CN117277516B - 一种多层次多方位船用电池电气保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层次多方位船用电池电气保护系统，包括主动保护模块、被动保护模块、手动保护模块，主动保护模块包括多个保护模组，保护模组包括数据采集单元、数据处理单元、执行单元、报警单元和通讯单元，被动保护模块包括短路保护器和热失控保护器，手动保护模块包括手动触发的急停开关。本发明的系统采用多个保护模块和保护模组，提供多重保护层次，相互协作，形成全面的保护机制；系统会自动触发保护措施，快速切断故障电路，避免事故发生，能够及时发出声光警报，提示船员注意；通过通讯单元和上位机的连接，船员可以远程监控电池系统的状态，及时了解系统运行情况，进行故障排除和维护管理。

Description

一种多层次多方位船用电池电气保护系统

技术领域

本发明涉及电池电气保护技术领域，更具体地说，是涉及一种多层次多方位船用电池电气保护系统。

背景技术

为了节约资源、保护环境、推动可持续发展，新能源船舶逐渐得到广泛应用。例如采用电池作为动力的船舶，这种船舶通常使用高性能的电池，如锂离子电池或镍氢电池，来为船只提供动力。相较于传统燃油船舶，电池动力船具有零排放、低噪音、低能耗等优点，是一种更加环保、节能的船型。

船舶电池系统在运行时，需要电池电气保护系统时刻监控其各项工作参数，使得电池处于良好的工作状态，确保其使用寿命，防止异常使用或过度使用对电池造成损害，且电池的正常运行可以保证船员的安全。

现有的电池电气保护系统对电压、电流、温度等各个保护项目的保护方式较为单一，保护层次较为单一，系统的鲁棒性较差，且交互性欠佳，不便船员使用。

以上不足，有待改进。

发明内容

为了解决或缓解现有的电池电气保护系统对电压、电流、温度等各个保护项目的保护方式较为单一，保护层次较为单一，系统的鲁棒性较差，且交互性欠佳，不便船员使用的问题，本发明提供一种多层次多方位船用电池电气保护系统。

本发明技术方案如下所述：

一种多层次多方位船用电池电气保护系统，包括主动保护模块、被动保护模块、手动保护模块，所述主动保护模块包括多个保护模组：电压保护模组、温度保护模组、电流保护模组、接地故障保护模组、过充保护模组，所述保护模组包括数据采集单元、数据处理单元、执行单元、报警单元和通讯单元，所述数据采集单元用于采集电池系统状态数据并发送至所述数据处理单元，所述数据处理单元对数据进行处理并发送至所述执行单元、所述报警单元和所述通讯单元，所述执行单元接收指令后连通或断开对应电路，所述报警单元接收指令后发出对应警报，所述通讯单元连接所述数据处理单元和上位机用于数据交互；所述被动保护模块包括高压互锁保护器、短路保护器和热失控保护器，所述高压互锁保护器触发禁用互锁的高压部件，所述短路保护器触发自动切断电路，所述热失控保护器触发自动进行灭火；所述手动保护模块包括手动触发的急停开关。

进一步，所述电压保护模组中所述数据采集单元为与电芯连接的电压传感器，所述数据处理单元为电压均衡控制器，所述执行单元为智能开关，所述电压传感器与电芯一一对应，所述电压传感器检测到的数据通过信号线发送至所述电压均衡控制器，所述电压均衡控制器对数据处理并发送至所述智能开关、所述报警单元和所述通讯单元，所述通讯单元发送所述电压均衡控制器处理的数据至上位机，并接收上位机指令至所述电压均衡控制器，所述电压均衡控制器控制所述智能开关连通或断开电芯两端电路。

