CN101442203B - 一种动力电池揭盖的保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池揭盖的保护装置，所述装置包括：指示模块，用来指示动力电池的动力回路的通断状态和所述装置的故障状态；通断控制模块，用来控制动力电池动力回路的通断；揭盖信号监测模块，用来监测动力电池的揭盖状态和动力回路的通断状态，并输出动力电池揭盖信号和动力回路通断状态信号；中央处理器模块，用于接收信号监测模块的动力电池揭盖信号和动力回路通断状态信号，进而控制通断控制模块和指示模块。根据本发明，能够智能化地在动力电池揭盖同时自动通断动力回路，并且自动检测装置故障状态，进行报警，能够安全地进行动力电池揭盖后的操作。

Description

一种动力电池揭盖的保护装置

技术领域

本发明涉及汽车动力电池装置，尤其涉及一种在动力电池揭盖时能够自动断开动力电池动力回路的保护装置。

背景技术

在石油匮乏，油价飙升的今天，混合动力汽车这种节能环保型车早已不再是个概念车型，各大车厂正在火爆开发并不断推出新车型上市，一个新的汽车领域正在逐渐展开。

汽车安全是个永恒的话题，对于油电混合动力汽车来说，动力电池是个受电池管理系统BMS(Battery Management System)控制的能量存储装置，动力电池的动力回路包括高压回路和低压回路，其中高压回路的数百伏高压对于安全方面是个重要问题，它能轻易对人造成致命伤害。

无论是动力电池的调试还是维护，都需要揭开动力电池的外壳，动力电池内里的动力回路不小心触碰就会造成严重危害，因此必须在揭开动力电池的外壳的同时断开动力回路，使动力电池的电池组不能向外放电，一个成熟安全的动力电池揭盖保护装置是必须的。而电池包内唯一不受BMS控制的电气装置就是揭盖保护装置，揭盖保护装置在动力电池安全领域起着重要作用。

现在动力电池揭盖保护装置一般都是机械的触点开关，通常安置在动力电池外壳的内部或外部，必须要通过相应培训才能掌握控制方法，同时操作也比较费力，缺乏智能性。因此，机械揭盖保护装置如果不会操作，忘记操作或者操作失误都会起不到保护作用。

发明内容

本发明的目的之一是在动力电池外壳打开时能够自动地断开动力电池的动力回路。

本发明的另一目的是在自动断开动力电池动力回路时能够指示可以安全地对动力电池进行人工操作，并能够在装置发生故障时进行故障报警。

为实现上述目的，本发明的提供了一种动力电池揭盖的保护装置，所述装置包括：中央处理器模块，与中央处理器模块相连接的信号监测模块、指示模块以及通断控制模块；

其中揭盖信号监测模块，用来监测动力电池的揭盖状态，以及动力回路的通断状态，并输出动力电池揭盖状态信号和动力回路通断状态信号给中央处理器模块；

其中中央处理器模块，用来根据接收到动力电池的揭盖状态信号，输出动力回路断开的控制信号给通断控制模块，并根据接收到的动力回路通断状态信号判断动力回路是否断开，是则输出动力回路正常断开的指示信号给指示模块，否则输出表明所述装置发生故障的故障指示信号给指示模块。

其中通断控制模块，用来根据接收到动力回路断开的控制信号，来进行动力电池动力回路的断开；

其中指示模块，用来根据接收到动力回路正常断开的指示信号，来指示动力电池的动力回路已经正常断开，或根据接收到所述故障指示信号，来指示所述保护装置已经发生故障。

本发明的另一目的是智能化地在动力电池外壳闭合时闭合动力电池的动力回路，因此，本发明的装置还包括：

合盖信号监测模块，用来监测动力电池的合盖状态，以及动力回路的通断状态，并输出动力电池合盖状态信号和动力回路通断状态信号给中央处理器模块；

所述中央处理器模块，用来根据接收到动力电池合盖状态信号，输出动力回路闭合的控制信号给通断控制模块，并根据接收到动力回路通断状态信号判断动力回路是否闭合，是则输出动力回路正常闭合的指示信号给指示模块，否则输出所述装置发生故障的故障指示信号给指示模块；

