一種可級(jí)聯(lián)的動(dòng)力電池組安全保護(hù)模塊的制作方法
【專利摘要】保護(hù)可靠的一種可級(jí)聯(lián)的動(dòng)力電池組安全保護(hù)模塊，包括級(jí)聯(lián)控制器、保護(hù)控制單元、保護(hù)開關(guān)和動(dòng)力電路開關(guān)；級(jí)聯(lián)控制器含第一光電耦合器和第二光電耦合器；保護(hù)控制單元含監(jiān)控信號(hào)輸入端口、直流電輸入端口、驅(qū)動(dòng)電流輸出端和保護(hù)信號(hào)輸出端；級(jí)聯(lián)控制器中第一光電耦合器的發(fā)光二極管正極與級(jí)聯(lián)控制正級(jí)輸入端相連，負(fù)極與第二光電耦合器中光敏三極管集電極相連，第二光電耦合器的光敏三極管發(fā)射極與級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端相連，第一光電耦合器中光敏三極管集電極與驅(qū)動(dòng)電流輸出端相連，發(fā)射極與動(dòng)力電路開關(guān)的控制端相連，第二光電耦合器發(fā)光二極管正極與驅(qū)動(dòng)電流輸出端相連，負(fù)極與保護(hù)開關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一端相連。本發(fā)明能保護(hù)動(dòng)力電池。
【專利說明】
一種可級(jí)聯(lián)的動(dòng)力電池組安全保護(hù)模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電氣控制技術(shù)，更具體地涉及一種可級(jí)聯(lián)的動(dòng)力電池組安全保護(hù)模塊，屬動(dòng)力電池制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于傳統(tǒng)能源在使用過程中不可避免地會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，在環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，迫使人們尋求環(huán)境友好的新能源技術(shù)。蓄電池在使用過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，而且可以重復(fù)使用，因此受到了廣泛的關(guān)注。
[0003]近幾年來，隨著鋰離子電池技術(shù)的突破，以鋰離子電池為代表的動(dòng)力電池得到了大規(guī)模的應(yīng)用，尤其在為保護(hù)環(huán)境國(guó)家大力推廣新能源電動(dòng)汽車的背景下，動(dòng)力電池更是獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
[0004]動(dòng)力電池泛指能夠通過放電給設(shè)備、器械、模型、車輛等驅(qū)動(dòng)的蓄電池，其中以鋰離子動(dòng)力電池應(yīng)用最為廣泛。動(dòng)力電池輸出的電壓高，電流大，如電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池輸出的電壓在300V以上，額定容量更是高達(dá)上百安時(shí)，由于動(dòng)力電池都需要高倍率放電，比如當(dāng)IC放電時(shí)，輸出的電流就達(dá)上百安培。
[0005]我們知道，鋰電池的單體電池一般標(biāo)稱電壓為3.7V，額定容量為10Ah，顯然只有將單體電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇⒙?lián)后，才能達(dá)到上述動(dòng)力電池的輸出性能。由于要進(jìn)行串并聯(lián)的單體電池?cái)?shù)量太多了，一般的做法是先將若干個(gè)單體電池進(jìn)行串并聯(lián)后組成具有一定輸出性能的電池模組，如75V/30Ah。然后再將電池模組進(jìn)行串并聯(lián)后組成動(dòng)力電池組，如600V/300Ah。動(dòng)力電池組與電池管理系統(tǒng)(BMS)相連后就組成一個(gè)動(dòng)力電池系統(tǒng)，該動(dòng)力電池系統(tǒng)可以用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝備。
[0006]如此眾多的單體電池通過串并聯(lián)組成的動(dòng)力電池組，安全成為一個(gè)非常重要的因素，尤其是鋰離子電池，其安全性更為突出。所有的動(dòng)力電池系統(tǒng)都設(shè)置有相應(yīng)的安全保護(hù)
目.ο
[0007]在現(xiàn)有的技術(shù)中，如圖1所示，一般在動(dòng)力電池組的正極端和負(fù)極端分別安裝一個(gè)保險(xiǎn)絲FI和F2，并在動(dòng)力電路中串接一個(gè)大電流繼電器KI，大電流繼電器KI根據(jù)BMS的指令來切斷或?qū)▌?dòng)力電路。這樣的安全保護(hù)裝置存在非常大的安全隱患，主要表現(xiàn)在:
