一种电池管理系统的保护装置的制作方法

本实用新型涉及电池管理领域，具体涉及一种电池管理系统的保护装置。

背景技术：

电池存储技术是作为缓解当今能源危机和环境污染的一项重要技术，越来越受到人们的关注。在电池充电、放电的过程中，由于电池的物理特性的变化，例如极化电压、电池内阻变化，导致各电池单体的一致性降低，将会造成电池组性能的劣化甚至损坏，大大降低电池组的使用寿命。在这个背景下，电池管理系统(BatteryManagementSystem，简称BMS)应运而生，它不但能够检测使用过程中电池单体的电压、温度、剩余容量以及电池组总电压、总电流等等，还能够通过能量转移或耗散，均衡各电池单体的电压，从而提升了电池组的使用寿命。

发明人在实现本实用新型实施例的过程中发现，相关技术的电池管理系统保护装置都是通过软件保护来实现的，容易因为系统软件失灵而引起电池过充或者过放，安全性低。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型目的在于提供一种安全性高、能提高电池使用寿命的电池管理系统的保护装置。

为了实现上述目的，本实用新型实施例公开了如下技术方案：

本实用新型提供了一种电池管理系统的保护装置，包括总采样模块、第一控制模块、第二控制模块、驱动模块和开关模块，所述总采样模块用于采集所述电池管理系统的采样电压信号，并将所述采样电压信号转换为模拟电压信号；所述第一控制模块包括：模数转换单元，与所述总采样模块连接，用于将所述模拟电压信号转换为数字电压值；第一比较单元，与所述模数转换单元连接，用于将所述数字电压值与预设阈值进行比较，输出第一控制信号；所述第二控制模块包括：第二比较单元，与所述总采样模块连接，用于将所述模拟电压信号与所述预设阈值进行比较，输出第二控制信号；所述驱动模块与所述第一控制模块和所述第二控制模块连接，用于根据所述第一控制信号和所述第二控制信号，输出驱动信号；所述开关模块与所述驱动模块连接，用于根据所述驱动信号，驱动开关打开或关闭。

在一些实施例中，所述总采样模块包括：采样单元，用于对所述电池管理系统的电压信号进行采样，获取所述采样电压信号；数模转换单元，与所述采样单元连接，将所述采样电压信号转换为模拟电压信号，并将所述模拟电压信号发送至所述第一控制模块和所述第二控制模块。

在一些实施例中，所述总采样模块还包括：信号放大单元，与所述电池管理系统连接，用于将所述电池管理系统的电压信号放大；信号滤波单元，与所述信号放大单元连接和所述采样单元连接，用于将放大后的所述电压信号进行滤波处理，并将滤波后的电压信号发送至所述采样单元。

在一些实施例中，所述预设阈值包括预设过压阈值，所述第一控制信号包括第一过压信号，所述第二控制信号包括第二过压信号，所述第一比较单元具体用于：若所述数字电压值大于所述预设过压阈值，输出所述第一过压信号；所述第二比较单元具体用于：若所述模拟电压信号大于所述预设过压阈值，输出所述第二过压信号。

在一些实施例中，所述驱动信号包括关闭充电驱动信号，所述开关包括充电开关，所述驱动模块具体用于：存在所述第一过压信号和/或所述第二过压信号，输出所述关闭充电驱动信号；所述开关模块具体用于：根据所述关闭充电驱动信号，驱动所述充电开关关闭。

在一些实施例中，所述第一控制信号还包括第一未过压信号，所述第二控制信号还包括第二未过压信号，所述第一比较单元还用于：若所述数字电压值小于所述预设过压阈值，输出所述第一未过压信号；所述第二比较单元还用于：若所述模拟电压信号小于所述预设过压阈值，输出所述第二未过压信号。

在一些实施例中，所述驱动信号包括还打开充电驱动信号，所述驱动模块还用于：存在所述第一未过压信号和所述第二未过压信号，输出所述打开充电驱动信号；所述开关模块还用于：根据所述打开充电驱动信号，驱动所述充电开关打开。

在一些实施例中，所述预设阈值包括预设欠压阈值，所述第一控制信号包括第一欠压信号，所述第二控制信号包括第二欠压信号，所述第一比较单元具体用于：若所述数字电压值小于所述预设欠压阈值，输出所述第一欠压信号；所述第二比较单元具体用于：若所述模拟电压信号小于所述预设欠压阈值，输出所述第二欠压信号。

