CN210680458U - 一种具有二次保护功能的电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有二次保护功能的电池管理系统，涉及智能电动车领域，该系统包括：MCU、电流采样模块、功率控制模块、模拟前端或保护IC和二次保护电路；由于在电池管理系统中设置有二次保护电路，因此当MCU或功率控制模块出现失控状态时，二次保护电路可以起作用，三端保险丝熔断从而切断主回路从而消除安全隐患，能够有效解决MCU或功率控制模块失效后的安全风险，提高电动车安全级别；由于在实际使用时，二次保护电路容易受到锂电池电芯接触不良影响导致误触发熔断三端保险丝，因此本申请在二次保护电路中还加入有二次保护IC、看门狗电路和与门电路与MCU形成反馈回路从而可以最大限度降低误烧坏三端保险丝的现象，提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能电动车领域，尤其是一种具有二次保护功能的电池管理系统。
背景技术
电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM,BMS)是专门针对智能电动自行车、智能电动摩托车中的锂电池包而设计的保护和管理单元，锂电池包包括多个动力电池组，还加入了BMS，BMS通过功率MOS开关对锂电池包进行充放电管理，在充电的过程中对各节电芯电量进行智能均衡，防止单节电芯出现过度充电和过度放电的情况，极大地延长锂电池包的使用寿命，防止锂电池包由于过充或过放而损坏。
动力电池组提供动力来源，动力电池组多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。在对智能电动车动力电池组的状态进行监控时，一般采用BMS对其状态进行实时监控，并提供系统中所需的欠压、过压、过流、短路、过温低温保护，并具有实时电量检测、各电芯电压、均衡、通讯管理等功能，电流采样模块用于对母线电流进行采样，功率控制模块用于在动力电池组出现欠压、过压、过流、短路、过温低温时停止输出，从而避免大功率输出对动力电池组的损害及相应的安全隐患。但是，在功率控制模块出现失效短路的情况下，动力电池组将完全失去控制，存在很高的安全隐患。然而目前还不能很好的解决功率控制模块完全失效后的安全风险，导致电动车动力电池组安全级别较低。
实用新型内容
申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种具有二次保护功能的电池管理系统。该系统可以消除当MCU程序跑飞或者功率控制模块失效时或者动力电池组的电池电芯排线松动时，动力电池组失去控制出现安全隐患等问题。
本实用新型的技术方案如下：
一种具有二次保护功能的电池管理系统，用于连接动力电池组，该系统包括：MCU、电流采样模块、功率控制模块、模拟前端或保护IC和二次保护电路；二次保护电路包括：二次保护IC、看门狗电路、与门电路、电压转换电路、MOS管和三端保险丝；
动力电池组的总正极通过三端保险丝与锂电池包正极及电芯充电正极电连接，动力电池组的总负极经过电流采样模块和功率控制模块后，与锂电池包负极及电芯充电负极电连接，模拟前端或保护IC分别与动力电池组、MCU、电流采样模块连接，电流采样模块和功率控制模块分别连接MCU；二次保护IC连接动力电池组，二次保护IC还分别连接MCU、与门电路的一个输入端，MCU通过看门狗电路连接与门电路的另一个输入端，与门电路的输出端连接电压转换电路的一端，电压转换电路的另一端连接MOS管的栅极，MOS管的漏极连接三端保险丝的控制端，MOS管的源极连接动力电池组。
其进一步的技术方案为，动力电池组具有n节相互串联的锂电池电芯，n为大于等于2的整数，模拟前端或保护IC分别连接每节锂电池电芯的正极，二次保护IC分别连接每节锂电池电芯的正极，MOS管的源极连接第m节锂电池电芯的正极，其中，m是小于n的整数。
其进一步的技术方案为，三端保险丝的工作电压为Vmin>α×(Bn-Bm)，Vmax>β×(Bn-Bm)，其中，Vmin是三端保险丝熔断最小电压，Vmax是三端保险丝熔断最大耐压，Bn是第n节锂电池电芯的电压，Bm是第m节锂电池电芯的电压，α是单节锂电池电芯的欠压保护参数，β是单节锂电池电芯的过压保护参数。本实用新型的有益技术效果是：
