CN117021953A - 一种车载低压电池包短路保护方法、电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载低压电池短路保护方法、电路及装置，该方法通过检测车载低压电池包的电流方向、电流值和多组电芯电压值；在电流值大于第一预设电流值且电流方向处于放电状态下的方向时开始计时，得到过流持续时间；获取熔断时间阈值；在过流持续时间大于熔断时间阈值时，控制车载低压电池包的放电开关断开；在过流持续时间小于熔断时间阈值时，保持车载低压电池包的放电开关闭合。本发明根据过流持续时间判断保险丝是否起到作用，若未起作用再控制放电开关断开，避免了在电池包针对单个负载的短路保护起作用时，电池包的放电开关依旧断开，无法为其它正常负载进行供电。解决了车载低压电池包进行短路保护时无法为其它正常负载进行供电的问题。

Description

一种车载低压电池包短路保护方法、电路及装置

技术领域

本发明涉及车辆电池安全技术领域，尤其涉及一种车载低压电池包短路保护方法、电路及装置。

背景技术

新能源汽车行业蓬勃发展，促进了汽车自动驾驶技术的加速普及。汽车自动驾驶技术依托于车载控制器进行控制，该控制器的可靠运行是确保车辆行驶安全的关键因素之一。控制器的可靠运行离不开可靠的供电电源设计，市面上传统的电源设计采用12V铅酸蓄电池与12V电池充电器并联，共同为控制器供电，当电池包外部出现短路时，电池包若无法及时识别并切断电池包放电回路，可能导致电芯过热发生热失控。当电池包出现内短路时，12V电池充电器功率可能无法同时满足给电池充电以及给电网上其他用电器供电，从而可能导致控制器因供电电压欠压而工作异常，影响行车安全。

目前市面上关于锂电池的12V电池系统，通常采用继电器作为电池断路器，而继电器关断过程中往往存在数十毫秒的延时且存在一致性问题，此外，针对车载12V电源网络的应用场景，由于该电源网络上存在多个用电器，在车辆行驶过程中，如果某个用电器出现短路，12V锂电池会选择在检测到放电电流超过设定阈值后，第一时间断开电池断路器，会导致由于单一用电器内部短路而造成车载12V电池包脱离电网，无法为电网正常供电。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种车载低压电池包短路保护方法、电路及装置，用以解决现有车载低压电池包进行短路保护时无法为其它正常负载进行供电的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种车载低压电池包短路保护方法，包括：

检测车载低压电池包的电流方向、电流值和多组电芯电压值；

在所述电流值大于第一预设电流值且所述电流方向处于放电状态下的方向时开始计时，得到过流持续时间；

获取熔断时间阈值；

在所述过流持续时间大于所述熔断时间阈值时，控制所述车载低压电池包的放电开关断开；

在所述过流持续时间小于所述熔断时间阈值时，保持所述车载低压电池包的放电开关闭合。

可选的，在所述电流值大于第一预设电流值且所述电流方向处于放电状态下的方向时开始计时，得到过流持续时间之后，包括：

在所述电流值小于第一预设电流值或所述电流方向处于充电状态下的方向时停止计时，并重置所述过流持续时间。

可选的，在所述过流持续时间大于所述熔断时间阈值时，控制所述车载低压电池包的放电开关断开之后，包括：

在所述电流方向处于充电状态下的方向且所述电流值大于第二预设电流值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开。

可选的，所述检测车载低压电池包的电流方向、电流值和电芯电压值之后，包括：

在所述电流值大于第三预设电流值且所述电芯电压值小于预设电压阈值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开；

在所述电流方向处于放电状态下的方向且所述电流值大于第四预设电流值时，控制所述车载低压电池包的放电开关断开。

可选的，在所述电流值大于第三预设电流值且所述电芯电压值小于预设电压阈值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开，包括：

在所述电流值大于第三预设电流值且所述电芯电压值小于预设电压阈值时，进行内短路故障报警并进行内短路故障计时；

在所述内短路故障计时的时间大于预设时间阈值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开。

可选的，在所述内短路故障计时的时间大于预设时间阈值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开之前，包括：

在所述电芯电压值小于最低电压阈值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开。

进一步的，本发明还提供一种车载低压电池包短路保护电路，用于实现上述的车载低压电池包短路保护方法，所述电路包括电池包、开关模块，电流检测模块和多个保险丝；

其中，所述多个保险丝并联连接，一个保险丝对应串接一个负载，所述电池包与所述开关模块、所述多个保险丝与负载组成的模块和所述电流检测模块依次串联连接；

所述电池包用于为所述负载提供电能以及接收外部电源传输的电能；

所述开关模块用于控制充电回路和放电回路的断开与闭合；

所述电流检测模块用于检测电流方向和电流值；

所述保险丝用于进行过流熔断保护。

可选的，所述开关模块包括用于控制放电回路的第一MOS开关和用于控制充电回路的第二MOS开关；

其中，所述第一MOS开关的源极与所述第二MOS开关的源极连接，所述第一MOS开关的漏级与所述电池包的正极连接，所述第二MOS开关的漏级与所述多个保险丝连接，所述第一MOS开关的栅极与所述第二MOS开关的栅极均与车载BMS控制器连接。

