一种具有多重保护的电源管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有多重保护的电源管理系统，包括：电池组；电流采集模块、电压采集模块、保险模块、开关模块、二次保护模块、温度采集模块、单节电压采集模块、前端模块以及主控模块，通过实现防止过充、过放、过流、短路以及高温充放电的保护功能，使得锂电池在充放电过程中不会出现过充电、过放电的状态，保护电池的使用寿命，保护锂电池组处于良好的运行工作状态；通过实现的防止过流、短路保护以及高温充放电的保护功能，保护锂电池组在使用过程中出现异常时，及时进行阻止，避免异常的进一步严重，从而实现使用的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多重保护的电源管理系统
本专利技术涉及BMS(BatteryManagementSystem，电池管理系统)
，特别是涉及一种船用锂电池的具有多重保护的电源管理系统。
技术介绍
传统的船用电池一般采用铅酸蓄电池，为船舶提供动力、照明、通信、信号和应急电源使用，然而，这种铅酸蓄电池存在如下缺点：安全性能上，使用过程总有爆炸隐患；环保性能上，这种铅酸蓄电池由于含铅，对人体有害；智能性能上，需要依据充电器的智能程度；循环寿命方面，一般300-350次循环使用，使用寿命较短；充放电效率方面，仅约为80％，而且还有记忆效应，充电时间长，相对锂电池而言能量密度低。锂离子电池由于其工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等优点，已成为21世纪发展的理想能源。随着锂电池行业的发展，大型锂电池组也逐渐扩展，逐步被应用于电动车、电动船等各类动力驱动领域，但在现有技术中，锂电池在使用过程中仍会存在一些问题，例如过充、过放、过流、短路以及高温时充放电等，虽然目前也有技术可能会解决其中的一种或部分问题，但尚没有能够提供多重保护以解决所有问题的技术，因此，需要对锂电池组提供多重保护，以使锂电池在使用过程中有更长久的循环使用寿命、使用更安全。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之目的在于提供一种具有多重保护的电源管理系统，以避免锂电池在使用过程中过充、过放、过流、短路以及高温时充放电，从而使得锂电池在使用过程中有更长久的循环使用寿命，使用更安全。为达上述及其它目的，本专利技术提出一种具有多重保护的电源管理系统，包括：由多个单节电池串联组成的电池组；电流采集模块，串联在电源主回路上形成较低电压压降并将经过隔离保护和滤波后的电压压降传输至前端模块的电流测量输入端(RS1、RS2)；电压采集模块,用于将滤除纹波的所述电池组电压安全可靠传输至前端模块；保险模块，用于串联于所述电池组正极主输出通路以在主控模块或前端模块工作异常或开关模块的NMOS开关管异常而不能正常动作时在二次保护模块的保险控制输出端(FV1)的控制下开启或关闭电流通路；开关模块，用于在前端模块输出的第一和第二开关控制信号的控制下通过开启或关闭NMOS开关管来开启或关闭电流通路；二次保护模块，用于通过对所述电池组的每一个单节电池进行电压和电流采集以在主控模块和前端模块失效时给予所述电池组额外保护；温度采集模块，用于对所述电池组和所述开关模块的NMOS开关管的温度进行监控并将测量电压传输至前端模块进行数字化，以在主控模块的控制下与预设温度曲线进行比较以防止所述电池组和NMOS开关管温度过高或过低；单节电压采集模块，用于对所述电池组的单节电池的电压进行采样并输出至前端模块；前端模块，用于将所述电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块以及单节电压采集模块的模拟输出数字化并传输至主控模块，并输出第一和第二开关控制信号至所述开关模块；主控模块，用于接收所述前端模块数字化的电压、电流、温度数据以实现过流、过压、欠压保护并防止温度过高或过低。优选地，所述电流采集模块包括第一至第四采样电阻(R90-R93)、第一至第三电流测量滤波电容(C32-C34)以及第一、第二保护隔离电阻(R87、R98)，所述第一至第四采样电阻(R90-R93)并联后串联在控制板负极回路上，利用电流流经采样电阻形成电压降进行电流采样，测量4个采样电阻两端电压值，第一、第二保护隔离电阻(R87、R98)分别串联到测量线路上，第一至第三电流测量滤波电容(C32-C34)并联在测量电路两端和地之间实现滤波以稳定测量电压值，滤波后的两路测量电压(RS1、RS2)连接至所述前端模块的前端芯片的电流采样输入端(RS1、RS2)。优选地，所述第一至第四采样电阻(R90-R93)采用的是高精度低阻值的贴片电阻。优选地，所述电压采集模块采集时通过两个限流电阻串联保护二极管进行保护，并通过将两个滤波电容串联起来实现分压和滤波，以稳定地测量当前电池的两端电压值。优选地，所述电压采集模块包括第一限流电阻(R109)、第二限流电阻(R108)、保护二极管(D32)和第一、第二滤波电容(C56、C57)，所述第一限流电阻(R109)的一端连接至所述电池组的正极B+，其另一端连接所述保护二极管(D32)的阳极和第一滤波电容(C56)的一端，所述保护二极管(D32)的阴极连接至第二限流电阻(R108)的一端，第二限流电阻(R108)的另一端连接至所述前端模块的电压采集输入端，所述第一滤波电容(C56)的另一端连接至第二滤波电容(C57)的一端，所述第二滤波电容(C57)的另一端接地。