CN107834619A - 一种具有应急充放电功能的电池包*** - Google Patents

一种具有应急充放电功能的电池包*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种具有应急充放电功能的电池包***，包括：电池组、电池管理***BMS、***电源模块、充放电控制单元、应急充放电开关单元、数字电压显示单元、报警模块。本发明为一种具有应急充放电功能的电池包***，通过设有应急充放电开关单元，可以使电池包***在BMS出现失效的情况下，还能继续进行工作。同时，通过设有数字电压显示单元和报警模块，达到随时监控电池的情况，当出现过充或过放时，立即进行报警，因此，该电池包***即使在应急充放电时也能保证电池的安全，提高电池包***的安全性及可靠性，而且增加的应急充放电开关单元及报警模块成本较低，无需占用太大空间。

Description

一种具有应急充放电功能的电池包***
技术领域
本发明涉及电池包领域，特别是涉及一种具有应急充放电功能的电池包***。
背景技术
电池***中，BMS作为控制和保护中心，起到保护整个电池***的作用，不可或缺。但实际情况，存在正在工作的电池***中，出现BMS失效、无法继续承担控制作用的可能，而且此时电池***需要继续给负载供电或者需要继续给电池充电，此时没有条件更换BMS，或者时间上来不及；此时需要一个应急措施，可以脱离BMS的控制，继续给负载供电或者继续充电，同时，要有一定视觉上或者声音上的报警措施来监控电池组的电压，防止过充或者过放。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种具有应急充放电功能的电池包***，同时具备报警措施判断电池是否过充或者过放，保证应急的情况下，安全也可以得到保障。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种具有应急充放电功能的电池包***，包括：
电池组；
电池管理***BMS，用于控制整个电池包***；
***电源模块，连接所述电池组和所述电池管理***BMS，用于给电池管理***BMS提供供电电源；
充放电继电器单元，包括充电控制回路和放电控制回路，所述电池管理***BMS通过所述充电控制回路控制电池组的充电，所述电池管理***BMS通过所述放电控制回路控制电池组的放电；
应急充放电开关单元，用于强制关断或开启所述充电控制回路和所述放电控制回路；
数字电压显示单元，用于实时显示所述电池组的电压；
报警模块，连接所述电池组和所述电池管理***BMS，当电池组出现过充或过放时，发出指示灯及声音报警。
作为进一步优选的方案，所述充电控制回路包括充电开关K1，所述充电开关K1的一端与所述电池组的总正端连接，另一端与充电机的正极连接，控制端与电池管理***BMS连接。
作为进一步优选的方案，所述放电控制回路包括放电开关K2，所述放电开关K2的一端与所述电池组的总正端连接，另一端与负载的正极连接，控制端与电池管理***BMS连接。
作为进一步优选的方案，所述应急充放电开关单元包括用于控制所述充电控制回路强制启动的应急充电开关K3和用于控制所述放电控制回路强制启动的应急放电开关K4。
作为进一步优选的方案，所述***电源模块包括第一二极管D1、第二二极管D2、双刀开关K5和DC/DC电源转换器，
所述电池组的总正端依次经所述第一二极管D1、双刀开关K5后与所述DC/DC电源转换器的正极输入端连接，所述电池组的总负端依次经所述第二二极管D2、双刀开关K5后与所述DC/DC电源转换器的负极输入端连接，所述DC/DC电源转换器的输出端分别与所述电池管理***BMS、应急充放电开关单元和报警模块的电源输入端连接。
作为进一步优选的方案，所述报警模块包括过放电压判断单元、过充电压判断单元和报警单元，
所述过放电压判断单元的正极输入端与所述电池组的总正端连接，负极输入端与所述电池组的总负端连接，输出端与所述报警单元的信号输入端连接；