可选的，所述检测模块为分流器。

进一步的，本发明还提供一种车载低压电池包短路保护装置，包括BMS系统和上述的车载低压电池包短路保护电路。

采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的车载低压电池短路保护方法，通过检测车载低压电池包的电流方向、电流值和多组电芯电压值；在所述电流值大于第一预设电流值且所述电流方向处于放电状态下的方向时开始计时，得到过流持续时间；获取熔断时间阈值；在过流持续时间大于熔断时间阈值时，控制车载低压电池包的放电开关断开；在过流持续时间小于熔断时间阈值时，保持车载低压电池包的放电开关闭合。本发明根据过流持续时间判断该电池包短路保护是否起到作用，若未起作用再控制单点开关断开，避免了在电池包针对单个负载的短路保护起作用时，电池包的放电开关依旧断开，无法为其它正常负载进行供电。解决了现有车载低压电池包进行短路保护时无法为其它正常负载进行供电的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的车载低压电池包短路保护方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的车载低压电池包短路保护方法步骤S101之后一实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的车载低压电池包短路保护方法步骤S201之后一实施例的流程示意图；

图4为本发明提供的车载低压电池包短路保护电路一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本发明中使用的流程图示出了根据本发明的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本发明内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明实施例提供了一种车载低压电池包短路保护方法、电路及装置，以下分别进行说明。

图1为本发明提供的车载低压电池包短路保护方法一实施例的流程示意图，如图1所示，其包括：

S101、检测车载低压电池包的电流方向、电流值和多组电芯电压值；

S102、在所述电流值大于第一预设电流值且所述电流方向处于放电状态下的方向时开始计时，得到过流持续时间；

S103、获取熔断时间阈值；

S104、在所述过流持续时间大于所述熔断时间阈值时，控制所述车载低压电池包的放电开关断开；

S105、在所述过流持续时间小于所述熔断时间阈值时，保持所述车载低压电池包的放电开关闭合。

需要说明的是，在本发明实施例中，可通过车载BMS系统结合短路保护电路实现，通过电流传感器对车载低压电池包的总输入输出电流值即电流方向进行检测，通过电压传感器对该电池包的单体电芯电压值进行检测，根据电流方向即可判断电池包此时是处于充电状态还是放电状态，在电池包处于放电状态且监测到的电流值大于第一预设电流值(即该电池包对应的允许放电最大电流值)时，表示负载出现短路；此时判断过流持续时间是否大于熔断时间阈值(即保险丝的允许最大熔断时间)，若大于熔断时间阈值，则表示保险丝未正常熔断进行短路保护，因此需要通过车载BMS系统控制电池包的放电开关断开以进行短路保护，若小于熔断时间阈值，则表示负载对应保险丝正常熔断，对负载做了针对性的短路保护，放电开关保持闭合，不用切断电池包的所有放电回路，使得电池包在一般情况下不会因个别负载短路而无法为其它正常负载进行供电。

与现有技术相比，本发明提供的车载低压电池包短路保护方法，通过检测车载低压电池包的电流方向、电流值和多组电芯电压值；在电流值大于第一预设电流值且电流方向处于放电状态下的方向时开始计时，得到过流持续时间；获取熔断时间阈值；在过流持续时间大于熔断时间阈值时，控制电池包的放电开关断开；在过流持续时间小于熔断时间阈值时，保持电池包的放电开关闭合。本发明根据过流持续时间判断该电池包短路保护是否起到作用，若未起作用再控制单点开关断开，避免了在电池包针对单个负载的短路保护起作用时，电池包的放电开关依旧断开，无法为其它正常负载进行供电。解决了现有车载低压电池包进行短路保护时无法为其它正常负载进行供电的技术问题。

在本发明的一些实施例中，步骤S102之后，包括：

在所述电流值小于第一预设电流值或所述电流方向处于充电状态下的方向时停止计时，并重置所述过流持续时间。

可以理解的是，在本发明实施例中，车载BMS系统在每次电流值大于第一预设电流值时都会启动计时，而当电流值下降至低于第一预设电流值时(表示电池短路问题已解决，电池包放电回路恢复正常工作)，则计时得到的过流持续时间需要清零，以免重复计时导致放电开关误动作。

