一种电池管理系统的分级保护方法及电池管理系统与流程

本发明涉及电池管理，尤其涉及一种电池管理系统的分级保护方法及电池管理系统。

背景技术：

1、随着户外露营、应急备灾以及移动办公等需求的日益增长，便携式储能设备（如户外电源）迎来了爆发式发展。电池管理系统（bms）作为便携式储能设备中电池系统的核心安全控制单元，其状态监测与异常保护机制的可靠性直接关系到整个系统的稳定运行以及用户的生命财产安全。在当前背景下，如何在保障电池系统具备安全性的前提下，进一步精简硬件拓扑并有效控制bms的制造成本，成为了储能行业内亟待解决的关键技术痛点。

2、目前，为了实现对电池组的过载、过热及短路等异常状态的保护，现有的便携式储能设备bms普遍采用在主功率/能量回路上串联大功率mosfet的控制方案。在此类方案中，当系统检测到电流过大或温度超标时，bms的主控芯片会直接切断主回路上大功率mosfet的驱动信号，以阻断电池组与功率变换单元（如逆变器）之间的能量传输。此外，部分追求低成本的常规方案，也会尝试在主能量回路上直接串联物理一次性熔断器（熔丝），当主回路电流达到物理熔断阈值时，依靠熔断器自身发热熔断来实现保护。

3、但是，针对采用大功率mosfet的方案，由于便携式储能设备的主回路通常需要承载几十甚至上百安培的大电流，需要使用多颗大功率mosfet并联，并配备隔离驱动电路和散热器件，导致bms的硬件成本和体积居高不下。并且，在遭遇短路大电流冲击时，大功率mosfet极易发生雪崩击穿并导致物理熔焊，使得主回路呈现不可逆的直通失效状态，最终导致电池热失控甚至起火爆炸，存在严重的安全隐患。而针对直接采用一次性熔丝的低成本方案，由于缺乏智能化的分级缓冲干预机制，设备在应对常规的瞬态过流（如大功率负载启动时的瞬间冲击电流）或普通的过温预警时，容易触发物理熔断（即“误熔断”）。一次性熔丝一旦烧断，需要将整机返厂拆机维修才能恢复使用，不仅导致用户体验极差，更提高了维护成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电池管理系统的分级保护方法及电池管理系统，解决现有电池保护方案中物理熔丝误熔断及大功率mos管存在短路击穿隐患的问题。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种电池管理系统的分级保护方法，应用于便携式储能设备，所述便携式储能设备还包括电池组、功率变换单元、熔丝及辅助开关，所述电池组与所述功率变换单元之间通过功率线构成主能量回路，所述主能量回路上串联有熔丝，所述电池管理系统与所述电池组、功率变换单元及辅助开关通信连接，所述辅助开关串联于所述功率变换单元的供电回路上，所述方法包括：

3、实时获取所述电池组的运行状态参数；若所述运行状态参数满足第一预设异常条件时，发送告警信号并启动计时；

4、当所述计时到达安全时间阈值时，且所述运行状态参数依然满足第一预设异常条件时，控制所述辅助开关断开，以切断所述功率变换单元的外部供电及带载路径；

5、断开所述辅助开关后，若所述运行状态参数未达到预设安全条件，则控制所述熔丝熔断。

6、在一些可能的实施方式中，所述实时获取所述电池组的运行状态参数的过程中，若所述运行状态参数满足第二预设异常条件时，则直接控制所述熔丝熔断。

7、在一些可能的实施方式中，所述运行状态参数包括主能量回路的电流、单节电芯电压、电池组总电压、电池温度及环境温度。

8、在一些可能的实施方式中，所述第一预设异常条件包括以下至少一项：

9、所述主能量回路的电流≥第一电流阈值、单节电芯的电压≤第一电压阈值或≥第二电压阈值、电池组总电压≥第三电压阈值或≤第四电压阈值、电池组的温度≥第一温度阈值或≤第二温度阈值；

10、所述第二预设异常条件包括以下至少一项：

11、所述主能量回路的电流≥第二电流阈值、单节电芯的电压≤第五电压阈值或≥第六电压阈值、电池组总电压≥第七电压阈值或≤第八电压阈值、电池组的温度≥第三温度阈值或≤第四温度阈值；