[0008]1.用保險(xiǎn)絲來實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，其缺點(diǎn)是保護(hù)動(dòng)作電流具有很大的不確定性，與環(huán)境溫度、散熱結(jié)構(gòu)及安裝位置等緊密相關(guān)，如果選擇電流偏大，在發(fā)生短路時(shí)可能導(dǎo)致線纜著火而保護(hù)動(dòng)作并未執(zhí)行;如果選擇動(dòng)作電流偏小，在高溫季節(jié)動(dòng)力裝備啟動(dòng)時(shí)，很容易發(fā)生誤動(dòng)作而導(dǎo)致動(dòng)力裝備失去動(dòng)力。再者，保險(xiǎn)絲動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，一般為20?200毫秒，如此長(zhǎng)時(shí)間的短路電流更容易導(dǎo)致電池內(nèi)部部件如極板、隔膜等發(fā)生損壞，使電池容量、壽命及安全性大幅度降低。
[0009]2.現(xiàn)有的動(dòng)力電池系統(tǒng)保護(hù)裝置僅能用于保護(hù)整個(gè)動(dòng)力電池組，只有當(dāng)動(dòng)力電池組外部電路發(fā)生短路時(shí)，保險(xiǎn)絲才能熔斷而切斷動(dòng)力電路，而當(dāng)動(dòng)力電池組內(nèi)部的電池模組發(fā)生短路時(shí)，則無法提供保護(hù)，因此存在著火、損壞整個(gè)動(dòng)力電池組的安全隱患，保護(hù)非常不充分。
[0010]3.在現(xiàn)有技術(shù)中，動(dòng)力電池系統(tǒng)保護(hù)裝置只用高壓控制箱內(nèi)的繼電器來通斷電路，在繼電器動(dòng)作時(shí)易產(chǎn)生電弧，且在繼電器斷開時(shí)電池組各端口依然輸出直流高電壓，而直流高電壓的安全性極差，人員一旦觸電傷亡率極高，導(dǎo)致動(dòng)力電池組安裝、維修困難，需要特別培訓(xùn)和特種工具才能實(shí)施，增加了運(yùn)維成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種可級(jí)聯(lián)的動(dòng)力電池組安全保護(hù)模塊，解決現(xiàn)有技術(shù)中動(dòng)力電池系統(tǒng)中的保險(xiǎn)絲保護(hù)性能差，保護(hù)不充分，不能對(duì)電池模組進(jìn)行保護(hù)，采用繼電器存在安全隱患的問題。
[0012]為解決上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案其特殊之處在于:所述安全保護(hù)模塊包括:級(jí)聯(lián)控制器、保護(hù)控制單元、保護(hù)開關(guān)和動(dòng)力電路開關(guān)；
[0013]所述級(jí)聯(lián)控制器包括:第一光電親合器和第二光電親合器；
[0014]所述保護(hù)控制單元包含:
[0015]a.監(jiān)控信號(hào)輸入端口，用于接收來自動(dòng)力電池模組的監(jiān)控信號(hào)；
[0016]b.直流電輸入端口，用于與外部直流電源相連；
[0017]c.驅(qū)動(dòng)電流輸出端，用于輸出驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)所述級(jí)聯(lián)控制器和所述動(dòng)力電路開關(guān);
[0018]d.保護(hù)信號(hào)輸出端，當(dāng)所述保護(hù)控制單元接收到的監(jiān)控信號(hào)大于閾值時(shí)，所述保護(hù)信號(hào)輸出端輸出為高電平，用于驅(qū)動(dòng)保護(hù)開關(guān)；
[0019]在所述級(jí)聯(lián)控制器中，所述第一光電耦合器中發(fā)光二極管的正極與所述安全保護(hù)模塊的級(jí)聯(lián)控制正級(jí)輸入端口相連，所述第一光電耦合器發(fā)光二極管的負(fù)極與所述第二光電耦合器中光敏三極管的集電極相連，所述第二光電耦合器的光敏三極管發(fā)射極與所述安全保護(hù)模塊的級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口相連，所述第一光電耦合器中光敏三極管的集電極與所述驅(qū)動(dòng)電流輸出端相連，所述第一光電耦合器的光敏三極管發(fā)射極與所述動(dòng)力電路開關(guān)的控制端相連，所述第二光電耦合器發(fā)光二極管正極與所述驅(qū)動(dòng)電流輸出端相連，所述第二光電耦合器的發(fā)光二極管負(fù)極與所述保護(hù)開關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一端相連；
[0020]所述保護(hù)開關(guān)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一端與所述第二光電耦合器的發(fā)光二極管負(fù)極相連，保護(hù)開關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的另一端接地，所述保護(hù)開關(guān)的控制端與所述保護(hù)信號(hào)輸出端相連;所述保護(hù)開關(guān)為常閉型開關(guān)，當(dāng)所述保護(hù)開關(guān)接收到來自所述保護(hù)信號(hào)輸出端的高電平時(shí)，所述保護(hù)開關(guān)斷開；
