本發(fā)明涉及電子電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電池過充過放保護方法以及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及自然資源的過度使用和短缺，人類對新能源的開發(fā)及運用技術(shù)不斷的成熟，太陽能、風(fēng)能、電動汽車等等耳目一新的高新產(chǎn)業(yè)逐漸走進我們的生活，標(biāo)志著新能源時代的到來，而作為這所有一切的發(fā)動機——電池，大批量化、高效化、綠色化卻成為所有電池生產(chǎn)廠家所急需解決的問題。

隨著電池在各行各業(yè)的廣泛使用，電池產(chǎn)量日漸增大。電池在大批量的生產(chǎn)過程中，有一定概率出現(xiàn)過充、過放的問題。過充輕則電池鼓包報廢，重則電池起火，引起生產(chǎn)安全事故，造成生命和財產(chǎn)損失。過放減少了電池的壽命，使得電池更早報廢，造成嚴(yán)重?fù)p失和浪費。

電池過充過放的主要原因在于電池電壓采樣測量不準(zhǔn)。目前主流的電池電壓采樣方式是用導(dǎo)線或者彈簧金屬針去連接電池的正負(fù)極。導(dǎo)線和金屬針都存在接觸不良或者松動的問題。金屬針使用時間長了以后，有可能出現(xiàn)變形，以及彈簧疲勞的問題。為解決此問題，有方案提出使用兩路電池電壓采樣電路同時采用同一個電池電壓，也即增加一路冗余的電池電壓采樣，只要其中一路采樣出現(xiàn)問題，就發(fā)出警告，并停止電池充放電。但是這種方案提高了系統(tǒng)的復(fù)雜度，增加了故障率，增加了成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種電池過充過放保護方法以及系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種電池過充過放保護方法，包括：

以預(yù)設(shè)時間間隔采樣電池電壓和電池電流；

基于每次的采樣結(jié)果，依次執(zhí)行電壓采樣線接觸不穩(wěn)的一次保護邏輯、電壓采樣線掉落的保護邏輯、電壓采樣線接觸不穩(wěn)的二次保護邏輯、電壓采樣電路故障的保護邏輯；

如果任意一個保護邏輯不合格，則判定電池電壓異常，停止電池的充放電。

在本發(fā)明所述的電池過充過放保護方法中，電壓采樣線接觸不穩(wěn)的一次保護邏輯包括：

計算當(dāng)前采樣到的電池電壓與前次采樣到的電池電壓之間的電壓波動值；

如果計算到的電壓波動值在預(yù)設(shè)的電壓波動范圍內(nèi)，則判斷當(dāng)前的保護邏輯合格，并觸發(fā)下一個保護邏輯的執(zhí)行；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格，觸發(fā)后續(xù)保護邏輯的停止執(zhí)行。

在本發(fā)明所述的電池過充過放保護方法中，電壓采樣線掉落的保護邏輯包括：

計算當(dāng)前采樣到的電池電壓相比前次采樣到的電池電壓的電壓下降值；

如果計算到的電壓下降值在預(yù)設(shè)的電壓下降范圍內(nèi)，則判斷當(dāng)前的保護邏輯合格，并觸發(fā)下一個保護邏輯的執(zhí)行；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格，觸發(fā)后續(xù)保護邏輯的停止執(zhí)行。

在本發(fā)明所述的電池過充過放保護方法中，電壓采樣線接觸不穩(wěn)的二次保護邏輯包括：

計算當(dāng)前采樣到的電池電流相比前次采樣到的電池電流的電流上升值；

如果計算到的電流上升值在預(yù)設(shè)的電流上升范圍之外且當(dāng)前的充電模式為恒壓充電模式，則判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格，觸發(fā)后續(xù)保護邏輯的停止執(zhí)行；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯合格，并觸發(fā)下一個保護邏輯的執(zhí)行。

在本發(fā)明所述的電池過充過放保護方法中，所述電壓采樣電路故障的保護邏輯包括：

基于當(dāng)前采樣到的電池電流和預(yù)設(shè)時間間隔進行積分運算得到當(dāng)前的預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)充電增加或者放電減小的電池容量；

