CN104253415A - 一种具有多重保护功能的电池保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有多重保护功能的电池保护系统。它包括设置在电池箱内的电池组，所述电池组包括若干个单体电池，还包括中央处理单元、报警模块、设置在电池箱内的水浸传感器、设置在电池箱内相邻单体电池之间的压力传感器以及设置在每个单体电池上的温度传感器，所述中央处理单元分别与电池组、报警模块、水浸传感器、压力传感器和温度传感器电连接。本发明在电池组进水、单体电池鼓包或单体电池严重发热时，能够发出报警，提醒用户及时检修，保护电池组。
Description
技术领域
本发明涉及电动车电池保护技术领域，尤其涉及一种具有多重保护功能的电池保护系统。
背景技术
目前，电动车内的电池组都有安装电池保护系统，但保护系统只具有对电池组的过充、过放、短路、过流等基本的保护功能，在使用过程中，电池组除了会发生过充、过放、短路、过流之外，往往还会发生很多其它的异常，如电池组进水、单体电池鼓包、单体电池严重发热等诸多安全类的问题，目前使用的保护系统基本都没有涉及以上提及的几种电池安全问题的保护。
中国专利公开号CN101207276，公开日2008年6月25日，发明的名称为串联锂电池保护系统，该申请案公开了一种串联锂电池保护系统，它包括电压检测电路和开关电路，还包括可编程器件，可编程器件控制电压检测电路对串联锂电池的电芯电压进行检测，并根据检测到的电芯电压控制开关电路动作，当充电到大于过充保护值时，关断充电回路；当放电到小于过放保护值时，关断放电回路；所述可编程器件可对过充或过放保护值进行修改。其不足之处是，该保护系统不能检测电池组进水、单体电池鼓包、单体电池严重发热这类问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有电池保护系统对于电池组进水、单体电池鼓包、单体电池严重发热这类情况不能提供保护的技术问题，提供了一种具有多重保护功能的电池保护系统，其在电池组进水、单体电池鼓包或单体电池严重发热时，能够发出报警，提醒用户及时检修，保护电池组。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的一种具有多重保护功能的电池保护系统，包括设置在电池箱内的电池组，所述电池组包括若干个单体电池，还包括中央处理单元、报警模块、设置在电池箱内的水浸传感器、设置在电池箱内相邻单体电池之间的压力传感器以及设置在每个单体电池上的温度传感器，所述中央处理单元分别与电池组、报警模块、水浸传感器、压力传感器和温度传感器电连接。
在本技术方案中，水浸传感器检测电池箱内是否进水，当电池箱内进水时，中央处理单元控制报警模块发出报警。压力传感器可采陶瓷电容式压力传感器，型号为CCPS18，相邻单体电池之间都安装有一个压力传感器，压力传感器监测相邻单体电池之间的压力，并将其发送到中央处理单元，当检测的压力值大于预设值时，中央处理单元判断单体电池鼓包，并控制报警模块发出报警。温度传感器检测其所在单体电池上的温度，并将其发送到中央处理单元，如果某个单体电池温度超过设定值，则中央处理单元判断该单体严重发热，并控制报警模块发出报警。
作为优选，所述一种具有多重保护功能的电池保护系统还包括单体电池电压输入接口、单体电池电压采集电路和开关模块，所述单体电池通过单体电池电压输入接口与单体电池电压采集电路电连接，所述单体电池电压采集电路与中央处理单元电连接，所述电池组、开关模块和负载串联成一个回路，所述开关模块的控制端与中央处理单元电连接。
单体电池电压输入接口采用间距2.54mm的接插件，电池组内的单体电池都通过单体电池电压输入接口与单体电池电压采集电路电连接。单体电池电压采集电路采集每个单体电池的电压，并将这些电压数据发送给中央处理单元。中央处理单元对这些电压数据进行处理，当电池组内的所有单体电池的电压都小于过充电电压限值V1且大于过放电电压限值V2时，中央处理单元控制开关模块导通，电池组可充放电；当有单体电池的电压大于等于过充电电压限值V1或单体电池的电压小于等于过放电电压限值V2时，中央处理单元控制开关模块断开，停止充放电。当电池组进水、单体电池鼓包或单体电池严重发热时，中央处理单元控制开关模块断开，停止充放电。
