一种可级联的动力电池组安全保护模块制造技术

保护可靠的一种可级联的动力电池组安全保护模块，包括级联控制器、保护控制单元、保护开关和动力电路开关；级联控制器含第一光电耦合器和第二光电耦合器；保护控制单元含监控信号输入端口、直流电输入端口、驱动电流输出端和保护信号输出端；级联控制器中第一光电耦合器的发光二极管正极与级联控制正级输入端相连，负极与第二光电耦合器中光敏三极管集电极相连，第二光电耦合器的光敏三极管发射极与级联控制负极输出端相连，第一光电耦合器中光敏三极管集电极与驱动电流输出端相连，发射极与动力电路开关的控制端相连，第二光电耦合器发光二极管正极与驱动电流输出端相连，负极与保护开关执行机构一端相连。本发明专利技术能保护动力电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电气控制技术，更具体地涉及一种可级联的动力电池组安全保护模块，属动力电池制造领域。
技术介绍
由于传统能源在使用过程中不可避免地会对环境造成影响，在环境污染日益严重的今天，迫使人们寻求环境友好的新能源技术。蓄电池在使用过程中不会对环境造成危害，而且可以重复使用，因此受到了广泛的关注。近几年来，随着锂离子电池技术的突破，以锂离子电池为代表的动力电池得到了大规模的应用，尤其在为保护环境国家大力推广新能源电动汽车的背景下，动力电池更是获得突飞猛进的发展。动力电池泛指能够通过放电给设备、器械、模型、车辆等驱动的蓄电池，其中以锂离子动力电池应用最为广泛。动力电池输出的电压高，电流大，如电动汽车用动力电池输出的电压在300V以上，额定容量更是高达上百安时，由于动力电池都需要高倍率放电，比如当1C放电时，输出的电流就达上百安培。我们知道，锂电池的单体电池一般标称电压为3.7V，额定容量为10Ah，显然只有将单体电池进行适当的串并联后，才能达到上述动力电池的输出性能。由于要进行串并联的单体电池数量太多了，一般的做法是先将若干个单体电池进行串并联后组成具有一定输出性能的电池模组，如75V/30Ah。然后再将电池模组进行串并联后组成动力电池组，如600V/300Ah。动力电池组与电池管理系统(BMS)相连后就组成一个动力电池系统，该动力电池系统可以用于驱动动力装备。如此众多的单体电池通过串并联组成的动力电池组，安全成为一个非常重要的因素，尤其是锂离子电池，其安全性更为突出。所有的动力电池系统都设置有相应的安全保护装置。在现有的技术中，如图1所示，一般在动力电池组的正极端和负极端分别安装一个保险丝F1和F2，并在动力电路中串接一个大电流继电器K1，大电流继电器K1根据BMS的指令来切断或导通动力电路。这样的安全保护装置存在非常大的安全隐患，主要表现在：1.用保险丝来实现短路保护，其缺点是保护动作电流具有很大的不确定性，与环境温度、散热结构及安装位置等紧密相关，如果选择电流偏大，在发生短路时可能导致线缆着火而保护动作并未执行；如果选择动作电流偏小，在高温季节动力装备启动时，很容易发生误动作而导致动力装备失去动力。再者，保险丝动作时间较长，一般为20～200毫秒，如此长时间的短路电流更容易导致电池内部部件如极板、隔膜等发生损坏，使电池容量、寿命及安全性大幅度降低。2.现有的动力电池系统保护装置仅能用于保护整个动力电池组，只有当动力电池组外部电路发生短路时，保险丝才能熔断而切断动力电路，而当动力电池组内部的电池模组发生短路时，则无法提供保护，因此存在着火、损坏整个动力电池组的安全隐患，保护非常不充分。3.在现有技术中，动力电池系统保护装置只用高压控制箱内的继电器来通断电路，在继电器动作时易产生电弧，且在继电器断开时电池组各端口依然输出直流高电压，而直流高电压的安全性极差，人员一旦触电伤亡率极高，导致动力电池组安装、维修困难，需要特别培训和特种工具才能实施，增加了运维成本和安全风险。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的是提供一种可级联的动力电池组安全保护模块，解决现有技术中动力电池系统中的保险丝保护性能差，保护不充分，不能对电池模组进行保护，采用继电器存在安全隐患的问题。