CN212386351U - 一种充电过热保护系统 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例公开了一种充电过热保护系统，包括：温度传感器、热敏电阻、第一比较器、第二比较器、单片机、输出信号放大电路、市电输入端、变压器、整流器、多插孔插座、常闭开关、充电电路、常开开关、数模转换器、输出信号放大电路。通过温度传感器和热敏电阻同时采集蓄电池的温度信息，能够全面地监测到蓄电池充电过程中温度超出阈值和温度变化速度超出阈值两种情况，进而采取后续保护措施，可对蓄电池充电过冲进行保护。

Description

一种充电过热保护系统

技术领域

本说明书涉及蓄电池充电技术领域，尤其涉及一种充电过热保护系统

背景技术

新能源电动汽车以电为能源，由电动机驱动行驶，在运行过程中不再产生新的污染，是解决目前能源紧缺与经济发展矛盾的重要手段。随着电动汽车技术的发展，电动汽车的社会保有量不断增加，对于电动汽车的安全性能，尤其是充电安全方面的问题越发受到人们的关注。电动汽车蓄电池的价格一般比较昂贵，电动汽车蓄电池充电过程中，电池温度会升高，尤其是夏天时，环境温度本身较高，充电过程中，蓄电池温度升到一定数值时，电池会出现鼓包的现象，这会影响电池性能和充电安全，现有技术中，一般多是在充电桩中设置防高温和防火保护电路，然而采用这种被动安全的方法，不能及时检测到蓄电池本身温度过高或蓄电池内部出现微短路的情况，而这种情况一旦发生，重则引起蓄电池起火甚至引发火灾。有必要提供一种在蓄电池冲电过程中及时监测蓄电池温度及温度变化速度，以保证蓄电池充电安全的系统。

实用新型内容

本说明书实施例提供充电过热保护系统，用于提供一种能够及时发现蓄电池充电过程中出现过热并采取进一步保护措施的技术方案。

基于此，本说明书实施例首先提供一种充电过热保护系统，包括：

温度传感器、热敏电阻、第一比较器、第二比较器、单片机、输出信号放大电路、市电输入端、变压器、整流器、多插孔插座、常闭开关、充电电路、常开开关、数模转换器、输出信号放大电路；

所述市电输入端与所述变压器的输入端电性连接，所述变压器的输出端与所述整流器的输入端电性连接，所述整流器的输出端与所述多插孔插座的输入端电性连接；

所述多插孔插座的其中一个插孔与所述常闭开关的输入端电性连接，其中另外一个插孔与所述常开开关的输入端电性连接；

所述常闭开关的输出端与所述充电电路的输入端电性连接，所述充电电路的输出端与蓄电池连接；

所述温度传感器与所述热敏电阻紧贴所述蓄电池；所述温度传感器与所述第一比较器的输入端电性连接，所述热敏电阻与所述第二比较器的输入端电性连接；

所述单片机的第一外部中断接口与所述第一比较器的输出端电性连接，所述单片机的第二外部中断接口与所述第二比较器的输出端电性连接；所述单片机的数模转换器与所述输出信号放大电路的输入端电性连接；

所述单片机与所述常闭开关电性连接；所述单片机与所述常开开关电性连接。

可选的，所述热敏电阻为负温度系数的热敏电阻。

可选的，所述单片机采用8051单片机系列的STC11F32型高速单片机。

可选的，还包括独立电源，所述输出信号放大电路的输出端电性连接警报器，所述警报器采用声光报警器，所述声光报警器由所述独立电源供电。

可选的，所述常开开关的输出端与风扇电性连接，所述风扇为直流散热风扇，所述直流散热风扇用于给所述蓄电池散热。

可选的，所述第一比较器接收所述温度传感器的输入信号后，将所述输入信号经放大电路放大并利用双路比较器进行比较，从而所述第一比较器输出所述单片机能够识别的高低电平信号；

所述第二比较器接收所述热敏电阻的输入信号后，将所述输入信号经放大电路放大并利用双路比较器进行比较，从而所述第二比较器输出所述单片机能够识别的高低电平信号。

本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本实用新型提供一种充电过热保护系统，通过温度传感器和热敏电阻同时采集蓄电池充电过程中的温度信息，再进行后续处理。当通过温度传感器监测到蓄电池的温度超出阈值时，由单片机发出控制信息断开充电回路，从而对蓄电池进行保护，当监测到蓄电池温度达到安全温度时，由单片机发出控制信息闭合充电回路继续对蓄电池进行充电。当通过热敏电阻监测到蓄电池温度变化速度异常时，则单片机发出控制信号断开充电回路，即使蓄电池温度下降到正常温度，单片机也不会发出闭合充电回路的控制信号，这样避免了蓄电池在可能出现微短路情况后的进一步恶化，避免经济损失。

附图说明

图1为本说明书实施例所涉及的充电过热保护系统各部件连接示意图；

图2为本说明书实施例所提供的充电过热保护系统中热敏电阻的结构示意图。

其中，2-1为测量端，2-2为输出端，2-3为输出接线端。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