进一步，所述温度保护模组中所述数据采集单元为设置在电池块中的温度传感器，所述数据处理单元为温度控制器，电池块内和电池组外分别均匀分布有多个所述温度传感器。

进一步，所述电流保护模组中所述数据采集单元为设置在电池组与负载之间电路上的霍尔传感器，所述霍尔传感器用于检测电路电流，所述数据处理单元为电流控制器。

进一步，所述接地故障保护模组中所述数据采集单元为接入在被测电路中的检测电路，所述检测电路检测被测电路的漏电电流，漏电电流超出设定值触发所述执行单元和所述报警单元，所述数据处理单元为接地故障控制器。

进一步，所述过充保护模组中所述数据采集单元也为与电芯连接的电压传感器，所述数据处理单元为过充保护器，所述过充保护模组中所述数据处理单元与所述电压保护模组中所述数据处理单元相互独立，所述过充保护模组连接的上位机与所述电压保护模组连接的上位机相互独立。

进一步，所述高压互锁保护器包括设置多个高压连接器，所述高压连接器设置在需要互锁的高压部件中，多个所述高压连接器串入一个低压回路中，低压回路接入电池系统中控制芯片和接触器。

进一步，所述高压互锁保护器设置于电池系统多个层级中，每个层级中设置有多个高压连接器。

进一步，所述短路保护器为设置在电池模组和负载之间电路上的保险丝。

进一步，所述热失控保护器为气溶胶灭火器，每个电池模组均设置有气溶胶灭火器

根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明系统通过数据采集和处理，能够实时监测电池系统的电压、温度、电流等参数，可以及时发现和处理异常情况；系统采用多个保护模组，包括电压保护、温度保护、电流保护等，提供多重保护层次，不同的保护模组相互协作，形成全面的保护机制；系统具备自动反应和切断电路的功能，一旦检测到异常情况，系统会自动触发保护措施，快速切断故障电路，避免事故发生；系统配备报警单元，能够及时发出声光警报，提示船员注意；通过通讯单元和上位机的连接，船员可以远程监控电池系统的状态，及时了解系统运行情况，进行故障排除和维护管理；被动保护模块中的热失控保护器和灭火装置可在温度过高时进行灭火，有效避免火灾扩散和对船舶造成危害；手动保护模块提供急停开关，船员可以在紧急情况下人工干预，立即手动切断电路，确保人员安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明的系统架构示意图；

图2为本发明中主动保护模块的系统架构示意图；

图3为本发明的总电气原理图；

图4为本发明的总控电气原理图；

图5为本发明的高压箱电气原理图。

其中，图中各附图标记：1、主动保护模块；101、电压保护模组；102、温度保护模组；103、电流保护模组；104、接地故障保护模组；105、过充保护模组；106、数据采集单元；107、数据处理单元；108、执行单元；109、报警单元；110、通讯单元；111、电压传感器；112、智能开关；113、电压均衡控制器；114、温度传感器；115、温度控制器；116、霍尔传感器；117、电流控制器；118、检测电路；119、接地故障控制器；120、过充保护器；2、被动保护模块；201、高压互锁保护器；202、短路保护器；203、热失控保护器；204、高压互锁回路；205、高压连接器；3、手动保护模块；4、上位机。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当部件被称为“固定”或“设置”或“连接”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”等仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多”的含义是二或二以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一或一以上，除非另有明确具体的限定。

如图1至图5所示，本发明一个实施例中所述的一种多层次多方位船用电池电气保护系统，包括主动保护模块1、被动保护模块2、手动保护模块3，主动保护模块1包括多个保护模组：电压保护模组101、温度保护模组102、电流保护模组103、接地故障保护模组104、过充保护模组105，保护模组包括数据采集单元106、数据处理单元107、执行单元108、报警单元109和通讯单元110，数据采集单元106用于采集电池系统状态数据并发送至数据处理单元107，数据处理单元107对数据进行处理并发送至执行单元108、报警单元109和通讯单元110，执行单元108接收指令后连通或断开对应电路，报警单元109接收指令后发出对应警报，通讯单元110连接数据处理单元107和上位机4用于数据交互；被动保护模块2包括高压互锁保护器201、短路保护器202和热失控保护器203，高压互锁保护器201触发禁用互锁的高压部件，短路保护器202触发自动切断电路，热失控保护器203触发自动进行灭火；手动保护模块3包括手动触发的急停开关。

