CN109334514B - 一种动力电池的热失控监控电路 - Google Patents

一种动力电池的热失控监控电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种动力电池的热失控监控电路，包括：蓄电池、温控模块、监控电路、整车控制器和电池管理控制器。所述监控电路的第一输入端与蓄电池的正极相连，所述监控电路的第一输出端与所述温控模块的输入端相连，所述温控模块的输出端与所述监控电路的第二输入端相连，所述监控电路的第二输出端与所述整车控制器的输入端相连，所述监控电路的第三输出端与所述电池管理控制器的输入端相连。本发明能解决现有电动汽车的动力电池存在的热失效监控不及时，易造成安全的问题，能提高电动汽车使用的安全性。

Description

一种动力电池的热失控监控电路
技术领域
本发明涉及汽车电子技术领域，尤其涉及一种动力电池的热失控监控电路。
背景技术
动力电池是电动汽车的重要动力来源，动力电池的安全性是电动汽车发展过程中首先要考虑和解决的问题。由于动力电池在充放电过程中会产生大量的化学反应热和焦耳热，易造成动力电池因温度过高产生安全隐患。为了保证电池的安全使用，常需要对动力电池进行监控，主要采用对动力电池的电压或电池温度进行监控。在对电池温度进行监控时，在电池温度超出阈值时，通过温度传感器上报的温度对动力电池进行热管理。但由于电池发生热失控时，可能在很短时间内会造成其它单体电池的损坏，仅通过传感器的检测很难及时采集到热失控的发生。因此，能够实时监控电池的热失控的监控电路具有重要的意义。
发明内容
本发明提供一种动力电池的热失控监控电路，解决现有电动汽车的动力电池存在的热失效监控不及时，易造成安全的问题，能提高车辆的电路能源消耗，提高电动汽车使用的安全性。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
一种动力电池的热失控监控电路，包括：蓄电池、温控模块、监控电路、整车控制器和电池管理控制器；
所述监控电路的第一输入端与蓄电池的正极相连，所述监控电路的第一输出端与所述温控模块的输入端相连，所述温控模块的输出端与所述监控电路的第二输入端相连，所述监控电路的第二输出端与所述整车控制器的输入端相连，所述监控电路的第三输出端与所述电池管理控制器的输入端相连；
所述温控模块设置在动力电池上，用于检测电池温度，并在电池温度超出设定温度阈值时断开所述监控电路的第一输出端传送给所述监控电路的第二输入端的PWM波连接，使所述监控电路的第二输入端保持低电平，所述监控电路的第二输出端输出第一电平信号，所述监控电路的第三输出端输出第二电平信号；
所述整车控制器接收到所述第一电平信号时，上报动力电池发生热失控报警；
所述电池管理控制器接收到所述第二电平信号时，控制动力电池的高电压输出。
优选的，所述监控电路包括：电源转换模块、多谐振荡电路、滤波电路、比较电路和输出电路；
所述电源转换模块的输入端作为所述监控电路的第一输入端，所述电源转换模块的输出端与所述多谐振荡电路的输入端相连，所述多谐振荡电路的输出端作为所述监控电路的第一输出端；
所述滤波电路的输入端作为所述监控电路的第二输入端，所述滤波电路的输出端与所述比较电路的输入端相连，所述比较电路的输出端与所述输出电路的输入端相连，所述输出电路的第一输出端作为所述监控电路的第二输出端，所述输出电路的第二输出端作为所述监控电路的第三输出端；
在电池温度大于设定温度阈值时，所述温控模块断开所述多谐振荡电路与所述滤波电路之间的电连接，使所述比较电路输出高电平，进而使所述输出电路输出所述第一电平信号和所述第二电平信号。
优选的，电源转换模块包括：基准电压源、第一电阻、第一电容和第一TVS管；
