CN115579999B - 一种电池运行管理***及电池运行管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池运行管理***及电池运行管理方法，方法包括：对预放电模块、主放电模块、预充电模块、主充电模块初始化，使其均处于断开状态；获取放电负极电压的采样值，以判断主放电模块的可控开关是否击穿损坏，若否，则控制预放电模块导通，并获取放电负极电压的采样值，以判断当前接入的负载状态是否异常，若正常，则控制预放电模块断开，及控制主放电模块导通；获取放电负极电压的采样值，以判断主放电模块的可控开关是否断路损坏，若否，则控制主放电模块和预充电模块导通，及控制预放电模块和主充电模块断开；获取充电负极电压的采样值，以判断当前接入的充电器状态是否异常，若正常，则控制预充电模块断开，及控制主充电模块导通。

Description

一种电池运行管理***及电池运行管理方法
技术领域
本发明涉及电池控制领域，尤其涉及一种电池运行管理***及电池运行管理方法。
背景技术
BMS(Battery Management System，电池管理***)是以监测电池温度、电压、电流等物理量来管控电池充放电的装置。现有的BMS主要有两种充放电管理架构，其一为充放电同口，即充电和放电由同一接口引出，这种架构简单，但成本较高。其二为分口，即充电和放电端口分完全分开，这种成本较低，但由于充电MOS数量少，受到短路冲击时，极易产生损坏。
专利202120698916.4公开了一种半分口的充放电架构，但其充电MOS只有一个方向开关，当放电开启时，充电端口会直接输出高压电，有触电打火的风险。且不能提前判断负载或充电端口是否存在短路或其他异常情况，风险不能提前预知。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，也不必然会给出技术教导；在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日之前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明的目的是提供一种全面的电池运行管理***及电池运行管理方法，提前预知放电回路和/或充电回路的异常风险，或者，预检测放电MOS的状态，确保电池充放电安全运行。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种电池运行管理***，用于对电池的放电运行或充电运行进行控制，所述***包括：
相并联的预放电模块和主放电模块，所述预放电模块和主放电模块分别设有可控开关；
相并联的预充电模块和主充电模块，所述预充电模块和主充电模块分别设有可控开关；
所述主放电模块与电池组成放电回路，所述主放电模块、主充电模块与电池组成充电回路；
所述***还包括采样模块和控制模块，其中，所述采样模块被配置为采样电压、电流、温度信号中的一种或多种；所述控制模块根据所述采样模块的采用结果控制所述预放电模块、主放电模块、预充电模块和主充电模块的可控开关：
若所述预放电模块导通状态下所述采样模块的采样结果符合预设的条件，则所述控制模块控制所述预放电模块断开，及控制所述主放电模块导通；
和/或，若所述主放电模块、预充电模块导通状态下所述采样模块的采样结果符合预设的条件，则所述控制模块控制所述预充电模块断开，及控制所述主充电模块导通。
进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述采样模块被配置为对放电负极电压进行采样；
若所述预放电模块导通后的第一时刻的电压采样结果满足以下条件：
V21≤k1*V1，其中，V21为在所述第一时刻t1的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k1为预设的第一比例阈值，k1的设定值大于或等于50％，第一时刻t1的设定值范围为150至500ms；且所述预放电模块导通后的第二时刻的电压采样结果满足以下条件：
V22≤k2*V1，其中，V22为在所述第二时刻t2的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k2为预设的第二比例阈值，k2的设定值介于1％至15％，第二时刻t2的设定值范围为1至3s；
则所述控制模块控制所述预放电模块的可控开关断开，及控制所述主放电模块的可控开关闭合。
进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，若电池电压V1大于或等于48V，则所述第一比例阈值k1的设定值介于70％至85％，所述第二比例阈值k2的设定值介于10％至15％；若电池电压V1大于或等于24V且小于48V，则所述第一比例阈值k1的设定值介于65％至70％，所述第二比例阈值k2的设定值介于8％至10％；若电池电压V1小于24V，则所述第一比例阈值k1的设定值介于50％至65％，所述第二比例阈值k2的设定值介于1％至8％。
