CN217335120U - 锂电池叠层保护板、动力电池包及电动车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种锂电池叠层保护板，用于连接锂电池，锂电池叠层保护板包括采集通信板及功率开关板，采集通信板与功率开关板在垂直方向上叠层设置且通过插接件电性连接；采集通信板上设置有模拟前端芯片及控制模块，功率开关板上设置有功率开关组；模拟前端芯片用于采集锂电池的参数信息，控制模块用于将参数信息传送至云端服务器；模拟前端芯片还用于根据参数信息向功率开关组发送控制信号，功率开关组用于根据控制信号导通或关断，以实现对锂电池进行充放电控制。本实用新型还提供一种动力电池包及电动车辆。本实用新型提供的锂电池叠层保护板、动力电池包及电动车辆，降低了保护板在长宽方向上的占用空间，降低了设计难度，减少了生产成本。

Description

锂电池叠层保护板、动力电池包及电动车辆

【技术领域】

本实用新型涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池叠层保护板、动力电池包及电动车辆。

【背景技术】

在作为电动车辆的动力装置时，锂电池通常连接有保护板，用于监测电池信息以进行充放电保护，并能够上传电池参数信息(电压、电流、温度、位置等)给云端服务器平台，以实现对锂电池进行智能化监控。现有的保护板设计方案中，通常将具有前端采样功能的采样芯片、进行充放电控制的开关组以及用于对外通信的控制模块集成于同一块四层电路板上，导致电路板在长宽方向上占用空间较大，设计难度大且生产成本高。

鉴于此，实有必要提供一种新型的锂电池叠层保护板、动力电池包及电动车辆以克服上述缺陷。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种锂电池叠层保护板、动力电池包及电动车辆，降低了保护板在长宽方向上的占用空间，降低了设计难度，减少了生产成本。

为了实现上述目的，第一方面，本实用新型提供一种锂电池叠层保护板，用于连接锂电池，所述锂电池叠层保护板包括采集通信板及功率开关板，所述采集通信板与所述功率开关板在垂直方向上叠层设置且通过插接件电性连接；所述采集通信板上设置有模拟前端芯片及控制模块，所述功率开关板上设置有功率开关组；所述模拟前端芯片用于采集所述锂电池的参数信息，所述控制模块用于将所述参数信息传送至云端服务器；所述模拟前端芯片还用于根据所述参数信息向所述功率开关组发送控制信号，所述功率开关组用于根据所述控制信号导通或关断，以实现对所述锂电池进行充放电控制。

在一个优选实施方式中，所述插接件包括双排插座及双排插针，所述双排插座设置于所述采集通信板上，所述双排插针设置于所述功率开关板上。

在一个优选实施方式中，所述采集通信板的远离所述功率开关板的一侧设置有第一散热板，所述功率开关板的远离所述采集通信板的一侧设置有第二散热板。

在一个优选实施方式中，所述第二散热板与所述功率开关组之间涂布有散热膏。

在一个优选实施方式中，所述第一散热板、所述采集通信板、所述功率开关板及所述第二散热板通过螺柱贯穿固定。

在一个优选实施方式中，所述控制模块为4G CAT1模组。

在一个优选实施方式中，所述功率开关板上还设置有采样电阻，所述模拟前端芯片通过所述插接件采集所述采样电阻的电压。

在一个优选实施方式中，所述功率开关板的靠近所述功率开关组的位置还设置有热敏电阻，所述模拟前端芯片通过所述插接件采集所述热敏电阻的电压。

第二方面，本实用新型还提供一种动力电池包，包括上述任意一项所述的锂电池叠层保护板。

第三方面，本实用新型还提供一种电动车辆，包括上述任意一项所述的动力电池包。

相比于现有技术，本实用新型提供的锂电池叠层保护板、动力电池包及电动车辆，模拟前端芯片能够采集所述锂电池的参数信息，控制模块能够将所述参数信息传送至云端服务器，以实现对锂电池进行信息监控，模拟前端芯片还能够根据所述参数信息向所述功率开关组发送控制信号以控制功率开关组导通或关断，进而实现了对所述锂电池进行充放电控制，保证了锂离子电池充放电过程的安全性，所述采集通信板与所述功率开关板在垂直方向上叠层设置且通过插接件电性连接，降低了保护板在长宽方向上的占用空间，降低了设计难度，减少了生产成本。

为使实用新型的上述目的、特征和优引脚能更明显易懂，下文特举本实用新型较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型提供的锂电池叠层保护板的结构示意图；