在一些实施例中，所述驱动信号包括关闭放电驱动信号，所述开关包括放电开关，所述驱动模块具体用于：存在所述第一欠压信号和/或第二欠压信号，输出所述关闭放电驱动信号；所述开关模块具体用于：根据所述关闭放电驱动信号，驱动所述放电开关关闭。

在一些实施例中，所述第一控制信号还包括第一未欠压信号，所述第二控制信号还包括第二未欠压信号，

所述第一比较单元还用于：若所述数字电压值大于所述预设欠压阈值，输出所述第一未欠压信号；所述第二比较单元还用于：若所述模拟电压信号大于所述预设欠压阈值，输出所述第二未欠压信号。

在一些实施例中，所述驱动信号还包括打开放电驱动信号，所述驱动模块还用于：存在所述第一未欠压信号和第二未欠压信号，输出所述打开放电驱动信号；所述开关模块还用于：根据所述打开放电驱动信号，驱动所述放电开关打开。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况下，本实用新型实施例提供的一种电池管理系统的保护装置，包括总采样模块、第一控制模块、第二控制模块、驱动模块、开关模块，所述总采样模块用于采集所述电池管理系统的采样电压信号，并将所述采样电压信号转换为模拟电压信号；所述第一控制模块包括：模数转换单元，与所述总采样模块连接，用于将所述模拟电压信号转换为数字电压值；第一比较单元，与所述模数转换单元连接，用于将所述数字电压值与预设阈值进行比较，输出第一控制信号；所述第二控制模块包括：第二比较单元，与所述总采样模块连接，用于将所述模拟电压信号与所述预设阈值进行比较，输出第二控制信号；所述驱动模块与所述第一控制模块和第二控制模块连接，用于根据所述第一控制信号和第二控制信号，输出驱动信号；所述开关模块与所述驱动模块连接，用于根据所述驱动信号，驱动开关打开或关闭。通过以上方式，本实施例中的电池管理系统的保护装置能够提高电池管理系统使用过程的安全性，防止电池的过充或过放而引起的爆炸或永久性损坏，并且延长了电池的使用寿命。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本实用新型其中一实施例提供的电池管理系统的保护装置的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例提供的电池管理系统的保护装置的结构示意图；

图3为本实用新型又一实施例提供的电池管理系统的保护装置的结构示意图；

图4为本实用新型其中一实施例提供的电池管理系统的保护方法的流程示意图；

图5为本实用新型另一实施例提供的电池管理系统的保护方法的流程示意图；

图6为本实用新型又一实施例提供的电池管理系统的保护方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、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。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型实施例提供一种电池管理系统的保护装置，所述装置和方安全性高，并且能提高电池使用寿命。

本实用新型实施例的电池管理系统的保护装置可以作为其中一个软件或者硬件功能单元，独立设置在电池管理系统中，也可以作为整合成一个功能模块，执行本实用新型实施例的电池管理系统的保护方法。

在本实用新型实施例中，电池管理系统可以为锂电池管理系统、蓄电池管理系统等，主要用于对电池参数进行实时监控、故障诊断、荷电状态估算、行驶里程估算、短路保护、漏电检测、显示报警和/或充放电模式选择等。

具体地，下面结合附图，对本实用新型实施例作进一步阐述。

实施例一

图1为本实用新型其中一实施例提供的电池管理系统的保护装置的结构示意图。如图1所述，本实施例的电池管理系统的保护装置100包括总采样模块10、第一控制模块20、第二控制模块30、驱动模块40和开关模块50。

上述总采样模块10用于采集电池管理系统的采样电压信号，并将采样电压信号转换为模拟电压信号。其中，采样电压信号为电池管理系统中电池组的总电压，并且，采样电压信号为离散的数字信号。采样电压信号经过转换后，得到连续的模拟电压信号。

上述第一控制模块20包括模数转换单元21和第一比较单元22，模数转换单元21与总采样模块10连接，用于将模拟电压信号转换为数字电压值；第一比较单元22与模数转换单元21连接，用于将数字电压值与预设阈值进行比较，输出第一控制信号。其中，模数转换单元21是将模拟信号转换为数字信号的电子元件或电路结构。在本实施例中，模数转换单元21通过取样保持和量化编码，将连续的模拟电压信号转换为离散的数字电压值。其中，第一比较单元22可以为微控制单元(图未示)，该微控制单元可以包括至少一个处理器和存储器，处理器为具有一定逻辑运算能力的处理器，例如单片机、微处理器或者CPU等，该处理器还可以具有一个或者多个处理核心。存储器作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器通过运行存储在存储器的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行：将所述数字电压值与预设阈值进行比较，输出第一控制信号的步骤。其中，第一控制信号可以为第一过压控制信号、第一非过压信号、第一欠压信号或第一非欠压信号；预设阈值可以为预设过压阈值或预设欠压阈值，并且阈值的大小可以根据实际需要预先设定。

