CN105490327A - 一种锂电池组三层保护系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池组三层保护系统及其控制方法。该系统包括电池管理控制模块、单体电池电压采集接口、第一控制器、第二控制器、开关模块、三端保险丝、电解液气体传感器和报警模块，所述三端保险丝、锂电池组、开关模块和负载串联成一个回路，所述锂电池组内的单体电池通过单体电池电压采集接口与电池管理控制模块电连接，所述第一控制器分别与电池管理控制模块和报警模块电连接，所述第二控制器分别与三端保险丝的控制端和电解液气体传感器电连接，所述开关模块的控制端与电池管理控制模块、第一控制器和第二控制器电连接。本发明通过三层保护措施保护锂电池组，保护及时有效，减少误判情况的发生。

Description

一种锂电池组三层保护系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池组三层保护系统及其控制方法。

背景技术

由于不可再生能源危机和环境污染严重，全球加速了绿色环保高性能锂电池的发展，锂电池的应用领域由数码产品领域延伸到交通动力、储能、航天、通信备用电源等领域。锂电池从低电压、小电流在向高电压、大功率等应用领域发展。对于锂电池的管理系统要求也就不断在提高，要求在大功率使用锂电池的条件下电池管理系统能够稳定的管理电池组模块，使其可控而不会发生起火等安全事故。

目前在锂电池组上采用的保护系统主要是通过一个电源管理IC采集个电池单体电压而输出控制信号，依靠单一的电压信号有可能使保护系统控制出现漏洞，比如锂电池组过充过放引起的电解液泄露，无法输出保护报警等信号。

发明内容

本发明的目的是克服现有锂电池组保护系统依靠单一的电压信号保护锂电池组，容易出现保护不及时或误判的技术问题，提供了一种锂电池组三层保护系统及其控制方法，其通过三层保护措施保护锂电池组，保护及时有效，减少误判情况的发生。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种锂电池组三层保护系统，包括电池管理控制模块、单体电池电压采集接口、第一控制器、第二控制器、开关模块、三端保险丝、电解液气体传感器和报警模块，所述三端保险丝、锂电池组、开关模块和负载串联成一个回路，所述锂电池组内的单体电池通过单体电池电压采集接口与电池管理控制模块电连接，所述第一控制器分别与电池管理控制模块和报警模块电连接，所述第二控制器分别与三端保险丝的控制端和电解液气体传感器电连接，所述开关模块的控制端与电池管理控制模块、第一控制器和第二控制器电连接。

在本技术方案中，电池管理控制模块采集每个单体电池的电压，并将这些电压数据发送到第一控制器，第二控制器通过电解液气体传感器检测锂电池组内是否有锂电池电解液挥发气体。

当有1个或1个以上单体电池的电压大于上限值K1或低于下限值K2时，电池管理控制模块控制开关模块断开，锂电池组停止充放电，防止锂电池组过充或过放；当有1个或1个以上单体电池的电压大于上限值K3或低于下限值K4时，K3＞K1，K4＜K2，第一控制器控制开关模块断开，锂电池组停止充放电，同时控制报警模块发出报警；当电解液气体传感器检测到锂电池电解液挥发气体时，第二控制器控制开关模块断开，同时输出电流到三端保险丝的控制端，使得三端保险丝熔断，防止锂电池组因过充过放引起的电解液泄露。如果充放电MOS保护失效，由于第二控制器输出电流强制烧坏三端保险丝，阻止电池持续输入或输出，可防止锂电池组过放等引发安全事故。

作为优选，所述一种锂电池组三层保护系统还包括用于检测锂电池组温度的温度传感器，所述温度传感器与第二控制器电连接。当温度传感器检测到的温度值超过设定值时，第二控制器控制开关模块断开，同时输出电流到三端保险丝的控制端，使得三端保险丝熔断，防止锂电池组因过充过放引起的温度过高。

作为优选，所述一种锂电池组三层保护系统还包括设置在锂电池组内单体电池与电池壳之间的压力传感器，所述压力传感器与第二控制器电连接。当压力传感器检测到的压力值超过设定值时，第二控制器控制开关模块断开，同时输出电流到三端保险丝的控制端，使得三端保险丝熔断，防止锂电池组因过充过放引起的胀气膨胀鼓包。

作为优选，所述报警模块包括指示灯和蜂鸣器，所述指示灯和蜂鸣器分别与第一控制器电连接。

作为优选，所述开关模块包括第一N-MOS管和第二N-MOS管，所述锂电池组的正极通过三端保险丝与负载正极电连接，所述锂电池组的负极一端与第一N-MOS管的S极电连接，第一N-MOS管的D极与第二N-MOS管的D极电连接，第二N-MOS管的S极与负载负极电连接，所述电池管理控制模块分别与第一N-MOS管的G极和第二N-MOS管的G极电连接，所述第一控制器分别与第一N-MOS管的G极和第二N-MOS管的G极电连接，所述第二控制器分别与第一N-MOS管的G极和第二N-MOS管的G极电连接。当锂电池组过充电时，控制第二N-MOS管断开；当锂电池组过放电时，控制第一N-MOS管断开。

