CN104037736A - 锂离子电源系统的故障检测和保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电源系统的故障检测和保护装置，包括故障综合管理模块、电池故障采集/保护模块、电池连接控制和气压检测模块、上位机模块、充电器故障诊断模块、以及故障显示模块，故障综合管理模块与各个模块均相连，其中充电器故障诊断模块和故障综合管理模块各带一个CAN接口芯片，通过CAN通信方式连接，故障综合管理模块和上位机模块通过RS232连接，电池连接控制和气压检测模块与电池故障采集/保护模块相连接，电池故障采集/保护模块与充电器故障诊断模块相连接。为一种多级故障诊断和保护装置，保护电池同时保证电池电源系统各个模块之间的正常、协调运行，提高锂离子电源系统运行的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池电源保护装置，特别涉及一种锂离子电源系统的故障检测和保护装置。
背景技术
鉴于电压及功率的需求，在某些锂电池应用领域，需要将多个锂电池串联起来形成锂电池组以获取较高的功率。在它们串联形成高压电池组后,这些电池组会因充放电、电池温度等因素出现组间的不平衡或故障现象,如果出现这种情况后不及时对电池组进行修复和维护,将会影响这些电池组的工作效率和使用寿命,使整个系统的电量减少,大大影响电池系统的效能,从而影响整体性能和安全。
电池组在长时间运行过程中，还会因为各种原因而出现绝缘、过压、过流等问题。为解决这些问题，电池组及其外围充、放电模块的安全状态监测就显得尤为重要，同时也有必要在电源系统工作时对系统的各个模块进行实时的检测和健康状态评价，及时发现系统故障，以避免严重事故的发生，提升电源系统的可靠性，确保电源系统是否处于正常、协调的工作状态。因此面向锂离子电源系统的多级故障诊断和应急保护装置尤为重要。
发明内容
本发明是针对多个锂电池组成电源在使用时容易产生安全的问题，提出了一种锂离子电源系统的故障检测和保护装置，为一种多级故障诊断和保护装置，以保证电池电源系统各个模块之间的正常、协调运行，提高锂离子电源系统运行的安全性和可靠性。
本发明的技术方案为：一种锂离子电源系统的故障检测和保护装置，包括故障综合管理模块、电池故障采集/保护模块、电池连接控制和气压检测模块、上位机模块、充电器故障诊断模块、以及故障显示模块，故障综合管理模块与各个模块均相连，其中充电器故障诊断模块和故障综合管理模块各带一个CAN接口芯片，通过CAN通信方式连接，故障综合管理模块和上位机模块通过RS232连接，电池连接控制和气压检测模块与电池故障采集/保护模块相连接，电池故障采集/保护模块与充电器故障诊断模块相连接。
所述电池连接控制和气压检测模块包含气体压力检测单元、锂电池组和电池连接开关阵列，气体压力检测单元检测密封电池包装结构内部气体压力，锂电池组通过电池连接开关阵列接电池故障采集单元，电池故障采集单元同时采集气体压力检测单元信号，故障综合管理模块输出控制信号控制电池连接开关阵列。
所述故障综合管理模块包含故障评价和分级单元、故障综合单元、执行器驱动单元、模块互联诊断单元和电池连接控制单元，模块互联诊断单元将故障综合管理模块与其他模块连接情况送故障评价和分级单元，故障评价和分级单元接收电池故障采集单元、充电器故障诊断模块、上位机模块的信息，故障评价和分级单元输出到故障综合单元，故障综合单元输出数据到故障显示模块显示，故障综合单元输出控制信号通过电池连接控制单元到电池连接控制和气压检测模块中的电池连接开关阵列，故障综合单元输出控制信号通过执行器驱动单元到电池故障采集/保护模块。
所述电池故障采集/保护模块包括电池故障采集单元、关键点温升监控单元和电池故障保护单元，电池故障保护单元包括放大回路电子开关和充电回路电子开关，关键点温升监控单元采集温度信号送电池故障采集单元，充电回路电子开关信号送电池故障采集单元，电池故障采集单元输出控制信号到放电回路电子开关。
本发明的有益效果在于：本发明一种锂离子电源系统的故障检测和保护装置，对电池的各保护参数进行三级梯度设置，进行三级系统故障分类与管理，实现实时、可靠、多级电池保护，提升锂电池电源系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明锂离子电源系统的故障检测和保护装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示锂离子电源系统的故障检测和保护装置结构示意图，包括故障综合管理模块、电池故障采集/保护模块、电池连接控制和气压检测模块、上位机模块、充电器故障诊断模块、以及故障显示模块，故障综合管理模块与其它模块均相连，电池连接控制和气压检测模块与电池故障采集/保护模块相连接，电池故障采集/保护模块也与充电器故障诊断模块相连接。
电池连接控制和气压检测模块，其包含气体压力检测单元、锂电池组和电池连接开关阵列；气体压力检测单元能够检测在密封电池包装结构中内部气体压力的异常。锂电池组通过电池连接开关阵列接电池故障采集单元，电池故障采集单元同时采集气体压力检测单元信号，故障综合管理模块输出控制信号控制电池连接开关阵列。
故障综合管理模块，其包含故障评价和分级单元、故障综合单元、执行器驱动单元、模块互联诊断单元和电池连接控制单元，故障评价和分级单元能够对锂离子电源系统的故障进行评价和分级，分为一般等级故障、较严重等级故障和最严重等级故障三个等级。
