一种动力电池系统安全保护装置和一种动力电池系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种动力电池系统安全保护装置和一种动力电池系统，该动力电池系统包括由多个电池模块串联构成的电池组，以及安全保护装置，安全保护装置包括：若干个可控开关以及BMS，各可控开关分别用于连接相邻两个电池模块；BMS包括绝缘检测模块和控制模块，绝缘检测模块的信号输入端连接动力电池系统的正、负极，控制模块控制连接所有的可控开关。当电池系统的绝缘不良时，控制模块控制所有的可控开关断开，使电池系统解列，从而达到对电池模块的保护作用，能够较大程度地提升电池保护的可靠性，保护效果得到了较大的提高。而且，只使用BMS以进行信息采集、故障判定及故障切除，保证了信号的可靠处理。
【专利说明】
一种动力电池系统安全保护装置和一种动力电池系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种动力电池系统安全保护装置和一种动力电池系统。
【背景技术】
[0002]随着电动汽车的快速发展，对动力电池模块的需求量也越来越大，考虑其使用安全性，目前常规成组的动力电池系统，多采用主回路串联熔断器和接触器的方法，来实现系统的安全保护的目的。但就其保护范围来看，此类传统保护方式常常难以达到理想的保护效果，特别是在系统内部发生短路等故障时，该方式几乎无法起到任何的保护作用。
[0003]近年来全国范围内电动汽车动力电池起火事故频繁发生，而引发电池组起火的最大危害因素为受潮、浸水、电解液泄漏等因素引发的内部短路，因此，如何针对动力电池系统本身的安全进行有效的保护和预防，特别是可能出现的各类短路事故，对提高系统运行的安全性、可靠性和经济性至关重要。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种动力电池系统安全保护装置，用以解决传统的电池安全保护方式的保护效果不佳的问题。本实用新型同时提供一种动力电池系统。
[0005]为实现上述目的，本实用新型的方案包括:一种动力电池系统安全保护装置，包括:
[0006]若干个可控开关:各可控开关分别用于连接动力电池系统中的相邻两个电池模块；
[0007]BMS:该BMS包括绝缘检测模块和控制模块，所述绝缘检测模块的信号输入端连接所述动力电池系统的正、负极，所述控制模块控制连接所有的可控开关。
[0008]所述安全保护装置还包括报警器，所述控制模块控制连接所述报警器。
[0009]所述动力电池系统的主供电回路上串设有一个总开关，所述控制模块控制连接所述总开关。
[0010]所述安全保护装置还包括一个无线通讯模块，所述BMS连接所述无线通讯模块;或者所述BMS上有一个用于与整车控制器通讯连接的CAN通讯接口。
[0011]所述动力电池系统的主供电回路上串设有熔断器。
[0012]—种动力电池系统，包括由多个电池模块串联构成的电池组，还包括安全保护装置，所述安全保护装置包括:
[0013]若干个可控开关:各可控开关分别用于连接动力电池系统中的相邻两个电池模块；
[0014]BMS:该BMS包括绝缘检测模块和控制模块，所述绝缘检测模块的信号输入端连接所述动力电池系统的正、负极，所述控制模块控制连接所有的可控开关。
[0015]所述安全保护装置还包括报警器，所述控制模块控制连接所述报警器。
[0016]所述动力电池系统的主供电回路上串设有一个总开关，所述控制模块控制连接所述总开关。
[0017]所述安全保护装置还包括一个无线通讯模块，所述BMS连接所述无线通讯模块;或者所述BMS上有一个用于与整车控制器通讯连接的CAN通讯接口。
[0018]所述动力电池系统的主供电回路上串设有熔断器。