图2为本实用新型提供的锂电池叠层保护板的采集通信板的原理框图；

图3为本实用新型提供的锂电池叠层保护板的功率开关板的电路图。

【具体实施方式】

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请一并参阅图1及图2，本实用新型提供一种锂电池叠层保护板100，用于连接锂电池，所述锂电池叠层保护板100包括采集通信板10及功率开关板20。

所述采集通信板10与所述功率开关板20在垂直方向上叠层设置且通过插接件30电性连接；所述采集通信板10上设置有模拟前端芯片11及控制模块12，所述功率开关板20上设置有功率开关组21。

具体的，所述模拟前端芯片11用于采集所述锂电池的参数信息，所述控制模块12用于将所述参数信息传送至云端服务器；所述模拟前端芯片11还用于根据所述参数信息向所述功率开关组21发送控制信号，所述功率开关组21用于根据所述控制信号导通或关断，以实现对所述锂电池进行充放电控制。可以理解地，采集通信板10上设置有模拟前端芯片11及控制模块12，具有采集、通信功能，内部走线复杂，可以采用四层板，而功率开关板20上设置有功率开关组21，内部走线简单，可以采用成本较低的双层板，降低了叠层保护板的整体成本。并且，将具有采集、通信功能的采集通信板10与控制充放电通断的功率开关板20分开单独设计，能够降低设计难度。

本实用新型提供的锂电池叠层保护板100，模拟前端芯片11能够采集所述锂电池的参数信息，控制模块12能够将所述参数信息传送至云端服务器，以实现对锂电池进行信息监控，模拟前端芯片11还能够根据所述参数信息向所述功率开关组21发送控制信号以控制功率开关组21导通或关断，进而实现了对所述锂电池进行充放电控制，保证了锂离子电池充放电过程的安全性，所述采集通信板10与所述功率开关板20在垂直方向上叠层设置且通过插接件30电性连接，降低了保护板在长宽方向上的占用空间，降低了设计难度，减少了生产成本。

进一步地，模拟前端芯片11连接锂电池，控制模块12连接模拟前端芯片11。采集通信板10上还设置有DC-DC电源电路13及4G天线14，DC-DC电源电路13连接于锂电池与控制模块12之间，4G天线14连接控制模块12。具体的，所述锂电池的电压经DC-DC电源电路13转换后为所述控制模块12供电，所述控制模块12用于获取所述模拟前端芯片11采集的参数信息，所述控制模块12还用于将所述参数信息通过4G天线14发送至云端服务器。可以理解地，锂电池的参数信息即锂电池进行充放电的各项参数信息，具体可以包括荷电状态、电压、电流、温度等，锂电池的参数信息还可以包括定位信息，即锂电池的当前位置信息，云端服务器即用于监测锂电池的参数信息的服务器平台，控制模块12能够将参数信息通过4G天线14发送至云端服务器，便于后台人员及时了解锂电池的运行状态。

本实施方式中，所述控制模块12为4G CAT1(如中移物联网的ML302_GNLM，为openCPU方案，其内部应用层软件可向开发者开放，其本身具备4G通信，GPS/BEIDOU定位功能，蓝牙功能等)模组，由于控制模块12本身具有定位及通信功能，能够将参数信息通过4G天线14发送至云端服务器，替换了现有技术的单片机，简化了系统的软硬件设计，并且，无需另外通过网联模块进行协议转发后才能送到云端服务器平台，提高信息传输的实时性，也无需为单独的网联模块进行供电，省略了电源转换电路的设计。

进一步地，所述控制模块12可以包括IIC接口，所述控制模块通过所述IIC接口与所述采样模块40进行通信。具体的，4G CAT1模组直接通过IIC或者SPI通信接口与模拟前端芯片11进行通信，实现对模拟前端芯片11保护参数的配置，获取模拟前端芯片11采集到的单体电压、充放电电流等参数信息。所述控制模块12还可以包括射频接口，所述控制模块12通过所述射频接口发送所述参数信息。具体的，4G CAT1模组把参数信息按照云端服务器的报文协议组包，通过4G天线14发送给云端服务器，无需另外连接网联模块，提高了信息传输的实时性。