所述通断控制模块，用来根据接收到动力回路闭合的控制信号，来进行动力电池动力回路的闭合；

所述指示模块，用来根据接收到动力回路正常闭合的指示信号来指示动力电池的动力回路已经正常闭合，或根据接收到故障指示信号时来指示所述保护装置已经发生故障。

根据指示模块指示动力回路状态和装置故障状态的功能，所述指示模块进一步地包括：用来指示动力电池的动力回路的通断状态的动力回路通断指示电路，以及用来指示所述保护装置的故障状态的装置故障指示电路。

具体地，所述动力回路通断指示电路包括：其一端与中央处理器模块动力回路正常通断的指示信号输出端相连接的电阻，以及与所述电阻相串联的发光二极管。

具体地，所述故障指示电路包括：其一端与中央处理器模块的故障指示信号输出端相连接的电阻，以及与所述电阻相串联的发光二极管

进一步地，所述通断控制模块包括串联在动力电池组的两个电池中间的通断单元和用于驱动所述通断单元的通断单元驱动电路。

优选地，所述通断单元为继电器。

优选地，所述通断单元驱动电路为低压侧MOS管驱动电路。

所述信号监测模块包括：揭盖监测电路，用来监测动力电池的揭盖状态，并输出动力电池揭盖信号；以及动力回路状态监测电路，用来监测高压动力回路的通断状态，并输出动力回路通断状态信号。

具体地，所述揭盖监测电路包括揭盖开关，以及其控制端与所述揭盖开关相连接的继电器电路。

具体地，所述动力回路状态监测电路为其控制端连接到动力回路测试点的继电器电路，所述动力回路测试点用来监测动力回路的通断。

针对上述装置，在动力电池揭盖动作发生后，采用一种动力电池揭盖的保护方法，所述方法包括以下步骤：

监测到动力电池发生揭盖动作，生成动力电池揭盖的状态信号；

根据动力电池揭盖的状态信号，生成断开动力回路的控制信号，去控制动力回路的断开；

监测动力回路是否断开，并生成一个动力回路通断状态信号；

根据生成的动力回路通断状态信号，判断动力回路是否断开，是则生成一个动力回路正常断开的指示信号，去指示动力回路已经断开：

否则生成出现故障的指示信号，指示动力回路没有正常断开，发生故障。

在动力电池合盖动作发生后，采用一种动力电池合盖的保护方法，所述方法包括以下步骤：

监测到动力电池发生合盖动作，生成一个动力电池合盖的状态信号；

根据生成的动力电池合盖的信号，生成闭合动力回路的控制信号，去进行动力回路的闭合；

然后监测动力回路是否闭合，并生成一个动力回路通断状态信号；

根据生成的动力回路通断状态信号，判断动力回路是否闭合，是则生成动力回路正常闭合的指示信号，指示模块指示动力回路已经闭合；

否则生成出现故障的指示信号，指示动力回路没有正常闭合，发生故障。

由上述技术方案可知，本发明采用中央处理器模块控制通断控制模块进行动力电池动力回路断开的方式，能够在动力电池揭盖的同时自动断开动力电池的动力回路，并采用中央处理器模块控制指示模块进行安全性指示和故障指示的方法，能够自动检测动力回路的通断状态，提示是否可以对动力电池进行操作，同时兼具装置故障报警功能，因此本发明装置具有在动力电池揭盖时保护动力电池不会对操作者造成危险的优点，还具有以下有益效果：在动力电池的维护和调试过程中，智能化地揭盖同时断开动力回路，避免了人为操作的失误；安全性地指示动力回路通断状态，使动力电池揭盖后操作不再危险，便于人工操作；同时安全性地进行装置故障报警，使在人工操作时更易于发现装置的故障发生，避免由于装置发生故障所带来的危险。