[0019]本实用新型提供的动力电池系统以及安全保护装置中，包括若干个可控开关，每个可控开关用于连接任意两个相邻的电池模块，所以，所有的相邻两个电池模块之间均连接有可控开关，BMS中的绝缘检测模块的信号输入端连接该电池系统的正负极，用于检测该电池系统的绝缘性能，当电池系统的绝缘不良时，BMS的控制模块控制所有的可控开关断开，使电池系统解列，从而达到对电池模块的保护作用，所以该方法相较于传统的电池保护方式，其能够较大程度地提升电池保护的可靠性，保护效果得到了较大的提高。并且，该保护装置中的用于绝缘检测的器件只有一个，用于控制输出的器件也只有一个，而且用于绝缘检测的器件和用于控制输出的器件是同一个器件一一BMS，所以，只使用BMS作为系统的控制核心部件，具备信息采集、故障判定及故障切除等功能，相较于传统的使用整车控制器和BMS同时进行控制的方式，控制过程得到了简化，降低了由于信号传输距离的过长和信号处理的繁琐而导致的信号受到干扰的可能性，保证了信号的可靠性传输和处理。另外，该保护装置优化了传统的保护方案，变被动保护为主动保护，将系统潜在的内部风险遏制在初期状态，极大的减少了系统本身发生事故的可能，确保系统使用的安全性、可靠性及经济性。
[0020]另外，传统的用于绝缘检测和控制的器件较多，器件之间的信号传输线缆较多，本实用新型的安全保护装置中只有一个器件来进行绝缘检测和控制，降低了信号线缆的使用长度，保证了信号的可靠传输，降低了其他信号干扰的可能性，确保绝缘检测和控制的可靠性。
【附图说明】
[0021 ]图1是动力电池系统安全保护装置工作原理图；
[0022]图2是单体电池的连接关系示意图；
[0023]图3是动力电池系统安全保护装置的结构示意图；
[0024]图4是单体电池之间的放电回路分析示意图；
[0025]图5是动力电池系统安全保护装置的控制流程图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
[0027]安全保护装置实施例
[0028]该动力电池系统包括电池组，以及用于对电池组进行控制和安全保护的安全保护装置。由于动力电池系统中的单体电池通常情况下为锂电池，所以，本实施例中的动力电池系统中的单体电池以锂电池为例。
[0029]如图1所示，该安全保护装置包括BMS，BMS的信号输入端连接电池组的正、负极，利用相应的信号采集装置，比如:电流互感器、电压互感器等装置采集电池组的相关信息，以进行电池组的绝缘检测。由于电池组的绝缘检测属于常规技术，其绝缘检测的工作原理以及工作过程均属于现有技术，比如申请号为201510266542.8的中国专利申请文件中公开的与绝缘检测相关的技术方案，所以，这里不再具体说明。
[0030]该安全保护装置包括设置在相邻电池模块之间的可控开关，如图2所示，每两个相邻电池模块之间串设有一个可控开关，那么，如果电池组由η个电池模块串设而成，那么，可控开关的个数就为η-1个。一个电池模块可以只由一个单体电池构成，还可以由若干个单体电池串联构成，在本实施例中，一个电池模块只由一个单体电池构成，那么，每两个相邻单体电池之间就串设有一个可控开关。可控开关可以为一般的接触器开关，比如继电器，还可以是其他的全控型开关器件，比如:IGBT等。
[0031]该BMS包括绝缘检测模块和控制模块，绝缘检测模块的信号输入端连接该电池系统的正、负极，绝缘检测模块与控制模块连接，控制模块利用输出的控制线路控制连接所有的可控开关。BMS的绝缘检测模块根据采集到的信息进行绝缘检测，当电池组绝缘不良时，控制模块控制单体电池之间的可控开关断开，使电池组解列，从而达到对每个单体电池的保护作用。绝缘检测模块和控制模块是BMS中的硬件组成模块，绝缘检测模块相当于一个处理器，内部设置有相应的软件程序，通过该程序以及采集到的相应数据信息进行绝缘检测；控制模块相当于一个控制器，根据绝缘检测的结果实现可控开关的控制。
[0032]另外，如图2或3所示，为了对整个电池组进行控制，在电池组的主供电回路上还串设有一个总开关Κρ，控制模块控制连接该总开关Κρ。而且，为了保证动力电池组的可靠安全运行，在主供电回路上还串设有一个熔断器。还有就是，为了在出现绝缘不良时及时进行报警，以提醒驾驶员机，该安全保护装置还包括报警器，控制模块控制连接报警器。
[0033]该安全保护装置的控制核心部件是BMS，BMS实现根据电池组的采集数据信息进行绝缘检测，绝缘故障判定，以及可控开关的控制以实现故障切除。另外，BMS有时需要将相应的数据信息传输给整车控制器，那么，BMS就需要与整车控制器进行通讯，有两种通讯方式:第一种:BMS上设置有一个CAN通讯接口，通过CAN总线与整车控制器通讯连接;第二种为无线通讯方式，即BMS连接有一个无线通讯模块，比如4G无线通讯模块，通过该无线通讯模块与整车控制器实现数据通讯。
