CN102035187B - 充电器、放电保护装置、控制器、充放电保护装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电压采样装置，包括：多个电压比较模块，连接至电池组，其中，每个电压比较模块一一对应地连接至电池组中的每个电池，并在每个电池的电压高于预定最高值时产生过压信号，将过压信号发送至过欠压输出模块，在每个电池的电压低于预定最低值时产生欠压信号，并将欠压信号发送至过欠压输出模块；过欠压输出模块，连接至多个电压比较模块，在接收到来自任一电压比较模块的过压信号或欠压信号时，将接收到的过压信号或欠压信号发送至外部。本发明还提供了充电保护装置、充电器、放电保护装置、控制器、充放电保护装置以及充放电保护系统。通过本发明的技术方案，可以针对电池组的单节电池电压异常情况对电池组进行保护。

Description

充电器、放电保护装置、控制器、充放电保护装置和系统

技术领域

本发明涉及电池技术，具体而言，涉及电压采样装置、充电保护装置、充电器、放电保护装置、控制器、充放电保护装置及充放电保护系统。

背景技术

目前，锂电池组的使用越来越普遍，尤其适合于使用在电动车上。在锂电池组的使用中存在的主要问题之一就是，由于故障或其他原因，使得锂电池组中的某一节或几节电池的不均衡导致锂电池组的性能下降，严重时可能导致锂电池组崩溃。当前针对该问题存在一些保护方法或系统，但往往都具有以下缺点是：

1)、在锂电池组放电过程中，如果出现了锂电池需要保护的情况，电动车就会停止运行以保护电池。但是，很难判断是由于锂电池组总电压下降到控制器的欠压值而由控制器保护的，还是由于电池中单节电池电压过低而通过充放电保护板来保护的。如果是控制器由于电池组欠压而进行的保护，这是正常保护(电池无故障)，如果是充放电保护板对电池组进行保护，就是电池故障保护，这时应该给予用户指示，告知用户电池产生故障，提醒用户及时去维护电池。

2)、现有的锂电池保护系统在电池组放电过程中都是通过控制充放电保护板自身上的MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属-氧化物-半导体)管的通断来对锂电池组的放电过程进行保护的。这就存在一个问题：因为要并联几个MOS管导致充放电保护板的成本上升，同时还造成了散热问题。如果充放电保护板中并联的MOS管少，成本虽然低了，但是在大电流放电时，MOS管发热量会很大，对散热要求就要高；要想减少发热，只能使用大量的MOS管，这就导致成本就要上升。

3)、另外，在充电过程中，我们也需要进行故障指示，提示用户及时维修电池组。而现有的充放电保护板不存在此功能。

因此，需要一种对电池组进行充放电保护的方式，及时地在电池组由于故障等因素造成某一节或几节电池的容量不均衡时，对电池进行保护，同时，能够即时提醒用户，以便于用户尽快对电池进行维修。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种对电池组进行充放电保护的方式，及时地在电池组由于故障等因素造成某一节或几节电池的容量不均衡时，对电池进行保护，同时，能够即时提醒用户，以便于用户尽快对电池进行维修。

有鉴于此，本发明提供一种电压采样装置，可以包括：多个电压比较模块，连接至电池组，其中，每个电压比较模块一一对应地连接至电池组中的每个电池，并在每个电池的电压高于预定最高值时产生过压信号，将过压信号发送至过欠压输出模块，在每个电池的电压低于预定最低值时产生欠压信号，并将欠压信号发送至过欠压输出模块；过欠压输出模块，连接至多个电压比较模块，在接收到来自任一电压比较模块的过压信号或欠压信号时，将接收到的过压信号或欠压信号发送至外部。通过该技术方案，可以在任一节电池或几节电池出现电压异常时，及时地检测到异常状况的产生。

本发明还提供一种充电保护装置，可以包括：开关模块，连接至电池组及充电器，电池组和充电器通过开关模块形成充电回路；控制模块，连接至开关模块及电压采样装置，电压采样装置可以在电池组中的任一电池的电压高于预定最高值时产生过压信号，控制模块接收到过压信号后，发送开关控制信号至开关模块，开关模块根据开关控制信号断开充电回路。

在上述技术方案中，优选地，控制模块接收到电压采样装置发送的过压信号后，可以发送过压控制信号至充电器。通过该技术方案，充电保护装置可与充电器通信，及时通知充电器过压情况的产生。