进一步地，采集通信板10上还设置有隔离485芯片15，隔离485芯片15连接所述控制模块12。所述控制模块12还用于将所述参数信息通过隔离485芯片15发送至上位机。具体的，上位机例如可以为换电柜，控制模块12对采集到的参数信息进行分析重组后，可以通过隔离485芯片发送给换电柜，实现了锂电池叠层保护板100的对外通信能力，以方便与换电柜进行通信交互，完成在换电柜中充电等功能。在其他实施方式中，锂电池叠层保护板100还可以通过CAN总线与换电柜进行通信。可以理解地，锂电池的电压经DC-DC电源电路13转换后还能为隔离485芯片15供电，即采集通信板10上的模块均能够通过DC-DC电源电路13进行供电，DC-DC电源电路13能够共用，成本降低。

所述插接件30包括双排插座31及双排插针32，所述双排插座31设置于所述采集通信板10上，所述双排插针32设置于所述功率开关板20上，插接件30采用16PIN间距的双排插针和插座实现采集通信板10与功率开关板20互联，其传送的信号主要包括了功率开关组的温度检测信号、B-(锂电池负极)电压信号、P-(充电器或负载负极)信号、充放电控制驱动信号、电流采集信号。

本实施方式中，为了实现锂电池叠层保护板100的散热性能，所述采集通信板10的远离所述功率开关板20的一侧设置有第一散热板101，所述功率开关板20的远离所述采集通信板10的一侧设置有第二散热板22。具体的，功率开关板20位于采集通信板10的上方，即由上到下依次为第二散热板22、功率开关板20、采集通信板10、第一散热板101，将贴有开关元件的功率开关板20设置于上层，能够增强叠层保护板的结构稳定性。第一散热板101及第二散热板22均为散热铝板，具有散热效果好且轻量化的特点，同时，第一散热板101及第二散热板22能够对叠层保护板100起到保护作用。所述第二散热板22与所述功率开关组21之间涂布有散热膏23，散热膏23利于功率开关组21在充放电过程中进行散热，防止温度过高而损毁。而接插件30由于不过大电流，也不会发热，所以不考虑散热问题。

可以理解地，由于采集通信板10和功率开关板20分开设计，通过合理设计采集通信板10传送至接插件30的信号分配，可以将采集通信板10上锂电池相关采集部分元器件不贴片，采集通信板10可单独作为一个具备对外485通信和4G通信的DTU(Data Transferunit，数据传输单元)，提高了产品的应用范围和出货量，更进一步降低成本。例如，采集通信板10上可以不焊接电压采集端子，而单独利用隔离485芯片即可完成DTU的电源接入和对外485通信连接。

进一步地，所述第一散热板11、所述采集通信板10、所述功率开关板20及所述第二散热板22通过螺柱111贯穿固定，螺柱111位于四角的位置，螺柱111能够实现支撑及固定作用。

可以理解地，为了达到需要的电压及容量，锂电池通常为由若干个单体电池串联及/或并联形成的电池组。保证电池组充放电的安全性，锂电池需要连接锂电池叠层保护板100，来监测电池组的电池信息，当电池组的某项电池信息参数(例如电压、温度)超过预设的阈值时，锂电池叠层保护板能够控制功率开关组关断以实现对充放电进行切断，防止锂电池发生爆炸等安全隐患。

请一并参阅图3，其中J3为功率开关板20上的双排插针，J2为B-连接端子，接锂电池的总负极，J1为P-连接端子，对外输出接负载或者充电器的负极。所述功率开关板20上还设置有采样电阻(R12，R15)，所述模拟前端芯片11通过所述插接件30采集所述采样电阻的电压。具体的，充电时，电流从B-经过采样电阻(R12，R15)，再经过功率开关组流向P-；而放电时，电流从P-经过功率开关组，再经过采样电阻流向B-。采样电阻上的压降经过接插件J3送入采集通信板的模拟前端芯片进行AD采样转换得出采样电压U，再通过欧姆定律I＝U/R计算得出充放电电流。

进一步地，所述功率开关板20的靠近所述功率开关组21的位置还设置有热敏电阻，具体的，热敏电阻插头插在插拔件J4上，且插拔件J4连接接插件30，所述模拟前端芯片11通过所述插接件30采集所述热敏电阻的电压。具体的，热敏电阻为NTC电阻，其作为温度传感器，阻值随温度变化而变化。图中接插件J4上所接为NTC电阻，该电阻贴近功率开关组放置，随功率开关组的温度变化而变化。NTC电阻两端的电压通过接插件J3送入采集通信板10的模拟前端芯片11进行AD转换，通过计算NTC两端的实际电压和分压结果，反算出NTC的实际阻值，再根据阻值查温度阻值对应表，求得实际的温度值。