上述第二控制模块30包括第二比较单元31，第二比较单元31与总采样模块10连接，用于将模拟电压信号与预设阈值进行比较，输出第二控制信号。其中，第二比较单元31可以为电压比较器电路等等，并且输出的第二控制信号为模拟信号。第二控制信号可以为第二过压信号、第二非过压信号、第二欠压信号或第二非欠压信号。

上述驱动模块40可以为电机驱动电路、MOSFET管驱动电路或门电路等等，可以根据用户需要进行选择。优选地，驱动模块40为与门电路。驱动模块40与第一控制模块21和第二控制模块31连接，用于根据第一控制信号和第二控制信号，输出驱动信号。其中，驱动信号可以包括关闭充电驱动信号、打开充电驱动信号、关闭放电驱动信号或打开放电驱动信号。

上述开关模块50可以为逻辑门电路、双稳态触发器电路等等。开关模块50与驱动模块40连接，用于根据驱动信号，驱动开关打开或关闭。其中，开关包括充电开关和放电开关。当充电开关打开，电池管理系统进行充电，当放电开关打开，电池管理系统进行放电。

在本实施例中，总采样模块10采集电池管理系统的采样电压信号，并将采样电压信号转换为模拟电压信号，第一控制模块20中的模数转换单元21将该模拟电压信号转换为数字电压值，并发送至第一比较单元22，第一比较单元22将数字电压值与预设阈值进行比较，输出对应的第一控制信号，并且第二比较单元32将模拟电压信号与预设阈值进行比较，输出对应的第二控制信号；驱动模块40根据第一控制信号和第二控制信号，输出对应的驱动信号，开关模块50根据驱动信号，对应地执行驱动开关打开或关闭。

可选地，上述总采样模块10可以包括采样单元11和数模转换单元12。采样单元11可以为数据采集电路等电路结构，用于对电池管理系统的电压信号进行采样，获取采样电压信号。数模转换单元12可以由权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关组成的电路结构，数模转换单元12与采样单元11连接，将采样电压信号转换为模拟电压信号，并将模拟电压信号发送至第一控制模块20和第二控制模块30。

可选地，上述总采样模块10还可以包括信号放大单元13和信号滤波单元14。信号放大单元13可以为放大器电路，可以由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成，信号放大单元13与电池管理系统连接，用于将该电池管理系统的电压信号放大。信号滤波单元14可以为滤波电路，可以为有源滤波电路或无源滤波电路。信号滤波单元14分别与信号放大单元13连接和采样单元11连接，用于将放大后的电压信号进行滤波处理，并将滤波后的电压信号发送至采样单元11。

本实施例中的保护装置100通过设置两个控制单元以实现双重保护，能够提高电池管理系统使用过程的安全性，防止由于系统故障造成电池的过充或过放而引起的爆炸或永久性损坏，并且延长了电池的使用寿命。

实施例二

图2为本实用新型另一实施例提供的电池管理系统的保护装置的结构示意图。如图2所述，本实施例的电池管理系统的保护装置200包括总采样模块210、第一控制模块220、第二控制模块230、驱动模块240和开关模块250。在本实施例中，电池管理系统为充电模式。

其中，上述总采样模块210与实施例一相同，此处不再赘述。

上述第一控制模块220包括数模转换单元221和第一比较单元222。数模转换单元221与总采样模块210连接，用于将由总采样模块210发送的模拟电压信号转换为数字电压值。第一比较单元222用于将数字电压值与预设阈值进行比较，输出第一控制信号。其中，预设阈值为预设过压阈值，第一控制信号包括第一过压信号和第一未过压信号。在本实施例中，第一比较单元222具体用于：若数字电压值大于预设过压阈值，输出第一过压信号；或者，若数字电压值小于预设过压阈值，输出第一未过压信号。

上述第二控制模块230包括第二比较单元231，第二比较单元231与总采样模块210连接，用于将模拟电压信号与预设阈值进行比较，输出第二控制信号。其中，预设阈值为预设过压阈值，第二控制信号为包括第二过压信号和第二未过压信号。在本实施例中，第二比较单元231具体用于：若模拟电压信号大于预设过压阈值，输出第二过压信号；或者，若模拟电压信号小于预设过压阈值，输出第二未过压信号。