本实施例中，船用电池电气保护系统用于保护船舶电池系统安全运行，主要包括主动保护模块1、被动保护模块2和手动保护模块3三个部分。其中主动保护模块1包括多个保护模组，这些保护模组通过数据采集单元106收集电池系统的状态数据，并将数据发送给数据处理单元107。数据处理单元107对接收到的数据进行处理和分析，根据设定的阈值和算法判断是否存在异常情况。如果检测到电压过高、温度异常、电流异常、接地故障、过充或高压互锁等问题，数据处理单元107将相应的指令发送给执行单元108、报警单元109和通讯单元110。执行单元108根据接收到的指令，控制相应的电路开关，可以连通或断开对应的电路，以便及时切断故障电路或实施保护措施。报警单元109在接收到异常指令后，会发出声光警报，提醒船员注意，并指示可能存在的问题。通讯单元110连接数据处理单元107和上位机4，用于数据交互和监控。上位机4可以远程监控电池系统的工作状态，及时了解系统运行情况，并发出相应的控制指令对系统进行调控。本实施例中，上位机4包括电池系统的处理器和船舶能源管理系统，电池系统的处理器包括总控、主控、从控多个层级，电池系统的处理器具有人机交互功能，实时显示电池系统的状态，并可对电池系统的各项参数进行调整，方便船员操作。

电压保护模组101监测电池系统的电压状态，当电压过低或过高时，该模组会发出警报，并触发相应的保护机制。例如，当电压过高时，保护模组可以切断电池系统与外部电路之间的连接，防止电压继续上升以避免损坏电池或其他设备。

温度保护模组102负责监测电池系统的温度，如果温度异常升高，可能会导致电池过热、化学反应失控等安全问题，温度保护模组102会及时检测到高温情况，并触发相应的保护机制，如切断充电/放电电路，以防止温度继续升高。

电流保护模组103用于监测电池系统的电流，检测异常的充电或放电电流，如过大的电流可能导致电池过载，电流保护模组103会通过切断相关电路或发出警报的方式，确保电流处于安全范围内。

接地故障保护模组104电池系统的控制箱配备接地装置，当检测到电池系统中的低绝缘时，当超过设定限值时会发出报警和跳闸。

过充保护模组105独立于电压保护模组101，也用于监测电池系统的电压状态，当电压过低或过高时，该模组会发出警报，并触发相应的保护机制。当电压过高时，保护模组可以切断电池系统与外部电路之间的连接，防止电压继续上升以避免损坏电池或其他设备。过充保护模组105的设定值高于电压保护模组101设定值，从而为电池电压提供多层次防护。

高压互锁保护器201为高压互锁回路204，回路中包括多个高压连接器205，高压连接器205设置在高压部件上，当同一回路中的所有高压连接器205均处于正常连接状态时，高压互锁回路204处于闭合状态，此时高压互锁回路204上的各个高压部件可以使用。

不同的保护模组相互协作，形成了全面的保护机制。一方面各个保护模组相对独立，当任何一个模组检测到异常情况时，会触发相应的保护措施。另一方面，各个保护模组之间也可以相互配合工作，以提供更加灵活和有效的保护策略，且各个保护模组的数据处理单元107、报警单元109和执行单元108可以共用，简化系统结构。例如，电流保护模组103可以根据温度保护模组102的信息来调整保护阈值，以适应不同温度下的安全要求。多级保护提供多个层次的安全保护，确保即使某一个保护模组出现故障或无法正常工作时，其他保护模组仍然可以发挥作用，继续保护电池系统的安全。可以降低电池系统发生故障或事故的风险，确保船舶电池系统的稳定和可靠运行。

