CN114851852A - 短路保护系统及电动交通工具的动力电池系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种短路保护系统及电动交通工具的动力电池系统。该系统包括：电流监测装置、控制模块、断路保护装置；电流监测装置用于监测待保护电路系统的主回路的电流，且在监测到短路电流的情况下输出过流告警信号；控制模块用于根据过流告警信号，按设定策略向断路保护装置输出断路驱动信号；断路保护装置串联于主回路，用于响应于主回路的短路电流以自触发方式被触发至断开状态，或响应于断路驱动信号以外触发方式被触发至断开状态，从而断开所述主回路。本申请提供的方案，能够提高断路保护的可靠性。

Description

短路保护系统及电动交通工具的动力电池系统

技术领域

本申请涉及短路保护系统及电动交通工具的动力电池系统。

背景技术

为了确保新能源汽车动力电池系统安全性，一般在动力电池系统中安装有断路保护部件，当产生短路现象时，能通过断路保护装置切断短路回路。

相关技术中，通过外部控制器触发的方式驱动断路保护装置进行断路保护。然而，当外部控制器与断路保护装置之间断路时，无法及时触发断路保护装置，导致无法及时对电池系统的主回路进行断路保护。

发明内容

为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种短路保护系统及电动交通工具的动力电池系统，能够提高断路保护的可靠性。

本申请一方面提供一种短路保护系统，包括：电流监测装置、控制模块、断路保护装置；

所述电流监测装置用于监测待保护电路系统的主回路的电流，且在监测到短路电流的情况下输出过流告警信号；

所述控制模块用于根据所述过流告警信号，按设定策略向所述断路保护装置输出断路驱动信号；

所述断路保护装置串联于所述主回路，用于响应于所述主回路的短路电流以自触发方式被触发至断开状态，或响应于所述断路驱动信号以外触发方式被触发至断开状态，从而断开所述主回路。

一实施例中，所述系统还包括：继电器，串联于所述主回路；

所述控制模块还用于：根据所述过流告警信号，按所述设定策略向所述继电器输出断开控制信号，使所述继电器断开，从而断开所述主回路。

一实施例中，所述断路保护装置包括熔断器、和断路器，所述熔断器与所述断路器串联；

所述断路保护装置响应于所述短路电流以自触发方式被触发至断开状态包括：

所述熔断器响应于所述短路电流熔断燃弧而产生内部驱动电压，使得所述断路器响应于所述内部驱动电压而被触发至断开状态。

一实施例中，所述断路器包括具有点火器的烟火断路器、以及驱动控制电路；所述驱动控制电路包括：

整流桥，与所述点火器连接，并通过外部触发接口与所述控制模块连接；

限流和瞬态抑制单元，通过内部驱动引线与所述熔断器连接；

隔离变压器，连接于所述整流桥和所述限流和瞬态抑制单元之间。

一实施例中，所述控制模块，根据所述过流告警信号，按设定策略向所述断路保护装置输出断路驱动信号，以及向所述继电器输出断开控制信号包括：

根据所述过流告警信号获得短路电流值；

在所述短路电流值不超过第二电流阈值的情况下，向所述继电器输出所述断开控制信号，以及，在所述短路电流值超过所述第二电流阈值的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号。

一实施例中，所述在短路电流值超过所述第二电流阈值的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号，包括：

在所述短路电流值小于第五电流阈值、大于或等于所述第二电流阈值，且在第二时长内所述断路保护装置未被自触发的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号。

一实施例中，所述在所述短路电流值超过所述第二电流阈值的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号，还包括：

在所述短路电流值大于或等于所述第五电流阈值，且在第一时长内所述断路保护装置未被自触发的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号，以及，在第二时长内所述断路保护装置未被触发的情况下，再次向所述断路保护装置输出断路驱动信号；其中所述第二时长大于所述第一时长。

一实施例中，所述在所述短路电流值超过所述第二电流阈值的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号，还包括：

在第三时长内所述断路保护装置未被触发的情况下，向所述继电器输出断开控制信号，其中所述第三时长大于所述第二时长。

一实施例中，所述电流监测装置包括分流器和霍尔电流传感器；

所述过流告警信号包含短路电流相关值；

其中，若所述电流监测装置监测到的短路电流不超过预设阈值，依据所述霍尔电流传感器的检测结果获得所述短路电流相关值，若监测到的短路电流超过预设阈值，则依据所述分流器的检测结果获得所述短路电流相关值。

一实施例中，所述电流监测装置包括分流器和电流检测芯片；

所述分流器串联于所述主回路，用于输出采样电压；

所述电流检测芯片用于在依据所述采样电压判断监测到短路电流的情况下，输出包含所述采样电压值的过流告警信号；

所述控制模块还用于根据所述分流器的预存校准参数和所述采样电压的电压值，获得校准的短路电流值，其中所述预存校准参数至少包括以下部分或全部：校准后初始阻值、温度系数、长期稳定性参数、热电系数。

