CN105811495A - 车用锂电池的安全保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车用锂电池的安全保护装置，包括单体电池均衡模块、单体电池电压检测模块、电流检测模块、功率开关驱动模块、短路保护模块、功率开关模块、电流反馈控制模块。本发明车用锂电池的安全保护装置，其能够对车用启动型锂电池实现单体均衡、过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护等功能，通过电流反馈控制解决欠压保护和大电流放电而导致电压陡然下降的冲突。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池的电池保护技术领域，特别是关于一种车用启动型锂电池的电池保护装置。
背景技术
近年来，锂电池被越来越多地应用于汽车启动电池，代替传统的铅酸蓄电池。车用启动型锂电池是汽车起动电机的电源，也是汽车常电的电源。既要在汽车启动是提供高的输出功率和大电流，又要在平常使用中提供低输出功率和小电流。为保证锂电池的安全使用，延长使用寿命，锂电池都带有保护装置，具有均衡、过压、欠压、过流、短路等保护功能。汽车起动时，锂电池大电流放电，通常可到300A-400A，瞬时电流峰值可到1000A，此时，电池电压会陡然下降，汽车启动后，电池电压又会恢复正常。普通的锂电池保护***因为电池电压的陡然下降而产生误判，启动欠压保护功能，从而使得电池无法继续放电。这为锂电池保护装置的设计提出了一个挑战：启动型锂电池大电流输出导致电池电压骤然下降和电池欠压保护之间存在矛盾。
目前，大多数的车用启动型锂电池保护装置取消了欠压保护功能，这对锂电池的使用极为有害，正常使用过程中，如果锂电池频繁过放电而得不到有效保护，会加速锂电池的老化，降低使用寿命；部分车用启动型锂电池保护装置采用了电池管理***来监测放电电流，这样会提高电池保护装置成本，同时，电池管理***的自耗电也比较大，时间一长，会显著消耗电池的能量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车用锂电池的安全保护装置，其能够对车用启动型锂电池实现单体均衡、过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护等功能，通过电流反馈控制解决欠压保护和大电流放电而导致电压陡然下降的冲突。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种车用锂电池的安全保护装置，包括单体电池均衡模块、单体电池电压检测模块、电流检测模块、功率开关驱动模块、短路保护模块、功率开关模块、电流反馈控制模块；
所述单体电池均衡模块对组成电池包的每一块单体电池进行均衡，使得电池包在充满电状态下，每块单体电池之间保持较小的电压差，从而保证电池包内单体电池的一致性，延长使用寿命；单体电池均衡模块为被动均衡模块，当电池组中某块电池的电压大于设定的均衡电压阈值时，单体电池电压检测模块向单体电池均衡模块发出均衡指令，单体电池均衡模块打开对应的均衡电路，通过电阻发热的方式消耗对应单体电池的能量；
所述单体电池电压检测模块，其监测电池包内单体电池的电压，当单体电池的电压达到过压保护、欠压保护、单体均衡的启动条件时，单体电池电压检测模块输出相应的过压保护、欠压保护或均衡电压的控制信号；
所述电流检测模块配有电流传感器，电流检测模块通过电流传感器监测电池包的充电和放电电流，当电池包的电流达到大电流放电的阈值时，电流检测模块输出大电流放电特征信号，以抑制单体电池电压检测模块输出的电池欠压信号；当电池包的电流达到过流放电的阈值时，电流检测模块输出过流保护的控制信号；
所述功率开关驱动模块，其为功率开关模块的驱动单元，其接收来自单体电池电压检测模块、电流检测模块和电流反馈控制模块的控制信号，对功率开关模块进行控制，通过打开或者关闭功率开关模块而实现对电池包的过压保护、欠压保护、过流保护控制；