所述第一电阻与所述基准电压源串接在蓄电池的正极与整车地之间，所述第一电容串接在与所述基准电压源的输出端与整车地之间，所述第一电阻的输入端作为所述电源转换模块的输入端，所述基准电压源的输出端作为所述电源转换模块的输出端；
所述第一TVS管串接在所述第一电阻的输入端与整车地之间。
优选的，所述多谐振荡电路包括：第二电容、第三电容、第一NPN三极管、第二NPN三极管、第二电阻、第三电阻和第一二极管；
所述第二电容串接在所述第一NPN三极管的基极与所述第二NPN三极管的集电极之间，所述第三电容串接在所述第一NPN三极管的集电极与所述第二NPN三极管的基极之间；
所述第一NPN三极管的集电极与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端相连，所述第三电阻的另一端与所述第二NPN三极管的集电极相连，所述第二电阻的另一端作为所述多谐振荡电路的输入端；
所述第一NPN三极管的发射极与整车地相连，所述第二NPN三极管的发射极与整车地相连，所述第二NPN三极管的集电极与所述第一二极管的阳相连，所述第一二极管的阴极作为所述多谐振荡电路的输出端。
优选的，所述多谐振荡电路还包括：第二TVS管；
所述第二TVS管串接在所述第一二极管的阳极与整车地之间。
优选的，所述滤波电路包括：第四电容、第五电容、第六电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻；
所述第四电阻的一端作为所述滤波电路的输入端，所述第四电阻的另一端分别与所述第五电阻的一端和所述第六电阻的一端相连，所述第五电阻的另一端作为所述滤波电路的第一输出端，所述第六电阻的另一端作为所述滤波电路的第二输出端，所述第七电阻串接所述第四电阻的一端与整车地之间；
所述第四电容串接在所述第四电阻的另一端与整车地之间，所述第五电容串接在所述第五电阻的另一端与整车地之间，所述第六电容串接在所述第六电阻的另一端与整车地之间。
优选的，所述比较电路包括：第一基准电路、第二基准电路、第一比较器、第二比较器、第二二极管和第三二极管；
所述第一基准电路提供第一基准电压，所述第二基准电路提供第二基准电压；
所述第一比较器的负输入端与所述第一基准电路的输出端相连，所述第一比较器的正输入端与所述滤波电路的第一输出端相连，所述第一比较器的输出端与所述第二二极管的阳极相连；
所述第二比较器的负输入端与所述第二基准电路的输出端相连，所述第二比较器的正输入端与所述滤波电路的第二输出端相连，所述第二比较器的输出端与所述第三二极管的阳极相连；
所述第二二极管的阴极与所述第三二极管的阴相连，并作为所述比较电路的输出端。
优选的，所述第一基准电路和所述第二基准电路为电阻分压电路，所述电阻分压电路通过将多个电阻串接在设定电压与整车地之间以得到所述第一基准电压和所述第二基准电压。
优选的，所述输出电路包括：第一NMOS管、第二NMOS管、PMOS管、第八电阻、第九电阻和第十电阻；
所述第八电阻的一端与所述第九电阻的一端相连，并作为所述输出电路的输入端，所述第八电阻的另一端与所述第一NMOS管的栅级相连，所述第一NMOS管的源极与整车地相连，所述第十电阻串接在所述第一NMOS管的漏极与5V基准电压之间，所述第一NMOS管的漏极作为所述输出电路的第二输出端；
所述第九电阻的另一端与所述第二NMOS管的栅极相连，所述第二NMOS管的源极与整车地相连，所述第二NMOS管的漏极与PMOS管的栅极相连，所述PMOS管的源极与12V基准电压相连，所述PMOS管的漏极作为所述输出电路的第一输出端。
优选的，所述温控模块为温度开关，所述温度开关在电池温度大于设定温度阈值时断开连接。