所述过放电压判断单元的正极输入端与所述电池组的总正端连接，负极输入端与所述电池组的总负端连接，输出端与所述报警单元的信号输入端连接；
所述报警单元的电源输入端与所述***电源模块的输出端连接。
作为进一步优选的方案，所述过放电压判断单元包括第一比较器OP1、第一电阻R1、第二电阻R2和第六电阻R6，
所述第一电阻R1的一端与所述电池组的总正端连接，另一端经所述第二电阻R2后与所述电池组的总负端连接；
所述第一比较器OP1的同相输入端经所述第六电阻R6后与+12V的供电电源连接，反向输入端与所述第一电阻R1和所述第二电阻R2之间的连接节点连接，所述第一比较器OP1的输出端与所述报警单元的信号输入端连接。
作为进一步优选的方案，所述过充电压判断单元包括第二比较器OP2、第三电阻R3、第四电阻R4和第九电阻R9，
所述第三电阻R3一端与所述电池组的总正端连接，另一端经所述第四电阻R4后与所述电池组的总负端连接；
所述第二比较器OP2的同相输入端经所述第九电阻R9后与+12V的供电电源连接，反向输入端与所述第三电阻R3和所述第四电阻R4之间的连接节点连接，所述第二比较器OP2的输出端与所述报警单元的信号输入端连接。
作为进一步优选的方案，所述报警单元包括蜂鸣器FM、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、LED灯和第一MOS管Q1，
所述第十一电阻R11的一端作为所述报警单元的输入端，另一端与所述第一MOS管Q1的G极连接；所述第一MOS管Q1的S极经所述第十三电阻R13后与所述蜂鸣器FM连接，D极接地；
所述第十二电阻R12的一端与所述第十一电阻R11的一端连接，另一端经所述LED灯后接地。
作为进一步优选的方案，还包括分流器，所述分流器的一端与所述电池组的总负端连接，另一端分别与负载和充电机连接，所述分流器还通过采集线与所述电池管理***BMS连接。
本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：
本发明为一种具有应急充放电功能的电池包***，通过设有应急充放电开关单元，可以使电池包***在BMS出现失效的情况下，还能继续进行工作。同时，通过设有数字电压显示单元和报警模块，达到随时监控电池的情况，当出现过充或过放时，立即进行报警，因此，该电池包***即使在应急充放电时也能保证电池的安全，提高电池包***的安全性及可靠性，而且增加的应急充放电开关单元及报警模块成本较低，无需占用太大空间。
附图说明
图1为本发明的具有应急充放电功能的电池包***的原理图；
图2为图1的报警模块的原理框图；
图3为图2的报警模块的电路原理图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例
请参阅图1，本发明提供一种具有应急充放电功能的电池包***10，包括：电池组1；电池管理***BMS2，用于控制整个电池包***；***电源模块3，连接所述电池组1和所述电池管理***BMS2，用于给电池管理***BMS2及其他用电设备提供供电电源；充放电继电器单元4，包括充电控制回路和放电控制回路，所述电池管理***BMS2通过所述充电控制回路控制电池组1的充电，所述电池管理***BMS2通过所述放电控制回路控制电池组1的放电；应急充放电开关单元5，用于强制关断或开启所述充电控制回路和所述放电控制回路；熔断器6，用于对充放电过程中进行过流保护；分流器7，用于采集电池组1输入或输出的电流；所述具有应急充放电功能的电池包***还包括分流器7，所述分流器7的一端与所述电池组1的总负端连接，另一端分别与负载和充电机连接，所述分流器7的信号输出端与所述电池管理***BMS2连接。数字电压显示单元8，用于实时显示所述电池组1的电压；需要说明的是，所述数字电压显示单元8为数字电压表。报警模块9，连接所述电池组1和所述电池管理***BMS2，当电池组1出现过充或过放时，发出指示灯及声音报警。
