CN116191582A - 保护电路、电池包、车辆和控制方法 - Google Patents

保护电路、电池包、车辆和控制方法 Download PDF

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CN116191582A CN202211073181.1A CN202211073181A CN116191582A CN 116191582 A CN116191582 A CN 116191582A CN 202211073181 A CN202211073181 A CN 202211073181A CN 116191582 A CN116191582 A CN 116191582A
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signal
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陈旭涛
邓磊
谢哲锋
王晓强
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Zhaoqing Xiaopeng Automobile Co Ltd
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Zhaoqing Xiaopeng Automobile Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种保护电路、电池包、车辆和控制方法。保护电路包括采样模块、比较电路和控制电路；采样模块用于采集电池包的主回路的当前电流信号；比较电路与采样模块电连接，用于将当前电流信号与第一预定电流值比较，并在当前电流信号大于预定电流值的情况下输出使能信号；控制电路用于根据使能信号控制点爆电路点爆设置在主回路上的熔断器以切断主回路。本申请的保护电路中比较电路利用采样模块采集到的当前电流信号与设定的第一预定电流值进行比较，然后在当前电流信号大于第一预定电流值时输出使能信号使控制电路点爆熔断器以切断主回路。无需进行电流信号的模数转换，从而可以提升电池包主回路发生过流或短路时熔断器进行保护的响应速度。

Description

保护电路、电池包、车辆和控制方法
技术领域
本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种保护电路、电池包、车辆和控制方法。
背景技术
电池包在生命周期内，可能出现外部事件导致电池包放电短路或过流，电池包系统中电芯、结构件等部件，对不同的过流电流值或短路电流值的承受事件不一样，电流越大，承受的事件越短。如不能及时对电池包的过流或短路事件进行降电流或主回路切断保护，会引起电芯损伤甚至发生热失控，引发财产损失或人身安全问题。
相关技术中，电池包过电流的应对措施主要是采用智能熔断器保护方案，须先对电流进行模数转换，后在控制器中进行电流状态确认，确认过流后对主回路进行切断。然而，从发生过流或短路到对主回路进行切断的时间过长，发生大倍率过流或短路不能快速响应保护措施。
发明内容
本申请提供一种保护电路、电池包、车辆和控制方法。
本申请实施方式的用于电池包的保护电路包括采样模块、比较电路和控制电路；所述采样模块用于采集所述电池包的主回路的当前电流信号；所述比较电路与所述采样模块电连接，用于将所述当前电流信号与第一预定电流值比较，并在当前电流信号大于预定电流值的情况下输出使能信号；所述控制电路用于根据所述使能信号控制点爆电路点爆设置在所述主回路上的熔断器以切断所述主回路。
本申请实施方式的保护电路具有比较电路，比较电路能够利用采样模块采集到的电池包的主回路的当前电流信号与比较电路中设定的第一预定电流值进行比较，然后在当前电流信号大于第一预定电流值时输出使能信号使控制电路点爆熔断器以切断主回路。通过比较电路无需进行电流信号的模数转换，从而可以提升电池包主回路发生过流或短路时熔断器进行保护的响应速度。
在某些实施方式中，所述保护电路还包括与所述采样模块电连接的模数转换电路，所述模数转换电路用于根据所述当前电流信号确认当前电流值，所述控制电路用于根据所述当前电流值控制所述点爆电路的状态。
在某些实施方式中，在所述当前电流值小于或等于所述第一预定电流值并且大于第二预定电流值的情况下，所述控制电路用于根据所述当前电流值以及电流时间保护曲线控制点爆电路点爆设置在所述主回路上的熔断器。
在某些实施方式中，在所述使能信号和所述当前电流值同时存在时，所述控制电路响应所述使能信号。