一实施例中，所述系统还包括：

温度检测传感器，设置于所述断路保护装置的两端或一端，用于输出所述断路保护装置的温度检测值；

所述控制模块，还用于在所述温度检测值达到设定温度阈值时，发出过温报警信号。

一实施例中，所述电流监测装置包括分流器；

所述分流器配置有第一温度输出端组、第二温度输出端组、第一电压输出端组、第二电压输出端组；其中：

所述第一温度输出端组和第二温度输出端组用于分别输出所述分流器两侧的检测温度；

所述第一电压输出端组用于输出所述分流器两端的高速采样电压值；所述第二电压输出端组用于输出所述分流器两端的低速采样电压值。

一实施例中，所述控制模块包括控制器和驱动电路；

所述控制器与所述电流监测装置连接，用于在检测到所述电流监测装置输出的所述过流告警信号的情况下，向所述驱动电路输出断路保护信号；

所述驱动电路与所述电流监测装置、断路保护装置及控制器连接，用于在检测到所述电流监测装置输出的所述过流告警信号或检测到所述控制器输出的所述断路保护信号的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号。

本申请另一方面提供一种电动交通工具的动力电池系统，包括如上任一项所述的短路保护系统。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请的实施例中，当主回路发生短路时，断路保护装置能够响应于主回路的短路电流以自触发方式被触发至断开状态，或响应于控制模块的断路驱动信号以外触发方式被触发至断开状态，从而断开所述主回路，这样，即使控制模块与断路保护装置之间断路，断路保护装置仍然能够通过自触发方式被触发至断开状态，因此，能够提高主回路断路保护的可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细地描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是本申请一实施例的短路保护系统的结构示意图；

图2是本申请另一实施例的短路保护系统的结构示意图；

图3是本申请另一实施例的短路保护系统的结构示意图；

图4是图3实施例的短路保护系统的断路保护装置的放大图；

图5是本申请一实施例的分流器的布线示意图；

图6示出本申请一实施例的短路保护系统中的NTC温度检测传感器；

图7是本申请一实施例的主回路短路电流I与断路保护装置自触发动作时间t的关系示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的实施方式。虽然附图中显示了本申请的实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。

图1是本申请一实施例的短路保护系统的结构示意图。

参见图1，一种短路保护系统，包括电流监测装置110、控制模块12、断路保护装置13。

电流监测装置110，用于监测待保护电路系统的主回路的电流，且在监测到短路电流的情况下输出过流告警信号。可以理解的，本申请实施例中，主回路中的电流大于特定值(例如第一电流阈值)的情况下可以认为主回路发生短路，将这种情况下主回路中的电流称为短路电流。

控制模块12，用于根据过流告警信号，按设定策略向断路保护装置13输出断路驱动信号。

断路保护装置13，串联于主回路，用于响应于主回路的短路电流以自触发方式被触发至断开状态，或响应于控制模块12输出的断路驱动信号以外触发方式被触发至断开状态，从而断开主回路。

依据本申请实施例，当主回路发生短路时，断路保护装置能够响应于主回路的短路电流以自触发方式被触发至断开状态，或响应于控制模块的断路驱动信号以外触发方式被触发至断开状态，从而断开主回路，这样，即使控制模块与断路保护装置之间断路，断路保护装置仍然能够通过自触发方式被触发至断开状态，因此，能够提高主回路断路保护的可靠性。

图2是本申请另一实施例的短路保护系统的结构示意图。

参见图2，一种短路保护系统，包括电流监测装置、控制模块12、断路保护装置13、继电器。

一实施例中，继电器串联于主回路21，用于响应于控制模块12的断开控制信号，断开主回路21。图2的示例中，继电器包括主正继电器141、主负继电器142，主正继电器141和主负继电器142分别串联于主回路21。当动力电池系统31的主回路21发生短路时，控制模块12可以根据过流告警信号，按设定策略向主正继电器141和主负继电器142输出断开控制信号，使主正继电器141和主负继电器142断开，从而断开动力电池系统31的主回路21。

一实施例中，电流监测装置包括电流传感器和电流检测芯片。电流传感器例如可以包括分流器111。分流器111串联于主回路21，用于输出主回路的电流检测采样电压；电流检测芯片用于在依据采样电压判断监测到短路电流的情况下，输出包含该采样电压的电压值的过流告警信号。可以理解的，另一些实施例中，过流告警信号可包含其他类型的短路电流相关值，或者不包含短路电流相关值。可以理解的，本申请的电流监测装置不限于此。例如，另一实施例中，电流传感器包括霍尔电流传感器，霍尔电流传感器可套于主回路21的铜排，通过霍尔效应感应铜排中电流产生的磁场，输出主回路的电流检测采样电压。