优选地，所述保险模块由四个三端保险丝并联组成，四个三端保险丝的一端连接所述电池组的正极B+，四个三端保险丝的另一端接控制板的正极P+，四个三端保险丝的控制端连接至所述二次保护模块的保险控制输出端FV1，并联的四个三端保险丝串联在控制板正极主输出电路中。优选地，所述开关模块包括第一并联子开关阵串联第二并联子开关阵，所述第一并联子开关阵包括偏置电阻(R4-R12)以及第二至第十NMOS开关管(Q2-Q10)，第二并联子开关阵包括偏置电阻(R26-R34)、以及第十二至第二十NMOS开关管(Q12-Q20)组成，所述第一开关控制信号(P3)通过偏置电阻(R4-R12)分别连接至第二至第十NMOS开关管(Q2-Q10)的栅极，第二开关控制信号(P4)通过偏置电阻(R26-R34)分别连接至第十二至第二十NMOS开关管(Q12-Q20)的栅极，控制板负极P-连接至第二至第十NMOS开关管(Q2-Q10)的漏极，第二至第十NMOS开关管(Q2-Q10)的源极连接至第十二至第二十NMOS开关管(Q12-Q20)的漏极，第十二至第二十NMOS开关管(Q12-Q20)的源极相连组成所述开关模块的输出负极P2。优选地，所述二次保护模块包括二次保护专用芯片(U3)、若干隔离电阻(R61-R68)、第三限流电阻(R60)、第四限流电阻(R69)、若干滤波电容(C17-C26)、第一偏置电阻(R42)、NMOS偏置管(Q23)、保护二极管(D11)、第二偏置电阻(R38)、第三偏置电阻(R39)、滤波电容(C7)和保险丝驱动开关管(Q21)，所述电池组的各单节电池的正极(B8-B1)分别通过隔离电阻(R61-R68)连接至所述二次保护专用芯片(U3)的输入端VC1-VC8，滤波电容(C19、C20、C21、C22)跨接在VC1与VC2、VC2与VC3、VC3与VC4、VC4与B4间，滤波电容(C23、C24、C25、C26)跨接在VC5与VC6、VC6与VC7、VC7与VC8、VC8与地间，B8通过第三限流电阻(R60)连接至所述二次保护专用芯片(U3)的第一电源输入端VDD1，B4通过第四限流电阻(R69)连接至二次保护专用芯片(U3)的第二电源输入端VDD，滤波电容(C18)跨接在二次保护专用芯片(U3)的第一电源输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多重保护的电源管理系统，包括：/n由多个单节电池串联组成的电池组；/n电流采集模块，串联在电源主回路上形成较低电压压降并将经过隔离保护和滤波后的电压压降传输至前端模块的电流测量输入端(RS1、RS2)；/n电压采集模块,用于将滤除纹波的所述电池组电压安全可靠传输至前端模块；/n保险模块，用于串联于所述电池组正极主输出通路以在主控模块或前端模块工作异常或开关模块的NMOS开关管异常而不能正常动作时在二次保护模块的保险控制输出端(FV1)的控制下开启或关闭电流通路；/n开关模块，用于在前端模块输出的第一和第二开关控制信号的控制下通过开启或关闭NMOS开关管来开启或关闭电流通路；/n二次保护模块，用于通过对所述电池组的每一个单节电池进行电压和电流采集以在主控模块和前端模块失效时给予所述电池组额外保护；/n温度采集模块，用于对所述电池组和所述开关模块的NMOS开关管的温度进行监控并将测量电压传输至前端模块进行数字化，以在主控模块的控制下与预设温度曲线进行比较以防止所述电池组和NMOS开关管温度过高或过低；/n单节电压采集模块，用于对所述电池组的单节电池的电压进行采样并输出至前端模块；/n前端模块，用于将所述电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块以及单节电压采集模块的模拟输出数字化并传输至主控模块，并输出第一和第二开关控制信号至所述开关模块；/n主控模块，用于接收所述前端模块数字化的电压、电流、温度数据以实现过流、过压、欠压保护并防止温度过高或过低。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有多重保护的电源管理系统，包括：
由多个单节电池串联组成的电池组；
电流采集模块，串联在电源主回路上形成较低电压压降并将经过隔离保护和滤波后的电压压降传输至前端模块的电流测量输入端(RS1、RS2)；
电压采集模块,用于将滤除纹波的所述电池组电压安全可靠传输至前端模块；
保险模块，用于串联于所述电池组正极主输出通路以在主控模块或前端模块工作异常或开关模块的NMOS开关管异常而不能正常动作时在二次保护模块的保险控制输出端(FV1)的控制下开启或关闭电流通路；
开关模块，用于在前端模块输出的第一和第二开关控制信号的控制下通过开启或关闭NMOS开关管来开启或关闭电流通路；
二次保护模块，用于通过对所述电池组的每一个单节电池进行电压和电流采集以在主控模块和前端模块失效时给予所述电池组额外保护；
温度采集模块，用于对所述电池组和所述开关模块的NMOS开关管的温度进行监控并将测量电压传输至前端模块进行数字化，以在主控模块的控制下与预设温度曲线进行比较以防止所述电池组和NMOS开关管温度过高或过低；
单节电压采集模块，用于对所述电池组的单节电池的电压进行采样并输出至前端模块；
前端模块，用于将所述电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块以及单节电压采集模块的模拟输出数字化并传输至主控模块，并输出第一和第二开关控制信号至所述开关模块；
主控模块，用于接收所述前端模块数字化的电压、电流、温度数据以实现过流、过压、欠压保护并防止温度过高或过低。