被动保护模块2包括短路保护器202和热失控保护器203，这些保护装置在紧急情况下自动进行保护。短路保护器202可以监测电池系统中的短路情况，一旦检测到大电流，短路保护器202会立即切断相应的电路，以防止电流过大引发火灾或其他安全问题。热失控保护器203主要用于保护船舱安全，当温度超过设定的安全范围时，热失控保护器203会自动启动灭火装置，对电池进行灭火处理，避免火灾扩散和对船舶造成危险。

手动保护模块3是为了在紧急情况下进行人工干预和紧急停止，包括手动触发的急停开关。当发生紧急情况时，船员可以立即按下急停开关，该开关会迅速切断电路，以实现紧急停止，可以有效避免事故的发生或扩大，保障人员的安全。

主动保护模块1、被动保护模块2和手动保护模块3在电气保护系统中相互独立，且相互协作，以提供全面的保护机制。主动保护模块1负责监测电池系统的状态、环境条件等，并主动采取措施来调节电池状态使其正常工作，并防止潜在的故障或危险。被动保护模块2的通过独立的保护装置进行保护，无需进行数据传输和数据处理，达到触发条件可以快速响应。手动保护模块3提供一种人工干预方式，方便在紧急情况下对电池系统进行控制。在被动保护模块2和手动模块动作后，主动保护模块1可以获取新的电池状态，作出相应响应，如切断或连通相关回路，发出警报等。

各个保护模块之间的相互协作确保了电气系统的安全性和可靠性。主动保护模块1通过自动化监测和控制减少了人为错误的可能性，被动保护模块2负责根据实际情况执行保护动作，而手动保护模块3提供了人工干预的能力以应对特殊情况。各个保护模块相互配合，形成了一个全面的、鲁棒的保护机制，以确保电池系统的安全运行。

本实施例中，系统能够实时监测电池系统的电压、温度、电流等参数。通过数据采集和处理，可以及时发现异常情况；系统采用多个保护模组，包括电压保护、温度保护、电流保护等，提供多重保护层次，不同的保护模组相互协作，形成全面的保护机制；系统具备自动反应和切断电路的功能，一旦检测到异常情况，系统会自动触发保护措施，快速切断故障电路，避免事故发生；系统配备报警单元109，能够及时发出声光警报，提示船员注意可能存在的问题；通过通讯单元110和上位机4的连接，船员可以远程监控电池系统的状态，及时了解系统运行情况，进行故障排除和维护管理；被动保护模块2中的热失控保护器203和灭火装置可在温度过高时进行灭火，有效避免火灾扩散和对船舶造成危害；手动保护模块3提供急停开关，船员可以在紧急情况下人工干预，立即手动切断电路，确保人员安全。

如图1、图2、图4和图5所示，在一个优选的实施例中，电压保护模组101中数据采集单元106为与电芯连接的电压传感器111，数据处理单元107为电压均衡控制器113，执行单元108为智能开关112，电压传感器111与电芯一一对应，电压传感器111检测到的数据通过信号线发送至电压均衡控制器113，电压均衡控制器113对数据处理并发送至智能开关112、报警单元109和通讯单元110，通讯单元110发送电压均衡控制器113处理的数据至上位机4，并接收上位机4指令至电压均衡控制器113，电压均衡控制器113控制智能开关112连通或断开电芯两端电路。

电芯两端连接均衡电阻和智能开关112（Mos管），电芯达到均衡条件时，电压均衡控制器113控制智能开关闭合使得均衡电阻启动工作，均衡电阻消耗电芯电量均衡电压。电压均衡包括电池块内部电芯电压均衡和电池模组中电池块的电压均衡，在电池块中，通过每个电芯的均衡，实现整个电池块内电芯的均衡；在电池组中，首先确定需要平衡电压的电池块，将电池块中的电芯按电压大小排序，排除比最高电压低20mV的电芯，将剩下的电芯分为两组，两组轮换用电，直至实现整个电池组内电池块的均衡。通过两个层级进行电压均衡，其中电池块电压均衡效率较高，且优先级高于电芯电压均衡，从而快速实现电池模组中各个电芯的电压均衡。

