电池过压过流保护系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电池过压过流保护系统。
【背景技术】
[0002]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，其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及时预防。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型目的是:提供一种电池过压过流保护系统，以解决两个问题: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。
[0004]本实用新型的第一技术方案是:一种电池过压过流保护系统，其包括对动力电池电压/电流信号进行预处理的信号预处理模块、与信号预处理模块电压/电流输出相连且与预设值比较的比较模块、与比较模块电压/电流输出相连的逻辑模块、以及与信号预处理模块电压/电流输出相连并与逻辑模块输入相连的控制模块。
[0005]在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案:
[0006]所述信号预处理模块包括动力电池、输入负端与动力电池正极相连而输入正端则与动力电池负极相连的电压运算放大器、与动力电池负极相连且与动力线回路相连的霍尔传感器、以及输入正端与霍尔传感器相连且输入负端与输出相连的电流运算放大器，其中电压运算放大器、电流运算放大器的输出均与控制模块相连。
[0007]所述比较模块包括输入负端与电压运算放大器输出相连而输入正端与Vcc电源相连的电压比较器、和输入负端与电流运算放大器输出相连而输入正端与地相连的电流比较器。
[0008]所述逻辑模块进行逻辑“与”的运算，其输入分别与电压比较器、电流比较器、控制模块的输出相连，而输出则控制动力线回路中继电器的动作。
[0009]所述控制模块为单片机。
[0010]本实用新型优点是:
[0011]本实用新型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，在未来电动汽车动力锂离子电池市场上会具有巨大的应用价值和商业前景。
【附图说明】
[0012]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述:
[0013]图1为本实用新型的电路原理图。
【具体实施方式】
[0014]实施例:如图1所示，为本实用新型提供一种电池过压过流保护系统的第一实施例，其包括对动力电池电压/电流信号进行预处理的信号预处理模块、与信号预处理模块电压/电流输出相连且与预设值比较的比较模块、与比较模块电压/电流输出相连的逻辑模块、与信号预处理模块电压/电流输出相连并与逻辑模块输入相连的控制模块。控制模块为单片机MCU，可采用Freescale公司的S12XE系列单片机。
[0015]信号预处理模块包括动力电池、输入负端与动力电池正极相连而输入正端则与动力电池负极相连的电压运算放大器U1A、与动力电池负极相连且与动力线回路相连的霍尔传感器、以及输入正端与霍尔传感器相连且输入负端与输出相连的电流运算放大器U1B。其中电压运算放大器U1A、电流运算放大器UlB的输出均与控制模块相连。高压方面，通过电压运算放大器UlA的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电压比较器U2A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电流比较器U2B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。电压运算放大器UlA的输入正端通过电阻R4与地相连，并通过电阻R2与动力电池的负极相连；而电压运算放大器UlA的输入负端通过电阻Rl与动力电池的正极相连而通过电阻R3与输出相连，电流运算放大器UlB的输入正端通过电阻R7与地相连，并通过电阻R6与霍尔传感器相连。
[0016]比较模块包括输入负端与电压运算放大器UlA输出相连而输入正端与Vcc电源相连的电压比较器U2A、和输入负端与电流运算放大器UlB输出相连而输入正端与地相连的电流比较器U2B，其中Vcc电源和地之间设置有电阻R9、R10、R11，而电阻RlO位于电压比较器U2A和电流比较器U2B的两输入正端之间。在控制模块中预先设定电压与电流的预设值，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预设值进行比较，当测量值低于预设值时，比较器输出高电平；当测量值高于预设值时即认定为过压/过流情况发生，比较器输出低电平。具体预设值可由电阻R9-11的阻值设定，可根据不同应用设置相应参数。
[0017]逻辑模块进行逻辑“与”的运算，其输入分别与电压比较器U2A、电流比较器U2B、控制模块的输出相连，而输出则控制动力线回路中继电器的动作。由此逻辑模块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；而当过压/过流情况发生时，比较器输出低电平，逻辑门运算结果为“O”，即在MCU任何命令情况下，都强制继电器断开，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。
[0018]在本实施例中，电路中的接地要求与整车地进行隔离。
[0019]在上述电路结构的基础上，进一步包括如下方法:
[0020]S1:对动力电池的电压信号和动力线回路的电流信号进行比例运算，并将输出反馈至比较器和控制模块，其中比较器包括电压比较器和电流比较器；
[0021]S2:将电压、电流比较器的输入分别与预设值进行比较，并产生相应输出；
[0022]S3:将电压、电流比较器的输出、控制模块的输出进行逻辑与的运算；
[0023]S4:根据逻辑与的运算结果控制动力线回路中继电器的动作。
[0024]本实用新型由于从过压过流故障诊断到对故障做出反应的全部过程均由硬件电路实现，有效解决了前面提出的延时性问题；而且全部由基础电子元件组成并可作为一个电路模块成为系统硬件的一部分，减小了对系统程序的依赖，因此可有效避免由于程序故障造成的该功能失效问题，提高可靠性并减轻了系统程序的负担；有效解决前面提出的延时性与可靠性问题。
[0025]当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种电池过压过流保护系统，其特征在于其包括:对动力电池电压/电流信号进行预处理的信号预处理模块、与信号预处理模块电压/电流输出相连且与预设值比较的比较模块、与比较模块电压/电流输出相连的逻辑模块、以及与信号预处理模块电压/电流输出相连并与逻辑模块输入相连的控制模块。2.如权利要求1所述的一种电池过压过流保护系统，其特征在于:所述信号预处理模块包括动力电池、输入负端与动力电池正极相连而输入正端则与动力电池负极相连的电压运算放大器、与动力电池负极相连且与动力线回路相连的霍尔传感器、以及输入正端与霍尔传感器相连且输入负端与输出相连的电流运算放大器，其中电压运算放大器、电流运算放大器的输出均与控制模块相连。3.如权利要求1所述的一种电池过压过流保护系统，其特征在于:所述比较模块包括输入负端与电压运算放大器输出相连而输入正端与Vcc电源相连的电压比较器、和输入负端与电流运算放大器输出相连而输入正端与地相连的电流比较器。4.如权利要求1所述的一种电池过压过流保护系统，其特征在于:所述逻辑模块进行逻辑“与”的运算，其输入分别与电压比较器、电流比较器、控制模块的输出相连，而输出则控制动力线回路中继电器的动作。5.如权利要求1所述的一种电池过压过流保护系统，其特征在于:所述控制模块为单片机。
【专利摘要】本实用新型公开了一种电池过压过流保护系统，其包括：对动力电池电压/电流信号进行预处理的信号预处理模块、与信号预处理模块电压/电流输出相连且与预设值比较的比较模块、与比较模块电压/电流输出相连的逻辑模块、以及与信号预处理模块电压/电流输出相连并与逻辑模块输入相连的控制模块。本实用新型可将部分逻辑判断功能从软件系统中分离，能解决延时性问题和过压过流保护的可靠性问题，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，在未来电动汽车动力锂离子电池市场上会具有巨大的应用价值和商业前景。
【IPC分类】H02H7/18
【公开号】CN204696665
【申请号】CN201520428918
【发明人】王靖宇, 陈飞, 邓小嘉, 张陶玮, 钱广
【申请人】威睿电动汽车技术（苏州）有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月19日