在某些实施方式中，所述电池包具有高压侧和低压侧，所述采样模块、所述模数转换电路和所述比较电路均设置在所述高压侧，所述控制电路设置在所述高压侧或所述低压侧。
在某些实施方式中，所述保护电路包括隔离电路，所述隔离电路设置在所述高压侧和所述低压侧之间，用于隔离所述高压侧和所述低压侧。
在某些实施方式中，所述保护电路包括隔离电源和电源电路，所述隔离电源设置在所述高压侧，所述电源电路设置在所述低压侧，所述隔离电源用于为位于所述高压侧的电路供电，所述电源电路用于为位于所述低压侧的电路供电。
本申请实施方式的电池包，包括上述任一项实施方式所述的保护电路。
本申请实施方式的电池包设置有保护电路在电池包主回路发生过流或短路时熔断器进行保护响应速度快，提升电池包安全性。具体地，保护电路可通过电流采样模块连接在电池包主回路中，并通过点爆电路连接设置在电池包主回路上的熔断器。
本申请实施方式的车辆包括上述实施方式所述的电池包。
本申请实施方式的车辆通过设置有电池包能够提升车辆的整体安全性。
本申请实施方式的控制方法包括：
通过采样模块采集所述电池包的主回路的当前电流信号；
通过比较电路将所述当前电流信号与第一预定电流值比较，所述比较电路在所述当前电流信号大于预定电流值的情况下输出使能信号；
根据所述使能信号控制点爆电路点爆设置在所述主回路上的熔断器以切断所述主回路。
本申请实施方式的控制方法利用采样模块采集到的电池包的主回路的当前电流信号与比较电路中设定的第一预定电流值进行比较，然后在当前电流信号大于第一预定电流值时输出使能信号使控制电路点爆熔断器以切断主回路。控制方法可以提升电池包主回路发生过流或短路时熔断器进行保护的响应速度。
在某些实施方式中，所述控制方法还包括：
通过模数转换电路根据所述当前电流信号确认当前电流值；
根据所述当前电流值控制所述点爆电路的状态。
在某些实施方式中，所述根据所述当前电流值控制所述点爆电路的状态包括：
在所述当前电流值小于或等于所述第一预定电流值并且大于第二预定电流值的情况下，根据所述当前电流值以及电流时间保护曲线控制点爆电路点爆设置在所述主回路上的熔断器。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施方式的电池包的控制电路设置在高压侧的结构示意图；
图2是本申请实施方式的电池包的控制电路设置在低压侧的结构示意图；
图3是本申请实施方式的车辆的结构示意图；
图4是本申请实施方式的控制方法的流程示意图；
图5是本申请实施方式的控制方法的流程示意图。
主要元件符号说明：
车辆1000；
电池包100；
保护电路10、采样模块11、比较电路12、控制电路13、点爆电路14、模数转换电路15、隔离电路16、高压侧20、低压侧30、隔离电源40、电源电路50、主回路60、熔断器70、硬线80。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。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所述特征。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。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1和图2，本申请实施方式的用于电池包100的保护电路10包括采样模块11、比较电路12和控制电路13；采样模块11用于采集电池包100的主回路60的当前电流信号；比较电路12与采样模块11电连接，用于将当前电流信号与第一预定电流值比较，并在当前电流信号大于预定电流值的情况下输出使能信号；控制电路13用于根据使能信号控制点爆电路14点爆设置在主回路60上的熔断器70以切断主回路60。
本申请实施方式的保护电路10具有比较电路12，比较电路12能够利用采样模块11采集到的电池包100的主回路60的当前电流信号与比较电路12中设定的第一预定电流值进行比较，然后在当前电流信号大于第一预定电流值时输出使能信号使控制电路13点爆熔断器70以切断主回路60。通过比较电路12无需进行电流信号的模数转换，从而可以提升电池包100主回路60发生过流或短路时熔断器70进行保护的响应速度。
具体地，保护电路10可应用于电池包100的充放电过程中的过流或短路等不良状况的保护。保护电路10可电连接至电池包100的主回路60中，采样模块11可连接在电池包100的主回路60的其他部件中可用于采样电池包100的主回路60的当前电流信号。采样模块11可包括但不限于分流器、磁通门、霍尔、TMR(隧道磁电阻)、GMR(巨磁电阻)等元件。采样模块11可采集得到主回路60中的当前电流信号并将当前电流信号输出至比较电路12中。