作为优选，所述一种具有多重保护功能的电池保护系统还包括电流检测模块，所述电池组、电流检测模块、开关模块和负载串联成一个回路，所述电流检测模块的数据输出端与中央处理单元电连接。电流检测模块为采样电阻，采样电阻可采用康铜丝或功率电阻，当流过一定电流时则在采样电阻的两端就会产生一定的电压，中央处理单元通过检测采样电阻电压大小判别电池组是否过流或短路，并通过控制开关模块的通断实现对电池组的保护。
作为优选，所述开关模块包括第一MOS管和第二MOS管，所述电池组正极与负载正极电连接，所述电池组负极与电流检测模块一端电连接，电流检测模块另一端与第一MOS管的源极电连接，所述第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极电连接，所述第二MOS管的源极与负载负极电连接，所述中央处理单元分别与第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极电连接。
单体电池电压采集电路采集每个单体电池的电压，并将这些电压数据发送给中央处理单元，中央处理单元对这些电压数据进行处理，当电池组内的所有单体电池的电压都小于过充电电压限值V1且大于过放电电压限值V2时，中央处理单元控制第一MOS管和第二MOS管都导通，电池组可充放电；当有单体电池的电压大于等于过充电电压限值V1时，中央处理单元控制第一MOS管断开，停止充电；当有单体电池的电压小于等于过放电电压限值V2时，中央处理单元控制第二MOS管断开，停止放电。
作为优选，所述一种具有多重保护功能的电池保护系统还包括设置在电池箱内的烟雾传感器，所述烟雾传感器与中央处理单元电连接。烟雾传感器可以采用MQ-2实现，烟雾传感器检测烟雾浓度，并将其发送到中央处理单元，当烟雾浓度大于设定值时，中央处理单元判断电池组着火，并控制报警模块发出报警。
作为优选，所述的一种具有多重保护功能的电池保护系统还包括电源管理电路，所述电源管理电路的两个输入端分别与电池组的正极和负极电连接，所述电源管理电路的输出端分别与中央处理单元、报警模块、烟雾传感器、水浸传感器、压力传感器、温度传感器和单体电池电压采集电路电连接。
作为优选，所述报警模块包括发光二极管D、扬声器、电阻R1、电阻R2和三极管Q，所述中央处理单元与电阻R1一端电连接，电阻R1另一端与三极管Q的基极电连接，三极管Q的发射极接地，三极管Q的集电极与发光二极管D的阴极和扬声器的负极电连接，发光二极管D的阳极与电阻R2一端电连接，电阻R2另一端与扬声器正极和电源管理电路的正极输出端电连接。
作为优选，所述电池箱底部设有空腔，所述电池箱侧壁设有若干个出气孔，所述空腔通过出气管路与出气孔连通，所述空腔内设有存储有硫酸铝溶液的第一储液包和存储有碳酸氢钠溶液的第二储液包，所述空腔内还设有安装有若干个刀片的转轴以及驱动转轴转动的驱动电机，所述驱动电机与中央处理单元电连接。当烟雾传感器检测到电池组着火时，中央处理单元控制驱动电机工作，驱动电机带动转轴转动，转轴上的刀片将第一储液包和第二储液包割破，硫酸铝溶液和碳酸氢钠溶液接触产生化学反应，产生大量二氧化碳气体，刀片转动还起搅拌作用，加速化学反应，产生的二氧化碳从出气孔排出，充满电池箱内空间，将火扑灭。
本发明的实质性效果是：(1)在电池组进水、单体电池鼓包、单体电池严重发热或单体电池着火时，能够切断电池组的工作回路，同时发出报警，提醒用户及时检修，保护电池组。(2)在电池组着火时能够自动灭火。
附图说明
图1是本发明的一种电路原理连接框图；
图2是报警模块的电路原理图；
图3是电池箱的结构示意图；
图4是电池箱底部空腔的结构示意图。
图中：1、中央处理单元，2、电池组，3、报警模块，4、水浸传感器，5、压力传感器，6、温度传感器，7、单体电池电压输入接口，8、单体电池电压采集电路，9、开关模块，10、电流检测模块，11、第一MOS管，12、第二MOS管，13、烟雾传感器，14、电源管理电路，15、扬声器，16、驱动电机，17、负载，18、空腔，19、第一储液包，20、第二储液包，21、转轴，22、刀片，23、电池箱，24、出气孔。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本发明的一种具有多重保护功能的电池保护系统，如图1所示，包括设置在电池箱23内的电池组2，电池组2包括若干个单体电池，还包括中央处理单元1、报警模块3、单体电池电压输入接口7、单体电池电压采集电路8、开关模块9、电流检测模块10、电源管理电路14、设置在电池箱23内的水浸传感器4、设置在电池箱23内相邻单体电池之间的压力传感器5、设置在每个单体电池上的温度传感器6以及设置在电池箱23内的烟雾传感器13。
