动力电池保护板和动力电池保护系统发明专利

专利名称：动力电池保护板和动力电池保护系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202110011257.7

专利申请（专利权）人：河南省鹏辉电源有限公司,广州鹏辉能源科技股份有限公司,珠海鹏辉能源有限公司
权利人地址：河南省驻马店市中原大道与淮河大道交叉口西北角

专利发明（设计）人：黄森,朱聪,黎文,温海龙,丁永华,郭军

专利摘要：本发明提供了一种动力电池保护板和动力电池保护系统，涉及动力电池的技术领域，包括中央处理器，电池保护芯片，放电开关管和充电开关管；本发明提供的动力电池保护板，基于电池保护芯片采集到的电池状态信息，中央处理器通过发送控制指令，能够灵活控制充电开关管和/或放电开关管的通断，对电池模组进行保护。通过将充电开关管和放电开关管串联在同一条线路上，该动力电池保护板即实现了充放电共用同一接口，简化了动力电池保护板的硬件结构，又通过使用开关管代替传统动力电池系统中的继电器的功能，节约了硬件成本，有效的缓解了现有技术中的动力电池系统存在的硬件结构复杂、成本较高的技术问题。

主权利要求：
1.一种动力电池保护板，其特征在于，包括：中央处理器、电池保护芯片、放电开关管和充电开关管；
所述中央处理器与所述电池保护芯片相连接；所述电池保护芯片还分别与电池模组的状态检测端、所述放电开关管的第一端和所述充电开关管的第一端相连接；所述放电开关管的第二端与所述电池模组的负极相连接，所述放电开关管的第三端与所述充电开关管的第二端相连接，所述充电开关管的第三端与负载的第一端相连接；所述电池模组的正极与所述负载的第二端相连接；
所述电池保护芯片，用于采集所述电池模组的电池状态信息，并将所述电池状态信息发送至所述中央处理器；
所述中央处理器，用于接收所述电池状态信息，并在基于所述电池状态信息确定所述电池模组的工作状态存在异常的情况下，发送断电控制指令至所述电池保护芯片；
所述电池保护芯片，用于接收所述断电控制指令，并基于所述断电控制指令输出第一控制电平至所述充电开关管和/或所述放电开关管，以使所述充电开关管和/或所述放电开关管断开，切断所述电池模组的充电和/或放电；
其中，所述动力电池保护板还包括：高压输出开关管、高压输出检测模块和预充回路；
所述高压输出开关管的第一端与所述中央处理器相连接，所述高压输出开关管的第二端与所述电池模组的负极相连接，所述高压输出开关管的第三端与整车低压供电模块的输入端相连接；所述高压输出开关管处于常通状态；
所述高压输出检测模块的输入端与所述整车低压供电模块的输出端相连接，所述高压输出检测模块的输出端与所述中央处理器相连接；
所述预充回路的第一端与所述中央处理器相连接，所述预充回路的第二端与所述电池模组的负极相连接，所述预充回路的第三端与所述整车低压供电模块的输入端相连接；
当所述高压输出检测模块的输入端无输入电平时，所述高压输出检测模块发送预充请求至所述中央处理器；
所述中央处理器，用于接收所述预充请求，并基于所述预充请求输出使能信号至所述预充回路的第一端，以使所述预充回路导通，以及，所述中央处理器输出第二控制电平至所述高压输出开关管，以使所述高压输出开关管断开；
预设时间段之后，所述中央处理器，还用于输出切断信号至所述预充回路的第一端，以使所述预充回路断开，以及，所述中央处理器输出第三控制电平至所述高压输出开关管，以使所述高压输出开关管导通。
2.根据权利要求1所述的动力电池保护板，其特征在于，预充回路包括：预充开关管和预充电阻；
所述预充开关管的第一端与所述中央处理器相连接，所述预充开关管的第二端与所述电池模组的负极相连接，所述预充开关管的第三端与所述预充电阻的第一端相连接，所述预充电阻的第二端与所述整车低压供电模块的输入端相连接。
3.根据权利要求1所述的动力电池保护板，其特征在于，所述动力电池保护板还包括：二次保护模块；
所述二次保护模块的第一端与所述电池模组的状态检测端相连接，所述二次保护模块的第二端与所述充电开关管的第一端相连接；
所述二次保护模块，用于采集所述电池模组的电池状态信息，并在确定所述电池模组的工作状态存在异常的情况下，输出第四控制电平至所述充电开关管，以使所述充电开关管断开，切端所述电池模组的充电。
4.根据权利要求1所述的动力电池保护板，其特征在于，所述动力电池保护板还包括：通信模块和唤醒模块；
所述通信模块分别与所述中央处理器和外部控制器相连接，所述唤醒模块与所述中央处理器相连接；
所述通信模块，用于支持所述中央处理器与所述外部控制器之间的通信连接；
所述唤醒模块，用于接收钥匙唤醒信号或充电机唤醒信号，并将所述钥匙唤醒信号或所述充电机唤醒信号发送至所述中央处理器；
