电池过充保护系统的制作方法

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种电池过充保护系统。

背景技术：

随着电动汽车行业的不断发展，电动汽车的安全越来越受到人们的重视，其中充电安全是电动汽车安全中最重要的方面之一。充电CAN(Controller Area Network，控制器局域网)线断路、通信干扰、ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)失效、接触器沾粘等都可能导致电池过充。电池一旦过充，轻则导致电池自放电，影响电池的使用寿命；重则导致电池温度升高，从而引起燃烧甚至爆炸，因此，电池过充极大地影响了电动汽车的安全。

鉴于此，实有必要提供一种电池过充保护系统以克服以上缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能防止电池过充的电池过充保护系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种电池过充保护系统，所述电池过充保护系统包括电池箱、多个电池管理单元、电池控制单元、第一开关、第一接口及充电桩，所述电池箱包括多个串联的电池组，所述电池箱的正极通过所述第一开关与所述第一接口相连，所述电池箱的负极与所述第一接口相连，每个电池管理单元与一个对应的电池组及所述电池控制单元相连，所述电池控制单元与所述第一开关及所述第一接口相连，所述第一接口用于连接所述充电桩，所述充电桩用于通过所述第一接口及所述第一开关给所述电池箱充电，每个电池管理单元用于采集对应的电池组中单体电池的电压，并将采集到的信号输出给所述电池控制单元，所述电池控制单元用于根据接收到的信号挑选出单体电池的最高电压并计算出所述电池箱的总电压，且将所述单体电池的最高电压与第一参考值及第二参考值比较，还将所述电池箱的总电压与第三参考值及第四参考值比较，所述电池控制单元还用于在所述单体电池的最高电压大于所述第一参考值且小于所述第二参考值或所述电池箱的总电压大于所述第三参考值且小于所述第四参考值时，控制所述充电桩停止给所述电池箱充电，并在延时后控制第一开关断开。

相比于现有技术，本发明通过所述电池控制单元在所述单体电池的最高电压大于所述第一参考值且小于所述第二参考值或所述电池箱的总电压大于所述第三参考值且小于所述第四参考值时，控制所述充电桩停止给所述电池箱充电，并在延时后控制第一开关断开，从而有效地防止了电池过充，并从单体电池的电压及所述电池箱的总电压两个方面对所述电池箱中的电池进行了过充保护，且避免了所述第一开关触点粘死的状况发生，进而提高了所述电池过充保护系统的安全性及可靠性。

【附图说明】

图1为本发明的实施例提供的电池过充保护系统的原理框图。

图2为图1中第二开关的电路图。

图3为图1中绝缘检测模块另一实施方式的电路图。

图4为图1中通讯模块另一实施方式的原理框图。

图5为图1中电池组的示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

当一个元件被认为与另一个元件“相连”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，图1为本发明的实施例提供的电池过充保护系统100的原理框图。所述电池过充保护系统100包括电池箱10、多个BMU(Battery Management Unit，电池管理单元)20、BCU(Battery Control Unit，电池控制单元)30、第一开关32、第一接口40及充电桩50。所述电池箱10包括多个串联的电池组12，所述电池箱10的正极通过所述第一开关32与所述第一接口40相连，所述电池箱10的负极与所述第一接口40相连。每个BMU 20与一个对应的电池组12及所述BCU 30相连。所述BCU 30与所述第一开关32及所述第一接口40相连。

所述第一接口40用于连接所述充电桩50。所述充电桩50用于通过所述第一接口40及所述第一开关32给所述电池箱10充电。每个BMU 20用于采集对应的电池组12中单体电池B1的电压，并将采集到的信号输出给所述BCU 30。所述BCU 30用于根据接收到的信号挑选出单体电池B1的最高电压Vb并计算出所述电池箱10的总电压Vbp，且将所述单体电池B1的最高电压Vb与第一参考值Vref1及第二参考值比较，还将所述电池箱10的总电压Vbp与第三参考值Vref3及第四参考值比较。所述BCU 30还用于在所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第一参考值Vref1且小于所述第二参考值或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第三参考值Vref3且小于所述第四参考值时，通过所述第一接口40控制所述充电桩50停止给所述电池箱10充电，并在延时后控制第一开关32断开。

