专利名称：一种具有短路和过载保护功能的动力电池组的制作方法
技术领域：
本实用新型属于动力电池领域，尤其涉及ー种具有短路和过载保护功能的动カ电池组。
背景技术：
随着人们对环保要求的提高，电动汽车或混合动カ车取代现行的燃油车将是未来的一个发展方向。作为电动汽车的核心动カ能源——动カ电池，其重要性显得尤为突出。车 载动カ电池要求具有优良的倍率性能和安全性能，由于车载动カ电池使用环境较一般电池恶劣，因此对其安全性能的要求较高，提高电池安全性显得尤为重要。电池组短路和长时间过载都会对电池的寿命造成影响，甚至产生重大安全事故，如何有效的解决电池组的短路和过载保护成为关键问题。由于电池组短路位置具有不确定性，因此保护元器件需要串联在电池组内部的合适位置才能起到有效的保护作用，但是电池组的工作电压和电流都非常大，所以线路板的过充、过放和短路保护电路不能适用于动カ电池组。目前动カ电池组内部常采用快速熔断器或慢熔型熔断器进行短路。快速熔断器主要实现短路保护功能，主要特点是反应速度快，但是由于动カ电池组的工作电流波动大，又伴随有谐波和脉冲电流，因此常常会造成误动作，缩短快速熔断器的使用寿命。慢熔型熔断器具有一定的过载保护功能和短路保护功能，但是响应时间不可控，且受温度影响较大。另外，快速熔断器和慢熔型熔断器均为不可恢复元器件，误动作风险较大，当出现过载、短路情况下，虽然可以保护电池组不出现安全事故，但当故障排除后，需更换熔断器才能恢复整车使用，维修时间长、成本较高。
发明内容本实用新型为解决动カ电池组中具有短路和过载保护功能的熔断器易产生误动作，不可恢复，维护成本高的技术问题，提供ー种安全可靠，可自行恢复的具有短路和过载保护功能的动カ电池组。为达到上述目的，本实用新型提供ー种具有短路和过载保护功能的动カ电池组，包括若干串/并联的电池模块，所述电池模块的回路中设有用于短路和过载保护的保护装置，所述保护装置包括继电器、电流传感器、控制器、开关电路、及电源；所述继电器的常开触点串联在电池I吴块的回路中；所述继电器的线圈绕组与开关电路串接在一起组成感应回路，该感应回路串接在电源电路上；所述电流传感器检测流过继电器的电流并将检测信号输入至控制器，所述控制器的输出端与开关电路的控制端连接；所述控制器通过对输入的检测信号进行处理并与预设值进行比较，以控制开关电路的通断。优选地，所述电流传感器为霍尔传感器。优选地，所述霍尔传感器包括供导线穿过的线圈，所述线圈与导线之间设有用于固定导线的环形垫圏。优选地，所述环形垫圈具有弾性。[0009]优选地，所述开关电路包括两个串联的MOSFET VO和VI，所述控制器包括分别对应过载保护和短路保护的第一输出端和第二输出端，所述MOSFET VO和Vl的栅极分别与控制器的第一输出端和第二输出端连接。优选地，所述保护装置还包括用于固定支撑导线的导线固定架。优选地，所述导线固定架包括安装座、固定在安装座上的下半环、及与下半环配合的上半环，上、下半环的连接处设有连接耳，其中一个连接耳为铰接固定，另ー个连接耳通过紧固螺钉固定。优选地，所述上、下半环与导线之间设有弹性垫圈。优选地，所述电源为外接直流电源或由所述动カ电池组提供。 优选地，所述电池模块的回路中还设有维修开关。本实用新型的有益效果是I、控制器可灵活设定控制电流值，并实现过载保护和短路保护的功能，避免熔断器不可控的现象；2、动カ电池组的工作电流恢复至正常值时，控制器可控制开关电路导通，继而使继电器闭合，动カ电池组自行恢复。
图I是本实用新型提供的具有短路和过载保护功能的动カ电池组的原理框图。图2是本实用新型提供的具有短路和过载保护功能的动カ电池组的示意图。图3是图2中P的放大图。图4是本实用新型提供的电流传感器的示意图。图中标记I-动カ电池组、11-电池ネ旲块、12~电池托盘、13-正极端、14-负极端、15-电流传感器安装座、16-导线、2-继电器、21-常开触点、22-线圈绕组、22a-线圈绕组的一端、22b-线圈绕组的另一端、23-基座、24-安装孔、3-电流传感器、31-线圈、311-上线圈、312-下线圈、32-环形垫圏、33-连接耳、34/35-输出端、36/37-电源端、4-控制器、41-第一输出端、42-第二输出端、43/44-输入端、45/46-电源端、5-开关电路、6-电源、7-维修开关、8-导线固定架、81-安装座、82-下半环、83-上半环、84-连接耳、85-弹性垫圏。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一歩详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。