新能源电动汽车的蓄电池充满电所需时间较长，并且此充电过程大多无人看管，充电过程中蓄电池温度会升高，如果容纳蓄电池的电池仓的散热能力小于蓄电池的发热能力，蓄电池的温度就会不断升高，在蓄电池温度升高到一定温度时，蓄电池的塑料外壳软化变形，造成蓄电池内部的结构变化，就是俗称的“鼓包”现象，轻则造成蓄电池容量变小，重则造成蓄电池报废，甚至可能引起火灾事故，本实用新型提供一种充电过热保护系统，可在一定程度上为解决这个技术问题提供一个完整的技术方案。

首先如图1所示，本实用新型首先提供一种充电过热保护系统，用于在对蓄电池17充电过程中对其进行有效保护，以防止蓄电池17温度过高而出现鼓包的现象进而影响使用性能和使用寿命，甚至蓄电池17内部出现微短路的现象。具体方案如下：在容纳蓄电池17的电池仓的仓壁处紧贴放置温度传感器1和热敏电阻2，其中，热敏电阻2采用嵌入式负温度系数微型热敏电阻，温度传感器1的输出端连接第一比较器4的输入端，热敏电阻2的输出端连接第二比较器3的输入端。单片机5的第一外部中断接口6与第一比较器4的输出端连接，第二外部中断接口7与第二比较器3的输出端连接。市电输入端连接变压器12，其中变压器12为交流变压器，将220V或380V的交流电降压为蓄电池17充电所要求的电压等级。变压器12与整流器13连接，整流器将经过降压后的交流电转换成直流电，整流器与多插孔插座14连接，多插孔插座14的一个插孔通过导线与常闭开关15连接，另外的其中一个插孔通过导线与常开开关18连接。为蓄电池充电的充电电路16通过导线与常闭开关15连接，进而充电电路16可对蓄电池17进行充电。常开开关18的另一端与风扇19连接，单片机5的一个引脚与常闭开关15连接，其中另外一个引脚与常开开关18连接，并且其数模转换器8与输出信号放大电路9连接，输出信号放大电路9与警报器10连接。

具体的，第一比较器4接收温度传感器1的输入信号后，将此输入信号经放大电路放大并利用双路比较器进行比较，从而第一比较器4输出单片机5能够识别的高低电平信号；第二比较器3接收热敏电阻2的输入信号后，将输入信号经放大电路放大并利用双路比较器进行比较，从而第二比较器3输出单片机5能够识别的高低电平信号。

图2为热敏电阻2的结构示意图，包括测量端2-1、输出端2-2和输出接线端2-3，测量端设置有温控开关，温控开关在常温下为断路，当外界温度达到某一阈值时，温控开关为通路，该阈值温度为30-50℃，可根据蓄电池17充电时的环境温度进行调整。具体的，负温度系数的热敏电阻是指随温度上升电阻值呈指数关系减小的热敏电阻，通过负温度系数热敏电阻检测充电时蓄电池的温度状态数据，由于热敏电阻感知温度变化所需时间短，能做到快速反应，从而能够及时，提升蓄电池充电过程的安全性。

进一步优化方案，在容纳蓄电池17的电池仓仓壁的不同位置放置多个温度传感器1和热敏电阻2，从而对电池仓仓壁的不同位置点的温度信息进行采集。

同时，本实用新型还提供一种与前文描述的充电过热保护系统对应的充电过热保护方法，包括：

在蓄电池17充电过程中，在容纳蓄电池17的仓壁的不同位置紧贴放置若干个温度传感器1和若干热敏电阻2，以便于在蓄电池17充电过程中对其不同点的温度信息进行监测。

预先设定温度区间T_section为[70-80]，单位为摄氏度，在充电电路16为蓄电池17充电过程中，单片机5通过温度传感器1实时获取蓄电池17的温度值，通过热敏电阻2实时获取蓄电池17的温度数值变化情况；

然后温度传感器1将监测到的信号发送给第一比较器4，热敏电阻2将监测到的信号发送给第二比较器3，其中，第一比较器5和第二比较器6都是将输入的信号经放大电路放大后再利用双电压集成比较器集成电路进行比较，使之输出为单片机7可识别的高低电平信号，其中，双电压集成比较器集成电路采用LM393型号的集成比较器电路。

单片机5采用8051单片机系列的STC11F32型高速单片机，单片机5内部包括第一外部中断接口6、第二外部中断接口7和数模转换器8。第一比较器5和第二比较器6的电路输出脉冲会触发单片机5做相应的处理。具体的，当第一比较器5发送脉冲信号触发时，单片机5的第一外部中断接口接收此中断信号，然后单片机判断温度传感器1监测的蓄电池17的温度是否超出80摄氏度，如果单片机5监测到蓄电池17的温度大于等于80摄氏度时，单片机5发出控制信号，控制信号用于命令常闭开关15由闭合状态转换为开路状态，常开开关18由开路状态转换为闭合状态。然后过一段时间，蓄电池在风扇19的风力降温下，温度下降到70摄氏度时，单片机通过温度传感器1监测到这种情况，然后发出控制信号，控制信号用于命令常闭开关15由开路状态转换为闭合状态，常开开关18由闭合状态转换为开路状态，从而继续对蓄电池17进行充电。

