CN104037879B - 蓄电池组及其保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蓄电池组保护装置及其包括该蓄电池组保护装置的蓄电池组，蓄电池组保护装置包括MCU、正极开关组、负极开关组、热敏电阻以及温度检测装置，正极开关组和负极开关组中均包括有多个开关，热敏电阻与每一个蓄电池单体串联，本发明蓄电池组保护装置一方面能够防止电路中电流突变，避免电路中电流过大烧坏电路中的器件，另一方面，当某个蓄电池单体出现异常时，能够停止接入异常蓄电池单体，并选取合适的蓄电池组继续为负载供电，确保负载在一定时间内继续工作。

Description

蓄电池组及其保护装置
技术领域
本发明涉及蓄电池技术领域，特别是涉及蓄电池组及其保护装置。
背景技术
石油、天然气等不可再生资源将在未来发生短缺，这是不可避免的损失。同时，石油与天然气的使用会产生环境污染，造成更大的损失。因此，许多人们尝试以太阳能、风力、水力等天然动力，以及使用干净无污染的电能作为替代能源。因此，电动交通工具日渐崛起，但技术上的挑战亦随之而来。对于以往的电机，若要顺利推动车辆运行，需要依赖大量电能来驱动；因此，推动车辆所需的电池组，往往是由数百甚至上千颗电池芯，彼此串联与并联成为阵列，藉由大量的电池芯彼此串联来提高电压，由彼此并联来增大电流，如此架构而成，形成非常复杂的串-并结构的电池组。然而，电池芯本身有使用寿命，在数百/千颗电池芯的电池阵列中，一旦其中一颗电池芯损坏而造成了短路，短路电阻会低于其他回路，所有与其并联电池芯的电流将倒流到短路的支路，依照目前锂电池组的结构，极易引发燃烧，甚至爆炸，严重影响了电动交通工具的可靠性与安全性。因此，如何在部分电池芯出问题时，确保整体电池的安全性与可靠性，提高电池组的安全系数，对于电动交通工具的可靠性与安全性非常重要。
为了解决上述问题，目前采用的一般方法是，加设一个电路保险丝，当电池短路时，大量电流会使保险丝率先过热熔断，来保障整个电池组不至于受损。但是，由于其保险丝皆位于电池彼此并联处，当某一电池芯损坏短路时，仅能将其与相邻的并联电池芯脱离，相反地，位于上下游的串联电池芯仍然持续将电流灌入已损坏电池芯。跨越损坏电池芯的上、下游共三颗电池芯，正负两端间将仅存在有两颗电池芯的电压差，相较之下，相邻的其余并联者，每三颗电池芯的两端之间，都具有三颗电池芯的电压差。因此，即使该电池芯已经与左右方电池芯脱离，但左右的其余串联电池仍将透过损坏电池芯的上下游，继续将大电流强制灌入该串电池芯，将其上游与下游的两颗电池芯一并报销，直到该串电池芯全数报废为止。
可见现有解决蓄电池组保护装置/方法并不能全面保护好蓄电池，这样严重影响利用蓄电池作为能源的设备正常工作和安全。
发明内容
基于此，有必要针对现有蓄电池组保护装置无法全面保护好蓄电池，确保蓄电正常工作的问题，提供一种能够全面保护好蓄电池的蓄电池组保护装置。
一种蓄电池组保护装置，包括MCU、正极开关组、负极开关组、热敏电阻以及温度检测装置，所述正极开关组和所述负极开关组均包括多个开关，所述开关包括控制端、第一端和第二端；
所述正极开关组中开关的控制端与所述MCU连接，所述正极开关组中开关的第一端分别与待保护蓄电池组中蓄电池单体的正极连接，所述正极开关组中开关的第二端连接外部设备一端，所述负极开关组中开关的控制端与所述MCU连接，所述负极开关组中开关的第一端分别与待保护蓄电池组中蓄电池单体的负极连接，所述负极开关组中开关的第二端与外部设备的另一端连接，所述热敏电阻分别与待保护蓄电池组中蓄电池单体串联，所述温度检测装置分别与所述待保护蓄电池组的蓄电池以及所述MCU连接；
当待保护蓄电池组处于空闲时，所述MCU控制所述正极开关组和所述负极开组中各个开关，分别检测并记录待保护蓄电池组中每个蓄电池单体的电压值，当待保护蓄电池组处于工作状态时，所述温度检测装置检测蓄电单体的温度，当某个蓄电池单体的温度超过预设温度门限值时，发送温度报警信号至所述MCU，所述MCU控制所述正极开关组和所述负极开关组中各个开关，停止接入该蓄电池单体，所述MCU根据记录的待保护蓄电池组中每个蓄电池单体的电压值，比对温度超过预设温度门限值蓄电池单体两侧第一部分蓄电池组和第二部分蓄电池组的电压值大小，选取接入电压值较大的蓄电池组部分。
