CN105870885A - Bms电源回路的保护装置、方法和电动汽车 - Google Patents

Bms电源回路的保护装置、方法和电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种BMS电源回路的保护装置、方法和电动汽车，其中，该装置包括：PTC热敏电阻器，PTC热敏电阻器串联在BMS电源回路中；可控开关，可控开关串联在BMS电源回路中；温度检测单元，温度检测单元用于检测PTC热敏电阻器所处位置的温度；安全辅助控制单元，安全辅助控制单元分别与可控开关和温度检测单元相连，安全辅助控制单元在判断PTC热敏电阻器所处位置的温度大于等于预设温度时控制可控开关断开，以切断BMS电源回路。根据本发明的BMS电源回路的保护装置，能够大大提高BMS电源回路的安全可靠性。

Description

BMS电源回路的保护装置、方法和电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种BMS电源回路的保护装置、一种BMS电源回路的保护方法以及一种电动汽车。
背景技术
电动汽车的车载能源***大多为锂离子电池***。锂离子电池具有使用寿命长、单体能量高以及组合比较灵活等优点，但是由于其能量较大，稳定性较差等原因，对于监控、管理等安全方面的要求比较高。因此，BMS(Battery Management System，电池管理***)在电动汽车中占据着非常重要的位置。
其中，BMS电源回路短路情况时有发生，为此，目前大多在BMS电源回路中接入PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)热敏电阻器。如图1所示，当温度T超过一定值T1后，在处于T1和T2之间时，PTC热敏电阻器的阻值R随着温度的升高呈阶跃性增大，因此在出现短路等情况时，PTC热敏电阻器能够起到限流的作用。
然而，如果PTC热敏电阻器的实际电流长时间超过其额定电流，则会降低PTC热敏电阻器的使用寿命，甚至可能会直接使PTC热敏电阻器呈现不可恢复的高阻态而失效，即失去对BMS电源回路的限流作用。因此目前的BMS电源回路的安全性还有待提高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种BMS电源回路的保护装置，能够大大提高BMS电源回路的安全可靠性。
本发明的第二个目的在于提出一种电动汽车。
本发明的第三个目的在于提出一种BMS电源回路的保护方法。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种BMS电源回路的保护装置，所述BMS电源回路中设置有第一DC/DC转换器，所述第一DC/DC转换器用于将输入的第一直流电转换为第二直流电以供给所述BMS，所述保护装置包括：PTC热敏电阻器，所述PTC热敏电阻器串联在所述BMS电源回路中；可控开关，所述可控开关串联在所述BMS电源回路中；温度检测单元，所述温度检测单元用于检测所述PTC热敏电阻器所处位置的温度；安全辅助控制单元，所述安全辅助控制单元分别与所述可控开关和所述温度检测单元相连，所述安全辅助控制单元在判断所述PTC热敏电阻器所处位置的温度大于等于预设温度时控制所述可控开关断开，以切断所述BMS电源回路。
根据本发明实施例的BMS电源回路的保护装置，通过检测PTC热敏电阻器所处位置的温度，在其温度过高时控制可控开关断开以切断电源回路，一方面可在出现过电流时直接对BMS电源回路进行保护，另一方面可防止PTC热敏电阻器长期处于过电流的状态，能够延长PTC热敏电阻器的使用寿命，并能够提高PTC热敏电阻器功能的可靠性，从而大大提高了BMS电源回路的安全性。
另外，根据本发明上述实施例提出的BMS电源回路的保护装置还可以具有如下附加的技术特征：
具体地，所述第一直流电包括正极输出端和负极输出端，所述PTC热敏电阻器连接在所述正极输出端与所述第一DC/DC转换器的第一输入端之间。