本实施例工作时，数据采集单元106通过电压传感器111与每个电芯连接，实时监测各个电芯的电压。数据处理单元107为电压均衡控制器113，接收电压传感器111发送的数据，并对数据进行处理和分析，判断电芯之间的电压差，以及计算电池块的总电压。电池系统一般包括多个层级，本实施例中的电池系统（BMS，Battery Management System）8个电芯（Cell）构成1个电池块（Block），每个电池块上设置有2个从控（BCU1、BCU2，Battery statusinformation collection Unit），5个电池块构成1个电池模组（Module），6个电池模组构成1个电池组（Pack），每个电池组上设置有2个主控（BCMU1、BCMU2，Battery ControllerManagement Unit），2个主控集成于1个高压箱（PDU，Power Distribution Unit）4个电池组构成1个电池簇（String），每个电池簇上设置有1个总控（BAMU，Battery Area ManagementUnit），具体的设置数量可以根据实际情况进行搭配。执行单元108为智能开关112，由电压均衡控制器113控制其连通或断开电芯两端电路。同理，也可以对电池块、电池模组、电池组进行电压均衡。电压传感器111检测到的数据通过信号线发送至电压均衡控制器113，而后电压均衡控制器113对数据进行处理并发送至智能开关112、报警单元109和通讯单元110。通讯单元110将电压均衡控制器113处理的数据发送至上位机4，并接收上位机4指令至电压均衡控制器113。最后，电压均衡控制器113控制智能开关112连通或断开电芯两端电路。

本实施例中，确保电芯之间的电压均衡，避免某些电芯过充或过放，从而延长电池系统的使用寿命；增加电池系统的安全性，当电压异常时断开该电芯电路，对其进行防护，防止潜在的安全问题；实现远程监测和控制，通过通讯单元110将处理的数据传输至上位机4，实现对电池系统的远程监测和控制，及时获取电池状态，并进行相应的操作和调整。电压保护模组101通过数据采集、处理和控制，实现了对电芯电压的监测和均衡控制，提高了电池系统的安全性和可靠性。同时，通过通信功能，实现了对电池系统的远程监测和控制，提升了系统的智能化水平。

如图1、图2、图4和图5所示，在一个优选的实施例中，温度保护模组102中数据采集单元106为设置在电池块中的温度传感器114，电池块内和电池组外分别均匀分布有多个温度传感器114。

本实施例工作时，温度传感器114实时检测电池块内和电池组外各个位置的温度变化并将数据发送至数据处理单元107。数据处理单元107为温度控制器115，接收传感器发送的数据，并对数据进行处理和分析。根据处理结果，控制执行单元108切断或闭合电池块的充电或放电电路。执行单元108或为设置在电池模组中的风扇，风扇加快电池模组的气流流动，使得电池模组内部的温度均匀，从而使得电池模组与外界的热交换加快，从而可以降低电池模组的温度。

本实施例中确保电池块内部电芯温度和电池组外部的环境温度处于合适的工作温度，防止因局部过热引起电池快损坏或火灾等安全事故；有效保护电池块，延长其使用寿命；提高电池系统可靠性，降低故障率。同时，该保护模组还具有报警和通讯功能，当温度达到预设阈值时，报警单元109会发出警告信号，提醒操作人员进行必要的处理。通过通讯单元110将处理的数据传输至上位机4，实现对电池系统的远程监测和控制，及时获取电池状态，并进行相应的操作和调整。温度保护模组102通过数据采集、处理和控制，实现了对电池块内部温度的监测和均衡控制，提高了电池系统的安全性和可靠性。同时，通过报警和通讯功能，增加了人机交互的便捷性。

如图1至图4所示，在一个优选的实施例中，电流保护模组103中数据采集单元106为设置在电池组与负载之间电路上的霍尔传感器116（HALL），霍尔传感器116用于检测电路电流，数据处理单元107为电流控制器117。