在上述技术方案中，优选地，所述充电保护装置在接收到所述过压信号时开始工作，控制模块还接收充电器发送的电源控制信号，并在接收到电源控制信号时使充电保护装置停止工作。通过该技术方案，使充电保护装置只在出现电池过压情况的期间进行工作，可以进一步减少对电池组电能的消耗。

在上述技术方案中，优选地，开关模块为MOS开关桥电路。

本发明还提供一种充电器，可以包括：控制模块，连接至充电保护装置，接收到来自充电保护装置的过压控制信号后，可以发送电源控制信号至充电保护装置，使充电保护装置停止工作。通过该技术方案，充电器与充电保护装置通信，在充电保护装置提示过压情况产生后，即可令其停止工作以节省电池组的电能。

在上述技术方案中，优选地，控制模块还可以连接至充电故障显示装置，控制模块接收到过压控制信号后，还发送充电故障显示信号至充电故障显示装置，使充电故障显示装置根据充电故障显示信号进行显示。通过该技术方案，充电器可将充电故障及时显示给用户。充电故障显示装置可以设置在充电器上，或者集成到充电器中。

本发明还提供一种充电器，可以包括：控制模块，连接至充电保护装置及故障显示装置，控制模块接收到来自充电保护装置的过压控制信号后，发送充电故障显示信号至充电故障显示装置，使充电故障显示装置根据充电故障显示信号进行显示。

本发明还提供一种放电保护装置，可以包括：控制模块，连接至控制器及电压采样装置，控制器连接的负载与电池组形成放电回路，电压采样装置在电池组中的任一电池的电压低于预定最低值时产生欠压信号，控制模块接收到欠压信号时，发送欠压控制信号至控制器，使控制器断开放电回路。通过该技术方案，放电保护装置与负载的控制器通信，通过控制器来使负载停止工作，同时可以减少放电保护装置中的开关电路的设置，既控制了成本，也减少了大电流散热问题。

在上述技术方案中，优选地，所述放电保护装置在接收到所述欠压信号时开始工作，控制模块还可以接收控制器发送的电源控制信号，并在接收到电源控制信号时使放电保护装置停止工作。通过该技术方案，使所述放电保护装置只在电池组出现电池欠压情况的期间工作，可进一步节省对电池组电能的消耗。

本发明还提供一种控制器，可以包括：控制模块，连接至放电保护装置，接收到来自放电保护装置的欠压控制信号后，发送开关控制信号至开关模块；开关模块，连接至负载及电池组，负载及电池组通过开关模块形成放电回路，开关模块根据接收到的开关控制信号断开放电回路。通过该技术方案，控制器通过开关模块能够在电池组出现欠压故障时及时停止负载的工作。

在上述技术方案中，优选地，控制模块在接收到欠压控制信号后，还可以发送电源控制信号至放电保护装置，使放电保护装置停止工作。通过该技术方案，可以进一步节省电池组的电能。

在上述技术方案中，优选地，负载可以为无刷直流电机，开关模块可以为三相MOS开关桥电路，控制模块可以通过MOS开关驱动电路发送开关控制信号至三相MOS开关桥电路。

在上述技术方案中，优选地，控制模块还可以连接至放电故障显示装置，控制模块接收到欠压控制信号后，还发送放电故障显示信号至放电故障显示装置，使放电故障显示装置根据放电故障显示信号进行显示。通过该技术方案，控制器可将放电故障及时显示给用户。放电故障显示装置可以设置在控制器上，或集成到控制器中。

本发明还提供一种充放电保护装置，可以包括：上述的充电保护装置和放电保护装置。在充放电保护装置，通过同一控制模块同时对过压信号和欠压信号进行不同的处理。

本发明还提供一种充放电保护系统，可以包括：上述的充电器、控制器以及充放电保护装置。通过具备通信的功能的充电器、控制器、充放电保护装置，有效地对电池组的电压异常进行控制。

在上述技术方案中，优选地，还可以包括：上述的电压采样装置，以及充电故障显示装置和放电故障显示装置。

通过上述技术方案，可以实现电压采样装置、充电保护装置、充电器、放电保护装置、控制器、充放电保护装置、充放电保护系统，能够通过对电池组中某一节或几节电池的电压异常的检测，来防止电压异常可能给电池组带来的损害，同时能够及时提醒用户以修复电池，且使得充放电保护装置的成本降低，散热更好。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的电压采样装置的示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的充电保护装置的示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的充电器的示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的充电器的示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的放电保护装置的示意图；