根据本发明的一个实施例，所述的BMS电源回路的保护装置还包括瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管并联在所述正极输出端与所述负极输出端之间，所述瞬态抑制二极管用于防止所述PTC热敏电阻器被击穿短路。
根据本发明的一个实施例，所述可控开关为继电器，所述继电器中的开关连接在所述负极输出端与所述第一DC/DC转换器的第二输入端之间，所述继电器中的控制线圈由所述安全辅助控制单元控制。
根据本发明的一个实施例，所述的BMS电源回路的保护装置还包括第二DC/DC转换器，所述第二DC/DC转换器的第一输入端与所述正极输出端相连，所述第二DC/DC转换器的第二输入端与所述负极输出端相连，所述第二DC/DC转换器的第一输出端和第二输出端分别连接到所述安全辅助控制单元，所述第二DC/DC转换器用于将所述第一直流电转换为第三直流电以供给所述安全辅助控制单元，其中，所述第三直流电的电压小于所述第一直流电的电压。
根据本发明的一个实施例，所述温度检测单元包括：NTC(Negative TemperatureCoefficient，负温度系数)热敏电阻器，所述NTC热敏电阻器的一端接地，所述NTC热敏电阻器用于检测所述PTC热敏电阻器所在PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)板处的温度；分压电阻，所述分压电阻与所述NTC热敏电阻器的另一端相连，所述分压电阻的另一端与所述第二DC/DC转换器的第一输出端相连，所述分压电阻与所述NTC热敏电阻器的另一端之间的节点与所述安全辅助控制单元的AD采样端相连。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电动汽车，本发明实施例的电动汽车，包括本发明上述实施例提出的BMS电源回路的保护装置。
根据本发明实施例的电动汽车，一方面可在BMS电源回路出现过电流时直接对其进行保护，另一方面可防止BMS电源回路中的PTC热敏电阻器长期处于过电流的状态，能够延长PTC热敏电阻器的使用寿命，并能够提高PTC热敏电阻器功能的可靠性，从而大大提高了BMS电源回路的安全性。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种BMS电源回路的保护方法，所述BMS电源回路中设置有第一DC/DC转换器、PTC热敏电阻器和可控开关，所述第一DC/DC转换器用于将输入的第一直流电转换为第二直流电以供给所述BMS，所述保护方法包括以下步骤：检测所述PTC热敏电阻器所处位置的温度；判断所述PTC热敏电阻器所处位置的温度是否大于等于预设温度；如果所述PTC热敏电阻器所处位置的温度大于等于所述预设温度，则判断所述PTC热敏电阻器处于断路状态，并控制所述可控开关断开以切断所述BMS电源回路。
根据本发明实施例的BMS电源回路的保护方法，通过检测PTC热敏电阻器所处位置的温度，在其温度过高时控制可控开关断开以切断电源回路，一方面可在出现过电流时直接对BMS电源回路进行保护，另一方面可防止PTC热敏电阻器长期处于过电流的状态，能够延长PTC热敏电阻器的使用寿命，并能够提高PTC热敏电阻器功能的可靠性，从而大大提高了BMS电源回路的安全性。
另外，根据本发明上述实施例提出的BMS电源回路的保护方法还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述第一直流电包括正极输出端和负极输出端，所述PTC热敏电阻器连接在所述正极输出端与所述第一DC/DC转换器的第一输入端之间，且所述正极输出端与所述负极输出端之间还并联瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管用于防止所述PTC热敏电阻器被击穿短路。
进一步地，当所述PTC热敏电阻器处于断路状态或处于短路状态时，还发出报警提示。
附图说明
图1为PTC热敏电阻器的阻值特性示意图；
图2为根据本发明一个实施例的BMS电源回路的电路图；
