一种电池充电防火保护装置及其控制系统

1.本实用新型涉及低压电气火灾监控技术领域，具体涉及一种电池充电防火保护装置及其控制系统。


背景技术：

2.当前电池系统内的连接故障是电动自行车常见的故障之一，因此实现连接故障诊断对电动自行车的健康运行和安全行驶有着重要的作用；在现实生活中，行驶路况、车辆劳损等一系列因素，都有一定概率引起电动自行车的锂离子电池系统内出现接触不良，连接松动等情况，进而会产生电动自行车连接故障的问题；其中，现市面上的电动自行车锂离子电池系统之间的接触电阻一般为微欧级别，一旦电池间出现连接故障，接触电阻将增大到毫欧级别，这使得锂离子电池系统内部单元之间的接触阻抗增大，从而导致连接件产热增加，久而久之，会使锂离子电池受热膨胀，温度异常升高，气压异常上升，最终导致锂离子电池的外壳被撑破，引起火灾的发生。
3.电池组间出现连接故障的原因是多方面的，在电动自行车行驶过程中，遇到剧烈抖动等情况导致电池间的连接螺栓松动或者连接处接触不良，都有可能造成电池间发生虚拟连接。此外，电池正负极接触器故障，甚至是电池过充造成电池鼓包引起接触片松动，都是连接故障的体现，都会导致接触电阻变大，损失电池组的内部能量，从而导致电动自行车出现故障甚至造成起火爆炸。但现市面上的保护器只能对过流、过压进行保护，而无法对电动自行车的这种连接故障起到保护作用，存在充电安全隐患。
4.有鉴于此，提出本技术。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电池充电防火保护装置及其控制系统，能有效解决现有技术中的充电保护器只能对过流、过压进行保护，而无法对电动自行车的连接故障起到保护作用，存在充电安全隐患的问题。
6.本实用新型公开了一种电池充电防火保护装置,包括：控制器组件、信号获取组件、开关组件、模数转换组件；
7.其中，所述控制器组件的输出端与所述开关组件的控制端电气连接，所述信号获取组件的输出端与所述开关组件的输入端电气连接，所述开关组件的输出端与所述模数转换组件的输入端电气连接，所述模数转换组件的输出端与所述控制器组件的输入端电气连接，所述信号获取组件和所述开关组件的第一开关均串联在充电器与电池之间的回路上，所述控制器组件的数据端用于与外部的远程控制终端无线连接；
8.其中，所述信号获取组件配置为采集充电过程中充电器与电池之间的回路上的电流数据和电压数据；
9.其中，所述控制器组件配置为根据所述电流数据和所述电压数据控制所述开关组件的关断、闭合和切换；
10.其中，所述开关组件配置为关断或闭合充电器与电池之间的回路，以及切换与所述信号获取组件连接的所述模数转换组件的模数转换器型号。
11.优选地，所述控制器组件包括控制器、驱动模块、以及通讯模块，其中，所述控制器的输出端与所述驱动模块的输入端电气连接，所述驱动模块的输出端与所述开关组件的控制端电气连接，所述控制器的数据端与所述通讯模块的数据端电气连接，所述通讯模块用于与外部的远程控制终端无线连接。
12.优选地，所述信号获取组件包括电压获取模块、电流获取模块、第一同相比例放大电路、第一低通滤波电路、第二同相比例放大电路、以及第二低通滤波电路，其中，所述电压获取模块的输出端与所述第一同相比例放大电路的输入端电气连接，所述第一同相比例放大电路的输出端与所述第一低通滤波电路的输入端电气连接，所述电流获取模块的输出端与所述第二同相比例放大电路的输入端电气连接，所述第二同相比例放大电路的输出端与所述第二低通滤波电路的输入端电气连接，所述第一低通滤波电路的输出端、所述第二低通滤波电路的输出端与所述开关组件的输入端电气连接。
13.优选地，所述开关组件包括第一多触点开关、第二多触点开关、第三多触点开关，其中，所述第一多触点开关的控制端、所述第二多触点开关的控制端和所述第三多触点开关的控制端与所述控制器组件的输出端电气连接，所述第一多触点开关串联在充电器与电池之间的回路上，所述第二多触点开关的输入端与所述第一低通滤波电路的输出端电气连接，所述第三多触点开关的输入端与所述第二低通滤波电路的输出端电气连接，所述第二多触点开关的输出端和所述第三多触点开关的输出端与所述模数转换组件的输入端电气连接。
14.优选地，还包括开关按键、以及复位按键，所述开关按键的输出端、所述复位按键的输出端与所述控制器组件的输入端电气连接。
15.优选地，还包括显示模块，所述显示模块的输入端与所述控制器组件的输出端电气连接。
16.优选地，还包括备用辅助电源，所述备用辅助电源的输出端与所述控制器组件的电源端电气连接。
17.优选地，还包括报警模块，所述报警模块的输入端与所述控制器组件的输出端电气连接。
18.本实用新型还公开了一种控制系统，包括控制终端以及如上任意一项所述的一种电池充电防火保护装置，其中，所述控制器组件的数据端与所述控制终端无线连接，进行数据交互。
