CN103633679B - 电动产品、高压安全供电系统及高电压安全保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动产品、高压安全供电系统及高电压安全保护装置，该电动产品包含一个负载及一个高压安全供电系统。该高压安全供电系统包括一个电池装置及一个高压安全保护装置。该电池装置具有多个串联的电池单元及一个电连接于所述电池单元与该负载间的主开关。该高压安全保护装置具有一个产品感测器、一个保护感测模块及一个高压安全控制模块。该产品感测器用于检测该电动产品的目前状态。该保护感测模块用于判断该电动产品处于一正常状态或一异常状态。当处于异常状态时，该高压安全控制模块使该主开关及每一个电池单元不导通，而使每一个电池单元不供电至该负载。

Description

电动产品、高压安全供电系统及高电压安全保护装置

技术领域

本发明涉及一种产品、系统及装置，特别是涉及一种电动产品、高压安全供电系统及高电压安全保护装置。

背景技术

锂电池应用于小型消费电子产品中时，以单体电池的形式存在，而在电动自行车、电动摩托车、电动汽车、混合动力车中应用时，其要求的电压逐渐增高，需要通过串联的方式进行充放电以满足高电压的需求。单体电池间的性能差异，使得其作为动力和储能电池时，都需要电池管理系统（Battery ManagementSystem，BMS）进行充放电的管理、监控和保护，以避免单体电池出现损坏，影响整体供电性能。

参阅图1，以往一个电池管理系统12适用于一个供电装置1，该供电装置1用于供电至一个负载2，并包含互相串联的二个主开关13、电流感测器15及多个电池单元11。该二个主开关13电连接于该多个串联的电池单元11与该负载2间，且每一个主开关13受控制而操作于导通或不导通。每个电池单元11包括一个电池111及一个感测器112。所述感测器112分别用于检测所对应的该电池111的电压、温度和电流。

该电池管理系统12的电连接所述感测器112、电流感测器15及该二个主开关13。该电池管理系统12的主要作用是实时监测电池组在充电过程中每一个电池111的电压、温度和电流，经过处理、比较，输出报警和调控信息，显示每一个电池111的实时数据和历史的数据，并控制该二个主开关13操作于导通或不导通。

当供电装置1发生异常或需要维修时，需要将该二个主开关13断路，然而此时串联的所述电池单元11仍然输出一个高电压，易造成使用者及产品危险。于美国专利US 7990105B2中，提出一种安全栓，于维修时将各个电池单元11隔离，以维护人员安全。但当该供电装置1用于电动交通工具时，特别是汽车、船等，常遇到漏电、泡水、撞击等意外状况，安全栓仍无法对此异常状况作保护。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以即时监控并增进安全性的电动产品、高压安全供电系统及高压安全保护装置。本发明电动产品，包含一个负载驱动器及一个高压安全供电系统。该高压安全供电系统包括一个电池装置及一个高压安全保护装置。

该电池装置具有多个串联的电池单元及一个主开关。所述电池单元受控制而操作于导通或不导通。该主开关电连接于所述电池单元与该负载间，且受控制而操作于导通或不导通。

该高压安全保护装置具有一个产品感测器、一个保护感测模块及一个高压安全控制模块。

该产品感测器用于检测该电动产品的目前状态，并输出一个具有一个数值的产品感测信号，该数值对应该电动产品目前状态。

该保护感测模块预存一个预设值，且电连接于该产品感测器以接收该产品感测信号，并将该数值与该预设值进行比较以判断该电动产品处于一个正常状态或一个异常状态，且输出一个指示该正常状态或该异常状态的状态信号。

该高压安全控制模块电连接于该主开关及每一个电池单元，且电连接于该保护感测模块以接收该状态信号，并根据该状态信号来使该主开关处于导通或不导通，使每一个电池单元处于导通或不导通。

当该状态信号指示该异常状态，则该高压安全控制模块使该主开关处于不导通，使每一个电池单元处于不导通，而使每一个电池单元不供电，以致该电池装置不供电至该负载。。

本发明的有益效果在于：该高压安全保护装置即时监控该电动产品，于异常或维修时将所述电池单元互相隔离，使该电动产品内部不再有高电压，以维护人员安全。

附图说明

图1是以往一个电池管理系统的功能方块图；

图2是本发明电动产品的较佳实施例的功能方块图；

图3是本较佳实施例的一个高压安全控制模块的功能方块及接线图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

