一種電池母線電壓反接保護電路的製作方法

2023-05-04 02:07:11 1

本發明涉及電源技術領域，尤其涉及一種電池母線電壓反接保護電路。

背景技術：

目前新能源行業蓬勃發展，其中，儲能系統就是通過鋰電池來存儲可持續和可再生的電能。系統中鋰電池Pack串聯後母線電壓高、能量極其大。基於這情況防止BMS部件高壓端正負反接而採取相應保護電路是相當必要,市場上現有的保護策略都是依靠軟體檢測動作保護。

1.依靠軟體檢測判斷，向上級BMS發出指令，再由上級控制關閉接觸器而斷開外部負載電路，其動作的速度比較慢，降低了安全性。

2.依靠軟體檢測保護其可靠性差，可能因為軟體失效或者是通訊問題而無法保護。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種響應速度快、安全性高的電池母線電壓反接保護電路。

本發明所採用的技術方案是：一種電池母線電壓反接保護電路，包括電池母線、外部負載電路，其還包括比較電路、第一開關保護電路和繼電器，所述電池母線的輸出端通過繼電器與所述外部負載電路的輸入端連接；所述比較電路的輸入端與所述電池母線的輸出端連接，其輸出端與所述第一開關保護電路的輸入端連接，所述第一開關保護電路的輸出端與所述繼電器的輸入端連接；所述比較電路用於檢測電池母線的極性並輸出控制信號給第一開關保護電路，當極性錯誤時，第一開關保護電路控制繼電器切斷電池母線與外部負載電路的連接。

進一步，所述比較電路包括第一分壓電阻、運算放大器以及基準電壓電路，所述電池母線通過第一分壓電阻與所述運算放大器的正輸入端連接，所述基準電壓的輸出端與運算放大器的負輸入端連接，所述運算放大器的輸出端與所述第一開關保護電路連接。

進一步，所述基準電壓電路包括第一電源和第一限流電阻，所述第一電源通過第一限流電阻與運算放大器的負輸入端連接。

進一步，第一開關保護電路包括第一三極體和第二限流電阻，所述運算放大器的輸出端通過第二限流電阻與第一三極體的基極連接，所述第一三極體的發射極與地連接，其集電極與所述繼電器的輸入端連接。

另外基於發明基本構思的另一種技術方案，一種電池母線電壓反接保護電路，包括電池、外部負載電路，其特徵在於：其還包括比較電路、第一開關保護電路、繼電器、電平轉換電路、MCU以及第二開關保護電路，所述電池母線通過繼電器與所述外部負載電路的輸入端連接；所述電池母線的輸出端依次連接有比較電路、電平轉換電路以及MCU，所述MCU的輸出端與所述第二開關保護電路連接；所述比較電路的輸出端依次連接有第一開關保護電路、第二開關保護電路，第二開關電路的輸出端與所述外部負載電路輸入端連接；所述比較電路用於檢測電池母線的極性並輸出控制信號給第一開關保護電路，當極性錯誤時，第一開關保護電路控制繼電器切斷電池母線與外部負載電路的連接。

進一步，所述比較電路包括第一分壓電阻、運算放大器以及基準電壓電路，所述電池母線通過第一分壓電阻與所述運算放大器的正輸入端連接，所述基準電壓的輸出端與運算放大器的負輸入端連接，所述運算放大器的輸出端與所述第一開關保護電路連接。

進一步，所述基準電壓電路包括第一電源和第一限流電阻，所述第一電源通過第一限流電阻與運算放大器的負輸入端連接。

進一步，所述電平轉換電路包括第二三極體、第三限流電阻、第四限流電阻以及第二電源端，所第二三極體的發射極與地連接，其集電極通過第三限流電阻與第二電源端連接，其基極通過第四限流電阻與所述運算放大器的輸出端連接，所述第二三極體的集電極與所述第二開關電路的輸入端連接。

進一步，所述第二開關電路包括：第三三極體和第四限流電阻，所述第三三極體的集電極通過第四限流電阻與第三三極體的基極連接，所述第三三極體的發射極與第一開關電路的輸出端連接，其集電極與所述繼電器的輸入端連接。

進一步，所述第二電源為3.3V。

本發明的有益效果是：本發明設置有比較電路、第一開關保護電路和繼電器，利用比較電路檢測電池母線的極性並輸出控制信號給第一開關保護電路，當極性錯誤時，第一開關保護電路控制繼電器切斷電池母線與外部負載電路的連接，利用純硬體實現反接保護，相比軟體檢測動作，響應速度更快，安全性更高。

另外基於本發明基本構思的另一技術方案，通過增加電平轉換電路、MCU、以及第二開關保護電路，在硬體保護的基礎上增加一套軟體保護迴路，進一步提高了電池母線反接保護的安全可靠性。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明：

圖1是本發明實施例一的電路結構示意圖；

圖2是本發明 實施例一的電路原理圖；

圖3是本發明實施例二的電路結構示意圖；

圖4是本發明實施例二的電路原理圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

實施例1

如圖1所示，一種電池母線電壓反接保護電路，包括電池母線、外部負載電路，其還包括比較電路、第一開關保護電路和繼電器，所述電池母線的輸出端通過繼電器與所述外部負載電路的輸入端連接；所述比較電路的輸入端與所述電池母線的輸出端連接，其輸出端與所述第一開關保護電路的輸入端連接，所述第一開關保護電路的輸出端與所述繼電器的輸入端連接；所述比較電路用於檢測電池母線的極性並輸出控制信號給第一開關保護電路，當極性錯誤時，第一開關保護電路控制繼電器切斷電池母線與外部負載電路的連接。