上述驱动模块240用于根据第一控制信号和第二控制信号，输出驱动信号。其中，驱动信号包括关闭充电驱动信号和打开充电驱动信号。在本实施例中，驱动模块240具体用于：存在第一过压信号和/或第二过压信号，输出关闭充电驱动信号；或者，存在第一未过压信号和第二未过压信号，输出打开充电驱动信号。“存在”是指第一比较单元222输出第一控制信号或第二比较单元231输出第二控制信号。“存在第一过压信号和/或第二过压信号”包括三种情况：第一比较单元222输出第一过压信号，第二比较单元231输出第二未过压信号；第二比较单元231输出第二过压信号，第一比较单元222输出第一未过压信号；第一比较单元222输出第一过压信号，并且第二比较单元231输出第二过压信号。“存在第一未过压信号和第二未过压信号”是指第一比较单元222输出第一未过压信号，并且第二比较单元231输出第二未过压信号。

上述开关模块250与驱动模块240连接，用于根据驱动信号，驱动开关打开或关闭。其中，开关为充电开关251。在本实施例中，开关模块250具体用于：根据关闭充电驱动信号，驱动充电开关关闭；或者，根据打开充电驱动信号，驱动充电开关打开。

在本实施例中，当电池管理系统充电时，保护装置200的工作过程大致为：总采样模块210采集电池管理系统的采样电压信号，并将采样电压信号转换为模拟电压信号，第一控制模块220中的模数转换单元221将该模拟电压信号转换为数字电压值，并发送至第一比较单元222，第一比较单元222将数字电压值与预设过压阈值进行比较，若数字电压值大于预设过压阈值，输出的第一过压信号，并且第二比较单元231将模拟电压信号与预设阈值进行比较，若模拟电压信号大于预设过压阈值，输出第二过压信号；驱动模块240接收到第一过压信号和第二过压信号中的至少一个，输出关闭充电驱动信号，开关模块250驱动充电开关关闭。

本实施例中的保护装置200通过设置两个控制单元以实现双重保护，能够提高电池管理系统充电过程的安全性，防止由于系统故障造成电池的过充而引起爆炸。

实施例三

图3为本实用新型又一实施例提供的电池管理系统的保护装置的结构示意图。如图3所述，本实施例的电池管理系统的保护装置300包括总采样模块310、第一控制模块320、第二控制模块330、驱动模块340和开关模块350。在本实施例中，电池管理系统为放电模式。

其中，上述总采样模块310与实施例一相同，此处不再赘述。

上述第一控制模块320包括数模转换单元321和第一比较单元322。数模转换单元321与总采样模块310连接，用于将由总采样模块310发送的模拟电压信号转换为数字电压值。第一比较单元322用于将数字电压值与预设阈值进行比较，输出第一控制信号。其中，预设阈值为预设欠压阈值，第一控制信号包括第一欠压信号和第一未欠压信号。在本实施例中，第一比较单元322具体用于：若数字电压值小于预设欠压阈值，输出第一欠压信号；或者，若数字电压值大于预设欠压阈值，输出第一未欠压信号。

上述第二控制模块330包括第二比较单元331，第二比较单元331与总采样模块310连接，用于将模拟电压信号与预设阈值进行比较，输出第二控制信号。其中，预设阈值为预设欠压阈值，第二控制信号为包括第二欠压信号和第二未欠压信号。在本实施例中，第二比较单元331具体用于：若模拟电压信号小于预设欠压阈值，输出第二欠压信号；或者，若模拟电压信号大于预设过压阈值，输出第二未欠压信号。

上述驱动模块340用于根据第一控制信号和第二控制信号，输出驱动信号。其中，驱动信号包括关闭放电驱动信号和打开放电驱动信号。在本实施例中，驱动模块340具体用于：存在第一欠压信号和/或第二欠压信号，输出关闭放电驱动信号；或者，存在第一未欠压信号和第二未欠压信号，输出打开放电驱动信号。“存在”是指第一比较单元322输出第一控制信号或第二比较单元331输出第二控制信号。“存在第一欠压信号和/或第二欠压信号”包括三种情况：第一比较单元322输出第一欠压信号，第二比较单元331输出第二未欠压信号；第二比较单元331输出第二欠压信号，第一比较单元322输出第一未欠压信号；第一比较单元222输出第一欠压信号，并且第二比较单元331输出第二欠压信号。“存在第一未欠压信号和第二未欠压信号”是指第一比较单元322输出第一未欠压信号，并且第二比较单元331输出第二未欠压信号。

上述开关模块350与驱动模块340连接，用于根据驱动信号，驱动开关打开或关闭。其中，开关为放电开关351。在本实施例中，开关模块350具体用于：根据关闭放电驱动信号，驱动放电开关关闭；或者，根据打开放电驱动信号，驱动放电开关打开。