所述电池过充保护系统100还包括第二开关34。所述电池箱10的负极通过所述第二开关34与所述第一接口40相连，所述第二开关34与所述BCU 30相连。所述BCU 30还用于在所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第二参考值或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第四参考值时，控制所述第二开关34断开。

在本实施方式中，所述第一参考值Vref1、所述第二参考值、所述第三参考值Vref3及所述第四参考值的具体数值可根据实际情况进行相应调整。所述第一参考值Vref1小于所述第二参考值，所述第二参考值小于所述第三参考值Vref3，所述第三参考值Vref3小于所述第四参考值。

所述电池过充保护系统100还包括绝缘检测模块60。所述绝缘检测模块60与每个BMU 20及所述第二开关34相连，并通过母线66与所述电池箱10的正极及负极相连。每个BMU 20还用于将采集到的信号输出给所述绝缘检测模块60。所述BCU 30还用于周期性地向所述绝缘检测模块60发送所述电池箱10的总电压Vbp。所述绝缘检测模块60用于在预设时间内没有接收到所述BCU 30发送的所述电池箱10的总电压Vbp时，根据接收到的信号挑选出单体电池B1的最高电压Vb，并通过所述母线66检测所述电池箱10的总电压Vbp，且将所述单体电池B1的最高电压Vb与所述第一参考值Vref1比较，还将所述电池箱10的总电压Vbp与所述第三参考值Vref3比较。所述绝缘检测模块60还用于在所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第一参考值Vref1或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第三参考值Vref3时，控制所述第二开关34断开。可以理解，所述绝缘检测模块60还用于检测所述电池箱10相对于车体的绝缘阻值。

请参阅图2，图2为图1中第二开关34的电路图。所述第二开关34包括接触器35、第一子开关K1及第二子开关K2，所述接触器35包括线圈L1及第三子开关K3。所述线圈L1的第一端与电源V1相连，所述线圈L1的第二端通过所述第二子开关K2及所述第一子开关K1接地。所述第三子开关K3的第一端与所述电池箱10的负极相连。所述第三子开关K3的第二端通过所述第一接口40与所述充电桩50相连。所述第一子开关K1与所述BCU 30相连，所述第二子开关K2与所述绝缘检测模块60相连。所述BCU 30还用于在所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第二参考值或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第四参考值时，控制所述第一子开关K1断开。此时，所述线圈L1中无电流流过，所述第三子开关K3断开，所述第二开关34断开。所述绝缘检测模块60还用于在所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第一参考值Vref1或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第三参考值Vref3时，控制所述第二子开关K2断开。此时，所述线圈L1中无电流流过，所述第三子开关K3断开，所述第二开关34断开。

请参阅图3，图3为图1中绝缘检测模块60另一实施方式的电路图。所述绝缘检测模块60包括第一比较器U1及第二比较器U2。所述第一比较器U1的第一输入端接收所述单体电池B1的最高电压Vb，所述第一比较器U1的第二输入端接收所述第一参考值Vref1，所述第一比较器U1的输出端与所述第二子开关K2相连。所述第二比较器U2的第一输入端接收所述电池箱10的总电压Vbp，所述第二比较器U2的第二输入端接收所述第三参考值Vref3，所述第二比较器U2的输出端与所述第二子开关K2相连。当所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第一参考值Vref1时，所述第一比较器U1的输出端输出信号控制所述第二子开关K2断开。当所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第三参考值Vref3时，所述第二比较器U2输出控制信号控制所述第二子开关K2断开。

请再次参阅图1，所述电池过充保护系统100还包括通讯模块70、远程控制端80及第三开关72。所述通讯模块70与每个BMU 20及所述第三开关72相连，并与所述远程控制端80通讯。所述电池箱10的负极通过所述第三开关72与所述第一接口40相连。每个BMU 20还用于将采集到的信号输出给所述通讯模块70。所述通讯模块70用于将接收到的信号传输给所述远程控制端80。所述远程控制端80用于根据接收的信号挑选出单体电池B1的最高电压Vb并计算出所述电池箱10的总电压Vbp，且将所述单体电池B1的最高电压Vb与所述第一参考值Vref1比较，还将所述电池箱10的总电压Vbp与所述第三参考值Vref3比较。所述远程控制端80还用于在所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第一参考值Vref1或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第三参考值Vref3时，通过所述通讯模块70控制所述第三开关72断开。