所述中央处理器，用于接收所述钥匙唤醒信号或充电机唤醒信号，并基于所述钥匙唤醒信号或充电机唤醒信号输出启动指令至所述电池保护芯片。
5.根据权利要求1所述的动力电池保护板，其特征在于，所述动力电池保护板还包括：隔离降压模块；所述隔离降压模块分别与所述中央处理器和整车低压供电模块相连接；
所述隔离降压模块，用于将所述整车低压供电模块输出的电压进行降压，并将降压后的电压输入所述中央处理器，以为所述中央处理器供电。
6.根据权利要求1所述的动力电池保护板，其特征在于，所述动力电池保护板还包括：备用电源模块；所述备用电源模块分别与所述电池模组的正极和所述中央处理器相连接；
所述备用电源模块，用于将所述电池模组的电压转换为备用电源，以为所述中央处理器提供备用电源。
7.根据权利要求1所述的动力电池保护板，其特征在于，所述动力电池保护板还包括：分流器和熔断器；
所述分流器的第一端分别与所述电池模组的负极和所述电池保护芯片相连接，所述分流器的第二端分别与所述放电开关管的第二端和所述电池保护芯片相连接；所述熔断器的第一端与所述充电开关管的第三端相连接，所述熔断器的第二端与所述负载的第一端相连接；
所述分流器，用于将所述电池模组的工作电流转换为分流电压，并将量所述分流电压发送至所述电池保护芯片；
所述熔断器，用于在所述电池模组的工作电流超过预设电流值时熔断，以切断所述电池模组的工作回路。
8.根据权利要求1所述的动力电池保护板，其特征在于，所述充电开关管和所述放电开关管处于常通状态；
在所述电池模组通过所述动力电池保护板为外部容性负载充电的情况下，重复执行以下步骤，直至所述外部容性负载充满电：判断充电电流是否达到所述电池保护芯片的短路电流阈值；
若是，则所述电池保护芯片输出第一控制电平至所述充电开关管和所述放电开关管，以使所述充电开关管和所述放电开关管断开，以及发送短路信号至所述中央处理器；
所述中央处理器接收所述短路信号，并基于所述短路信号发送充电控制指令至所述电池保护芯片，以使所述电池保护芯片输出第五控制电平至所述充电开关管和所述放电开关管，以使所述充电开关管和所述放电开关管导通；
若否，则维持所述充电开关管和所述放电开关管的导通状态。
9.一种动力电池保护系统，其特征在于，所述动力电池保护系统包括上述权利要求1至
8中任一项所述的动力电池保护板，还包括：电池模组和整车低压供电模块；
所述动力电池保护板分别与所述电池模组和所述整车低压供电模块相连接；
所述整车低压供电模块，用于将所述动力电池保护板输出的电压进行降压，以为整车提供低压工作电源。 说明书 : 动力电池保护板和动力电池保护系统技术领域[0001] 本发明涉及动力电池的技术领域，尤其是涉及一种动力电池保护板和动力电池保护系统。背景技术[0002] 随着国家对环保的重视与对新能源政策的支持，动力电池制造工艺技术日趋成熟，电动汽车已经具备和传统燃油汽车竞争的实力。电动乘用车、电动物流车、电动公交车、电动低速车越来越多的出现在大家的生活中。随着动力电池PACK技术的发展，对动力电池系统的成本要求也越来越高，现有的动力电池系统中，使用继电器来控制动力电池充放电线路的通断，且充放电不同接口，硬件结构复杂且成本较高。发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种动力电池保护板和动力电池保护系统，以缓解了现有技术中的动力电池系统存在的硬件结构复杂、成本较高的技术问题。[0004] 第一方面，本发明提供一种动力电池保护板，包括：中央处理器、电池保护芯片、放电开关管和充电开关管；所述中央处理器与所述电池保护芯片相连接；所述电池保护芯片还分别与电池模组的状态检测端、所述放电开关管的第一端和所述充电开关管的第一端相连接；所述放电开关管的第二端与所述电池模组的负极相连接，所述放电开关管的第三端与所述充电开关管的第二端相连接，所述充电开关管的第三端与负载的第一端相连接；所述电池模组的正极与所述负载的第二端相连接；所述电池保护芯片，用于采集所述电池模组的电池状态信息，并将所述电池状态信息发送至所述中央处理器；所述中央处理器，用于接收所述电池状态信息，并在基于所述电池状态信息确定所述电池模组的工作状态存在异常的情况下，发送断电控制指令至所述电池保护芯片；所述电池保护芯片，用于接收所述断电控制指令，并基于所述断电控制指令输出第一控制电平至所述充电开关管和/或所述放电开关管，以使所述充电开关管和/或所述放电开关管断开，切断所述电池模组的充电和/或放电。