CN206389108U - 一种锂电池电源模块故障处理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种锂电池电源模块故障处理***，设置在由若干个电池组构成的、带有电源模块管理***的电源模块上；电源模块管理***包括设置在电源模块的主回路上的主正接触器、主负接触器、第一温度传感器、第一电压测量器、第一电流传感器、第一绝缘电阻测量器以及连接并控制上述部件的模块管理单元；锂电池电源模块故障处理***包括若干个转换开关组成的转换开关阵列和若干个第二温度传感器组成的温度传感器阵列，一个转换开关与一个电池组并联，一个第二温度传感器对应一个电池组，设有与模块管理单元、转换开关阵列、温度传感器阵列相连的故障处理单元；转换开关为转换型，采用磁保持继电器；为电源模块管理***提供冗余备份。

Description

一种锂电池电源模块故障处理***

技术领域

本实用新型属于锂电池充放电保护技术领域，具体涉及一种锂电池电源模块故障处理***。

背景技术

随着技术进步和新能源产业的发展，电动汽车开始出现普及化的趋势。在此过程中，锂电池成为了主要的动力源技术。但是实际使用过程中不可避免会出现各种故障，一旦发生，轻者造成***性能下降，重者引发事故，造成人员和财产的巨大损失。

在电池***中，从故障发生的部位看，有传感器故障、执行器故障(接触器故障)和元部件故障(电芯故障)等。现有的锂电池管理***由于复杂度和成本控制的原因，对于故障处理***考虑不多，导致管理***一旦出现异常即造成事故发生。例如媒体报道的电动汽车在充电时起火的事故，事后调查发现原因即与***故障有关。因此故障处理需要考虑***冗余的因素，避免锂电池管理***自身故障导致失控的危险。

另一方面，电动汽车存在着特有的高压电动力安全性隐患：电动汽车的动力电压远远超过了人体的安全电压，出现事故时有可能出现人员触电的危险；出现碰撞等破坏时电池***的高电压易产生火花而导致火灾。因此当检测到高压***故障时，需要及时作出响应并采取措施，以确保高压动力安全性以及整车碰撞安全性。

鉴于上述原因，为了提高可靠性，提供单独的锂电池模块故障处理***是非常必要的选择。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种故障处理***。该***能够作为锂电池电源管理***(锂电池的主要管理***)在安全管理方面的备份，在主要管理***出现故障或者无法正常处理电源模块(由若干个电池组组成)出现的异常情况时，及时接管对电源模块的管理，保证电源模块不出现危险情况。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：一种锂电池电源模块故障处理***，设置在由若干个电池组构成的、带有电源模块管理***的电源模块上；所述电源模块管理***包括设置在所述电源模块的主回路上的主正接触器、主负接触器、第一温度传感器、第一电压测量器、第一电流传感器、第一绝缘电阻测量器以及连接并控制上述部件的模块管理单元；所述锂电池电源模块故障处理***包括若干个转换开关组成的、能够将高压的所述电源模块截断为若干个低压的所述电池组的转换开关阵列和若干个第二温度传感器组成的温度传感器阵列，一个所述转换开关与一个所述电池组并联，一个所述第二温度传感器对应一个所述电池组，还包括与所述模块管理单元、转换开关阵列、温度传感器阵列相连的故障处理单元；其中，所述转换开关为转换型，采用磁保持继电器。

进一步，所述转换开关包含由一个动触点与两个静触点构成的单刀双掷机械开关，所述单刀双掷机械开关包括“常闭”和“转换”两种状态，每个所述转换开关的所述磁保持继电器均通过专用的继电器驱动电路连接所述故障处理单元。

更进一步，所述磁保持继电器为多线圈的双稳态结构，包含通过磁力保持所述动触点、静触点开合状态的永久磁铁或高剩磁特性衔铁；所述磁保持继电器的所述动触点、静触点间距大于1.3mm。

进一步，还包括设置在所述电源模块的所述主回路上的第二电压测量器、第二电流传感器，所述第二电压测量器、第二电流传感器连接所述故障处理单元。

进一步，故障处理单元还连接并能够控制所述电源模块的主回路上的主正接触器、主负接触器。

进一步，还包括与所述故障处理单元连接的加速度传感器。

进一步，还包括与所述故障处理单元连接的第二绝缘电阻测量器。

进一步，所述第二温度传感器、第二电压测量器、第二电流传感器、第二绝缘电阻测量器与所述电源模块管理***的所述第一温度传感器、第一电压测量器、第一电流传感器、第一绝缘电阻测量器不设置在同一位置。

