CN217720781U - 带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造，包括包括位于底层的保护板、位于中层的均衡MOS阵列板、位于顶层的均衡变压器板、位于所述均衡变压器板上的变压器框架和位于所述变压器框架内的变压器线圈，所述保护板正面具有板间连接孔与所述均衡MOS阵列板背面的板间连接及接线引脚连接，所述均衡变压器板背面具有板间连接孔与所述均衡MOS阵列板正面的连接及接线引脚连接。本实用新型通过多层板叠加组装及统一对外提供电路接口，可提高集成度从而减小体积节约电池包空间，以及优化与锂电池组的接线、减少元件间的焊接点数量从而减少工艺环节，提高电池组管理系统可靠性的同时降低生产成本。

Description

带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造

技术领域

本实用新型涉及电池管理系统技术领域，特别涉及带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造。

背景技术

锂电池因其能量密度高、自放电低、对环境友好以及循环寿命长等特性，广泛应用在移动便携设备、电动车辆中。由于锂电池化学性质活泼，在电池的使用过程中如果出现过充电、过放电、放电过流或者过热，会引起电池爆炸等危险。由于电池单体容量小、负载能力低，为满足实际需求，人们通过一定的连接方式将电池单体组成多串锂电池系统。在多串锂电池系统中，影响系统寿命的一个重要因素就是电池单体的一致性，由于电池单体间的工作温度、电池容量、内阻以及自放电的差异，随着多串锂电池系统充放电循环次数增加，电池单体间的差异逐渐分化，进而导致多串锂电池系统的性能降低与寿命缩短。

为防止多串锂电池系统充放电过程中出现过充电、过放电、过流或者过热以及保持多串锂电池系统中电池单体的一致性，公开号为“CN216507990U”的中国实用新型专利公开了一种36V锂电池组管理系统保护板，其方案具体如下：设有BMS管理系统模块和与之相连的均衡模块、保护模块；所述均衡模块、保护模块还与电池组相连；BMS管理系统模块包括保护芯片，所述保护芯片内置电压检测电路、延时电路和温度检测电路；所述电压检测电路经保护芯片的第一组引脚与电池组相连以检测电池组电压；延时电路经保护芯片的第二组引脚与采样电阻相连以测量通过采样电阻的电流值；延时电路经保护芯片的第三组引脚与热敏电阻相连以监控温度；所述保护芯片经均衡模块控制电池组充电过程的各端子电压均衡，还经保护模块对电池组的充电、放电进行控制。公开号为“CN108767948A”的中国发明专利公开了一种自动均衡保护板，其具体方案如下：包括充电电源、多个蓄电池和以及对应每一蓄电池设置的充放电保护电路和均衡控制电路。充放电保护电路在对应的蓄电池电压高于预设第一保护电压时，断开对应的蓄电池与充电电源之间的通路，并在对应的蓄电池电压低于预设第二保护电压时，停止对应的蓄电池的放电过程。均衡控制电路在对应的蓄电池电压低于预设充电上限电压时，导通对应的蓄电池与充电电源之间的通路，其他蓄电池对应的开关均关断，以使对应的蓄电池单独接入所述充电电源进行充电。短路保护电路在多个蓄电池全部充满后，切断多个蓄电池与充电电源的连接。从而可以实现保护多个电池的目的，延长电池组使用寿命。

上述现有技术中保护和均衡的模块均为两个独立的模块：保护模块为独立的一块专用电路板，均衡模块包含均衡变压器和驱动均衡变压器的MOS阵列为独立的一块专用电路板。以上两块电路板需要两组连接线分别连接到保护模块电路板和均衡模块电路板，存在元件数量多、电路体积过大大、电路接线复杂、成本高，易损坏等弊端。

实用新型内容

本实用新型旨在解决锂电池组的保护板和均衡板存在元件数量多、电路体积过大大、电路接线复杂、成本高，易损坏等技术问题。为解决上述技术问题，本实用新型对于为解决，本实用新型提供了带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造，技术方案如下：

带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造，包括位于底层的保护板、位于中层的均衡MOS阵列板、位于顶层的均衡变压器板、以及位于所述均衡变压器板上的变压器框架和位于所述变压器框架内的变压器线圈。所述保护板正面具有板间连接孔与所述均衡MOS阵列板背面的板间连接及接线引脚连接，所述均衡变压器板背面具有板间连接孔与所述均衡MOS阵列板正面的连接及接线引脚连接；所述变压器框架通过设置在其边框上且垂直于所述变压器框架平面的末端接线柱、首端接线柱、公共端接线柱分别与设置于所述均衡变压器板上的末端接线孔、首端接线孔、公共端接线孔连接；所述变压器线圈的绕组末端、首端和公共端分别与所述变压器框架上的末端接线柱、首端接线柱、公共端接线柱连接。