进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述采样模块被配置为对充电负极电压进行采样；
若所述主放电模块、预充电模块导通后的第三时刻的电压采样结果满足以下条件：
V31≤k3*V1，其中，V31为在所述第三时刻t3的充电负极电压的采样值，V1为电池电压，k3为预设的第三比例阈值，k3的设定值大于或等于50％，第三时刻t3的设定值范围为150至500ms；且所述主放电模块、预充电模块导通后的第四时刻的电压采样结果满足以下条件：
V32≤k4*V1，其中，V32为在所述第四时刻t4的充电负极电压的采样值，V1为电池电压，k4为预设的第四比例阈值，k4的设定值介于20％至35％，第四时刻t4的设定值范围为1至3s；
则所述控制模块控制所述预充电模块的可控开关断开，及控制所述主充电模块的可控开关闭合。
进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，若电池电压V1大于或等于48V，则所述第三比例阈值k3的设定值介于70％至85％，所述第四比例阈值k4的设定值介于30％至35％；若电池电压V1大于或等于24V且小于48V，则所述第三比例阈值k3的设定值介于65％至70％，所述第四比例阈值k4的设定值介于26％至30％；若电池电压V1小于24V，则所述第三比例阈值k3的设定值介于50％至65％，所述第四比例阈值k4的设定值介于20％至26％。
进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述采样模块被配置为对放电负极电压进行采样；所述控制模块还被配置为在所述预放电模块导通之前，通过以下方式检测所述主放电模块的可控开关的损坏状态：
若所述放电负极电压的采样值满足以下条件：
V23＜k3*V1，其中，V23为在所述预放电模块和主放电模块均断开情况下的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k3为预设的第二比例阈值，k3的设定值介于1％至15％，则所述控制模块发出提示所述主放电模块的可控开关击穿损坏的信号，并控制所述主放电模块的可控开关保持断开状态。
进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，V1为电池的额定电压；或者，所述采样模块还被配置为对电池电压进行采样，V1为电池电压的实时采样值。
进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述采样模块被配置为对放电负极电压进行采样；所述控制模块还被配置为在控制所述主放电模块导通、其他模块断开的状态下，通过以下方式检测所述主放电模块的可控开关的损坏状态：
若所述放电负极电压的采样值满足以下条件：
V24＞Vpreset，其中，V24为在所述预放电模块断开、主放电模块导通情况下的放电负极电压的采样值，Vpreset为预设的断损电压阈值，其中，Vpreset的设定值介于0.4至3V，则所述控制模块发出提示所述主放电模块的可控开关断路损坏的信号。
进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述预放电模块为第一MOS开关管与第一电阻的串联支路，所述主放电模块为第二MOS开关管；所述预充电模块为第三MOS开关管与第二电阻的串联支路，所述主充电模块为第四MOS开关管；
所述采样模块为AFE采样芯片，所述控制模块通过MOS驱动电路控制所述第一MOS开关管、第二MOS开关管、第三MOS开关管和第四MOS开关管。
进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述采样模块被配置为检测所述电池输入或输出的总电流，若电流采样值超出预设的电流阈值范围，则所述控制模块控制所述预放电模块、主放电模块、预充电模块和主充电模块均断开；
和/或，所述采样模块被配置为检测所述电池的表面温度或其所处的环境温度，若温度采样值超出预设的温度阈值范围，则所述控制模块控制所述预放电模块、主放电模块、预充电模块和主充电模块均断开。
根据本发明的另一方面，提供了一种基于上述的电池运行管理***的电池运行管理方法，包括以下步骤：
对预放电模块、主放电模块、预充电模块、主充电模块初始化，使其均处于断开状态；
获取放电负极电压的采样值，以判断主放电模块的可控开关是否击穿损坏，若是，则发出提示信号，否则继续执行下一步；