更进一步，所述锂电池电源模块故障处理***的电源供应采用独立电源。

本实用新型的有益效果有以下几点：

1.为电源模块的管理提供了冗余备份(包括传感器、执行器、控制器等主要部分的故障备份)，能够在主管理***失效的情况下接管对电源模块的控制，避免发生危险；

2.能够与主管理***相互补充，为主管理***提供更多的传感数据，帮助主管理***更有效的管理电源模块，同时提高对电源模块的管理的可靠性；

3.能够实现对电源模块的高压***故障的安全响应，避免进水故障等因素导致的高压触电危险。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式中所述锂电池电源模块故障处理***的电路原理框图；

图2是本实用新型具体实施方式中所述转换开关阵列与所述电池组的连接关系示意图；

图中：1-模块管理单元，2-主正接触器，3-主负接触器，4-故障处理单元，5-第二电压测量器，6-第二电流传感器，7-第二温度传感器，8-转换开关，9-电池组，10-加速度传感器，11-磁保持继电器，12-单刀双掷机械开关，13-继电器驱动电路，14-第二绝缘电阻测量器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示的一种锂电池电源模块故障处理***，设置在带有电源模块管理***的电源模块上，在本实施例中电源模块由若干个电池组9串联构成。

其中，电源模块管理***是电源模块的主管理***，包括设置在电源模块的主回路上的主正接触器2、主负接触器3、传感器阵列(包括第一温度传感器、第一电压测量器、第一电流传感器等等，在图1中没有标注)以及连接并控制上述部件的模块管理单元1。

本实用新型所提供的锂电池电源模块故障处理***包括若干个转换开关8组成的转换开关阵列和若干个第二温度传感器7组成的温度传感器阵列，其中一个转换开关8与一个电池组9并联，一个第二温度传感器7对应一个电池组9。还包括故障处理单元4，故障处理单元4与转换开关阵列、温度传感器阵列相连，能够读取阵列获得的电池组的相关参数，同时对转换开关阵列发出控制信号，控制转换开关8的工作。还包括设置在电源模块的主回路上的第二电压测量器5、第二电流传感器6，第二电压测量器5、第二电流传感器6连接故障处理单元4。还包括与故障处理单元4连接的加速度传感器10和第二绝缘电阻测量器14。

此外锂电池电源模块故障处理***的故障处理单元4与主管理***的模块管理单元1相连，故障处理单元4还连接并能够控制电源模块的主回路上的主正接触器2、主负接触器3。

如图2所示，转换开关8为转换型，采用磁保持继电器11，包含由一个动触点与两个静触点构成的单刀双掷机械开关12，单刀双掷机械开关12包括“常闭”和“转换”两种状态，每个转换开关8的磁保持继电器11均通过专用的继电器驱动电路13连接故障处理单元4。

磁保持继电器11为多线圈的双稳态结构，包含通过磁力保持动触点、静触点开合状态的永久磁铁或具有很高剩磁特性的零件制备电磁继电器的衔铁，其触点开合状态平时由永久磁铁或高剩磁特性衔铁所产生的磁力维持；磁保持继电器11的动触点、静触点间距大于1.3mm，典型值为1.6mm；闭合时触点压力大于500克力(双稳态结构是指在电磁线圈断电后永久磁铁或衔铁仍能保持线圈通电时位置的结构)。磁保持继电器11的触点间距较小时可以减少动作时间，但容易产生触点电弧。在本实施例中，由于通过的电流较大，磁保持继电器11的触点间距应大于1.3mm以抑制触点电弧。

本实用新型所提供的锂电池电源模块故障处理***的电源供应采用独立电源，并非来自于锂电池电源模块的输出。

在对电源模块进行管理时，主管理***具有优先处理权，包括将特定的电池组移出电源模块的主回路、断开电源模块的主回路等。

本实用新型所提供的锂电池电源模块故障处理***作为对上述主管理***的冗余备份，完全独立于主管理***，包括独立的第二绝缘电阻测量器14、第二电压传感器5、第二电流传感器6、(第二温度传感器7组成的)温度传感器阵列、转换开关阵列以及电源供应；并且(第二温度传感器7组成的)温度传感器阵列、第二电压传感器5、第二电流传感器6的安装位置也与主管理***的传感器阵列(包括第一温度传感器、第一电压测量器、第一电流传感器、第一绝缘电阻测量器等相关传感器)的安装位置不同，以便避免同主管理***的相应部件同时受损的情况发生，最大限度的保证冗余备份的有效性。此外，主管理***的模块管理单元1与故障处理单元4之间也可以相互联系来获取各自管理的不同传感器的测量信息，增加传感器测量的可靠性。

本实用新型所提供的锂电池电源模块故障处理***在工作时采用定时扫描及休眠的方式，出现突发故障时，本实用新型所提供的锂电池电源模块故障处理***的故障处理单元4先与主管理***的模块管理单元1联系，如果联系失败(即在设定的时间内模块管理单元1无反应)，则故障处理单元4介入并单独对故障进行处理。

