一种集成大电流二次保护模组的制作方法

本发明涉及一种集成大电流二次保护模组，属于电池安全防护领域，首次采用大电流集成方式在电源中使用。

背景技术：

1、随着电池电源的发展，大电流电池组在各个领域的应用也越来越广泛，电动车，电摩、agv、高尔夫球车、物流车、叉车、储能等设备中应用。对电池组的安全性要求也越来越高.因此在设计过程中要考虑使用更多级的二级保护来提高电池的安全性。

2、目前大电流电池组的多级保护电路设计，行业内一般采用一级保护配合普通保险丝作二级保护的常规设计来实现，还有就是通过专用的二级保护芯片，由于二级保护选型限制，二级保护的电压及延迟时间只能选择固定值，设计有很大的局限性，同时不能作为大电流二次保护的方案。参数的不同电池会产生过充情况，存在极大的安全风险。电池组作为动力方便和环保，使用越来越普及。但随着动力电池及组合电池在日常工作生活的广泛应用，安全就显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明目的在于：提供一种集成大电流二次保护模组，通过优化设计，减少客户的应用限制，在高低电源侧都可以方便使用，更提供了温度、总压、外部中断控制等功能，而且集成后的模组，在已有的电池组上也可方便添加，提高电池管理系统的安全可靠性。

2、本发明目的通过下述方案实现：一种集成大电流二次保护模组，包括微控制器电路、保险丝熔断驱动电路、高侧端供电电源转换电路、低侧端供电电源转换电路、三端保险丝集合、报警驱动电路,其中，所述的微控制器电路与高侧端供电电源转换电路、低侧端供电电源转换电路、保险丝熔断驱动电路连接；所述的保险丝熔断驱动电路与三端保险丝集合、报警驱动电路、低侧端供电电源转换电路连接；所述大电流二次保护模组将微控制器电路、保险丝熔断驱动电路、高侧端供电电源转换电路、低侧端供电电源转换电路、三端保险丝集合、报警驱动电路集成在一起，模块通过专用引脚与电池组连接。

3、进一步的，所述微控制器电路，与ini引脚连接；所述微控制器电路，与rt1、rt2以及gnd引脚连接；所述高侧端供电电源转换电路，与微控制器电路、in引脚以及三端保险丝集合连接；所述低侧端供电电源转换电路，与lin引脚、微控制器电路以及保险丝熔断驱动电路连接；所述保险丝熔断驱动电路，与微控制器电路、低侧端供电电源转换电路、三端保险丝集合以及报警驱动电路连接；所述三端保险丝集合，与in引脚、out引脚、保险丝熔断驱动电路以及高侧端供电电源转换电路连接；所述报警驱动电路，与保险丝熔断驱动电路以及lout引脚连接。

4、本发明提供了一种集成大电流二次保护模组，模组提供电压、温度、外部中断、外部输出指示等功能。模组提供了两路温度检测，一路外部中断，一路故障输出指示。对于温度的定义以及电压的阈值的修改，可以通过中端口、以及两路温度端口，以通讯的方式来修改，便于不同的客户修改不同的参数，实现了对电池组的安全防护。当电池电压、温度出现故障时，微控制器电路输出保护信号至保险丝熔断驱动电路，保险丝熔断驱动电路处理信号并触发三端保险丝集合动作，三端保险丝集合内部加热熔断主回路，触发充放电保护。

5、在上述方案基础上,所述的微控制器电路与保险丝熔断驱动电路、高侧端供电电源转换电路、低侧端供电电源转换电路连接，实现电压检测、温度检侧、外部中断控制、故障控制信号输出等功能；所述的保险丝熔断驱动电路与微控制器电路、低侧端供电电源转换电路、报警驱动电路以及三端保险丝集合连接，实现故障信号延时处理并输出驱动信号至三端保险丝集合和报警驱动电路；所述的低侧端供电电源转换电路与微控制器电路、保险丝熔断驱动电路连接，实现微控制器电路、保险丝熔断驱动电路的供电；所述的高侧端供电电源转换电路与微控制器电路、三端保险丝集合连接，实现微控制器电路、三端保险丝集合的供电；所述的报警驱动电路与保险丝熔断驱动电路连接，实现故障信号对外输出，作为故障指示用途；所述的微控制器电路与ini端口、rt1端口、rt2端口、gnd端口连接，实现温度检测、温度和电压不同阈值修改、外部中断信号控制。