再例如，另一实施例中，电流检测装置包括分流器111和霍尔电流传感器。电流监测装置输出的过流告警信号包含短路电流相关值，例如采样电压值；其中，若电流监测装置监测到的短路电流不超过预设阈值，依据霍尔电流传感器的检测结果获得该短路电流相关值，若监测到的短路电流超过预设阈值，则依据分流器的检测结果获得该短路电流相关值。一具体实例中，若主回路的短路电流小于500A时，可以依据霍尔电流传感器的检测结果进行短路保护控制。若主回路的短路电流大于或等于设定500A时，可以依据分流器的检测结果进行短路保护控制。

一实施例中，同时采用分流器和霍尔电流传感器检测主回路的短路电流。若短路电流不超过预设阈值，选择霍尔电流传感器的检测结果进行短路保护控制，且以分流器的检测结果对霍尔电流传感器的检测结果进行验证；若短路电流超过预设阈值，选择分流器的检测结果进行短路保护控制。同时采用分流器和霍尔电流传感器检测主回路的电流，能兼容分流器大电流量程、低精度和霍尔电流传感器小电流量程、高精度的优势；并且，由于分流器的采样时间显著快于霍尔电流传感器的采样时间，例如当出现极限短路电流时，可依据分流器的快速检测提升短路保护响应速度，从而降低或避免短路电流对主回路的不利影响。

一实施例中，控制模块12包括控制器和驱动电路；控制器与电流监测装置连接，用于在检测到电流监测装置输出的过流告警信号的情况下，向驱动电路输出断路保护信号；驱动电路与断路保护装置13及控制器连接，用于在检测到电流监测装置输出的过流告警信号的情况下，向断路保护装置13输出断路驱动信号，使断路保护装置13以外触发方式被触发至断开状态，从而断开主回路21。一些实施例中，驱动电路还与电流监测装置连接，用于在检测到电流监测装置输出的过流告警信号的情况下，向断路保护装置13输出断路驱动信号；如此，电流监测装置可通过驱动电路直接触发断路保护装置13，能够提升断路保护的可靠性和及时性。一实施例中，驱动电路可包括专用驱动芯片，但不限于此。

一实施例中，控制器根据过流告警信号获得短路电流值；在短路电流值不超过第二电流阈值的情况下，向继电器输出断开控制信号，以及，在短路电流值超过第二电流阈值的情况下，向断路保护装置13输出断路驱动信号。

一实施例中，在短路电流值超过第二电流阈值的情况下，向断路保护装置13输出所述断路驱动信号，包括：

在短路电流值小于第五电流阈值、大于或等于第二电流阈值，且在第二时长内断路保护装置13未被自触发的情况下，向断路保护装置13输出断路驱动信号。

一实施例中，在短路电流值超过第二电流阈值的情况下，向断路保护装置13输出断路驱动信号，还包括：

在短路电流值大于或等于第五电流阈值，且在第一时长内断路保护装置13未被自触发的情况下，向断路保护装置13输出断路驱动信号，以及，在第二时长内断路保护装置13未被触发的情况下，再次向断路保护装置13输出断路驱动信号；其中第二时长大于第一时长。

一实施例中，在短路电流值超过第二电流阈值的情况下，向断路保护装置13输出断路驱动信号，还包括：

在第三时长内断路保护装置未被触发的情况下，向继电器输出断开控制信号，其中第三时长大于第二时长。

一实施例中，断路保护装置13包括熔断器、和断路器，熔断器与断路器串联；断路器能够以自触发方式或外触发方式被触发至断开状态，从而断开主回路。自触发方式下，熔断器响应于主回路中的短路电流熔断燃弧而产生内部驱动电压，使得断路器响应于该内部驱动电压而被触发至断开状态。外触发方式下，断路器响应于控制模块的断路驱动信号被触发至断开状态。

图3是本申请另一实施例的短路保护系统的结构示意图。

参见图3，短路保护系统包括分流器111、高压监测控制模块12、断路保护装置13。

高压监测控制模块12分别与断路保护装置13、分流器111连接。高压监测控制模块12包括高压部分和低压部分，低压部分包括控制器、断路保护装置的专用驱动芯片123、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)收发器124等元器件及外围电路；高压部分包括电流检测芯片125及外围电路。控制器包括SBC(System Basis Chip，系统基础芯片)121、MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)芯片122，可以理解的，本申请不限于此，例如，另一实施例中，高压监测控制模块12的控制器可包括单个微控制单元芯片122或其他类型控制芯片。高压部分与低压部分通过隔离电源芯片126和信号隔离芯片127进行高低压隔离。低压部分对外接口包括电源信号接口、CAN信号接口、唤醒信号接口、碰撞信号接口、霍尔电流传感器信号接口、断路保护装置13的驱动信号接口。高压部分对外接口包括对分流器111的温度采集信号接口、电压采集信号接口、高压回路参考地信号接口。分流器111串联于主回路21，用于输出主回路的电流检测采样电压。电流检测芯片125在依据采样电压判断监测到短路电流时，可将过流告警信号通过硬件电路直接驱动专用驱动芯片123触发断路保护装置13。电流检测芯片125还可将过流告警信号发送至MCU芯片122；MCU芯片122根据过流告警信号中包含的短路电流相关值，按设定策略通过专用驱动芯片123以外触发方式触发断路保护装置13。

