CN106374588A - 一种高压锂电池包故障的安全管理系统 - Google Patents

一种高压锂电池包故障的安全管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压锂电池包故障的安全管理系统,包括:第一可控开关,第一可控开关的被控开关串联在电池组充电或放电回路中,用于控制电池充电或放电回路连通或断开;多个均衡控制板,每个均衡控制板包括:电压检测单元,用于检测电池两端的电压;第一连接开关,多个均衡控制板的第一连接开关串联;串联后的一端连接第一预设电压源,第一预设电压源用于控制第一可控开关的被控开关导通,串联后的另一端连接第一可控开关的控制端;控制单元,与电压检测单元连接,用于当均衡控制板上的电压检测单元检测到电池两端的电压大于第一预设电压时,控制均衡控制板上的第一连接开关断开。通过本发明,可以确保高压锂电池包充、放电的安全性。

Description

一种高压锂电池包故障的安全管理系统
技术领域
[0001] 本发明涉及高压锂电池技术领域,具体涉及一种高压锂电池包故障的安全管理系统。
背景技术
[0002]高压锂电池包广泛应用于电动自行车、电动轮椅等电动交通工具和电钻、切割机、割草机等电动工具。高压锂电池包是将多个锂电池并联或串联在一起,形成高电压给负载供电,其输出电压高达几十伏,甚至几百伏,在充电或使用时如果出现故障,会造成燃烧、爆炸等严重后果。因此,对于高压锂电池包需要更为可靠的故障管理系统来保证其安全性。
发明内容
[0003] 有鉴于此,本发明实施例提供了一种高压锂电池包故障的安全管理系统,以保证高压锂电池包充、放电的安全性。
[0004] 本发明实施例提供了一种高压锂电池包故障的安全管理系统,包括:第一可控开关,所述第一可控开关的被控开关串联在电池组充电或放电回路中,用于控制电池充电或放电回路连通或断开;多个均衡控制板,每个所述均衡控制板包括:电压检测单元,用于检测电池两端的电压;第一连接开关,多个均衡控制板的第一连接开关串联;串联后的一端连接第一预设电压源,所述第一预设电压源用于控制所述第一可控开关的被控开关导通,串联后的另一端连接所述第一可控开关的控制端;控制单元,与所述电压检测单元连接,用于当所述均衡控制板上的电压检测单元检测到电池两端的电压大于第一预设电压时,控制所述均衡控制板上的所述第一连接开关断开。
[0005] 可选地,所述高压锂电池包故障的安全管理系统还包括至少一个第二可控开关,所述第二可控开关的被控开关串联在电池组充电或放电回路中,用于控制电池充电或放电回路连通或断开;相应地,每个所述均衡控制板还包括:第二连接开关,多个均衡控制板的第二连接开关串联;串联后的一端连接第二预设电压源,所述第二预设电压源用于控制所述第二可控开关的被控开关导通,串联后的另一端连接所述第二可控开关的控制端;所述控制单元,还用于当所述均衡控制板上的电压检测单元检测到电池两端的电压大于第二预设电压时,控制所述均衡控制板上的所述第二连接开关断开。
[0006] 可选地,所述高压锂电池包故障的安全管理系统还包括:主控制器,与多个所述均衡控制板上的所述电压检测单元分别连接,用于当所述电池包内有电池两端的电压达到第三预设电压时,控制充电器停止充电。
[0007] 可选地,所述第一预设电压小于所述第二预设电压。
[0008] 可选地,所述第三预设电压小于所述第一预设电压。
[0009] 可选地,所述高压锂电池包故障的安全管理系统还包括:温度检测单元,用于检测电池包内电池的温度;所述主控制器还与所述温度检测单元、所述第一可控开关的控制端分别连接,用于当电池包内电池的温度大于第一预设温度值时,控制电池充电或放电回路断开。
[0010] 可选地,所述高压锂电池包故障的安全管理系统还包括:第一温度开关,与所述第一可控开关的控制端连接,用于检测电池包内电池的温度,并且当电池包内电池的温度大于第二预设温度值时,控制电池充电或放电回路断开。