同时，本发明还提供在动力电池外壳闭合时，自动闭合动力回路的功能，因此本发明装置还具有智能化和安全性地闭合动力电池动力回路的有益效果。

通过以下参照附图对优选实施例的说明，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更加明显。

附图说明

图1为本发明的一种动力电池揭合盖保护装置的结构框图；

图2a为图1中所示的信号监测模块的动力电池揭合盖监测电路示意图；

图2b为图1中所示的信号监测模块的动力电池状态监测电路示意图；

图3为图1中所示的通断控制模块的动力电池动力回路通断电路的示意图；

图4为图1中所示的通断控制模块的动力回路管理继电器驱动电路的示意图；

图5为图1中所示的指示模块的电路示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。

本发明的主要构思在于采用中央处理器的控制方式，在进行揭盖合盖时对动力电池高压回路的自动断开和闭合，来解决在动力电池调试和维护的过程中对动力电池的揭盖合盖的难以操作和误操作的问题。

根据本发明，提供一种在动力电池揭盖时自动断开动力电池动力回路的揭盖保护装置，同时还提供一种在动力电池合盖时自动闭合动力电池动力回路的合盖保护装置，由于在本发明中，揭盖保护装置与合盖保护装置都由相同的模块组成，只是在实际操作中处理的信号不同，因此，在下面的对本发明装置的详述中一并合并介绍，但是应该理解到这里本发明的主要目的是在动力电池揭盖时能够保护人身安全。

下面将详细介绍本发明所提供的动力电池智能揭合盖的保护装置。

本发明由四个模块组成，包括指示模块、通断控制模块、信号监测模块以及中央处理器模块；这四个模块在本发明中分别起到显示、监测、动力回路控制以及中央逻辑驱动的作用。所述四个模块的连接关系如图1所示，信号监测模块输出动力电池揭合盖监测信号S1和动力回路状态监测信号S2给中央处理器模块，中央处理器模块进行处理之后，输出动力回路通断控制信号C1给通断控制模块，以及输出动力回路状态指示灯驱动信号C2和装置故障指示灯驱动信号C3给指示模块。

根据上述各模块的连接关系，本发明的工作方式是：在信号监测模块监测到动力电池揭盖或合盖动作发生之后，中央处理器模块驱动通断控制模块进行动力回路的断开或闭合操作，同时信号监测模块监测动力回路是否已经断开或闭合，如果在一定的时间内，监测到动力回路仍没有断开或闭合，则表明本发明的动力电池智能揭合盖的保护装置发生了故障，这时，中央处理器模块会驱动指示模块进行故障报警，反之如果监测到动力回路已经断开或闭合，则中央处理器模块会驱动指示模块，向操作者指示动力回路已经断开或闭合。

其中所述信号监测模块，在动力电池揭盖时，为揭盖监测模块，在动力电池合盖时，为合盖监测模块，使用同一电路。所述信号监测模块分为两部分电路，包括动力电池揭合盖监测电路和动力回路状态监测电路。如图2所示，图2a是本发明的信号监测模块的动力电池揭合盖监测电路示意图，图2b是本发明的信号监测模块的动力电池状态监测电路示意图，图2a和2b中都主要采用继电器来控制输出信号电平的高低，图中的继电器A和B都可以采用目前成熟的光耦继电器。

在动力电池的盖子打开时，图2a的动力电池揭合盖监测电路中的Switch开关会断开，这样该信号监测模块的继电器A的控制端会由高电平变成低电平，该信号监测模块输出一个低电平的动力电池揭合盖监测信号S1给中央处理器模块，然后中央处理器模块会将动力回路管理继电器驱动信号C1置低，从而断开动力回路管理继电器。在图2b中，动力回路状态监测电路的test端，为动力回路通断测试点，接入到动力回路中，当动力电池的动力回路断开时，test为高电平，动力回路状态监测信号S2会由高电平转为低电平。