參阅图1，本实用新型提供ー种具有短路和过载保护功能的动カ电池组1，包括若干串/并联的电池模块11，所述电池模块11的回路中设有用于短路和过载保护的保护装置，所述保护装置包括继电器2、电流传感器3、控制器4、开关电路5、及电源6 ;所述继电器2的常开触点21串联在电池模块11的回路中；所述继电器2的线圈绕组22与开关电路5串接在一起组成感应回路，该感应回路串接在电源电路上；所述电流传感器3检测流过继电器2的电流并将检测信号输入至控制器4，所述控制器4的输出端与开关电路5的控制端连接；所述控制器4通过对输入的检测信号进行处理并与预设值进行比较，以控制开关电路5的通断。參阅图2，为本实用新型具有短路和过载保护功能的动カ电池组的示意图，该动力电池组I包括若干个进行串/并联的电池模块11，这些电池模块11固定在电池托盘12上，从动カ电池组I的一端引出有正极端13和负极端14。电池模块11为本领域技术人员所公知，因不涉及本实用新型发明点，故在此不再赘述。同时參阅图I和图3，图3为图2中P的放大图，图中继电器2的常开触点21串联在电池模块11的回路中；继电器2的线圈绕组22的一端22a与电源6的负极相连，另一端·22b与开关电路5串联后与电源6的正极相连。所述继电器2可以为高压直流大功率继电器，如LS产电公司的GER-400，额定工作电流为400A。继电器2需满足额定电流大于动力电池正常工作电流上限，并且尺寸满足装配要求，使用温度、寿命等满足设计要求。继电器2还包括基座23和安装孔24，通过螺钉固定到电池托盘12上，避免产生位移。同时參阅图3和图4，电流传感器3优选为非接触式的霍尔传感器，包括供导线16穿过的线圈31，所述线圈31与导线之间设有用于固定导线的环形垫圈32，防止导线与线圈31摩擦损坏。该环形垫圈32优选具有弾性，这样可以缓冲由外力引起的碰撞或振动，进ー步保护导线。环形垫圈32可供选择的材料包括PP、PET、橡胶等绝缘性、耐候性好的材料。其中，线圈31进ー步包括半圆环状的上线圈311和下线圈312，上、下线圈的连接处设有连接耳33，其中一个连接耳通过铰接连接，另ー侧的连接耳通过紧固螺钉连接，方便安装、拆卸导线。霍尔传感器还包括与控制器4连接的两个输出端34、35，及电源端36、37，霍尔传感器将检测到的电流信号通过输出端传送至控制器4。电源端36、37分别连接到电源6的正负极，给霍尔传感器提供电能。电池托盘12上设有电流传感器安装座15，霍尔传感器通过螺钉等机械方式固定在该电流传感器安装座15上。所述保护装置还包括用于固定支撑导线16的导线固定架8。所述导线固定架包括安装座81、固定在安装座上的下半环82、及与下半环配合的上半环83，上、下半环的连接处设有连接耳84，其中ー个连接耳为84铰接固定，另ー个连接耳84通过紧固螺钉固定。优选所述上、下半环与导线之间设有弹性垫圈85。本实施例的开关电路5包括两个串联的MOSFET VO和VI，所述控制器4包括分别对应过载保护和短路保护的第一输出端41和第二输出端42，所述MOSFET VO和Vl的栅极分别与控制器4的第一输出端41和第二输出端42连接，所述MOSFET Vl的漏极与MOSFETVO的源极连接，MOSFET Vl的源极与电源6的正极连接，MOSFET管VO的漏极与继电器2的输入端24连接。控制器4对过载保护和短路保护的数据处理是独立进行的，通过MOSFETVO和Vl分别进行控制通断，只有当MOSFET VO和Vl同时导通时，继电器2的线圈绕组22才得电，其常开触点21接通，动カ电池组I正常工作。所述控制器4为IC控制器，包括两个输入端43、44，第一输出端41，第二输出端42，及两个电源端45、46。两个输入端43、44分别连接到霍尔传感器的输出端。如上所述，第一输出端41和第二输出端42分别与MOSFET VO和Vl的栅极连接。两个电源端45、46与电源6的正负极连接，以给控制器4提供电能。控制器4内部预存有根据动カ电池组I的正常工作电流值设定的控制电流值，例如，动カ电池组I的正常工作电流为250 A，持续工作电流为450A，要求过载保护电流为300A，持续时间小于5min ;短路保护电流为600A，持续时间小于30s。当电池模块11回路中的电流小于250A时，霍尔传感器检测电流值并传送至控制器4，控制器4将检测的电流值与预存的控制电流值进行比较，输出高电平，MOSFET VO和Vl导通，继电器2的线圈绕组22得电，其常开触点21闭合，电池模块11回路导通，动カ电池组I正常工作。当回路电流大于250A时，霍尔传感器检测电流值并传送至控制器4，控制器4将检测的电流值与预存的控制电流值进行比较，并计算5min之内的平均电流,若该平均电流大于300A,则与过载保护对应的第一输出端41输出低电平，MOSFET VO断开，继电器2的线圈绕组22掉电，其常开触点21断开，电池模块11的回路断开，起到过载保护的作用。