CN106849260A - 一种电池组保护电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池组保护电路及方法，采用以下结构：一个电池芯与一个PTC热敏电阻串联，形成一个电池单元；多个相同结构的电池单元并联，组成一个电池包；根据负载需要的电流高低，确定电池包中并联的电池单元个数。每个电池包与一个第一开关串联后，再与一个第二开关并联，形成一个电池模块；多个电池模块串联，为负载供电；设置串联的电池模块个数为N个常用电池模块+M个冗余电池模块；PTC热敏电阻与温度传感器相连，温度传感器的输出端与控制模块相连；控制模块根据温度传感器实时监测到的温度情况，控制各电池模块中第一开关和第二开关的断开与闭合。本发明可隔断危险电池芯，达到单个电池芯损坏时，电池组仍能继续工作的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池组保护电路及方法。
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，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，使用干净无污染的电能作为替代能源的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，如图1所示，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，电池芯本身的使用寿命有限，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，所有与其并联的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。
在需要大电量作为动力来源的领域，保障电池阵列的保险技术尚未完备。因此，现有技术中需要解决问题包括：如何让损坏的电池芯继续安全地存在于电路中，以及如何隔断损坏的电池芯，并不影响电路继续工作；急需提供一种能够解决此问题的电路及方法。
发明内容
本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种电池组保护电路及方法，可隔断危险电池芯，达到单个电池芯损坏时，电池组仍能继续工作的效果。
本发明所提供的技术方案为：
一种电池组保护电路，采用以下结构：
一个电池芯与一个PTC热敏电阻串联，形成一个电池单元；
多个相同结构的电池单元并联，组成一个电池包，为负载供电。
进一步地，根据负载需要的电流高低，确定电池包中并联的电池单元个数，以为负载提供大电流。
进一步地，根据负载需要的电压高低，将多个电池包串联，对负载提供更高的电压，不同的工业需求可以有不同的工业设计。
进一步地，每个电池包与一个第一开关串联后，再与一个第二开关并联，形成一个电池模块；多个电池模块串联，为负载供电；
根据负载需要的电压高低，设置串联的电池模块个数为N+M，包括N个常用电池模块和M个冗余电池模块；常用电池模块中，第一开关为常闭开关，第二开关为常开开关；冗余电池模块中，第一开关为常开开关，第二开关为常闭开关；
第一开关和第二开关的断开与闭合均受控于控制模块；
所述PTC热敏电阻与温度传感器相连，温度传感器的输出端与控制模块相连；控制模块根据温度传感器实时监测到的温度情况，控制各电池模块中第一开关和第二开关的断开与闭合。
所述控制模块为MCU，所述第一开关和第二开关均为电子开关。
所述控制模块为PLC，所述第一开关和第二开关均为电动开关(继电器等)。
所述电子开关为MOS管等。
一种电池组保护方法，采用以上的电池组保护电路；电池组保护方法为：电池接入电路以后，通过温度检测模块实时检测PTC热敏电阻的温度变化，进而判断常用电池模块中的电池包是否存在温度过高的情况，并根据判断结果进行以下处理：
若有L个常用电池模块中的电池包温度过高，且L≤M，则控制模块控制这L个常用电池模块中的第一开关断开，第二开关闭合，旁路这L个常用电池模块中的电池包，L个冗余电池模块中的第一开关闭合，第二开关断开，与剩余正常工作的常用电池模块串联进行工作，同时提示可用冗余电池模块剩余M-L个；若L＞M，则旁路这L个常用电池模块中的电池包，将M个冗余电池模块接入电路与剩余正常工作的常用电池模块串联进行工作，同时提示需替换L组常用电池模块；
若无常用电池模块中的电池包温度过高，则电路正常工作。
有益效果：
本发明采用PTC热敏电阻作为电池的保护装置；PTC热敏电阻是典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。因此串联有PTC热敏电阻的电池线路短路后，产生大电流，PTC热敏电阻的电阻值立即增大，使得电路中的电流不会过大，从而实现保护了与问题电池芯并联的其他电池芯的功效，避免了并联电池短路时引起的起火等危险。由于PTC热敏电阻的可恢复性，即使与之串联的电池芯出现问题后，在维修时仅需更换此电池芯即可继续工作。由此可看出，此种方法比传统的一次保险丝大大节省了成本。
本发明电路工作时，温度检测模块实时检测电池组中温度的变化，当某个电池包温度超出正常范围产生危险时时，则输入危险信号进入控制模块，提醒有危险电池组存在。控制模块即时通过开关组合将该组危险电池包旁路，并加入冗余电池包，使电池组能够继续工作；有效地隔断了损坏的电池芯，保证了电路正常工作。
附图说明
图1是现有的电池组结构图；
图2是本发明的电池组结构设计；
图中，1～31为电池模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步具体说明。
实施例1：
本实施例中，将本发明的电池组电路应用于为纯电动汽车供电。
在纯电动汽车的常用电池中，正常规格为108V，60Ah；一般由3.6V，2.0Ah单体电池串并联组成。由此，每个电池包需并联30个单体电池，本实施例采用30+1个这样的电池包串联起来提供纯电动汽车所需动力。
此实施例的电池组结构图如图2所示，电池模块编号分别为1，2，...，31，其中开关编号分别为A1，A2，...，A31。每组开关中均包括一个第一开关(a开关)，一个第二开关(b开关)。除冗余电池模块中的第一开关为常开开关外，其余电池模块中的第一开关为均为常闭开关。
如图2所示，在纯电动汽车行进前，温度检测模块检测电池包是否存在温度过高的情况：若有1个电池包温度过高，则控制模块控制这个电池包所在的电池模块中的第一开关断开、第二开关闭合，旁路这个电池包，冗余电池模块中的第一开关闭合、第二开关断开，让剩下正常电池包加上1个冗余电池包继续工作，且提示冗余电池模块剩余0个，提醒车主需要及时更换；若无电池包温度过高，则正常启动电路。若有1个以上电池包存在问题，则旁路这些问题电池包，将冗余电池包加入系统工作，且系统示警，需尽快进行检修、更换电池包。
行进过程中，温度检测系统实时检测电池组中温度的变化，当某组电池包温度超出正常范围时，则输入危险信号进入控制模块，提醒有危险电池组存在。控制模块即时将该组电池包旁路。
本发明采用PTC热敏电阻作为电池的保护装置；PTC热敏电阻是典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。因此串联有PTC热敏电阻的电池线路短路后，产生大电流，PTC热敏电阻的电阻值立即增大，使得电路中的电流不会过大，从而实现保护了与问题电池芯并联的其他电池芯的功效，避免了并联电池短路时引起的起火等危险。由于PTC热敏电阻的可恢复性，即使与之串联的电池芯出现问题后，在维修时仅需更换此电池芯即可继续工作。由此可看出，此种方法比传统的一次保险丝大大节省了成本。
本发明电路工作时，温度检测模块实时检测电池组中温度的变化，当某个电池包温度超出正常范围产生危险时时，则输入危险信号进入控制模块，提醒有危险电池组存在。控制模块即时通过开关组合将该组危险电池包旁路，并加入冗余电池包，使电池组能够继续工作；有效地隔断了损坏的电池芯，保证了电路正常工作。
Claims (7)
1.一种电池组保护电路，其特征在于，采用以下结构：
一个电池芯与一个PTC热敏电阻串联，形成一个电池单元；
多个相同结构的电池单元并联，组成一个电池包，为负载供电。
2.根据权利要求1所述的电池组保护电路，其特征在于，根据负载需要的电流高低，确定电池包中并联的电池单元个数。
3.根据权利要求2所述的电池组保护电路，其特征在于，根据负载需要的电压高低，将多个电池包串联，以对负载提供更高的电压。
4.根据权利要求3所述的电池组保护电路，其特征在于，每个电池包与一个第一开关串联后，再与一个第二开关并联，形成一个电池模块；多个电池模块串联，为负载供电；
根据负载需要的电压高低，设置串联的电池模块个数为N+M，包括N个常用电池模块和M个冗余电池模块；常用电池模块中，第一开关为常闭开关，第二开关为常开开关；冗余电池模块中，第一开关为常开开关，第二开关为常闭开关；
第一开关和第二开关的断开与闭合均受控于控制模块；
所述PTC热敏电阻与温度传感器相连，温度传感器的输出端与控制模块相连；控制模块根据温度传感器实时监测到的温度情况，控制各电池模块中第一开关和第二开关的断开与闭合。
5.根据权利要求1所述的电池组保护电路，其特征在于，所述控制模块为MCU，所述第一开关和第二开关均为电子开关。
6.根据权利要求1所述的电池组保护电路，其特征在于，所述控制模块为PLC，所述第一开关和第二开关均为电动开关。
7.一种电池组保护方法，其特征在于，采用4～6中任一项所述的电池组保护电路；电池组保护方法为：电池接入电路以后，通过温度检测模块实时检测PTC热敏电阻的温度变化，进而判断常用电池模块中的电池包是否存在温度过高的情况，并根据判断结果进行以下处理：
若有L个常用电池模块中的电池包温度过高，且L≤M，则控制模块控制这L个常用电池模块中的第一开关断开，第二开关闭合，旁路这L个常用电池模块中的电池包，L个冗余电池模块中的第一开关闭合，第二开关断开，与剩余正常工作的常用电池模块串联进行工作，同时提示可用冗余电池模块剩余M-L个；若L＞M，则旁路这L个常用电池模块中的电池包，将M个冗余电池模块接入电路与剩余正常工作的常用电池模块串联进行工作，同时提示需替换L组常用电池模块；
若无常用电池模块中的电池包温度过高，则电路正常工作。
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