12一直输出高电平；当MCU保护模块1的控制端11输出低电平、AFE保护模块2输出低电平，第三场效应管5导通，第一场效应管3、第二场效应管4截止，电池放电电路正常放电；当电池放电电路出现异常时，MCU保护模块1的控制端11输出高电平，第一场效应管3导通，则第三场效应管5栅极输入低电平、第三场效应管5截止，电池放电电路停止对外放电；当电池放电电路出现异常，且MCU保护模块1也没有正常工作，AFE保护模块2向第二场效应管4的栅极输出高电平，第二场效应管4导通，则第三场效应管5栅极输入低电平、第三场效应管5截止，电池放电电路停止对外放电。本实施例中仅以电池放电时的保护过程为例进行说明，电池充电时的保护过程可参照上述电池放电时的工作原理，依然为利用场效应管的开关特性来调用AFE保护模块2和MCU保护模块1对电池进行双重保护，在此不再赘述。
本实施例中的电池管理***，利用场效应管的开关特性，将AFE保护模块2和MCU保护模块1集成到一个电池管理***中，在极端的环境下，即使AFE保护模块2和MCU保护模块1中任意一个出现问题不能正常工作，也可以通过选通另一个保护模块来提高***的保护能力，从而构成一个双重保护***，增加产品的可靠性。并且MCU保护模块1和AFE保护模块2，一个软件保护模块和一个硬件保护模块结合使用，使得保护***对不同使用环境具有更好的适应性，在相对恶劣的环境下仍能发挥其保护功能，更加可靠稳定。
如图2所示，本发明较佳实施例提出一种电池管理***的双重保护方法，包括：
步骤S101，设定电池管理***保护电池的安全参数，主控保护模块监测电池的实时参数，并分析获取从控保护模块的工作状态；
根据电池管理***的规格，设定其保护电池的安全参数，该安全参数至少包括：电池的安全电压、电流、温度。当电池的电压、电流、温度在设定的安全参数范围内时，则说明此时电池在安全状态。所述主控保护模块也即MCU保护模块对电池的实时参数进行监测，对电池在充、放电过程中的实时的电压、电流、温度等参数进行检测，并获取电池在充、放电过程中的实时参数，以充分的掌握电池在充、放电过程中的状态。
MCU保护模块通过实时的检测来分析获取所述从控保护模块也即AFE保护模块的工作状态，根据AFE保护模块的工作状态判断是否因其工作失效导致电池处于危险状态，以便立即进行后续的保护操作，减小损坏电池的风险。
步骤S102，基于所述实时参数及所述从控保护模块的工作状态，所述主控保护模块及所述从控保护模块对电池进行相应的保护。
当分析获知所述从控保护模块即AFE保护模块的部分保护功能失效且所述实时参数超出设定的安全参数范围时，则说明当前电池处于危险状态，有被损坏的风险，则所述主控保护模块即MCU保护模块启动部分保护功能，MCU保护模块根据AFE保护模块当前的工作状态，与AFE保护模块相互配合，共同为电池提供保护功能，确保电池尽快恢复正常。
当分析获知所述从控保护模块即AFE保护模块的保护功能完全失效时，则说明此时AFE保护模块可能已损坏，已无法为电池提供保护，当前电池处于无保护状态，则MCU保护模块直接启动其保护功能，并由MCU保护模块单独为电池提供保护功能，保证了电池实时处于受保护的状态，进一步地降低了电池被损坏的风险。
本实施例通过上述方案，利用MCU保护模块来对电池状态及AFE保护模块的工作状态进行实时监测，并在检测到AFE保护模块工作出现异常时，MCU保护模块为电池提供保护功能，这样，即使在恶劣的环境下MCU保护模块及AFE保护模块中任意一个出现故障不能正常工作时，也能启用另一个模块来对电池进行保护，即能对电池进行双重保护，极大地提高了电池管理***的安全性及可靠性，也增强了电池管理***对不同使用环境的适应性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有双重保护功能的电池管理***，其特征在于：包括主控保护模块、从控保护模块、开关电路；所述开关电路串接在电池放电电路中，所述主控保护模块、从控保护模块分别与开关电路连接，所述主控保护模块、从控保护模块均独立控制开关电路的通断。
2.根据权利要求1所述的具有双重保护功能的电池管理***，其特征在于：所述主控保护模块为MCU保护模块。
3.根据权利要求2所述的具有双重保护功能的电池管理***，其特征在于：所述从控保护模块为AFE保护模块。
4.根据权利要求3所述的具有双重保护功能的电池管理***，其特征在于：所述开关电路包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管，所述第一场效应管的源极、第二场效应管的源极、第三场效应管的源极均连接到电池放电电路的电池组负极，所述第三场效应管的漏极为电池放电电路的输出端负极，所述AFE保护模块连接第二场效应管的栅极，所述MCU保护模块包括控制端、恒压输出端，所述MCU保护模块的控制端连接第一场效应管栅极，所述MCU保护模块的恒压输出端分别连接到第一场效应管漏极、第二场效应管漏极、第三场效应管的栅极。
5.一种电池管理***的双重保护方法，其特征在于，包括：
设定电池管理***保护电池的安全参数，主控保护模块监测电池的实时参数，并分析获取从控保护模块的工作状态；
基于所述实时参数及所述从控保护模块的工作状态，所述主控保护模块及所述从控保护模块对电池进行相应的保护。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述主控保护模块为MCU保护模块。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述从控保护模块为AFE保护模块。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述安全参数至少包括：电池的安全电压、电流、温度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于所述实时参数及所述从控保护模块的工作状态，所述主控保护模块及所述从控保护模块对电池进行相应的保护的步骤包括：
当分析所述AFE保护模块的部分保护功能失效且所述实时参数超出设定的安全参数范围时，所述MCU保护模块与所述AFE保护模块相互配合，共同为电池提供保护功能。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于所述实时参数及所述从控保护模块的工作状态，所述主控保护模块及所述从控保护模块对电池进行相应的保护的步骤还包括：
当分析所述AFE保护模块的保护功能完全失效时，所述MCU保护模块启动保护功能，并由所述MCU保护模块单独为电池提供保护功能。
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