图6是根据本发明的一个实施例的控制器的示意图；

图7是根据本发明的一个实施例的充放电保护装置的示意图；

图8是根据本发明的一个实施例的充放电保护系统的示意图；

图9是根据本发明的一个实施例的充放电保护系统的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

图1是根据本发明的一个实施例的电压采样装置的示意图。

如图1所示，本发明提供一种电压采样装置100，可以包括：多个电压比较模块102，连接至电池组，其中，每个电压比较模块102一一对应地连接至电池组中的每个电池，并在每个电池的电压高于预定最高值时产生过压信号，将过压信号发送至过欠压输出模块104，在每个电池的电压低于预定最低值时产生欠压信号，并将欠压信号发送至过欠压输出模块104；过欠压输出模块104，连接至多个电压比较模块102，在接收到来自任一电压比较模块102的过压信号或欠压信号时，将接收到的过压信号或欠压信号发送至外部。电压采样装置100可以通过总线方式输出过压信号或欠压信号。通过该技术方案，可以在任一节电池或几节电池出现电压异常时，及时地检测到异常状况的产生。

图2是根据本发明的一个实施例的充电保护装置的示意图。

如图2所示，本发明提供一种充电保护装置200，可以包括：开关模块202，连接至电池组及充电器，电池组和充电器通过开关模块202形成充电回路；控制模块204，连接至开关模块202及电压采样装置，电压采样装置可以在电池组中的任一电池的电压高于预定最高值时产生过压信号，控制模块204接收到过压信号后，发送开关控制信号至开关模块202，开关模块202根据开关控制信号断开充电回路。

在上述技术方案中，控制模块204接收到电压采样装置发送的过压信号后，可以发送过压控制信号至充电器。通过该技术方案，充电保护装置可与充电器通信，及时通知充电器过压情况的产生。

在上述技术方案中，所述充电保护装置200在接收到所述过压信号时开始工作，控制模块204还接收充电器发送的电源控制信号，并在接收到电源控制信号时使充电保护装置停止工作。通过该技术方案，使充电保护装置200只在出现电池过压情况的期间进行工作，可以进一步减少对电池组电能的消耗。

在上述技术方案中，开关模块202为MOS开关桥电路。控制模块204通过总线接收过压信号。

图3是根据本发明的一个实施例的充电器的示意图。

如图3所示，本发明提供一种充电器300，可以包括：控制模块302，连接至充电保护装置，接收到来自充电保护装置的过压控制信号后，可以发送电源控制信号至充电保护装置，使充电保护装置停止工作。通过该技术方案，充电器300与充电保护装置通信，在充电保护装置提示过压情况产生后，即可令其停止工作以节省电池组的电能。

在上述技术方案中，控制模块302还可以连接至充电故障显示装置，控制模块接收到过压控制信号后，还发送充电故障显示信号至充电故障显示装置，使充电故障显示装置根据充电故障显示信号进行显示。通过该技术方案，充电器可将充电故障及时显示给用户。充电故障显示装置可以设置在充电器上，或者集成到充电器中。

在可选情况下，控制模块302还随时输出电池的正常充电状态指示。控制模块302还通过电压电流控制回路来获取交流电进行整流，使用整流得到的直流电对电池组进行充电。

图4是根据本发明的一个实施例的充电器的示意图。

如图4所示，本发明还提供一种充电器400，可以包括：控制模块402，连接至充电保护装置及故障显示装置，控制模块402接收到来自充电保护装置的过压控制信号后，发送充电故障显示信号至充电故障显示装置，使充电故障显示装置根据充电故障显示信号进行显示。充电故障显示装置也可以设置在充电器400上或集成到充电器400中。

图5是根据本发明的一个实施例的放电保护装置的示意图。

如图5所示，本发明还提供一种放电保护装置500，可以包括：控制模块502，连接至控制器及电压采样装置，控制器连接的负载与电池组形成放电回路，电压采样装置在电池组中的任一电池的电压低于预定最低值时产生欠压信号，控制模块接收到欠压信号时，发送欠压控制信号至控制器，使控制器断开放电回路。通过该技术方案，放电保护装置500与负载的控制器通信，通过控制器来使负载停止工作，同时可以减少放电保护装置中的开关电路的设置，既控制了成本，也减少了大电流散热问题。