图3为根据本发明另一个实施例的BMS电源回路的电路图；
图4为根据本发明实施例的BMS电源回路的保护方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的BMS电源回路的保护装置、方法和电动汽车。
图2为根据本发明一个实施例的BMS电源回路的电路图。
如图2所示，BMS电源回路中可设置有第一DC/DC转换器，第一DC/DC转换器用于将输入的第一直流电转换为第二直流电以供给BMS。本发明实施例的BMS电源回路的保护装置包括：PTC热敏电阻器10、可控开关20、温度检测单元30和安全辅助控制单元40。
其中，PTC热敏电阻器10串联在BMS电源回路中，可控开关20串联在BMS电源回路中，温度检测单元30用于检测PTC热敏电阻器所处位置的温度，安全辅助控制单元40分别与可控开关20和温度检测单元30相连，安全辅助控制单元40在判断PTC热敏电阻器10所处位置的温度大于等于预设温度时控制可控开关20断开，以切断BMS电源回路。
图3为根据本发明另一个实施例的BMS电源回路的电路图，如图3所示，第一直流电包括正极输出端和负极输出端，电压可为12V，PTC热敏电阻器10可连接在正极输出端与第一DC/DC转换器的第一输入端之间。
在本发明的一个实施例中，可控开关20可为继电器，继电器中的开关可连接在负极输出端与第一DC/DC转换器的第二输入端之间，继电器中的控制线圈可与安全辅助控制单元40相连，并由安全辅助控制单元40进行I/O控制。
如图3所示，本发明实施例的BMS电源回路的保护装置还可包括第二DC/DC转换器，第二DC/DC转换器的第一输入端与正极输出端相连，第二DC/DC转换器的第二输入端与负极输出端相连，第二DC/DC转换器的第一输出端和第二输出端分别连接到安全辅助控制单元40，第二DC/DC转换器用于将第一直流电转换为第三直流电以供给安全辅助控制单元，其中，第三直流电的电压小于第一直流电的电压。在本发明的一个实施例中，第二DC/DC转换器可将12V的第一直流电转换为3.3V的第三直流电以供给安全辅助控制单元40。为保障电路安全，还可在第二DC/DC转换器的第一输入端与第一直流电的正极输出端之间串联熔断器Fuse。
在本发明的一个实施例中，温度检测单元30可包括NTC热敏电阻器和分压电阻R0，NTC热敏电阻器的一端接地，NTC热敏电阻器用于检测PTC热敏电阻器10所在PCB板处的温度，分压电阻R0与NTC热敏电阻器的另一端相连，分压电阻R0的另一端与第二DC/DC转换器的第一输出端相连，分压电阻R0与NTC热敏电阻器的另一端之间的节点与安全辅助控制单元40的AD采样端相连。
由此，安全辅助控制单元40可根据AD采样端所获取的电信号判断NTC热敏电阻器的阻值变化情况，继而可结合NTC热敏电阻器的温度特性获取PTC热敏电阻器10所处位置的温度。应当理解，在PTC热敏电阻器10的实际电流较大时，PTC热敏电阻器10所处位置的温度会升高，当PTC热敏电阻器10所处位置的温度升高至预设温度时，如果电路继续通电，温度继续升高，则极可能发生PTC热敏电阻器10呈现不可恢复的高阻态而失效的情况。安全辅助控制单元40在判断PTC热敏电阻器10所处位置的温度大于等于预设温度时，可通过I/O控制端口控制继电器开关断开，从而可切断BMS电源回路。在本发明的实施例中，预设温度的具体数值可通过实验获得。
此外，如图3所示，本发明实施例的BMS电源回路的保护装置还可包括瞬态抑制二极管TVS，瞬态抑制二极管TVS并联在第一直流电的正极输出端与负极输出端之间，瞬态抑制二极管TVS可用于防止PTC热敏电阻器10被击穿短路。由此，可防止PTC热敏电阻器10因电路中出现的电源浪涌、大脉冲、静电放电及开关电源噪声等而被击穿失效，进一步提高了PTC热敏电阻器10的可靠性。
PTC热敏电阻器10在呈现不可恢复的高阻态时可相当于处于断路状态，在被击穿时可相当于处于短路状态，在上述两种状态下PTC热敏电阻器10均会失效。在本发明的实施例中，如果PTC热敏电阻器10因为保护装置保护失败而处于断路状态或处于短路状态，还可由报警装置发出报警提示，以在PTC热敏电阻器10失效时发出提醒。