[0011] 可选地,所述高压锂电池包故障的安全管理系统还包括:第二温度开关,用于检测电池包内电池的温度,并且当检测到电池包内电池的温度大于第三预设温度值时,产生控制指令;降温装置,用于根据控制指令,给电池包内的电池降温。
[0012] 可选地,所述高压锂电池包故障的安全管理系统还包括:电流检测单元,用于检测电池包内电池充电或放电回路中的电流;所述主控制器还与所述电流检测单元连接,用于当电池充电或放电回路中的电流大于预设电流值时,控制所述充电或放电回路断开。
[0013] 可选地,所述第一可控开关的两端还并联有第三可控开关和限流电阻,所述第三可控开关的被控开关与所述限流电阻并联;所述系统还包括隔离开关,用于接收开启短路检测功能的命令,并控制所述第三可控开关导通或断开;所述第三可控开关的控制端与所述隔尚开关连接。
[0014]可选地,所述电池包与负载连接时,所述负载的两端还并联有灵敏度电阻和光耦;所述光耦的原边与所述灵敏度电阻串联;所述光耦的副边的一端连接电源,另一端连接检测电阻;所述主控制器还与所述检测电阻连接,用于当所述检测电阻两端的电压小于预设电压值时控制所述第一可控开关断开。
[0015] 本发明实施例提供的高压锂电池包故障的安全管理系统,包括设置多个均衡控制板,在均衡控制板上设置第一连接开关,多个均衡控制板的第一连接开关串联,串联后的一端连接第一预设电压源,串联后的另一端连接第一可控开关的控制端,以便通过第一预设电压源控制第一可控开关导通或断开,从而控制电池充电或放电回路连通或断开;此外,设置均衡控制板上的控制单元与电压检测单元连接,用于当电压检测单元检测到电池两端的电压大于第一预设电压时控制第一连接开关断开,从而使得第一可控开关断开,继而断开充电或放电回路,以确保高压锂电池包充、放电的安全性。
附图说明
[0016] 通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点,附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制,在附图中:
[0017]图1示出了根据本发明实施例的高压锂电池包故障的安全管理系统的示意图。
具体实施方式
[0018] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0019]图1示出了根据本发明实施例的高压锂电池包故障的安全管理系统的示意图。根据图1所示,该高压锂电池包故障的安全管理系统包括第一可控开关100和多个均衡控制板。该第一可控开关100的被控开关串联在电池组充电或放电回路中,用于控制电池充电或放电回路连通或断开。可选地,该第一可控开关100为继电器或交流接触器。
[0020] 如图1所示,电池组包括第一电池210、第二电池310和第三电池410。相应地,包括第一均衡控制板220、第二均衡控制板320和第三均衡控制板420。
[0021] 第一均衡控制板220包括电压检测单元221、控制单元222和第一连接开关223。电压检测单元221用于检测第一电池210两端的电压。控制单元222与电压检测单元221连接,用于当第一均衡控制板220上的电压检测单元221检测到第一电池210两端的电压大于第一预设电压时,控制第一均衡控制板220上的第一连接开关223断开。
[0022] 第二均衡控制板320包括电压检测单元321、控制单元322和第一连接开关323。电压检测单元321用于检测第一电池310两端的电压。控制单元322与电压检测单元321连接,用于当第二均衡控制板320上的电压检测单元321检测到第二电池310两端的电压大于第一预设电压时,控制第二均衡控制板320上的第一连接开关323断开。