响应电池放电的触发指令，控制预放电模块导通，及控制主放电模块、预充电模块、主充电模块断开；
获取放电负极电压的采样值，以判断当前接入的负载状态是否异常，若否，则控制预放电模块断开，及控制主放电模块导通；
获取放电负极电压的采样值，以判断主放电模块的可控开关是否断路损坏，若是，则发出提示信号，否则继续执行下一步；
响应充电器的接入指令，控制主放电模块和预充电模块导通，及控制预放电模块和主充电模块断开；
获取充电负极电压的采样值，以判断当前接入的充电器状态是否异常，若否，则控制预充电模块断开，及控制主充电模块导通。
进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，若所述预放电模块导通后的第一时刻的电压采样结果满足以下条件：V21≤k1*V1，其中，V21为在所述第一时刻t1的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k1为预设的第一比例阈值，k1的设定值大于或等于50％，第一时刻t1的设定值范围为150至500ms；
且所述预放电模块导通后的第二时刻的电压采样结果满足以下条件：V22≤k2*V1，其中，V22为在所述第二时刻t2的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k2为预设的第二比例阈值，k2的设定值介于1％至15％，第二时刻t2的设定值范围为1至3s；
则判定当前接入的负载状态无异常。
进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，若所述主放电模块、预充电模块导通后的第三时刻的电压采样结果满足以下条件：V31≤k3*V1，其中，V31为在所述第三时刻t3的充电负极电压的采样值，V1为电池电压，k3为预设的第三比例阈值，k3的设定值大于或等于50％，第三时刻t3的设定值范围为150至500ms；
且所述主放电模块、预充电模块导通后的第四时刻的电压采样结果满足以下条件：V32≤k4*V1，其中，V32为在所述第四时刻t4的充电负极电压的采样值，V1为电池电压，k4为预设的第四比例阈值，k4的设定值介于20％至35％，第四时刻t4的设定值范围为1至3s；
则判定当前接入的充电器状态无异常。
进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，若所述放电负极电压的采样值满足以下条件：V23＜k3*V1，其中，V23为在所述预放电模块和主放电模块均断开情况下的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k3为预设的第二比例阈值，k3的设定值介于1％至15％，则判定所述主放电模块的可控开关击穿损坏；
和/或，若所述放电负极电压的采样值满足以下条件：V24＞Vpreset，其中，V24为在所述预放电模块断开、主放电模块导通情况下的放电负极电压的采样值，Vpreset为预设的断损电压阈值，其中，Vpreset的设定值介于0.4至3V，则判定所述主放电模块的可控开关断路损坏。
进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述电池运行管理方法还包括在电池运行过程中实时监测电池的电压、电流、温度参数中的一种或多种，若被监测的参数达到保护临界阈值，则关闭预放电模块、主放电模块、预充电模块和主充电模块；否则查询是否接收到关机信号，若是，则关闭预放电模块、主放电模块、预充电模块和主充电模块，并进入待机模式，直至待机计时溢出后，BMS***关机休眠。
本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
a.通过增加预放电模块，并设置二级预放判断，可提前准确判断负载状态，降低放电开关误开启概率，提高BMS的可靠性；
b.通过增加预充电模块，并设置二级预充判断，可提前准确判断充电器端口状态，降低充电开关误开启概率，提高BMS的可靠性；
c.对放电MOS进行性能检测，在开启放电之前确保放电MOS不存在击穿损坏，在开启充电之前确保放电MOS不存在断路损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一个示例性实施例提供的电池运行管理***的框架示意图；
图2为本发明的一个示例性实施例提供的电池运行管理***的电路示意图；
图3为本发明的一个示例性实施例提供的电池运行管理***的管理流程示意图；
图4为本发明的一个示例性实施例提供的电池运行管理***对MOS管的开关控制逻辑图；
图5为本发明的一个示例性实施例提供的电池运行管理***的预放检测流程图；
图6为本发明的一个示例性实施例提供的电池运行管理***的预充检测流程图；