图4是图3实施例的短路保护系统的断路保护装置的放大图。

一并参阅图3和图4，一实施例中，断路保护装置13包括热熔丝131、具有点火器的烟火断路器132、驱动控制板133；驱动控制板133上的驱动控制电路包括整流桥、限流和瞬态抑制单元、隔离变压器。

烟火断路器132的主回路与热熔丝131串联，烟火断路器132和热熔丝131分别串联于电池系统31的主回路21内。驱动控制板133的内部驱动接口通过多路内部驱动引线并联连接至热熔丝131两端，驱动控制板133的点火器驱动接口通过线路连接至烟火断路器132的点火器。驱动控制板133的外部触发接口与专用驱动芯片123连接，并通过整流桥连接至烟火断路器132的点火器驱动接口，驱动控制板133的内部驱动接口通过限流和瞬态抑制单元连接至隔离变压器原边，隔离变压器的副边通过整流桥连接至烟火断路器132的点火器驱动接口。

断路保护装置13的触发方式包括两种。方式一为外触发，烟火断路器132的点火器由专用驱动芯片123输出的断路驱动信号触发；具体地，专用驱动芯片123输出驱动电流(例如为2A左右)，驱动电流通过外部触发接口134输入，由整流桥整流后触发烟火断路器132的点火器，点火器推动推杆切断烟火断路器132的主回路，使得断路保护装置13被触发至断开状态；方式二为自触发，烟火断路器132的点火器由热熔丝131熔断燃弧所产生的内部驱动电压触发。具体地，当电池系统31的主回路21发生短路时，短路电流导致热熔丝131熔断燃弧而产生内部驱动电压，在内部驱动引线产生电流，电流通过限流和瞬态抑制单元、隔离变压器，由整流桥整流后触发烟火断路器132的点火器，点火器推动推杆切断烟火断路器132的主回路，使得断路保护装置13被触发至断开状态，从而断开电池系统31的主回路21。可以调整限流和瞬态抑制单元的电阻值或击穿电压设定断路保护装置13的自触发条件。

一实施例中，专用驱动芯片123还向断路保护装置13输出检测电流(例如100mA)，以用于监测烟火断路器132的点火器的状态和断路保护装置13驱动回路的完整性。点火器的状态包括火药正常状态(例如对应于电阻在1.7Ω至2.3Ω范围内的情形)、火药失效状态(例如对应于电阻＜1.7Ω或电阻＞2.3Ω的情形)；断路保护装置13驱动回路的状态包括短路、断路。点火器的火药失效、或者断路保护装置13驱动回路发生短路或断路时，控制器可以输出相应的提示信号。

图5是本申请一实施例的分流器的布线示意图。

本实施例中，分流器111配置有第一温度输出端组、第二温度输出端组、第一电压输出端组、第二电压输出端组；其中：第一温度输出端组和第二温度输出端组用于分别输出分流器111两侧的检测温度；第一电压输出端组用于输出分流器111两端的高速采样电压；第二电压输出端组用于输出分流器两端的低速采样电压。参见图5，控制模块的电流检测芯片125通过多路管脚(Pin)与分流器111连接，其中，管脚Pin1和管脚Pin2连接于分流器111一端的第一温度输出端组，用于获得分流器111一端的温度；管脚Pin8和管脚Pin9连接于分流器111另一端的第二温度输出端组，用于获得分流器111另一端的温度；管脚Pin4和管脚Pin5连接于分流器111的合金两端的第一电压输出端组，用于获得分流器111合金两端的采样电压，管脚Pin3和管脚Pin6连接于分流器111的合金两端的第二电压输出端组，用于获得分流器111合金两端的冗余采样电压，管脚Pin7用于测量高压回路参考地。一实施例中，第一电压输出端组和第二电压输出端组其中一组输出高速采样电压，另一组输出低速采样电压。通过配置两路电压采样，可以更加准确地检测主回路的短路电流，降低分流器111的测量误差；通过配置两路温度采样，可以更好校准分流器111热电系数的误差。

一实施例中，可以在分流器111的两端分别设置NTC(负温度系数)热敏电阻，分别检测分流器111两端的温度。分流器111的第一温度输出端组和第二温度输出端组分别与对应NTC热敏电阻连接，电流检测芯片125通过与第一温度输出端组连接的管脚Pin1、管脚Pin2、以及与第二温度输出端组连接的管脚Pin8、管脚Pin9获得分流器111两端的温度检测信号。

本申请另一实施例的短路保护系统还包括温度检测传感器，温度检测传感器设置于断路保护装置13的两端，用于输出断路保护装置13的温度检测值；控制模块12，还用于在温度检测传感器的温度检测值达到设定温度阈值时，发出过温报警信号。