6、进一步的，通过微控制器电路与高侧端供电电源转换电路、低侧端供电电源转换电路连接设计，实现模组高侧或低侧都可以给微控制器电路以及保险丝熔断驱动电路供电。

7、本发明原理是：由微控制器电路对ini端口、rt1端口、rt2端口、以及高侧端供电电源转换电路和低侧端供电电源转换电路提供的温度、电压进行采样检测处理，根据预设保护阈值判读输出故障控制信号，信号输出至保险丝熔断驱动电路，保险丝熔断驱动电路对信号进行延时处理，延时时间根据需要可预设，延时信号输出至三端保险丝集合，触发三端保险丝集合熔断动作，电池组主回路断开，电池组与外界断开，不能进行充放电，安全保护电池组；延时信号输出至同时输出至报警驱动电路，报警驱动电路具有隔离输出功能，信号输出至lout端口，lout端口可外接led、蜂鸣器等报警装置。

8、本发明的集成大电流二次保护模组，可在各类电池以及电池组中使用。

9、在上述方案基础上，所述的一种集成大电流二次保护模组，不限定在二次保护应用，也可在已有的二次保护系统外部再次安装配置。

10、所述的微控制器电路，包括mcu电路，稳压电路以及esd浪涌保护电路。

11、在上述方案基础上,所述三端保险丝集合，使用多颗大电流三端保险丝并联。

12、所述电低侧端供电电源转换电路，包括电压稳压电路，高低压转换电路、浪涌保护电路。

13、所述电高侧端供电电源转换电路，包括电压稳压电路，高低压转换电路、浪涌保护电路。

14、所述电高侧端供电电源转换电路，安装在电池组的正端，并为微控制器电路提供电源，此时低侧端供电电源转换电路处于截止状态。

15、所述电低侧端供电电源转换电路，安装在电池组的负端，并为微控制器电路提供电源，此时高侧端供电电源转换电路处于截止状态；可以根据市场需求调整监测电压、温度等参数，同时也可对应调整延迟时间和恢复时间。

16、本发明实现了电池组的双重安全防护，系统采模块化设计，根据客户的实际需求可方便地进行组合设计，节省成本,方便操作人员组装，以维修更换。

技术特征：

1.一种集成大电流二次保护模组，包括微控制器电路、保险丝熔断驱动电路、高侧端供电电源转换电路、低侧端供电电源转换电路、三端保险丝集合、报警驱动电路,其特征在于，

2.根据权利要求1所述的集成大电流二次保护模组，其特征在于，所述微控制器电路，与ini引脚连接，外部中断ini 可以干预微控制器电路；所述微控制器电路，与rt1、rt2以及gnd引脚连接；

3.根据权利要求1或2所述的的集成大电流二次保护模组，其特征在于由微控制器电路、保险丝熔断驱动电路、高侧端供电电源转换电路、低侧端供电电源转换电路、三端保险丝集合、报警驱动电路搭建的大电流二次保护电路集成（9）位于中间，通过铜带或附钢基板（7）进行电流的传输，基板二侧的固定孔（15）和垫片（8）配合，用于固定in端子和out端子，in端子和out端子连接电池组的b+和p＋或b－和p－；9位于中间位置，连接端子在前面或背面。

4.根据权利要求3所述的的集成大电流二次保护模组，其特征在于，ini端子、rt1端子、rt2端子、lin端子、lout端子、gnd端子既可以使用焊盘的形式连接在基板上，或使用连接器的方式体现在基板（7）上。

5.根据权利要求1或2所述的集成大电流二次保护模组，其特征在于：所述微控制器电路1提供电压、温度检测，包括温度检测电路（13）、mcu（11）、参考极稳压电路（14）、高电压检测电路（12），所述的温度检测电路（13）连接到rt1端口和rt2端口，实现电池温度的检测和充放电端口温度的检测，保护电池组过温和保护端口连接器因接触不良导致连接器高温融化粘连；高电压检测电路（12）连接到power－d端口，实现对电池电压的监控，保护电池组充电过压；参考及稳压电路（14）连接到3.3/5v端口，为微控制器电路供电。

6.根据权利要求1或2所述的集成大电流二次保护模组，其特征在于：所述微控制器电路（1）在处理高侧端供电电源转换电路（2）和低侧端供电电源转换电路（4）信号后，提供驱动信号给保险丝熔断驱动电路（3）；或者，所述微控制器电路（1）处理外部端口ini、rt1、rt2信号后，提供驱动信号给保险丝熔断驱动电路（3）。

7.根据权利要求6所述的集成大电流二次保护模组，其特征在于：所述的保险丝熔断驱动电路，包括大电流开关mosfet q2～qn、q5～q6n，n表示使用的mosfet数，使用to－252封装的mosfet需要8颗，n就等于8，使用to－263封装的mosfet就需要4颗，n就等于4；电路中，mosfet管q1、q3、q4为信号开关电路；瞬态二极管tvs1～tvs6为了保护开关管，防止浪涌冲击；由d8、tvs1、c1、r1、q1、r3、r15、tvs2、c2、r2、d5、q2～qn组成低侧供电保险丝熔断驱动电路；由d9、tvs3、c4、r4、q3、tvs4、r6、c3、r5、d6、q4、r7、tvs6、c5、r8、q5～q6n、tvs5组成高侧供电保险丝熔断驱动电路；二极管d8和d9的输入端连接到微控制器电路的mcu，q2～qn的漏极（drain极）连接至lin端子，q2～qn的源极（source极）连接至drv－1端子；q4的drain极连接到in端子，q4的source极连接到drv－2a端子，q5～q6n的drain极连接至drv－2端子，q5～q6n的source极连接至gnd端子；在驱动电路接收到信号，q2～qn导通，电流输出至drv－1端子，驱动保险丝熔断；在驱动电路接收到信号，q5～q6n导通，q5～q6n的source极连接至gnd端子，q5～q6n的drain极连接至drv－2端子驱动保险丝熔断。