[0005] 在可选的实施方式中，所述动力电池保护板还包括：高压输出开关管、高压输出检测模块和预充回路；所述高压输出开关管的第一端与所述中央处理器相连接，所述高压输出开关管的第二端与所述电池模组的负极相连接，所述高压输出开关管的第三端与整车低压供电模块的输入端相连接；所述高压输出开关管处于常通状态；所述高压输出检测模块的输入端与所述整车低压供电模块的输出端相连接，所述高压输出检测模块的输出端与所述中央处理器相连接；所述预充回路的第一端与所述中央处理器相连接，所述预充回路的第二端与所述电池模组的负极相连接，所述预充回路的第三端与所述整车低压供电模块的输入端相连接；当所述高压输出检测模块的输入端无输入电平时，所述高压输出检测模块发送预充请求至所述中央处理器；所述中央处理器，用于接收所述预充请求，并基于所述预充请求输出使能信号至所述预充回路的第一端，以使所述预充回路导通，以及，所述中央处理器输出第二控制电平至所述高压输出开关管，以使所述高压输出开关管断开；预设时间段之后，所述中央处理器，还用于输出切断信号至所述预充回路的第一端，以使所述预充回路断开，以及，所述中央处理器输出第三控制电平至所述高压输出开关管，以使所述高压输出开关管导通。[0006] 在可选的实施方式中，预充回路包括：预充开关管和预充电阻；所述预充开关管的第一端与所述中央处理器相连接，所述预充开关管的第二端与所述电池模组的负极相连接，所述预充开关管的第三端与所述预充电阻的第一端相连接，所述预充电阻的第二端与所述整车低压供电模块的输入端相连接。[0007] 在可选的实施方式中，所述动力电池保护板还包括：二次保护模块；所述二次保护模块的第一端与所述电池模组的状态检测端相连接，所述二次保护模块的第二端与所述充电开关管的第一端相连接；所述二次保护模块，用于采集所述电池模组的电池状态信息，并在确定所述电池模组的工作状态存在异常的情况下，输出第四控制电平至所述充电开关管，以使所述充电开关管断开，切端所述电池模组的充电。[0008] 在可选的实施方式中，所述动力电池保护板还包括：通信模块和唤醒模块；所述通信模块分别与所述中央处理器和外部控制器相连接，所述唤醒模块与所述中央处理器相连接；所述通信模块，用于支持所述中央处理器与所述外部控制器之间的通信连接；所述唤醒模块，用于接收钥匙唤醒信号或充电机唤醒信号，并将所述钥匙唤醒信号或所述充电机唤醒信号发送至所述中央处理器；所述中央处理器，用于接收所述钥匙唤醒信号或充电机唤醒信号，并基于所述钥匙唤醒信号或充电机唤醒信号输出启动指令至所述电池保护芯片。[0009] 在可选的实施方式中，所述动力电池保护板还包括：隔离降压模块；所述隔离降压模块分别与所述中央处理器和整车低压供电模块相连接；所述隔离降压模块，用于将所述整车低压供电模块输出的电压进行降压，并将降压后的电压输入所述中央处理器，以为所述中央处理器供电。[0010] 在可选的实施方式中，所述动力电池保护板还包括：备用电源模块；所述备用电源模块分别与所述电池模组的正极和所述中央处理器相连接；所述备用电源模块，用于将所述电池模组的电压转换为备用电源，以为所述中央处理器提供备用电源。[0011] 在可选的实施方式中，所述动力电池保护板还包括：分流器和熔断器；所述分流器的第一端分别与所述电池模组的负极和所述电池保护芯片相连接，所述分流器的第二端分别与所述放电开关管的第二端和所述电池保护芯片相连接；所述熔断器的第一端与所述充电开关管的第三端相连接，所述熔断器的第二端与所述负载的第一端相连接；所述分流器，用于将所述电池模组的工作电流转换为分流电压，并将量所述分流电压发送至所述电池保护芯片；所述熔断器，用于在所述电池模组的工作电流超过预设电流值时熔断，以切断所述电池模组的工作回路。[0012] 在可选的实施方式中，所述充电开关管和所述放电开关管处于常通状态；在所述电池模组通过所述动力电池保护板为外部容性负载充电的情况下，重复执行以下步骤，直至所述外部容性负载充满电：判断充电电流是否达到所述电池保护芯片的短路电流阈值；若是，则所述电池保护芯片输出第一控制电平至所述充电开关管和所述放电开关管，以使所述充电开关管和所述放电开关管断开，以及发送短路信号至所述中央处理器；所述中央处理器接收所述短路信号，并基于所述短路信号发送充电控制指令至所述电池保护芯片，以使所述电池保护芯片输出第五控制电平至所述充电开关管和所述放电开关管，以使所述充电开关管和所述放电开关管导通；若否，则维持所述充电开关管和所述放电开关管的导通状态。[0013] 第二方面，本发明提供一种动力电池保护系统，所述动力电池保护系统包括上述前述实施方式中任一项所述的动力电池保护板，还包括：电池模组和整车低压供电模块；所述动力电池保护板分别与所述电池模组和所述整车低压供电模块相连接；所述整车低压供电模块，用于将所述动力电池保护板输出的电压进行降压，以为整车提供低压工作电源。