图6示出本申请一实施例的短路保护系统中的NTC温度检测传感器。

参见图6，一个具体实例中，断路保护装置13的两端分别设有NTC温度检测传感器151，用于检测断路保护装置13的温度；当控制模块12监测断路保护装置13的温度达到130℃时，发出一级过温报警信号；当温度达到140摄氏度时，发出二级过温报警信号。可以理解的，另一实施例中，可以只设一个温度检测传感器。

分流器111在使用过程会产生功率损耗并以热量的方式散发，为了降低分流器111的功率损耗，可降低分流器111的阻值。而分流器111的阻值过低，会导致过低的采样信号电压和较高的分流器111制造成本，采样信号电压可以通过可编程增益的运放来处理，但制造成本较大。一种解决方案是通过降低分流器111的精度降低制造成本，但分流器111精度的降低导致无法精确地测量，因此，需要对降低精度的分流器111进行校准，以提高分流器111的测量精度。例如，500A的电流适合使用50uΩ的分流器，制造50uΩ精度1％的分流器，需要将分流器的阻值控制在49.5-50.5uΩ，难度相当大，直接导致制造成本的高昂。本申请一实施例中，可降低分流器的精度，例如控制在5％以内，并且对分流器进行校准补偿，通过对分流器的校准补偿，减小分流器精度的降低对测量的影响。

一实施例中，分流器111的校准包括初始阻值的校准、温度系数的校准、长期稳定性参数的校准、热电系数的校准。在分流器111和控制模块12组合后，对分流器111的初始阻值、温度系数、长期稳定性参数、热电系数和控制模块12的运放增益系数、失调量进行校准，将校准获得的初始阻值、温度系数、长期稳定性参数、热电系数、运放增益系数、失调量通过二微码标记，将校准后的参数写入MCU芯片122。

分流器初始阻值的校准：分流器出厂时的标称初始阻值通常与真实值相比有一定误差。依据本申请的实施例，在分流器产线的最后工段，通过实测获得分流器的真实的初始阻值R_shunt，在控制器软件架构的构建上，预留通过总线写入真实的初始阻值的程序，从而将分流器的真实的初始阻值R_shunt预存于控制器，例如预存于MCU芯片的E2PROM(ElectricallyErasable Programmable Read Only Memory，带电可擦可编程只读存储器)中。

分流器长期稳定性参数R_LTS的校准：分流器的长期稳定性参数R_LTS是指分流器的阻值相对于时间的变化率，一般用高温(例如140℃)的测试环境测试数千个小时后得出。分流器长期稳定性参数R_LTS是否需要补偿，在分流器运行一段时间进行验证后再做决定。例如应用于车辆时，可通过车辆后期的OTA(Over The Air Technology，空中升级)，对预存于MCU芯片E2PROM的分流器长期稳定性参数LTS进行补偿。

分流器热电系数EMF的校准：分流器的金属端子与合金端是两种不同的电导体，当存在温度差异时，在两种不同的电导体之间会产生电势差，电势差会叠加至实际采集到的电压中，进而导致测量误差。针对分流器的热电系数EMF的校准，可以抽样测量与该分流器同一批次设定数量的分流器，得到设定数量的分流器的平均热电系数EMF，可以采用平均热电系数EMF为该分流器的热电系数EMF(例如，分流器热电系数EMF小于1uV/℃)，将分流器的热电系数EMF预存于MCU芯片的E2PROM中。

分流器温度系数TCR的校准：温度系数TCR是指分流器阻值随温度变化而变化的比例。温度系数是非线性的，因此，要选取TCR尽量低的分流器，以降低后期校准的难度，在该参数的数据参考上要分清是整个分流器的TCR。同一批次分流器的温漂分布曲线采用回归分析方法，得到温漂分布曲线的公式，即分流器的阻值漂移相对于温度值的变化公式，该公式至少是三次函数(回归式抛物线)才能较为准确的描述温漂曲线变化。三次函数4个系数，理论上至少4个测量点才能满足要求，额外增加一个温度测量点用于闭环检测。

获得分流器的温漂曲线后，可以通过专用软件获得每一摄氏度的补偿值，该补偿值可以整合初始精度误差，以查表的方式通过总线预存于MCU芯片的E2PROM，提高分流器阻值的补偿效率。

温漂曲线的公式为T_TCR＝aT³+bT²+cT+d，一个实例中，如表1，分流器温度系数TCR初始值为1(20℃～30℃)，从-40℃～150℃，以10℃为梯度设定T_TCR值，T_TCR以分流器两个温度的平均值进行查表得到：