[0021]所述動(dòng)力電路開關(guān)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一端與所述安全保護(hù)模塊的大電流輸入端口相連，動(dòng)力電路開關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的另一端與所述安全保護(hù)模塊的大電流輸出端口相連，所述動(dòng)力電路開關(guān)的控制端與所述第一光電耦合器的光敏三極管發(fā)射極相連;所述動(dòng)力電路開關(guān)為常開型開關(guān)，當(dāng)所述動(dòng)力電路開關(guān)的控制端接收到來自所述驅(qū)動(dòng)電流輸出端的驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，所述動(dòng)力電路開關(guān)閉合。
[0022]優(yōu)選是:
[0023]所述安全保護(hù)模塊上的所述大電流輸入端口與電池模組的正極相連構(gòu)成動(dòng)力電池包，所述動(dòng)力電池包的負(fù)極端口為電池模組的負(fù)極端口，所述動(dòng)力電池包的正級(jí)端口為所述安全保護(hù)模塊上的所述大電流輸出端口；不同動(dòng)力電池包之間連接為串聯(lián)、并聯(lián)或串并混聯(lián)，所有安全保護(hù)模塊上的級(jí)聯(lián)控制器為串聯(lián)，本級(jí)安全保護(hù)模塊上的級(jí)聯(lián)控制正極輸入端口與上一級(jí)安全保護(hù)模塊上的級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口相連，本級(jí)安全保護(hù)模塊上的級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口與下一級(jí)安全保護(hù)模塊上的級(jí)聯(lián)控制正級(jí)輸入端口相連;第一級(jí)安全保護(hù)模塊的級(jí)聯(lián)正極輸入端口與最末級(jí)安全保護(hù)模塊的級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)相連；電池模組內(nèi)置監(jiān)控信號(hào)傳感器，所述監(jiān)控信號(hào)傳感器輸出的監(jiān)控信號(hào)與安全保護(hù)模塊上的所述監(jiān)控信號(hào)輸入端口相連;當(dāng)任意一級(jí)動(dòng)力電池包的任一信號(hào)超過閾值時(shí)，所有動(dòng)力電池包的安全保護(hù)模塊都同時(shí)斷開動(dòng)力電路開關(guān)。
[0024]所述監(jiān)控信號(hào)包括電流、電壓、溫度、壓力和絕緣損壞中的一種或多種。
[0025]所述保護(hù)開關(guān)為電子繼電器或晶閘管。
[0026]所述動(dòng)力電路開關(guān)為大電流繼電器、高能繼電器或大功率電子開關(guān)。
[0027]所述動(dòng)力電路開關(guān)至少由兩個(gè)大功率電子開關(guān)并聯(lián)而成。
[0028]所述安全保護(hù)模塊用于動(dòng)力電池模組的串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)。
[0029]所述電壓信號(hào)包括過電壓信號(hào)和欠電壓信號(hào)。
[0030]所述大功率電子開關(guān)包括大功率M0SFET、大功率雙極晶體管、IGBT及其模組構(gòu)成的半導(dǎo)體快速電子開關(guān)。
[0031]由此可見，本發(fā)明的有益效果包括:
[0032]1.本發(fā)明具有多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)級(jí)聯(lián)保護(hù)功能，保護(hù)動(dòng)作速度快、精度高、觸發(fā)源多和方式靈活的優(yōu)點(diǎn)；
[0033]2.本發(fā)明不但可以對(duì)整個(gè)動(dòng)力電池組進(jìn)行保護(hù)，還可以對(duì)任何一個(gè)電池模組進(jìn)行保護(hù)；
[0034]3.本發(fā)明可以對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行同時(shí)監(jiān)控，包括過電流、過電壓、欠電壓、過熱、過壓力和絕緣損壞，任何一個(gè)電池模組的任何一個(gè)信號(hào)超過保護(hù)閾值，都可以觸發(fā)全局保護(hù)，動(dòng)力電池組得到充分的保護(hù)；
[0035]4.本發(fā)明的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間大大縮短，使故障電流維持時(shí)間極短，對(duì)電池的損傷更小，整體安全性大大高于現(xiàn)有技術(shù)。
【附圖說明】
[0036]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中動(dòng)力電池系統(tǒng)中的安全保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2是本發(fā)明提供的一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3是本發(fā)明提供的另一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖4是本發(fā)明與電池模組的連接示意圖；