图7为本发明的一个示例性实施例提供的电池运行管理***的放电MOS失效检测流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本发明的一个实施例中，提供了一种电池运行管理***，用于对电池的放电运行或充电运行进行控制，参见图1，所述***包括：
相并联的预放电模块和主放电模块，所述预放电模块和主放电模块分别设有可控开关；
相并联的预充电模块和主充电模块，所述预充电模块和主充电模块分别设有可控开关；
所述主放电模块与电池组成放电回路，所述主放电模块、主充电模块与电池组成充电回路；如图1所示，电池正极既是放电正极，又是充电正极，合称充放电正极，放电模块的一端与电池负极连接，另一端被配置为与负载连接，该端称为放电负极；充电模块的一端与放电模块连接，另一端被配置为与充电器连接，该端称为充电负极。
所述***还包括采样模块和控制模块，其中，所述采样模块被配置为采样电压、电流、温度信号中的一种或多种；所述控制模块根据所述采样模块的采用结果控制所述预放电模块、主放电模块、预充电模块和主充电模块的可控开关，可控开关可以是MOSFET、继电器等，本实施例中以MOSFET类型为例，具体如图2所示，预放电模块为第一MOS开关管Q1与第一电阻R1的串联支路，所述主放电模块为第二MOS开关管Q2；所述预充电模块为第三MOS开关管Q3与第二电阻R2的串联支路，所述主充电模块为第四MOS开关管Q4；在一个如图2所示的具体实施例中，在主放电模块与主充电模块之间设有第五MOS开关管Q5，该第五MOS开关管Q5体二极管的单向导通方向为所述主充电模块向主放电模块，这样，使得在主充电模块(即第四MOS开关管Q4)断开的情况下，预充电模块(即第三MOS开关管Q3)导通即可通过第五MOS开关管Q5体二极管与所述主放电模块导通。
预放电模块用于在放电前检测放电端口是否存在短路或过载，若存在异常情况，则不再开启主放电模块，使得主放电模块在预放检测通过后开启放电。而即使放电端口存在短路或过载，由于第一电阻R1与第一MOS开关管Q1串联，第一电阻R1起到限流的作用，可以保护开关管Q1。
预充电模块用于在充电前检测充电端口是否存在短路等故障，若存在异常情况，则不再开启主充电模块，使得充电模块在预充检测通过后允许充电。而即使充电端口存在短路或过载，由于第二电阻R2与第三MOS开关管Q3串联，第二电阻R2起到限流的作用，可以保护开关管Q3。
所述采样模块可以为AFE采样芯片或其他能够实现信号采用的检测装置，所述控制模块(可以是MCU)与AFE采用芯片连接以接收其采样信号，并通过MOS驱动电路控制第一MOS开关管Q1、第二MOS开关管Q2、第三MOS开关管Q3和第四MOS开关管Q4。
电池运行管理***的电池运行管理方法的流程图如图3所示：在BMS(BatteryManagement System，电池管理***)开机后，先检查电池电压、电池温度是否存在异常，若电池电压采样值超出正常的电压范围，或者电池温度的采样值超出正常的温度范围，则立即控制所有MOS开关管断开，并发出报警。
若电池电压和电池温度的采样值均处于正常范围之内，下一步则判断是否有关机信号(一般由用户手动触发)，若无关机信号，则可以开启预放电模块(闭合第一MOS开关管Q1)，并进行预放检测(具体检测方法在下文详述)，若预放检测通过，则说明当前所接负载正常(不存在放电端口空载或短路的情况)，可以断开预放电模块而开启主放电模块(第一MOS开关管Q1由闭合变为断开，第二MOS开关管Q2由断开变为闭合)。
此时，即在第一MOS开关管Q1断开，第二MOS开关管Q2闭合的情况下，若充电器接入，且充满标志为假，则认为允许充电，或者进一步再检测一下当前电池温度，判断是否允许充电(温度超标则不允许充电)。在允许充电的情况下，开启预充电模块，即打开第三MOS开关管Q3，此时第二MOS开关管Q2保持闭合，主充电模块断开，并进行预充检测(具体检测方法在下文详述)，若预充检测通过，则说明当前所接入的充电器正常(不存在充电端口过载或短路的情况)，可以断开预充电模块而开启主充电模块(第三MOS开关管Q3由闭合变为断开，第四MOS开关管Q4由断开变为闭合)，并且第二MOS开关管Q2保持闭合状态，第五MOS开关管Q5也转换为闭合状态。在充电过程中，实时检测是否充满，若已充满，则设置充满标志为True(若充电器一接入时就检测到充电标志为True)，则关闭预充电模块，即断开第三MOS开关管Q3，此时主充电模块同样断开。若未充满，则在充电过程中实时监测电池的电压、电流和温度等参数，若这些参数中有达到保护临界阈值，则关闭所有MOS开关管，并发出报警或关机休眠，若没有达到保护临界阈值，则返回判断是否有关机信号。
若是有关机信号(一般由用户手动触发)，则关闭所有MOS开关管，并进入待机模式，若待机计时溢出，则关机休眠，若未溢出，则返回判断是否有关机信号。