[0014] 本发明提供的动力电池保护板，包括：中央处理器、电池保护芯片、放电开关管和充电开关管；中央处理器与电池保护芯片相连接；电池保护芯片还分别与电池模组的状态检测端、放电开关管的第一端和充电开关管的第一端相连接；放电开关管的第二端与电池模组的负极相连接，放电开关管的第三端与充电开关管的第二端相连接，充电开关管的第三端与负载的第一端相连接；电池模组的正极与负载的第二端相连接；电池保护芯片，用于采集电池模组的电池状态信息，并将电池状态信息发送至中央处理器；中央处理器，用于接收电池状态信息，并在基于电池状态信息确定电池模组的工作状态存在异常的情况下，发送断电控制指令至电池保护芯片；电池保护芯片，用于接收断电控制指令，并基于断电控制指令输出第一控制电平至充电开关管和/或放电开关管，以使充电开关管和/或放电开关管断开，切断电池模组的充电和/或放电。[0015] 本发明提供的动力电池保护板，基于电池保护芯片采集到的电池状态信息，中央处理器通过发送控制指令，能够灵活控制充电开关管和/或放电开关管的通断，对电池模组进行保护。通过将充电开关管和放电开关管串联在同一条线路上，该动力电池保护板即实现了充放电共用同一接口，简化了动力电池保护板的硬件结构，又通过使用开关管代替传统动力电池系统中的继电器的功能，节约了硬件成本，有效的缓解了现有技术中的动力电池系统存在的硬件结构复杂、成本较高的技术问题。附图说明[0016] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0017] 图1为本发明实施例提供的一种动力电池保护板的结构示意图；[0018] 图2为本发明实施例提供的一种可选的动力电池保护板的结构示意图；[0019] 图3为本发明实施例提供的另一种可选的动力电池保护板的结构示意图；[0020] 图4为本发明实施例提供的另一种可选的动力电池保护板的结构示意图；[0021] 图5为本发明实施例提供的另一种可选的动力电池保护板的结构示意图。[0022] 图标：10‑中央处理器；20‑电池保护芯片；30‑放电开关管；40‑充电开关管；50‑电池模组；60‑负载；70‑高压输出开关管；80‑高压输出检测模块；90‑预充回路；100‑整车低压供电模块；91‑预充开关管；92‑预充电阻；110‑二次保护模块；120‑通信模块；130‑唤醒模块；140‑隔离降压模块；150‑备用电源模块；160‑分流器；170‑熔断器。具体实施方式[0023] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。[0024] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0025] 下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0026] 随着动力电池PACK技术的发展，对动力电池系统的成本以及能量密度的要求也越来越高，现有的动力电池系统中，多数采用了BMS(BatteryManagementSystem，电池管理系统)和BDU(BatteryDisconnectUnit，电池包断路单元)，以及使用继电器来控制动力电池充放电线路的通断，且充放电不同接口，硬件结构复杂且成本较高。有鉴于此，本发明实施例提供了一种动力电池保护板，代替现有动力电池系统中的BMS和BDU，硬件设计集成度高，体积小，重量轻，不仅能提高能量密度，还能降低成本。下面将对本发明实施例提供的动力电池保护板进行详细介绍。[0027] 实施例一[0028] 图1为本发明实施例提供的一种动力电池保护板的结构示意图，如图1所示，该动力电池保护板包括：中央处理器10、电池保护芯片20、放电开关管30和充电开关管40。[0029] 中央处理器10与电池保护芯片20相连接；电池保护芯片20还分别与电池模组50的状态检测端、放电开关管30的第一端和充电开关管40的第一端相连接；放电开关管30的第二端与电池模组50的负极相连接，放电开关管30的第三端与充电开关管40的第二端相连接，充电开关管40的第三端与负载60的第一端相连接；电池模组50的正极与负载60的第二端相连接。[0030] 电池保护芯片20，用于采集电池模组50的电池状态信息，并将电池状态信息发送至中央处理器10。[0031] 中央处理器10，用于接收电池状态信息，并在基于电池状态信息确定电池模组50的工作状态存在异常的情况下，发送断电控制指令至电池保护芯片20。[0032] 电池保护芯片20，用于接收断电控制指令，并基于断电控制指令输出第一控制电平至充电开关管40和/或放电开关管30，以使充电开关管40和/或放电开关管30断开，切断电池模组50的充电和/或放电。