[0040]圖5是本發(fā)明提供的可級(jí)聯(lián)動(dòng)力電池組安全保護(hù)模塊用于電池模組串聯(lián)方式時(shí)的接線圖；
[0041 ]圖6是本發(fā)明用于電池模組串并混聯(lián)方式時(shí)的接線圖。
[0042]圖中標(biāo)記:I 一可級(jí)聯(lián)的安全保護(hù)模塊;2 —級(jí)聯(lián)控制器;3—保護(hù)控制單元;4一保護(hù)開關(guān)；5—?jiǎng)恿﹄娐烽_關(guān);6—電池模組；101—大電流輸入端口 ； 102—大電流輸出端口 ；201 一第一光電耦合器，202 —第二光電耦合器;203 —級(jí)聯(lián)控制正極輸入端口 ； 204 —級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口 ；301 —監(jiān)控信號(hào)輸入端口；302—直流電輸入端口 ；303—驅(qū)動(dòng)電流輸出端；304—保護(hù)信號(hào)輸出端；501—第一 MOSFET; 502—第二 MOSFET; 601 —電流傳感器;602—溫度傳感器;603 —壓力傳感器;BTl —第一級(jí)電池模組;BTn 一最末級(jí)電池模組;Rl、R2 —限流電阻;Fl、F2-保險(xiǎn)絲;Kl-大電流繼電器。
【具體實(shí)施方式】
[0043]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0044]本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中動(dòng)力電池系統(tǒng)中的保險(xiǎn)絲保護(hù)性能差，保護(hù)不充分，不能對(duì)電池模組進(jìn)行保護(hù)，繼電器存在安全隱患的問題，提供一種與電池模組相連并可級(jí)聯(lián)的安全保護(hù)模塊。該安全保護(hù)模塊與電池模組相連組成動(dòng)力電池包，各個(gè)動(dòng)力電池包上的安全保護(hù)可串聯(lián)形成一個(gè)安全保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，保證任何一個(gè)電池模組發(fā)生安全故障時(shí)可以同時(shí)切斷所有電池模組的動(dòng)力輸出。
[0045]如圖2所示，是本發(fā)明提供的可級(jí)聯(lián)的動(dòng)力電池組安全保護(hù)模塊的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。該安全保護(hù)模塊I包括級(jí)聯(lián)控制器2、保護(hù)控制單元3、保護(hù)開關(guān)4和動(dòng)力電路開關(guān)5。
[0046]保護(hù)控制單元3包含監(jiān)控信號(hào)輸入端口301、直流電輸入端口 302、驅(qū)動(dòng)電流輸出端303和保護(hù)信號(hào)輸出端304。直流電輸入端口 302與外部的直流電源相連，用于給整個(gè)安全保護(hù)模塊供電。監(jiān)控信號(hào)輸入端口301與電池模組的監(jiān)控信號(hào)傳感器相連，用于接收來自電池模組傳感器的監(jiān)控信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電流輸出端303用于向級(jí)聯(lián)控制器2和動(dòng)力電路開關(guān)5供電。保護(hù)控制單元3還有另外一個(gè)重要功能就是將監(jiān)控信號(hào)輸入端口 301接收到的各種監(jiān)控信號(hào)與設(shè)定的相應(yīng)閾值進(jìn)行比較，如果超過閾值，則保護(hù)信號(hào)輸出端輸出為高電平，否則輸出為低電平。
[0047 ] 級(jí)聯(lián)控制器2由第一光電親合器201和第二光電親合器202組成，第一光電親合器201中發(fā)光二極管的正極與安全保護(hù)模塊的級(jí)聯(lián)控制正級(jí)輸入端口 203相連，第一光電耦合器201的發(fā)光二極管負(fù)極與第二光電親合器202中光敏三極管的集電極相連，第二光電親合器202的光敏三極管發(fā)射極與安全保護(hù)模塊的負(fù)極輸出端口 204相連，第一光電親合器201中光敏三極管的集電極與驅(qū)動(dòng)電流輸出端303相連，第一光電耦合器201的光敏三極管發(fā)射極與動(dòng)力電路開關(guān)5的控制端相連，第二光電耦合器202的發(fā)光二極管正極與驅(qū)動(dòng)電流輸出端303相連，第二光電親合器202的發(fā)光二極管負(fù)極與保護(hù)開關(guān)4的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一端相連。
[0048]在本【具體實(shí)施方式】中，保護(hù)開關(guān)4選用的是電子繼電器，保護(hù)開關(guān)4的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一端與第二光電耦合器202的發(fā)光二極管負(fù)極相連，保護(hù)開關(guān)4的執(zhí)行機(jī)構(gòu)另一端接地，保護(hù)開關(guān)4線圈的一端與所述保護(hù)信號(hào)輸出端304相連，保護(hù)開關(guān)4線圈的另一端接地。保護(hù)開關(guān)4為常閉型開關(guān)，當(dāng)保護(hù)信號(hào)輸出端304輸出為高電平時(shí)，保護(hù)開關(guān)4線圈中通過驅(qū)動(dòng)電流，從而使保護(hù)開關(guān)4的執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)作，使保護(hù)開關(guān)4斷開。