若预放检测不通过，或者预充检测不通过，则关闭所有MOS开关管，发出报警信号或关机休眠。
下面就预放检测的方法进行描述：若所述预放电模块导通状态下所述采样模块的采样结果符合预设的条件，则所述控制模块控制所述预放电模块断开，及控制所述主放电模块导通，具体如图5所示：
所述采样模块被配置为对放电负极电压进行采样；若所述预放电模块导通后的第一时刻的电压采样结果满足以下条件：V21≤k1*V1，其中，V21为在所述第一时刻t1的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k1为预设的第一比例阈值，k1的设定值大于或等于50％，第一时刻t1的设定值范围为150至500ms；
且所述预放电模块导通后的第二时刻的电压采样结果满足以下条件：V22≤k2*V1，其中，V22为在所述第二时刻t2的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k2为预设的第二比例阈值，k2的设定值介于1％至15％，第二时刻t2的设定值范围为1至3s；
则所述控制模块控制所述预放电模块的可控开关断开，及控制所述主放电模块的可控开关闭合。
本发明的其中一个构思在于，在不同时刻进行二级预放判断，提高预放检测的准确性，降低放电开关的误开启概率，即在二级预放判断中，任一条件不满足，都不会开启主放电模块。
一方面，电池本身的额定电压有高低，另一方面，同一电池在不同的放电阶段的电压也会发生变化，经过试验，对于较高的电池电压，需要设置较高的第一比例阈值k1和第二比例阈值k2，在一个具体的实施例中，若电池电压V1大于或等于48V，则所述第一比例阈值k1的设定值介于70％至85％，所述第二比例阈值k2的设定值介于10％至15％；若电池电压V1大于或等于24V且小于48V，则所述第一比例阈值k1的设定值介于65％至70％，所述第二比例阈值k2的设定值介于8％至10％；若电池电压V1小于24V，则所述第一比例阈值k1的设定值介于50％至65％，所述第二比例阈值k2的设定值介于1％至8％。
下面再就预充检测的方法进行描述：若所述主放电模块、预充电模块导通状态下所述采样模块的采样结果符合预设的条件，则所述控制模块控制所述预充电模块断开，及控制所述主充电模块导通，具体如图6所示：
所述采样模块被配置为对充电负极电压进行采样；若所述主放电模块、预充电模块导通后的第三时刻的电压采样结果满足以下条件：V31≤k3*V1，其中，V31为在所述第三时刻t3的充电负极电压的采样值，V1为电池电压，k3为预设的第三比例阈值，k3的设定值大于或等于50％，第三时刻t3的设定值范围为150至500ms；
且所述主放电模块、预充电模块导通后的第四时刻的电压采样结果满足以下条件：V32≤k4*V1，其中，V32为在所述第四时刻t4的充电负极电压的采样值，V1为电池电压，k4为预设的第四比例阈值，k4的设定值介于20％至35％，第四时刻t4的设定值范围为1至3s；
则所述控制模块控制所述预充电模块的可控开关断开，及控制所述主充电模块的可控开关闭合。
本发明的其中另一个构思在于，在不同时刻进行二级预充判断，提高预充检测的准确性，降低充电开关的误开启概率，即在二级预充判断中，任一条件不满足，都不会开启主充电模块。
一方面，电池本身的额定电压有高低，另一方面，同一电池在不同的充电阶段的电压也会发生变化，经过试验，对于较高的电池电压，需要设置较高的第三比例阈值k3和第四比例阈值k4，在一个具体的实施例中，若电池电压V1大于或等于48V，则所述第三比例阈值k3的设定值介于70％至85％，所述第四比例阈值k4的设定值介于30％至35％；若电池电压V1大于或等于24V且小于48V，则所述第三比例阈值k3的设定值介于65％至70％，所述第四比例阈值k4的设定值介于26％至30％；若电池电压V1小于24V，则所述第三比例阈值k3的设定值介于50％至65％，所述第四比例阈值k4的设定值介于20％至26％。
在本发明的一个具体实施例中，所述采样模块还被配置为对放电负极电压进行采样；所述控制模块还被配置为在所述预放电模块导通之前，通过图7所示的方式检测所述主放电模块的可控开关的损坏状态：
若所述放电负极电压的采样值满足以下条件：V23＜k3*V1，其中，V23为在所述预放电模块和主放电模块均断开情况下的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k3为预设的第二比例阈值，k3的设定值介于1％至15％，则所述控制模块发出提示所述主放电模块的可控开关击穿损坏的信号，并控制所述主放电模块的可控开关保持断开状态。
所述控制模块还被配置为在控制所述主放电模块导通、其他模块断开的状态下，通过以下方式检测所述主放电模块的可控开关的损坏状态，如图7所示：