表1：

温度范围/℃

-40～-30

-30～-20

……

20～30

30～40

……

130～140

140～150

T<sub>TCR</sub>

T<sub>TCR1</sub>

T<sub>TCR2</sub>

……

1

T<sub>TCR8</sub>

……

T<sub>TCR18</sub>

T<sub>TCR19</sub>

控制器初始软件中R_shunt、T_TCR、EMF、R_LTC值为空，通过上位机将R_shunt、T_TCR、EMF、R_LTC写入MCU芯片中。R_shunt、T_TCR、EMF、R_LTC写入MCU芯片后，再对控制器的运放增益系数k和失调量b进行校准。

控制器的运放增益系数k和失调量b校准，可以在产线匹配分流器实测校准完成的，对采样量程进行分段校准，电流校准区间示例性地设定如表2：

表2：

如表2所示，在每一个电流校准区间内抽取至少3个电流值，通过数字式高精度电流检测设备对控制器获得的电流值进行校准，即对控制器的运放增益系数k和失调量b校准。每个区间有一个独立的k值和独立的b值，初始k值为1，初始b值为0。根据每一个电流校准区间内的至少3个电流值线性拟合得到校准后的k值和校准后的b值。通过比较数字式高精度电流检测设备测得的电流值与控制器获得的电流值，对k和b进行校准。通过上位机将校准后的k值和校准后的b值写入MCU芯片中。依次完成每一个电流校准区间k值和b值的校准。之后设定多组正负对应的电流值，通过数字式高精度电流检测设备对校准后的控制器获得的电流值进行检验，检验时设定的电流值与校准时设定的电流值不同值。

一实施例中，控制模块12获得分流器111的采样电压的电压值，根据分流器111的预存校准参数和采样电压的电压值，获得校准的短路电流值，其中预存校准参数至少包括以下部分或全部：校准后的分流器111的初始阻值、温度系数、长期稳定性参数、热电系数。

一实施例中，控制模块12根据下式获得校准的短路电流值I:

其中，V_measure为分流器111的采样电压的电压值；R_shunt为分流器111的校准后初始阻值；V_EMF为分流器111的热电电压，放电时V_EMF＝EMF×(T₁-T₂)，充电时V_EMF＝EMF×(T₂-T₁)；T_TCR为分流器111的温度系数，T_TCR＝aT³+bT²+cT+d，

T_TCR可根据表1查表获得；L_LTS为分流器111的长期稳定性系数，

k为运放增益系数；b为失调量；T₁为分流器111一端温度检测传感器采集的温度值；T₂为分流器111另一端温度检测传感器采集的温度值；EMF为分流器111的热电系数；R_LTC为分流器111长时间工作后的阻值。

结合上述实施例的短路保护系统，对本申请一实施例的短路保护策略描述如下。可以理解的，本申请不限于此。

参阅图2所示，当控制模块12确定主回路中的电流小于第一电流阈值(I0)，且收到例如来自电池系统31的BMS(Battery Management System，电池管理系统)的断高压指令时，则控制主正继电器141和主负继电器142断开主回路，采用继电器进行短路保护；当控制模块12确定主回路中的电流小于第一电流阈值(I0)，且没有收到断高压指令时，则将主回路21的电流作为正常工作电流，不做处理。

一实施例中，当控制模块12确定主回路21中的电流大于或等于第一电流阈值(I0)，且小于第二电流阈值(I1)时，则延时第三时长(t3)，控制主正继电器141和主负继电器142断开主回路21，采用继电器进行短路保护。

一个实例中，第二电流阈值是继电器可以在正常开断间切换的电流的临界值。

一实施例中，当控制模块12确定主回路21中的电流大于或等于第二电流阈值(I1)，且小于第三电流阈值(I2)时，延时第二时长(t2)，驱动断路保护装置13，以使断路保护装置13外触发断开主回路21，采用外触发断路保护装置13进行短路保护。

若断路保护装置13外触发未动作，控制模块12检测到第三时长(t3)内断路保护装置13处于未触发状态，控制主正继电器141和主负继电器142断开主回路21，采用继电器进行短路保护，继电器带载切断。继电器在此短路电流范围内断开后，继电器触点之间将形成电压电势，使得热熔丝131熔断所需的电能将不充足，因此断路保护装置13不具备自触发短路保护能力。

一实施例中，当控制模块12确定主回路21中的电流大于或等于第三电流阈值(I2)，且小于第四电流阈值(I3)时，延时第二时长(t2)，驱动断路保护装置13，以使断路保护装置13外触发断开主回路21，采用外触发断路保护装置13进行短路保护。

若断路保护装置13外触发未动作，第三时长(t3)内，热熔丝131熔断自触发断路保护装置13断开主回路21，断路保护装置13进行自触发短路保护。一个实例中，第三电流阈值为热熔丝熔断自触发断路保护装置保护时间等于第三时长时对应的短路电流值，从而使得断路保护装置在第三时长(t3)内能被自触发。

若断路保护装置13外触发和自触发都未动作，控制模块12检测到第三时长(t3)内断路保护装置13处于未触发状态时，控制主正继电器141和主负继电器142断开主回路，采用继电器进行短路保护，继电器带载切断。