本实施例中，电流控制器117接收到传感器发送的数据后，会对电路中的电流进行监测和分析，当电流过大或过小时，相应地控制执行单元108切断或开通电池组与负载之间的电路。

同时，为了方便控制与监测，电压均衡控制器113、温度控制器115和电流控制器117可以集成在一个主板上或一个控制芯片上，实现整个电池管理系统的集成化控制，可以减少走线，提高系统的稳定性和安全性。此外，整合控制芯片还可以实现系统的人机交互、自动化控制等功能，提高系统的智能化水平。

如图1至图5所示，在一个优选的实施例中，接地故障保护模组104中数据采集单元106为接入在被测电路中的检测电路118，检测电路118检测被测电路的漏电电流，漏电电流超出设定值触发执行单元108和报警单元109，数据处理单元107为接地故障控制器119。

数据采集单元106是通过接入到被测电路中的检测电路118，用于监测被测电路的漏电电流。检测电路118会不断地检测被测电路中的漏电电流，并将数据发送给接地故障控制器119。接地故障保护模组104的数据处理单元107为控制芯片，接地故障控制器119接收来自检测电路118的数据，并进行处理和分析。当检测到被测电路的漏电电流超出设定值时，接地故障控制器119会触发执行单元108和报警单元109。执行单元108根据数据处理单元107的指令，执行相应的控制动作。例如，可以切断电源或断开故障线路，以防止接地故障引发安全问题。执行单元108的具体操作根据系统设计和实际需求而定。报警单元109在检测到漏电电流超出设定值时发出警告信号，提醒操作人员进行必要的检修和维护工作。报警方式可以通过声音、光亮或者其他合适的方式来实现。

本实施例中，首先，检测电路118及时监测被测电路的漏电电流，一般监测电池系统中各个配电箱接地线漏电情况，一旦发现接地故障，能够快速触发执行单元108，采取相应的控制措施，保障系统和设备的安全。其次，通过报警单元109的警告信号，及时提醒操作人员检修和维护工作，减少故障对生产和设备造成的影响。最后，该保护模组具备数据采集、处理和控制的功能，能够实现对漏电电流的监测和控制，提高系统的可靠性和安全性。

如图1、图2、图3和图5所示，在一个优选的实施例中，过充保护模组105中数据采集单元106也为与电芯连接的电压传感器111，数据处理单元107为过充保护器120，过充保护模组105中数据处理单元107与电压保护模组101中数据处理单元107相互独立，即过充保护模组105中数据处理单元107为BCMU1，电压保护模组101中数据处理单元107为BCMU2。电压均衡控制器113、温度控制器115、电流控制器117、接地故障控制器119、过充保护器120可以集成于一个主板上或一个控制芯片上。

过充保护模组105的工作过程时，数据采集单元106是与电芯连接的电压传感器111，与电压保护模组101中的电压传感器111共用，用于实时监测电芯的电压值。电压传感器111会不断地采集电芯的电压数据，并将其发送给过充保护器120。过充保护器120接收来自电压传感器111的数据，并进行处理和分析。当检测到电芯的电压超过设定阈值时，过充保护器120会触发执行单元108和报警单元109，并通过通信单元与上位机4进行数据交互。

执行单元108根据数据处理单元107的指令，执行相应的控制动作，切断电源或断开充电电路，以防止电芯过充造成安全隐患。报警单元109在检测到电芯电压超过设定阈值时发出警告信号，通常通过声音、光亮或其他合适的方式提醒操作人员。过充保护模组105与其连接的上位机4相对独立，即工作时不受其它保护模组影响，且不影响其他保护模组，提高系统的安全性。

如图1、图3和图5所示，在一个优选的实施例中，高压互锁保护器201包括设置多个高压连接器205，高压连接器205设置在需要互锁的高压部件中，多个高压连接器205串入一个低压回路中，低压回路接入电池系统中控制芯片和接触器。高压互锁保护器201设置于电池系统多个层级中，每个层级中设置有多个高压连接器205。