若所述放电负极电压的采样值满足以下条件：
V24＞Vpreset，其中，V24为在所述预放电模块断开、主放电模块导通情况下的放电负极电压的采样值，Vpreset为预设的断损电压阈值，其中，Vpreset的设定值介于0.4至3V，则所述控制模块发出提示所述主放电模块的可控开关断路损坏的信号。
上述实施例或者实施例的组合中，V1为电池的额定电压；或者，所述采样模块还被配置为对电池电压进行采样(图2中的第一电压采集)，V1为电池电压的实时采样值；采集充放电正极的电压还可以确保电池既不会充电过压，也不会过放。
实施例：
以额定电压为48V的电池为例，将上述的放电MOS的击穿损坏检测、预放检测、放电MOS断路损坏、预充检测作为管理***的管理方法，如图4所示：
初始状态下，MOS Q1-Q5均处于断开状态，此时可以检测主放电模块中的MOS Q2是否击穿损坏，其检测原理如下：在放电MOS正常的情况下，放电负极通过负载充电，正常情况下该端的电压会升高，若此时采样到放电负极电压小于5V，则说明MOS Q2在断开状态下实际处于导通状态，即推算MOS Q2发生击穿损坏。
若MOS Q2没有发生击穿损坏，则进入预放电检测，即仅先导通预放电模块的MOSQ1，此时电流的方向为图2中的电池正极(充放电正极)→负载→放电负极→R1→Q1→R3→电池负极。若第二电压采集的结果V2等于第一电压采集的结果V1，则放电端口短路；若第二电压采集的结果V2为0，则端口空载；若V2＜V1，则端口存在负载，设定阈值电压VT1，VT1满足VT1小于电池电压(介于电池电压的50％至85％)，采集开关管Q1导通后300ms的放电负极电压V21，通过判断V21和VT1的关系，可判定放电端口是否存在短路：若V21＞VT1，则短路，并直接报警，关闭Q1、Q2，禁止放电；若V21≤VT1，则当前不存在短路，再采样开关管Q1导通后2s的放电负极电压V22，若V22≤10*V1，则允许关闭预放电，启动主放电，即导通Q2，断开Q1，电池经过Q2允许放电。
下一步检测主放电模块中的MOS Q2是否断路损坏，其检测原理如下：在导通第二MOS开关管Q2后，采集放电负极的电压值，在放电MOS正常导通情况下，放电负极电压应接近0V，若此时采样到放电负极电压大于1V(或0.4V)，则说明MOS Q2在闭合状态下实际处于断路状态，即推算MOS Q2发生断路损坏。
若MOS Q2没有发生断路损坏，则进入预充电检测，预充检测是在预放检测通过(即Q2已经导通)之后进行，若预放检测不通过，也不会执行预充检测。即MOS Q2、Q3为导通状态，预充电模块检测充电端口是否短路的原理为：充电前，先导通Q3，电流的方向为电池正极(充放电正极)→充电器→充电负极→R2→Q3→Q5体二极管→Q2→R3→电池负极。若第三电压采集的结果V3等于第一电压采集的结果V1，则充电端口短路；若第三电压采集的结果V3为0，则端口空载；若V3＜V1，则端口存在负载，设定阈值电压VT2，VT2满足VT2小于电池电压(介于电池电压的50％至85％)，采集开关管Q2、Q3导通后300ms的充电负极电压V31，通过判断V31和VT2的关系，可判定充电端口是否存在短路：若V31＞VT2，则短路，并直接报警，关闭Q1、Q2，禁止充电；若V31≤VT2，则当前不存在短路，再采样开关管Q2、Q3导通后2s的充电负极电压V32，若V32≤30*V1，则允许关闭预充电，启动主充电，即导通Q2、Q4、Q5，断开Q3，电池经过Q4、Q5允许充电。
在充电过程中实时监测电池的电压、电流、温度等参数，以及监测是否充满电，若充满电，则控制Q3、Q4、Q5断开；若检测到参数超出保护临界阈值，则关闭所有MOS开关管，并发出报警或关机休眠。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (15)

1.一种电池运行管理***，用于对电池的放电运行或充电运行进行控制，其特征在于，所述***包括：
相并联的预放电模块和主放电模块，所述预放电模块为第一MOS开关管与第一电阻的串联支路，所述主放电模块为第二MOS开关管；
相并联的预充电模块和主充电模块，所述预充电模块为第三MOS开关管与第二电阻的串联支路，所述主充电模块为第四MOS开关管；
所述主放电模块与电池组成放电回路，所述主放电模块、主充电模块与电池组成充电回路，包括：在所述主放电模块与主充电模块之间设有第五MOS开关管，所述第五MOS开关管的体二极管的单向导通方向为所述主充电模块向主放电模块，所述主放电模块、第五MOS开关管、主充电模块与电池组成充电回路；
所述***还包括采样模块和控制模块，其中，所述采样模块被配置为采样电压信号；所述控制模块根据所述采样模块的采用结果控制所述预放电模块的第一MOS开关管、主放电模块的第二MOS开关管、预充电模块的第三MOS开关管和主充电模块的第四MOS开关管：