优选地，所述板间连接及接线引脚和所述板间连接孔的最小数量为n+5，其中n为锂电池组中单体电池的节数。

优选地，所述保护板上排布有专用电池管理IC、充放电控制MOS、锂电池保护其他相关电路元件。

优选地，所述均衡MOS阵列板上排布有用于开关电池均衡变压器电路的MOS阵列及其驱动元件。

优选地，所述变压器框架上的末端接线柱、首端接线柱、公共端接线柱数量相同，其数量均不少于锂电池组中单体电池的节数。

优选地，所述变压器线圈的绕组组数不少于锂电池组中单体电池的节数，相应地，所述绕组线引出的首端、末端、公共端数量也均不少于锂电池组中单体电池的节数。

优选地，所述均衡MOS阵列板背面的板间连接及接线引脚高度大于所述保护板正面的板间连接孔深度，所述板间连接及接线引脚穿过所述保护板上的板间连接孔后的露出部分作为与电池组电路连接的接线柱。

与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：

本实用新型提供的技术方案通过集成保护模块和均衡模块，以简化保护模块和均衡模块与锂电池组间的连接，可有效减少电池保护均衡板的元件数量，提高集成度从而减小体积节约电池包空间，优化与锂电池组的接线、减少元件间的焊接点数量从而减少工艺环节，提高电池组管理系统的可靠性，同时降低了生产成本。

附图说明

图1为本实用新型所述的带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造的三层结构示意图；

图2为本实用新型所述的带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造的三层结构组装完成示意图；

图3为本实用新型所述的带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造的二层结构示意图；

图4为本实用新型所述的带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造的二层结构组装完成示意图；

图5为本实用新型所述的带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造的保护均衡板与锂电池组电路连接的电路原理图。

图中：1、保护板；2、均衡MOS阵列板；3、均衡变压器板；4、专用电池管理IC；5、充放电控制MOS；6、保护板电路元件；7、MOS阵列及其驱动电路；8、板间连接及接线引脚；9、变压器框架；10、变压器线圈；11、板间连接孔；12、末端接线孔；13、首端接线孔；14、公共端接线孔；15、末端接线柱；16、首端接线柱；17、公共端接线柱。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例中，带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造，包括位于底层的保护板1、位于中层的均衡MOS阵列板2、位于顶层的均衡变压器板3、以及位于均衡变压器板3上的变压器框架9和位于变压器框架9内的变压器线圈10，保护板1正面具有板间连接孔11与均衡MOS阵列板2背面的板间连接及接线引脚8连接，均衡变压器板3背面具有板间连接孔11与均衡MOS阵列板2正面的连接及接线引脚8连接；变压器框架9通过设置在其边框上且垂直于变压器框架9平面的末端接线柱15、首端接线柱16、公共端接线柱17分别与设置于均衡变压器板3上的末端接线孔12、首端接线孔13、公共端接线孔14连接；变压器线圈的绕组末端、首端和公共端分别与变压器框架上的末端接线柱15、首端接线柱16、公共端接线柱17连接。

板间连接及接线引脚8和板间连接孔11的最小数量为n+5，其中n为锂电池组中单体电池的节数，分别用于连接电池组电路的温度采样电路及相应电池单体的电路。

保护板1上排布有专用电池管理IC4、充放电控制MOS5、锂电池保护其他相关电路元件6以及相关电路，专用电池管理IC4负责接收各采样电路输入的电池参数信息，经内部分析处理后，输出相应的控制信号，对电池进行保护或者均衡，充放电控制MOS5及锂电池保护其他相关电路接收专用电池管理IC4的控制信号，开合锂电池组的充电或者放电电路以避免锂电池组过温、过压、过流或者过放电；均衡MOS阵列板2上排布有用于开关电池均衡变压器电路的MOS阵列7及其驱动元件以及相关电路，MOS阵列接收接收专用电池管理IC4的控制信号，对均衡变压器板3的电路进行开合；均衡变压器板3上连接有变压器框架9及变压器线圈10以及排布相关电路，变压器框架9通过设置在其边框上且垂直于变压器框架9平面的末端接线柱15、首端接线柱16、公共端接线柱17与均衡变压器板3上对应位置的末端接线孔12、首端接线孔13、公共端接线孔14相连接。MOS阵列7顶层对均衡变压器板3的电路进行开合，用于对锂电池组中电压不一致的电池单体进行均衡。

变压器线圈10的绕组线，其绕线方式为所有绕组采用同一方向绕线，与锂电池组中单体电池节数相同数量的绕组线合并为一股从磁环的一端或变压器骨架的起头端开始，以相同绕制方向绕制一定圈数到达磁环或骨架的相对端以后，不剪断绕组线并且预留部分线长作为中间抽头，与前述绕线相同方向绕制相同圈数至绕组线起头端位置。然后将绕组线起始线头作为首端，与变压器框架9的首端接线柱16连接；中间抽头作为公共端，与变压器框架9的公共端接线柱17连接；结尾线头作为末端并分离出来，与变压器框架9的末端接线柱15连接。

进一步，变压器框架9上的末端接线柱15、首端接线柱16、公共端接线柱17数量相同，其数量均不少于锂电池组中单体电池的节数。变压器线圈10的绕组组数为锂电池组中单体电池的节数，每一组绕组包含两个绕组，作用于一节电池，相应地，绕组线引出的首端、末端、公共端数量也均不少于锂电池组中单体电池的节数。