[0049]在本【具體實(shí)施方式】中，動(dòng)力電路開關(guān)5選自大電流繼電器或高能繼電器，動(dòng)力電路開關(guān)5的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一端與安全保護(hù)模塊I上的大電流輸入端口 101相連，動(dòng)力電路開關(guān)5的執(zhí)行機(jī)構(gòu)另一端與安全保護(hù)模塊I上的大電流輸出端口 102相連，動(dòng)力電路開關(guān)5線圈的一端與第一光電親合器201的光敏三極管發(fā)射極相連，動(dòng)力電路開關(guān)5線圈的另一端接地。動(dòng)力電路開關(guān)5為常開型開關(guān)，當(dāng)?shù)谝还怆娪H合器201導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流輸出端303輸出的直流電通過動(dòng)力電路開關(guān)5的線圈，從而使動(dòng)力電路開關(guān)5的執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)作，使動(dòng)力電路開關(guān)5閉合。由于采用電子繼電器存在易產(chǎn)生電弧，安全性差，運(yùn)維困難且成本高的缺點(diǎn)，本發(fā)明還提供了可級(jí)聯(lián)動(dòng)力電池組安全模塊的另一【具體實(shí)施方式】，用晶閘管代替電子繼電器作為保護(hù)開關(guān)4，用大功率電子開關(guān)代替大電流繼電器或高能繼電器作為動(dòng)力電路開關(guān)5，如圖3所示。
[0050]大功率電子開關(guān)可以選自大功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(即大功率MOSFET)、大功率雙極晶體管或絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)及其模組構(gòu)成的半導(dǎo)體快速電子開關(guān)。在本【具體實(shí)施方式】中選用大功率MOSFET。
[0051]當(dāng)采用晶閘管作為保護(hù)開關(guān)4時(shí)，與電子繼電器與第二光電耦合器202的發(fā)光二極管串聯(lián)的方式不同，晶閘管與之并聯(lián)，晶閘管的門極與保護(hù)信號(hào)輸出端304相連，當(dāng)保護(hù)信號(hào)輸出端304輸出高電平時(shí)，晶閘管有門極電流通過，從而使晶閘管導(dǎo)通，由于晶閘管導(dǎo)通后的壓降不足以驅(qū)動(dòng)第二光電耦合器202的發(fā)光二極管，從而使發(fā)光二極管斷開，所起效果與用電子繼電器時(shí)常閉端口斷開時(shí)完全相同。更重要的是晶閘管是一個(gè)鎖存器，可以鎖定故障信號(hào)，直到重新上電啟動(dòng)才會(huì)復(fù)位。
[0052]當(dāng)用大功率MOSFET作為動(dòng)力電路開關(guān)5時(shí)，MOSFET的柵極與第一光電耦合器201的光敏三極管發(fā)射極相連，MOSFET的源極與大電流輸入端口 1I相連，漏極與大電流輸出端口102相連。當(dāng)?shù)谝还怆婑詈掀?01導(dǎo)通時(shí)，從驅(qū)動(dòng)電流輸出端303輸出的電流通過MOSFET的柵極，從而使MOSFET導(dǎo)通，當(dāng)?shù)谝还怆婑詈掀?01斷開時(shí)，由于MOSFET失去柵極電流而截止，從而使動(dòng)力電路斷開，因此大功率MOSFET所起的作用與大電流繼電器完全相同。
[0053]還可以將多個(gè)大功率MOSFET并聯(lián)來獲得更大的電流通過能力，如圖3中第一MOSFET 501 和第二MOSFET 502并聯(lián)。
[0054]圖4所示的是電池模組與安全保護(hù)模塊組成的動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)示意圖。電池模組6的正極與安全保護(hù)模塊I的大電流輸入端口 1I相連，電池模組6內(nèi)置多種監(jiān)控信號(hào)傳感器，如電流傳感器601，溫度傳感器602，壓力傳感器603等，這些傳感器的輸出信號(hào)與安全保護(hù)模塊I的監(jiān)控信號(hào)輸入端口 301相連。安全保護(hù)模塊I的直流電輸入端口 302與外部直流電源相連，該外部直流電源可以是蓄電池或DC/DC隔離電源。這樣由電池模組6和安全保護(hù)模塊I組成的單元系統(tǒng)稱之為動(dòng)力電池包，動(dòng)力電池包可以單獨(dú)使用，也可以通過適當(dāng)?shù)拇⒙?lián)后組成動(dòng)力電池組以獲得更大的輸出電壓和電池容量。
[0055]單個(gè)動(dòng)力電池包中安全保護(hù)模塊的工作原理簡(jiǎn)述如下:
[0056]當(dāng)外部電源給安全保護(hù)模塊I供電時(shí)，保護(hù)控制單元3上的驅(qū)動(dòng)電流輸出端303輸出一個(gè)足以驅(qū)動(dòng)級(jí)聯(lián)控制器2和動(dòng)力電路開關(guān)5的電位，由于保護(hù)開關(guān)4是常閉型開關(guān)，第二光電耦合器202中的發(fā)光二極管為正向配置，因此該發(fā)光二極管所在電路導(dǎo)通，第二光電耦合器202的發(fā)光二極管發(fā)光，從而使第二光電耦合器202中的光敏三極管導(dǎo)通，這樣從級(jí)聯(lián)控制正極輸入端口通過正向配置的第一光電耦合器201的發(fā)光二極管，再通過第二光電耦合器202的光敏三極管，再到級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口的線路是導(dǎo)通的，但由于在級(jí)聯(lián)控制正極輸入端口 203和級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口之間沒有電流通過，因此第一光電耦合器201的發(fā)光二極管截止，第一光電親合器201的光敏三極管沒有感受到光也處于截止?fàn)顟B(tài)，驅(qū)動(dòng)電流輸出端303無法將驅(qū)動(dòng)電流輸送到動(dòng)力電路開關(guān)5的控制端，由于動(dòng)力電路開關(guān)5是常開型開關(guān)，因此與電池模組相連的動(dòng)力電路處于斷開狀態(tài)。當(dāng)級(jí)聯(lián)控制正極輸入端口 203和級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口之間接收到來自電池BMS的啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，第一光電耦合器201的發(fā)光二極管有工作電流通過而發(fā)光，從而使第一光電耦合器201中的光敏三極管導(dǎo)通，這樣從驅(qū)動(dòng)電流輸出端303輸出的驅(qū)動(dòng)電流就可以流入動(dòng)力電路開關(guān)5的控制端，從而驅(qū)動(dòng)動(dòng)力電路開關(guān)5的常開型執(zhí)行機(jī)構(gòu)閉合，使電池模組的動(dòng)力電路導(dǎo)通，可以向外輸出大電流。
[0057]保護(hù)控制單元3接收來自電池模組6內(nèi)置傳感器的監(jiān)控信號(hào)，監(jiān)控信號(hào)包括電流、電壓、溫度、壓力、絕緣層等，將這些傳感器傳來的信號(hào)與內(nèi)置各信號(hào)的閾值進(jìn)行比較，電流信號(hào)高于閾值形成過電流控制信號(hào)，溫度信號(hào)高于閾值形成過熱控制信號(hào)，壓力信號(hào)高于閾值形成過壓力控制信號(hào)，當(dāng)絕緣層信號(hào)高于閾值形成絕緣層損壞控制信號(hào)，當(dāng)電壓信號(hào)高于閾值形成過電壓控制信號(hào)，當(dāng)電壓信號(hào)低于閾值形成欠電壓控制信號(hào)，只要任何一個(gè)控制信號(hào)形成，保護(hù)信號(hào)輸出端口 304就輸出為高電平，與之相連的保護(hù)開關(guān)4的控制端就會(huì)有驅(qū)動(dòng)電流通過，從而觸發(fā)保護(hù)開關(guān)4動(dòng)作，從閉合變?yōu)閿嚅_，于是第二光電耦合器202中的發(fā)光二極管失去驅(qū)動(dòng)電流而處于截止?fàn)顟B(tài)，從而也使第二光電耦合器202的光敏三極管因感受不到光而處于截止?fàn)顟B(tài)，因此與第二光電耦合器202的光敏三極管相連的線路斷開，第一光電親合器201中的發(fā)光二極管也因此失去驅(qū)動(dòng)電流，從而導(dǎo)致第一光電親合器201中的光敏三極管也因感受不到光而處于截止?fàn)顟B(tài)，動(dòng)力電路開關(guān)5的控制端失去驅(qū)動(dòng)電流而恢復(fù)到常開狀態(tài)，于是與電池模組6相連的動(dòng)力電路斷開，電池模組6不再向外輸出直流電。
[0058]本發(fā)明的最大特點(diǎn)是本發(fā)明提供的可級(jí)聯(lián)動(dòng)力電池組安全保護(hù)模塊可用于多個(gè)電池模組的串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)的情況。
[0059]圖5所示的是安全保護(hù)模塊應(yīng)用于多個(gè)電池模組串聯(lián)時(shí)連線示意圖，單個(gè)電池模組的正極與安全保護(hù)模塊上的大電流輸入端口相連構(gòu)成動(dòng)力電池包，動(dòng)力電池包的負(fù)極為電池模組本身的負(fù)極，動(dòng)力電池包的正極為安全保護(hù)模塊上的大電流輸出端口。將本級(jí)動(dòng)力電池包的正極與上一級(jí)動(dòng)力電池包的負(fù)極相連，本級(jí)動(dòng)力電池包負(fù)極與下一級(jí)動(dòng)力電池包的正級(jí)相連，這樣就組成一個(gè)串聯(lián)的動(dòng)力電池組，該動(dòng)力電池組第一級(jí)動(dòng)力電池包B TI的正極和最末級(jí)動(dòng)力電池包BTn的負(fù)極分別與負(fù)載的兩端相連。