功率开关组21包括八个MOS管，其中，Q2、Q4、Q6、Q8为4个N-MOS管并联，共同组成放电MOS管阵列，MOS管G极通过电阻接到放电MOS控制信号DSG_M。Q3、Q5、Q7、Q9为4个N-MOS管并联，共同组成充电MOS管阵列，MOS管G极通过电阻接到充电MOS控制信号CHG_M。当采集通信板10的模拟前端芯片11的控制信号输出高电平(12V)并通过J3的1、16脚传送到放电MOS阵列的G极时，由于放电MOS的GS极间电压超过开启电压(一般约3V)，则放电MOS阵列导通开启；当采集通信板10的模拟前端芯片11的控制信号输出低电平(0V)并通过J3的1、16脚传送到放电MOS阵列的G极时，由于放电MOS的GS极间电压小于开启电压(一般约3V)，则放电MOS阵列关闭，从而实现了对放电MOS阵列的通断控制。可以理解地，充电MOS控制原理与放电MOS相同，此处不再赘述。

本实用新型还提供一种动力电池包，包括上述任意一项实施方式的锂电池叠层保护板100。可以理解地，动力电池包内的锂电池连接锂电池叠层保护板100，锂电池叠层保护板100能够将锂电池的电池信息及定位信息发送至云端服务器，实现动力电池包的对外通信功能。并且，锂电池叠层保护板100还能够根据锂电池的电池信息控制充放电的通断，提高了动力电池包的充放电安全性。

本实用新型还提供一种电动车辆，包括上述的动力电池包。可以理解地，动力电池包安装于电动车辆内，且为电动车辆提供动力，电动车辆例如可以为低速两轮电动车。

需要说明的是，本实用新型提供的锂电池叠层保护板100的所有实施例均适用于本实用新型提供的动力电池包及电动车辆，且均能够达到相同或相似的有益效果。

综上，本实用新型提供的锂电池叠层保护板100、动力电池包及电动车辆，模拟前端芯片11能够采集所述锂电池的参数信息，控制模块12能够将所述参数信息传送至云端服务器，以实现对锂电池进行信息监控，模拟前端芯片11还能够根据所述参数信息向所述功率开关组21发送控制信号以控制功率开关组21导通或关断，进而实现了对所述锂电池进行充放电控制，保证了锂离子电池充放电过程的安全性，所述采集通信板10与所述功率开关板20在垂直方向上叠层设置且通过插接件30电性连接，降低了保护板在长宽方向上的占用空间，降低了设计难度，减少了生产成本。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种锂电池叠层保护板，用于连接锂电池，其特征在于，所述锂电池叠层保护板包括采集通信板及功率开关板，所述采集通信板与所述功率开关板在垂直方向上叠层设置且通过插接件电性连接；所述采集通信板上设置有模拟前端芯片及控制模块，所述功率开关板上设置有功率开关组；所述模拟前端芯片用于采集所述锂电池的参数信息，所述控制模块用于将所述参数信息传送至云端服务器；所述模拟前端芯片还用于根据所述参数信息向所述功率开关组发送控制信号，所述功率开关组用于根据所述控制信号导通或关断，以实现对所述锂电池进行充放电控制。

2.如权利要求1所述的锂电池叠层保护板，其特征在于，所述插接件包括双排插座及双排插针，所述双排插座设置于所述采集通信板上，所述双排插针设置于所述功率开关板上。

3.如权利要求1所述的锂电池叠层保护板，其特征在于，所述采集通信板的远离所述功率开关板的一侧设置有第一散热板，所述功率开关板的远离所述采集通信板的一侧设置有第二散热板。

4.如权利要求3所述的锂电池叠层保护板，其特征在于，所述第二散热板与所述功率开关组之间涂布有散热膏。

5.如权利要求3所述的锂电池叠层保护板，其特征在于，所述第一散热板、所述采集通信板、所述功率开关板及所述第二散热板通过螺柱贯穿固定。

6.如权利要求1所述的锂电池叠层保护板，其特征在于，所述控制模块为4G CAT1模组。

7.如权利要求1所述的锂电池叠层保护板，其特征在于，所述功率开关板上还设置有采样电阻，所述模拟前端芯片通过所述插接件采集所述采样电阻的电压。

8.如权利要求1所述的锂电池叠层保护板，其特征在于，所述功率开关板的靠近所述功率开关组的位置还设置有热敏电阻，所述模拟前端芯片通过所述插接件采集所述热敏电阻的电压。

9.一种动力电池包，其特征在于，包括如1-8任意一项所述的锂电池叠层保护板。

10.一种电动车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的动力电池包。

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