其中，比较电路12可以判断当前电流信号是否大于第一预定电流值，比较电路12对当前电流信号进行比较的响应速度可以是微秒级。第一预定电流值可以理解为比较电路12对当前电流信号的预定阈值，第一预定电流值可比电池包100的正常极限电流值稍大。比较电路12识别到来自采样模块11的当前电流信号大于第一预定电流值时，比较电路12将输出使能信号，使能信号可给到控制电路13。
控制电路13可以同时与比较电路12和熔断器70进行连接。熔断器70可设置在电池包100的主回路60中。其中，熔断器70的点爆电路14可设置在控制电路13与熔断器70之间，并可通过硬线80与控制电路13进行连接。当控制电路13接收到比较电路12给出的使能信号后将通过CAN通信(图中白色箭头所示)来控制点爆电路14使得熔断器70点爆。需要理解的是，CAN通信是Controller Area Network的缩写，是ISO国际标准化的串行通信协议。
保护电路10采集到电池包100的过流或短路等大倍率电流信号到控制电路13点爆熔断器70至切断电池包100的主回路60的时间可以在毫秒级。
请参阅图1和图2，在某些实施方式中，保护电路10还包括与采样模块11电连接的模数转换电路15，模数转换电路15用于根据当前电流信号确认当前电流值，控制电路13用于根据当前电流值控制点爆电路14的状态。
如此，保护电路10通过模数转换可以确定电池包100的主回路60中的当前电流信号的具体电流值，从而能够识别电池包100中的小倍率过流电流，进而便于快速通过控制电路13对电池包100产生的小倍率过流电流实施保护。
具体地，保护电路10中的采样模块11与比较电路12连接同时还可与模数准换电路进行电连接。可以理解，模数转换电路15可以是能将电流采集模块中采集得到的连续变量的电流模拟信号转换为具体电流数值的电路，模数转换电路15转换当前电流信号的响应速度可以是毫秒级。其中，模数转换电路15能够通过CAN通信(图中白色箭头所示)来实现与控制电路13的信息传输。因此，模数转换电路15可根据电流采集模块中采集得到的当前电流信号得到具体电流值，从而可将具体电流值的信息传输至控制电路13中便于控制电路13进行电流异常的判断和及时点爆熔断器70。
请参阅图1和图2，在某些实施方式中，在当前电流值小于或等于第一预定电流值并且大于第二预定电流值的情况下，控制电路13用于根据当前电流值以及电流时间保护曲线控制点爆电路14点爆设置在主回路60上的熔断器70。
如此，控制电路13通过接收模数转换电路15转换的当前电流值与第一预定电流值和第二预定电流值的比较，可以使控制电路13根据电池包100的电流时间保护曲线进行主动保护。
具体地，模数转换电路15的转换当前电流信号成当前电流值并传输至控制电路13中，控制电路13可根据当前电流值判断与第一预定电流值以及第二预定电流值的关系。若当前电流值处于小于或等于第一电流值且大于第二电流值的情况下，控制电路13可判断电池包100主回路60存在小倍率异常过流电流，从而可以控制点爆电路14对熔断器70进行点爆。
同时，控制电路13还可根据电流时间保护曲线进行不同周期的诊断，从而确保控制器接收到的来自采样模块11采集的当前电流信号结果无误。电流时间保护曲线可以是电池包100的主回路60中电流大小与电池包100的耐受时间之间的曲线。
示例性地，采样模块11可采集电池包100中的多次当前电流信号，模数转换电路15可将多次当前电流信号转换为多次当前电流值并传输至控制电路13，控制电路13可设置有预定次数。若当前电流值大于第二预定电流值的次数大于预定次数时，控制电路13才控制点爆电路14对熔断器70进行点爆。需要理解的是，采样模块11可根据电流时间保护曲线中电池包100的电耐受允许的时间相应的多采样或少采样。即耐受时间长对应采样次数多，耐受时间短则对应采样次数少。
请参阅图1和图2，在某些实施方式中，在使能信号和当前电流值同时存在时，控制电路13响应使能信号。
如此，可以保证比较电路12和模数转换电路15同时向控制器输送信号时，控制器能够优先响应比较电路12的使能信号，从而可以快速切断主回路60以保护电池包100不进入失控状态。
具体地，当控制器同时接受到比较电路12给出的使能信号和模数转换电路15给出的当前电流值时，控制器将优先响应使能信号，从而保证控制器能够对电池包100中的大倍率过电流的失控状态迅速响应。