其中所述中央处理器模块，作为本发明装置的数据处理单元，可以采用单片机实现数据处理的功能，主要用于接收来自信号监测模块的动力电池揭合盖监测信号S1和动力回路状态监测信号S2，由此来判断是否需要断开或闭合动力电池的高压动力回路，会即时发送低电平或高电平的控制信号给动力回路管理驱动电路，驱动动力回路管理继电器进行断开或闭合，同时判断动力回路是否断开或闭合，并发送高电平或低电平的故障控制信号给指示模块，来提示本发明的装置是否出现故障。

其中所述通断控制模块，用于控制动力电池的动力回路的通断，该模块包括串联在动力电池中的动力回路管理继电器，以及动力回路管理继电器驱动电路。在动力电池内部，电池组是由一定量电池模块串联成一个整体形成的，本发明装置在一个动力回路管理继电器串联在电池组中的任意两个电池模块中间，如图3所示，优选地，选择串联在电池组中央的两个电池模块中间，该动力回路管理继电器采用高压大电流低功耗的继电器，优选地采用光耦继电器。这样，通过控制动力回路管理继电器的接通或断开，来控制动力电池组内两个电池模块的串联通断关系，最终起到控制动力电池高压动力回路通断的作用。这里所述的动力回路管理继电器驱动电路是一个低压侧MOS管驱动电路，具体电路如图4所示，低压侧MOS管驱动电路的控制信号C1来自中央处理器模块，经过低压侧MOS管驱动电路之后输出一个继电器驱动信号relay drive给动力电池管理继电器。当中央处理器模块判断需要断开或闭合动力回路时，会即时发送低电平或高电平信号给动力回路管理继电器驱动电路，来控制动力回路管理继电器，这里低电平信号继电器断开，高电平信号继电器接通。

在所述通断控制模块中，还有一个上述的动力回路通断监测测试点test和一个低压回路车辆底盘地GND串联在继电器接触器两侧，与信号监测模块电路中的图2b中的动力回路监测电路形成高压动力回路监测回路。当通断控制模块中的继电器断开动力回路时，test测试点的电平为高电平，反之，动力回路闭合时，test测试点与GND导通，test测试点的电平为低电平。

其中所述指示模块，用来指示动力电池的动力回路的通断状态和所述保护装置的故障状态。优选地，该指示模块采用指示灯电路，如图5所示，绿色LED为动力回路状态指示灯，红色LED为故障指示灯，绿色指示灯电路接收来自中央处理器模块的动力回路状态指示灯驱动信号C2，红色指示灯电路接收来自中央处理器模块的本发明装置的故障指示灯驱动信号C3。由于该指示模块用来提示操作者动力电池的工作状态，因此指示灯光在本发明装置的外包装可见。当用户或调试者揭开和合上动力电池盖时，该指示模块会对动力回路通断状态进行反馈，如绿色指示灯亮起，表示动力回路断开，可安全操作；红色指示灯亮起，说明本发明的装置出现故障，未能断开或闭合高压动力回路，请检修。这里注意的是，使用本发明装置的一切操作都要根据指示灯来操作。

以下从一个具体实施例的指示灯状态角度说明该装置的实际工作状态，以中央处理器模块的输入监测信号和输出驱动信号来说明本发明装置的工作方式，但不局限于以下所述的工作方式，可以有各种变化和组合。

S1为高电平：电池未揭盖；S1为低电平：电池已揭盖。

S2为高电平：动力回路闭合；S2为低电平：动力回路断开。

C1为高电平：闭合动力回路继电器操作；C1为低电平：断开动力回路继电器操作。

C2为高电平：动力回路在断开状态——绿色LED亮；C2为低电平：动力回路在闭合状态——绿色LED灭。

C3为高电平：装置故障——红色LED亮；C3为低电平：装置正常——红色LED灭。

绿色LED灭，红色LED灭：动力电池动力回路闭合，本装置工作正常，动力电池处于未揭盖状态；S1为高电平，S2为高电平，C1为高电平，C2为低电平，C3为低电平。

绿色LED亮，红色LED灭：动力电池动力回路断开，本装置工作正常，动力电池处于揭盖状态，这时S1为低电平，S2为低电平，C1为低电平，C2为高电平，C3为低电平。

