串联电池组充电和放电安全控制装置的制作方法

本实用新型涉及串联电池组，具体地，涉及一种串联电池组充电和放电安全控制装置。

背景技术：

锂离子的单体电池串联、并联、混联构成的电池组广泛用于电动二轮车、电动摩托车、四轮电动车、电池能量存储系统等。电池组的安全性和使用寿命是电池组的核心关键技术。

通常保障电池安全性的主要有：控制电池充电和放电电压位于合理的范围内，当电池电压超过设定值，就切断电池输入或输出回路。比如采用电动车锂离子电池保护板，保护参数包括：电池电压、电流、温度。该类型的电池保护板只具有保护功能，没有通讯功能，不能告知用电器自身状态，也不能与充电机通讯，告知充电机可以采用的充电电压，容易造成电池过充电，从而引起电池损坏。

另一种保障电池安全性的电池管理系统采用通讯方式，如专利号为CN103124086A、CN102694404A的电动汽车的电池管理系统，包括监测模块、控制模块和中央处理器。电池信号采集模块通过控制器进行数据采集，然后通过CAN总线传输给放电控制执行装置。或者将充放电控制信号传输给充电机，充电机根据设定值调整充电电流和充电电压，以保障电池不会发生过充电和过放电。通讯方式控制电池充放电过程具有灵活性，信息量大，控制方式灵活，但当电池遇到紧急温度升高、短路等极端快速恶化的情况下，通讯方式速度慢，来不及反应，例如，当遇到电池短路，传统的CAN通讯速度慢，电池主回路来不及切断，可能会造成电池损坏。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种串联电池组充电和放电安全控制装置。

根据本实用新型提供的串联电池组充电和放电安全控制装置，包括串联电池组、断路器、电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、硬件保护电路以及驱动电路；

其中，所述串联电池组的输出回路上设置有所述断路器、电流采集模块；所述电压采集模块的输入端连接在所述串联电池组的两端；所述温度采集模块的采集端连接所述串联电池组的表面；

所述电流采集模块、所述电压采集模块、所述温度采集模块的输出端分别连接所述硬件保护电路的输入端；所述硬件保护电路的输出端通过所述驱动电路连接所述断路器的控制端。

优选地，所述断路器采用继电器；

所述继电器的开关部接入所述串联电池组的输出回路上；所述继电器的控制部连接所述驱动电路。

优选地，所述断路器采用两个MOSFET管；两个MOSFET管的漏极相连；

一MOSFET管的源极连接串联电池组的输出端，另一MOSFET管的源极连接电机控制器母线；

所述驱动电路连接两个MOSFET管的栅极。

优选地，所述硬件保护电路采用电压比较器。

优选地，还包括相连接的微处理器和参数存储模块；

其中，所述电流采集模块、所述电压采集模块、所述温度采集模块的输出端分别连接微处理器；

所述微处理器通过所述驱动电路连接所述断路器的控制端。

优选地，所述参数存储模块中存储有第一温度阈值、第一电压阈值、第一电流阈值；第二温度阈值、第二电压阈值、第二电流阈值；第三温度阈值、第三电压阈值、第三电流阈值、温度上升速度阈值。

优选地，还包括通信接口电路、电池管理系统、电机控制器以及电机；

其中，所述微处理器通过通信接口电路连接电池管理系统、电机控制器；所述电机控制器连接电机。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型设置有硬件保护电路，能够在遇到软件保护电路和控制算法失效时，硬件保护电路可以确保电池不会发生严重伤害；

2、本发明提高电池安全保护的可靠性，通过硬件电路和软件的双重保护装置的联合应用，确保电池保护电路的工作的可靠性；

3、本实用新型结构简单，布局合理，易于推广。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的使用流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

在本实施例中，本实用新型提供的串联电池组充电和放电安全控制装置，包括串联电池组、断路器、电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、硬件保护电路以及驱动电路；

其中，所述串联电池组的输出回路上设置有所述断路器、电流采集模块；所述电压采集模块的输入端连接在所述串联电池组的两端；所述温度采集模块的采集端连接所述串联电池组的表面；

所述电流采集模块、所述电压采集模块、所述温度采集模块的输出端分别连接所述硬件保护电路的输入端；所述硬件保护电路的输出端通过所述驱动电路连接所述断路器的控制端。

所述断路器采用继电器；所述继电器的开关部接入所述串联电池组的输出回路上；所述继电器的控制部连接所述驱动电路。继电器的触点分别连接到串联电池组的输出端和连接到电机控制器的直流母线。

在变形例中，所述断路器采用两个MOSFET管，具体为电流保护MOSFET、软起动MOSFET；两个MOSFET管的漏极相连；一MOSFET管的源极连接串联电池组的输出端，另一MOSFET管的源极连接电机控制器母线；所述驱动电路连接两个MOSFET管的栅极。

所述硬件保护电路采用电压比较器。

在变形例中，本实用新型提供的串联电池组充电和放电安全控制装置，还包括相连接的微处理器和参数存储模块；其中，所述电流采集模块、所述电压采集模块、所述温度采集模块的输出端分别连接微处理器；所述微处理器通过所述驱动电路连接所述断路器的控制端。电池参数存储模块中存储了电池的限制保护阈值，具体为，存储有第一温度阈值、第一电压阈值、第一电流阈值；第二温度阈值、第二电压阈值、第二电流阈值；第三温度阈值、第三电压阈值、第三电流阈值、温度上升速度阈值。

本实用新型提供的串联电池组充电和放电安全控制装置，还包括通信接口电路、电池管理系统、电机控制器以及电机；其中，所述微处理器通过通信接口电路连接电池管理系统、电机控制器；所述电机控制器连接电机。

本实用新型提供的串联电池组充电和放电安全控制装置，还包括BMS与充电机链接确认装置、BMS与电机、显示仪表的通讯装置、BMS充电保护和放电保护控制逻辑。

其中，故障报警连接线的安全保护，原理是集电池电流、单体电压、温度信号，将集电池电流、单体电压、温度信号与参数存储模块内的设定值比较，当电流、温度、单体电压信号超出设定值时，将信号输出到驱动电路，驱动电路输出到断路器，从而切断主回路，避免电池收到损坏。

内部的电压当电池电压，反应速度快，能够监测到短路、过温度、欠压等故障，能够在电池管理系统下位机休眠的状态下产生报警动作，节约系统功耗，并且能够在SPI、CAN通讯失效的情况下，产生报警信号，保障了系统的抗干扰性能；

电池充电的控制逻辑，通讯状态，电池电流、电池电压、电池温度、充电时间、电池温度变化率，作为电池充电控制逻辑。

电池的放电控制逻辑，通讯状态，电池电流、电池电压、电池温度、充电时间、电池温度变化率，作为电池充电控制逻辑。

本实用新型通讯方式采用了CAN通讯。通讯信息包括上述参数阈值(温度阈值、电流阈值、电压阈值，当前工作电压、电流、温度)等。通过CAN通讯的方式，电池管理系统和电机控制器、充电机之间的握手信号，以确定通讯方式工作处于正常状态。

因此，在本实用新型提供的串联电池组充电和放电安全控制装置中，当电池在充电或放电过程中，采用软件控制提高电池的充电效率、控制电池温度等功能。另一方面，采用硬件电路控制方法主要针对如短路、电池温度急剧上升等极端情况，此时，可以不经过控制器的通讯交换信息，而是由硬件保护电路装置直接切断主回路，从而保护电池安全。另外，本实用新型能够提高电池使用寿命，通过控制多级阈值，控制电池充电速度和充电电压，达到及提高充电速度，又提高电池寿命的目的。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。