请参阅图2，为本实用新型实施例的组装完成结构示意图，通过设置于均衡MOS阵列板2的板间连接及接线引脚8插入设置于保护板1和均衡变压器板3上的板间连接孔11连接，可将保护板1、均衡MOS阵列板2以及均衡变压器板3三块电路板物理连接及电路连接，对外电路接口由组装完成的电路板一端的板间连接及接线引脚8统一提供。该组装方式可提高集成度从而减小体积，节约电池包空间；由于统一提供对外电路接口，可有效减小与外部锂电池组连接时的装配复杂度。

板间连接及接线引脚8连接保护板1的一端的高度大于保护板1上的板间连接孔11的深度，板间连接及接线引脚8穿过保护板1上的板间连接孔11后的露出部分作为与电池组电路连接的接线柱。

请参阅图5，为本实用新型实施例的三层结构保护均衡板与锂电池组电路连接的电路原理图，具体接线方式为：共有9个接线柱，其中NTC-引脚连接至NTC电阻电路的一端，NTC+引脚连接至NTC电阻电路的另一端；电池组的正极公共点B+引脚与B4+引脚与单体电池B4正极电路连接，B3+引脚与单体电池B3正极电路连接，B2+引脚与单体电池B2正极电路连接，B1+引脚与单体电池B1正极电路连接，电池组的负极公共点B-引脚与B1-引脚同单体电池B1的负极电路连接。

在本实用新型的另一实施例中，请参阅图3和图4，包括位于底层的保护板1、位于上层的均衡MOS阵列板2、位于均衡MOS阵列板2上的变压器框架9和位于变压器框架9内的变压器线圈10。保护板1正面板间连接孔11和均衡MOS阵列板2背面的板间连接及接线引脚8连接；变压器框架9通过设置在其边框上且垂直于变压器框架9平面的末端接线柱15、首端接线柱16、公共端接线柱17分别与设置于均衡变压器板3上的末端接线孔12、首端接线孔13、公共端接线孔14连接；变压器线圈的绕组末端、首端和公共端分别与变压器框架上的末端接线柱15、首端接线柱16、公共端接线柱17连接。

均衡MOS阵列板2上露出其上表面的板间连接及接线引脚8作为与电池组电路连接的接线柱。

以上实施例的接线方式只需考虑与集成了保护和均衡模块的电路的对外引脚连接，不再分开连接保护模块和均衡模块，有效减小了连接复杂度，减少生产工艺，降低生产成本，同时提高电池组管理系统的可靠性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造，其特征在于，包括位于底层的保护板(1)、位于中层的均衡MOS阵列板(2)、位于顶层的均衡变压器板(3)、以及位于所述均衡变压器板(3)上的变压器框架(9)和位于所述变压器框架(9)内的变压器线圈(10)，所述保护板(1)正面具有板间连接孔(11)与所述均衡MOS阵列板(2)背面的板间连接及接线引脚(8)连接，所述均衡变压器板(3)背面具有板间连接孔(11)与所述均衡MOS阵列板(2)正面的连接及接线引脚(8)连接；所述变压器框架(9)通过设置在其边框上且垂直于所述变压器框架(9)平面的末端接线柱(15)、首端接线柱(16)、公共端接线柱(17)分别与设置于所述均衡变压器板(3)上的末端接线孔(12)、首端接线孔(13)、公共端接线孔(14)连接；所述变压器线圈的绕组末端、首端和公共端分别与所述变压器框架上的末端接线柱(15)、首端接线柱(16)、公共端接线柱(17)连接。

2.根据权利要求1所述的带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造，其特征在于，所述板间连接及接线引脚(8)和所述板间连接孔(11)的最小数量为n+5，其中n为锂电池组中单体电池的节数。

3.根据权利要求1所述的带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造，其特征在于，所述保护板(1)上排布有专用电池管理IC(4)、充放电控制MOS(5)、锂电池保护其他相关电路元件(6)。

4.根据权利要求1所述的带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造，其特征在于，所述均衡MOS阵列板(2)上排布有用于开关电池均衡变压器电路的MOS阵列(7)及其驱动元件。

5.根据权利要求1所述的带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造，其特征在于，所述变压器框架(9)上的末端接线柱(15)、首端接线柱(16)、公共端接线柱(17)数量相同，其数量均不少于锂电池组中单体电池的节数。

6.根据权利要求1所述的带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造，其特征在于，所述变压器线圈(10)的绕组组数不少于锂电池组中单体电池的节数，相应地，所述绕组线引出的首端、末端、公共端数量也均不少于锂电池组中单体电池的节数。

7.根据权利要求1所述的带电池保护和热保护的主动均衡电路的板接构造，其特征在于，所述均衡MOS阵列板(2)背面的板间连接及接线引脚(8)高度大于所述保护板(1)正面的板间连接孔(11)深度，所述板间连接及接线引脚(8)穿过所述保护板(1)上的板间连接孔(11)后的露出部分作为与电池组电路连接的接线柱。

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