在本实施例中，需要说明的是，所述充电控制回路包括充电开关K1，所述充电开关K1的一端与所述电池组1的总正端连接，另一端与充电机的正极连接，控制端与电池管理***BMS2连接。电池管理***BMS2的控制脚12V-和RELAY1控制充电开关K1的开和关。还需要说明的是，所述放电控制回路包括放电开关K2，所述放电开关K2的一端与所述电池组1的总正端连接，另一端与负载的正极连接，控制端与电池管理***BMS2连接。电池管理***BMS2的控制脚12V-和RELAY2控制放电开关K2的开和关。在电池包***中，电池组1的总正端和负载的正极之间串联了熔断器6F1。
在本实施例中，需要说明的是，所述应急充放电开关单元5包括用于控制所述充电控制回路强制启动的应急充电开关K3和用于控制所述放电控制回路强制启动的应急放电开关K4。具体的，所述应急充电开关K3为双刀开关，所述应急充电开关K3的两个输入端分别与电池管理***BMS2的控制脚12V+和12V-连接，两个输出端分别与充电开关K1的线圈正极和负极。所述应急放电开关K4为双刀开关，所述应急放电开关K4的两个输入端分别与电池管理***BMS2的控制脚12V+和12V-连接，两个输出端分别与放电开关K2的线圈正极和负极。
需要说明的是，所述***电源模块3包括第一二极管D1、第二二极管D2、双刀开关K5和DC/DC电源转换器，所述电池组1的总正端依次经所述第一二极管D1、双刀开关K5后与所述DC/DC电源转换器的正极输入端(IN+)连接，所述电池组1的总负端依次经所述第二二极管D2、双刀开关K5后与所述DC/DC电源转换器的负极输入端(IN-)连接，所述DC/DC电源转换器的输出端分别与所述电池管理***BMS2、应急充放电开关单元5和报警模块9的电源输入端连接。具体的，所述DC/DC电源转换器的输出端包括12V+和12V-。
工作过程：
1、正常工作时，通过电池管理***BMS控制充放电控制回路正常工作。
2、当电池管理***失效或者无法控制，而且此时还需要电池继续给负载供电时，手动打开应急放电开关K4，可使放电开关K2强制闭合，继续给负载供电，电池组的电压低到一定的电压值时，可通过数字电压表上的电压值来决定什么时候手动关闭应急放电开关K4；或者，当听到报警的声音和报警指示灯亮时，手动关闭应急放电开关K4。
3、同样，当电池管理***失效或者无法控制，而且此时还需要继续给电池充电时，手动打开应急放电开关K3，可使放电开关K1强制闭合，继续给电池充电，当数字电压表上显示的电压值大到一定的值，或者听到声音报警和报警指示灯亮时，手动关闭应急充电开关K3。
这样可以达到应急充放电的作用，同时也随时可以有报警的措施，安全也得到保证。
请一并参阅图2和图3，所述报警模块包括过放电压判断单元91、过充电压判断单元92和报警单元93，所述过放电压判断单元91的正极输入端与所述电池组的总正端连接，负极输入端与所述电池组的总负端连接，输出端与所述报警单元93的信号输入端连接；所述过放电压判断单元91的正极输入端与所述电池组的总正端连接，负极输入端与所述电池组的总负端连接，输出端与所述报警单元93的信号输入端连接；所述报警单元93的电源输入端与所述***电源模块的输出端连接。
具体的，所述过放电压判断单元91包括第一比较器OP1、第一电阻R1、第二电阻R2和第六电阻R6，所述第一电阻R1的一端与所述电池组的总正端连接，另一端经所述第二电阻R2后与所述电池组的总负端连接；所述第一比较器OP1的同相输入端经所述第六电阻R6后与+12V的供电电源连接，反向输入端与所述第一电阻R1和所述第二电阻R2之间的连接节点连接，所述第一比较器OP1的输出端与所述报警单元93的信号输入端连接。
所述过充电压判断单元92包括第二比较器OP2、第三电阻R3、第四电阻R4和第九电阻R9，所述第三电阻R3一端与所述电池组的总正端连接，另一端经所述第四电阻R4后与所述电池组的总负端连接；所述第二比较器OP2的同相输入端经所述第九电阻R9后与+12V的供电电源连接，反向输入端与所述第三电阻R3和所述第四电阻R4之间的连接节点连接，所述第二比较器OP2的输出端与所述报警单元93的信号输入端连接。