19.综上所述，本实施例提供的一种电池充电防火保护装置及其控制系统，适用于36v、48v、60v及72v等电动自行车常用电池组，其主要分为电池自检电路与充电电路两部分，能够自动识别电池组电压等级，并采用相应分辨率的adc模数转换模块，然后设置对应的电流最大波动的阈值，其中，在电池充电之前能够对锂电池的状态进行一个检测，以保证电池组的状态是健康的，在充电过程中能够识别电池组之间发生的接触故障，并通过多触点继电器执行脱扣动作，同时显示故障的发生，报警并远程通信通知使用者发生故障；从而解决了现有技术中的充电保护器只能对过流、过压进行保护，而无法对电动自行车的连接故障起到保护作用，存在充电安全隐患的问题。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例提供的一种电池充电防火保护装置的结构示意图。
21.图2是本实用新型实施例提供的一种电池充电防火保护装置的安装位置示意图。
具体实施方式
22.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式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方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。
23.以下结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。
24.请参阅图1至图2，本实用新型第一实施例提供了一种电池充电防火保护装置,包括：控制器组件、信号获取组件、开关组件、模数转换组件12；
25.其中，所述控制器组件的输出端与所述开关组件的控制端电气连接，所述信号获取组件的输出端与所述开关组件的输入端电气连接，所述开关组件的输出端与所述模数转换组件12的输入端电气连接，所述模数转换组件12的输出端与所述控制器组件的输入端电气连接，所述信号获取组件和所述开关组件的第一开关均串联在充电器与电池之间的回路上，所述控制器组件的数据端用于与外部的远程控制终端无线连接；
26.其中，所述信号获取组件配置为采集充电过程中充电器与电池之间的回路上的电流数据和电压数据；
27.其中，所述控制器组件配置为根据所述电流数据和所述电压数据控制所述开关组件的关断、闭合和切换；
28.其中，所述开关组件配置为关断或闭合充电器与电池之间的回路，以及切换与所述信号获取组件连接的所述模数转换组件12的模数转换器型号。
29.电池组间出现连接故障的原因是多方面的，在电动自行车行驶过程中，遇到剧烈抖动等情况导致电池间的连接螺栓松动或者连接处接触不良，都有可能造成电池间发生虚拟连接。此外，电池正负极接触器故障，甚至是电池过充造成电池鼓包引起接触片松动，都是连接故障的体现，都会导致接触电阻变大，损失电池组的内部能量，从而导致电动自行车出现故障甚至造成起火爆炸。但现市面上的充电保护器只能对过流、过压进行保护，而无法对电动自行车的这种连接故障起到保护作用，存在充电安全隐患的问题。
30.具体地，在本实施例中，所述电池充电防火保护装置的电路可以分为电池自检电路与充电电路两个部分，所述电池充电防火保护装置在充电回路通电前会通过电池自检回路对电池组电压进行检测，再接通充电回路获取刚充电时的充电电流来综合判断电池组电压等级，这样可以减少由于电池电压范围部分重叠而产生的误判，即在充电之前根据锂电池的放电状态来判断锂电池是否处于一个健康的状态，之后再进行进一步的充电，这样操作无疑会使安全性大大提升；随后所述控制器组件的控制器会针对于检测电池组间的接触
故障而自动匹配预先设置好的相应的电流波动阈值进行保护，以使得所述电池充电防火保护装置能够适用于目前市场主流的36v、48v、60v和72v等电动自行车电池组。其中，所述电池充电防火保护装置通过所述控制器组件对充电电流进行实时监测，根据电流信号幅值波动的最大差值是否超过阈值来判断是否发生了电池组间的接触故障，大大降低由电池组间接触故障导致的火灾风险。
31.在本实施例中，锂电池在充电前，所述电池充电防火保护装置会先对电池进行检测，在确保电池的状态是健康的才进行充电；简单来说，就是所述电池充电防火保护装置能够自动识别电池组的电压等级，并采用相应分辨率的adc模数转换模块进行转换，随后设置与adc模数转换模块对应的电流最大波动的阈值；所述电池充电防火保护装置在电池充电之前能够对锂电池的状态进行一个检测，以保证电池组的状态是健康的；所述电池充电防火保护装置在充电过程中能够识别电池组之间发生的接触故障，并通过多触点继电器执行脱扣动作，同时显示故障的发生，报警并远程通信通知使用者发生故障。所述电池充电防火保护装置的故障识别效率高且便于拓展，便于实现电动自行车集中停放点的多车辆同时保护。其中，将所述信号获取组件和所述开关组件的第一开关均串联在充电器与电池之间的回路上，使用便捷，且不会对原有充电系统产生影响。