所述短路保护模块，其通过检测功率开关模块两端的电压以检测电池包供电电路的是否短路，当电池包供电电路短路时，向功率开关模块输出短路保护控制信号；
所述功率开关模块，其接收来自功率开关驱动模块和短路保护模块的控制信号，对电池包的供电电路的通断进行控制，从而实现对电池包的过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护；
所述电流反馈控制模块接收来自单体电池电压检测模块的电池欠压信号和来自电流检测模块的大电流放电特征信号，在收到大电流放电特征信号时，抑制电池欠压信号，使得电池组大电流放电时不启动欠压保护，小电流放电时欠压保护正常工作，解决欠压保护和大电流放电而导致电压陡然下降的冲突。
优选的，所述单体电池电压检测模块检测电池组内部的每一块单体电池的电压，单体电池电压检测模块内部设有三个阈值：
1)当电池组中一块或者几块单体电池的电压大于均衡电压的阈值时，单体电池电压检测模块向单体电池均衡模块输出相应均衡电压控制信号，以打开与上述一块或者几块电池对应的均衡电路，对上述一块或者几块电池进行放电；
2)当电池组中一块或者几块单体电池的电压大于过压保护电压的阈值时，单体电池电压检测模块向功率开关驱动模块输出相应过压保护控制信号；
3)当电池组中一块或者几块单体电池的电压小于欠压保护电压的阈值时，单体电池电压检测模块向电流反馈控制模块输出相应欠压保护控制信号。
优选的，所述电流检测模块配有电流传感器，电流传感器用于检测电池包供电电路的电流，并将电流转换为对应的电压信号，电流检测模块采集电流传感器的电压信号，电流检测模块通过电流传感器监测电池包的充电和放电电流；电流传感器为检流电阻或者霍尔电流传感器；所述电流检测模块内部设有两个阈值：
1)当电池包的电流大于设定的电流反馈控制阈值时，向电流反馈控制模块输出相应大电流放电特征信号，以抑制单体电池电压检测模块输出的电池欠压信号；
2)当电池包电流大于设定的输出过流控制阈值时，向功率开关驱动模块输出过流保护控制指令。
优选的，电流传感器采用检流电阻时，电流检测模块还包括信号滤波和放大电路。
优选的，电流传感器采用霍尔电流传感器时，电流检测模块还包括电压转换电路。
优选的，所述的车用锂电池的安全保护装置，其通过电池包供电。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种车用锂电池的安全保护装置，其能够对车用启动型锂电池实现单体均衡、过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护等功能，通过电流反馈控制解决欠压保护和大电流放电而导致电压陡然下降的冲突。
本发明具有下特点：
1、本发明装置能够对车用启动型锂电池实现单体均衡、过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护等功能。
2、本发明装置电流反馈控制解决欠压保护和大电流放电而导致电压陡然下降的冲突。
3、本发明可以广泛用于各种汽车启动型锂电池保护装置。
附图说明
图1是本发明的***组成示意图；
图2是电流反馈控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施的技术方案是：
如图1所示，本发明车用锂电池的安全保护装置包括单体电池均衡模块1、单体电池电压检测模块2、电流检测模块3、功率开关驱动模块4、功率开关模块5、短路保护模块6、电流反馈控制模块7。电池***还包括负载8、电池组9。本发明车用锂电池的安全保护装置通过电池包9供电。
所述单体电池均衡模块1对组成电池包9的每一块单体电池进行均衡，使得电池包9在充满电状态下，每块单体电池之间保持较小的电压差，从而保证电池包9内单体电池的一致性，延长使用寿命；单体电池均衡模块1为被动均衡模块，当电池组9中某块电池的电压大于设定的均衡电压阈值时，单体电池电压检测模块2向单体电池均衡模块1发出均衡指令，单体电池均衡模块1打开对应的均衡电路，通过电阻发热的方式消耗对应单体电池的能量。