绿色LED灭，红色LED亮：动力电池动力回路闭合，本装置故障，动力电池处于未揭盖状态。这时S1为高电平，S2为低电平，C1为高电平，C2为低电平，C3为高电平。

绿色LED亮，红色LED亮：动力电池动力回路断开，本装置故障，动力电池处于揭盖状态。这时S1为低电平，S2为高电平，C1为低电平，C2为高电平，C3为高电平。

本发明装置具体控制策略如下：

动力电池揭盖监测信号S1在电池盖未揭时为高电平信号，动力回路状态监测信号S2在正常状态下为高电平信号。中央处理器模块通过S1信号为高判断此时动力电池处于未揭盖状态，中央处理器模块发送继电器驱动信号C1为高，动力回路管理继电器闭合。此时如无故障，中央处理器模块发送C2、C3两个低电平信号驱动高压动力回路断开及指示模块，两个信号指示灯全灭。若未揭盖时，S1为高电平信号，S2为低电平信号，那么中央处理器模块C3驱动信号为高，本发明装置的指示模块红色LED发光，提示本装置出现故障。

发生揭盖动作后，S1信号为低，中央处理器模块判断动力电池盖被揭开，此时S2信号在正常状态下为低电平信号。中央处理器模块发送继电器驱动信号C1为低，动力回路管理继电器断开。此时如无故障，中央处理器模块发送C2高电平，C3低电平信号驱动高压动力回路断开及装置报警显示模块，高压动力回路断开绿色LED指示灯里亮，装置故障指示灯灭。揭盖后，监测信号S1由高转低，此时单片机接收到S1揭盖信号后进行断开动力回路管理继电器动作，动力回路管理继电器接收断开指令后物理断开需要一定时间(T)，中央处理器模块将对监测信号S2延时(T’)判断，T’＞T，如此时S2信号为高，那么中央处理器模块C3驱动信号为高，本装置报警显示模块红色LED发光，提示本装置出现故障。

发生合盖动作后，S1信号由低转高，中央处理器模块判断动力电池盖被合上，S2信号在正常状态下为高电平信号。中央处理器模块发送动力回路管理继电器驱动信号C1为高，动力回路管理继电器闭合。此时如无故障，中央处理器模块发送C2，C3低电平信号驱动高压动力回路断开及装置报警显示模块，两个信号指示灯全灭。合盖后，监测信号S1由低转高，此时单片机接收到S1合盖信号后进行闭合动力回路管理继电器动作，继电器接收断开指令后物理断开需要一定时间(T)，中央处理器模块将对监测信号S2延时(T’)判断，T’＞T，如此时S2信号为低，那么中央处理器模块C3驱动信号为高，本装置指示模块红色LED发光，提示本装置出现故障。

本发明的装置无需点火信号，保证在汽车未点火状态该装置能正常工作。

虽然已参照一个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种动力电池揭盖的保护装置，其特征在于，所述装置包括：中央处理器模块，与中央处理器模块相连接的揭盖信号监测模块、指示模块以及通断控制模块；

其中揭盖信号监测模块，用来监测动力电池的揭盖状态，以及动力回路的通断状态，并输出动力电池揭盖状态信号和动力回路通断状态信号给中央处理器模块；

其中中央处理器模块，用来根据接收到动力电池的揭盖状态信号，输出断开动力回路的控制信号给通断控制模块，并根据接收到的动力回路通断状态信号判断动力回路是否断开，是则输出动力回路正常断开的指示信号给指示模块，否则输出表明所述装置发生故障的故障指示信号给指示模块；