[0023] 第三均衡控制板420包括电压检测单元421、控制单元422和第一连接开关423。电压检测单元421用于检测第一电池410两端的电压。控制单元422与电压检测单元421连接,用于当第三均衡控制板420上的电压检测单元421检测到第三电池410两端的电压大于第一预设电压时,控制第三均衡控制板420上的第一连接开关423断开。
[0024]上述多个均衡控制板的第一连接开关串联成线;线的一端连接第一预设电压源,第一预设电压源用于控制第一可控开关的被控开关导通,线的另一端连接第一可控开关的控制端。也即,图1中第一连接开关223的第一端与第一预设电压源500连接,第二端与第一连接开关323的第一端连接;第一连接开关323的第二端与第一连接开关423的第一端连接;第一连接开关423的第二端与第一可控开关100的控制端连接。
[0025] 上述高压锂电池包故障的安全管理系统,包括设置多个均衡控制板,在均衡控制板上设置第一连接开关,多个均衡控制板的第一连接开关串联成线,线的一端连接第一预设电压源,线的另一端连接第一可控开关的控制端,以便通过第一预设电压源控制第一可控开关导通或断开,从而控制电池充电或放电回路连通或断开;此外,设置均衡控制板上的控制单元与电压检测单元连接,用于当电压检测单元检测到电池两端的电压大于第一预设电压时控制第一连接开关断开,从而使得第一可控开关断开,继而断开充电或放电回路,以确保高压锂电池包充、放电的安全性。
[0026] 作为图1所示实施例的一种可选实施方式,高压锂电池包故障的安全管理系统还包括至少一个第二可控开关和至少一个第二预设电压源,相应地,每个均衡控制板还包括至少一个第二连接开关。
[0027]如图1所示,第二可控开关600的被控开关串联在电池组充电或放电回路中,用于控制电池充电或放电回路连通或断开。
[0028] 相应地,第一均衡控制板220还包括第二连接开关224,控制单元222还用于当均衡控制板220上的电压检测单元221检测到第一电池210两端的电压大于第二预设电压时,控制均衡控制板220上的第二连接开关224断开。
[0029] 第二均衡控制板320还包括第二连接开关324,控制单元322还用于当均衡控制板320上的电压检测单元321检测到第二电池310两端的电压大于第二预设电压时,控制均衡控制板320上的第二连接开关324断开。
[0030] 第三均衡控制板420还包括第二连接开关424,控制单元422还用于当均衡控制板420上的电压检测单元421检测到第三电池410两端的电压大于第二预设电压时,控制均衡控制板420上的第二连接开关424断开。
[0031]上述多个均衡控制板的第二连接开关串联成线;线的一端连接第二预设电压源,第二预设电压源用于控制第二可控开关的被控开关导通,线的另一端连接第二可控开关的控制端。也即,图1中第二连接开关224的第一端与第二预设电压源700连接,第二端与第二连接开关324的第一端连接;第二连接开关324的第二端与第二连接开关424的第一端连接;第二连接开关424的第二端与第二可控开关600的控制端连接。
[0032]需要补充说明的是,图1仅仅给出了高压锂电池包故障的安全管理系统包括一个第二可控开关和一个第二预设电压源,相应地均衡控制板包括一个第二连接开关的示例。然而本申请的技术方案并不限于此,还可以包括多个第二可控开关和第二与设电压源,相应地均衡控制板包括多个第二连接开关。
[0033] 作为本实施例的一种可选实施方式,该高压锂电池包故障的安全管理系统还包括主控制器800,与多个均衡控制板上的电压检测单元分别连接,例如通过串口连接,用于当电池包内有电池两端的电压达到第三预设电压时,控制充电器停止充电。也即,主控制器800与电压检测单元221、电压检测单元321、电压检测单元421分别连接,当第一电池210、第二电池310、第三电池410中任一电池两端的电压达到第三预设电压时,主控制800控制充电器停止充电。主控制800可以直接控制电池包专用的充电器停止充电,本申请对主控制器800控制充电器停止充电的具体形式不作限定。