本实施例中，当电池系统需要启动时，控制芯片会发出低压信号，该信号沿着闭合的低压回路传递给每个高压连接器205，如果其中某个高压连接器205出现松动或者脱落的情况，就会导致信号中断，控制芯片便无法继续发出启动信号，此时电池系统无法启动。通过设置高压互锁保护器201，可以有效避免因高压部件互锁不严而导致的安全事故，保障人员和设备的安全。

通过在电池系统不同层级设置高压互锁模块，可以对电池系统不同层级的高压部件进行保护。在电池组层级，电池组正极、电池组负极、负载正极、负载负极分别设置有高压连接器205，均接入同一高压互锁模块中。在电池模组层级，电池模组正极和电池组负极分别设置有高压连接器205，接入同一高压互锁模块中。

如图1、图3和图5所示，在一个优选的实施例中，短路保护器202为设置在电池模组和负载之间电路上的保险丝。

电池系统中的每个高压串回路都有多个保险丝保护。根据短路计算，在电池组的正极和负极布置第一保险丝，在每个电池模组的正极和负极布置第二保险丝。通常，第二保险丝会因规格小于第一保险丝而被提前熔断。第一保险丝和/或第二保险丝也可以在严重短路时熔断，以确保电池系统的安全。

本实施例中，当电路中出现短路情况时，短路保护器202会迅速断开电路，切断电流的流动。这样可以避免电流过大造成电池、负载或其他电子元件的烧毁，实现对电路的短路故障保护。短路保护器202能够提高整个电池系统的安全性。在发生短路时，电池模组的电流会迅速增大，如果没有短路保护器202及时切断电路，可能导致电池过放、过热等危险情况的发生。通过使用短路保护器202，可以有效降低这些风险，保护电池和设备的安全运行。短路保护器202通常采用可替换的保险丝形式，当发生短路故障时，可以更换损坏的保险丝，恢复电路的正常运行。这样可以方便维护人员及时修复电路，并快速恢复设备的使用。

在一个优选的实施例中，热失控保护器203为气溶胶灭火器，每个电池模组均设置有气溶胶灭火器。

热失控保护器203在电池温度升高到危险水平时，触发气溶胶灭火器进行灭火。当电池模组温度异常升高，可能会发生热失控，进而引发火灾。气溶胶灭火器能够迅速释放灭火剂，抑制火焰的扩展并将温度控制在安全范围内，有效地减少了火灾的风险，保护了电池和周围设备免受火灾的威胁。气溶胶灭火器响应快速，一旦热失控事件发生，能够在短时间内被触发，释放灭火剂。这种迅速的响应能力有助于防止火灾进一步蔓延，并尽可能缩短火灾的持续时间，减少火灾对电池模组和其周围环境的损害。

如图4所示，在一个优选的实施例中，急停开关设置有多个，急停开关可以为急停按钮或急停回路。BAMU常闭回路上设有急停按钮SB1，当SB1被按下时，通过切断正负极高压回路上继电器的24V电源，从而断开整个电池系统的高压正负极电路。

急停电路和高压互锁电路用硬线串联，任何异常都会导致电池系统无法启动。在紧急情况下操作ESD开关会迅速断开电池系统的正负极，以确保整个系统的安全。

急停电路工作时，系统正常通电，系统处于待机或运行状态。急停电路由电池簇层级控制器中的继电器KM1控制，直接切断电池组层级中总正负接触器的正电源，切断系统的正电源。对于负高压主电路，无论电池组层级控制器控制接触器KM1、KM2、KM4处于打开或关闭状态，只要ESD动作，人机交互界面（HMI）就会显示ESD报警，同时三个接触器将立即打开。因此，它与电池组层级控制器控制无关。继电器KM1/KM6和控制回路/硬线完全独立于电池组层级控制器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多层次多方位船用电池电气保护系统，其特征在于，包括主动保护模块、被动保护模块、手动保护模块，所述主动保护模块包括多个保护模组，多个保护模组独立运行并相互协作，所述保护模组包括电压保护模组、温度保护模组、电流保护模组、接地故障保护模组、过充保护模组，各个所述保护模组包括：