8.根据权利要求7所述的一种集成大电流二次保护模组，其特征在于：所述保险丝熔断驱动电路（3）在接收到微控制器电路（1）信号后进行延时处理，延时后驱动三端保险丝集合（5）熔断；或者，所述保险丝熔断驱动电路（3）在接收到微控制器电路（1）信号后进行延时处理，延时后触发报警驱动电路（6）。

9.根据权利要求6所述的集成大电流二次保护模组，其特征在于：高侧端供电电源转换电路及低侧端供电电源转换电路，该电路通过d10、d3、ptc1、tvs11、u3、c6、r10、d1、q8、d2、tvs7、c7、r9、q7、tvs8、r11、r12、r13、d4、c8、q9、tvs9、u1、c10、l1、c11、c12、d7组成高侧端供电电源转换电路及低侧端供电电源转换电路，以满足客户任意在高低侧安装二次保护模块，安装在低侧时通过lin端子并经过d10向电路供电，安装在高侧是通过in端子并经过d3向电路供电，d10和d3起到防反接保护的作用；电路中power－d为微控制器电路提供高压，用于电压检测；电路3.3/5v端子为微控制器电路1提供工作电源。

10.根据权利要求1或2所述的一种集成大电流二次保护模组，其特征在于：所述报警驱动电路（6）在接收到保险丝熔断驱动电路（3）信号后，输出高／低电平型号至外部端口lout。

11.根据权利要求10所述的一种集成大电流二次保护模组，其特征在于：所述的报警驱动电路，在接收到保险丝熔断驱动电路的drv－1或drv－2a信号后，通过光电隔离芯片u2实现报警信号输出，输出至lout端子。

12.根据权利要求1或2所述的一种集成大电流二次保护模组，其特征在于：三端保险丝集合电路，包括f1、f2～fn、d1、d2、d3、d4、dn、dn＋1，保险丝根据负载电流及其峰值电流来决定，通过并联的方式达到扩展电流的目的，其中，d1、d3、dn的阴极（cathode）连接到drv－2端口，端口提供高侧驱动电流；d2、d4、dn＋1的阳极（anode）连接到drv－1，drv－1提供低侧驱动电流；f1、f2、fn的2脚连接至in端子，f1、f2、fn的1脚连接至out端子，在接收到drv－2和drv－1信号后f1、f2、fn熔断，in端子与out端子断开连接，达到保护电池组的目的。

13.根据权利要求1或2所述的一种集成大电流二次保护模组，其特征在于：采用双程序控制，包括主程序和自检监测程序，其中，主程序流程依序为：系统进行初始化，初始化完成后，判断是否有外部中断，外部中断优先，程序开始和定时器中断判断是或否，如果否，重复判断；如果是，开始循环并判断发生时间，检测是否有溢出情况，如果否，重复判断，如果是开始顺序检测电压检测、温度1检测、温度2检测、温度2检测后阈值内返回测量电压前并开始循环。

14.根据权利要求13所述的一种集成大电流二次保护模组，其特征在于：所述的自检监测程序，从自检开始，顺序为：电压检测、中断检测、pc寄存器检测、ram检测、adc输入检测，如无精度偏移，完成自检。

技术总结
本发明涉及一种集成大电流二次保护模组，包括微控制器电路、保险丝熔断驱动电路、高侧端供电电源转换电路、低侧端供电电源转换电路、三端保险丝集合、报警驱动电路,所述的微控制器电路与高侧端供电电源转换电路、低侧端供电电源转换电路、保险丝熔断驱动电路连接；所述的保险丝熔断驱动电路与三端保险丝集合、报警驱动电路、低侧端供电电源转换电路连接；所述大电流二次保护模组将微控制器电路、保险丝熔断驱动电路、高侧端供电电源转换电路、低侧端供电电源转换电路、三端保险丝集合、报警驱动电路集成在一起，模块通过专用引脚与电池组连接。本发明实现了电池组的大电流二次保护，设计实现了模块化，具有结构简单，安全性高的优点。

技术研发人员：毛卫清,马东战,罗君,沈海波
受保护的技术使用者：上海维安电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12