根据本发明实施例的BMS电源回路的保护装置，通过检测PTC热敏电阻器所处位置的温度，在其温度过高时控制可控开关断开以切断电源回路，一方面可在出现过电流时直接对BMS电源回路进行保护，另一方面可防止PTC热敏电阻器长期处于过电流的状态，能够延长PTC热敏电阻器的使用寿命，并能够提高PTC热敏电阻器功能的可靠性，从而大大提高了BMS电源回路的安全性。
对应上述实施例，本发明还提出一种电动汽车。
本发明实施例的电动汽车，包括本发明上述实施例提出的BMS电源回路的保护装置，其具体的实施方式可参照上述实施例，为避免冗余，在此不再赘述。
根据本发明实施例的电动汽车，一方面可在BMS电源回路出现过电流时直接对其进行保护，另一方面可防止BMS电源回路中的PTC热敏电阻器长期处于过电流的状态，能够延长PTC热敏电阻器的使用寿命，并能够提高PTC热敏电阻器功能的可靠性，从而大大提高了BMS电源回路的安全性。
对应上述实施例，本发明还提出一种BMS电源回路的保护方法。
图4为根据本发明实施例的BMS电源回路的保护方法的流程图。
其中，如图2所示，BMS电源回路中设置有第一DC/DC转换器、PTC热敏电阻器和可控开关，第一DC/DC转换器用于将输入的第一直流电转换为第二直流电以供给BMS。
如图4所示，本发明实施例的BMS电源回路的保护方法，包括以下步骤：
S401，检测PTC热敏电阻器所处位置的温度。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，可通过NTC热敏电阻器和分压电阻R0来检测PTC热敏电阻器所处位置的温度。具体地，可将NTC热敏电阻器的一端接地，分压电阻R0与NTC热敏电阻器的另一端相连，分压电阻R0的另一端与第二DC/DC转换器的第一输出端相连，分压电阻R0与NTC热敏电阻器的另一端之间的节点与安全辅助控制单元的AD采样端相连。由此，安全辅助控制单元可根据AD采样端所获取的电信号判断NTC热敏电阻器的阻值变化情况，继而可结合NTC热敏电阻器的温度特性获取PTC热敏电阻器所处位置的温度。
S402，判断PTC热敏电阻器所处位置的温度是否大于等于预设温度。
S403，如果PTC热敏电阻器所处位置的温度大于等于预设温度，则判断PTC热敏电阻器处于断路状态，并控制可控开关断开以切断BMS电源回路。
应当理解，在PTC热敏电阻器的实际电流较大时，PTC热敏电阻器所处位置的温度会升高，当PTC热敏电阻器所处位置的温度升高至预设温度时，如果电路继续通电，温度继续升高，则极可能发生PTC热敏电阻器呈现不可恢复的高阻态而失效的情况。安全辅助控制单元在判断PTC热敏电阻器所处位置的温度大于等于预设温度时，可通过I/O控制端口控制继电器开关断开，从而可切断BMS电源回路。在本发明的实施例中，预设温度的具体数值可通过实验获得。
此外，如图3所示，第一直流电可包括正极输出端和负极输出端，PTC热敏电阻器连接在正极输出端与第一DC/DC转换器的第一输入端之间，且正极输出端与负极输出端之间还并联瞬态抑制二极管，瞬态抑制二极管用于防止PTC热敏电阻器被击穿短路。由此，可防止PTC热敏电阻器因电路中出现的电源浪涌、大脉冲、静电放电及开关电源噪声等而被击穿失效，进一步提高了PTC热敏电阻器的可靠性。
PTC热敏电阻器在呈现不可恢复的高阻态时可相当于处于断路状态，在被击穿时可相当于处于短路状态，在上述两种状态下PTC热敏电阻器均会失效。在本发明的实施例中，如果PTC热敏电阻器因为保护装置保护失败而处于断路状态或处于短路状态，还可发出报警提示，以在PTC热敏电阻器失效时发出提醒。
根据本发明实施例的BMS电源回路的保护方法，通过检测PTC热敏电阻器所处位置的温度，在其温度过高时控制可控开关断开以切断电源回路，一方面可在出现过电流时直接对BMS电源回路进行保护，另一方面可防止PTC热敏电阻器长期处于过电流的状态，能够延长PTC热敏电阻器的使用寿命，并能够提高PTC热敏电阻器功能的可靠性，从而大大提高了BMS电源回路的安全性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种BMS电源回路的保护装置，其特征在于，所述BMS电源回路中设置有第一DC/DC转换器，所述第一DC/DC转换器用于将输入的第一直流电转换为第二直流电以供给所述BMS，所述保护装置包括：