请参阅图4，图4为图1中通讯模块70另一实施方式的原理框图。所述通讯模块70包括定位单元76及通讯单元78。所述通讯单元78与所述定位单元76及每个BMU 20相连，并与所述远程控制端80通讯。所述定位单元76用于对所述电池箱10进行定位，并将定位信号通过所述通讯单元78传输给所述远程控制端80。每个BMU 20还用于将采集到的信号输出给所述通讯单元78。所述通讯单元78用于将接收到的信号传输给所述远程控制端80。所述远程控制端80用于根据接收的信号挑选出单体电池B1的最高电压Vb并计算出所述电池箱10的总电压Vbp，且将所述单体电池B1的最高电压Vb与所述第一参考值Vref1比较，还将所述电池箱10的总电压Vbp与所述第三参考值Vref3比较。所述远程控制端80还用于在所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第一参考值Vref1或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第三参考值Vref3时，通知相关人员根据所述定位信号到相应的地点使所述第三开关72断开。

在本实施方式中，所述通讯单元78包括GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术)、第二代移动通讯技术(2G)、第三代移动通讯技术(3G)及第四代移动通讯技术(4G)中的一种。所述定位单元76包括GPS(Global Positioning System，全球定位系统)。

请参阅图5，图5为图1中电池组12的示意图。每个电池组12包括多个先并联再串联的单体电池B1以及串联在多个串联的单体电池B1之间的第四开关16。所述第四开关16与相应的BMU 20相连。所述BMU 20用于在采集所述电池组12中单体电池B1的电压时，控制所述第四开关16闭合。所述BMU 20还用于在采集到的单体电池B1的电压大于所述第一参考值Vref1时，控制所述第四开关16断开。

请再次参阅图1，所述电池过充保护系统100还包括第五开关38及第二接口42。所述电池箱10的正极还通过所述第五开关38与所述第二接口42相连，所述电池箱10的负极还与所述第二接口42相连。所述BCU 30与所述第五开关38及所述第二接口42相连。所述第二接口42用于连接所述充电桩50。所述充电桩50还用于通过所述第二接口42及所述第五开关38给所述电池箱10充电。所述BCU 30还用于在所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第一参考值Vref1且小于所述第二参考值或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第三参考值Vref3且小于所述第四参考值时，通过所述第二接口42控制所述充电桩50停止给所述电池箱10充电，并在所述延时后控制第五开关38断开。

在本实施方式中，所述第一开关32为接触器或继电器，所述第五开关38为接触器或继电器。每个BMU 20通过CAN(CAN(Controller Area Network，控制器局域网)总线90与所述BCU 30、所述绝缘检测模块60及所述通讯模块70相连。所述BCU 30通过所述CAN总线90与所述第一接口40及所述第二接口42相连。所述第一接口40及所述第二接口42可以为充电插座或充电枪上的充电接口。所述第一接口40及所述第二接口42可以每次只有一个与所述充电桩50相连，也可以两个同时与所述充电桩50相连。所述远程控制端80包括电脑及/或服务器及/或车联网。在其它实施方式中，所述电池过充保护系统100包括的接口的数量可根据实际情况进行相应调整，可以是一个、三个、四个等，每个接口都通过一个开关与所述电池箱10的正极及所述BCU 30相连。

下面将对本发明电池过充保护系统100的工作原理进行说明。

当所述第一接口40与所述充电桩50相连时，所述充电桩50通过所述第一接口40、所述第一开关32、所述第二开关34及所述第三开关72给所述电池箱10充电。每个BMU 20控制相应的电池组12中的第四开关16闭合，并采集对应的电池组12中单体电池B1的电压，且将采集到的信号输出给所述BCU 30、所述绝缘检测模块60及所述通讯模块70，还将采集到的每个单体电池B1的电压与所述第一参考电压比较。当某一单体电池B1的电压大于所述第一参考值Vref1时，所述BMU 20控制相应的第四开关16断开，以断开所述电池箱10的充电回路，所述电池箱10不再充电，从而有效地防止了电池过充。

