电池过压过流硬件保护电路的制作方法

本实用新型是一种保护电路，特别是涉及一种电池过压过流硬件保护电路。

背景技术：

目前新能源汽车行业内对于电动汽车（混合动力汽车）的电池保护方案，主流实现方式为依托软件的控制策略，即当电流传感器检测到电流异常或电压采样到异常后将异常情况上报到电池管理系统，然后由电池管理系统软件做出反应，发送相应命令断开动力线继电器或做二级诊断；这种方案对于车辆系统软件的可靠性要求很高，在系统程序反应延迟或者系统运行进入死循环的情况下，这种方案的失效率较高。另外这种方案由于是在等待故障信号后再等待系统反应，再作出判断与相应措施，其结果本身就带有延时性的缺陷。在电池出现过压过流的重大故障情况下，不利于车身安全的防护以及对故障事故的预防。基于目前电池过压过流保护方案，主要需解决两个问题：对于从检测到过压过流故障到系统做出相应反应的延时性问题；以及功能实现对于系统程序高度依赖的情况下，当系统程序出现死机或复位时，对于过压过流保护的可靠性问题。

中国专利申请号：CN201110127060.6，公开日：2012年11月21日，公开了一种过流保护电路，用于保护一电子装置中的工作电路，该工作电路通过输入端口与供电电源连接而获得工作电压，该过流保护电路包括路径开关、第一控制模块、导通开关、第二控制模块以及电流侦测模块。该路径开关与该电流侦测模块均位于该工作电路与输入端口形成的回路中，该电流侦测模块用于侦测该回路中的电流大小，并在侦测到该电流大于一预定电流值时，发送第一控制信号至该第一控制模块。该第一控制模块接收该第一控制信号后控制该导通开关截止，该第二控制模块响应该导通开关的截止状态，控制该路径开关截止而断开回路。此技术与现有技术一样，主要需解决两个问题：对于从检测到过压过流故障到系统做出相应反应的延时性问题；以及功能实现对于系统程序高度依赖的情况下，当系统程序出现死机或复位时，对于过压过流保护的可靠性问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为解决目前的技术方案中存在对于从检测到过压过流故障到系统做出相应反应的延时性问题；以及功能实现对于系统程序高度依赖的情况下，当系统程序出现死机或复位时，对于过压过流保护的可靠性问题，提供一种电池过压过流硬件保护电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电池过压过流硬件保护电路，与动力电池连接，与汽车控制器相配合，输出信号至负载继电器，所述电池过压过流硬件保护电路包括电压差分放大电路、电压跟随器、大环电流检测装置、过压信号转换装置、过流信号转换装置和逻辑运算器，所述动力电池与电压差分放大电路的输入端连接，电压差分放大电路的输出端与过压信号转换装置输入端连接，过压信号转换装置输出端与逻辑运算器的输入端连接，所述大环电流检测装置的检测端与汽车动力线回路耦合，大环电流检测装置的输出端与电压跟随器的输入端连接，电压跟随器的输出端与过流信号转换装置的输入端连接，过流信号转换装置的输出端与逻辑运算器的输入端连接，所述逻辑运算器的输入端还与汽车控制器连接，逻辑运算器的输出端与负载继电器的线圈连接, 过压信号转换装置输出端还与汽车控制器电连接，过流信号转换装置输出端还与汽车控制器电连接。本方案由基础电器元件组成，灵活运用运算放大器的差分放大电路、电压比较器与跟随器，将高压或电流信号转换成低电压信号，将此信号与预先设定的报警值比较；并结合逻辑门电路，将比较后信号与MCU软件命令做逻辑运算，将运算后的结果作为触发继电器驱动的最终执行者，由此，可将部分逻辑判断功能从软件系统中分离，达到快速判断，快速反应的效果，与现有技术相比具有明显优势。

作为优选，所述大环电流检测装置为电流互感器。

作为优选，所述逻辑运算器为与门。

作为优选，所述过压信号转换装置和过流信号转换装置均为运放。

作为优选，所述电压差分放大电路包括运放U1A、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述运放U1A的负输入端通过电阻R3与运放U1A的输出端连接，所述运放U1A的负输入端通过电阻R1与动力电池的阳极连接，运放U1A的正输入端通过电阻R2与动力电池的阴极连接，运放U1A的正输入端通过电阻R4接地，所述运放U1A的输出端与过压信号转换装置的输入端连接。

作为优选，所述电压跟随器包括运放U1B、电阻R6和电阻R7，运放U1B的正输入端通过电阻R6与大环电流检测装置的输出端连接，运放U1B的正输入端通过电阻R7接地，所述运放U1B的负输入端与所述运放U1B的输出端连接，运放U1B的输出端与过流信号转换装置的输入端连接。