本发明提供一种动力电池的热失控监控电路，通过温控开关控制多谐振荡电路输出的PWM波信号的连通，以实现监控电路输出热失控报警电平。解决现有电动汽车的动力电池存在的热失效监控不及时，易造成安全的问题，能提高车辆的电路能源消耗，提高电动汽车使用的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1：是本发明提供的一种动力电池的热失控监控电路结构示意图；
图2：是本发明实施例提供的电源转换模块的电路图；
图3：是本发明实施例提供的多谐振荡电路的示意图；
图4：是本发明实施例提供的滤波电路的示意图；
图5：是本发明实施例提供的比较电路的示意图；
图6：是本发明实施例提供的输出电路的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
针对当前动力电池发生热失效时，可能存在监控不及时的问题。本发明提供一种动力电池的热失控监控电路，通过温控开关控制多谐振荡电路输出的PWM波信号的连通，以实现监控电路输出热失控报警电平。解决现有电动汽车的动力电池存在的热失效监控不及时，易造成安全的问题，能提高车辆的电路能源消耗，提高电动汽车使用的安全性。
如图1所示，一种动力电池的热失控监控电路，包括：蓄电池、温控模块、监控电路、整车控制器和电池管理控制器。所述监控电路的第一输入端与蓄电池的正极相连，所述监控电路的第一输出端与所述温控模块的输入端相连，所述温控模块的输出端与所述监控电路的第二输入端相连，所述监控电路的第二输出端与所述整车控制器的输入端相连，所述监控电路的第三输出端与所述电池管理控制器的输入端相连。所述温控模块设置在动力电池上，用于检测电池温度，并在电池温度超出设定温度阈值时断开所述监控电路的第一输出端传送给所述监控电路的第二输入端的PWM波连接，使所述监控电路的第二输入端保持低电平，所述监控电路的第二输出端输出第一电平信号，所述监控电路的第三输出端输出第二电平信号。所述整车控制器接收到所述第一电平信号时，上报动力电池发生热失控报警。所述电池管理控制器接收到所述第二电平信号时，控制动力电池的高电压输出。
进一步，所述监控电路包括：电源转换模块、多谐振荡电路、滤波电路、比较电路和输出电路。所述电源转换模块的输入端作为所述监控电路的第一输入端，所述电源转换模块的输出端与所述多谐振荡电路的输入端相连，所述多谐振荡电路的输出端作为所述监控电路的第一输出端。所述滤波电路的输入端作为所述监控电路的第二输入端，所述滤波电路的输出端与所述比较电路的输入端相连，所述比较电路的输出端与所述输出电路的输入端相连，所述输出电路的第一输出端作为所述监控电路的第二输出端，所述输出电路的第二输出端作为所述监控电路的第三输出端。在电池温度大于设定温度阈值时，所述温控模块断开所述多谐振荡电路与所述滤波电路之间的电连接，使所述比较电路输出高电平，进而使所述输出电路输出所述第一电平信号和所述第二电平信号。
具体地，电路主要由电源转换模块、多谐振荡电路、滤波电路、比较电路及输出电路组成。蓄电池输出的12V常电首先经过电源转换电路，将12V电源转换为5V供电，之后经过多谐振荡电路(输出PWM波；PWM波经过温控模块后回到监控电路的滤波电路；如果发生热失控故障，滤波电路将接收不到PWM波信号。经过滤波后的PWM波进过比较电路后转换为12V电压给整车控制器VCU和电池管理控制器BMS。
如图2所示，电源转换模块包括：基准电压源U1、第一电阻R1、第一电容C1和第一TVS管DC1。所述第一电阻R1与所述基准电压源U1串接在蓄电池的正极与整车地之间，所述第一电容C1串接在与所述基准电压源U1的输出端与整车地之间，所述第一电阻R1的输入端作为所述电源转换模块的输入端，所述基准电压源U1的输出端作为所述电源转换模块的输出端。所述第一TVS管DC1串接在所述第一电阻R1的输入端与整车地之间。