然后將所有動(dòng)力電池包上的級(jí)聯(lián)控制端串聯(lián)起來，即將本級(jí)動(dòng)力電池包上的級(jí)聯(lián)控制正極輸入端口與上一級(jí)動(dòng)力電池包上的級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口相連，將本級(jí)動(dòng)力電池包上的級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口與下一級(jí)動(dòng)力電池包上的級(jí)聯(lián)控制正極輸入端口相連，第一級(jí)動(dòng)力電池包BTl的級(jí)聯(lián)控制正極輸入端和最末級(jí)動(dòng)力電池包BTn的級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端分別與電池管理系統(tǒng)BMS相連，這樣就構(gòu)成一個(gè)完整的級(jí)聯(lián)控制串聯(lián)回路。與單個(gè)動(dòng)力電池包的工作原理完全相同，在級(jí)聯(lián)控制回路中有來自BMS的啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，每個(gè)安全保護(hù)模塊上的動(dòng)力電路開關(guān)都閉合，這樣整個(gè)動(dòng)力電路都導(dǎo)通，動(dòng)力電池組向負(fù)載供電。
[0000]在動(dòng)力電池組中的任何一個(gè)動(dòng)力電池包中，如果安全保護(hù)模塊上的監(jiān)控信號(hào)輸入端口接收到任何一個(gè)信號(hào)超過閾值時(shí)，保護(hù)信號(hào)輸出端輸出高電平，從而驅(qū)動(dòng)保護(hù)開關(guān)斷開，導(dǎo)致該安全保護(hù)模塊上第二光電耦合器中的發(fā)光二極管截止而不發(fā)光，與之耦合的光敏三極管也因沒有光的照射而處于截止?fàn)顟B(tài)，于是整個(gè)串聯(lián)的級(jí)聯(lián)控制回路斷開，串聯(lián)在這個(gè)級(jí)聯(lián)控制回路中的每一級(jí)安全保護(hù)模塊上第一光電耦合器的發(fā)光二極管都斷電而不發(fā)光，與之耦合的光敏三極管也都處于截止?fàn)顟B(tài)，使每個(gè)安全保護(hù)模塊上的動(dòng)力電路開關(guān)恢復(fù)到斷開狀態(tài)，從而將每一級(jí)的電池模組都與外電路斷開。這樣就實(shí)現(xiàn)了任何一個(gè)電池模組的任何一個(gè)監(jiān)控信號(hào)超過閾值都可觸發(fā)所有電池模組與外電路斷開，從而實(shí)現(xiàn)全面的保護(hù)。
[0061]圖6所示的是安全保護(hù)模塊應(yīng)用于多個(gè)電池模組串并混聯(lián)時(shí)的連線示意圖，與上述串聯(lián)時(shí)的情況類似，先將每個(gè)動(dòng)力電池包的正極和負(fù)極按串并聯(lián)的要求連接好，然后再將每個(gè)安全保護(hù)模塊上的級(jí)聯(lián)控制端串聯(lián)起來。安全保護(hù)模塊在這種串并聯(lián)情況下的工作原理與上述串聯(lián)時(shí)的情況完全相同，不再贅述。
[0062]對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而旬易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可級(jí)聯(lián)的動(dòng)力電池組安全保護(hù)模塊，其特征在于，所述安全保護(hù)模塊包括:級(jí)聯(lián)控制器、保護(hù)控制單元、保護(hù)開關(guān)和動(dòng)力電路開關(guān)； 所述級(jí)聯(lián)控制器包括:第一光電親合器和第二光電親合器； 所述保護(hù)控制單元包含: a.監(jiān)控信號(hào)輸入端口，用于接收來自動(dòng)力電池模組的監(jiān)控信號(hào)； b.直流電輸入端口，用于與外部直流電源相連； c.驅(qū)動(dòng)電流輸出端，用于輸出驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)所述級(jí)聯(lián)控制器和所述動(dòng)力電路開關(guān)； d.保護(hù)信號(hào)輸出端，當(dāng)所述保護(hù)控制單元接收到的監(jiān)控信號(hào)大于閾值時(shí)，所述保護(hù)信號(hào)輸出端輸出為高電平，用于驅(qū)動(dòng)保護(hù)開關(guān)； 在所述級(jí)聯(lián)控制器中，所述第一光電耦合器中發(fā)光二極管的正極與所述安全保護(hù)模塊的級(jí)聯(lián)控制正級(jí)輸入端口相連，該發(fā)光二極管的負(fù)極與所述第二光電耦合器中光敏三極管的集電極相連，所述第二光電耦合器的光敏三極管發(fā)射極與所述安全保護(hù)模塊的級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口相連，所述第一光電耦合器中光敏三極管的集電極與所述驅(qū)動(dòng)電流輸出端相連，所述第一光電耦合器的光敏三極管發(fā)射極與所述動(dòng)力電路開關(guān)的控制端相連，所述第二光電親合器發(fā)光二極管正極與所述驅(qū)動(dòng)電流輸出端相連，所述第二光電親合器的發(fā)光二極管負(fù)極與所述保護(hù)開關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一端相連； 