中央处理单元1分别与报警模块3、水浸传感器4、压力传感器5、温度传感器6、单体电池电压采集电路8和烟雾传感器13电连接。单体电池通过单体电池电压输入接口7与单体电池电压采集电路8电连接，单体电池电压采集电路8与中央处理单元1电连接，电池组2、电流检测模块10、开关模块9和负载17串联成一个回路，开关模块9的控制端和电流检测模块10的数据输出端分别与中央处理单元1电连接。
电源管理电路14的两个输入端分别与电池组2的正极和负极电连接，电源管理电路14的输出端分别与中央处理单元1、报警模块3、烟雾传感器13、水浸传感器4、压力传感器5、温度传感器6和单体电池电压采集电路8电连接。电源管理电路14将电池组2输入的电压转换成各个电子元器件的工作电压，并给这些电子元器件供电。
如图2所示，报警模块3包括发光二极管D、扬声器、电阻R1、电阻R2和三极管Q，中央处理单元1与电阻R1一端电连接，电阻R1另一端与三极管Q的基极电连接，三极管Q的发射极接地，三极管Q的集电极与发光二极管D的阴极和扬声器的负极电连接，发光二极管D的阳极与电阻R2一端电连接，电阻R2另一端与扬声器15正极和电源管理电路14的正极输出端电连接。报警模块3能够发出声光报警。
开关模块9包括第一MOS管11和第二MOS管12，电池组2正极与负载17正极电连接，电池组2负极与电流检测模块10一端电连接，电流检测模块10另一端与第一MOS管11的源极电连接，第一MOS管11的漏极与第二MOS管12的漏极电连接，第二MOS管12的源极与负载17负极电连接，中央处理单元1分别与第一MOS管11的栅极和第二MOS管12的栅极电连接。
水浸传感器4安装于电池箱底部，可以采用电阻实现，当电池箱内进水时，电阻接触水，阻值发生变化，中央处理单元1判断电池组2进水，控制开关模块9断开，停止充放电，报警模块3发出报警；压力传感器5可采陶瓷电容式压力传感器，型号为CCPS18，相邻单体电池之间都安装有一个压力传感器5，压力传感器5监测相邻单体电池之间的压力，并将其发送到中央处理单元1，当检测的压力值大于预设值时，中央处理单元1判断单体电池鼓包，控制开关模块9断开，报警模块3发出报警；温度传感器6可采用NTC热敏电阻，检测其所在单体电池上的温度，并将其发送到中央处理单元1，如果某个单体电池温度超过80度，则中央处理单元1判断该单体严重发热，控制开关模块9断开，报警模块3发出报警；烟雾传感器13可以采用MQ-2实现，烟雾传感器13检测烟雾浓度，并将其发送到中央处理单元1，当烟雾浓度大于设定值时，中央处理单元1判断电池组着火，控制开关模块9断开，报警模块3发出报警。
单体电池电压输入接口7采用间距2.54mm的接插件，电池组2内的单体电池都通过单体电池电压输入接口7与单体电池电压采集电路8电连接。单体电池电压采集电路8可采用OZ9355芯片，OZ9355芯片通过电压检测接口采集每个单体电池的电压，并将这些电压数据发送给中央处理单元1。中央处理单元1对这些电压数据进行处理，当电池组2内的所有单体电池的电压都小于过充电电压限值V1且大于过放电电压限值V2时，中央处理单元1控制第一MOS管11和第二MOS管12都导通，电池组2可充放电；当有单体电池的电压大于等于过充电电压限值V1时，中央处理单元1控制第一MOS管11断开，停止充电；当有单体电池的电压小于等于过放电电压限值V2时，中央处理单元1控制第二MOS管12断开，停止放电。
电流检测模块10为采样电阻，采样电阻可采用康铜丝或功率电阻，当流过一定电流时则在采样电阻的两端就会产生一定的电压，中央处理单元1通过检测采样电阻电压大小判别电池组2是否过流或短路，并通过控制开关模块9的通断实现对电池组2的保护。
如图3、图4所示，电池箱23底部设有空腔18，电池箱23侧壁设有若干个出气孔24，空腔18通过出气管路与出气孔连通，空腔18内设有存储有硫酸铝溶液的第一储液包19和存储有碳酸氢钠溶液的第二储液包20，空腔18内还设有安装有两个刀片的转轴21以及驱动转轴21转动的驱动电机16，驱动电机16分别与中央处理单元1和电源管理电路14电连接。当烟雾传感器13检测到烟雾浓度大于设定值时，中央处理单元1判断电池组2着火，中央处理单元1控制驱动电机16工作，驱动电机16带动转轴21转动，转轴21上的刀片22将第一储液包19和第二储液包20割破，硫酸铝溶液和碳酸氢钠溶液接触产生化学反应，Al2(SO4)3+6NaHCO3＝＝3Na2SO4+2Al(OH)3↓+6CO2↑，产生大量二氧化碳气体，刀片22转动还起搅拌作用，加速化学反应，产生的二氧化碳从出气孔排出，充满电池箱23内空间，将火扑灭。