[0034] 上述第一预设电压、第二预设电压和第三预设电压可以相等,也可以不相等。可选地,第一预设电压小于第二预设电压,第三预设电压小于第一预设电压。例如,第三预设电压为4.15V,第一预设电压为4.20V,第二预设电压为4.22V。
[0035] S卩,在充电的过程中,电池包内电池电压逐步上升,当有电池两端的电压大于4.15V时,首先主控制800控制充电器停止充电,以防止电压过高造成危险。
[0036] 而若主控制800出现故障、充电器继续给电池充电,则当有电池电压大于4.20V时,对应的第一连接开关会断开,第一预设电源500不能通过各均衡控制板中第一连接开关串联而成的线控制第一可控开关100导通,即当有电池电压大于4.20V时,第一可控开关100会断开,电池充电回路断开,再次确保充电的安全性。
[0037] 进一步地,当第一可控开关100未成功断开,则充电器继续给电池充电,当有电池电压大于4.22V时,对应的第二连接开关会断开,第二预设电源700不能通过各均衡控制板中第二连接开关串联而成线控制第二可控开关600导通,即当有电池电压大于4.22V时,第二可控开关600会断开,电池充电回路断开,进一步确保充电的安全性。
[0038] 上述高压锂电池包故障的安全管理系统,使第一预设电压源通过第一连接开关串联而成的线控制第一可控开关,或者使第二预设电压源通过第二连接开关串联而成的线控制第二可控开关,从而控制充、放电回路连通或断开,从而当任一均衡控制板上的电压检测单元检测到电池电压异常时,充、放电回路都会断开,从而保证安全性。另一方面,当任一第一连接开关或第二连接开关之间的导线断开而导致线断开时,充、放电回路也会断开,以防止由于该安全机制失效而不能够在电池电压异常时成功断开充、放电回路。此外,在电池电压大于第三预设电压级别时,通过主控制器控制充电器断开;在电池电压大于第二预设电压级别时,通过均衡控制板上的第一连接开关串联而成的线控制第一可控开关断开;在电池电压大于第二预设电压级别时,通过均衡控制板上的第一连接开关串联而成的线控制第一可控开关断开,由此可见,本高压锂电池包故障的安全管理系统中包括三个不同的执行机构,即第一可控开关、第二可控开关以及控制器可直接控制的充电器,这三个不同的执行机构串联在充电或放电回路中,通过控制任意一个执行机构断开即可断开充电或者放电回路,从而实现三重安全机制确保电池电压不会过高,从而确保高压锂电池的充、放电安全性。
[0039] 可选地,第二可控开关600为单向可控开关,如可控硅、三极管、MOS管、IGBT,该第二可控开关600仅连接在充电回路中。
[0040] 如图1所示,高压锂电池包故障的安全管理系统还包括温度检测单元900,用于检测电池包内电池的温度。主控制器800还与温度检测单元900、第一可控开关100的控制端分别连接,用于当电池包内电池的温度大于第一预设温度值时,控制电池充电或放电回路断开。
[0041] 高压锂电池包故障的安全管理系统还包括第一温度开关1000,与第一可控开关100的控制端连接,用于检测电池包内电池的温度,并且当电池包内电池的温度大于第二预设温度值时,控制电池充电或放电回路断开。
[0042] 例如,在充电时,当电池温度大于45度时,主控制器800控制第一可控开关100断开;在放电时,当电池温度大于65度时,主控制器800控制第一可控开关100断开。
[0043] 高压锂电池包故障的安全管理系统还包括第二温度开关1100和降温装置1200。第二温度开关1100用于检测电池包内电池的温度,并且当检测到电池包内电池的温度大于第三预设温度值时,产生控制指令。降温装置1200,用于根据控制指令,给电池包内的电池降温O
[0044] 上述第一预设温度值、第二预设温度值、第三预设温度值的数值不同,本申请对其大小顺序不作限定。
[0045] 可选地,上述第一预设温度值大于第二预设温度值,第二预设温度值大于第三预设温度值。从而,当电池温度大于第三预设温度值时,降温装置启动,给电池降温。若电池温度继续升高至大于第二预设温度值时,第一温度开关开启从而控制第一可控开关断开,断开充电或放电回路。若第一温度开关出现故障,电池温度继续升高至大于第一预设温度值时,主控制器控制第一可控开关断开,断开充电或放电回路。因此,本高压锂电池包故障的安全管理系统实现了通过三级温度监控机制确保高压锂电池的充、放电安全性。
[0046] 如图1所示,高压锂电池包故障的安全管理系统还包括电流检测单元1300,用于检测电池包内电池充电或放电回路中的电流。主控制器800还与电流检测单元连接,用于当电池充电或放电回路中的电流大于预设电流值时,控制充电或放电回路断开,从而能够确保高压锂电池充、放电过程中电流不会过高,以确保高压锂电池的充、放电安全性。可选地,电流检测单元1300,可以既连接在充电回路中,又连接在放电回路中,如图1中A位置所示,用于确保高压锂电池充、放电过程中电流不会过高;或者,电流检测单元1300仅连接在放电回路中,如图1所示,仅用于确保高压锂电池放电过程中电流不会过高。
[0047] 进一步地,如图1所示,充电回路中还设置有二极管2100,与充电器串联后并联在负载两端,用于防止充电过程中电池对充电器放电。放电回路中还设置有保险丝2000,其熔断电流为40A至80A,用于保护放电电路中的电流不会过大,确保电池放电安全性。
[0048] 如图1所示,高压锂电池包故障的安全管理系统中第一可控开关的两端还并联有第三可控开关1400和限流电阻1500,第三可控开关的被控开关与限流电阻并联。该系统还包括隔离开关1600,用于接收开启短路检测功能的命令,并控制第三可控开关1400导通或断开。该开启短路检测功能的命令可以是用户通过电池包外的按钮发出的,也可以是其他功能模块发出的,本申请并不对此作限定。第三可控开关1400的控制端与隔离开关1600连接。
[0049] 在电池给负载供电前,第一可控开关100断开情况下,当需要进行短路检测时,隔离开关接收命令,并控制第三可控开关1400导通。若负载短路,则放电电流流经第三可控开关1400和限流电阻1500形成回路,限流电阻1500使得回路电流不会过大。
[0050] 此时,电池包内电池组两端的电压主要由限流电阻承担,而负载两端的电压很小。若在负载两端并联电压检测单元则可以根据负载两端的电压判断负载是否短路。
[0051] 作为本实施例的一种可选实施方式,电池包与负载连接时,负载的两端还并联有灵敏度电阻1700和光耦1800。光耦1700的原边与灵敏度电阻串联;光耦1700的副边的一端连接电源,另一端连接检测电阻1900。若负载短路时,流过光耦1800原边的电流很小,从而主控制800所检测到的检测电阻1900的电压较小;若负载不短路,则不能形成电流回路,电池组两端的电压全部加载在负载两端,因此流过光耦1800原边的电流较大。由此,主控制器800可以通过所检测到的检测电阻1900的电压大小来判断负载是否短路。还可以通过灵敏度电阻1700来调整检测的灵敏度。主控制器800还与检测电阻1900连接,用于当检测电阻1900两端的电压小于预设电压值时控制第一可控开关断开,从而在高压锂电池对负载供电时,若负载短路,系统能够自动断开放电回流,从而确保高压锂电池放电的安全性。
[0052] 本发明实施例仅以电池组为三个电池串联为例来阐述本发明的技术方案。需要补充说明的是,电池组中的电池个数可以为多个,并不限于三个;且电池的连接方式也不限于串联,还可以是并联,或者是先串联后并联、先并联后串联。
[0053]虽然结合附图描述了本发明的实施例,但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型,这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (11)

1.一种高压锂电池包故障的安全管理系统,其特征在于,包括: 第一可控开关,所述第一可控开关的被控开关串联在电池组充电或放电回路中,用于控制电池充电或放电回路连通或断开; 多个均衡控制板,每个所述均衡控制板包括: 电压检测单元,用于检测电池两端的电压; 第一连接开关,多个均衡控制板的第一连接开关串联;串联后的一端连接第一预设电压源,所述第一预设电压源用于控制所述第一可控开关的被控开关导通,串联后的另一端连接所述第一可控开关的控制端; 控制单元,与所述电压检测单元连接,用于当所述均衡控制板上的电压检测单元检测到电池两端的电压大于第一预设电压时,控制所述均衡控制板上的所述第一连接开关断开。
2.根据权利要求1所述的高压锂电池包故障的安全管理系统,其特征在于,还包括至少一个第二可控开关,所述第二可控开关的被控开关串联在电池组充电或放电回路中,用于控制电池充电或放电回路连通或断开; 相应地,每个所述均衡控制板还包括: 第二连接开关,多个均衡控制板的第二连接开关串联;串联后的一端连接第二预设电压源,所述第二预设电压源用于控制所述第二可控开关的被控开关导通,串联后的另一端连接所述第二可控开关的控制端; 所述控制单元,还用于当所述均衡控制板上的电压检测单元检测到电池两端的电压大于第二预设电压时,控制所述均衡控制板上的所述第二连接开关断开。
3.根据权利要求1所述的高压锂电池包故障的安全管理系统,其特征在于,还包括: 主控制器,与多个所述均衡控制板上的所述电压检测单元分别连接,用于当所述电池包内有电池两端的电压达到第三预设电压时,控制充电器停止充电。
4.根据权利要求2所述的高压锂电池包故障的安全管理系统,其特征在于,所述第一预设电压小于所述第二预设电压。
5.根据权利要求3所述的高压锂电池包故障的安全管理系统,其特征在于,所述第三预设电压小于所述第一预设电压。
6.根据权利要求3所述的高压锂电池包故障的安全管理系统,其特征在于,还包括: 温度检测单元,用于检测电池包内电池的温度; 所述主控制器还与所述温度检测单元、所述第一可控开关的控制端分别连接,用于当电池包内电池的温度大于第一预设温度值时,控制电池充电或放电回路断开。
7.根据权利要求1所述的高压锂电池包故障的安全管理系统,其特征在于,还包括: 第一温度开关,与所述第一可控开关的控制端连接,用于检测电池包内电池的温度,并且当电池包内电池的温度大于第二预设温度值时,控制电池充电或放电回路断开。
8.根据权利要求1所述的高压锂电池包故障的安全管理系统,其特征在于,还包括: 第二温度开关,用于检测电池包内电池的温度,并且当检测到电池包内电池的温度大于第三预设温度值时,产生控制指令; 降温装置,用于根据控制指令,给电池包内的电池降温。
9.根据权利要求3所述的高压锂电池包故障的安全管理系统,其特征在于,还包括: 电流检测单元,用于检测电池包内电池充电或放电回路中的电流; 所述主控制器还与所述电流检测单元连接,用于当电池充电或放电回路中的电流大于预设电流值时,控制所述充电或放电回路断开。
10.根据权利要求1所述的高压锂电池包故障的安全管理系统,其特征在于,所述第一可控开关的两端还并联有第三可控开关和限流电阻,所述第三可控开关的被控开关与所述限流电阻并联; 所述系统还包括隔离开关,用于接收开启短路检测功能的命令,并控制所述第三可控开关导通或断开;所述第三可控开关的控制端与所述隔离开关连接。
11.根据权利要求3所述的高压锂电池包故障的安全管理系统,其特征在于,所述电池包与负载连接时,所述负载的两端还并联有灵敏度电阻和光耦; 所述光耦的原边与所述灵敏度电阻串联;所述光耦的副边的一端连接电源,另一端连接检测电阻; 所述主控制器还与所述检测电阻连接,用于当所述检测电阻两端的电压小于预设电压值时控制所述第一可控开关断开。
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