如果自前一個清零時刻到當(dāng)前時刻內(nèi)的所有的預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)的充電增加/放電減小的電池容量的累加值沒有達到預(yù)設(shè)電池容量，則退出當(dāng)前的保護邏輯，否則，繼續(xù)下一步驟；

計算當(dāng)前采樣到的電池電壓相比前次采樣到的電池電壓的充電電壓上升值/放電電壓下降值；

如果計算到的充電電壓上升值/放電電壓下降值在預(yù)設(shè)的電壓變化值之內(nèi)，則判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯合格；

其中，所述的清零時刻定義為：初始采樣時刻，或者充電增加/放電減小的電池容量的累加值達到預(yù)設(shè)電池容量的采樣時刻。

本發(fā)明還公開了一種電池過充過放保護系統(tǒng)，包括：

采樣電路，用于以預(yù)設(shè)時間間隔采樣電池電壓和電池電流；

邏輯保護模塊，用于基于每次的采樣結(jié)果，依次執(zhí)行電壓采樣線接觸不穩(wěn)的一次保護邏輯、電壓采樣線掉落的保護邏輯、電壓采樣線接觸不穩(wěn)的二次保護邏輯、電壓采樣電路故障的保護邏輯；

故障處理模塊，用于在任意一個保護邏輯不合格時，停止電池的充放電。

在本發(fā)明所述的電池過充過放保護系統(tǒng)中，所述邏輯保護模塊包括用于執(zhí)行電壓采樣線接觸不穩(wěn)的一次保護邏輯的第一邏輯保護模塊，所述第一邏輯保護模塊包括：

電壓波動值計算單元，用于計算當(dāng)前采樣到的電池電壓與前次采樣到的電池電壓之間的電壓波動值；

第一邏輯控制單元，用于在計算到的電壓波動值在預(yù)設(shè)的電壓波動范圍內(nèi)時，判斷當(dāng)前的保護邏輯合格，并觸發(fā)下一個保護邏輯的執(zhí)行；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格，觸發(fā)后續(xù)保護邏輯的停止執(zhí)行。

在本發(fā)明所述的電池過充過放保護系統(tǒng)中，所述邏輯保護模塊包括用于執(zhí)行電壓采樣線掉落的保護邏輯的第二邏輯保護模塊，所述第二邏輯保護模塊包括：

電壓下降值計算單元，用于計算當(dāng)前采樣到的電池電壓相比前次采樣到的電池電壓的電壓下降值；

第二邏輯控制單元，用于在計算到的電壓下降值在預(yù)設(shè)的電壓下降范圍內(nèi)時，判斷當(dāng)前的保護邏輯合格，并觸發(fā)下一個保護邏輯的執(zhí)行；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格，觸發(fā)后續(xù)保護邏輯的停止執(zhí)行。

在本發(fā)明所述的電池過充過放保護系統(tǒng)中，所述邏輯保護模塊包括用于執(zhí)行電壓采樣線接觸不穩(wěn)的二次保護邏輯的第三邏輯保護模塊，所述第三邏輯保護模塊包括：

電流上升值計算單元，用于計算當(dāng)前采樣到的電池電流相比前次采樣到的電池電流的電流上升值；

第三邏輯控制單元，用于在計算到的電流上升值在預(yù)設(shè)的電流上升范圍之外且當(dāng)前的充電模式為恒壓充電模式時，判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格，觸發(fā)后續(xù)保護邏輯的停止執(zhí)行；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯合格，并觸發(fā)下一個保護邏輯的執(zhí)行。

在本發(fā)明所述的電池過充過放保護系統(tǒng)中，所述邏輯保護模塊包括用于執(zhí)行電壓采樣電路故障的保護邏輯的第四邏輯保護模塊，所述第四邏輯保護模塊包括：

當(dāng)前電池容量變化計算單元，用于基于當(dāng)前采樣到的電池電流和預(yù)設(shè)時間間隔進行積分運算得到當(dāng)前的預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)充電增加或者放電減小的電池容量；

累計電池容量變化比較單元，用于在自前一個清零時刻到當(dāng)前時刻內(nèi)的所有的預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)的充電增加/放電減小的電池容量的累加值沒有達到預(yù)設(shè)電池容量時，觸發(fā)退出當(dāng)前的保護邏輯，否則，觸發(fā)電壓變化計算單元工作；