所述采样模块对放电负极电压进行采样，所述控制模块还被配置为在所述预放电模块导通之前检测所述主放电模块的第二MOS开关管是否被击穿损坏，若是，则控制所述第二MOS开关管保持断开状态；若所述第二MOS开关管无损坏，则控制所述预放电模块导通，并检测所述预放电模块导通状态下所述放电负极电压的采样结果是否符合预设的条件，若符合，则所述控制模块控制所述预放电模块断开，及控制所述主放电模块导通；所述控制模块还被配置为在所述主放电模块导通、其他模块断开的状态下，检测所述主放电模块的第二MOS开关管是否断路损坏，若是，则发出提示信号；和/或，
所述采样模块对充电负极电压进行采样，若所述主放电模块、预充电模块导通状态下所述充电负极电压的采样结果符合预设的条件，则所述控制模块控制所述预充电模块断开，及控制所述主充电模块导通。
2.根据权利要求1所述的电池运行管理***，其特征在于，若所述预放电模块导通后的第一时刻的电压采样结果满足以下条件：
V21≤k1*V1，其中，V21为在第一时刻t1的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k1为预设的第一比例阈值，k1的设定值大于或等于50％，第一时刻t1的设定值范围为150至500ms；
且所述预放电模块导通后的第二时刻的电压采样结果满足以下条件：
V22≤k2*V1，其中，V22为在第二时刻t2的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k2为预设的第二比例阈值，k2的设定值介于1％至15％，第二时刻t2的设定值范围为1至3s；
则所述控制模块控制所述预放电模块的可控开关断开，及控制所述主放电模块的可控开关闭合。
3.根据权利要求2所述的电池运行管理***，其特征在于，若电池电压V1大于或等于48V，则第一比例阈值k1的设定值介于70％至85％，第二比例阈值k2的设定值介于10％至15％；若电池电压V1大于或等于24V且小于48V，则第一比例阈值k1的设定值介于65％至70％，第二比例阈值k2的设定值介于8％至10％；若电池电压V1小于24V，则第一比例阈值k1的设定值介于50％至65％，第二比例阈值k2的设定值介于1％至8％。
4.根据权利要求1所述的电池运行管理***，其特征在于，
若所述主放电模块、预充电模块导通后的第三时刻的电压采样结果满足以下条件：
V31≤k3*V1，其中，V31为在第三时刻t3的充电负极电压的采样值，V1为电池电压，k3为预设的第三比例阈值，k3的设定值大于或等于50％，第三时刻t3的设定值范围为150至500ms；
且所述主放电模块、预充电模块导通后的第四时刻的电压采样结果满足以下条件：
V32≤k4*V1，其中，V32为在第四时刻t4的充电负极电压的采样值，V1为电池电压，k4为预设的第四比例阈值，k4的设定值介于20％至35％，第四时刻t4的设定值范围为1至3s；
则所述控制模块控制所述预充电模块的可控开关断开，及控制所述主充电模块的可控开关闭合。
5.根据权利要求4所述的电池运行管理***，其特征在于，若电池电压V1大于或等于48V，则第三比例阈值k3的设定值介于70％至85％，第四比例阈值k4的设定值介于30％至35％；若电池电压V1大于或等于24V且小于48V，则第三比例阈值k3的设定值介于65％至70％，第四比例阈值k4的设定值介于26％至30％；若电池电压V1小于24V，则第三比例阈值k3的设定值介于50％至65％，第四比例阈值k4的设定值介于20％至26％。
6.根据权利要求1所述的电池运行管理***，其特征在于，所述控制模块还被配置为在所述预放电模块导通之前，通过以下方式检测所述主放电模块的可控开关的损坏状态：
若所述放电负极电压的采样值满足以下条件：
V23＜k3*V1，其中，V23为在所述预放电模块和主放电模块均断开情况下的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k3为预设的第二比例阈值，k3的设定值介于1％至15％，则所述控制模块发出提示所述主放电模块的可控开关击穿损坏的信号，并控制所述主放电模块的可控开关保持断开状态。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的电池运行管理***，其特征在于，V1为电池的额定电压；或者，所述采样模块还被配置为对电池电压进行采样，V1为电池电压的实时采样值。
8.根据权利要求1所述的电池运行管理***，其特征在于，所述采样模块被配置为对放电负极电压进行采样；所述控制模块还被配置为在控制所述主放电模块导通、其他模块断开的状态下，通过以下方式检测所述主放电模块的可控开关的损坏状态：