PTC热敏电阻器，所述PTC热敏电阻器串联在所述BMS电源回路中；
可控开关，所述可控开关串联在所述BMS电源回路中；
温度检测单元，所述温度检测单元用于检测所述PTC热敏电阻器所处位置的温度；
安全辅助控制单元，所述安全辅助控制单元分别与所述可控开关和所述温度检测单元相连，所述安全辅助控制单元在判断所述PTC热敏电阻器所处位置的温度大于等于预设温度时控制所述可控开关断开，以切断所述BMS电源回路。
2.如权利要求1所述的BMS电源回路的保护装置，其特征在于，所述第一直流电包括正极输出端和负极输出端，所述PTC热敏电阻器连接在所述正极输出端与所述第一DC/DC转换器的第一输入端之间。
3.如权利要求2所述的BMS电源回路的保护装置，其特征在于，还包括瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管并联在所述正极输出端与所述负极输出端之间，所述瞬态抑制二极管用于防止所述PTC热敏电阻器被击穿短路。
4.如权利要求2所述的BMS电源回路的保护装置，其特征在于，所述可控开关为继电器，所述继电器中的开关连接在所述负极输出端与所述第一DC/DC转换器的第二输入端之间，所述继电器中的控制线圈由所述安全辅助控制单元控制。
5.如权利要求2所述的BMS电源回路的保护装置，其特征在于，还包括第二DC/DC转换器，所述第二DC/DC转换器的第一输入端与所述正极输出端相连，所述第二DC/DC转换器的第二输入端与所述负极输出端相连，所述第二DC/DC转换器的第一输出端和第二输出端分别连接到所述安全辅助控制单元，所述第二DC/DC转换器用于将所述第一直流电转换为第三直流电以供给所述安全辅助控制单元，其中，所述第三直流电的电压小于所述第一直流电的电压。
6.如权利要求5所述的BMS电源回路的保护装置，其特征在于，所述温度检测单元包括：
NTC热敏电阻器，所述NTC热敏电阻器的一端接地，所述NTC热敏电阻器用于检测所述PTC热敏电阻器所在PCB板处的温度；
分压电阻，所述分压电阻与所述NTC热敏电阻器的另一端相连，所述分压电阻的另一端与所述第二DC/DC转换器的第一输出端相连，所述分压电阻与所述NTC热敏电阻器的另一端之间的节点与所述安全辅助控制单元的AD采样端相连。
7.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的BMS电源回路的保护装置。
8.一种BMS电源回路的保护方法，其特征在于，所述BMS电源回路中设置有第一DC/DC转换器、PTC热敏电阻器和可控开关，所述第一DC/DC转换器用于将输入的第一直流电转换为第二直流电以供给所述BMS，所述保护方法包括以下步骤：
检测所述PTC热敏电阻器所处位置的温度；
判断所述PTC热敏电阻器所处位置的温度是否大于等于预设温度；
如果所述PTC热敏电阻器所处位置的温度大于等于所述预设温度，则判断所述PTC热敏电阻器处于断路状态，并控制所述可控开关断开以切断所述BMS电源回路。
9.如权利要求8所述的BMS电源回路的保护方法，其特征在于，所述第一直流电包括正极输出端和负极输出端，所述PTC热敏电阻器连接在所述正极输出端与所述第一DC/DC转换器的第一输入端之间，且所述正极输出端与所述负极输出端之间还并联瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管用于防止所述PTC热敏电阻器被击穿短路。
10.如权利要求9所述的BMS电源回路的保护方法，其特征在于，当所述PTC热敏电阻器处于断路状态或处于短路状态时，还发出报警提示。
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