可以理解，采样模块11中采集的同一当前电流信号可同时在比较电路12进行比较且在模数转换电路15中进行转换，然后可同时输出至控制电路13，若当前电流信号使得比较电路12发出使能信号则控制器优先响应使能信号控制点爆电路14将熔断器70进行点爆。
请参阅图1和图2，在某些实施方式中，电池包100具有高压侧20和低压侧30，采样模块11、模数转换电路15和比较电路12均设置在高压侧20，控制电路13设置在高压侧20或低压侧30。
如此，采样模块11、模数转换电路15和比较电路12均设置在高压侧20可便于采集电池包100主回路60中的过流、短路等不良状态。
具体地，电池包100的高压侧20可以是电池包100的高压输入侧，电池包100的低压侧30可以是电池包100的低压输出侧。采样模块11、模数转换电路15和比较电路12均可设置在高压侧20，控制电路13和点爆电路14设置在低压侧30。
还可以是，如图2所示，采样模块11、模数转换电路15和比较电路12均可设置在高压侧20，控制电路13和点爆电路14也可设置在高压侧20。
请参阅图1和图2，在某些实施方式中，保护电路10包括隔离电路16，隔离电路16设置在高压侧20和低压侧30之间，用于隔离高压侧20和低压侧30。
如此，隔离电路16能够避免高压侧20的信号对低压侧30的不良影响。
具体地，隔离电路16可设置在保护电路10中用于隔离电池包100的高压侧20和低压侧30。
请参阅图1和图2，在某些实施方式中，保护电路10包括隔离电源40和电源电路50，隔离电源40设置在高压侧20，电源电路50设置在低压侧30，隔离电源40用于为位于高压侧20的电路供电，电源电路50用于为位于低压侧30的电路供电。
如此，隔离电源40可以给高压侧20供电，电源电路50可以给低压侧30供电。
具体地，隔离电源40可以是通过调节输出脉冲的频率来使输出电压保持稳定的电源装置可用于为高压侧20的电路供电。电源电路50可以是通过铅酸进行供电的电源电路50，可用于为低压侧30的电路供电。
请参阅图1和图2，本申请实施方式的电池包100，包括上述任一项实施方式的保护电路10。
本申请实施方式的电池包100设置有保护电路10在电池包100主回路60发生过流或短路时熔断器70进行保护响应速度快，提升电池包100安全性。具体地，保护电路10可通过电流采样模块11连接在电池包100主回路60中，并通过点爆电路14连接设置在电池包100主回路60上的熔断器70。
请参阅图3，本申请实施方式的车辆1000包括上述实施方式的电池包100。
本申请实施方式的车辆1000通过设置有电池包100能够提升车辆1000的整体安全性。
具体地，车辆1000可以是新能源汽车、混合动力汽车和燃油汽车等需要使用电池的车辆1000。电池包100可以是多个动力电池形成的电池组合。电池包100可以是锂电池、磷酸电池等能够提供车辆1000动力的电源。电池包100可安装在车辆1000中部地板的下方。
请参阅图4，本申请实施方式的控制方法包括：
S10:通过采样模块11采集电池包100的主回路60的当前电流信号；
S20:通过比较电路12将当前电流信号与第一预定电流值比较，比较电路12在当前电流信号大于预定电流值的情况下输出使能信号；
S30:根据使能信号控制点爆电路14点爆设置在主回路60上的熔断器70以切断主回路60。
本申请实施方式的控制方法利用采样模块11采集到的电池包100的主回路60的当前电流信号与比较电路12中设定的第一预定电流值进行比较，然后在当前电流信号大于第一预定电流值时输出使能信号使控制电路13点爆熔断器70以切断主回路60。控制方法可以提升电池包100主回路60发生过流或短路时熔断器70进行保护的响应速度。
具体地，实现控制方法可先执行步骤S10，采样模块11可连接在电池包100的主回路60中，采样模块11将采集电池包100的主回路60的当前电流信号，然后再执行步骤S20，将当前电流信号输送至比较电路12中然后可在比较电路12中对当前电流信号与第一预定电流值进行比较，并在当前电流信号大于预定电流值时输出使能信号。再然后可执行步骤S30，使能信号能够使得点爆电路14对电池包100主回路60上的熔断器70进行点爆，从而切断主回路60。
请参阅图5，在某些实施方式中，控制方法还包括：
S40:通过模数转换电路15根据当前电流信号确认当前电流值；
S50:根据当前电流值控制点爆电路14的状态。
如此，模数转换电路15可以通过将当前电流信号转换并确认为电流值可识别电池包100中的小倍率电流，对电池包100在小电流过流值时进行保护。