一种蓄电池组，包括相互连接的蓄电池组本体和如上述的蓄电池组保护装置，其中，所述电池组本体包括多个相互连接的蓄电池单体。
本发明蓄电池组保护装置，包括MCU、正极开关组、负极开关组、热敏电阻以及温度检测装置，正极开关组和负极开关组中均包括有多个开关，热敏电阻与每一个蓄电池单体串联，当待保护蓄电池组处于空闲时，MCU控制正极开关组和负极开组中各个开关，分别检测并记录待保护蓄电池组中每个蓄电池单体的电压值，当待保护蓄电池组处于工作状态时，温度检测装置检测待保护蓄电池组中蓄电池的温度，当有蓄电池单体的温度超过预设温度门限值时(蓄电池单体出现异常)，一方面，温度检测装置发送温度报警信号至MCU，MCU控制正极开关组和负极开关组中开关的闭合、断开状态，以停止接入该蓄电池单体，MCU根据记录的待保护蓄电池组中每个蓄电池单体的电压值，比对温度超过预设温度门限值蓄电池单体两侧蓄电池组的电压值大小，选取接入电压值较大的蓄电池组部分，为负载提供能源，另一方面，由于每个蓄电池单体均串联有热敏电阻，当蓄电池单体出现异常，温度突变时，热敏电阻的电阻值随着温度的升高而极度升高，从而抑制电路的中的电流突然变大，保护了整个电路。综上所示，本发明蓄电池组保护装置，一方面能够防止电路中电流突变，避免电路中电流过大烧坏电路中的器件，另一方面，当某个蓄电池单体出现异常时，能够停止接入异常蓄电池单体，并选取合适的蓄电池组继续为负载供电，确保负载在一定时间内继续工作。
附图说明
图1为本发明蓄电池组保护装置第一个实施例的结构示意图；
图2为本发明蓄电池组保护装置第二个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，一种蓄电池组保护装置，包括MCU100、正极开关组200、负极开关组300、热敏电阻400以及温度检测装置500，所述正极开关组200和所述负极开关组300均包括多个开关，所述开关包括控制端、第一端和第二端；
所述正极开关组200中开关的控制端与所述MCU100连接，所述正极开关组200中开关的第一端分别与待保护蓄电池组中蓄电池单体的正极连接，所述正极开关组200中开关的第二端连接外部设备一端连接，所述负极开关组300中开关的控制端与所述MCU100连接，所述负极开关组300中开关的第一端分别与待保护蓄电池组中蓄电池单体的负极连接，所述负极开关组300中开关的第二端与外部设备的另一端连接，所述热敏电阻400分别与待保护蓄电池组中蓄电池单体串联，所述温度检测装置500分别与所述待保护蓄电池组的蓄电池以及所述MCU100连接；
当待保护蓄电池组处于空闲时，所述MCU100控制所述正极开关组和所述负极开组中各个开关，分别检测并记录待保护蓄电池组中每个蓄电池单体的电压值，当待保护蓄电池组处于工作状态时，所述温度检测装置检测蓄电单体的温度，当某个蓄电池单体的温度超过预设温度门限值时，发送温度报警信号至所述MCU100，所述MCU100控制所述正极开关组和所述负极开关组中各个开关，停止接入该蓄电池单体，所述MCU100根据记录的待保护蓄电池组中每个蓄电池单体的电压值，比对温度超过预设温度门限值蓄电池单体两侧第一部分蓄电池组和第二部分蓄电池组的电压值大小，选取接入电压值较大的蓄电池组部分。
温度检测装置可以分别与单个蓄电池单体连接，检测单个蓄电池单体的温度，也可以与多个蓄电池单体组合而成的蓄电池包连接，检测蓄电池包的温度。
本发明蓄电池组保护装置，包括MCU、正极开关组、负极开关组、热敏电阻以及温度检测装置，正极开关组和负极开关组中均包括有多个开关，热敏电阻与每一个蓄电池单体串联，当待保护蓄电池组处于空闲时，MCU控制正极开关组和负极开组中各个开关，分别检测并记录待保护蓄电池组中每个蓄电池单体的电压值，当待保护蓄电池组处于工作状态时，温度检测装置检测待保护蓄电池组中每个蓄电池单体的温度，当有蓄电池单体的温度超过预设温度门限值时(蓄电池单体出现异常)，一方面，温度检测装置发送温度报警信号至MCU，MCU控制正极开关组和负极开关组中开关的闭合、断开状态，以停止接入该蓄电池单体，MCU根据记录的待保护蓄电池组中每个蓄电池单体的电压值，比对温度超过预设温度门限值蓄电池单体两侧蓄电池组的电压值大小，选取接入电压值较大的蓄电池组部分，为负载提供能源，另一方面，由于每个蓄电池单体均串联有热敏电阻，当蓄电池单体出现异常，温度突变时，热敏电阻的电阻值随着温度的升高而极度升高，从而抑制电路的中的电流突然变大，保护了整个电路。