[0033] 通过上文中对动力电池保护板中设置的中央处理器10，电池保护芯片20，放电开关管30和充电开关管40之间的电路连接关系可知，放电开关管30与充电开关管40串联在一条回路上，因此，电池模组50通过动力电池保护板对负载60进行放电，或者利用动力电池保护板对电池模组50进行充电时可以共用同一接口，也即，充放电同口，这种电路结构极大地简化了硬件结构设计，节省了成本，又很好的提升了用户体验。[0034] 进一步的，本发明实施例使用放电开关管30和充电开关管40来替代传统动力电池系统中的继电器，鉴于开关管与继电器之间的成本差异可知，本发明实施例提供的动力电池保护板能够进一步的降低硬件成本。[0035] 动力电池保护板工作过程中，电池保护芯片20将通过电池模组50的状态检测端采集电池模组50的电池状态信息，并将其发送至中央处理器10，中央处理器10在接收到电池状态信息后，如果确认电池模组50的工作状态存在异常，例如，充电异常或放电异常，那么此时中央处理器10将发送断电控制指令至电池保护芯片20，以使电池保护芯片20在接收到上述断电控制指令之后，发送第一控制电平至充电开关管40和/或放电开关管30，以使充电开关管40和/或放电开关管30断开，一旦充电开关管40和放电开关管30中的任意一个开关管断开，那么电池模组50的工作回路即被切断，即能够停止电池模组50的充电/放电，避免出现安全隐患。[0036] 本发明提供的动力电池保护板，基于电池保护芯片20采集到的电池状态信息，中央处理器10通过发送控制指令，能够灵活控制充电开关管40和/或放电开关管30的通断，对电池模组50进行保护。通过将充电开关管40和放电开关管30串联在同一条线路上，该动力电池保护板即实现了充放电共用同一接口，简化了动力电池保护板的硬件结构，又通过使用开关管代替传统动力电池系统中的继电器的功能，节约了硬件成本，有效的缓解了现有技术中的动力电池系统存在的硬件结构复杂、成本较高的技术问题。[0037] 可选的，本发明实施例中的电池保护芯片20可采用SH367309芯片，该芯片除了具有电压采集功能外，还具有通过控制充电开关管40和放电开关管30，从而实现充电过压、欠压、充放电过流、短路及断线等保护功能。该芯片还具有电流采集功能，可以实时采集并监2测充放电电流，并与中央处理器10通过IC通信，可通过中央处理器10控制使其进入休眠状态，从而降低功耗。该芯片同时采集电池温度，当出现充放电高低温时，将实时控制MOS管的关断，从而起到保护电池的作用。本发明实施例不对电池保护芯片20的型号进行具体限定，用户可以根据实际需求进行选择。[0038] 可选的，本发明实施例中的充电开关管40可选择NMOS管，放电开关管30也可选择NMOS管，此时，上述放电开关管30的第一端为栅极，放电开关管30的第二端为源极，放电开关管30的第三端为漏极，充电开关管40的第一端为栅极，充电开关管40的第二端为漏极，充电开关管40的第三端为源极，第一控制电平为低电平。这种电路连接状态下，在充电过程中，即便放电开关管30处于未导通状态，充电电流依旧可以流过放电开关管30内部的二极管，从而实现充电回路的导通；同理，在放电过程中，即便充电开关管40处于未导通状态，放电电流依旧可以流过充电开关管40内部的二极管，从而实现充电回路的导通。[0039] 在一个可选的实施方式中，如图2所示，动力电池保护板还包括：高压输出开关管70、高压输出检测模块80和预充回路90。[0040] 高压输出开关管70的第一端与中央处理器10相连接，高压输出开关管70的第二端与电池模组50的负极相连接，高压输出开关管70的第三端与整车低压供电模块100的输入端相连接；高压输出开关管70处于常通状态。[0041] 高压输出检测模块80的输入端与整车低压供电模块100的输出端相连接，高压输出检测模块80的输出端与中央处理器10相连接；预充回路90的第一端与中央处理器10相连接，预充回路90的第二端与电池模组50的负极相连接，预充回路90的第三端与整车低压供电模块100的输入端相连接。[0042] 当高压输出检测模块80的输入端无输入电平时，高压输出检测模块80发送预充请求至中央处理器10。[0043] 中央处理器10，用于接收预充请求，并基于预充请求输出使能信号至预充回路90的第一端，以使预充回路90导通，以及，中央处理器10输出第二控制电平至高压输出开关管70，以使高压输出开关管70断开。[0044] 预设时间段之后，中央处理器10，还用于输出切断信号至预充回路90的第一端，以使预充回路90断开，以及，中央处理器10输出第三控制电平至高压输出开关管70，以使高压输出开关管70导通。