在上述技术方案中，所述放电保护装置500在接收到所述欠压信号时开始工作，控制模块502还可以接收控制器发送的电源控制信号，并在接收到电源控制信号时使放电保护装置停止工作。通过该技术方案，使所述放电保护装置只在电池组出现电池欠压情况的期间工作，可进一步节省对电池组电能的消耗。

图6是根据本发明的一个实施例的控制器的示意图。

如图6所示，本发明还提供一种控制器600，可以包括：控制模块602，连接至放电保护装置，接收到来自放电保护装置的欠压控制信号后，发送开关控制信号至开关模块604；开关模块604，连接至负载及电池组，负载及电池组通过开关模块604形成放电回路，开关模块根据接收到的开关控制信号断开放电回路。通过该技术方案，控制器通过开关模块604能够在电池组出现欠压故障时及时停止负载的工作。

在上述技术方案中，控制模块604在接收到欠压控制信号后，还可以发送电源控制信号至放电保护装置，使放电保护装置停止工作。通过该技术方案，可以进一步节省电池组的电能。

在上述技术方案中，负载可以为无刷直流电机，开关模块604可以为三相MOS开关桥电路，控制模块可以通过MOS开关驱动电路发送开关控制信号至三相MOS开关桥电路。

在上述技术方案中，控制模块602还可以连接至放电故障显示装置，控制模块602接收到欠压控制信号后，还发送放电故障显示信号至放电故障显示装置，使放电故障显示装置根据放电故障显示信号进行显示。通过该技术方案，控制器可将放电故障及时显示给用户。放电故障显示装置可以设置在控制器600上，或集成到控制器600中。控制模块602还可以针对负载的正常工作状况进行多种状态显示。

图7是根据本发明的一个实施例的充放电保护装置的示意图。

如图7所示，本发明还提供一种充放电保护装置，可以包括：上述的充电保护装置和放电保护装置。在充放电保护装置，通过控制模块704同时对过压信号和欠压信号进行不同的处理，在接收到过压信号时，通过开关模块702切断充电回路，并发送过压控制信号通知充电器，在接收到欠压信号时，发送欠压控制信号通知控制器，由控制器切断放电回路。同时，控制模块704在接收到充电器和控制器的电源控制信号时，自动使充放电保护装置停止运行，以节省电能。

图8是根据本发明的一个实施例的充放电保护系统的示意图。

如图8所示，本发明还提供一种充放电保护系统，可以包括：上述的充电器804、控制器806以及充放电保护装置802。通过具备通信的功能的充电器804、控制器806、充放电保护装置802，可以及时地发现电池电压的异常，有效地对电池组的电压异常进行控制。

在上述技术方案中，还可以包括：上述的电压采样装置808，以及充电故障显示装置(未示出)和放电故障显示装置(未示出)。

图9是根据本发明的一个实施例的充放电保护系统的示意图。

如图9所示，为应用于电动车的充放电保护系统的示意图。

在给电动车的锂电池组902的充电过程中：首先由锂电池包内的电压采样装置(未示出)对电池组902中的每节电池进行电压采样，当电池单节电压过高时，电压采样装置发出过压信号k3给充放电保护装置904，充放电保护装置904中的单片机(控制模块)接收到过压信号k3后，一方面发出通过关闭自身的MOS管(开关模块)来切断锂电池组902的充电回路(由锂电池组902通过充放电保护装置904中的MOS管与充电器906连接形成)，另一方面发送过压控制信号k2给充电器906，再由充电器906发出充电故障显示信号k6给充电故障显示装置908，来显示电池故障(可通过指示灯、显示器、声音警报等多种方式来进行显示)，提示用户及时维修电池。同时充电器906也发出电源控制信号k1给充放电保护装置904，将充放电保护装置904的电源切断，不消耗锂电池组902的电能。

在锂电池组902的放电过程中：首先由电压采样装置采样锂电池组902中的单节电池的电压，当电池单节电压过低时，发出欠压信号k3给充放电保护装置904，充放电保护装置904中的单片机(控制模块)接收到欠压信号k3后，发送欠压控制信号k4给控制器910，通过控制器910关闭自身的MOS管来切断放电回路(放电回路由锂电池组902通过控制器910中的MOS管与负载912连接形成，负载912为电动车中的电机)；同时控制器910再发出放电故障指示信号k6给充电故障显示装置914(可通过指示灯、显示器、声音警报等多种方式来进行显示)，来显示电池放电故障，提示用户及时维修电池。

