电池组短路保护方法及电池组短路保护装置与流程

本发明涉及一种电池保护，尤其涉及一种电池组短路保护方法及电池组短路保护装置。

背景技术：

1、随着电池技术的不断发展，以及社会对节能环保的倡导，电动车也日渐被更多的人青睐。出于安全考虑，一般都在电动车辆上为电池配置短路保护方案，然而，目前所用的电池短路保护方案的原理为：通过采样电阻得到一个采样电压，基于采样电压计算采样电流，将采样电流与设定电流进行比较，进而根据比较结果控制开关管的状态。基于上述保护原理，由于短路保护电路采样电阻阻值小，产生的电压幅度小，容易受干扰导致误触发短路保护或者不能触发短路保护。此外，比较器的阈值固定，不能自适应电池内阻变化导致的短路电流变化(电池内阻变大后，短路电流下降，导致不能触发原来设定的短路电流阈值，导致无法触发短路保护)，导致不能有效短路保护，灵活性差，容易造成电芯和bms损坏。故，对于电动车电池来说，需要专门的电动车辆电池管理系统对其进行可有效增强信号抗干扰能力且可自适应电池内阻变化而导致的短路电流变化的电池短路保护。参考中国专利cn114523851a，就公开了这样一种电池短路保护装置及电动车辆电池管理系统。

2、然而，上述方案中，只有一个短路保护电路，且一般通过afe(模拟前端芯片)采集分流器的电流值，触发内部的比较器和延时电路来实现短路保护(可参考中国专利cn111900773a)，又或者通过外部比较器比较基准电压与分流器采样电压进行触发保护(可参考中国专利cn214958817u)，短路保护方式单一。

3、而且，在现有的电池管理系统中，一般还具有安全性和灵活性不足的问题，如果为了保证检测的准确性，那么现有技术未来避免误触发容性负载假短路，往往会有短路保护延时过长，容易导致关断电流过大容易损坏放电mos造成短路保护失效的问题。如果要保证安全性，则现有的短路保护触发往往设置的较为灵敏，在高容性负载上电时容易误触发假短路导致高容性负载的系统无法正常上电使用。

4、故，急需一种可解决上述问题的新的电池组短路保护方法及电池组短路保护装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电池组短路保护方法及电池组短路保护装置，可兼顾安全性和灵活性，可增强高容性负载的系统上电能力，提高了电池短路保护的安全性和系统适应性，从而提升电池管理系统的保护效果。

2、为了实现上述目的，本发明公开了一种电池组短路保护方法，用于在负载短路时保护电池组，电池组的放电回路上串接有放电开关，在所述放电开关的两端并联一个预充支路，所述预充支路包括串联的预充开关和预充电阻，该电池组短路保护方法包括：步骤1：采集所述电池组的电流信号以获得采集电流，在所述采集电流超出基准电流阈值且持续时间大于第一预设延时阈值时，断开所述放电开关，导通所述预充开关至少第一预设持续时间；步骤2：采集并获得所述放电开关断开后的第一预设持续时间内所述预充支路远离所述电池组的一端到负载之间的任一点的输出电压变化绝对值；步骤3：判断所述输出电压变化绝对值是否超出预设电压值，若是则判断负载处于假短路状态，强制恢复导通所述放电开关；若否则判断负载处于真短路状态，控制所述放电开关和预充开关处于断开状态。

3、较佳地，所述步骤1中，还在所述采集电流超出第二预设电流值且持续时间大于第二预设延时阈值时，断开所述放电开关且继续导通所述预充开关第二预设持续时间；所述第二预设电流值小于所述基准电流阈值，所述第二预设延时阈值大于所述第一预设延时阈值。该方案可防止电池老化后或者放电回路内阻过大，短路电流值下降至电流值a1以下导致无法有效触发短路保护，且通过双重条件冗余判断，可以进一步提升系统的安全性。

4、较佳地，所述放电开关串接于所述电池组的负极输出线上；所述步骤2中，采集所述第一预设持续时间内所述预充支路远离所述电池组的一端到负载之间的任一点的负极电压，并计算所述负极电压变化的绝对值以获得所述输出电压变化绝对值。