[0045] 现有技术中，车辆中一般需要设置12V蓄电池才可以正常工作，不仅占用车辆空间，还增加了整车成本，有鉴于此，本发明实施例中，动力电池保护板还包括高压输出开关管70，高压输出检测模块80和预充回路90，通过上文中所描述的高压输出开关管70，高压输出检测模块80以及预充回路90的电路连接关系可知，中央处理器10能够控制整车低压供电模块100接入的电压来源，当高压输出检测模块80的输入端无输入电平时，也就代表整车低压供电模块100无输入，例如在进行车辆检修时，如果将整车低压供电模块100与动力电池保护板断开后再连接，则会出现高压输出检测模块80的输入端短暂的无输入电平(整车低压供电模块100与动力电池保护板断开时)的情况，此时高压输出检测模块80将发送预充请求至中央处理器10，以使中央处理器10输出使能信号至预充回路90，控制预充回路90导通，以通过预充回路90对外供电；同时，由于高压输出开关管70处于常通状态，此时为了确保高压输出开关管70不被瞬间的大电流冲击，中央处理器10还需要输出第二控制电平至高压输出开关管70，以使高压输出开关管70断开。本发明不对预充回路90的电路结构进行具体限定，用户可以根据实际需求进行选择，只要能够实现以上功能即可。[0046] 等待预设时间段之后，预充回路90已经对外供电一段时间，此时不会出现大电流冲击的情况，中央处理器10将输出第三控制电平至高压输出开关管70，以使高压输出开关管70导通，控制高压输出开关管70所在的回路为整车低压供电模块100提供电源，同时输出切断信号至预充回路90的第一端，以使预充回路90断开。上述预设时间段也可以理解为预充时间，可以为2s，用户可以根据实际情况对预充时间进行设置，本发明实施例不对其进行具体限定。[0047] 可选的，若高压输出开关管70选择NMOS管，则高压输出开关管70的第一端为栅极，高压输出开关管70的第二端为源极；高压输出开关管70的第三端为漏极，第二控制电平为低电平，第三控制电平为高电平。[0048] 通过上文中的描述可知，本发明实施例提供的动力电池保护板具有检测整车低压供电模块100是否接入的功能，具体为通过检测高压输出检测模块80的输入端是否有输入电平，以使中央处理器10进行预充逻辑判断，当无输入电平时，开启预充回路90，并关断高压输出开关管70，等待预设时间段之后，再闭合高压输出开关管70。在无故障情况下，中央处理器10控制高压输出开关管70处于常通状态，使得整车低压供电模块100可以给整车提供低压电源，因此，使用本发明实施例提供的动力电池保护板，能够使得整车无需12V蓄电池即可正常工作，这种结构设计不但节省PACK成本，也使得整车成本也大大降低。[0049] 进一步的，当电池系统出现严重故障时或者电池单体到达保护极值的情况下，中央处理器10将会断开高压输出开关管70，防止电池出现损坏的情况；当电池单体恢复到正常电压时且单体电压高于保护阈值，中央处理器10又会将高压输出开关管70闭合，继续给整车低压供电模块100供电。[0050] 在一个可选的实施方式中，预充回路90包括：预充开关管91和预充电阻92。[0051] 预充开关管91的第一端与中央处理器10相连接，预充开关管91的第二端与电池模组50的负极相连接，预充开关管91的第三端与预充电阻92的第一端相连接，预充电阻92的第二端与整车低压供电模块100的输入端相连接。[0052] 具体的，本发明实施例中的预充回路90包括预充开关管91和预充电阻92，该预充回路90能够承受较大的工作电流，可选的，上述预充开关管91为NMOS管，为了能够抵挡大电流，预充开关管91一般为多个开关管进行串并联处理后，整体对外特性体现为NMOS的开关管阵列，预充开关管91的第一端为栅极，预充开关管91的第二端为源极，预充开关管91的第三端为漏极。[0053] 在一个可选的实施方式中，如图3所示，动力电池保护板还包括：二次保护模块110。[0054] 二次保护模块110的第一端与电池模组50的状态检测端相连接，二次保护模块110的第二端与充电开关管40的第一端相连接。[0055] 二次保护模块110，用于采集电池模组50的电池状态信息，并在确定电池模组50的工作状态存在异常的情况下，输出第四控制电平至充电开关管40，以使充电开关管40断开，切端电池模组50的充电。[0056] 具体的，为避免在强电磁干扰或者电池保护芯片20故障的情况下，电池保护芯片20失效，无法在电池模组50出现异常情况时基于电池状态信息控制充电开关管40和/或放电开关管30及时断开。本发明实施例所提供的动力电池保护板中还设有二次保护模块110，二次保护模块110用于对电池模组50进行二次保护。可选的，二次保护模块110可以选择R5640G101BB芯片，该芯片具有电压过充检测功能，当充电机通过动力电池保护板为电池模组50充电出现过充时，如果电池保护芯片20失效，无法断开充电开关管40，二次保护模块R5640G101BB检测到电池电压达到芯片过充监测电压时，将会控制充电开关管40断开，停止对电池模组50充电，防止电池过充引发的爆炸风险。