为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案其特殊之处在于：所述安全保护模块包括：级联控制器、保护控制单元、保护开关和动力电路开关；所述级联控制器包括：第一光电耦合器和第二光电耦合器；所述保护控制单元包含：a.监控信号输入端口，用于接收来自动力电池模组的监控信号；b.直流电输入端口，用于与外部直流电源相连；c.驱动电流输出端，用于输出驱动电流驱动所述级联控制器和所述动力电路开关；d.保护信号输出端，当所述保护控制单元接收到的监控信号大于阈值时，所述保护信号输出端输出为高电平，用于驱动保护开关；在所述级联控制器中，所述第一光电耦合器中发光二极管的正极与所述安全保护模块的级联控制正级输入端口相连，所述第一光电耦合器发光二极管的负极与所述第二光电耦合器中光敏三极管的集电极相连，所述第二光电耦合器的光敏三极管发射极与所述安全保护模块的级联控制负极输出端口相连，所述第一光电耦合器中光敏三极管的集电极与所述驱动电流输出端相连，所述第一光电耦合器的光敏三极管发射极与所述动力电路开关的控制端相连，所述第二光电耦合器发光二极管正极与所述驱动电流输出端相连，所述第二光电耦合器的发光二极管负极与所述保护开关的执行机构的一端相连；所述保护开关其执行机构的一端与所述第二光电耦合器的发光二极管负极相连，保护开关执行机构的另一端接地，所述保护开关的控制端与所述保护信号输出端相连；所述保护开关为常闭型开关，当所述保护开关接收到来自所述保护信号输出端的高电平时，所述保护开关断开；所述动力电路开关其执行机构的一端与所述安全保护模块的大电流输入端口相连，动力电路开关执行机构的另一端与所述安全保护模块的大电流输出端口相连，所述动力电路开关的控制端与所述第一光电耦合器的光敏三极管发射极相连；所述动力电路开关为常开型开关，当所述动力电路开关的控制端接收到来自所述驱动电流输出端的驱动电流时，所述动力电路开关闭合。优选是：所述安全保护模块上的所述大电流输入端口与电池模组的正极相连构成动力电池包，所述动力电池包的负极端口为电池模组的负极端口，所述动力
电池包的正级端口为所述安全保护模块上的所述大电流输出端口；不同动力电池包之间连接为串联、并联或串并混联，所有安全保护模块上的级联控制器为串联，本级安全保护模块上的级联控制正极输入端口与上一级安全保护模块上的级联控制负极输出端口相连，本级安全保护模块上的级联控制负极输出端口与下一级安全保护模块上的级联控制正级输入端口相连；第一级安全保护模块的级联正极输入端口与最末级安全保护模块的级联控制负极输出端口与动力电池管理系统相连；电池模组内置监控信号传感器，所述监控信号传感器输出的监控信号与安全保护模块上的所述监控信号输入端口相连；当任意一级动力电池包的任一信号超过阈值时，所有动力电池包的安全保护模块都同时断开动力电路开关。所述监控信号包括电流、电压、温度、压力和绝缘损坏中的一种或多种。所述保护开关为电子继电器或晶闸管。所述动力电路开关为大电流继电器、高能继电器或大功率电子开关。所述动力电路开关至少由两个大功率电子开关并联而成。所述安全保护模块用于动力电池模组的串联、并联或混联。所述电压信号包括过电压信号和欠电压信号。所述大功率电子开关包括大功率MOSFET、大功率双极晶体管、IGBT及其模组构成的半导体快速电子开关。由此可见，本专利技术的有益效果包括：1.本专利技术具有多点联动级联保护功能，保护动作速度快、精度高、触发源多和方式灵活的优点；2.本专利技术不但可以对整个动力电池组进行保护，还可以对任何一个电池模组进行保护；3.本专利技术可以对多个信号进行同时监控，包括过电流、过电压、欠电压、过热、过压力和绝缘损坏，任何一个电池模组的任何一个信号超过保护阈值，都可以触发全局保护，动力电池组得到充分的保护；4.本专利技术的保护动作时间大大缩短，使故障电流维持时间极短，对电池