電壓變化計算單元，用于計算當(dāng)前采樣到的電池電壓相比前次采樣到的電池電壓的充電電壓上升值/放電電壓下降值；

第四邏輯控制單元，用于在計算到的充電電壓上升值/放電電壓下降值在預(yù)設(shè)的電壓變化值之內(nèi)時，判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯合格；

其中，所述的清零時刻定義為：初始采樣時刻，或者充電增加/放電減小的電池容量的累加值達到預(yù)設(shè)電池容量的采樣時刻。

實施本發(fā)明的電池過充過放保護方法以及系統(tǒng)，具有以下有益效果：本發(fā)明基于現(xiàn)有的采樣電路的采樣結(jié)果，執(zhí)行四層保護邏輯，可以針對電壓采樣線接觸不穩(wěn)、電壓采樣線掉落、電壓采樣電路故障這些導(dǎo)致采樣電壓異常的情況進行邏輯保護，無需增加硬件設(shè)備，極大地提高電池充放電的安全系數(shù)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖：

圖1是本發(fā)明的電池過充過放保護方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明電池過充過放保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

由于鋰電池充電過程中，電池首先進行恒流充電，恒流充電階段電池電流穩(wěn)定，電池電壓穩(wěn)步平滑上升；達到預(yù)設(shè)電壓后，電池轉(zhuǎn)入恒壓充電，恒壓充電階段電池電壓保持穩(wěn)定，電池電流平滑下降，當(dāng)電池電流下降到設(shè)定的閥值時，充電完成。如果電池充電過程中出現(xiàn)鼓包、或者起火，那基本上都會反應(yīng)到充電曲線上。比如采樣接觸不良導(dǎo)致電池電壓出現(xiàn)無序的跳動，再比如采樣線掉線則導(dǎo)致電池電壓出現(xiàn)明顯跌落等等。

本發(fā)明利用電池電壓、電池電流和電池容量來設(shè)計保護邏輯。對于同一個型號的電池，可以通過反復(fù)多次的充電和放電來獲取電池的特性曲線。根據(jù)實際的電池曲線就能設(shè)定實際保護參數(shù)。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術(shù)方案進行詳細的說明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實施例以及實施例中的具體特征是對本申請技術(shù)方案的詳細的說明，而不是對本申請技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實施例以及實施例中的技術(shù)特征可以相互組合。

參考圖1，是本發(fā)明的電池過充過放保護方法的流程圖。本發(fā)明的電池過充過放保護方法包括：

S100、以預(yù)設(shè)時間間隔采樣電池電壓和電池電流；

S200、基于每次的采樣結(jié)果，依次執(zhí)行電壓采樣線接觸不穩(wěn)的一次保護邏輯、電壓采樣線掉落的保護邏輯、電壓采樣線接觸不穩(wěn)的二次保護邏輯、電壓采樣電路故障的保護邏輯；

S300、如果任意一個保護邏輯不合格，則判定電池電壓異常，停止電池的充放電。

下面對四層保護進行詳細闡述。

第一層邏輯保護，電壓采樣線接觸不穩(wěn)的一次保護邏輯，具體包括：

S211、計算當(dāng)前采樣到的電池電壓與前次采樣到的電池電壓之間的電壓波動值；

S212、如果計算到的電壓波動值在預(yù)設(shè)的電壓波動范圍內(nèi)，則判斷當(dāng)前的保護邏輯合格，并觸發(fā)下一個保護邏輯的執(zhí)行；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格，觸發(fā)后續(xù)保護邏輯的停止執(zhí)行。

例如，較佳實施例中，對于同一個型號的電池，根據(jù)獲取電池的特性曲線設(shè)定預(yù)設(shè)的電壓波動范圍為10mV以內(nèi)。假如采樣時的預(yù)設(shè)時間間隔為1s，即1s內(nèi)電壓波動值超過10mV則認(rèn)為接觸不良導(dǎo)致采樣電壓異常。