具体地，在步骤S10的采样模块11将采集电池包100的主回路60的当前电流信号后，可执行步骤S40，模数转换电路15可根据当前电流信号转换为当前电流值，然后可根据当前电流值控制点爆电路14是否对熔断器70进行点爆等状态。
在某些实施方式中，根据当前电流值控制点爆电路14的状态(步骤S50)包括：
在当前电流值小于或等于第一预定电流值并且大于第二预定电流值的情况下，根据当前电流值以及电流时间保护曲线控制点爆电路14点爆设置在主回路60上的熔断器70。
如此，控制方法可以通过利用模数转换电路15转换的当前电流值与第一预定电流值和第二预定电流值的比较，可以根据电池包100的电流时间保护曲线进行主动保护。
具体地，步骤S50中根据当前电流值可以是根据当前电流值小于或等于第一预定电流值且大于第二预定电流值的情况进行判断，然后对点爆电路14控制使得熔断器70进行点爆，从而可根据电池包100的电流保护曲线进行保护。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种保护电路，用于电池包，其特征在于，所述保护电路包括：
采样模块，所述采样模块用于采集所述电池包的主回路的当前电流信号；
比较电路，所述比较电路与所述采样模块电连接，用于将所述当前电流信号与第一预定电流值比较，并在当前电流信号大于预定电流值的情况下输出使能信号；
控制电路，所述控制电路用于根据所述使能信号控制点爆电路点爆设置在所述主回路上的熔断器以切断所述主回路。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括与所述采样模块电连接的模数转换电路，所述模数转换电路用于根据所述当前电流信号确认当前电流值，所述控制电路用于根据所述当前电流值控制所述点爆电路的状态。
3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，在所述当前电流值小于或等于所述第一预定电流值并且大于第二预定电流值的情况下，所述控制电路用于根据所述当前电流值以及电流时间保护曲线控制点爆电路点爆设置在所述主回路上的熔断器。
4.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，在所述使能信号和所述当前电流值同时存在时，所述控制电路响应所述使能信号。
5.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述电池包具有高压侧和低压侧，所述采样模块、所述模数转换电路和所述比较电路均设置在所述高压侧，所述控制电路设置在所述高压侧或所述低压侧。
6.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路包括隔离电路，所述隔离电路设置在所述高压侧和所述低压侧之间，用于隔离所述高压侧和所述低压侧。
7.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路包括隔离电源和电源电路，所述隔离电源设置在所述高压侧，所述电源电路设置在所述低压侧，所述隔离电源用于为位于所述高压侧的电路供电，所述电源电路用于为位于所述低压侧的电路供电。
8.一种电池包，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的保护电路。
9.一种车辆，其特征在于，包括权利要求8所述的电池包。
10.一种控制方法，用于电池包，其特征在于，所述控制方法包括：
通过采样模块采集所述电池包的主回路的当前电流信号；
通过比较电路将所述当前电流信号与第一预定电流值比较，所述比较电路在所述当前电流信号大于预定电流值的情况下输出使能信号；
根据所述使能信号控制点爆电路点爆设置在所述主回路上的熔断器以切断所述主回路。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
通过模数转换电路根据所述当前电流信号确认当前电流值；
根据所述当前电流值控制所述点爆电路的状态。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述当前电流值控制所述点爆电路的状态包括：
在所述当前电流值小于或等于所述第一预定电流值并且大于第二预定电流值的情况下，根据所述当前电流值以及电流时间保护曲线控制点爆电路点爆设置在所述主回路上的熔断器。
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