2.如权利要求1所述的一种具有多重保护的电源管理系统，其特征在于：所述电流采集模块包括第一至第四采样电阻(R90-R93)、第一至第三电流测量滤波电容(C32-C34)以及第一、第二保护隔离电阻(R87、R98)，所述第一至第四采样电阻(R90-R93)并联后串联在控制板负极回路上，利用电流流经采样电阻形成电压降进行电流采样，测量4个采样电阻两端电压值，第一、第二保护隔离电阻(R87、R98)分别串联到测量线路上，第一至第三电流测量滤波电容(C32-C34)并联在测量电路两端和地之间实现滤波以稳定测量电压值，滤波后的两路测量电压(RS1、RS2)连接至所述前端模块的前端芯片的电流采样输入端(RS1、RS2)。


3.如权利要求2所述的一种具有多重保护的电源管理系统，其特征在于：所述第一至第四采样电阻(R90-R93)采用高精度低阻值的贴片电阻。


4.如权利要求2所述的一种具有多重保护的电源管理系统，其特征在于：所述电压采集模块采集时通过两个限流电阻串联保护二极管进行保护，并通过将两个滤波电容串联起来实现分压和滤波，以稳定地测量当前电池的两端电压值。


5.如权利要求4所述的一种具有多重保护的电源管理系统，其特征在于：所述电压采集模块包括第一限流电阻(R109)、第二限流电阻(R108)、保护二极管(D32)和第一、第二滤波电容(C56、C57)，所述第一限流电阻(R109)的一端连接至所述电池组的正极B+，其另一端连接所述保护二极管(D32)的阳极和第一滤波电容(C56)的一端，所述保护二极管(D32)的阴极连接至第二限流电阻(R108)的一端，第二限流电阻(R108)的另一端连接至所述前端模块的电压采集输入端，所述第一滤波电容(C56)的另一端连接至第二滤波电容(C57)的一端，所述第二滤波电容(C57)的另一端接地。


6.如权利要求5所述的一种具有多重保护的电源管理系统，其特征在于：所述保险模块由四个三端保险丝并联组成，四个三端保险丝的一端连接所述电池组的正极B+，四个三端保险丝的另一端接控制板的正极P+，四个三端保险丝的控制端连接至所述二次保护模块的保险控制输出端FV1，并联的四个三端保险丝串联在控制板正极主输出电路中。


7.如权利要求6所述的一种具有多重保护的电源管理系统，其特征在于：所述开关模块包括第一并联子开关阵串联第二并联子开关阵，所述第一并联子开关阵包括偏置电阻(R4-R12)以及第二至第十NMOS开关管(Q2-Q10)，第二并联子开关阵包括偏置电阻(R26-R34)、以及第十二至第二十NMOS开关管(Q12-Q20)组成，所述第一开关控制信号(P3)通过偏置电阻(R4-R12)分别连...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青山，周德维，许阳，温扬久，傅伟伟，
申请(专利权)人：宁波新舜信息科技有限公司，宁波青桐智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33