所述保護(hù)開關(guān)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一端與所述第二光電耦合器的發(fā)光二極管負(fù)極相連，保護(hù)開關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的另一端接地，所述保護(hù)開關(guān)的控制端與所述保護(hù)信號(hào)輸出端相連;所述保護(hù)開關(guān)為常閉型開關(guān)，當(dāng)所述保護(hù)開關(guān)接收到來自所述保護(hù)信號(hào)輸出端的高電平時(shí)，該保護(hù)開關(guān)斷開； 所述動(dòng)力電路開關(guān)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一端與所述安全保護(hù)模塊的大電流輸入端口相連，該動(dòng)力電路開關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的另一端與所述安全保護(hù)模塊的大電流輸出端口相連，動(dòng)力電路開關(guān)的控制端與所述第一光電耦合器的光敏三極管發(fā)射極相連;所述動(dòng)力電路開關(guān)為常開型開關(guān)，當(dāng)所述動(dòng)力電路開關(guān)的控制端接收到來自所述驅(qū)動(dòng)電流輸出端的驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，該動(dòng)力電路開關(guān)閉合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全保護(hù)模塊，其特征在于所述安全保護(hù)模塊上的所述大電流輸入端口與電池模組的正極相連構(gòu)成動(dòng)力電池包，所述動(dòng)力電池包的負(fù)極端口為電池模組的負(fù)極端口，所述動(dòng)力電池包的正級(jí)端口為所述安全保護(hù)模塊上的所述大電流輸出端口；不同動(dòng)力電池包之間連接為串聯(lián)、并聯(lián)或串并混聯(lián)，所有安全保護(hù)模塊上的級(jí)聯(lián)控制器為串聯(lián)，本級(jí)安全保護(hù)模塊上的級(jí)聯(lián)控制正極輸入端口與上一級(jí)安全保護(hù)模塊上的級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口相連，本級(jí)安全保護(hù)模塊上的級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口與下一級(jí)安全保護(hù)模塊上的級(jí)聯(lián)控制正級(jí)輸入端口相連;第一級(jí)安全保護(hù)模塊的級(jí)聯(lián)正極輸入端口與最末級(jí)安全保護(hù)模塊的級(jí)聯(lián)控制負(fù)極輸出端口與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)相連;電池模組內(nèi)置監(jiān)控信號(hào)傳感器，所述監(jiān)控信號(hào)傳感器輸出的監(jiān)控信號(hào)與安全保護(hù)模塊上的所述監(jiān)控信號(hào)輸入端口相連；當(dāng)任意一級(jí)動(dòng)力電池包的任一信號(hào)超過閾值時(shí)，所有動(dòng)力電池包的安全保護(hù)模塊都同時(shí)斷開動(dòng)力電路開關(guān)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全保護(hù)模塊，其特征在于所述監(jiān)控信號(hào)包括電流、電壓、溫度、壓力和絕緣損壞中的一種或多種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全保護(hù)模塊，其特征在于所述保護(hù)開關(guān)為電子繼電器或晶閘管。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全保護(hù)模塊，其特征在于所述動(dòng)力電路開關(guān)為大電流繼電器、高能繼電器或大功率電子開關(guān)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全保護(hù)模塊，其特征在于所述動(dòng)力電路開關(guān)至少由兩個(gè)大功率電子開關(guān)并聯(lián)而成。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全保護(hù)模塊，其特征在于所述安全保護(hù)模塊用于動(dòng)力電池模組的串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的安全保護(hù)模塊，其特征在于所述電壓信號(hào)包括過電壓信號(hào)和欠電壓信號(hào)。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的安全保護(hù)模塊，其特征在于所述大功率電子開關(guān)包括大功率MOSFET、大功率雙極晶體管、IGBT及其模組構(gòu)成的半導(dǎo)體快速電子開關(guān)。
【文檔編號(hào)】H01M10/42GK105932344SQ201610317581
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】胡淼龍
【申請(qǐng)人】浙江安美科技有限公司