参阅图2，本发明的较佳实施例的电动产品包含一个负载4、一个高压安全供电系统8及一个负载驱动器7。

该负载4需要一个直流高电压以运作。该高压安全供电系统8用于供电至该负载4，且包括一个电池装置5及一个高压安全保护装置3。

为提供直流高电压，该电池装置5具有多个串联的电池单元51及二个主开关52。所述电池单元51分别具有一个电池511、一个与该电池511串联的隔离开关512及一个电池感测器513。该电池511可由多个锰锂电池、锂铁电池或其它储能电池单体串并联组成。该电池感测器513用于检测所对应的该电池511的电压、电流、温度状态，并据此产生一个电池感测信号。该电池感测信号用于指示所对应的电池单元51自身处于一个正常状态或一个故障状态。

所述电池单元51串联时，每一个电池511间皆无直接电连接，因为所述隔离开关512将每一个电池511互相隔离。所述隔离开关512受控制而操作于导通或不导通而使得所述电池单元51彼此间处于连接或不连接。

该主开关52电连接于该多个串联的电池单元51与该负载4间，且每一个主开关52受控制而操作于导通或不导通。

该高压安全保护装置3具有一个产品感测器33、一个保护感测模块32、一个高压安全控制模块31及一个高压安全模块启动开关6。

该产品感测器33用于检测该电动产品的目前状态，如电池装置5的电压、温度、放电电流是否在设定值内、电动产品是否有漏电状况或受到外力强烈撞击等情况。因此该产品感测器33可包含电压、电流转换器、加速度计及湿度计等，并输出一个具有一个数值的产品感测信号，该数值对应该电动产品目前状态。该保护感测模块32预存一个预设值，且电连接于该产品感测器33以接收该产品感测信号，并将该数值与该预设值进行比较以判断该电动产品处于一个正常状态或一个异常状态，且输出一个指示该正常状态或该异常状态的状态信号。该异常状态包含过电压、欠电压、过载、短路、漏电、受到撞击、潮湿、进水。

该高压安全控制模块31电连接于该二个主开关52及每一个电池单元51的隔离开关512以进行控制，且电连接于该保护感测模块32及所述电池单元51的电池感测器513，以接收该状态信号及所述电池感测信号。根据该状态信号及所述电池感测信号，该高压安全控制模块31控制该二个主开关52处于导通或不导通，同时也使每一个电池单元51处于导通或不导通。当该状态信号指示该异常状态，或该电池感测信号指示该故障状态，则该高压安全控制模块31使所述主开关52处于不导通，使每一个电池单元51处于不导通，而使每一个电池单元51不供电，以致电池装置5不供电至该负载4。此时所述电池单元51互相间皆无电连接，该电动产品内部将无高电压存在。此外，每一个电池感测器513电连接相对应的隔离开关512，当该电池感测信号指示该故障状态时控制每一个隔离开关512不导通。

该高压安全模块启动开关6具有一个接收一个偏压Vcc的第一端61、一个电连接于该高压安全控制模块的第二端62，及一个接收一个启动信号的控制端63，且根据该启动信号而使该高压安全模块启动开关6处于于导通与不导通来对应传递或不传递该偏压Vcc到该高压安全控制模块31。

参阅图3，该高压安全控制模块31具有一逻辑单元312及一微控制器311，该逻辑单元312电连接该高压安全模块启动开关6以接收该偏压Vcc，电连接该保护感测模块32以接收该状态信号。该微控制器311电连接该逻辑单元312、该主开关52及每一个电池单元51的隔离开关512。

当该逻辑单元312接收到该偏压Vcc其中一个，且该状态信号指示该正常状态，则输出一个正常运转信号至该微控制器311。该微控制器311接收到该正常运转信号时控制该主开关52及每一个电池单元51导通，否则控制该主开关52及每一个电池单元51不导通。

该电动产品于开机时，先提供启动信号至该高压安全模块启动开关6，该高压安全模块启动开关6传递该偏压Vcc至该逻辑单元312后，再由该逻辑单元312检视该状态信号是否正常，若正常则该微控制器311使该主开关52及每一个电池单元51导通以启动电池装置5，此时该电动产品正常运转。

如图2及图3所示，本较佳实施例还可搭配一个负载驱动器7使用，该负载驱动器7可用于执行操作负载4的功能而非高压安全保护的功能。此时，该负载驱动器7电连接该逻辑单元312及该微控制器311，于上述开机动作完成后，电池装置5供电至负载驱动器7，再由负载驱动器7接替高压安全模块启动开关6提供一个致能信号给该逻辑单元312。此时高压安全模块启动开关6不需维持导通而电池装置5仍正常供电。该微控制器311也可传递信息至负载驱动器7以进行监控。