12、其中，所述第二电流阈值大于所述第一电流阈值；所述第五电压阈值小于第一电压阈值，第六电压阈值大于第二电压阈值，第七电压阈值大于第三电压阈值，第八电压阈值小于第四电压阈值；第三温度阈值大于第一温度阈值，第四温度阈值小于第二温度阈值。

13、在一些可能的实施方式中，所述辅助开关为贴片式场效应晶体管、微型机械继电器或光继电器。

14、在一些可能的实施方式中，向所述功率变换单元发送包括故障类型的告警信号，以指示所述功率变换单元执行干预操作；

15、其中，在启动所述计时至到达所述安全时间阈值的期间，所述主能量回路上的所述熔丝保持导通，所述辅助开关保持闭合。

16、在一些可能的实施方式中，所述计时到达所述安全时间阈值前，若运行状态参数恢复至正常运行区间，则停止所述计时并解除告警。

17、在一些可能的实施方式中，所述控制辅助开关断开后，若所述运行状态参数达到所述预设安全条件，则进入安全待机状态，并保持所述辅助开关断开；

18、在所述安全待机状态下，响应于接收到外部触发的唤醒信号，控制所述辅助开关闭合，以恢复所述供电回路的供电。

19、在一些可能的实施方式中，所述预设安全条件为：触发异常的运行状态参数恢复至对应的预设安全范围内；

20、其中，所述主能量回路电流位于预设的安全电流区间；单节电芯电压及电池组总电压位于预设的安全电压区间；电池组温度对应位于预设的电池安全温度区间。

21、根据本发明的第二方面，提供了一种电池管理系统，应用于便携式储能设备，所述便携式储能设备还包括电池组、功率变换单元、熔丝及辅助开关，所述电池组与所述功率变换单元之间通过功率线构成主能量回路，所述主能量回路上串联有熔丝，所述电池管理系统与所述电池组、功率变换单元及辅助开关通信连接，所述辅助开关串联于所述功率变换单元的供电回路上；所述电池管理系统包括：

22、主控芯片、采样单元、通信接口及熔丝驱动电路，所述采样单元用于实时采集电池组的运行状态参数；所述通信接口连接功率变换单元；所述熔丝驱动电路用于连接所述主能量回路上的所述熔丝；所述主控芯片分别与所述采样单元、所述通信接口、所述辅助开关以及所述熔丝驱动电路连接；所述主控芯片配置为执行电池管理系统的分级保护方法。

23、根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现电池管理系统的分级保护方法。

24、根据本发明的方案，通过在功率变换单元的供电回路上串联辅助开关，并将熔丝串联在主能量回路上，实现了强弱电分离的硬件拓扑。一方面，避免了在主能量回路上设置高成本的大功率开关管，有效减少了系统的物料成本与占用面积；另一方面，在运行状态参数满足第一预设异常条件时，先发送告警信号进行前置软性干预，若异常持续则通过控制供电回路上的辅助开关断开，以切断功率变换单元的外部供电及带载路径，仅在功率变换单元的外部供电及带载路径被切断且未达到预设安全条件时才控制熔丝熔断。这种递进式的分级保护机制，使得大部分常规过载或瞬态异常在中度异常保护阶段即可得以化解，降低了不必要的物理熔断与返修几率，实现了软性停机，兼顾了低成本与实用可恢复性。

25、并且，在获取运行状态参数的过程中，若满足第二预设异常条件，系统能够直接控制熔丝熔断，从而针对严重短路等突发恶性故障建立了快速响应的物理隔离防线，有效规避了传统电子开关管在短路大电流冲击下易发生的击穿直通风险。此外，运行状态参数的多维度覆盖以及正常运行区间、预设安全条件的判定，使得系统能够有效结合电流、电压及电池温度进行多维度的安全评估，有效避免了单一维度或未发生异常的参数对系统自愈复位流程产生逻辑干扰。在辅助开关断开后，系统在满足安全条件时进入安全待机状态，并保持辅助开关断开，直至响应外部唤醒信号才恢复供电回路的供电，使得整机在未伤及物理硬保护器件的前提下，实现了无损可逆的断电保护与合闸复位，有效提高了便携式储能设备在复杂户外工况下的可用性与人机交互的便利性。