在本实施例中，当电池管理系统充电时，保护装置300的工作过程大致为：总采样模块310采集电池管理系统的采样电压信号，并将采样电压信号转换为模拟电压信号，第一控制模块320中的模数转换单元321将该模拟电压信号转换为数字电压值，并发送至第一比较单元322，第一比较单元322将数字电压值与预设欠压阈值进行比较，若数字电压值小于预设欠压阈值，输出的第一欠压信号，并且第二比较单元331将模拟电压信号与预设阈值进行比较，若模拟电压信号小于预设欠压阈值，输出第二欠压信号；驱动模块340接收到第一欠压信号和第二欠压信号中的至少一个，输出关闭放电驱动信号，开关模块350驱动放电开关关闭。

本实施例中的保护装置300通过设置两个控制单元以实现双重保护，能够提高电池管理系统放电过程的安全性，防止由于系统故障造成电池的过放而引起的永久性损坏。

实施例四

图4为本实用新型其中一实施例提供的电池管理系统的保护方法的流程示意图。该保护方法应用于上述实施例的保护装置，如图4所示，该保护方法包括：

410、采集电池管理系统的采样电压信号，并将所述采样电压信号转换为模拟电压信号；

420、将所述模拟电压信号转换为数字电压值，并将所述数字电压值与预设阈值进行比较，输出第一控制信号；

430、将所述模拟电压信号与所述预设阈值进行比较，输出第二控制信号；

440、根据所述第一控制信号和所述第二控制信号，输出驱动信号；

450、根据所述驱动信号，驱动开关打开或关闭。

可选地，步骤410包括：

411、将所述电池管理系统的电压信号放大；

412、将放大后的所述电压信号进行滤波处理；

413、对滤波后的电压信号进行采样，获取所述采样电压信号；

414、将所述采样电压信号转换为模拟电压信号，并发送所述模拟电压信号。

可选地，如图5所示，所述预设阈值包括预设过压阈值，所述第一控制信号包括第一过压信号，步骤420包括：

421、若所述数字电压值大于所述预设过压阈值，输出所述第一过压信号；或者，

422、若所述数字电压值小于所述预设过压阈值，输出所述第一未过压信号。

可选地，所述第二控制信号包括第二过压信号，步骤430包括：

431、若所述模拟电压信号大于所述预设过压阈值，输出所述第二过压信号；或者，

432、若所述模拟电压信号小于所述预设过压阈值，输出所述第二未过压信号。

可选地，所述驱动信号包括关闭充电驱动信号，步骤440包括：

441、存在所述第一过压信号和/或所述第二过压信号，输出所述关闭充电驱动信号；或者，

442、存在所述第一未过压信号和所述第二未过压信号，输出所述打开充电驱动信号。

可选地，所述开关包括充电开关，步骤450包括：

451、根据所述关闭充电驱动信号，驱动所述充电开关关闭；或者，

452、根据所述打开充电驱动信号，驱动所述充电开关打开。

可选地，如图6所示，所述预设阈值包括预设欠压阈值，所述第一控制信号包括第一欠压信号，步骤420还包括：

423、若所述数字电压值小于所述预设欠压阈值，输出所述第一欠压信号；或者，

424、若所述数字电压值大于所述预设欠压阈值，输出所述第一未欠压信号；

可选地，所述第二控制信号包括第二欠压信号，步骤430还包括：

433、若所述模拟电压信号小于所述预设欠压阈值，输出所述第二欠压信号；或者，

434、若所述模拟电压信号大于所述预设欠压阈值，输出所述第二未欠压信号。

可选地，所述驱动信号还包括打开放电驱动信号，步骤440还包括：

443、存在所述第一欠压信号和/或第二欠压信号，输出所述关闭放电驱动信号；或者，

444、存在所述第一未欠压信号和第二未欠压信号，输出所述打开放电驱动信号。

可选地，所述开关包括放电开关，步骤450还包括：

451、根据所述关闭放电驱动信号，驱动所述放电开关关闭；或者；

452、根据所述打开放电驱动信号，驱动所述放电开关打开。

由于方法实施例和装置实施例是基于同一构思，在内容不互相冲突的前提下，方法实施例的内容可以引用装置实施例的，在此不赘述。

本实施例提供的保护方法能够提高电池管理系统使用过程的安全性，防止由于系统故障造成电池的过充或过放而引起的爆炸或永久性损坏，并且延长了电池的使用寿命。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。