5、较佳地，所述放电开关串接于所述电池组的负极输出线上；在所述步骤2中，分别采集所述第一预设持续时间内所述预充支路远离所述电池组的一端到负载之间的任一点的负极电压以及所述电池组输出到负载两端的总输出电压，并计算所述负极电压变化的绝对值以获得第一绝对值，计算所述总输出电压变化的绝对值以获得第二绝对值，所述输出电压变化绝对值包括第一绝对值和第二绝对值，所述步骤3中，判断所述第一绝对值和所述第二绝对值是否均预设电压值，若是则判断负载处于假短路状态，若否则判断负载处于真短路状态。该方案可通过两种电压采集和绝对值计算来判断真假短路，避免电压采集误差，通过双重条件诊断提高容错能力。

6、较佳地，所述步骤1中控制所述放电开关断开的同时控制所述预充开关持续导通第一预设持续时间后断开。该方案使得预充支路仅在触发短路并进行真假短路诊断时导通，防止预充开关长时间导通的损耗。

7、较佳地，通过第一短路保护单元比较所述采集电流与基准电流阈值，在所述采集电流超出基准电流阈值且持续时间大于第一预设延时阈值时输出第一控制信号到放电开关的开关驱动电路以控制所述放电开关关断且所述预充开关持续导通，通过第二保护单元比较所述采集电流和预设的短路电流阈值，在所述采集电流大于所述短路电流阈值后输出第二控制信号到放电开关的开关驱动电路以控制所述放电开关和所述预充开关关断，所述基准电流阈值小于所述短路电流阈值。通过第一短路保护单元可以快速检测电流信号实现短路保护，通过第二保护单元进行冗余检测保护。

8、较佳地，步骤2具体包括：在位于所述第一预设持续时间前段中选取第一时间点，在位于所述第一预设持续时间的后段中选取第二时间点，所述第一时间点和第二时间点不位于所述放电开关和预充开关的通断控制变化点，计算所述第一时间点和第二时间点的输出电压的差值的绝对值以获得输出电压变化绝对值。该方案有效防止放电开关和预充开关通断切换期间电压不稳定使得输出电压检测结果出错。

9、具体地，所述前段为所述第一预设持续时间中第5％到第10％之间，所述后段为所述第一预设持续时间90％到95％之间。

10、较佳地，电池组短路保护方法还包括步骤4：检测负载是否移除，在所述负载被移除时依据所述电池组当前状态控制所述放电开关导通。

11、本发明还公开了一种电池组短路保护装置，包括：电流采集电路，串接于电池组的放电回路上并采集所述电池组放电回路上的采集电流；开关电路，串接于所述放电回路上，包括并联的放电开关和预充支路，所述预充支路包括串联的预充开关和预充电阻；电压采集电路，采集所述预充支路远离所述电池组的一端到负载之间的任一点的输出电压；短路保护模块，一端接所述采集电流和输出电压，另一端接所述放电开关和预充开关的控制端，在所述采集电流超出基准电流阈值且持续时间大于第一预设延时阈值时，断开所述放电开关，继续导通所述预充开关至少第一预设持续时间，获得所述放电开关断开后的第一预设持续时间内所述输出电压的输出电压变化绝对值，判断所述输出电压变化绝对值是否超出预设电压值，若是则判断负载处于假短路状态，强制恢复导通所述放电开关；若否则判断负载处于真短路状态，控制所述放电开关和预充开关处于断开状态。

12、较佳地，所述短路保护模块包括短路保护电路、控制电路、开关驱动电路，短路保护电路的输入端分别接所述采集电流和基准电流阈值，输出端接一控制电路和一开关驱动电路，比较所述采集电流和基准电流阈值，在所述采集电流超出所述基准电流阈值且持续时间大于第一预设延时阈值时输出故障信号至所述控制电路，并输出对应高低电平的第一控制信号至所述开关驱动电路；控制电路获取所述输出电压并在收到所述故障信号后计算所述放电开关断开后的第一预设持续时间内的输出电压变化绝对值，判断所述输出电压变化绝对值是否超出预设电压值，若是则判断负载处于假短路状态，向所述开关驱动电路输出恢复控制信号；若否则判断负载处于真短路状态，向所述短路保护电路输出短路通信信号，以使所述短路保护电路输出对应高低电平的第二控制信号至开关驱动电路；开关驱动电路依据所述第一控制信号控制所述放电开关断开、所述预充开关持续导通；依据所述恢复控制信号屏蔽所述第一控制信号以控制所述放电开关重新导通，依据所述第二控制信号控制所述放电开关和预充开关处于断开状态。在短路保护电路检测到短路时绕过控制电路直接通过开关驱动电路及时控制放电开关断开，使得短路保护反应快，安全性高，防止损坏放电开关。