所述BCU 30在接收到每个BMU 20输出的信号后，根据接收到的信号挑选出单体电池B1的最高电压Vb并计算出所述电池箱10的总电压Vbp，且将所述单体电池B1的最高电压Vb与所述第一参考值Vref1及所述第二参考值比较，还将所述电池箱10的总电压Vbp与所述第三参考值Vref3及所述第四参考值比较，还将计算出的所述电池箱10的总电压Vbp周期性地发送给所述绝缘检测模块60。

当所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第一参考值Vref1且小于所述第二参考值或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第三参考值Vref3且小于所述第四参考值时，表明电池可能会出现过充现象。所述BCU 30通过所述第一接口40发送停止充电指令给所述充电桩50，所述充电桩50接收到所述停止充电指令后停止给所述电池箱10充电。所述BCU 30在延时后控制所述第一开关32断开，以断开所述电池箱10的充电回路，从而有效地防止了电池过充。

在所述延时时间内所述充电桩50输出给所述电池箱10的电流逐渐降低，当达到所述延时时间时，所述充电桩50输出给所述电池箱10的电流下降到安全范围，例如，低于5A。此时，所述BCU 30控制所述第一开关32断开，可以防止所述第一开关32断开瞬间引起的拉弧现象，从而可以避免因拉弧现象导致所述第一开关32的触点氧化、碳化，甚至触点粘死等状况，进而延长了所述第一开关32的使用寿命，更提高了所述电池过充保护系统100的安全性及可靠性。在本实施方式中，所述延时的时间长短可根据实际情况进行调整，所述电流的安全范围也可以根据实际情况进行相应调整。

当所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第二参考值或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第四参考值时，表明电池即将出现过充现象，需要立即采取行动。所述BCU 30控制所述第一子开关K1断开，所述线圈L1中无电流流过，所述第三子开关K3断开，所述第二开关34断开，所述电池箱10停止充电，从而及时地防止了电池过充并有效地对所述电池箱10中的电池进行了过充保护。

所述绝缘检测模块60接收到每个BMU 20输出的信号，并接收所述BCU 30周期性发送的所述电池箱10的总电压Vbp。当所述绝缘检测模块60在预设时间内没有接收到所述BCU 30发送的所述电池箱10的总电压Vbp时，表明所述BCU 30可以发生了故障，即，所述绝缘检测模块60可以监测所述BCU 30的状态。所述绝缘检测模块60根据接收到的信号挑选出单体电池B1的最高电压Vb，并通过所述母线66检测所述电池箱10的总电压Vbp，且将所述单体电池B1的最高电压Vb与所述第一参考值Vref1比较，还将所述电池箱10的总电压Vbp与所述第三参考值Vref3比较。当所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第一参考值Vref1或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第三参考值Vref3时，所述绝缘检测模块60通过其内部的软件控制所述第二子开关K2断开，所述线圈L1中无电流流过，所述第三子开关K3断开，所述第二开关34断开，所述电池箱10停止充电，从而及时进行了电池过充保护。

当所述绝缘检测模块60内部的软件出现故障，不能控制所述第二子开关K2断开时，所述第一比较器U1及所述第二比较器U2开始工作。当所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第一参考值Vref1时，所述第一比较器U1的输出端输出信号控制所述第二子开关K2断开。当所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第三参考值Vref3时，所述第二比较器U2输出控制信号控制所述第二子开关K2断开。由此可知，所述绝缘检测模块60在软件出现故障时，可以用硬件(如所述第一比较器U1及所述第二比较器U2)来进行电池过充保护，从而实现了软件及硬件的双重保护功能。