综上所示，本发明蓄电池组保护装置，一方面能够防止电路中电流突变，避免电路中电流过大烧坏电路中的器件，另一方面，当某个蓄电池单体出现异常时，能够停止接入异常蓄电池单体，并选取合适的蓄电池组继续为负载供电，确保负载在一定时间内继续工作。
为了进一步详细解释本发明蓄电池组保护装置的技术方案及其带来的有益效果，下面将结合图2并采用一实例进行说明。
如图2所示，待保护蓄电池组包括1-15号蓄电池单体，正极开关组设置有A1-A15号开关，负极开关组中设置有B1-B15号开关，1-15号蓄电池单体分别串联有热敏电阻。当待保护蓄电池组(1-15号蓄电池单体)处于空闲状态时，MCU控制A1-1A15以及B1-B15开关闭合或者断开分别检测1-15号蓄电池的电压值，并分别对应保存。当1-15号蓄电池工作时，假设，第2号蓄电池出现故障，温度检测装置检测到2号蓄电池温度超过预设温度门限值，则发出报警信号至MCU，MCU控制A1、A2、B1、B2开关断开，隔离2号蓄电池，先闭合A1和B1检测1号蓄电池的电压，再断开A1和B1，闭合A3和B15，MCU根据之前记录各个蓄电池单体电压值记录，判断2号蓄电池组两侧蓄电池组(1号蓄电池和3-15号蓄电池组)电压大小，选取其中电压值较大的部分(由于蓄电池在统一向外供电时是为几乎一个平稳耗能供电过程，所以可以近似的认为在相同时间内每个蓄电池消耗的电能是相同的，即在相同时间内每个蓄电池单体电压下降值是相同的)，显然3-15号蓄电池组电压值较大，则闭合A3和B15由3-15号蓄电池为外部负载供电，以确保负载在一定时间内正常工作。当1号蓄电池出现故障时，温度检测装置，检测1号蓄电池温度超过预设温度门限值，温度检测装置发送报警信号至MCU，MCU控制断开A1和B1，由于1号为第一个蓄电池，一侧是未接入蓄电池的所以其一侧的电压值为0，另一侧蓄电池组包括2-15号蓄电池，必然大于0，则选择接入2-15号蓄电池，为负载供电，闭合开关A2和B15由2-15号蓄电池为外部负载供电，以确保负载在一定时间内正常工作。与1号蓄电池对应还有15号蓄电池，其原理相似，在这就不赘述。
如图2所示，在其中一个实施例中，本发明蓄电池组保护装置还包括充放电控制装置600，所述充放电控制装置600的一端与所述正极开关组200连接，所述充放电控制装置600的另一端与外部设备连接，所述充放电控制装置600的控制端与所述MCU100连接。
充放电控制装置能够控制蓄电池的充放电，当蓄电池组外接设备为负载时，充放电控制装置，控制蓄电池组放电，为负载提成能源，当蓄电池组外接设备为电源，且蓄电池组电压较低时，控制蓄电池组充电，补充蓄电池组的电能。
如图2所示，在其中一个实施例中，所述充放电控制装置包括第一开关管620、第二开关管640、第一二极管660和第二二极管680，所述第一开关管620的输出端与外部设备连接，所述第一开关管620的控制端与所述MCU的一端连接，所述第一开关管620的输入端与所述第二开关管640的输入端连接，所述第二开关管640的控制端与所述MCU的另一端连接，所述第二开关管640的输出端与所述正极开关组连接，所述第一二极管660的正极与所述第一开关管620的输出端连接，所述第一二极管660的负极与所述第一开关管620的输入端连接，所述第二二极管680的负极与所述第二开关管640的输入端连接，所述第二二极管680的正极与所述第二开关管640的输出端连接。
在本实施例中，充放电控制装置包括第一、第二开关管以及第一、第二二极管，开关管和二极管都是性能稳定、成本低廉的电路元件，充放电控制装置包括开关管和二极管能够确保性能稳定的前提下，最大限度降低生成成本，有益于整个蓄电池组保护装置推广与应用。