所述单体电池电压检测模块2检测电池组9内部的每一块单体电池的电压，单体电池电压检测模块2内部设有三个阈值：
1)当电池组9中一块或者几块单体电池的电压大于均衡电压的阈值时，单体电池电压检测模块2向单体电池均衡模块1输出相应均衡电压控制信号，以打开与上述一块或者几块电池对应的均衡电路，对上述一块或者几块电池进行放电；
2)当电池组9中一块或者几块单体电池的电压大于过压保护电压的阈值时，单体电池电压检测模块2向功率开关驱动模块4输出相应过压保护控制信号；
3)当电池组9中一块或者几块单体电池的电压小于欠压保护电压的阈值时，单体电池电压检测模块2向电流反馈控制模块7输出相应欠压保护控制信号。
所述电流检测模块3配有电流传感器31，电流传感器31用于检测电池包供电电路的电流，并将电流转换为对应的电压信号，电流检测模块3采集电流传感器31的电压信号，电流检测模块3通过电流传感器31监测电池包9的充电和放电电流；电流传感器31为检流电阻或者霍尔电流传感器；电流传感器31采用检流电阻时，电流检测模块3还包括信号滤波和放大电路；电流传感器31采用霍尔电流传感器时，电流检测模块3还包括电压转换电路；所述电流检测模块3内部设有两个阈值：
1)当电池包9的电流大于设定的电流反馈控制阈值时，向电流反馈控制模块7输出相应大电流放电特征信号，以抑制单体电池电压检测模块2输出的电池欠压信号；
2)当电池包9电流大于设定的输出过流控制阈值时，向功率开关驱动模块4输出过流保护控制指令。
所述功率开关驱动模块4，其为功率开关模块5的驱动单元，其接收来自单体电池电压检测模块2、电流检测模块3和电流反馈控制模块7的控制信号，对功率开关模块5进行控制，通过打开或者关闭功率开关模块5而实现对电池包9的过压保护、欠压保护、过流保护控制。
所述短路保护模块6，其通过检测功率开关模块5两端的电压以检测电池包供电电路的是否短路，当电池包供电电路短路时，向功率开关模块5输出短路保护控制信号。
所述功率开关模块5，其接收来自功率开关驱动模块4和短路保护模块6的控制信号，对电池包的供电电路的通断进行控制，从而实现对电池包的过压保护、欠压保护、过流保护。
所述电流反馈控制模块7接收来自单体电池电压检测模块2的电池欠压信号和来自电流检测模块3的大电流放电特征信号，在收到大电流放电特征信号时，抑制电池欠压信号，使得电池组9大电流放电时不启动欠压保护，小电流放电时欠压保护正常工作，解决欠压保护和大电流放电而导致电压陡然下降的冲突。
负载8、电池组9是配合电池保护装置正常工作的必备部件。
如图2所示，电流反馈控制模块7具有以下技术特点，确保欠压保护能正常工作：
1)VCC74为电源，一般情况下开关76出于常开状态，欠压控制信号输出75为低电平；
2)当电池组9中的某一块或几块电池欠压时，且电池组9放电电流小于电流反馈控制阈值时，单体电池电压检测模块2通过欠压信号输入72向电流反馈控制模块7的比较器71输出高电平，此时，开关76导通，欠压控制信号输出75为高电平；
3)当电池组9中的某一块或几块电池欠压时，且电池组9放电电流大于电流反馈控制阈值时，单体电池电压检测模块2通过欠压信号输入72向电流反馈控制模块7的比较器71输出高电平，同时，电流检测模块3通过大电流输出信号输入72向电流反馈控制模块7的比较器71输出高电平，此时，开关76关断，欠压控制信号输出75为低电平，欠压保护被屏蔽。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.车用锂电池的安全保护装置，其特征在于，包括单体电池均衡模块、单体电池电压检测模块、电流检测模块、功率开关驱动模块、短路保护模块、功率开关模块、电流反馈控制模块；