在实际应用中，第一TVS管的瞬态抑制二极管，基准电压源将输出稳定的5V电压，可采用ADR5045B型号元件。
如图3所示，所述多谐振荡电路包括：第二电容C2、第三电容C3、第一NPN三极管QC1、第二NPN三极管QC2、第二电阻R2、第三电阻R3和第一二极管D1。所述第二电容C2串接在所述第一NPN三极管QC1的基极与所述第二NPN三极管QC2的集电极之间，所述第三电容C3串接在所述第一NPN三极管QC1的集电极与所述第二NPN三极管QC2的基极之间。所述第一NPN三极管QC1的集电极与所述第二电阻R2的一端相连，所述第二电阻R2的另一端与所述第三电阻R3的一端相连，所述第三电阻R3的另一端与所述第二NPN三极管QC2的集电极相连，所述第二电阻R2的另一端作为所述多谐振荡电路的输入端。所述第一NPN三极管QC1的发射极与整车地相连，所述第二NPN三极管QC2的发射极与整车地相连，所述第二NPN三极管QC2的集电极与所述第一二极管D1的阳相连，所述第一二极管D1的阴极作为所述多谐振荡电路的输出端。
需要说明的是，还包括多个电阻，使第二电容和第三电容的两端与第二电阻的另一端之间都设有电阻保护。
进一步，所述多谐振荡电路还包括：第二TVS管DC2；所述第二TVS管DC2串接在所述第一二极管D1的阳极与整车地之间。
如图4所示，所述滤波电路包括：第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7。所述第四电阻R4的一端作为所述滤波电路的输入端，所述第四电阻R4的另一端分别与所述第五电阻R5的一端和所述第六电阻R6的一端相连，所述第五电阻R5的另一端作为所述滤波电路的第一输出端，所述第六电阻R6的另一端作为所述滤波电路的第二输出端，所述第七电阻R7串接所述第四电阻的一端与整车地之间。所述第四电容C4串接在所述第四电阻R4的另一端与整车地之间，所述第五电容C5串接在所述第五电阻R5的另一端与整车地之间，所述第六电容C6串接在所述第六电阻R6的另一端与整车地之间。
如图5所示，所述比较电路包括：第一基准电路、第二基准电路、第一比较器U2、第二比较器U3、第二二极管D2和第三二极管D3。所述第一基准电路提供第一基准电压，所述第二基准电路提供第二基准电压。所述第一比较器U1的负输入端与所述第一基准电路的输出端相连，所述第一比较器U1的正输入端与所述滤波电路的第一输出端相连，所述第一比较器U1的输出端与所述第二二极管D2的阳极相连。所述第二比较器U2的负输入端与所述第二基准电路的输出端相连，所述第二比较器U2的正输入端与所述滤波电路的第二输出端相连，所述第二比较器U2的输出端与所述第三二极管D3的阳极相连。所述第二二极管D2的阴极与所述第三二极管D3的阴相连，并作为所述比较电路的输出端。
在实际应用中，第一基准电压可为4V，第二基准电压为1V，在滤波电路输出1～4V电平信号时，比较器输出的0V电平，即比较电路输出低电平信号。第一比较器和第二比较器可采用MCP6542。
进一步，所述第一基准电路和所述第二基准电路为电阻分压电路，所述电阻分压电路通过将多个电阻串接在设定电压与整车地之间以得到所述第一基准电压和所述第二基准电压。
如图6所示，所述输出电路包括：第一NMOS管QC3、第二NMOS管QC4、PMOS管QC5、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10。所述第八电阻R8的一端与所述第九电阻R9的一端相连，并作为所述输出电路的输入端，所述第八电阻R8的另一端与所述第一NMOS管QC3的栅级相连，所述第一NMOS管QC3的源极与整车地相连，所述第十电阻R10串接在所述第一NMOS管QC3的漏极与5V基准电压之间，所述第一NMOS管QC3的漏极作为所述输出电路的第二输出端。所述第九电阻R9的另一端与所述第二NMOS管QC4的栅极相连，所述第二NMOS管QC4的源极与整车地相连，所述第二NMOS管QC4的漏极与PMOS管QC5的栅极相连，所述PMOS管的源极与12V基准电压相连，所述PMOS管QC5的漏极作为所述输出电路的第一输出端。