其中通断控制模块，用来根据接收到断开动力回路的控制信号，来进行动力电池动力回路的断开；

其中指示模块，用来根据接收到动力回路正常断开的指示信号，来指示动力电池的动力回路已经正常断开，或根据接收到所述故障指示信号，来指示所述保护装置已经发生故障。

2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述装置还包括：

合盖信号监测模块，用来监测动力电池的合盖状态，以及动力回路的通断状态，并输出动力电池合盖状态信号和动力回路通断状态信号给中央处理器模块；

则所述中央处理器模块，用来根据接收到动力电池合盖状态信号，输出闭合动力回路的控制信号给通断控制模块，并根据接收到动力回路通断状态信号判断动力回路是否闭合，是则输出动力回路正常闭合的指示信号给指示模块，否则输出所述装置发生故障的故障指示信号给指示模块；

所述通断控制模块，用来根据接收到闭合动力回路的控制信号，来进行动力电池动力回路的闭合；

所述指示模块，用来根据接收到动力回路正常闭合的指示信号来指示动力电池的动力回路已经正常闭合，或根据接收到故障指示信号时来指示所述保护装置已经发生故障。

3.根据权利要求2所述的保护装置，其特征在于，所述指示模块包括：用来指示动力回路的正常断开或闭合状态的动力回路通断指示电路，以及用来指示所述保护装置发生故障状态的装置故障指示电路。

4.根据权利要求3所述的保护装置，其特征在于，所述动力回路通断指示电路包括：其一端与中央处理器模块的动力回路正常通断指示信号输出端相连接的电阻，以及与所述电阻相串联的发光二极管。

5.根据权利要求3所述的保护装置，其特征在于，所述故障指示电路包括：其一端与中央处理器模块的故障指示信号输出端相连接的电阻，以及与所述电阻相串联的发光二极管。

6.根据权利要求1或2所述的保护装置，其特征在于，所述通断控制模块包括串联在动力电池组的两个电池中间的通断单元和用于驱动所述通断单元的通断单元驱动电路。

7.根据权利要求6所述的保护装置，其特征在于，所述通断单元为继电器。

8.根据权利要求6所述的保护装置，其特征在于，所述通断单元驱动电路为低压侧MOS管驱动电路。

9.根据权利要求2所述的保护装置，其特征在于，所述揭盖信号监测模块和合盖信号监测模块使用同一电路，包括：揭盖监测电路，用来监测动力电池的揭合盖状态，并输出动力电池揭合盖信号；以及动力回路状态监测电路，用来监测动力回路的通断状态，并输出动力回路通断状态信号。

10.根据权利要求9所述的保护装置，其特征在于，所述揭盖监测电路包括揭盖开关，以及其控制端与所述揭盖开关相连接的继电器电路。

11.根据权利要求9所述的保护装置，其特征在于，所述动力回路状态监测电路为其控制端连接到动力回路测试点的继电器电路，所述动力回路测试点用来监测动力回路的通断。

12.一种动力电池揭盖的保护方法，其特征在于，在动力电池揭盖动作发生后，所述方法包括以下步骤：

监测到动力电池发生揭盖动作，生成动力电池揭盖的状态信号；

根据动力电池揭盖的状态信号，生成断开动力回路的控制信号，去控制动力回路的断开；

监测动力回路是否断开，并生成一个动力回路通断状态信号；

根据生成的动力回路通断状态信号，判断动力回路是否断开，是则生成一个动力回路正常断开的指示信号，去指示动力回路已经断开；

否则生成出现故障的指示信号，指示动力回路没有正常断开，发生故障。

13.一种动力电池合盖的保护方法，其特征在于，在动力电池合盖动作发生后，所述方法包括以下步骤：

监测到动力电池发生合盖动作，生成一个动力电池合盖的状态信号；

根据生成的动力电池合盖的信号，生成闭合动力回路的控制信号，去进行动力回路的闭合；

然后监测动力回路是否闭合，并生成一个动力回路通断状态信号；

根据生成的动力回路通断状态信号，判断动力回路是否闭合，是则生成动力回路正常闭合的指示信号，指示模块指示动力回路已经闭合；

否则生成出现故障的指示信号，指示动力回路没有正常闭合，发生故障。

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