如圖2所示，所述比較電路包括第一分壓電阻、運算放大器UK1A以及基準電壓電路，所述電池母線BUS+通過第一分壓電阻與所述運算放大器UK1A的正輸入端連接，所述基準電壓的輸出端與運算放大器UK1A的負輸入端連接，所述運算放大器UK1A的輸出端與所述第一開關保護電路連接。所述基準電壓電路包括第一電源-12V和第一限流電阻R89，所述第一電源-12V通過第一限流電阻R89與運算放大器UK1A的負輸入端連接。第一開關保護電路包括第一三極體QK4和第二限流電阻R165，所述運算放大器UK1A的輸出端通過第二限流電阻R165與第一三極體UK1A的基極連接，所述第一三極體QK4的發射極與地連接，其集電極與所述繼電器RL1的輸入端連接。其中由若干的電阻分壓後得到採樣信號UR1,通過運算放大器UK1A與基準電壓電路中的UR95比較輸出邏輯電平IN-ERROR。

1. 當母線BUS+正接時，電壓為1000V，則由歐姆定律得：

UR1= [150K/(3M+3M+3M+3M+3M+150K)]*1000V=9.9V

UR95=[1K/(1K+20K)] *-12V=-0.57V

UR1>UR95,所以比較器輸出高電平IN-ERROR=+12V。

2. 當母線BUS+反接時，電壓為-1000V，則由歐姆定律得：

UR1= [150K/(3M+3M+3M+3M+3M+150K)]*-1000V=-9.9V

UR95=[1K/(1K+20K)] *-12V=-0.57V

UR1<UR95,所以比較器輸出低電平IN-ERROR=-12V。

IN-ERROR為母線BUS+正反接檢測結果信號，給到第一三極體QK4，利用三極體的開關原理，當母線BUS+反接時，第一三極體QK4斷開，繼電器RL1控制線圈處失電的狀態不動作，觸點COM與NO為常開狀態，所以外部負載電路中的主接觸器也為斷開狀態，從而有效保護鋰電池Pack，不因母線BUS+反接導致損壞器件、短路起火等發生災難性的事故。

利用純硬體實現反接保護，相比軟體檢測動作，響應速度更快，安全性更高。

實施例2

如圖3所示，一種電池母線電壓反接保護電路，包括電池、外部負載電路，其特徵在於：其還包括比較電路、第一開關保護電路、繼電器、電平轉換電路、MCU以及第二開關保護電路，所述電池母線通過繼電器與所述外部負載電路的輸入端連接；所述電池母線的輸出端依次連接有比較電路、電平轉換電路以及MCU，所述MCU的輸出端與所述第二開關保護電路連接；所述比較電路的輸出端依次連接有第一開關保護電路、第二開關保護電路，第二開關電路的輸出端與所述外部負載電路輸入端連接；所述比較電路用於檢測電池母線的極性並輸出控制信號給第一開關保護電路，當極性錯誤時，第一開關保護電路控制繼電器切斷電池母線與外部負載電路的連接。

如圖4所示，所述比較電路包括第一分壓電阻、運算放大器UK1A以及基準電壓電路，所述電池母線BUS+通過第一分壓電阻與所述運算放大器UK1A的正輸入端連接，所述基準電壓的輸出端與運算放大器UK1A的負輸入端連接，所述運算放大器UK1A的輸出端與所述第一開關保護電路連接。所述基準電壓電路包括第一電源-12V和第一限流電阻R89，所述第一電源-12V通過第一限流電阻R89與運算放大器UK1A的負輸入端連接。第一開關保護電路包括第一三極體QK4和第二限流電阻R165，所述運算放大器UK1A的輸出端通過第二限流電阻R165與第一三極體UK1A的基極連接，所述第一三極體QK4的發射極與地連接，其集電極與所述繼電器RL1的輸入端連接。其中由若干的電阻分壓後得到採樣信號UR1,通過運算放大器UK1A與基準電壓電路比較輸出邏輯電平IN-ERROR。所述電平轉換電路包括第二三極體Q2、第三限流電阻R104、第四限流電阻以及第二電源端3.3V，所第二三極體Q2的發射極與地連接，其集電極通過第三限流電阻R104與第二電源端3.3V連接，其基極通過第四限流電阻R105與所述運算放大器UK1A的輸出端連接，所述第二三極體Q2的集電極與所述第二開關電路的輸入端連接。所述第二開關電路包括：第三三極體QKA4和第四限流電阻R164，所述第三三極體QKA4的集電極通過第四限流電阻R164與第三三極體QKA4的基極連接，所述第三三極體QKA4的發射極與第一開關電路的輸出端連接，其集電極與所述繼電器RL1的輸入端連接。

如實施例1所述，比較電路檢測出為母線BUS+正反接檢測結果信號IN-ERROR，輸出給IN-ERROR為母線BUS+正反接檢測結果信號，給到第一三極體QK4，利用三極體的開關原理，當母線BUS+反接時，第一三極體QK4斷開，繼電器RL1控制線圈處失電的狀態不動作，觸點COM與NO為常開狀態，所以外部負載電路中的主接觸器也為斷開狀態，同時信號IN-ERROR經由電平轉換電路之後，轉換成3.3V信號給到MCU，作為故障告警信號。正常時$IN-ERROR為低電平0V，故障反接時$IN-ERROR為高電平3.3V。$DO1為MCU軟體控制DO迴路的信號，MCU通過過控制三極體QKA4關斷，控制繼電器RL1，讓電池母線BUS+和外部負載電路的連接，

通過增加電平轉換電路、MCU、以及第二開關保護電路，在硬體保護的基礎上增加一套軟體保護迴路，進一步提高了電池母線反接保護的安全可靠性。

以上是對本發明的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造並不限於所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的範圍內。