故障评价和分级单元，其能够接受上位机模块的三级梯度保护参数设置，改变系统的故障评价和分级标准，来适应电源系统不同健康状态、不同生命周期下故障区别保护的需要。
当系统发生较严重故障时，故障综合管理模块中，所述的故障综合单元，通过判断故障回路和执行驱动单元状态，驱动电池故障采集/保护模块电池故障保护单元，使得保护单元中的充电回路电子开关和放电回路电子开关关闭相应回路。
电池连接控制和气压检测模块中，当故障综合管理模块中的故障评价和分级单元中有最严重等级故障时，所述的电池连接开关阵列，其能够切断电池组单体电池间及电池组与外部模块的所有连接。
所述的充电器故障诊断模块，其与故障综合管理模块和电池故障采集/保护模块相连接，当充电器故障诊断模块向故障综合管理模块的故障评价和分级单元发送故障信息时，将触发较严重等级故障保护。
如果系统发生硬复位及所有等级故障得到排除，电池组单体电池间及电池组与外部模块的持续连接才可恢复。
模块互联诊断单元，其能够根据上位机模块设定的时间间隔检测系统互联状态，当系统有模块未连接时，将触发故障评价和分级单元的最严重等级故障。
当发生一般故障时，故障综合管理模块将驱动故障显示模块，显示故障的类型和等级，当发生较严重等级故障时，故障状态同样会在故障显示模块得以详尽的显示，但故障综合管理模块会通过执行器驱动单元，切断相应的故障回路和电池组的连接。当故障等级恢复至一般故障等级或消除时，对应回路会得以恢复连接。若处于最严重故障等级，电池连接控制单元会驱动电池连接控制和气压检测模块的电池连接开关阵列，切断电池组单体电池间及电池组与外围所有模块的连接，并且不可被故障等级的降低软恢复。
具体实施的过程中，电池连接控制和气压检测模块、电池故障采集/保护模块、故障综合管理模块各实化为一块电路板，故障显示模块则实化为TFT LCD屏、上位机模块实化为带有电池故障检测和保护专用软件的PC机。
电池连接控制和气压检测板上串联于电池导线上的MOS开关阵列，电池组和电池故障采集/保护板建立连接。电池故障采集/保护板按照设定的时间间隔不停地读取锂电池组的电压、电流、温度、电池组密封结构中的气压、及自身关键点的温度等参数信息。并通过CAN接口芯片向故障综合管里模块发送故障采集信息，故障综合管理模块通过CAN接口芯片接收电池故障采集/保护板发送来的故障信息，并与上位机设定的阈值进行比较，实时对故障信息进行评价和分级，评价和分级完成后进行故障综合流程，故障综合负责将故障信息显示和故障响应。具体的由故障综合管理模块驱动TFTLCD屏，并显示系统实时故障信息，当系统发生较高等级故障时，通过故障综合管理模块的I/0口驱动连接于其上的MOS管，关闭位于电池故障采集/保护板上的继电器，切断电池和负载或者充电器的电力连接。此外电池综合管理板还通过分析其它电路板上的电池故障信息判断电源系统的各个模块是否正常的连接在一起，当检测到有模块离线时，将通过电池综合管理板I/O口关闭位于电池连接控制和气压检测板上的MOS开关阵列。
电池综合管理板和上位机模块之间通过RS232连接。电池综合管理板上采用MAX232芯片作为接口芯片，充电器故障诊断模块和电池综合管理板之间采用CAN通信方式，两块电路板上需要各放置一个CAN接口芯片。
Claims (4)
1.一种锂离子电源系统的故障检测和保护装置，其特征在于，包括故障综合管理模块、电池故障采集/保护模块、电池连接控制和气压检测模块、上位机模块、充电器故障诊断模块、以及故障显示模块，故障综合管理模块与各个模块均相连，其中充电器故障诊断模块和故障综合管理模块各带一个CAN接口芯片，通过CAN通信方式连接，故障综合管理模块和上位机模块通过RS232连接，电池连接控制和气压检测模块与电池故障采集/保护模块相连接，电池故障采集/保护模块与充电器故障诊断模块相连接。
2.根据权利要求1所述锂离子电源系统的故障检测和保护装置，其特征在于，所述电池连接控制和气压检测模块包含气体压力检测单元、锂电池组和电池连接开关阵列，气体压力检测单元检测密封电池包装结构内部气体压力，锂电池组通过电池连接开关阵列接电池故障采集单元，电池故障采集单元同时采集气体压力检测单元信号，故障综合管理模块输出控制信号控制电池连接开关阵列。
3.根据权利要求2所述锂离子电源系统的故障检测和保护装置，其特征在于，所述故障综合管理模块包含故障评价和分级单元、故障综合单元、执行器驱动单元、模块互联诊断单元和电池连接控制单元，模块互联诊断单元将故障综合管理模块与其他模块连接情况送故障评价和分级单元，故障评价和分级单元接收电池故障采集单元、充电器故障诊断模块、上位机模块的信息，故障评价和分级单元输出到故障综合单元，故障综合单元输出数据到故障显示模块显示，故障综合单元输出控制信号通过电池连接控制单元到电池连接控制和气压检测模块中的电池连接开关阵列，故障综合单元输出控制信号通过执行器驱动单元到电池故障采集/保护模块。
4.根据权利要求3所述锂离子电源系统的故障检测和保护装置，其特征在于，所述电池故障采集/保护模块包括电池故障采集单元、关键点温升监控单元和电池故障保护单元，电池故障保护单元包括放大回路电子开关和充电回路电子开关，关键点温升监控单元采集温度信号送电池故障采集单元，充电回路电子开关信号送电池故障采集单元，电池故障采集单元输出控制信号到放电回路电子开关。
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