13、具体地，所述短路保护电路还在所述电流信号超出第二预设电流值且持续时间大于第二预设延时阈值时，断开所述放电开关且继续导通所述预充开关第二预设持续时间；所述第二预设电流值小于所述基准电流阈值，所述第二预设延时阈值大于所述第一预设延时阈值。该方案可防止电池老化后或者放电回路内阻过大，短路电流值下降至电流值a1以下导致无法有效触发短路保护，且通过双重条件冗余判断，可以进一步提升系统的安全性。

14、具体地，所述开关电路串接于所述电池组的负极输出线上；所述输出电压变化绝对值为所述预充支路远离所述电池组的一端到负载之间的任一点的负极电压变化的绝对值。

15、具体地，所述开关电路串接于所述电池组的负极输出线上；所述输出电压变化绝对值包括所述预充支路远离所述电池组的一端到负载之间的任一点的负极电压变化的第一绝对值和所述电池组输出到负载两端的总输出电压变化的第二绝对值，所述控制电路判断所述第一绝对值和所述第二绝对值是否均预设电压值，若是则判断负载处于假短路状态，若否则判断负载处于真短路状态。该方案可通过两种电压采集和绝对值计算来判断真假短路，避免电压采集误差，通过双重条件诊断提高容错能力。

16、具体地，所述开关驱动电路依据所述第一控制信号控制所述预充开关持续导通第一预设持续时间后断开。该方案使得预充支路仅在触发短路并进行真假短路诊断时导通，防止预充开关长时间导通的损耗。

17、具体地，所述短路保护电路包括第一短路保护单元和第二保护单元，所述第一短路保护单元比较所述采集电流与基准电流阈值，在所述采集电流超出基准电流阈值且持续时间大于第一预设延时阈值时输出对应高低电平的第一控制信号到所述开关驱动电路，输出相应的故障信号至所述控制电路，所述第二保护单元比较所述采集电流和预设的短路电流阈值，在所述采集电流大于所述短路电流阈值后输出对应高低电平的第二控制信号到所述开关驱动电路以控制所述放电开关和所述预充开关关断，输出相应的故障信号至所述控制电路；所述基准电流阈值小于所述短路电流阈值。通过第一短路保护单元可以快速检测电流信号实现短路保护，通过第二保护单元可进行冗余检测保护。

18、较佳地，所述短路保护模块获得所述放电开关断开后的第一预设持续时间内所述输出电压的输出电压变化绝对值具体包括：在位于所述第一预设持续时间前段中选取第一时间点，在位于所述第一预设持续时间的后段中选取第二时间点，所述第一时间点和第二时间点不位于所述放电开关和预充开关的通断控制变化点，计算所述第一时间点和第二时间点的输出电压的差值的绝对值以获得输出电压变化绝对值。

19、具体地，所述前段为所述第一预设持续时间中第5％到第10％之间，所述后段为所述第一预设持续时间90％到95％之间。

20、较佳地，所述短路保护模块还在判断负载处于真短路状态后检测负载是否移除，在所述负载被移除时依据所述电池组当前状态控制所述放电开关导通。

21、与现有技术相比，本发明在放电开关上并联了一个预充支路，然后在检测到短路保护时，断开放电开关而继续导通预充支路，使得负载得以继续充电，通过继续导通预充支路的第一预设持续时间中输出电压的变化判断负载是真短路还是假短路，防止由于负载中容性负载上电时正常的短路效应误触发了短路保护造成的上电后无法工作。再者，本发明通过电流采样判断是否过电流，然后通过输出电压的变化直接判断短路的真假，反应灵敏度高。故，本发明在及时断开放电开关的前提下保证了安全性，通过具有预充电阻保护的预充支路持续放电第一预设持续时间进行真假路保护判断，确保了灵活性，可增强高容性负载的系统上电能力，提高了电池短路保护的安全性和系统适应性，从而提升电池管理系统的保护效果，解决了现有技术中高容性负载上电时容易误触发假短路导致高容性负载的系统无法正常上电使用的问题。