本发明的一种锂电池组三层保护系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：电池管理控制模块采集每个单体电池的电压，并将这些电压数据发送给第一控制器，第二控制器通过电解液气体传感器检测锂电池组内是否有锂电池电解液挥发气体，通过温度传感器检测锂电池组的温度，通过压力传感器检测锂电池组内单体电池与电池壳之间的压力；

S2：当至少一个单体电池的电压大于上限值K1或低于下限值K2时，电池管理控制模块控制开关模块断开，锂电池组停止充放电；当至少一个单体电池的电压大于上限值K3或低于下限值K4时，K3＞K1，K4＜K2，第一控制器控制开关模块断开，锂电池组停止充放电，同时控制报警模块发出报警；当电解液气体传感器检测到锂电池电解液挥发气体或温度传感器检测到的温度值超过设定值或压力传感器检测到的压力值超过设定值时，第二控制器控制开关模块断开，同时输出电流到三端保险丝的控制端，使得三端保险丝熔断。

本发明的实质性效果是：通过三层保护措施保护锂电池组，如果充放电MOS保护失效，锂电池组会过充过放导致锂电池组电解液泄露、温度过高或胀气鼓包，此时第二控制模块输出电流强制烧坏三端保险丝，可防止锂电池组过放等引发安全事故，保护及时有效，减少误判情况的发生。

附图说明

图1是本发明的一种电路原理连接框图。

图中：1、电池管理控制模块，2、单体电池电压采集接口，3、第一控制器，4、第二控制器，5、开关模块，6、三端保险丝，7、电解液气体传感器，8、温度传感器，9、压力传感器，10、指示灯，11、蜂鸣器，12、第一N-MOS管，13、第二N-MOS管，14、负载，15、锂电池组。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种锂电池组三层保护系统，如图1所示，包括电池管理控制模块1、单体电池电压采集接口2、第一控制器3、第二控制器4、开关模块5、三端保险丝6、电解液气体传感器7、报警模块、用于检测锂电池组温度的温度传感器8以及设置在锂电池组15内单体电池与电池壳之间的压力传感器9，报警模块包括指示灯10和蜂鸣器11，三端保险丝6、锂电池组15、开关模块5和负载14串联成一个回路，锂电池组15内的单体电池通过单体电池电压采集接口2与电池管理控制模块1电连接，第一控制器3分别与电池管理控制模块1、指示灯10和蜂鸣器11电连接，第二控制器4分别与三端保险丝6的控制端、电解液气体传感器7、温度传感器8和压力传感器9电连接，开关模块5的控制端与电池管理控制模块1、第一控制器3和第二控制器4电连接。

电池管理控制模块采集每个单体电池的电压，并将这些电压数据发送到第一控制器；第二控制器通过电解液气体传感器检测锂电池组内是否有锂电池电解液挥发气体，通过温度传感器检测锂电池组的温度，通过压力传感器检测锂电池组内单体电池与电池壳之间的压力。

当有1个或1个以上单体电池的电压大于上限值K1或低于下限值K2时，电池管理控制模块控制开关模块断开，锂电池组停止充放电，防止锂电池组过充或过放；当有1个或1个以上单体电池的电压大于上限值K3或低于下限值K4时，K3＞K1，K4＜K2，第一控制器控制开关模块断开，锂电池组停止充放电，同时控制指示灯点亮、蜂鸣器鸣叫报警；当电解液气体传感器检测到锂电池电解液挥发气体或温度传感器检测到的温度值超过设定值或压力传感器检测到的压力值超过设定值时，第二控制器控制开关模块断开，同时输出电流到三端保险丝的控制端，使得三端保险丝熔断，防止锂电池组因过充过放引起的电解液泄露、温度过高或胀气膨胀鼓包。如果充放电MOS保护失效，由于第二控制器输出电流强制烧坏三端保险丝，阻止电池持续输入或输出，可防止锂电池组过放等引发安全事故。锂电池组三层保护系统还包括无线通信模块，无线通信模块与第二控制器电连接。当电解液气体传感器检测到锂电池电解液挥发气体或温度传感器检测到的温度值超过设定值或压力传感器检测到的压力值超过设定值时，第二控制器通过无线通信模块向用户手机发送报警信息。