在本发明的一些实施例中，步骤S104之后，包括：

在所述电流方向处于充电状态下的方向且所述电流值大于第二预设电流值时，控制所述电池包的充电开关断开。

可以理解的是，在本发明实施例中，由于放电开关和充电开关可以采用MOSFET实现，因此断开放电开关后，只是切断了电池包的放电回路，电池包的充电回路依旧是导通的，因此可以给该电池包进行充电，但充电的电流值会受限于放电开关的体二极管，即充电的电流值不能超过体二极管的最大可通过电流，在充电的电流值大于电流限值(即第二预设电流)时，通过BMS系统控制充电开关断开，停止充电，以保护放电开关的体二极管。

在本发明的一些实施例中，参照图2，图2为本发明提供的车载低压电池包短路保护方法步骤S101之后一实施例的流程示意图，步骤S101之后，包括：

S201、在所述电流值大于第三预设电流值且所述电芯电压值小于预设电压阈值时，控制所述电池包的充电开关断开；

S202、在所述电流方向处于放电状态下的方向且所述电流值大于第四预设电流值时，控制所述电池包的放电开关断开。

可以理解的是，在本发明实施例中，还可通过电压传感器对电池包中每个单体电芯的电压值进行检测，若电池包中存在电芯电压值小于预设电压阈值，该电压阈值可设置为比整包平均单体电压值小500mV的电压值，且电流值大于第三预设电流值(电流阈值可根据实际内短路情况进行设置)时，表示电池包发生内短路，此时应当通过BMS系统控制电池包的充电开关断开。

需要说明的是，在本发明实施例中，由于充电开关与放电开关均是MOSFET开关，因此在充电开关断开后，充电开关的体二极管依旧可以作为电池包放电的通道，但体二极管能够承受的电流值不高，因此需要限流并在电流值大于第四预设电流值(即体二极管最大可通过电流值)时，控制放电开关断开，通知电池包的放电操作，以保护充电开关的体二极管。

参照图2，图3为本发明提供的车载低压电池包短路保护方法步骤S201之后一实施例的流程示意图，步骤S201包括：

S301、在所述电流值大于第三预设电流值且所述电芯电压值小于预设电压阈值时，进行内短路故障报警并进行内短路故障计时；

S302、在所述内短路故障计时的时间大于预设时间阈值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开。

可以理解的是，在本发明实施例中，在检测到电流值大于第三预设电流值且电芯电压值小于预设电压阈值时，首先进行报警提示用户电池包可能出现故障，若报警未在预设时间(预设时间阈值)内自动消除(即内短路故障计时的时间大于预设时间阈值时)，再控制车载低压电池包的充电开关断开，因电池包内部电芯可能存在电压波动，这样可以避免充电开关被误切断。

在本发明一些实施例中，步骤S302之前，包括：

在所述电芯电压值小于最低电压阈值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开。

可以理解的是，在本发明实施例中，可以设置一个最低电压阈值，当电芯电压低于这个最低电压阈值时，表示电池包处于较为危险的状态，此时无需计时等待，通过BMS系统直接控制充电开关断开，以对电池包进行保护。

另一方面，本发明还提供了一种车载低压电池包短路保护电路，用于实现上述的车载低压电池包短路保护方法，参照图4，图4为本发明提供的车载低压电池包短路保护电路一实施例的结构示意图，该电路包括电池包41、开关模块42，电流检测模块43和多个保险丝44；

其中，多个保险丝44并联连接，一个保险丝F对应串接一个负载L，电池包41与开关模块42、多个保险丝44与负载L组成的模块和电流检测模块43依次串联连接；

电池包41用于为负载L提供电能以及接收外部电源G传输的电能；

开关模块42用于控制充电回路和放电回路的断开与闭合；

电流检测模块43用于检测电流方向和电流值；

保险丝F用于进行过流熔断保护。

与现有技术相比，本发明实施例通过保险丝F对外部负载L短路进行第一层保护，使得在单个外部负载L短路时，可以通过熔断对应保险丝F进行针对性短路保护，而不需要断开放电开关，让电池包41可以继续为其他负载L供电，通过电流检测模块43对电流值和电流方向进行检测，以判断保险丝F是否成功熔断，在未成功熔断的情况下再通过开关模块42断开放电开关以切断放电回路，但保留了充电回路，使得该电池包41可以继续充电；本发明实施例在进行短路保护的同时尽可能的提高了电池包41的在网能力。

在本发明一些实施例中，开关模块42包括用于控制放电回路的第一MOS开关S1和用于控制充电回路的第二MOS开关S2；

其中，第一MOS开关S1的源极与第二MOS开关S2的源极连接，第一MOS开关S1的漏级与电池包的正极连接，第二MOS开关S2的漏级与多个保险丝44连接，第一MOS开关S1的栅极与第二MOS开关S2的栅极均与车载BMS控制器连接。