数据采集单元，所述数据采集单元用于采集电池系统状态数据并发送至数据处理单元；

数据处理单元，所述数据处理单元对数据进行处理并发送至执行单元、报警单元和通讯单元；

通讯单元，所述通讯单元连接所述数据处理单元和上位机用于数据交互；

执行单元，所述执行单元接收指令后连通或断开对应电路；

报警单元，所述报警单元接收指令后发出对应警报，所述执行单元基于各个保护模组的执行优先级实现对船用电池的电气保护；

所述主动保护模块、所述被动保护模块和手动保护模块独立运行并相互协作，所述主动保护模块用于获取所述被动保护模块和所述手动保护模块动作后电池状态并做出相应响应，所述被动保护模块通过独立的保护装置触发响应进行保护，所述被动保护模块包括高压互锁保护器，所述高压互锁保护器设置于电池系统多个层级中，多个层级包括电池组层级和电池模组层级；

所述高压互锁保护器包括设置多个高压连接器，高压连接器中设置有先于高压线路通断的低压通信线路，所述高压连接器设置在需要互锁的高压部件中，多个所述高压连接器的低压通信线路串入一个低压回路中，低压回路接入电池系统中控制芯片和接触器；每个层级中设置有多个所述高压连接器。

2.根据权利要求1中所述的一种多层次多方位船用电池电气保护系统，其特征在于，所述电压保护模组中所述数据采集单元为与电芯连接的电压传感器，所述数据处理单元为电压均衡控制器，所述执行单元为智能开关，所述电压传感器与电芯一一对应，所述电压传感器检测到的数据通过信号线发送至所述电压均衡控制器，所述电压均衡控制器对数据处理并发送至所述智能开关、所述报警单元和所述通讯单元，所述通讯单元发送所述电压均衡控制器处理的数据至上位机，并接收上位机指令至所述电压均衡控制器，所述电压均衡控制器控制所述智能开关连通或断开电芯两端电路。

3.根据权利要求2中所述的一种多层次多方位船用电池电气保护系统，其特征在于，所述温度保护模组中所述数据采集单元为设置在电池块中的温度传感器，所述数据处理单元为温度控制器，电池块内和电池组外分别均匀分布有多个所述温度传感器。

4.根据权利要求2中所述的一种多层次多方位船用电池电气保护系统，其特征在于，所述电流保护模组中所述数据采集单元为设置在电池组与负载之间电路上的霍尔传感器，所述霍尔传感器用于检测电路电流，所述数据处理单元为电流控制器。

5.根据权利要求1中所述的一种多层次多方位船用电池电气保护系统，其特征在于，所述接地故障保护模组中所述数据采集单元为接入在被测电路中的检测电路，所述检测电路检测被测电路的漏电电流，漏电电流超出设定值触发所述执行单元和所述报警单元，所述数据处理单元为接地故障控制器。

6.根据权利要求1中所述的一种多层次多方位船用电池电气保护系统，其特征在于，所述过充保护模组中所述数据采集单元为与电芯连接的电压传感器，所述数据处理单元为过充保护器，所述过充保护模组中所述数据处理单元与所述电压保护模组中所述数据处理单元相互独立，所述过充保护模组连接的上位机与所述电压保护模组连接的上位机相互独立。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种多层次多方位船用电池电气保护系统，其特征在于，所述被动保护模块包括短路保护器，所述短路保护器为设置在电池模组和负载之间电路上的保险丝。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的一种多层次多方位船用电池电气保护系统，其特征在于，所述被动保护模块包括热失控保护器，所述热失控保护器为气溶胶灭火器，每个电池模组均设置有气溶胶灭火器。