第二層邏輯保護，電壓采樣線掉落的保護邏輯包括，具體包括：

S221、計算當(dāng)前采樣到的電池電壓相比前次采樣到的電池電壓的電壓下降值；

S222、如果計算到的電壓下降值在預(yù)設(shè)的電壓下降范圍內(nèi)，則判斷當(dāng)前的保護邏輯合格，并觸發(fā)下一個保護邏輯的執(zhí)行；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格，觸發(fā)后續(xù)保護邏輯的停止執(zhí)行。

例如，較佳實施例中，對于同一個型號的電池，根據(jù)獲取電池的特性曲線設(shè)定預(yù)設(shè)的電壓下降范圍為0.5V以內(nèi)。假如采樣時的預(yù)設(shè)時間間隔為1s，即1s內(nèi)電壓下降值超過0.5V則認(rèn)為電壓采樣線掉落導(dǎo)致采樣電壓異常。

第三層邏輯保護，電壓采樣線接觸不穩(wěn)的二次保護邏輯包括，具體包括：

S231、計算當(dāng)前采樣到的電池電流相比前次采樣到的電池電流的電流上升值；

S232、如果計算到的電流上升值在預(yù)設(shè)的電流上升范圍之外且當(dāng)前的充電模式為恒壓充電模式，則判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格，觸發(fā)后續(xù)保護邏輯的停止執(zhí)行；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯合格，并觸發(fā)下一個保護邏輯的執(zhí)行。

例如，較佳實施例中，對于同一個型號的電池，根據(jù)獲取電池的特性曲線設(shè)定預(yù)設(shè)的電流上升范圍為500mA以內(nèi)。假如采樣時的預(yù)設(shè)時間間隔為1s，即1s內(nèi)電流上升值超過500mA則認(rèn)為電壓采樣線接觸不良導(dǎo)致采樣電壓異常。

第四層邏輯保護，所述電壓采樣電路故障的保護邏輯包括，具體包括：

S241、基于當(dāng)前采樣到的電池電流和預(yù)設(shè)時間間隔進行積分運算得到當(dāng)前的預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)充電增加或者放電減小的電池容量；

S242、如果自前一個清零時刻到當(dāng)前時刻內(nèi)的所有的預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)的充電增加/放電減小的電池容量的累加值沒有達到預(yù)設(shè)電池容量，則退出當(dāng)前的保護邏輯，否則，繼續(xù)下一步驟；

其中，所述的清零時刻定義為：初始采樣時刻，或者充電增加/放電減小的電池容量的累加值達到預(yù)設(shè)電池容量的采樣時刻；

S243、計算當(dāng)前采樣到的電池電壓相比前次采樣到的電池電壓的充電電壓上升值/放電電壓下降值；

S244、如果計算到的充電電壓上升值/放電電壓下降值在預(yù)設(shè)的電壓變化值之內(nèi)，則判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯合格。

例如，較佳實施例中，對于同一個型號的電池，根據(jù)獲取電池的特性曲線設(shè)定充電增加或者放電減小的電池容量為3000mAh、電壓變化值為2mV。即當(dāng)累計電池容量為3000mAh時，如果充電電壓上升值/放電電壓下降值小于2mV，則認(rèn)為電壓采樣電路故障不良導(dǎo)致采樣電壓異常。

可見，本發(fā)明設(shè)置簡單，通過修改參數(shù)，能適應(yīng)不同的電池。能有效減少電池鼓包和電池起火，延長電池使用壽命。算法簡單，普通的單片機的計算能力都能實現(xiàn)。例如，可以使用TI F28069DSP執(zhí)行邏輯保護算法，電池的電壓和電流采樣使用ADI的AD7689芯片進行采樣。如果出現(xiàn)電壓采樣有異常，馬上會讓電池停止充放電，并發(fā)出告警，從而有效的幫助客戶保護電池，減少電池生產(chǎn)故障，提高生產(chǎn)效率。

相應(yīng)的，本發(fā)明還公開了一種電池過充過放保護系統(tǒng)，參考圖2，是本發(fā)明電池過充過放保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，系統(tǒng)包括：