当回路电流大于450A吋，霍尔传感器检测电流值并传送至控制器4，控制器4将检测的电流值与预存的控制电流值进行比较，并计算30s之内的平均电流，若该平均电流大于600A，则与短路保护对应的第二输出端42输出低电平，MOSFET Vl断开，继电器2的线圈绕组22掉电，其常开触点21断开，电池模块11的回路断开，起到短路保护的作用。所述电源6为12V直流电源6，可以为外接的直流电源或由动カ电池组I提供。为保证维修员エ的安全，在电池模块11的回路中还设有维修开关7，断开维修开关7即可断开电池模块11的回路。下面介绍本实用新型具有短路和过载保护功能的动カ电池组I的工作原理电池模块11回路正常工作时，控制器4输出高电平，开关电路5导通，使继电器2的线圈绕组22得电，其常开触点21闭合，保证电池模块11回路导通。当电池模块11回路出现短路或过载时，控制器4输出低电平，开关电路5断开，使继电器2的线圈绕组22掉电，其常开触点21断开，电池模块11回路断开，起到短路或过载保护。在故障消失后，通过控制器4的控制又能及时恢复供电，省去了维修的麻烦，保证了车辆的正常运行。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.ー种具有短路和过载保护功能的动カ电池组，包括若干串/井联的电池模块(11)，所述电池模块(11)的回路中设有用于短路和过载保护的保护装置，其特征在于所述保护装置包括继电器(2)、电流传感器(3)、控制器(4)、开关电路(5)、及电源(6)； 所述继电器(2)的常开触点串联在电池模块(11)的回路中；所述继电器(2)的线圈绕组(22)与开关电路(5)串接在一起组成感应回路，该感应回路串接在电源(6)电路上； 所述电流传感器(3)检测流过继电器(2)的电流并将检测信号输入至控制器(4)，所述控制器(4)的输出端与开关电路(5)的控制端连接；所述控制器(4)通过对输入的检测信号进行处理并与预设值进行比较，以控制开关电路(5)的通断。
2.如权利要求I所述的具有短路和过载保护功能的动カ电池组，其特征在于所述电流传感器(3)为霍尔传感器。
3.如权利要求2所述的具有短路和过载保护功能的动カ电池组，其特征在于所述霍尔传感器包括供导线穿过的线圈(31)，所述线圈与导线之间设有用于固定导线的环形垫圈(32)。
4.如权利要求3所述的具有短路和过载保护功能的动カ电池组，其特征在于所述环形垫圈(32)具有弾性。
5.如权利要求I所述的具有短路和过载保护功能的动カ电池组，其特征在于所述开关电路(5)包括两个串联的MOSFET (V0、VI)，所述控制器(4)包括分别对应过载保护和短路保护的第一输出端(41)和第二输出端(42)，所述两个MOSFET (VO、VI)的栅极分别与控制器(4)的第一输出端和第二输出端连接。
6.如权利要求I所述的具有短路和过载保护功能的动カ电池组，其特征在于所述保护装置还包括用于固定支撑导线的导线固定架(8)。
7.如权利要求6所述的具有短路和过载保护功能的动カ电池组，其特征在于所述导线固定架(8)包括安装座(81)、固定在安装座上的下半环(82)、及与下半环配合的上半环(83)，上、下半环的连接处设有连接耳(84)，其中一个连接耳为铰接固定，另ー个连接耳通过紧固螺钉固定。
8.如权利要求7所述的具有短路和过载保护功能的动カ电池组，其特征在于所述上、下半环与导线之间设有弹性垫圈(85)。
9.如权利要求I所述的具有短路和过载保护功能的动カ电池组，其特征在于所述电源 6)为外接直流电源或由所述动カ电池组提供。
10.如权利要求I所述的具有短路和过载保护功能的动カ电池组，其特征在于所述电
池模块(11)的回路中还设有维修开关(7)。
专利摘要本实用新型提供了一种具有短路和过载保护功能的动力电池组，包括若干串/并联的电池模块，电池模块的回路中设有保护装置，保护装置包括继电器、电流传感器、控制器、开关电路、及电源；继电器的常开触点串联在电池模块的回路中；继电器的线圈绕组与开关电路串接在一起组成感应回路，该感应回路串接在电源电路上；电流传感器检测流过继电器的电流并将检测信号输入至控制器，控制器的输出端与开关电路的控制端连接；控制器通过对输入的检测信号进行处理并与预设值进行比较，以控制开关电路的通断。本实用新型的动力电池组具有可控、安全可靠的优点，并且可自行恢复。
文档编号H02H3/08GK202455044SQ20112047656
公开日2012年9月26日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者仝志伟, 何龙, 朱建华, 赖庆, 鲁志佩 申请人:深圳市比亚迪锂电池有限公司