如图2所示，在其中一个实施例中，所述蓄电池组保护装置还包括测量电阻700，所述测量电阻的一端分别与所述负极开关组的一端以及所述MCU的一端连接，所述测量电阻的另一端分别与外围设备以及所述MCU的另一端连接。
测量电阻用于MCU检测整个电路中的电流值。
在其中一个实施例中，所述蓄电池组保护装置还包括显示装置，所述显示装置与所述MCU连接。
显示装置能够显示正极、负极开关组中开关的闭合、断开情况以及各个蓄电池单体的温度、电压等参数，以便用户清楚了解当前蓄电池组保护装置以及蓄电池的状态。
在其中一个实施例中，所述显示装置为液晶显示屏。
液晶显示屏是一种性能良好的显示装置。
一种蓄电池组，包括相互连接的蓄电池组本体和如上述的蓄电池组保护装置，其中，所述电池组本体包括多个相互连接的蓄电池单体。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种蓄电池组保护装置，所述蓄电池组包括多个串联的蓄电池单体，其特征在于，包括MCU、正极开关组、负极开关组、多个热敏电阻以及温度检测装置，所述正极开关组和所述负极开关组均包括多个开关，所述开关包括控制端、第一端和第二端；
所述正极开关组中开关的控制端与所述MCU连接，所述正极开关组中开关的第一端分别与待保护蓄电池组中蓄电池单体的正极连接，所述正极开关组中开关的第二端连接外部设备一端，所述负极开关组中开关的控制端与所述MCU连接，所述负极开关组中开关的第一端分别与待保护蓄电池组中蓄电池单体的负极连接，所述负极开关组中开关的第二端与外部设备的另一端连接，所述热敏电阻分别与待保护蓄电池组中蓄电池单体串联，所述温度检测装置分别与所述待保护蓄电池组的蓄电池单体以及所述MCU连接；
当待保护蓄电池组处于空闲时，所述MCU控制所述正极开关组和所述负极开关组中各个开关，分别检测并记录待保护蓄电池组中每个蓄电池单体的电压值，当待保护蓄电池组处于工作状态时，所述温度检测装置检测蓄电池单体的温度，当某个蓄电池单体的温度超过预设温度门限值时，发送温度报警信号至所述MCU，所述MCU控制所述正极开关组和所述负极开关组中各个开关，停止接入该蓄电池单体，所述MCU根据记录的待保护蓄电池组中每个蓄电池单体的电压值，比对温度超过预设温度门限值蓄电池单体两侧第一部分蓄电池组和第二部分蓄电池组的电压值大小，选取接入电压值较大的蓄电池组部分。
2.根据权利要求1所述的蓄电池组保护装置，其特征在于，还包括充放电控制装置，所述充放电控制装置的一端与所述正极开关组连接，所述充放电控制装置的另一端与外部设备连接，所述充放电控制装置的控制端与所述MCU连接。
3.根据权利要求2所述的蓄电池组保护装置，其特征在于，所述充放电控制装置包括第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管，所述第一开关管的输出端与外部设备连接，所述第一开关管的控制端与所述MCU的一端连接，所述第一开关管的输入端与所述第二开关管的输入端连接，所述第二开关管的控制端与所述MCU的另一端连接，所述第二开关管的输出端与所述正极开关组连接，所述第一二极管的正极与所述第一开关管的输出端连接，所述第一二极管的负极与所述第一开关管的输入端连接，所述第二二极管的负极与所述第二开关管的输入端连接，所述第二二极管的正极与所述第二开关管的输出端连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的蓄电池组保护装置，其特征在于，还包括测量电阻，所述测量电阻的一端分别与所述负极开关组的一端以及所述MCU的一端连接，所述测量电阻的另一端分别与外部设备以及所述MCU的另一端连接。
5.根据权利要求1或2或3所述的蓄电池组保护装置，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置与所述MCU连接。
6.根据权利要求5所述的蓄电池组保护装置，其特征在于，所述显示装置为液晶显示屏。
7.一种蓄电池组，其特征在于，包括相互连接的蓄电池组本体和如权利要求1至6中任意一项所述的蓄电池组保护装置，其中，所述电池组本体包括多个相互连接的蓄电池单体。
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