的损伤更小，整体安全性大大高于现有技术。附图说明图1是现有技术中动力电池系统中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可级联的动力电池组安全保护模块，其特征在于，所述安全保护模块包括：级联控制器、保护控制单元、保护开关和动力电路开关；所述级联控制器包括：第一光电耦合器和第二光电耦合器；所述保护控制单元包含：a.监控信号输入端口，用于接收来自动力电池模组的监控信号；b.直流电输入端口，用于与外部直流电源相连；c.驱动电流输出端，用于输出驱动电流驱动所述级联控制器和所述动力电路开关；d.保护信号输出端，当所述保护控制单元接收到的监控信号大于阈值时，所述保护信号输出端输出为高电平，用于驱动保护开关；在所述级联控制器中，所述第一光电耦合器中发光二极管的正极与所述安全保护模块的级联控制正级输入端口相连，该发光二极管的负极与所述第二光电耦合器中光敏三极管的集电极相连，所述第二光电耦合器的光敏三极管发射极与所述安全保护模块的级联控制负极输出端口相连，所述第一光电耦合器中光敏三极管的集电极与所述驱动电流输出端相连，所述第一光电耦合器的光敏三极管发射极与所述动力电路开关的控制端相连，所述第二光电耦合器发光二极管正极与所述驱动电流输出端相连，所述第二光电耦合器的发光二极管负极与所述保护开关的执行机构的一端相连；所述保护开关其执行机构的一端与所述第二光电耦合器的发光二极管负极相连，保护开关执行机构的另一端接地，所述保护开关的控制端与所述保护信号输出端相连；所述保护开关为常闭型开关，当所述保护开关接收到来自所述保护信号输出端的高电平时，该保护开关断开；所述动力电路开关其执行机构的一端与所述安全保护模块的大电流输入端口相连，该动力电路开关执行机构的另一端与所述安全保护模块的大电流输出端口相连，动力电路开关的控制端与所述第一光电耦合器的光敏三极管发射极相连；所述动力电路开关为常开型开关，当所述动力电路开关的控制端接收到来自所述驱动电流输出端的驱动电流时，该动力电路开关闭合。...

【技术特征摘要】
1.一种可级联的动力电池组安全保护模块，其特征在于，所述安全保护模块包括：级联控制器、保护控制单元、保护开关和动力电路开关；所述级联控制器包括：第一光电耦合器和第二光电耦合器；所述保护控制单元包含：a.监控信号输入端口，用于接收来自动力电池模组的监控信号；b.直流电输入端口，用于与外部直流电源相连；c.驱动电流输出端，用于输出驱动电流驱动所述级联控制器和所述动力电路开关；d.保护信号输出端，当所述保护控制单元接收到的监控信号大于阈值时，所述保护信号输出端输出为高电平，用于驱动保护开关；在所述级联控制器中，所述第一光电耦合器中发光二极管的正极与所述安全保护模块的级联控制正级输入端口相连，该发光二极管的负极与所述第二光电耦合器中光敏三极管的集电极相连，所述第二光电耦合器的光敏三极管发射极与所述安全保护模块的级联控制负极输出端口相连，所述第一光电耦合器中光敏三极管的集电极与所述驱动电流输出端相连，所述第一光电耦合器的光敏三极管发射极与所述动力电路开关的控制端相连，所述第二光电耦合器发光二极管正极与所述驱动电流输出端相连，所述第二光电耦合器的发光二极管负极与所述保护开关的执行机构的一端相连；所述保护开关其执行机构的一端与所述第二光电耦合器的发光二极管负极相连，保护开关执行机构的另一端接地，所述保护开关的控制端与所述保护信号输出端相连；所述保护开关为常闭型开关，当所述保护开关接收到来自所述保护信号输出端的高电平时，该保护开关断开；所述动力电路开关其执行机构的一端与所述安全保护模块的大电流输入端口相连，该动力电路开关执行机构的另一端与所述安全保护模块的大电流输出端口相连，动力电路开关的控制端与所述第一光电耦合器的光敏三极管发射极相连；所述动力电路开关为常开型开关，当所述动力电路开关的控制端接收到来自所述驱动电流输出端的驱动电流时，该动力...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡淼龙，
申请(专利权)人：浙江安美科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33