本申请公开的一种具有二次保护功能的电池管理系统，由于在电池管理系统中设置有二次保护电路，因此当MCU或功率控制模块出现失控状态时，二次保护电路可以起作用，三端保险丝熔断从而切断主回路从而消除安全隐患，能够有效解决MCU或功率控制模块失效后的安全风险，提高电动车安全级别。另外由于在实际使用时，二次保护电路容易受到锂电池电芯接触不良影响导致误触发熔断三端保险丝，因此本申请在二次保护电路中还加入有二次保护IC、看门狗电路和与门电路与MCU形成反馈回路从而可以最大限度降低误烧坏三端保险丝的现象，提高了系统的使用可靠性。
附图说明
图1是本申请公开的基于二次保护的电池管理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。
请参考图1，其示出了本申请公开的基于二次保护的电池管理系统的结构，该系统用于连接动力电池组，该系统包括：MCU、电流采样模块、功率控制模块、模拟前端或保护IC和二次保护电路，二次保护电路包括：二次保护IC、看门狗电路、与门电路、电压转换电路、MOS管和三端保险丝。动力电池组具有n节相互串联的锂电池电芯，比如B1、B2、……Bn，其中n为大于等于2的整数，动力电池组的总正极B+通过三端保险丝电连接锂电池包正极P+及电芯充电正极C+，动力电池组的总负极B-经过电流采样模块和功率控制模块后，与锂电池包负极P-及电芯充电负极C-电连接。模拟前端或保护IC分别与动力电池组、MCU、电流采样模块连接，具体的，模拟前端或保护IC分别连接每节锂电池电芯的正极，电流采样模块和功率控制模块通过控制脚位分别连接MCU。二次保护IC连接动力电池组，具体的，二次保护IC分别连接每节锂电池电芯的正极。二次保护IC还分别连接MCU、与门电路的一个输入端，MCU通过看门狗电路连接与门电路的另一个输入端，与门电路的输出端连接电压转换电路的一端，电压转换电路的另一端连接MOS管的栅极1，MOS管的漏极2连接三端保险丝的控制端，MOS管的源极3连接动力电池组的第m节锂电池电芯的正极，具体的，根据如下公式判断选取的第m节锂电池电芯：Vmin>α×(Bn-Bm)，Vmax>β×(Bn-Bm)，其中，Vmin是三端保险丝熔断最小电压，Vmax是三端保险丝熔断最大耐压，Bn是第n节锂电池电芯的电压，Bm是第m节锂电池电芯的电压，α是单节锂电池电芯的欠压保护参数，β是单节锂电池电芯的过压保护参数，根据不同种类的锂电池α和β的参数值不同。通过上述公式可以确定MOS管的源极3连接动力电池组的第m节锂电池电芯，因此保证了与MOS管连接的三端保险丝的工作电压处于其耐压范围内。在本申请中，模拟前端或保护IC、二次保护IC、电流采样模块、功率控制模块、看门狗电路、与门电路和电压转换电路都可以由现有市售芯片模组或本领域常规电路实现，因此本申请不详细介绍其电路结构。
由于本申请在电池管理系统中设置有二次保护电路，因此当MCU或功率控制模块出现失控状态时，二次保护电路可以起作用，三端保险丝熔断从而切断主回路从而消除安全隐患，能够有效解决MCU或功率控制模块失效后的安全风险，提高电动车安全级别。另外由于在实际使用时，二次保护电路容易受到锂电池电芯接触不良影响导致误触发熔断三端保险丝，因此本申请在二次保护电路中还加入有二次保护IC、看门狗电路和与门电路与MCU形成反馈回路从而可以最大限度降低误烧坏三端保险丝的现象，提高了系统的可靠性。
为了便于本领域技术人员理解该电池管理系统，本申请对该电池管理系统的工作过程介绍如下：
模拟前端或保护IC、二次保护IC对动力电池组进行采样，并具有实时检测各个锂电池电芯电压、被动均衡电量等功能。电流采样模块对锂电池包的电流进行采样，电流采样模块通过模拟前端或保护IC的电流采样脚位与模拟前端或保护IC连接。模拟前端或保护IC以及电流采样模块将采集的数据传输至MCU，MCU根据采集的数据判断动力电池组所需的欠压、过压、过流、短路、过温和低温的保护，并控制功率控制模块或看门狗电路。
一、当动力电池组未出现过压的情况时：
MCU每隔预定时间给看门狗电路发出脉冲，此时看门狗电路输出低电平至与门电路的一个输入端，且二次保护IC输出低电平至与门电路的另一个输入端，则MOS管不导通，三端保险丝不熔断。
二、当动力电池组出现过压的情况时：
1、当MCU正常工作、功率控制模块处于正常状态时：
MCU每隔预定时间给看门狗电路发出脉冲，此时看门狗电路输出低电平至与门电路的一个输入端，MCU通过模拟前端或保护IC或者二次保护IC采集到异常数据并控制功率控制模块停止输出从而切断主回路，保证了动力电池组的安全。同时，二次保护IC输出高电平给与门电路的另一输入端，但与门电路输出低电平，MOS管不导通，三端保险丝不熔断。