根据本发明的技术方案，可以带来以下优点：

1、在电池组的某一节或某几节电池电压异常(过高或过低)时进行故障指示，提醒用户及时维修电池。

2、充放电保护装置与控制器实现通信，当故障发生后，充放电保护装置发出欠压控制信号给控制器，当控制器接收到欠压控制信号信号后，控制器发出命令，通过自身mos管将放电总回路切断。

3、充放电保护装置与控制器实现通信，使控制器发出放电故障显示信号给仪表板上的故障指示灯(放电故障显示装置)。

4、充放电保护装置与充电器实现通信，在充电器上设置故障指示灯。

5、充放电保护装置与充电器实现通信，充电器发出电源控制信号给充放电保护装置，使得充放电保护装置停止工作，在电池故障发生后不耗电。

6、在产生电压异常时才启动充放电保护装置的控制模块(单片机)，可以使得充放电保护装置的功耗降到最低。

7、电池放电时故障时是通过控制器切断放电回路，而不是通过充放电保护装置切断放电回路，减少了充放电保护装置上的mos管，即减少了成本，同时为实现电池故障报警提供了条件——通过控制器发送故障信号给仪表盘，以显示故障。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种充电保护装置，其特征在于，包括：

开关模块，连接至电池组及充电器，所述电池组和所述充电器通过所述开关模块形成充电回路；

控制模块，连接至所述开关模块及电压采样装置，所述电压采样装置在所述电池组中的任一电池的电压高于预定最高值时产生过压信号，所述控制模块接收到所述过压信号后，发送开关控制信号至所述开关模块，所述开关模块根据所述开关控制信号断开所述充电回路；

所述充电保护装置在接收到所述过压信号时开始工作，所述控制模块还接收所述充电器发送的电源控制信号，并在接收到所述电源控制信号时使所述充电保护装置停止工作。

2.根据权利要求1所述的充电保护装置，其特征在于，所述控制模块接收到所述电压采样装置发送的过压信号后，发送过压控制信号至所述充电器。

3.根据权利要求1或2所述的充电保护装置，其特征在于，所述开关模块为MOS开关桥电路。

4.一种放电保护装置，其特征在于，包括：

控制模块，连接至控制器及电压采样装置，所述控制器连接的负载与电池组形成放电回路，所述电压采样装置在所述电池组中的任一电池的电压低于预定最低值时产生欠压信号，所述控制模块接收到欠压信号时，发送欠压控制信号至控制器，使所述控制器断开所述放电回路；

所述放电保护装置在接收到所述欠压信号时开始工作，所述控制模块还接收所述控制器发送的电源控制信号，并在接收到所述电源控制信号时使所述放电保护装置停止工作。

5.一种控制器，其特征在于，包括：

控制模块，连接至放电保护装置，接收到来自所述放电保护装置的欠压控制信号后，发送开关控制信号至开关模块；

所述开关模块，连接至负载及电池组，所述负载及所述电池组通过所述开关模块形成放电回路，所述开关模块根据接收到的开关控制信号断开所述放电回路；

所述控制模块在接收到所述欠压控制信号后，还发送电源控制信号至所述放电保护装置，使所述放电保护装置停止工作。

6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述负载为无刷直流电机，所述开关模块为三相MOS开关桥电路，所述控制模块通过MOS开关驱动电路发送所述开关控制信号至所述三相MOS开关桥电路。

7.根据权利要求5或6所述的控制器，其特征在于，所述控制模块还连接至放电故障显示装置，所述控制模块接收到所述欠压控制信号后，还发送放电故障显示信号至所述放电故障显示装置，使所述放电故障显示装置根据所述放电故障显示信号进行显示。

8.一种充放电保护装置，其特征在于，包括：权利要求1至3中任一项所述的充电保护装置，以及权利要求4所述的放电保护装置。

9.一种充放电保护系统，其特征在于，包括：充电器，权利要求5至7中任一项所述的控制器，以及权利要求8所述的充放电保护装置，所述充电器包括控制模块，连接至充电保护装置，接收到来自所述充电保护装置的过压控制信号后，发送电源控制信号至所述充电保护装置，使所述充电保护装置停止工作。

10.根据权利要求9所述的充放电保护系统，其特征在于，还包括：

电压采样装置，充电故障显示装置，放电故障显示装置。