32.在本实用新型一个可能的实施例中，所述控制器组件包括控制器11、驱动模块1、以及通讯模块6，其中，所述控制器11的输出端与所述驱动模块1的输入端电气连接，所述驱动模块1的输出端与所述开关组件的控制端电气连接，所述控制器11的数据端与所述通讯模块6的数据端电气连接，所述通讯模块6用于与外部的远程控制终端无线连接。
33.在本实用新型一个可能的实施例中，所述信号获取组件包括电压获取模块2、电流获取模块3、第一同相比例放大电路41、第一低通滤波电路51、第二同相比例放大电路42、以及第二低通滤波电路52，其中，所述电压获取模块2的输出端与所述第一同相比例放大电路41的输入端电气连接，所述第一同相比例放大电路41的输出端与所述第一低通滤波电路51的输入端电气连接，所述电流获取模块3的输出端与所述第二同相比例放大电路42的输入端电气连接，所述第二同相比例放大电路42的输出端与所述第二低通滤波电路52的输入端电气连接，所述第一低通滤波电路51的输出端、所述第二低通滤波电路52的输出端与所述开关组件的输入端电气连接。
34.具体地，在本实施例中，所述电流传感器3和所述电压传感器2实时获取的电流信号和电压信号会经过放大、滤波、ad转换等操作后，传送给所述控制器11，所述控制器11能够根据充电前的电压以及刚开始充电时的电流进行判断电动自行车的电压等级，例如电压等级可以为36v、48v、60v和72v等；所述控制器11根据不同的电池电压等级可以采用分辨率不同的adc模数转换模块，并设置与分辨率不同的adc模数转换模块相应的电流波动阈值；同时，所述控制器11能够根据电流大小的波动差值是否大于阈值来判断电动自行车电池组间是否出现了连接故障，控制所述开关组件进行快速分断，能够实现对电动自行车电池组之间的连接故障进行保护。
35.在本实施例中，所述电压传感器2和所述电流传感器3将采集的信号分别输入所述给第一同相比例放大电路41和所述第二同相比例放大电路42，随后分别经过所述第一低通滤波电路51和所述第二低通滤波电路52，再经过所述开关组件的一组常闭触点，该触点连接的是分辨率最小的adc1(8位)模数转换模块，最后将信号送入所述控制器11，所述控制器
11会根据充电前的电池电压以及充电刚开始时的电流确定相应的电压等级，再根据确定的电压等级确定对应的电流波动阈值，然后所述控制器11控制所述开关组件根据不同的电压等级而使电路连接不同分辨率的adc模数转换模块，从而使微处理器更精确的识别电池组发生的接触故障。所述电池充电防火保护装置能根据不同的电压等级通过所述控制器11选择相应分辨率的adc模数转换模块，使得所述控制器11对电池接触故障的识别更加准确。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的控制器组件和信号获取组件，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。
36.在本实用新型一个可能的实施例中，所述开关组件包括第一多触点开关k1、第二多触点开关k2、第三多触点开关k3，其中，所述第一多触点开关k1的控制端、所述第二多触点开关k2的控制端和所述第三多触点开关k3的控制端与所述控制器组件的输出端电气连接，所述第一多触点开关k1串联在充电器与电池之间的回路上，所述第二多触点开关k2的输入端与所述第一低通滤波电路51的输出端电气连接，所述第三多触点开关k3的输入端与所述第二低通滤波电路52的输出端电气连接，所述第二多触点开关k2的输出端和所述第三多触点开关k3的输出端与所述模数转换组件的输入端电气连接。
37.具体地，在本实施例中，所述电池充电防火保护装置的初始状态为所述控制器11控制所述第二多触点开关k2和所述第三多触点开关k3的一组常开触点闭合，连通电池自检回路，所述电压传感器2与所述电流传感器3将获得的信号经过所述第一同相比例放大电路41、所述第二同相比例放大电路42、所述第一低通滤波电路51、所述第二低通滤波电路52再经过所述第二多触点开关k2和所述第三多触点开关k3的一组常闭触点，该触点连接的是分辨率最小的adc1(8位)模数转换模块，最后将信号送入所述控制器11中，所述控制器11根据获取的数据分析电池是否处于正常状态，如正常则继续控制所述第一多触点开关k1接通常开触点，进入充电回路，然后所述控制器11根据充电前的电池电压以及充电刚开始时的电流确定相应的电压等级，再根据确定的电压等级确定对应的电流波动阈值，然后所述控制器11控制所述第二多触点开关k2和所述第三多触点开关k3根据不同的电压等级而使电路连接不同分辨率的adc模数转换模块。
38.在本实施例中，所述电池充电防火保护装置在充电过程中所述电流传感器3经过所述第二同相比例放大电路42、所述第二低通滤波电路52以及相应分辨率的adc模数转换模块持续将电流数据传入所述控制器11，采样周期为t，所述控制器11会根据电流波动的最大差值是否超过阈值判断是否发生电池组的接触故障。具体的，在所述第二多触点开关k2和所述第三多触点开关k3中只有与adc1相连的一组触点为常闭触点，其余均为常开触点，即电路刚连接时默认选择分辨率最小的adc模块，之后所述控制器11再根据不同的电压等级灵活选用。