若放电负极电压的采样值满足以下条件：
V24＞Vpreset，其中，V24为在所述预放电模块断开、主放电模块导通情况下的放电负极电压的采样值，Vpreset为预设的断损电压阈值，其中，Vpreset的设定值介于0.4至3V，则所述控制模块发出提示所述主放电模块的可控开关断路损坏的信号。
9.根据权利要求1所述的电池运行管理***，其特征在于，所述采样模块为AFE采样芯片，所述控制模块通过MOS驱动电路控制所述第一MOS开关管、第二MOS开关管、第三MOS开关管和第四MOS开关管。
10.根据权利要求1所述的电池运行管理***，其特征在于，所述采样模块被配置为检测所述电池输入或输出的总电流，若电流采样值超出预设的电流阈值范围，则所述控制模块控制所述预放电模块、主放电模块、预充电模块和主充电模块均断开；和/或，
所述采样模块还被配置为检测所述电池的表面温度或其所处的环境温度，若温度采样值超出预设的温度阈值范围，则所述控制模块控制所述预放电模块、主放电模块、预充电模块和主充电模块均断开。
11.一种电池运行管理方法，其特征在于，基于如权利要求1所述的电池运行管理***，所述电池运行管理方法包括以下步骤：
对预放电模块、主放电模块、预充电模块、主充电模块初始化，使其均处于断开状态；
获取放电负极电压的采样值，以判断主放电模块的可控开关是否击穿损坏，若是，则发出提示信号，否则继续执行下一步；
响应电池放电的触发指令，控制预放电模块导通，及控制主放电模块、预充电模块、主充电模块断开；
获取放电负极电压的采样值，以判断当前接入的负载状态是否异常，若否，则控制预放电模块断开，及控制主放电模块导通；
获取放电负极电压的采样值，以判断主放电模块的可控开关是否断路损坏，若是，则发出提示信号，否则继续执行下一步；
响应充电器的接入指令，控制主放电模块和预充电模块导通，及控制预放电模块和主充电模块断开；
获取充电负极电压的采样值，以判断当前接入的充电器状态是否异常，若否，则控制预充电模块断开，及控制主充电模块导通。
12.根据权利要求11所述的电池运行管理方法，其特征在于，若所述预放电模块导通后的第一时刻的电压采样结果满足以下条件：V21≤k1*V1，其中，V21为在第一时刻t1的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k1为预设的第一比例阈值，k1的设定值大于或等于50％，第一时刻t1的设定值范围为150至500ms；
且所述预放电模块导通后的第二时刻的电压采样结果满足以下条件：V22≤k2*V1，其中，V22为在第二时刻t2的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k2为预设的第二比例阈值，k2的设定值介于1％至15％，第二时刻t2的设定值范围为1至3s；
则判定当前接入的负载状态无异常。
13.根据权利要求11所述的电池运行管理方法，其特征在于，若所述主放电模块、预充电模块导通后的第三时刻的电压采样结果满足以下条件：V31≤k3*V1，其中，V31为在第三时刻t3的充电负极电压的采样值，V1为电池电压，k3为预设的第三比例阈值，k3的设定值大于或等于50％，第三时刻t3的设定值范围为150至500ms；
且所述主放电模块、预充电模块导通后的第四时刻的电压采样结果满足以下条件：V32≤k4*V1，其中，V32为在第四时刻t4的充电负极电压的采样值，V1为电池电压，k4为预设的第四比例阈值，k4的设定值介于20％至35％，第四时刻t4的设定值范围为1至3s；
则判定当前接入的充电器状态无异常。
14.根据权利要求11所述的电池运行管理方法，其特征在于，若所述放电负极电压的采样值满足以下条件：V23＜k3*V1，其中，V23为在所述预放电模块和主放电模块均断开情况下的放电负极电压的采样值，V1为电池电压，k3为预设的第二比例阈值，k3的设定值介于1％至15％，则判定所述主放电模块的可控开关击穿损坏；和/或，
若所述放电负极电压的采样值满足以下条件：V24＞Vpreset，其中，V24为在所述预放电模块断开、主放电模块导通情况下的放电负极电压的采样值，Vpreset为预设的断损电压阈值，其中，Vpreset的设定值介于0.4至3V，则判定所述主放电模块的可控开关断路损坏。
15.根据权利要求11所述的电池运行管理方法，其特征在于，还包括在电池运行过程中实时监测电池的电压、电流、温度参数中的一种或多种，若被监测的参数达到保护临界阈值，则关闭预放电模块、主放电模块、预充电模块和主充电模块；否则查询是否接收到关机信号，若是，则关闭预放电模块、主放电模块、预充电模块和主充电模块，并进入待机模式，直至待机计时溢出后，BMS***关机休眠。
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