若充电开关管40为NMOS管，则上述第四控制电平为低电平。[0057] 在一个可选的实施方式中，如图4所示，动力电池保护板还包括：通信模块120和唤醒模块130。[0058] 通信模块120分别与中央处理器10和外部控制器相连接，唤醒模块130与中央处理器10相连接。[0059] 通信模块120，用于支持中央处理器10与外部控制器之间的通信连接。[0060] 唤醒模块130，用于接收钥匙唤醒信号或充电机唤醒信号，并将钥匙唤醒信号或充电机唤醒信号发送至中央处理器10。[0061] 中央处理器10，用于接收钥匙唤醒信号或充电机唤醒信号，并基于钥匙唤醒信号或充电机唤醒信号输出启动指令至电池保护芯片20。[0062] 具体的，本发明实施例提供的动力电池保护板还包括：通信模块120和唤醒模块130，通信模块120用于支持中央处理器10与外部控制器之间的通信连接，可选的，通信模块120可以使用CAN总线进行通信。[0063] 当用户将钥匙插入车辆后，唤醒模块130将接收到钥匙唤醒信号；当用户使用充电机为电池模组50充电时，唤醒模块130将接收到充电机唤醒信号，唤醒模块130在接收到以上任一种信号时，都会将其发送至中央处理器10，中央处理器10在接收到唤醒模块130转发的信号之后，将输出启动指令至电池保护芯片20，以控制电池保护芯片20处于上电唤醒工作状态，此时系统功耗一般在100mA以下。[0064] 如果电池保护芯片20没有检测到充放电电流、通信模块120与外部控制器之间无通信连接，且唤醒模块130没有给中央处理器10发送充电机唤醒信号时，动力电池保护板将进入休眠状态，从而降低系统功耗；当唤醒模块130检测到钥匙唤醒信号断开后，中央处理器10将发送掉电指令至电池保护芯片20，使电池保护芯片20进入掉电模式，然后中央处理器10将关断高压输出开关管70，系统掉电，此时系统功耗将维持在200uA以下。[0065] 在一个可选的实施方式中，动力电池保护板还包括：隔离降压模块140；隔离降压模块140分别与中央处理器10和整车低压供电模块100相连接。[0066] 隔离降压模块140，用于将整车低压供电模块100输出的电压进行降压，并将降压后的电压输入中央处理器10，以为中央处理器10供电。[0067] 在本发明实施例中，动力电池保护板包括隔离降压模块140，通过上文所描述的隔离降压模块140的电路连接关系可知，隔离降压模块140是用于将整车低压供电模块100输出的电压进行降压，并将降压之后的电压提供给中央处理器10的结构。一般地，整车低压供电模块100输出的电压为12V，而中央处理器10的供电电压一般不高于5V(例如4.2V，3.3V)，因此，隔离降压模块140实现了动力电池保护板高低压隔离的功能，提高了动力电池保护板的安全性。[0068] 在一个可选的实施方式中，动力电池保护板还包括：备用电源模块150；备用电源模块150分别与电池模组50的正极和中央处理器10相连接。[0069] 备用电源模块150，用于将电池模组50的电压转换为备用电源，以为中央处理器10提供备用电源。[0070] 具体的，通过上文中的描述可知，当电池保护芯片20没有检测到充放电电流、通信模块120与外部控制器之间无通信连接、唤醒模块130没有给中央处理器10发送充电机唤醒信号或唤醒模块130检测到钥匙唤醒信号断开时，电池保护芯片20进入掉电模式，高压输出开关管70处于关断状态，此时动力电池保护板进入休眠状态，通过上文中的电路连接关系可知，此时隔离降压模块140无供电输出，但为了使得中央处理器10能够及时响应系统状态变化，不能让中央处理器10处于无供电状态，因此，本发明实施例的动力电池保护板还包括：备用电源模块150，当隔离降压模块140无供电输出时，中央处理器10可以了从备用电源模块150处获取备用电源。[0071] 在一个可选的实施方式中，如图5所示，动力电池保护板还包括：分流器160。[0072] 分流器160的第一端分别与电池模组50的负极和电池保护芯片20相连接，分流器160的第二端分别与放电开关管30的第二端和电池保护芯片20相连接。[0073] 分流器160，用于将电池模组50的工作电流转换为分流电压，并将量分流电压发送至电池保护芯片20。[0074] 具体的，当电池模组50的工作电流流过分流器160时，根据上文中的描述可知，此时，电池保护芯片20将接收到分流电压，进而电池保护芯片20能够实现对电池模组50的过流保护功能。可选的，分流器160可以选择较小阻值的分流电阻。[0075] 在一个可选的实施方式中，动力电池保护板还包括：熔断器170。[0076] 熔断器170的第一端与充电开关管40的第三端相连接，熔断器170的第二端与负载60的第一端相连接。