39.具体的，当所述控制器11采集到电流的幅值波动大于设定的波动阈值时，则判定为电池组发生了接触故障，此时,所述控制器11向所述驱动模块1发出控制信号使所述第一多触点开关k1的触点断开。对于自动判断电压等级，由于各电压等级的差值只有12v,且电池充满电与没电时的电压会存在一定范围的波动，同一个电压可能是大的电压等级没电时，也可能是小的电压等级满电时，所以如果仅仅通过测量电池两端的电压容易产生误判，必须加入电池刚充电时的电流才能进行准确的判断。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的开关组件，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围
内。
40.在本实用新型一个可能的实施例中，还包括开关按键91、以及复位按键92，所述开关按键91的输出端、所述复位按键92的输出端与所述控制器组件的输入端电气连接。
41.具体地，在本实施例中，所述开关按键91用于实现所述电池充电防火保护装置的开启和关闭，所述复位按键92用于实现所述电池充电防火保护装置的出现异常情况时的复位功能。
42.在本实用新型一个可能的实施例中，还包括显示模块8，所述显示模块8的输入端与所述控制器组件的输出端电气连接。
43.具体地，在本实施例中，所述显示模块8可以为oled显示屏，oled显示屏是利用有机电致发光二极管制成的显示屏，由于同时具备自发光有机电激发光二极管，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。其中，所述显示模块8的输入端与所述控制器11的输出端连接，所述显示模块8在接收到所述控制器11传送的数据后，显示当前充电过程中的电流参数以及线路是否出现故障。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的显示模块，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。
44.在本实用新型一个可能的实施例中，还包括备用辅助电源10，所述备用辅助电源10的输出端与所述控制器组件的电源端电气连接。
45.具体地，在本实施例中，所述备用辅助电源10主要是为所述电动车充电保护装置提供3.3v、5v、以及正负12v的供电，以保证所述电池充电防火保护装置的正常运行使用。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的备用辅助电源，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。
46.在本实用新型一个可能的实施例中，还包括报警模块7，所述报警模块7的输入端与所述控制器组件的输出端电气连接。
47.具体地，在本实施例中，所述报警模块7可以包括指示led灯组和蜂鸣器，其主要是用于在发生充电故障时，分别产生相关的灯光提示和声音提示，即产生声光报警信号，以提醒使用者进行处理，避免火灾的发生。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的报警模块，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。
48.综上，所述电池充电防火保护装置的所述控制器11会根据采集到的电池充电前的电压以及电池刚开始充电时的电流，进行综合判断确定电池的电压等级，匹配相应的保护策略，还能在充电前先对电池组进行一个检查，看电池组是否异常，如异常则控制所述开关组件断开并通过所述显示模块8、所述通信模块6和所述报警模块7提示相关信息，如正常则控制所述开关组件接通电路开始充电，充电过程中所述控制器11结合电流幅值的最大波动差值是否超过阈值判断是否发生电池组间的接触故障，若发生故障则则控制所述开关组件断开并通过所述显示模块8、所述通信模6块和所述报警模块7提示相关信息，待故障排除后可通过所述复位按键92，确认报警信息，并使装置复位重新开始工作。简单来说，所述电池充电防火保护装置通过所述控制器11对充电电流进行实时监测，根据电流信号幅值波动的最大差值是否超过阈值来判断是否发生了电池组间的接触故障，大大降低由电池组间接触故障导致的火灾风险；同时，在充电之前根据锂电池的放电状态来判断锂电池是否处于一
个健康的状态，之后再进行进一步的充电无疑会使安全性大大提升。
49.本实用新型第二实施例提供了一种控制系统，包括控制终端以及如上任意一项所述的一种电池充电防火保护装置，其中，所述控制器组件的数据端与所述控制终端无线连接，进行数据交互。
50.以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。