综上所述，当使用中的该电动产品发生异常或操作维修时，利用该高压安全保护装置3，将所述电池单元51互相隔离，避免输出一个高电压以保护人员安全，故确实能达成本发明的目的。

应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (16)

1.一种高压安全供电系统，适用于一个电动产品，该电动产品包含一个负载，其特征在于该高压安全供电系统包含：

一个电池装置，包括：

多个串联的电池单元，每一个电池单元受控制而操作于导通或不导通；及

一个主开关，电连接于该多个串联的电池单元与该负载间，且受控制而操作于导通或不导通；及

一个高压安全保护装置，包括：

一个产品感测器，用于检测该电动产品的目前状态，并输出一个具有一个数值的产品感测信号，该数值对应该电动产品目前状态；

一个保护感测模块，预存一个预设值，且电连接于该产品感测器以接收该产品感测信号，并将该数值与该预设值进行比较以判断该电动产品处于一个正常状态或一个异常状态，且输出一个指示该正常状态或该异常状态的状态信号；及

一个高压安全控制模块，电连接于每一个电池单元，且电连接于该保护感测模块以接收该状态信号，并根据该状态信号来使每一个电池单元处于导通或不导通；

当该状态信号指示该异常状态，则该高压安全控制模块使每一个电池单元处于不导通，而使该电池装置不供电至该负载。

2.根据权利要求1所述的高压安全供电系统，其特征在于当该状态信号指示该异常状态，则该高压安全控制模块还使该主开关处于不导通，而使该电池装置不供电至该负载。

3.根据权利要求1所述的高压安全供电系统，其特征在于：

每一电池单元根据自身处于一个正常状态或一个故障状态来输出一个指示该正常状态或该故障状态的电池感测信号；

该高压安全控制模块还接收来自每一个电池单元的该电池感测信号，并根据该电池感测信号来使该主开关处于导通或不导通，使每一个电池单元处于导通或不导通；

当该电池感测信号指示该故障状态，则该高压安全控制模块使该主开关处于不导通，使每一个电池单元处于不导通，而使该电池装置不供电至该负载。

4.根据权利要求1所述的高压安全供电系统，其特征在于每一个电池单元具有：

一个电池；

一个隔离开关，与该电池串联，且受该高压安全控制模块控制而操作于导通或不导通；及

一个电池感测器，用于检测该电池的状态，并产生一电池感测信号。

5.根据权利要求1所述的高压安全供电系统，其特征在于该高压安全保护装置还包括：

一个高压安全模块启动开关，具有一个接收一个偏压的第一端、一个电连接于该高压安全控制模块的第二端，及一个接收一个启动信号的控制端，且根据该启动信号而使该高压安全模块启动开关处于导通与不导通来对应传递或不传递该偏压到该高压安全控制模块。

6.根据权利要求5所述的高压安全供电系统，其特征在于该高压安全控制模块包括：

一个逻辑单元，电连接该保护感测模块以接收该状态信号，及电连接于该高压安全模块启动开关；及

一个微控制器，电连接该逻辑单元、该主开关及每一个电池单元；

当该逻辑单元接收到该偏压，且该状态信号指示该正常状态，则输出一个正常运转信号至该微控制器使该微控制器控制该主开关及每一个电池单元导通。

7.一种电动产品，其特征在于包含：

一个负载；及

一个高压安全供电系统，包括：

一个电池装置，具有：

多个串联的电池单元，每一个电池单元受控制而操作于导通或不导通；及

一个主开关，电连接于该多个串联的电池单元与该负载间，且受控制而操作于导通或不导通；及

一个高压安全保护装置，具有：

一个产品感测器，用于检测该电动产品的目前状态，并输出一个具有一个数值的产品感测信号，该数值对应该电动产品目前状态；

一个保护感测模块，预存一个预设值，且电连接于该产品感测器以接收该产品感测信号，并将该数值与该预设值进行比较以判断该电动产品处于一个正常状态或一个异常状态，且输出一个指示该正常状态或该异常状态的状态信号；及

一个高压安全控制模块，电连接于该主开关及每一个电池单元，且电连接于该保护感测模块以接收该状态信号，并根据该状态信号来使该主开关处于导通或不导通，使每一个电池单元处于导通或不导通；