一实施例中，当控制模块12确定主回路21中的电流大于或等于第四电流阈值(I3)，且小于第五电流阈值(I4)时，热熔丝131熔断自触发断路保护装置13早于控制器延时第二时长(t2)外触发断开主回路21，断路保护装置13进行自触发短路保护。一个实例中，第四电流阈值为热熔丝熔断自触发断路保护装置保护时间等于第二时长时对应的短路电流值，从而使得断路保护装置在第二时长内能被自触发。

若断路保护装置13自触发未动作，控制模块12检测到第二时长(t2)内断路保护装置13处于未触发状态时，驱动断路保护装置13，以使断路保护装置13外触发断开主回路21，采用外触发断路保护装置13进行短路保护。

若断路保护装置13外触发和自触发都未动作，控制模块12检测到第二时长(t2)内断路保护装置13处于未触发状态时，控制主正继电器141和主负继电器142断开主回路，采用继电器进行短路保护，继电器带载切断。

一实施例中，当控制模块12确定主回路中的电流大于或等于第五电流阈值(I4)，且小于第六电流阈值(I5)时，控制模块12延时第一时长(t1)，驱动断路保护装置13，以使断路保护装置13外触发断开主回路21，采用外触发断路保护装置13进行短路保护。

若断路保护装置13自触发未动作，热熔丝131熔断自触发断路保护装置13早于控制模块12延时t2外触发断开主回路21，断路保护装置13进行自触发短路保护。

若断路保护装置13自触发和外触发都未动作，控制模块12检测到第二时长(t2)内断路保护装置13处于未触发状态时，驱动断路保护装置13，以使断路保护装置13外触发断开主回路21，采用外触发断路保护装置13进行短路保护。

若断路保护装置13自触发和两次外触发都未动作，控制模块12检测到第三时长(t3)内断路保护装置13处于未触发状态时，控制主正继电器141和主负继电器142断开主回路21，采用继电器进行短路保护，继电器带载切断。

一实施例中，当控制模块12确定主回路21中的电流大于或等于第六电流阈值(I5)时，热熔丝131熔断自触发断路保护装置13早于控制模块12延时t1外触发断开主回路21，断路保护装置13进行自触发短路保护。一实施例中，第六电流阈值为热熔丝熔断自触发断路保护装置保护时间等于第一时长时对应的短路电流值，从而使得断路保护装置在第一时长内能被自触发。

若断路保护装置13自触发未动作，控制模块12检测到第一时长(t1)内断路保护装置13处于未触发状态时，驱动断路保护装置13，以使断路保护装置13外触发断开主回路21，采用外触发断路保护装置13进行短路保护。

若断路保护装置13自触发和外触发都未动作，控制模块12检测到第二时长(t2)内断路保护装置13处于未触发状态时，驱动断路保护装置13，以使断路保护装置13外触发断开主回路21，采用外触发断路保护装置13进行短路保护。

若断路保护装置13自触发和两次外触发都未动作，控制模块12检测到第三时长(t3)内断路保护装置13处于未触发状态时，控制主正继电器141和主负继电器142断开主回路，采用继电器进行短路保护，继电器带载切断。

一个实施例中，第一时长小于第二时长，第二时长小于第三时长。

一个具体实例中，第一电流阈值为1000A，第二电流阈值为1500A，第三电流阈值为4300A，第四电流阈值为4700A，第五电流阈值为6000A，第六电流阈值为7500A，第一时长t1为5ms，第二时长t2为100ms，第三时长t3为200ms。可以理解的，本申请不限于此。

本申请实施例示出的技术方案，当主回路发生短路时，控制模块根据主回路的电流信号，能够及时驱动断路保护装置，以使断路保护装置及时断开主回路对主回路进行保护。特别是，控制模块可以基于分流器的快速检测结果，在很短的时间(例如延时第一时长5ms)驱动断路保护装置外触发断开主回路，从而能够在大电流短路时在短时间内快速对主回路进行保护。

进一步的，本申请实施例示出的技术方案，当主回路发生短路时，根据主回路的短路电流大小，使断路保护装置自触发或外触发断开主回路，使断路保护装置能够及时对主回路进行保护，并且，在设定时长内，如果断路保护装置自触发和外触发都未断开主回路，能够及时驱动继电器，以使继电器断开主回路，能够采用继电器及时对主回路进行保护。

图7是本申请一实施例的主回路短路电流I与断路保护装置自触发动作时间t的关系示意图。

参见图7，图中曲线71表示主电路短路电流I(kA)与断路保护装置13自触发动作时间t(s)的关系。在短路电流大于I5(7500A)时，断路保护装置13在时间t1(5ms)内能够自触发；在短路电流为I3(4700A)～I5(7500A)时，断路保护装置13在时间t2(100ms)内能够自触发；在短路电流为I2(4300A)～I3(4700)时，断路保护装置13在时间t3(200ms)内能够自触发。