在实际应用中，在比较电路输出为低时(为发生故障)，输出电路输出0V，在比较电路输出为高时(发生故障)，输出电路输出12V及5V。其中12V电平信号发送给整车控制器，5V电平信号发送给电池管理控制器。
进一步，所述输出电路还包括：钳位电路，所述钳位电路设置在所述输出电路的输入端，用于使所述输出电路接到的输入电压保持在恒定值；
所述钳位电路包括：第四二极管和第五二极管，所述第四二极管和所述第五二极管串接在5V电压与整车地之间。
更进一步，所述温控模块为温度开关，所述温度开关在电池温度大于设定温度阈值时断开连接。
可见，本发明提供一种动力电池的热失控监控电路，通过温控开关控制多谐振荡电路输出的PWM波信号的连通，以实现监控电路输出热失控报警电平。解决现有电动汽车的动力电池存在的热失效监控不及时，易造成安全的问题，能提高车辆的电路能源消耗，提高电动汽车使用的安全性。
以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种动力电池的热失控监控电路，其特征在于，包括：蓄电池、温控模块、监控电路、整车控制器和电池管理控制器；
所述监控电路的第一输入端与蓄电池的正极相连，所述监控电路的第一输出端与所述温控模块的输入端相连，所述温控模块的输出端与所述监控电路的第二输入端相连，所述监控电路的第二输出端与所述整车控制器的输入端相连，所述监控电路的第三输出端与所述电池管理控制器的输入端相连；
所述温控模块设置在动力电池上，用于检测电池温度，并在电池温度超出设定温度阈值时断开所述监控电路的第一输出端传送给所述监控电路的第二输入端的PWM波连接，使所述监控电路的第二输入端保持低电平，所述监控电路的第二输出端输出第一电平信号，所述监控电路的第三输出端输出第二电平信号；
所述整车控制器接收到所述第一电平信号时，上报动力电池发生热失控报警；
所述电池管理控制器接收到所述第二电平信号时，控制动力电池的高电压输出；
所述监控电路包括：电源转换模块、多谐振荡电路、滤波电路、比较电路和输出电路；
所述电源转换模块的输入端作为所述监控电路的第一输入端，所述电源转换模块的输出端与所述多谐振荡电路的输入端相连，所述多谐振荡电路的输出端作为所述监控电路的第一输出端；
所述滤波电路的输入端作为所述监控电路的第二输入端，所述滤波电路的输出端与所述比较电路的输入端相连，所述比较电路的输出端与所述输出电路的输入端相连，所述输出电路的第一输出端作为所述监控电路的第二输出端，所述输出电路的第二输出端作为所述监控电路的第三输出端；
在电池温度大于设定温度阈值时，所述温控模块断开所述多谐振荡电路与所述滤波电路之间的电连接，使所述比较电路输出高电平，进而使所述输出电路输出所述第一电平信号和所述第二电平信号。
2.根据权利要求1所述的动力电池的热失控监控电路，其特征在于，电源转换模块包括：基准电压源、第一电阻、第一电容和第一TVS管；
所述第一电阻与所述基准电压源串接在蓄电池的正极与整车地之间，所述第一电容串接在与所述基准电压源的输出端与整车地之间，所述第一电阻的输入端作为所述电源转换模块的输入端，所述基准电压源的输出端作为所述电源转换模块的输出端；
所述第一TVS管串接在所述第一电阻的输入端与整车地之间。
3.根据权利要求2所述的动力电池的热失控监控电路，其特征在于，所述多谐振荡电路包括：第二电容、第三电容、第一NPN三极管、第二NPN三极管、第二电阻、第三电阻和第一二极管；