可以理解的是，在本发明实施例中，采用两个MOS开关作为放电开关和充电开关，利用MOS开关体二极管的特性，使得充电开关断开时，可以通过充电开关的体二极管进行放电，在放电开关断开时，可以通过放电开关的体二极管进行充电，通过BMS控制器控制充电开关和放电开关的导通与闭合，实现了充放电短路保护互不干扰的功能，极大提升了电池包的在网能力。

在本发明一些实施例中，检测模块为分流器R。

可以理解的是，本发明实施例是通过分流器R实现对电池包电流值和电流方向的检测的。

应当理解的是，在电池包两端可并联充电器，通过该充电器给电池包进行充电，也可以通过该电池包给负载供电。

另一方面，本发明还提出一种车载低压电池包短路保护装置，该装置包括BMS系统和上述的车载低压电池包短路保护电路。

需要说明的是：本发明车载低压电池包短路保护装置的实施例或具体实现方式可参考上述低压电池包短路保护电路的实施例，在此不做赘述。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载低压电池包短路保护方法，其特征在于，包括：

检测车载低压电池包的电流方向、电流值和多组电芯电压值；

在所述电流值大于第一预设电流值且所述电流方向处于放电状态下的方向时开始计时，得到过流持续时间；

获取熔断时间阈值；

在所述过流持续时间大于所述熔断时间阈值时，控制所述车载低压电池包的放电开关断开；

在所述过流持续时间小于所述熔断时间阈值时，保持所述车载低压电池包的放电开关闭合。

2.根据权利要求1所述的车载低压电池包短路保护方法，其特征在于，在所述电流值大于第一预设电流值且所述电流方向处于放电状态下的方向时开始计时，得到过流持续时间之后，包括：

在所述电流值小于第一预设电流值或所述电流方向处于充电状态下的方向时停止计时，并重置所述过流持续时间。

3.根据权利要求1所述的车载低压电池包短路保护方法，其特征在于，在所述过流持续时间大于所述熔断时间阈值时，控制所述车载低压电池包的放电开关断开之后，包括：

在所述电流方向处于充电状态下的方向且所述电流值大于第二预设电流值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开。

4.根据权利要求1所述的车载低压电池包短路保护方法，其特征在于，所述检测车载低压电池包的电流方向、电流值和电芯电压值之后，包括：

在所述电流值大于第三预设电流值且所述电芯电压值小于预设电压阈值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开；

在所述电流方向处于放电状态下的方向且所述电流值大于第四预设电流值时，控制所述车载低压电池包的放电开关断开。

5.根据权利要求4所述的车载低压电池包短路保护方法，其特征在于，在所述电流值大于第三预设电流值且所述电芯电压值小于预设电压阈值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开，包括：

在所述电流值大于第三预设电流值且所述电芯电压值小于预设电压阈值时，进行内短路故障报警并进行内短路故障计时；

在所述内短路故障计时的时间大于预设时间阈值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开。

6.根据权利要求5所述的车载低压电池包短路保护方法，其特征在于，在所述内短路故障计时的时间大于预设时间阈值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开之前，包括：

在所述电芯电压值小于最低电压阈值时，控制所述车载低压电池包的充电开关断开。

7.一种车载低压电池包短路保护电路，用于实现如权利要求1-6任一项所述的车载低压电池包短路保护方法，其特征在于，所述电路包括电池包、开关模块，电流检测模块和多个保险丝；

其中，所述多个保险丝并联连接，一个保险丝对应串接一个负载，所述电池包与所述开关模块、所述多个保险丝与负载组成的模块和所述电流检测模块依次串联连接；

所述电池包用于为所述负载提供电能以及接收外部电源传输的电能；

所述开关模块用于控制充电回路和放电回路的断开与闭合；

所述电流检测模块用于检测电流方向和电流值；

所述保险丝用于进行过流熔断保护。

8.根据权利要求7所述的车载低压电池包短路保护电路，其特征在于，所述开关模块包括用于控制放电回路的第一MOS开关和用于控制充电回路的第二MOS开关；

其中，所述第一MOS开关的源极与所述第二MOS开关的源极连接，所述第一MOS开关的漏级与所述电池包的正极连接，所述第二MOS开关的漏级与所述多个保险丝连接，所述第一MOS开关的栅极与所述第二MOS开关的栅极均与车载BMS控制器连接。

9.根据权利要求8所述的车载低压电池包短路保护电路，其特征在于，所述检测模块为分流器。

10.一种车载低压电池包短路保护装置，其特征在于，包括BMS系统和如权利要求7-9所述的车载低压电池包短路保护电路。