[0077] 熔断器170，用于在电池模组50的工作电流超过预设电流值时熔断，以切断电池模组50的工作回路。[0078] 具体的，为了增强动力电池保护系统的安全性能，在充电开关管40的后端还连接熔断器170，即便前端电池保护芯片20以及二次保护模块110均失效的情况下，一旦电池模组50的工作电流超过预设电流值，熔断器170将熔断，即切断电池模组50的工作回路，进而保证了用电安全。[0079] 在一个可选的实施方式中，动力电池保护板还包括：EEPROM与FLASH，以上两种存储单元用于存储程序文件，记录历史故障告警以及flash运行数据等信息。[0080] 在一个可选的实施方式中，充电开关管40和放电开关管30处于常通状态；在电池模组50通过动力电池保护板为外部容性负载充电的情况下，重复执行以下步骤，直至外部容性负载充满电：[0081] 步骤S101，判断充电电流是否达到电池保护芯片20的短路电流阈值。[0082] 若是，则执行步骤S102至步骤S103；若否，则执行步骤S104。[0083] 步骤S102，电池保护芯片20输出第一控制电平至充电开关管40和放电开关管30，以使充电开关管40和放电开关管30断开，以及发送短路信号至中央处理器10。[0084] 步骤S103，中央处理器10接收短路信号，并基于短路信号发送充电控制指令至电池保护芯片20，以使电池保护芯片20输出第五控制电平至充电开关管40和放电开关管30，以使充电开关管40和放电开关管30导通。[0085] 步骤S104，维持充电开关管40和放电开关管30的导通状态。[0086] 通过上文中的描述可知，本发明实施例提供的动力电池保护板还能利用电池保护芯片20的短路保护方案实现预充功能，当系统上电之后，充电开关管40和放电开关管30闭合，给外部容性负载充电，若外部容性负载较小，充电电流还没有达到电池保护芯片20设置的短路电流阈值，充电开关管40和放电开关管30将会保持闭合(即导通状态)；若外部容性负载较大，充电电流达到电池保护芯片20设置的短路电流阈值，电池保护芯片20将控制充电开关管40和放电开关管30断开，并向中央处理器10发送短路信号，中央处理器10在接收到短路信号后，将会再次发送充电控制指令，以使电池保护芯片20控制充电开关管40和放电开关管30闭合，反复循环，直到外部容性负载充满电，若电池保护芯片20没有检测到短路过流，将会保持充电开关管40和放电开关管30闭合。[0087] 进一步的，现有技术中的动力电池保护板在长时间使用过程中不能对其进行良好的散热，导致动力电池系统在长时间使用过程正内部工作温度极其不稳定，本发明实施例提供的动力电池保护板采用支架贴电池箱体壁的安装方式，并通过导热硅胶垫与电池箱体进行连接，这样就能很好的对动力电池保护板进行散热，长时间工作时也能处于一个稳定的温度范围。[0088] 综上所述，本发明实施例提供的动力电池保护板具有短路保护功能和二次保护功能，提高了动力电池系统的安全性能；充放电同口以及使用开关管代替继电器也在一定程度上降低了硬件成本；通过控制高压输出开关管输出一路高压给整车低压供电模块，使得整车省去12V蓄电池，又进一步的降低了整车成本；采用软件控制充电开关管与放电开关管快速开关进行预充，节省预充电阻，还能降低成本。也即，使用动力电池保护板替代传统的BMS和BDU，具有安装更简便、集成度更高且制造成本更低的优势。[0089] 实施例二[0090] 本发明实施例还提供了一种动力电池保护系统，该动力电池保护系统包括上述实施例一中的任一种动力电池保护板，还包括：电池模组50和整车低压供电模块100。[0091] 动力电池保护板分别与电池模组50和整车低压供电模块100相连接。[0092] 整车低压供电模块100，用于将动力电池保护板输出的电压进行降压，以为整车提供低压工作电源。[0093] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。[0094] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。[0095] 此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。[0096] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0097] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

专利地区：河南

专利申请日期：2021-01-05

专利公开日期：2024-09-03

专利公告号：CN112721643B