若仅是动力电池组的某节电芯的排线松动时，导致二次保护电路误触发，此时MCU根据模拟前端或保护IC、二次保护IC采集的数据判断出是动力电池组的某节电芯的排线松动的问题，则MCU给看门狗电路发出脉冲，看门狗电路输出低电平至与门电路的一个输入端，即使误触发二次保护IC输出高电平给与门电路的另一输入端，与门电路仍输出低电平，则MOS管不导通、三端保险丝不熔断，同时MCU通过通讯管理功能发出提醒指令，告知用户是动力电池组的某节电芯排线松动的问题，用户到维修点解决排线松动的问题即可，从而预防了因动力电池组排线松动问题误触发二次保护电路损坏了正常的BMS板，从而减少了锂电池包维修的成本。
2、当MCU正常工作、功率控制模块处于失效状态时：
MCU停止给看门狗电路输出脉冲，此时看门狗电路输出高电平至与门电路的一个输入端，同时，二次保护IC输出高电平给与门电路的另一输入端，与门电路输出高电平，MOS管导通，则三端保险丝熔断，从而切断主回路，保证了动力电池组的安全，提高了智能电动车的安全级别。
3、当MCU出现程序跑飞或不能正常运行时：
MCU停止给看门狗电路输出脉冲，则看门狗电路输出高电平至与门电路的一个输入端，二次保护IC输出高电平给与门电路的另一输入端，与门电路输出高电平，MOS管导通，三端保险丝熔断从而切断主回路，保证了动力电池组的安全，提高了智能电动车的安全级别。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种具有二次保护功能的电池管理系统，用于连接动力电池组，其特征在于，所述系统包括：MCU、电流采样模块、功率控制模块、模拟前端或保护IC和二次保护电路；所述二次保护电路包括：二次保护IC、看门狗电路、与门电路、电压转换电路、MOS管和三端保险丝；
所述动力电池组的总正极通过所述三端保险丝与锂电池包正极及电芯充电正极电连接，所述动力电池组的总负极经过所述电流采样模块和所述功率控制模块后，与锂电池包负极及电芯充电负极电连接，所述模拟前端或保护IC分别与所述动力电池组、所述MCU、所述电流采样模块连接，所述电流采样模块和所述功率控制模块分别连接所述MCU；所述二次保护IC连接所述动力电池组，所述二次保护IC还分别连接所述MCU、所述与门电路的一个输入端，所述MCU通过所述看门狗电路连接所述与门电路的另一个输入端，所述与门电路的输出端连接所述电压转换电路的一端，所述电压转换电路的另一端连接所述MOS管的栅极，所述MOS管的漏极连接所述三端保险丝的控制端，所述MOS管的源极连接所述动力电池组。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动力电池组具有n节相互串联的锂电池电芯，n为大于等于2的整数，所述模拟前端或保护IC分别连接每节所述锂电池电芯的正极，所述二次保护IC分别连接每节所述锂电池电芯的正极，所述MOS管的源极连接第m节锂电池电芯的正极，其中，m是小于n的整数。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述三端保险丝的工作电压为Vmin>α×(Bn-Bm)，Vmax>β×(Bn-Bm)，其中，Vmin是所述三端保险丝熔断最小电压，Vmax是所述三端保险丝熔断最大耐压，Bn是第n节锂电池电芯的电压，Bm是第m节锂电池电芯的电压，α是单节所述锂电池电芯的欠压保护参数，β是单节所述锂电池电芯的过压保护参数。
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| CN111668563A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-09-15 | 东莞新能安科技有限公司 | 电化学装置及其控制方法 |
| CN112186853A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-05 | 宁波新舜信息科技有限公司 | 一种具有多重保护的电源管理系统 |
| CN115021373A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-09-06 | 江苏芯云电子科技有限公司 | 一种电动两轮车铅酸电池防篡改电路 |
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