所述通讯模块70在接收到每个BMU 20输出的信号后，将接收到的信号传输给所述远程控制端80。所述远程控制端80根据接收的信号挑选出单体电池B1的最高电压Vb并计算出所述电池箱10的总电压Vbp，且将所述单体电池B1的最高电压Vb与所述第一参考值Vref1比较，还将所述电池箱10的总电压Vbp与所述第三参考值Vref3比较。当所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第一参考值Vref1或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第三参考值Vref3时，所述远程控制端80发送信号给所述通讯模块70，所述通讯模块70接收到所述信号后控制所述第三开关72断开，所述电池箱10停止充电，从而及时进行了电池过充保护。由此可知，所述远程控制端80在所述BMU 20、所述BCU30、及所述绝缘检测模块60因故障无法对所述电池箱10进行过充保护时，可以对所述电池箱10进行过充保护，从而实现了多重过充保护的功能，进而进一步提高了所述电池过充保护系统100的安全性。

请再次参阅图4，在另一实施方式中，所述通讯模块70包括通讯单元78及定位单元76。所述定位单元76对所述电池箱10进行定位，并将定位信号通过所述通讯单元78传输给所述远程控制端80。所述通讯单元78接收每个BMU 20输出的信号，并将接收到的信号传输给所述远程控制端80。当所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第一参考值Vref1或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第三参考值Vref3时，所述远程控制端80通知相关人员根据所述定位信号到相应的地点使所述第三开关72断开，所述电池箱10停止充电，从而及时进行了电池过充保护。由此可知，所述远程控制端80控制所述第三开关72断开的方式有两种，第一种是通过所述通讯模块70控制所述第三开关72断开，第二种方式是通知相关人员到现场去使所述第三开关72断开。

当所述第二接口42与所述充电桩50相连时，所述充电桩50通过所述第二接口42、所述第二开关34、所述第三开关72及所述第五开关38给所述电池箱10充电。每个BMU 20、所述BCU 30、所述绝缘检测模块60、所述通讯模块70及所述远程控制端80对所述电池箱10进行过充保护的工作原理，与上面所述的所述第一接口40与所述充电桩50相连时进行过充保护的工作原理相似，在此不再一一赘述。

可以理解，每个BMU 20还可以采集相应的电池组12中单体电池B1的电流以及相应的电池组12的温度，所述电池过充保护系统100还可以对所述电池箱10进行过流保护及过温保护。所述电池过充保护系统100对所述电池箱10进行过流保护及过温保护的工作原理与所述电池过充保护系统100对所述电池箱10进行过充保护的工作原理相似，在此不再一一赘述。

本发明通过所述BCU 30在所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第一参考值Vref1且小于所述第二参考值或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第三参考值Vref3且小于所述第四参考值时，控制所述充电桩50停止给所述电池箱10充电，并在延时后控制第一开关32断开，从而有效地防止了电池过充，并从单体电池B1的电压及所述电池箱10的总电压Vbp两个方面对所述电池箱10中的电池进行了过充保护，且避免了所述第一开关32触点粘死的状况发生，进而提高了所述电池过充保护系统100的安全性及可靠性。

本发明还通过所述BCU 30在所述单体电池B1的最高电压Vb大于所述第二参考值或所述电池箱10的总电压Vbp大于所述第四参考值时，控制所述第二开关34断开，从而进一步防止了电池过充，并从单体电池B1的电压及所述电池箱10的总电压Vbp两个方面对所述电池箱10中的电池进行了双重过充保护。

本发明还通过所述绝缘检测模块60监测所述BCU 30的状态，并在所述BCU 30出现故障时，既可以通过软件对电池箱10中的电池进行了过充保护，又可以通过硬件对电池箱10中的电池进行了过充保护，从而实现了软件及硬件的双重过充保护功能。

本发明还通过设置所述第一至第五开关32、34、72、16、38，以配合所述每个BMU 20、所述BCU 30、所述绝缘检测模块60、所述通讯模块70及所述远程控制端80对所述电池箱10中的电池进行多重过充保护，从而使所述电池过充保护系统100在某些元件或功能模块出现故障时，依然可以有效地对电池箱10中的电池进行过充保护。

本发明并不仅仅限于说明书和实施例中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。