所述第二电容串接在所述第一NPN三极管的基极与所述第二NPN三极管的集电极之间，所述第三电容串接在所述第一NPN三极管的集电极与所述第二NPN三极管的基极之间；
所述第一NPN三极管的集电极与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端相连，所述第三电阻的另一端与所述第二NPN三极管的集电极相连，所述第二电阻的另一端作为所述多谐振荡电路的输入端；
所述第一NPN三极管的发射极与整车地相连，所述第二NPN三极管的发射极与整车地相连，所述第二NPN三极管的集电极与所述第一二极管的阳相连，所述第一二极管的阴极作为所述多谐振荡电路的输出端。
4.根据权利要求3所述的动力电池的热失控监控电路，其特征在于，所述多谐振荡电路还包括：第二TVS管；
所述第二TVS管串接在所述第一二极管的阳极与整车地之间。
5.根据权利要求4所述的动力电池的热失控监控电路，其特征在于，所述滤波电路包括：第四电容、第五电容、第六电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻；
所述第四电阻的一端作为所述滤波电路的输入端，所述第四电阻的另一端分别与所述第五电阻的一端和所述第六电阻的一端相连，所述第五电阻的另一端作为所述滤波电路的第一输出端，所述第六电阻的另一端作为所述滤波电路的第二输出端，所述第七电阻串接所述第四电阻的一端与整车地之间；
所述第四电容串接在所述第四电阻的另一端与整车地之间，所述第五电容串接在所述第五电阻的另一端与整车地之间，所述第六电容串接在所述第六电阻的另一端与整车地之间。
6.根据权利要求5所述的动力电池的热失控监控电路，其特征在于，所述比较电路包括：第一基准电路、第二基准电路、第一比较器、第二比较器、第二二极管和第三二极管；
所述第一基准电路提供第一基准电压，所述第二基准电路提供第二基准电压；
所述第一比较器的负输入端与所述第一基准电路的输出端相连，所述第一比较器的正输入端与所述滤波电路的第一输出端相连，所述第一比较器的输出端与所述第二二极管的阳极相连；
所述第二比较器的负输入端与所述第二基准电路的输出端相连，所述第二比较器的正输入端与所述滤波电路的第二输出端相连，所述第二比较器的输出端与所述第三二极管的阳极相连；
所述第二二极管的阴极与所述第三二极管的阴相连，并作为所述比较电路的输出端。
7.根据权利要求6所述的动力电池的热失控监控电路，其特征在于，所述第一基准电路和所述第二基准电路为电阻分压电路，所述电阻分压电路通过将多个电阻串接在设定电压与整车地之间以得到所述第一基准电压和所述第二基准电压。
8.根据权利要求7所述的动力电池的热失控监控电路，其特征在于，所述输出电路包括：第一NMOS管、第二NMOS管、PMOS管、第八电阻、第九电阻和第十电阻；
所述第八电阻的一端与所述第九电阻的一端相连，并作为所述输出电路的输入端，所述第八电阻的另一端与所述第一NMOS管的栅级相连，所述第一NMOS管的源极与整车地相连，所述第十电阻串接在所述第一NMOS管的漏极与5V基准电压之间，所述第一NMOS管的漏极作为所述输出电路的第二输出端；
所述第九电阻的另一端与所述第二NMOS管的栅极相连，所述第二NMOS管的源极与整车地相连，所述第二NMOS管的漏极与PMOS管的栅极相连，所述PMOS管的源极与12V基准电压相连，所述PMOS管的漏极作为所述输出电路的第一输出端。
9.根据权利要求8所述的动力电池的热失控监控电路，其特征在于，所述温控模块为温度开关，所述温度开关在电池温度大于设定温度阈值时断开连接。
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