采樣電路100，用于以預(yù)設(shè)時間間隔采樣電池電壓和電池電流；

邏輯保護模塊200，用于基于每次的采樣結(jié)果，依次執(zhí)行電壓采樣線接觸不穩(wěn)的一次保護邏輯、電壓采樣線掉落的保護邏輯、電壓采樣線接觸不穩(wěn)的二次保護邏輯、電壓采樣電路故障的保護邏輯；

故障處理模塊300，用于在任意一個保護邏輯不合格時，停止電池的充放電。

其中，所述邏輯保護模塊200包括用于執(zhí)行電壓采樣線接觸不穩(wěn)的一次保護邏輯的第一邏輯保護模塊210、用于執(zhí)行電壓采樣線掉落的保護邏輯的第二邏輯保護模塊220、用于執(zhí)行電壓采樣線接觸不穩(wěn)的二次保護邏輯的第三邏輯保護模塊230、用于執(zhí)行電壓采樣電路故障的保護邏輯的第四邏輯保護模塊240。

具體的，所述第一邏輯保護模塊210包括：

電壓波動值計算單元，用于計算當(dāng)前采樣到的電池電壓與前次采樣到的電池電壓之間的電壓波動值；

第一邏輯控制單元，用于在計算到的電壓波動值在預(yù)設(shè)的電壓波動范圍內(nèi)時，判斷當(dāng)前的保護邏輯合格，并觸發(fā)下一個保護邏輯的執(zhí)行；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格，觸發(fā)后續(xù)保護邏輯的停止執(zhí)行。

具體的，所述第二邏輯保護模塊220包括：

電壓下降值計算單元，用于計算當(dāng)前采樣到的電池電壓相比前次采樣到的電池電壓的電壓下降值；

第二邏輯控制單元，用于在計算到的電壓下降值在預(yù)設(shè)的電壓下降范圍內(nèi)時，判斷當(dāng)前的保護邏輯合格，并觸發(fā)下一個保護邏輯的執(zhí)行；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格，觸發(fā)后續(xù)保護邏輯的停止執(zhí)行。

具體的，所述第三邏輯保護模塊230包括：

電流上升值計算單元，用于計算當(dāng)前采樣到的電池電流相比前次采樣到的電池電流的電流上升值；

第三邏輯控制單元，用于在計算到的電流上升值在預(yù)設(shè)的電流上升范圍之外且當(dāng)前的充電模式為恒壓充電模式時，判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格，觸發(fā)后續(xù)保護邏輯的停止執(zhí)行；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯合格，并觸發(fā)下一個保護邏輯的執(zhí)行。

具體的，所述第四邏輯保護模塊240包括：

當(dāng)前電池容量變化計算單元，用于基于當(dāng)前采樣到的電池電流和預(yù)設(shè)時間間隔進行積分運算得到當(dāng)前的預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)充電增加或者放電減小的電池容量；

累計電池容量變化比較單元，用于在自前一個清零時刻到當(dāng)前時刻內(nèi)的所有的預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)的充電增加/放電減小的電池容量的累加值沒有達到預(yù)設(shè)電池容量時，觸發(fā)退出當(dāng)前的保護邏輯，否則，觸發(fā)電壓變化計算單元工作；其中，所述的清零時刻定義為：初始采樣時刻，或者充電增加/放電減小的電池容量的累加值達到預(yù)設(shè)電池容量的采樣時刻；

電壓變化計算單元，用于計算當(dāng)前采樣到的電池電壓相比前次采樣到的電池電壓的充電電壓上升值/放電電壓下降值；

第四邏輯控制單元，用于在計算到的充電電壓上升值/放電電壓下降值在預(yù)設(shè)的電壓變化值之內(nèi)時，判斷當(dāng)前的保護邏輯不合格；否則，判斷當(dāng)前的保護邏輯合格。

綜上所述，本發(fā)明基于現(xiàn)有的采樣電路的采樣結(jié)果，執(zhí)行四層保護邏輯，可以針對電壓采樣線接觸不穩(wěn)、電壓采樣線掉落、電壓采樣電路故障這些導(dǎo)致采樣電壓異常的情況進行邏輯保護，無需增加硬件設(shè)備，極大地提高電池充放電的安全系數(shù)。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。