串联电池保护电路制造技术

本发明专利技术提供一种串联电池保护电路，包括：串联于电池组正极和负极之间的若干级电池模组，均包括单节电池、保护开关及单节电池保护模块；单节电池与保护开关串联，单节电池保护模块产生关断信号，并基于关断信号对当前电池模组进行保护；关断信号电平位移模块，将任一级电池模组的关断信号传递给其他各级电池模组；电压瞬变抑制模块，连接于电池组正极和负极之间，用于吸收毛刺电压，并减缓电池组正极和负极之间总电压的变化速度。本发明专利技术可靠实现基于较低耐压充放电开关器件保护较高电压串联电池的功能，既保护了串联电池整体，又保护了每节串联电池，安全性能高，成本低。

【技术实现步骤摘要】
串联电池保护电路
本专利技术涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种串联电池保护电路。
技术介绍
随着节能减排，环保出行的大力推行，新能源汽车成为了大方向大趋势，全球都在致力于更加清洁环保的汽车研发，锂离子动力电池得到了前所未有的大发展。但，锂离子电池与生俱来的脆弱性给锂离子动力电池汽车带来了隐患，如何能实现更好地保护锂离子动力电池成为了若干工程师长期奋斗的目标。然而时至今日，串联锂离子电池或电池组保护进展不多，在成本和保护性能的提升上取折中，没有实质性的突破。现有技术中提出一种串联电池保护方案一，如图1所示，包括n级串联的电池，各电池分别串联一保护开关器件(S1、S2……Sn)，且每节电池自身都有自己的带有保护开关器件的单节电池保护模块。串联电池中若单节电池关断，关断的保护开关两侧的电压将承受来自于串联电池总输入输出的全部变动电压，要确保安全，每个保护开关器件必须选用能承受串联电池总输入输出电压的高耐压开关器件。假设13个三元锂电串联电池正常输出为48V，一旦发生短路时，串联在电池组里的某节电池保护开关器件先关断(由于芯片内置保护延迟时间的必然存在差异性，短路时串于电池中的每节电池的保护开关器件不会全部自动关断，较大几率是某个开关单独关断)，基于电池两端电压不变的基本原理，断开的那个保护开关器件接高电压电池负端的节点会变负(定义电池负极端PK-为地电平)，而接低电压电池正端的节点会变正，保护开关器件两端的压差将变为整个串联电池的输出电压，即此时保护开关器件两端的压差便是48V。出于耐压需求，每个串联电池的自身保护开关器件都将采用耐压超过48V的开关器件，如80V乃至100V耐压开关器件，且由于要串联十余个乃至数十个开关器件，80V乃至100V耐压开关器件的内阻还必须小(甚至小于10毫欧)，以保证串联数十个后，内阻不至于太大。这样会导致电路中工作在48V的十余个乃至数十个保护开关器件累计成本非常高。另外，若要每节电池实现精准电流(+/-10％精度)保护，还需在每节串联电池中加入高精度大功率电流采样电阻(Rsns1、Rsns2……Rsnsn)，如是400V/500A应用，则每节电池需要并联数十个高精度大功率电流采样电阻，合计100节电池，则需要数千个该高精度大功率电流采样电阻；而单颗高精度大功率电流采样电阻当下成本通常为近0.5元人民币，数千个高精度大功率电流采样电阻合计成本异常高，达到数千元。为避免以上每节电池配一高压低阻抗开关器件导致成本过高，现在通常做法是串联电池的每节电池自身不再有开关器件，每节电池也不再有自身单独的保护模块，退而求其次地在每节串联电池上使用热敏电阻(如：特斯拉)做粗略保护，或者干脆每节电池自身不再有任何保护，而是做统一合并保护。如图2所示，现有技术中提出的串联电池保护方案二在串联电池的负极端P-加一充电开关管S1和一放电开关管S2，异常时关断放电开关管S2和充电开关管S1进行保护，当某节电池充电过压或放电欠压时，该保护信号，经邻近的芯片一级一级传到与充电开关管S1、放电开关管S2直接相连的芯片，由这颗芯片去执行关断。以上方案放弃了每节串联电池的自身保护，避免使用数量众多的高压开关管，可大大降低成本。但是，本方案串联的若干电池之间发生短路大电流泄放(比如意外撞击导致金属导体短路在一节电池或多节串联电池的正负端，如图2所示)时，没有任何保护能力，即便关断了充电开关管S1和放电开关管S2也没有任何阻止大电流泄放的作用。另外，本方案限制了串联电池均衡电路的应用，每个串联电池放弃了其自身精准的电流保护，使得无法在电池之间进行如：2.0A或更大电流均衡电路的应用。因为一旦有稍大电流均衡电路的应用，就需要每个电池自身带有精准过流保护，以避免均衡电路失效引起的过流或短路给相关电池带来的损伤；同时，相关均衡电路连接线的异常短路都会需要每节串联电池有其自身精准的过流保护电路模块。而现有串联电池主流方案无法实时进行均衡，导致串联电池组返修频率过快，已是电池行业现在迫切需要解决的痛点。综合以上两种方案分析，方案二有天生缺陷难以轻易弥补，但成本低；而方案一保护功能全，但使用若干低阻抗高压充放电开关器件，成本太高。因此，如何在确保串联电池的保护功能齐全的同时降低成本，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种串联电池保护电路，用于解决现有技术中串联电池的保护功能与成本不能兼顾的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种串联电池保护电路，所述串联电池保护电路至少包括：串联于电池组正极和电池组负极之间的若干级电池模组，关断信号电平位移模块及电压瞬变抑制模块；各级电池模组均包括单节电池、保护开关及单节电池保护模块；所述单节电池与所述保护开关串联，所述单节电池保护模块基于当前电池模组的检测信号或所述关断信号电平位移模块的输出信号产生关断信号，并基于所述关断信号控制所述保护开关以对当前电池模组进行保护；所述关断信号电平位移模块连接各级电池模组，用于将任一级电池模组的关断信号传递给其他各级电池模组，以使各级电池模组采取保护操作；所述电压瞬变抑制模块连接于所述电池组正极和所述电池组负极之间，用于吸收毛刺电压，并减缓所述电池组正极和所述电池组负极之间总电压的变化速度。可选地，所述单节电池保护模块包括检测单元及逻辑处理单元；所述检测单元接收检测信号并产生相应的保护信号；所述逻辑处理单元连接所述检测单元及所述关断信号电平位移模块的输出端，基于所述保护信号或其他级电池模组的关断信号产生当前级电池模组的关断信号。更可选地，所述检测单元包括欠压检测子单元、过压检测子单元、过温检测子单元、放电过流检测子单元、充电过流检测子单元中的一个或多个组合。可选地，各电池模组还包括并联在所述单节电池与所述保护开关的串联结构两端的旁路二极管；所述旁路二极管的阳极连接所述保护开关，阴极连接所述单节电池。可选地，各电池模组还包括并联在所述保护开关两端的分压电阻。可选地，各电池模组还包括旁路电容，所述旁路电容并联在所述保护开关的两端，或所述旁路电容并联在所述单节电池与所述保护开关的串联结构两端。可选地，所述关断信号电平位移模块包括第一电阻，第二电阻，达林顿电流放大器及与各电池模组一一对应的晶体管；各晶体管的第一端连接对应电池模组中单节电池的正极，第二端经由所述第一电阻连接所述电池组负极，控制端连接对应电池模组的关断信号；所述达林顿电流放大器的第一端连接对应电池模组并经由所述第二电阻连接所述电池组正极，第二端连接所述电池组负极，控制端连接各晶体管的第二端；其中，各晶体管为PNP三极管或PMOS管。更可选地，所述关断信号电平位移模块还包括与各电池模组一一对应的限压单元，各限压单元均包括限流电阻及齐纳二极管；所述限流电阻的第一端连接所述达林顿电流放大器的第一端，第二端连接对应电池模组；所述齐纳二极管的阴极连接所述限流电阻的第二端，阳极连接对应电池模组中单节电池的负极。更可选地，各晶体管的第一端及控制端分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联电池保护电路，其特征在于，所述串联电池保护电路至少包括：/n串联于电池组正极和电池组负极之间的若干级电池模组，关断信号电平位移模块及电压瞬变抑制模块；/n各级电池模组均包括单节电池、保护开关及单节电池保护模块；所述单节电池与所述保护开关串联，所述单节电池保护模块基于当前电池模组的检测信号或所述关断信号电平位移模块的输出信号产生关断信号，并基于所述关断信号控制所述保护开关以对当前电池模组进行保护；/n所述关断信号电平位移模块连接各级电池模组，用于将任一级电池模组的关断信号传递给其他各级电池模组，以使各级电池模组采取保护操作；/n所述电压瞬变抑制模块连接于所述电池组正极和所述电池组负极之间，用于吸收毛刺电压，并减缓所述电池组正极和所述电池组负极之间总电压的变化速度。/n