通单片机5通过监控温度传感器1采集的蓄电池17的温度信息，进而发出相应控制信号一样，负温度系数的热敏电阻2同样采集蓄电池17的温度状态数据。在实际中，负温度系数的热敏电阻2每隔1秒向单片机5发送一次数据，然后单片机5实时计算采集的相邻两次温度的变化斜率，即1s内蓄电池的温度变化值，如果此温度的变化斜率超过预定阈值，则说明短时间内蓄电池17的温度急剧升高，超出正常范围，则蓄电池17内部可能出现微短路现象，当单片机5监测到这种情况时发出控制信号，控制信号用于命令警报器10启动工作和常闭开关15由闭合状态转换为开路状态，从而借助风扇19对蓄电池进行风力降温，同时单片机5发出控制信号，命令警报器10工作，对用户进行提醒。由于此种情况是由于充电过程中蓄电池17内部可能出现异常情况，单片机5监测到蓄电池17温度低于70摄氏度时发出控制信号，控制信号用于命令常开开关18由闭合状态转换为开路状态，而常闭开关15继续保持开路状态，从而避免蓄电池内部出现微短路现象而继续对其充电可能导致蓄电池内部结构进一步恶化的现象发生。

由于所有异常情况(短路或者微短路)引起的烧机或者机器损坏都是需要温度达到一定值之后导致的，所以当检测到温度值达到预设温度状态数值之后，启动过温保护机制即切断充电装置和被充电设备之间的充电回路达到保护的效果，而且蓄电池17充电过程中，如果其温度变化速度超出一定范围，则可推断出蓄电池17内部可能出现了微短路线现象或者其它异常现象，此时即使蓄电池的温度没有超过预定阈值，也应向用户发出警报信息，通知用户进行检查，确认无误后再进行充电。

本实用新型技术方案能够全面地监测到蓄电池充电过程中温度超出阈值和温度变化速度超出阈值两种情况，进而采取后续保护措施，可对蓄电池充电过冲进行保护。

上述对本说明书特定实施例进行了描述，其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，附图中描绘的过程不一定必须按照示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本说明书实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种充电过热保护系统，其特征在于，包括：温度传感器(1)、热敏电阻(2)、第一比较器(4)、第二比较器(3)、单片机(5)、输出信号放大电路(9)、市电输入端(11)、变压器(12)、整流器(13)、多插孔插座(14)、常闭开关(15)、充电电路(16)、常开开关(18)、数模转换器(8)、输出信号放大电路(9)；

所述市电输入端(11)与所述变压器(12)的输入端电性连接，所述变压器(12)的输出端与所述整流器(13)的输入端电性连接，所述整流器(13)的输出端与所述多插孔插座(14)的输入端电性连接；

所述多插孔插座(14)的其中一个插孔与所述常闭开关(15)的输入端电性连接，其中另外一个插孔与所述常开开关(18)的输入端电性连接；

所述常闭开关(15)的输出端与所述充电电路(16)的输入端电性连接，所述充电电路(16)的输出端与蓄电池(17)连接；

所述温度传感器(1)与所述热敏电阻(2)紧贴所述蓄电池(17)；所述温度传感器(1)与所述第一比较器(4)的输入端电性连接，所述热敏电阻(2)与所述第二比较器(3)的输入端电性连接；

所述单片机(5)的第一外部中断接口(6)与所述第一比较器(4)的输出端电性连接，所述单片机(5)的第二外部中断接口(7)与所述第二比较器(3)的输出端电性连接；所述单片机(5)的数模转换器(8)与所述输出信号放大电路(9)的输入端电性连接；

所述单片机(5)与所述常闭开关(15)电性连接；所述单片机(5)与所述常开开关(18)电性连接。

2.根据权利要求1所述的充电过热保护系统，其特征在于，所述热敏电阻(2)为负温度系数的热敏电阻。

3.根据权利要求1所述的充电过热保护系统，其特征在于，所述单片机(5)采用8051单片机系列的STC11F32型高速单片机。

4.根据权利要求1所述的充电过热保护系统，其特征在于，还包括独立电源，所述输出信号放大电路(9)的输出端电性连接警报器(10)，所述警报器(10)采用声光报警器，所述声光报警器由所述独立电源供电。

5.根据权利要求1所述的充电过热保护系统，其特征在于，所述常开开关(18)的输出端与风扇(19)电性连接，所述风扇(19)为直流散热风扇，所述直流散热风扇用于给所述蓄电池(17)散热。

6.根据权利要求1所述的充电过热保护系统，其特征在于，所述第一比较器(4)接收所述温度传感器(1)的输入信号后，将所述输入信号经放大电路放大并利用双路比较器进行比较，从而所述第一比较器(4)输出所述单片机(5)能够识别的高低电平信号；

所述第二比较器(3)接收所述热敏电阻(2)的输入信号后，将所述输入信号经放大电路放大并利用双路比较器进行比较，从而所述第二比较器(3)输出所述单片机(5)能够识别的高低电平信号。

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