开关模块包括第一N-MOS管12和第二N-MOS管13，锂电池组15的正极通过三端保险丝6与负载14正极电连接，锂电池组15的负极一端与第一N-MOS管12的S极电连接，第一N-MOS管12的D极与第二N-MOS管13的D极电连接，第二N-MOS管13的S极与负载14负极电连接，电池管理控制模块1分别与第一N-MOS管12的G极和第二N-MOS管13的G极电连接，第一控制器3分别与第一N-MOS管12的G极和第二N-MOS管13的G极电连接，第二控制器4分别与第一N-MOS管12的G极和第二N-MOS管13的G极电连接。当锂电池组15过充电时，控制第二N-MOS管13断开；当锂电池组15过放电时，控制第一N-MOS管12断开。

本实施例的一种锂电池组三层保护系统的控制方法，适用于上述的一种锂电池组三层保护系统，包括以下步骤：

S1：电池管理控制模块采集每个单体电池的电压，并将这些电压数据发送给第一控制器，第二控制器通过电解液气体传感器检测锂电池组内是否有锂电池电解液挥发气体，通过温度传感器检测锂电池组的温度，通过压力传感器检测锂电池组内单体电池与电池壳之间的压力；

S2：当至少一个单体电池的电压大于上限值K1或低于下限值K2时，电池管理控制模块控制开关模块断开，锂电池组停止充放电，防止锂电池组过充或过放；当至少一个单体电池的电压大于上限值K3或低于下限值K4时，K3＞K1，K4＜K2，第一控制器控制开关模块断开，锂电池组停止充放电，同时控制指示灯点亮、蜂鸣器鸣叫报警；当电解液气体传感器检测到锂电池电解液挥发气体或温度传感器检测到的温度值超过设定值或压力传感器检测到的压力值超过设定值时，第二控制器控制开关模块断开，同时输出电流到三端保险丝的控制端，使得三端保险丝熔断，防止锂电池组因过充过放引起的电解液泄露、温度过高或胀气膨胀鼓包。

Claims (6)

1.一种锂电池组三层保护系统，其特征在于：包括电池管理控制模块（1）、单体电池电压采集接口（2）、第一控制器（3）、第二控制器（4）、开关模块（5）、三端保险丝（6）、电解液气体传感器（7）和报警模块，所述三端保险丝（6）、锂电池组（15）、开关模块（5）和负载（14）串联成一个回路，所述锂电池组（15）内的单体电池通过单体电池电压采集接口（2）与电池管理控制模块（1）电连接，所述第一控制器（3）分别与电池管理控制模块（1）和报警模块电连接，所述第二控制器（4）分别与三端保险丝（6）的控制端和电解液气体传感器（7）电连接，所述开关模块（5）的控制端与电池管理控制模块（1）、第一控制器（3）和第二控制器（4）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池组三层保护系统，其特征在于：还包括用于检测锂电池组温度的温度传感器（8），所述温度传感器（8）与第二控制器（4）电连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种锂电池组三层保护系统，其特征在于：还包括设置在锂电池组（15）内单体电池与电池壳之间的压力传感器（9），所述压力传感器（9）与第二控制器（4）电连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种锂电池组三层保护系统，其特征在于：所述报警模块包括指示灯（10）和蜂鸣器（11），所述指示灯（10）和蜂鸣器（11）分别与第一控制器（3）电连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种锂电池组三层保护系统，其特征在于：所述开关模块包括第一N-MOS管（12）和第二N-MOS管（13），所述锂电池组（15）的正极通过三端保险丝（6）与负载（14）正极电连接，所述锂电池组（15）的负极一端与第一N-MOS管（12）的S极电连接，第一N-MOS管（12）的D极与第二N-MOS管（13）的D极电连接，第二N-MOS管（13）的S极与负载（14）负极电连接，所述电池管理控制模块（1）分别与第一N-MOS管（12）的G极和第二N-MOS管（13）的G极电连接，所述第一控制器（3）分别与第一N-MOS管（12）的G极和第二N-MOS管（13）的G极电连接，所述第二控制器（4）分别与第一N-MOS管（12）的G极和第二N-MOS管（13）的G极电连接。

6.一种锂电池组三层保护系统的控制方法，适用于权利要求3所述的一种锂电池组三层保护系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1：电池管理控制模块采集每个单体电池的电压，并将这些电压数据发送给第一控制器，第二控制器通过电解液气体传感器检测锂电池组内是否有锂电池电解液挥发气体，通过温度传感器检测锂电池组的温度，通过压力传感器检测锂电池组内单体电池与电池壳之间的压力；

S2：当至少一个单体电池的电压大于上限值K1或低于下限值K2时，电池管理控制模块控制开关模块断开，锂电池组停止充放电；当至少一个单体电池的电压大于上限值K3或低于下限值K4时，K3＞K1，K4＜K2，第一控制器控制开关模块断开，锂电池组停止充放电，同时控制报警模块发出报警；当电解液气体传感器检测到锂电池电解液挥发气体或温度传感器检测到的温度值超过设定值或压力传感器检测到的压力值超过设定值时，第二控制器控制开关模块断开，同时输出电流到三端保险丝的控制端，使得三端保险丝熔断。