所述报警单元93包括蜂鸣器FM、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、LED灯和第一MOS管Q1，所述第十一电阻R11的一端作为所述报警单元93的输入端，另一端与所述第一MOS管Q1的G极连接；所述第一MOS管Q1的S极经所述第十三电阻R13后与所述蜂鸣器FM连接，D极接地；所述第十二电阻R12的一端与所述第十一电阻R11的一端连接，另一端经所述LED灯后接地。
工作原理：
1)设定一个过放电压V1，根据比较器的原理，只要同相输入端的电压大于反相输入端的电压，输出端的逻辑为1，即高电平；反之，输出为低电平。所以这个临界值就是+12V，即电池电压为V1时(B+与B-之间为V1)，Va＝+12V，即V1/R1+R2＝12/R2，得出R1/R2＝V1/12-1，其中Va为第一比较器OP1的反相输入端的输入电压。只要第一电阻R1和第二电阻R2存在这样的关系，当电池电压小于V1时，Va小于12V，第一比较器OP1的反相输入端小于同相输入端，所述报警单元的输入端(C点)的电压就会被拉高，LED灯会亮，第一MOS管Q1导通，源极拉低，蜂鸣器FM发出报警的声音进行报警。
2)同样，设定一个过充电压V2，根据比较器的原理，只要同相输入端的电压大于反相输入端的电压(+12V)，输出端的逻辑为1，即高电平；所以这个临界值也是+12V，同样可以得出R3/R4＝V2/12-1。只要第三电阻R3和第四电阻R4存在这样的关系，当电池电压大于V2时，Vb大于12V，其中为Vb第二比较器OP2的同相输入端的电压。第二比较器OP2的同相输入端的电压大于反相输入端的电压，所述报警单元的输入端(C点)的电压就会拉高，LED灯会亮，第一MOS管Q1导通，源极拉低，蜂鸣器发出报警的声音进行报警；
其中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4起分压作用；第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13均为限流或者下拉作用。
为了保证电池管理***可以正常工作时，报警电路不报警，V1的值应该比BMS软件设置的过放保护参数(即过放时拉断K2时的电压值)略低，V2的值应该比BMS软件设置的过充保护参数(即过充时拉断K1时的电压值)略高。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明为一种具有应急充放电功能的电池包***，通过设有应急充放电开关单元，可以使电池包***在BMS出现失效的情况下，还能继续进行工作。同时，通过设有数字电压显示单元和报警模块，达到随时监控电池的情况，当出现过充或过放时，立即进行报警，因此，该电池包***即使在应急充放电时也能保证电池的安全，提高电池包***的安全性及可靠性，而且增加的应急充放电开关单元及报警模块成本较低，无需占用太大空间。
以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种具有应急充放电功能的电池包***，其特征在于，包括：
电池组(1)；
电池管理***BMS(2)，用于控制整个电池包***；
***电源模块(3)，连接所述电池组(1)和所述电池管理***BMS(2)，用于给电池管理***BMS(2)提供供电电源；
充放电继电器单元(4)，包括充电控制回路和放电控制回路，所述电池管理***BMS(2)通过所述充电控制回路控制电池组(1)的充电，所述电池管理***BMS(2)通过所述放电控制回路控制电池组(1)的放电；
应急充放电开关单元(5)，用于强制关断或开启所述充电控制回路和所述放电控制回路；
数字电压显示单元(8)，用于实时显示所述电池组(1)的电压；
报警模块(9)，连接所述电池组(1)和所述电池管理***BMS(2)，当电池组(1)出现过充或过放时，发出指示灯及声音报警。
2.根据权利要求1所述的具有应急充放电功能的电池包***，其特征在于，所述充电控制回路包括充电开关K1，所述充电开关K1的一端与所述电池组(1)的总正端连接，另一端与充电机的正极连接，控制端与电池管理***BMS(2)连接。