本实用新型所提供的锂电池电源模块故障处理***的控制输出为转换开关阵列中的转换开关8以及电源模块主回路上的主正接触器2、主负接触器3。其中对转换开关8的控制作用主要在于可以使得串联起来的高压的电源模块(即高压输出)截断为多个独立的低压的电池组，避免异常状况时的高压触电危险；同时也可以将特定的电池组9移出电源模块的主回路，用于屏蔽某个有故障的电池组9。

具体的工作模式如下：

1.当第二绝缘电阻测量器14测试结果出现低阻时，故障处理单元4与模块管理单元1联系，得到模块管理单元1确认后故障处理单元4断开全部转换开关8；若联系失败(设定时间内模块管理单元1无反应)，则故障处理单元4断开全部转换开关8及主正接触器2、主负接触器3。通过这种方式来避免可能的浸水故障等因素导致的高压触电危险。

2.加速度传感器10(例如MEMS三轴加速度传感器等)，用于判断(装载了锂电池的车辆)是否出现碰撞。车辆碰撞时，车辆变形过程时的加速度是比较特殊的。若车辆碰撞，加速度传感器10会出现异常信号，此时故障处理单元4从加速度计信息判断是否碰撞，同时与模块管理单元1联系，从汽车CAN总线上获取上级车控***的速度信息；如果确定碰撞则故障处理单元4断开全部转换开关8，若联系失败(设定时间内模块管理单元1无反应)则故障处理单元4断开全部转换开关8及主正接触器2、主负接触器3。

3.当温度传感器阵列监测到某个电池组9温度测量值异常时，故障处理单元4与模块管理单元1通讯，得到模块管理单元1确认后故障处理单元4控制与该电池组9相对应的转换开关8调整到“转换”状态，从而移除相应电池组9，避免电池自短路带来的危害。

4.当第二电压测量器5、第二电流传感器6监测到电源模块的电压、电流测量值异常时，故障处理单元4与模块管理单元1通讯，得到模块管理单元1确认后(通讯正常时)由模块管理单元1(即主管理***)处理；若联系失败(设定时间内模块管理单元1无反应)时断开主正接触器2、主负接触器3。

本实用新型所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本实用新型的技术创新范围。

Claims (7)

1.一种锂电池电源模块故障处理***，设置在由若干个电池组(9)构成的、带有电源模块管理***的电源模块上；所述电源模块管理***包括设置在所述电源模块的主回路上的主正接触器(2)、主负接触器(3)、第一温度传感器、第一电压测量器、第一电流传感器、第一绝缘电阻测量器以及连接并控制上述部件的模块管理单元(1)；所述锂电池电源模块故障处理***包括若干个转换开关(8)组成的、能够将高压的所述电源模块截断为若干个低压的所述电池组的转换开关阵列和若干个第二温度传感器(7)组成的温度传感器阵列，一个所述转换开关(8)与一个所述电池组(9)并联，一个所述第二温度传感器(7)对应一个所述电池组(9)，还包括与所述模块管理单元(1)、转换开关阵列、温度传感器阵列相连的故障处理单元(4)；其特征是：所述转换开关(8)为转换型，采用磁保持继电器(11)；

所述转换开关(8)包含由一个动触点与两个静触点构成的单刀双掷机械开关(12)，所述单刀双掷机械开关(12)包括“常闭”和“转换”两种状态，每个所述转换开关(8)的所述磁保持继电器(11)均通过专用的继电器驱动电路(13)连接所述故障处理单元(4)；

所述磁保持继电器(11)为多线圈的双稳态结构，包含通过磁力保持所述动触点、静触点开合状态的永久磁铁或高剩磁特性衔铁；所述磁保持继电器(11)的所述动触点、静触点间距大于1.3mm。

2.如权利要求1所述的一种锂电池电源模块故障处理***，其特征是：还包括设置在所述电源模块的所述主回路上的第二电压测量器(5)、第二电流传感器(6)，所述第二电压测量器(5)、第二电流传感器(6)连接所述故障处理单元(4)。

3.如权利要求1所述的一种锂电池电源模块故障处理***，其特征是：故障处理单元(4)还连接并能够控制所述电源模块的主回路上的主正接触器(2)、主负接触器(3)。

4.如权利要求1所述的一种锂电池电源模块故障处理***，其特征是：还包括与所述故障处理单元(4)连接的加速度传感器(10)。

5.如权利要求3所述的一种锂电池电源模块故障处理***，其特征是：还包括与所述故障处理单元(4)连接的第二绝缘电阻测量器(14)。

6.如权利要求5所述的一种锂电池电源模块故障处理***，其特征是：所述第二温度传感器(7)、第二电压测量器(5)、第二电流传感器(6)、第二绝缘电阻测量器(14)与所述电源模块管理***的所述第一温度传感器、第一电压测量器、第一电流传感器、第一绝缘电阻测量器不设置在同一位置。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种锂电池电源模块故障处理***，其特征是：所述锂电池电源模块故障处理***的电源供应采用独立电源。