所述单体电池均衡模块对组成电池包的每一块单体电池进行均衡，使得电池包在充满电状态下，每块单体电池之间保持较小的电压差，从而保证电池包内单体电池的一致性，延长使用寿命；单体电池均衡模块为被动均衡模块，当电池组中某块电池的电压大于设定的均衡电压阈值时，单体电池电压检测模块向单体电池均衡模块发出均衡指令，单体电池均衡模块打开对应的均衡电路，通过电阻发热的方式消耗对应单体电池的能量；
所述单体电池电压检测模块，其监测电池包内单体电池的电压，当单体电池的电压达到过压保护、欠压保护、单体均衡的启动条件时，单体电池电压检测模块输出相应的过压保护、欠压保护或均衡电压的控制信号；
所述电流检测模块配有电流传感器，电流检测模块通过电流传感器监测电池包的充电和放电电流，当电池包的电流达到大电流放电的阈值时，电流检测模块输出大电流放电特征信号，以抑制单体电池电压检测模块输出的电池欠压信号；当电池包的电流达到过流放电的阈值时，电流检测模块输出过流保护的控制信号；
所述功率开关驱动模块，其为功率开关模块的驱动单元，其接收来自单体电池电压检测模块、电流检测模块和电流反馈控制模块的控制信号，对功率开关模块进行控制，通过打开或者关闭功率开关模块而实现对电池包的过压保护、欠压保护、过流保护控制；
所述短路保护模块，其通过检测功率开关模块两端的电压以检测电池包供电电路的是否短路，当电池包供电电路短路时，向功率开关模块输出短路保护控制信号；
所述功率开关模块，其接收来自功率开关驱动模块和短路保护模块的控制信号，对电池包的供电电路的通断进行控制，从而实现对电池包的过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护；
所述电流反馈控制模块接收来自单体电池电压检测模块的电池欠压信号和来自电流检测模块的大电流放电特征信号，在收到大电流放电特征信号时，抑制电池欠压信号，使得电池组大电流放电时不启动欠压保护，小电流放电时欠压保护正常工作。
2.根据权利要求1所述的车用锂电池的安全保护装置，其特征在于，所述单体电池电压检测模块检测电池组内部的每一块单体电池的电压，单体电池电压检测模块内部设有三个阈值：
1)当电池组中一块或者几块单体电池的电压大于均衡电压的阈值时，单体电池电压检测模块向单体电池均衡模块输出相应均衡电压控制信号，以打开与上述一块或者几块电池对应的均衡电路，对上述一块或者几块电池进行放电；
2)当电池组中一块或者几块单体电池的电压大于过压保护电压的阈值时，单体电池电压检测模块向功率开关驱动模块输出相应过压保护控制信号；
3)当电池组中一块或者几块单体电池的电压小于欠压保护电压的阈值时，单体电池电压检测模块向电流反馈控制模块输出相应欠压保护控制信号。
3.根据权利要求2所述的车用锂电池的安全保护装置，其特征在于，所述电流检测模块配有电流传感器，电流传感器用于检测电池包供电电路的电流，并将电流转换为对应的电压信号，电流检测模块采集电流传感器的电压信号，电流检测模块通过电流传感器监测电池包的充电和放电电流；电流传感器为检流电阻或者霍尔电流传感器；所述电流检测模块内部设有两个阈值：
1)当电池包的电流大于设定的电流反馈控制阈值时，向电流反馈控制模块输出相应大电流放电特征信号，以抑制单体电池电压检测模块输出的电池欠压信号；
2)当电池包电流大于设定的输出过流控制阈值时，向功率开关驱动模块输出过流保护控制指令。
4.根据权利要求3所述的车用锂电池的安全保护装置，其特征在于，电流传感器采用检流电阻时，电流检测模块还包括信号滤波和放大电路。
5.根据权利要求3所述的车用锂电池的安全保护装置，其特征在于，电流传感器采用霍尔电流传感器时，电流检测模块还包括电压转换电路。
6.根据权利要求4或5所述的车用锂电池的安全保护装置，其特征在于，其通过电池包供电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160727 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |