CN108199099A - 一种电池保护装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池保护装置及其控制方法，特别是涉及电池技术领域。所要解决的技术问题是电池内一个或几个电芯单体发生故障时，电池整体断开连接，致使汽车失去动力。包括:电芯模组包括串联的M个电芯组件，电芯组件包括电芯单体、常闭继电器、常开继电器；电池监控系统包括：电压检测单元；温度检测单元；控制单元。本发明电池至少具有下列优点：通过控制系统对常开继电器和常闭继电器进行控制，使得故障电芯单体相邻的电芯单体实现串联连接，以保证电芯模组继续持续工作和车辆的正常行驶。

Description

一种电池保护装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池保护装置及其控制方法。

背景技术

目前电动车使用的动力系统锂电池箱基本都是由锂离子单体电池或模组通过串联组成电池箱，最终使电池箱可提供一定的能量和功率输出，从而驱动电机工作，车辆行驶。

电池箱由于内部或外部等原因电芯单体会有如下典型故障或安全性问题出现：电池包内锂电芯单体的电压和温度过高、过低和不均衡，系统短路、绝缘或热失控等问题,而目前电芯单体发生故障后，一般都会先进行报警，然后断开动力电池系统的总正极与总负极连接(MSD维修开关)，隔离故障电池包，同时断开系统高压连接，从而使车辆失去动力，只能原地等待或维修。有故障的电芯单体无法与相邻电芯单体断开连接，会发生故障扩散，影响其它电芯单体的性能。

因此，现在亟待一种用于电动汽车的电池，当一个或多个电芯单体发生故障时，能够有效地隔离故障电芯单体，并且其他的电芯单体可以顺利进行电连接，使得电池能够继续为汽车提供动力。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种新型结构的电池保护装置，所要解决的技术问题是电池内一个或几个电芯单体发生故障时，电池整体断开连接，致使汽车失去动力。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种电池保护装置，包括:

电芯模组包括串联的M个电芯组件，电芯组件包括电芯单体、常闭继电器、常开继电器，M为大于等于2的正整数；

第i常开继电器第二端与第i+1个电芯单体的第一电极电连接；

第i常闭继电器第二端与第i个电芯单体的第一电极电连接；

第i常开继电器第二端和第i+1常闭继电器第二端电连接；

第i个电芯单体的第二电极与第i+1常闭继电器的第一端和第i+1常开继电器的第一端同时电连接；

i为大于等于1小于等于M-1的正整数。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的电池保护装置，其中所述的电芯模组还包括第一总电极和第二总电极，

第1常闭继电器的第二端与第1电芯单体的第一极电连接，第1常闭继电器的第一端和第1常开继电器的第一端同时与电芯模组的所述第一总电极连接；

第M个电芯单体的第二极与第M常开继电器的第二端电连接，并与所述第二总电极连接。

优选的，前述的电池保护装置，其中所述的电芯模组还包括第M+1常闭继电器，其第一端连接第M电芯单体的第二电极，第二端连接第M常开继电器的第二端，并与所述第二总电极连接。

优选的，前述的电池保护装置，其中所述的电池监控系统包括：

电压检测单元，每个所述电芯单体的两个电极分别连接所述电压检测单元；

温度检测单元，接收每个所述电芯单体的温度信息；

控制单元，连接所述常开继电器、所述常闭继电器、电压检测单元、温度检测单元。

优选的，前述的电池保护装置，其中所述的温度检测单元的温度传感器为NTC传感器。

优选的，前述的电池保护装置，其中所述的温度检测单元的温度传感器设置于电芯单体的正极和负极之间。

优选的，前述的电池保护装置，其中所述的电池监控系统和电芯模组设置于电池箱内，所述第一总电极和所述第二总电极从电池箱穿出与外部设备连接。

优选的，前述的电池保护装置，其中所述的在电池箱内设有支架，用于固定继电器。

优选的，前述的电池保护装置，其中所述的电芯模组内部的电连接采用铜排电连接。

一种电池保护装置的控制方法，包括:

检测第i个电芯单体的工作状态；若第i个电芯单体的工作状态处于异常，闭合第i常开继电器，打开第i常闭继电器。

一种电池保护装置的控制方法，包括:

检测M个电芯单体的工作状态；若连续N个电芯单体的工作状态处于异常，打开N个电芯单体的第一个和第N个常闭继电器，闭合N个常开继电器。

借由上述技术方案，本发明电池至少具有下列优点：

本发明的实施例提供的电池内一个或几个电芯单体发生故障时，通过控制系统对常开继电器和常闭继电器进行控制，打开故障电芯单体的常闭继电器，使得故障电池断路，并闭合常开继电器，使得故障电芯单体相邻的电芯单体实现串联连接，以保证电芯模组继续持续工作和车辆的正常行驶。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明提出的一种电池保护装置的结构示意图；

图2是本发明提出的一种电池保护装置的电芯单体之间串联方式的示意图；

图3是本发明提出的一种电池保护装置的在电芯模组上设置电压检测连线和温度传感器的示意图；

图4是本发明提出的一种电池保护装置的电池监控系统与电芯单体电连接的示意图；

图5是本发明提出的一种电池保护装置的电池箱内设置支架的立体图；

图6是本发明提出的一种电池保护装置的电池监控的电芯组之间通过铜排电连接的立体图；

图7是本发明提出的一种电池保护装置的运行的流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电池保护装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图1所示，本发明的一个实施例提出的一种电池保护装置，其包括:电芯模组包括串联的M个电芯组件，电芯组件包括电芯单体、常闭继电器、常开继电器，M为大于等于2的正整数；如图2所示，第i常开继电器25第二端与第i+1个电芯单体3的第一电极33电连接；第i常闭继电器24第二端与第i个电芯单体2的第一电极23电连接；第i常开继电器25第二端和第i+1常闭继电器34第二端电连接；第i个电芯单体2的第二电极22与第i+1常闭继电器34的第一端和第i+1常开继电器35的第一端同时电连接；i为大于等于1小于等于M-1的正整数。

由多个电芯组件构成电池组，每个电芯组件的每个电芯单体配置有一个常开继电器和一个常闭继电器，通过打开常闭继电器控制故障电芯单体断路，同时通过常开继电器的闭合使得故障电芯单体相邻的电芯单体实现串联连接，以保证电芯模组的持续工作和汽车的正常行驶。

进一步的，作为一个实施例，如图1所示，所述的电芯模组还包括第一总电极4和第二总电极5，第1常闭继电器94的第二端与第1电芯单体9的第一极93电连接，第1常闭继电器94的第一端和第1常开继电器95的第一端同时与电芯模组的所述第一总电极4连接；第M个电芯单体10的第二极102与第M常开继电器105的第二端电连接，并与所述第二总电极5连接。

在本实施例中电芯模组的两端的第1电芯单体的负极通过与第1常闭继电器连接后，通过与第1常闭继电器和第1常开继电器同时电连接的铜排输出的第一电极为电芯模组的总负极；第M电芯单体的正极通过铜排输出的第二电极为电芯模组的总正极；形成完整的具有正极和负极输出的电池。

进一步的，作为一个实施例，电芯模组还包括第M+1常闭继电器6，其第一端连接第M电芯单体10的第二电极102，第二端连接第M常开继电器105的第二端，并与所述第二总电极5连接。

通过设置第M+1常闭继电器，可以避免由于意外引起的短路，通过断开常闭继电器保证当第M电芯单体出现故障时，完全将其短路，使得第1电芯单体到第M-1电芯单体的串联组合的电芯模组通过第二总电极输出，而不受第M电芯单体的任何影响。

进一步的，作为一个实施例，如图3所示，所述的电池监控系统11包括：电压检测单元1102，每个所述电芯单体的两个电极分别连接所述电压检测单元1102；温度检测单元1101，接收每个所述电芯单体的温度信息；控制单元1103，连接所述常开继电器、所述常闭继电器、电压检测单元1102、温度检测单元1101。

如图4所示，通过电池监控系统11检测电芯模组的每个电芯单体的电压时，在每个电芯单体的第二级与常开继电器和常闭继电器同时连接的铜排设置接线柱14，在第1总电极4和第2总电极5设置接线柱14，共设有M+1个接线柱，分别与电池监控系统11的电压检测单元1102电连接。通过电压检测单元1102测量每个电芯单体的电压是否小于指定的电压值，指定的电压值为趋近于0的电压，当电压值小于该值时，即认为该电芯单体电压为0，出现故障。

第i电芯单体2的第一极23通过接线柱14连接电压检测单元1102，第二极22通过接线柱14连接电压检测单元1102，第i+1电芯单体3的第一极33通过第i+1常闭继电器34与第i电芯单体的第二极22连接，因此，第二极22连接的接线柱14同时也连接第i+1电芯单体的第一极33，以此类推，M个电芯单体连接M+1个接线柱。当第i+1电芯单体3出现故障，第i+1常闭继电器打开，第i+1常开继电器闭合，则，与第i电芯单体2的第二极22连接的接线柱，通过第i+1常开继电器与第i+2电芯单体的第一极连接。

在第i电芯单体的第一电极23和第二电极22之间设置第i温度传感器21，在第i+1电芯单体的第一电极33和第二电极32之间设置第i+1温度传感器31，第i温度传感器21和第i+1温度传感器31分别与电池监控系统11的温度检测单元1101电连接，用于测量每个电芯单体的温度是否超出指定范围。

通过控制单元控制各常开继电器和常闭继电器动作，以控制断开故障电芯单体的与相邻电芯单体的串联，以及实现故障电芯单体相邻的电芯单体的串联连接。

通过上述结构，能够很好的实时监测各电芯单体的电压和温度状态，一旦有电芯单体发生故障，能够顺利实现对故障电芯单体的隔离，以及其他电芯单体的串联，保证电芯模组的持续供电和汽车的正常行驶。

进一步的，作为一个实施例，所述的温度检测单元1101的温度传感器为NTC传感器。

通过多次试验和长期研究，优选NTC传感器作为温度传感器，能够精准地实时测量电芯单体的温度。

进一步的，作为一个实施例，所述的温度检测单元1101的温度传感器设置于电芯单体的正极和负极之间。

通过多次试验和长期研究，优选将温度传感器设置于正负极之间，能够有效地测量电芯单体的温度变化。也可以将温度传感器设置于固定继电器的支架上。

进一步的，作为一个实施例，所述的电池监控系统11和电芯模组设置于电池箱1内，所述第一总电极4和所述第二总电极5从电池箱1穿出与外部设备连接。

上述设置可以使得电池保护装置规整，并能够节省空间。

进一步的，作为一个实施例，如图5所示，所述的在电池箱1内设有支架12，用于固定继电器。

能够保证继电器设置规范，布线整齐。

进一步的，作为一个实施例，如图6所示，所述的电芯模组内部的电连接采用铜排13电连接。

通过多次试验和长期研究，优选采用铜排进行电连接，能够有效地进行各电芯组件的连接，并且满足大容量电池的连接需求。

一种电池保护装置的控制方法，包括:

检测第i个电芯单体的工作状态；若第i个电芯单体的工作状态处于异常，闭合第i常开继电器，打开第i常闭继电器。

所述控制方法的第一实施例：

所述控制方法，包括：

(1)通过电池监控系统11的电压检测单元1102实时测量每个电芯单体的电压，并将电压值和电芯单体的编号发送给控制单元1103，当电压值被认为是0时，控制单元1103判断相应编号的电芯单体发生故障；通过温度检测单元1101实时监测每个电芯单体的温度，并将温度值和电芯单体的编号发送给控制单元1103，当温度值超出预定范围时，控制单元1103判断相应编号的电芯单体发生故障；

(2)控制单元11控制故障电芯单体的常闭继电器打开，同时闭合常开继电器。

按照本发明的控制方法的第一实施例，当电池监控系统的电压检测单元检测到某个电芯单体的电压为0，或温度检测单元检测到某个电芯单体的温度值超过了预定范围，控制单元即认为该电芯单体出现故障，则向故障电芯单体的常开继电器和常闭继电器发出指令，所有的故障电芯单体的常闭继电器全部打开，常开继电器全部闭合，实现了故障电芯单体的隔离，同时非故障电芯单体顺利串联，电芯模组能够保持持续的工作状态，汽车能够保证安全行驶。

本实施例的控制方法的优点在于，控制方法步骤简单，避免了意外的发生，如，连续编号的故障电芯单体由于常闭继电器没有断开，从而导致以外的发生。

所述控制方法的第二实施例：

所述控制方法，如图7所示，包括：

(1)电芯单体的状态检测：

(1.1)所述电压检测单元1102实时检测所述电芯单体的电压，并将各电压值和对应的所述电芯单体的号码传送给所述控制单元1103；

(1.2)所述温度检测单元1101实时检测所述电芯单体的温度，并将各温度值和对应的所述电芯单体的号码传送给所述控制单元1103；

(2)所述控制单元1103判断发生故障的所述电芯单体的号码和数量；

(3)所述控制单元1103向发生故障的所述电芯单体的继电器发出指令，使得相应的常闭继电器断开，常开继电器关闭；

(3.1)当所述控制单元1103判断发生故障的所述电芯单体的数量为1时，控制该电芯单体的常闭继电器断开，闭合其常开继电器；

(3.2)当所述控制单元1103判断发生故障的所述电芯单体的数量大于1时，

(3.2.1)如果所述电芯单体的编号不连续，则控制相应编号的电芯单体的常闭继电器断开，闭合其常开继电器；

(3.2.2.1)如果N个所述电芯单体的编号连续，则控制N个电芯单体的第一个电芯单体和第N个电芯单体的常闭继电器断开，闭合N个电芯单体的所有的常开继电器；

(3.2.2.2)判断剩余的发生故障的所述电芯单体的数量大于0时，返回步骤(3.1)；

(4)返回步骤(1)。

按照本发明的控制方法的第二实施例，当电池监控系统的电压检测单元检测到某个电芯单体的电压小于指定电压值时，认为该电芯单体的电压为0，或温度检测单元检测到某个电芯单体的温度值超过了预定范围，控制单元即认为该电芯单体出现故障。

控制单元判断故障电芯单体的数量与编号，如果数量为1，则控制单元向该故障电芯单体的常开继电器和常闭继电器发送指令，使得常闭继电器打开，常开继电器闭合，实现故障电芯单体的隔离，同时相邻的电芯单体顺利实现串联，以保证电芯模组的持续串联，以及汽车的正常的安全行驶。

当控制单元判断故障电芯单体的数量大于1，判断多个故障电芯单体的编号是否连续，如有N个电芯单体编号连续，则控制单元向该N个电芯单体的第一个电芯单体和第N个电芯单体的常闭继电器发送打开指令，向上述N个电芯单体的所有的常开继电器发送闭合指令，实现N个电芯单体的隔离，以及N个电芯单体中的第1个电芯单体和第N个电芯单体的相邻的电芯单体的顺利串联。

控制单元判断是否还有其他不连续的故障电芯单体，如果有1个，则按照上述方法隔离该电池，如果多于1个，则按照上述方法分别断开所有故障电芯单体的常闭继电器，闭合常开继电器，循环执行上述步骤，直到所有的故障电芯单体全部被隔离，电芯模组顺利实现非故障电芯单体的串联，保证汽车的安全行驶。

与第一实施例相比，本实施例更能精确地控制故障电芯单体的常闭继电器的开合，减少非必要的控制操作，如连续故障电芯单体的中间电芯单体的常闭继电器的打开动作，大大缩短了操控和动作时间，降低了振动，延长了常闭继电器的使用寿命。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种电池保护装置，其特征在于，包括:

电芯模组包括串联的M个电芯组件，电芯组件包括电芯单体、常闭继电器、常开继电器，M为大于等于2的正整数；

第i常开继电器第二端与第i+1个电芯单体的第一电极电连接；

第i常闭继电器第二端与第i个电芯单体的第一电极电连接；

第i常开继电器第二端和第i+1常闭继电器第二端电连接；

第i个电芯单体的第二电极与第i+1常闭继电器的第一端和第i+1常开继电器的第一端同时电连接；

i为大于等于1小于等于M-1的正整数。

2.根据权利要求1所述的电池保护装置，其特征在于，

所述电芯模组还包括第一总电极和第二总电极，

第1常闭继电器的第二端与第1电芯单体的第一极电连接，第1常闭继电器的第一端和第1常开继电器的第一端同时与电芯模组的所述第一总电极连接；

第M个电芯单体的第二极与第M常开继电器的第二端电连接，并与所述第二总电极连接。

3.根据权利要求1所述的电池保护装置，其特征在于，

所述电芯模组还包括第M+1常闭继电器，其第一端连接第M电芯单体的第二电极，第二端连接第M常开继电器的第二端，并与所述第二总电极连接。

4.根据权利要求1所述的电池保护装置，其特征在于，

电池监控系统包括：

电压检测单元，每个所述电芯单体的两个电极分别连接所述电压检测单元；

温度检测单元，接收每个所述电芯单体的温度信息；

控制单元，连接所述常开继电器、所述常闭继电器、电压检测单元、温度检测单元。

5.根据权利要求4所述的电池保护装置，其特征在于，

所述温度检测单元的温度传感器为NTC传感器。

6.根据权利要求5所述的电池保护装置，其特征在于，

所述温度检测单元的温度传感器设置于电芯单体的正极和负极之间。

7.根据权利要求4所述的电池保护装置，其特征在于，

电池监控系统和电芯模组设置于电池箱内，所述第一总电极和所述第二总电极从电池箱穿出与外部设备连接。

8.根据权利要求7所述的电池保护装置，其特征在于，

在电池箱内设有支架，用于固定继电器。

9.根据权利要求1所述的电池保护装置，其特征在于，

所述电芯模组内部的电连接采用铜排电连接。

10.一种上述权利要求1-9任一所述的电池保护装置的控制方法，其特征在于，包括:

检测第i个电芯单体的工作状态；若第i个电芯单体的工作状态处于异常，闭合第i常开继电器，打开第i常闭继电器。

11.一种上述权利要求1-9任一所述的电池保护装置的控制方法，其特征在于，包括:

检测M个电芯单体的工作状态；若连续N个电芯单体的工作状态处于异常，打开N个电芯单体的第一个和第N个常闭继电器，闭合N个常开继电器。