3.根据权利要求1所述的具有应急充放电功能的电池包***，其特征在于，所述放电控制回路包括放电开关K2，所述放电开关K2的一端与所述电池组(1)的总正端连接，另一端与负载的正极连接，控制端与电池管理***BMS(2)连接。
4.根据权利要求1所述的具有应急充放电功能的电池包***，其特征在于，所述应急充放电开关单元(5)包括用于控制所述充电控制回路强制启动的应急充电开关K3和用于控制所述放电控制回路强制启动的应急放电开关K4。
5.根据权利要求1所述的具有应急充放电功能的电池包***，其特征在于，所述***电源模块(3)包括第一二极管D1、第二二极管D2、双刀开关K5和DC/DC电源转换器，
所述电池组的总正端依次经所述第一二极管D1、双刀开关K5后与所述DC/DC电源转换器的正极输入端连接，所述电池组(1)的总负端依次经所述第二二极管D2、双刀开关K5后与所述DC/DC电源转换器的负极输入端连接，所述DC/DC电源转换器的输出端分别与所述电池管理***BMS(2)、所述应急充放电开关单元(5)和所述报警模块(9)的电源输入端连接。
6.根据权利要求1所述的具有应急充放电功能的电池包***，其特征在于，所述报警模块(9)包括过放电压判断单元(91)、过充电压判断单元(92)和报警单元(93)，
所述过放电压判断单元(91)的正极输入端与所述电池组(1)的总正端连接，负极输入端与所述电池组(1)的总负端连接，输出端与所述报警单元(93)的信号输入端连接；
所述过放电压判断单元(92)的正极输入端与所述电池组(1)的总正端连接，负极输入端与所述电池组(1)的总负端连接，输出端与所述报警单元(93)的信号输入端连接；
所述报警单元(93)的电源输入端与所述***电源模块(3)的输出端连接。
7.根据权利要求6所述的具有应急充放电功能的电池包***，其特征在于，所述过放电压判断单元(91)包括第一比较器OP1、第一电阻R1、第二电阻R2和第六电阻R6，
所述第一电阻R1的一端与所述电池组(1)的总正端连接，另一端经所述第二电阻R2后与所述电池组(1)的总负端连接；
所述第一比较器OP1的同相输入端经所述第六电阻R6后与+12V的供电电源连接，反向输入端与所述第一电阻R1和所述第二电阻R2之间的连接节点连接，所述第一比较器OP1的输出端与所述报警单元(93)的信号输入端连接。
8.根据权利要求6所述的具有应急充放电功能的电池包***，其特征在于，所述过充电压判断单元(92)包括第二比较器OP2、第三电阻R3、第四电阻R4和第九电阻R9，
所述第三电阻R3一端与所述电池组(1)的总正端连接，另一端经所述第四电阻R4后与所述电池组(1)的总负端连接；
所述第二比较器OP2的同相输入端经所述第九电阻R9后与+12V的供电电源连接，反向输入端与所述第三电阻R3和所述第四电阻R4之间的连接节点连接，所述第二比较器OP2的输出端与所述报警单元(93)的信号输入端连接。
9.根据权利要求6所述的具有应急充放电功能的电池包***，其特征在于，所述报警单元(93)包括蜂鸣器FM、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、LED灯和第一MOS管Q1，
所述第十一电阻R11的一端作为所述报警单元(93)的输入端，另一端与所述第一MOS管Q1的G极连接；所述第一MOS管Q1的S极经所述第十三电阻R13后与所述蜂鸣器FM连接，D极接地；
所述第十二电阻R12的一端与所述第十一电阻R11的一端连接，另一端经所述LED灯后接地。
10.根据权利要求1所述的具有应急充放电功能的电池包***，其特征在于，还包括分流器(7)，所述分流器的一端与所述电池组(1)的总负端连接，另一端分别与负载和充电机连接，所述分流器(7)还通过采集线与所述电池管理***BMS(2)连接。
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