当该状态信号指示该异常状态，则该高压安全控制模块使每一电池单元处于不导通，而使该电池装置不供电至该负载。

8.根据权利要求7所述的电动产品，其特征在于当该状态信号指示该异常状态，则该高压安全控制模块还使该主开关处于不导通，而使该电池装置不供电至该负载。

9.根据权利要求7所述的电动产品，其特征在于：

每一个电池单元根据自身处于一个正常状态或一个故障状态来输出一个指示该正常状态或该故障状态的电池感测信号；

该高压安全控制模块还接收来自每一个电池单元的该电池感测信号，并根据该电池感测信号来使该主开关处于导通或不导通，使每一个电池单元处于导通或不导通；

当该电池感测信号指示该故障状态，则该高压安全控制模块使该主开关处于不导通，使每一个电池单元处于不导通，而使该电池装置不供电至该负载。

10.根据权利要求9所述的电动产品，其特征在于每一个电池单元具有：

一个电池；

一个隔离开关，与该电池串联，且受该高压安全控制模块控制而操作于导通或不导通；及

一个电池感测器，用于检测该电池的状态，并产生该电池感测信号。

11.根据权利要求7所述的电动产品，其特征在于该高压安全保护装置还具有：

一个高压安全模块启动开关，具有一个接收一个偏压的第一端、一个电连接于该高压安全控制模块的第二端，及一个接收一个启动信号的控制端，且根据该启动信号而使该高压安全模块启动开关处于导通与不导通来对应传递或不传递该偏压到该高压安全控制模块；及

一个负载驱动器，电连接于该高压安全控制模块，并用于提供一个致能信号到该高压安全控制模块。

12.根据权利要求11所述的电动产品，其特征在于该高压安全控制模块具有一个逻辑单元及一个微控制器，该逻辑单元电连接该微控制器、该保护感测模块及该高压安全模块启动开关以接收该致能信号、该状态信号，该微控制器电连接该逻辑单元、该主开关及每一个电池单元；

当该逻辑单元接收到该致能信号及该偏压其中之一，且该状态信号指示该正常状态，则输出一个正常运转信号至该微控制器，使该微控制器控制该主开关及每一个电池单元导通。

13.一种高压安全保护装置，适用于控制一个电池装置供电或不供电至一个电动产品的一个负载，该电池装置包含多个串联的电池单元和一个主开关，每一电池单元受控制而操作于导通或不导通，该主开关电连接于该多个串联的电池单元与该负载间，且受控制而操作于导通或不导通，其特征在于该高压安全保护装置包含：

一个产品感测器，用于检测该电动产品的目前状态，并输出一个具有一个数值的产品感测信号，该数值对应该电动产品目前状态；

一个保护感测模块，预存一个具有一个预设值的状态表，且电连接于该产品感测器以接收该产品感测信号，并将该数值与该预设值进行比较以判断该电动产品处于一个正常状态或一个异常状态，且输出一个指示该正常状态或该异常状态的状态信号；及

一个高压安全控制模块，电连接于该主开关及每一个电池单元，且电连接于该保护感测模块以接收该状态信号，并根据该状态信号来使该主开关处于导通或不导通，使每一个电池单元处于导通或不导通；

当该状态信号指示该异常状态，则该高压安全控制模块使每一个电池单元处于不导通，而使该电池装置不供电至该负载。

14.根据权利要求13所述的高压安全保护装置，其特征在于当该状态信号指示该异常状态，则该高压安全控制模块还使该主开关处于不导通，而使该电池装置不供电至该负载。

15.根据权利要求13所述的高压安全保护装置，其特征在于还包含：

一个高压安全模块启动开关，包括一个接收一偏压的第一端、一个电连接于该高压安全控制模块的第二端，及一个接收一个启动信号的控制端，且根据该启动信号而使该高压安全模块启动开关处于导通与不导通来对应传递或不传递该偏压到该高压安全控制模块。

16.根据权利要求15所述的高压安全保护装置，其特征在于该高压安全控制模块包括一个逻辑单元及一个微控制器，该逻辑单元电连接该微控制器、该保护感测模块及该高压安全模块启动开关以接收一致能信号、该状态信号，该微控制器电连接该逻辑单元、该主开关及每一个电池单元；

当该逻辑单元接收到该致能信号及该偏压其中之一，且该状态信号指示该正常状态，则输出一个正常运转信号至该微控制器，该微控制器接收到该正常运转信号时控制该主开关及每一个电池单元导通。