Claims (8)
1.一种具有多重保护功能的电池保护系统，包括设置在电池箱(23)内的电池组(2)，所述电池组(2)包括若干个单体电池，其特征在于：还包括中央处理单元(1)、报警模块(3)、设置在电池箱(23)内的水浸传感器(4)、设置在电池箱(23)内相邻单体电池之间的压力传感器(5)以及设置在每个单体电池上的温度传感器(6)，所述中央处理单元(1)分别与电池组(2)、报警模块(3)、水浸传感器(4)、压力传感器(5)和温度传感器(6)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有多重保护功能的电池保护系统，其特征在于：还包括单体电池电压输入接口(7)、单体电池电压采集电路(8)和开关模块(9)，所述单体电池通过单体电池电压输入接口(7)与单体电池电压采集电路(8)电连接，所述单体电池电压采集电路(8)与中央处理单元(1)电连接，所述电池组(2)、开关模块(9)和负载(17)串联成一个回路，所述开关模块(9)的控制端与中央处理单元(1)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种具有多重保护功能的电池保护系统，其特征在于：还包括电流检测模块(10)，所述电池组(2)、电流检测模块(10)、开关模块(9)和负载(17)串联成一个回路，所述电流检测模块(10)的数据输出端与中央处理单元(1)电连接。
4.根据权利要求3所述的一种具有多重保护功能的电池保护系统，其特征在于：所述开关模块(9)包括第一MOS管(11)和第二MOS管(12)，所述电池组(2)正极与负载(17)正极电连接，所述电池组(2)负极与电流检测模块(10)一端电连接，电流检测模块(10)另一端与第一MOS管(11)的源极电连接，所述第一MOS管(11)的漏极与第二MOS管(12)的漏极电连接，所述第二MOS管(12)的源极与负载(17)负极电连接，所述中央处理单元(1)分别与第一MOS管(11)的栅极和第二MOS管(12)的栅极电连接。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种具有多重保护功能的电池保护系统，其特征在于：还包括设置在电池箱(23)内的烟雾传感器(13)，所述烟雾传感器(13)与中央处理单元(1)电连接。
6.根据权利要求5所述的一种具有多重保护功能的电池保护系统，其特征在于：还包括电源管理电路(14)，所述电源管理电路(14)的两个输入端分别与电池组(2)的正极和负极电连接，所述电源管理电路(14)的输出端分别与中央处理单元(1)、报警模块(3)、烟雾传感器(13)、水浸传感器(4)、压力传感器(5)、温度传感器(6)和单体电池电压采集电路(8)电连接。
7.根据权利要求6所述的一种具有多重保护功能的电池保护系统，其特征在于：所述报警模块(3)包括发光二极管D、扬声器(15)、电阻R1、电阻R2和三极管Q，所述中央处理单元(1)与电阻R1一端电连接，电阻R1另一端与三极管Q的基极电连接，三极管Q的发射极接地，三极管Q的集电极与发光二极管D的阴极和扬声器(15)的负极电连接，发光二极管D的阳极与电阻R2一端电连接，电阻R2另一端与扬声器(15)正极和电源管理电路(14)的正极输出端电连接。
8.根据权利要求5所述的一种具有多重保护功能的电池保护系统，其特征在于：所述电池箱(23)底部设有空腔(18)，所述电池箱(23)侧壁设有若干个出气孔(24)，所述空腔(18)通过出气管路与出气孔(24)连通，所述空腔(18)内设有存储有硫酸铝溶液的第一储液包(19)和存储有碳酸氢钠溶液的第二储液包(20)，所述空腔(18)内还设有安装有若干个刀片(22)的转轴(21)以及驱动转轴(21)转动的驱动电机(16)，所述驱动电机(16)与中央处理单元(1)电连接。
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