本实用新型的实质性效果是：本方案由基础电器元件组成，灵活运用运算放大器的差分放大电路、电压比较器与跟随器，将高压或电流信号转换成低电压信号，将此信号与预先设定的报警值比较；并结合逻辑门电路，将比较后信号与MCU软件命令做逻辑运算，将运算后的结果作为触发继电器驱动的最终执行者，由此，可将部分逻辑判断功能从软件系统中分离，达到快速判断，快速反应的效果，与现有技术相比具有明显优势。

附图说明

图1为本实用新型的一种电路原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。

实施例：

一种电池过压过流硬件保护电路（参见附图1），与动力电池连接，与汽车控制器相配合，输出信号至负载继电器，所述电池过压过流硬件保护电路包括电压差分放大电路、电压跟随器、大环电流检测装置、过压信号转换装置、过流信号转换装置和逻辑运算器，所述动力电池与电压差分放大电路的输入端连接，电压差分放大电路的输出端与过压信号转换装置输入端连接，过压信号转换装置输出端与逻辑运算器的输入端连接，所述大环电流检测装置的检测端与汽车动力线回路耦合，大环电流检测装置的输出端与电压跟随器的输入端连接，电压跟随器的输出端与过流信号转换装置的输入端连接，过流信号转换装置的输出端与逻辑运算器的输入端连接，所述逻辑运算器的输入端还与汽车控制器连接，逻辑运算器的输出端与负载继电器的线圈连接, 过压信号转换装置输出端还与汽车控制器电连接，过流信号转换装置输出端还与汽车控制器电连接。所述大环电流检测装置为电流互感器。所述过压信号转换装置为运放U2A，过流信号转换装置为运放U2B。U2A的正输入端通过电阻R9与数字电源连接，U2A的正输入端通过电阻R10与运放U2B的正输入端连接，运放U2B的正输入端通过电阻R11接地。所述电压差分放大电路包括运放U1A、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述运放U1A的负输入端通过电阻R3与运放U1A的输出端连接，所述运放U1A的负输入端通过电阻R1与动力电池的阳极连接，运放U1A的正输入端通过电阻R2与动力电池的阴极连接，运放U1A的正输入端通过电阻R4接地，所述运放U1A的输出端与运放U2A的负输入端连接。所述电压跟随器包括运放U1B、电阻R6和电阻R7，运放U1B的正输入端通过电阻R6与大环电流检测装置的输出端连接，运放U1B的正输入端通过电阻R7接地，所述运放U1B的负输入端与所述运放U1B的输出端连接，运放U1B的输出端与运放U2A的负输入端连接。所述逻辑运算器为与门。运放U2A的输出端与与门的第二端连接，运放U2B的输出端与与门的第三端连接，与门的第一端与汽车控制器的输出端连接，与门的输出端与负载继电器电连接。

本实施例第一部分作为对信号的预处理。高压方面，通过差分运放将高压进行比例运算，转换为低压信号，转换后的低压信号一方面送至下一级运放做电压比较处理，一方面送至MCU模拟采样端，使MCU对电池总电压进行实时监测；电流方面，通过应用霍尔传感器采集动力线电流并转换为电压信号，再通过分压处理后通过运放跟随，将跟随后的电压值分别送至下一级运放做比较处理，以及送至MCU模拟采样端，使系统程序对动力线电流进行实时监测。对于电压与电流的比例运算可根据电路中的电阻参数设置，在实际应用中根据具体需求选择相应阻值，第二部分为设定电压与电流的门限值，通过电压比较器原理，将比例运算后的电压与电流值与提前设定好的门限值进行比较，当测量值低于门限值时，比较器输出高电平；当测量值高于门限值时即认定为过压/过流情况发生，比较器输出低电平。具体门限值可由R9~11的阻值设定，可根据不同应用设置相应参数。第三部分为逻辑运算与保护启动，将比较器的输出值与MCU发出的继电器控制指令进行“与”运算，运算后的结果作为继电器驱动的最终命令。正常情况下，即未发生过流过压故障时比较器输出高电平，逻辑运算的结果由MCU决定，即继电器的断开与吸合由MCU命令决定；当过压/过流情况发生时，第二部分比较器输出低电平，逻辑门运算结果为“0”，即在MCU任何命令情况下，强制继电器断开，做到对动力线断路处理，保护动力系统。至此完成对过压过流情况的保护。

本实施例由基础电器元件组成，灵活运用运算放大器的差分放大电路、电压比较器与跟随器，将高压或电流信号转换成低电压信号，将此信号与预先设定的报警值比较；并结合逻辑门电路，将比较后信号与MCU软件命令做逻辑运算，将运算后的结果作为触发继电器驱动的最终执行者，由此，可将部分逻辑判断功能从软件系统中分离，达到快速判断，快速反应的效果，与现有技术相比具有明显优势。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。