依据本申请另一实施例，本申请还提供了一种电动交通工具的动力电池系统，具有如上所述的短路保护系统。电动交通工具例如可以是电动汽车、电动飞行器等。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (14)

1.一种短路保护系统，其特征在于，包括：电流监测装置、控制模块、断路保护装置；

所述电流监测装置用于监测待保护电路系统的主回路的电流，且在监测到短路电流的情况下输出过流告警信号；

所述控制模块用于根据所述过流告警信号，按设定策略向所述断路保护装置输出断路驱动信号；

所述断路保护装置串联于所述主回路，用于响应于所述主回路的短路电流以自触发方式被触发至断开状态，或响应于所述断路驱动信号以外触发方式被触发至断开状态，从而断开所述主回路。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述系统还包括：继电器，串联于所述主回路；

所述控制模块还用于：根据所述过流告警信号，按所述设定策略向所述继电器输出断开控制信号，使所述继电器断开，从而断开所述主回路。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述断路保护装置包括熔断器、和断路器，所述熔断器与所述断路器串联；

所述断路保护装置响应于所述短路电流以自触发方式被触发至断开状态包括：

所述熔断器响应于所述短路电流熔断燃弧而产生内部驱动电压，使得所述断路器响应于所述内部驱动电压而被触发至断开状态。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述断路器包括具有点火器的烟火断路器、以及驱动控制电路；所述驱动控制电路包括：

整流桥，与所述点火器连接，并通过外部触发接口与所述控制模块连接；

限流和瞬态抑制单元，通过内部驱动引线与所述熔断器连接；

隔离变压器，连接于所述整流桥和所述限流和瞬态抑制单元之间。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述控制模块，根据所述过流告警信号，按设定策略向所述断路保护装置输出断路驱动信号，以及向所述继电器输出断开控制信号包括：

根据所述过流告警信号获得短路电流值；

在所述短路电流值不超过第二电流阈值的情况下，向所述继电器输出所述断开控制信号，以及，在所述短路电流值超过所述第二电流阈值的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述在短路电流值超过所述第二电流阈值的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号，包括：

在所述短路电流值小于第五电流阈值、大于或等于所述第二电流阈值，且在第二时长内所述断路保护装置未被自触发的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述在所述短路电流值超过所述第二电流阈值的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号，还包括：

在所述短路电流值大于或等于所述第五电流阈值，且在第一时长内所述断路保护装置未被自触发的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号，以及，在第二时长内所述断路保护装置未被触发的情况下，再次向所述断路保护装置输出断路驱动信号；其中所述第二时长大于所述第一时长。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于：所述在所述短路电流值超过所述第二电流阈值的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号，还包括：

在第三时长内所述断路保护装置未被触发的情况下，向所述继电器输出断开控制信号，其中所述第三时长大于所述第二时长。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述电流监测装置包括分流器和霍尔电流传感器；

所述过流告警信号包含短路电流相关值；

其中，若所述电流监测装置监测到的短路电流不超过预设阈值，依据所述霍尔电流传感器的检测结果获得所述短路电流相关值，若监测到的短路电流超过预设阈值，则依据所述分流器的检测结果获得所述短路电流相关值。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述电流监测装置包括分流器和电流检测芯片；

所述分流器串联于所述主回路，用于输出采样电压；

所述电流检测芯片用于在依据所述采样电压判断监测到短路电流的情况下，输出包含所述采样电压值的过流告警信号；

所述控制模块还用于根据所述分流器的预存校准参数和所述采样电压的电压值，获得校准的短路电流值，其中所述预存校准参数至少包括以下部分或全部：校准后初始阻值、温度系数、长期稳定性参数、热电系数。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

温度检测传感器，设置于所述断路保护装置的两端或一端，用于输出所述断路保护装置的温度检测值；

所述控制模块，还用于在所述温度检测值达到设定温度阈值时，发出过温报警信号。

12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述电流监测装置包括分流器；

所述分流器配置有第一温度输出端组、第二温度输出端组、第一电压输出端组、第二电压输出端组；其中：

所述第一温度输出端组和第二温度输出端组用于分别输出所述分流器两侧的检测温度；

所述第一电压输出端组用于输出所述分流器两端的高速采样电压值；所述第二电压输出端组用于输出所述分流器两端的低速采样电压值。

13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块包括控制器和驱动电路；

所述控制器与所述电流监测装置连接，用于在检测到所述电流监测装置输出的所述过流告警信号的情况下，向所述驱动电路输出断路保护信号；

所述驱动电路与所述电流监测装置、断路保护装置及控制器连接，用于在检测到所述电流监测装置输出的所述过流告警信号或检测到所述控制器输出的所述断路保护信号的情况下，向所述断路保护装置输出所述断路驱动信号。

14.一种电动交通工具的动力电池系统，其特征在于，包括如权利要求1-13中任一项所述的短路保护系统。

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