[0034]本实例中考虑电池系统实际运行工况，针对常规保护配备方案，仅取一两种放电回路作为原理示意说明，如图4所示。
[0035]当BMS进行绝缘检测、故障判定以及控制输出时，该安全保护装置的工作过程如下:
[0036]当系统内各电池状态正常，且系统绝缘正常时，单体电池之间的所有可控开关均闭合，电池系统输出端正常输出；
[0037]当系统因受潮、浸水、电解液泄露等因素，出现绝缘不良时，即出现如图4所示的任意形式的放电回路时，BMS首先依据系统运行状态进行主动判定，然后BMS立即控制报警器进行报警，同时立即切断每两个相邻单体电池之间的可控开关，使得各单体电池解列，切断图4所示任意形式的放电回路，从而达到保护的目的。
[0038]当BMS和整车控制器共同进行控制时，该安全保护装置的工作过程如下:
[0039]如图5所示，当系统内各电池状态正常，且系统绝缘正常时，单体电池之间的所有可控开关均闭合，电池系统输出端正常输出；
[0040]当系统因受潮、浸水、电解液泄露等因素，出现绝缘不良时，即出现如图4所示的任意形式的放电回路时，BMS首先依据系统运行状态进行主动判定，并通过CAN通讯向整车控制器发送报警信息，提示驾驶员应立即采取相应措施，在收到整车控制器回复时或在设定时间未收到回复时，BMS立即控制报警器进行报警，同时立即切断每两个相邻单体电池之间的可控开关，使得各单体电池解列，切断图4所示任意形式的放电回路，从而达到保护的目的。
[0041 ]动力电池系统实施例
[0042]该动力电池系统包括动力电池组，以及安全保护装置，由于动力电池组和安全保护装置在上述安全保护装置实施例中已有了详细描述，这里不再具体说明。
[0043]以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种动力电池系统安全保护装置，其特征在于，包括: 若干个可控开关:各可控开关分别用于连接动力电池系统中的相邻两个电池模块； BMS:该BMS包括绝缘检测模块和控制模块，所述绝缘检测模块的信号输入端连接所述动力电池系统的正、负极，所述控制模块控制连接所有的可控开关。2.根据权利要求1所述的动力电池系统安全保护装置，其特征在于，所述安全保护装置还包括报警器，所述控制模块控制连接所述报警器。3.根据权利要求1所述的动力电池系统安全保护装置，其特征在于，所述动力电池系统的主供电回路上串设有一个总开关，所述控制模块控制连接所述总开关。4.根据权利要求1所述的动力电池系统安全保护装置，其特征在于，所述安全保护装置还包括一个无线通讯模块，所述BMS连接所述无线通讯模块;或者所述BMS上有一个用于与整车控制器通讯连接的CAN通讯接口。5.根据权利要求1所述的动力电池系统安全保护装置，其特征在于，所述动力电池系统的主供电回路上串设有熔断器。6.—种动力电池系统，包括由多个电池模块串联构成的电池组，其特征在于，还包括安全保护装置，所述安全保护装置包括: 若干个可控开关:各可控开关分别用于连接动力电池系统中的相邻两个电池模块； BMS:该BMS包括绝缘检测模块和控制模块，所述绝缘检测模块的信号输入端连接所述动力电池系统的正、负极，所述控制模块控制连接所有的可控开关。7.根据权利要求6所述的动力电池系统，其特征在于，所述安全保护装置还包括报警器，所述控制模块控制连接所述报警器。8.根据权利要求6所述的动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统的主供电回路上串设有一个总开关，所述控制模块控制连接所述总开关。9.根据权利要求6所述的动力电池系统，其特征在于，所述安全保护装置还包括一个无线通讯模块，所述BMS连接所述无线通讯模块;或者所述BMS上有一个用于与整车控制器通讯连接的CAN通讯接口。10.根据权利要求6所述的动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统的主供电回路上串设有熔断器。
【文档编号】H01M10/48GK205621814SQ201620367408
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】王子绩, 张瑞, 谈作伟
【申请人】中航锂电（洛阳）有限公司