【技术特征摘要】
1.一种串联电池保护电路，其特征在于，所述串联电池保护电路至少包括：
串联于电池组正极和电池组负极之间的若干级电池模组，关断信号电平位移模块及电压瞬变抑制模块；
各级电池模组均包括单节电池、保护开关及单节电池保护模块；所述单节电池与所述保护开关串联，所述单节电池保护模块基于当前电池模组的检测信号或所述关断信号电平位移模块的输出信号产生关断信号，并基于所述关断信号控制所述保护开关以对当前电池模组进行保护；
所述关断信号电平位移模块连接各级电池模组，用于将任一级电池模组的关断信号传递给其他各级电池模组，以使各级电池模组采取保护操作；
所述电压瞬变抑制模块连接于所述电池组正极和所述电池组负极之间，用于吸收毛刺电压，并减缓所述电池组正极和所述电池组负极之间总电压的变化速度。


2.根据权利要求1所述的串联电池保护电路，其特征在于：所述单节电池保护模块包括检测单元及逻辑处理单元；所述检测单元接收检测信号并产生相应的保护信号；所述逻辑处理单元连接所述检测单元及所述关断信号电平位移模块的输出端，基于所述保护信号或其他级电池模组的关断信号产生当前级电池模组的关断信号。


3.根据权利要求2所述的串联电池保护电路，其特征在于：所述检测单元包括欠压检测子单元、过压检测子单元、过温检测子单元、放电过流检测子单元、充电过流检测子单元中的一个或多个组合。


4.根据权利要求1所述的串联电池保护电路，其特征在于：各电池模组还包括并联在所述单节电池与所述保护开关的串联结构两端的旁路二极管；所述旁路二极管的阳极连接所述保护开关，阴极连接所述单节电池。


5.根据权利要求1所述的串联电池保护电路，其特征在于：各电池模组还包括并联在所述保护开关两端的分压电阻。


6.根据权利要求1所述的串联电池保护电路，其特征在于：各电池模组还包括旁路电容，所述旁路电容并联在所述保护开关的两端，或所述旁路电容并联在所述单节电池与所述保护开关的串联结构两端。

【专利技术属性】
技术研发人员：肖川，谢锋民，
申请(专利权)人：上海汇瑞半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31