帶有安全保護系統的鎳氫電池組的製作方法
2023-06-02 01:45:06 1
帶有安全保護系統的鎳氫電池組的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶有安全保護系統的鎳氫電池組，屬於電源【技術領域】。它包括由單體鎳氫電池和電池連接片串聯組成的電池組，還包括電池組管理系統，其由電壓採集通道，中央控制模塊，充電開關，放電開關，電流採集通道、溫度採集通道，充電模塊和放電模塊組成；電池組中各單體電池依次與電壓採集通道、中央控制模塊聯接；電池組與溫度採集通道聯接；溫度採集通道的輸出端與中央控制模塊聯接；充電模塊、放電模塊與中央控制模塊聯接。本發明結構簡單易組裝，接入電池組管理系統增加了電池組的安全性，電池組管理系統具有電池短路、過流、過充、過放、過溫等保護功能，可有效保護鎳氫電池組電池組的安全使用，延長其使用壽命。
【專利說明】帶有安全保護系統的鎳氫電池組
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種化學電源，尤其是鎳氫電池組，屬於電源【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 儀器儀表電源、特別是礦用電源需要配置安全性能較高的鎳氫電池組。鎳氫電池 組在充、放電過程中，如無有效的監控，容易出現過流、過充、過放、過溫等現象，從而導致電 池漏液而損壞設備，甚至發生電池爆炸的安全事故。因此，現有的礦用電源多採用配置兩種 電子元器件作為保護的簡易電池組：用限流電阻來保證電池組不過流；用熔斷絲阻止電池 組發生短路現象。這種保護方式存在的弊端有五點：一是當電池發生短路或過流，熔斷絲熔 斷後，需要人工更換熔斷絲，工作比較繁瑣；二是沒有充電保護，充電過程需要人工監護，容 易產生過充的現象，比較耗費人力資源；三是放電時，只有用電設備不動作時才知道電池組 沒電了，這樣電池組每次基本都會進入過放階段，從而縮短了電池的使用壽命並降低了電 池的容量；四是由於沒有過溫保護，電池長期在高溫下工作會有安全隱患，同時也會縮短電 池的使用壽命；五是電池組加裝限流電阻後，不管是充電還是放電都會消耗部分能量，不利 於節約能源。
【發明內容】
[0003] 針對現有礦用電池組存在的問題，本發明提供一種可以連續監控單只電池電壓及 整個電池組電壓和最高溫度、並可控制充放電過程的鎳氫電池組。 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：帶有安全保護系統的鎳氫電池組，包括 由10隻單體鎳氫電池和電池連接片串聯組成的電池組，還包括電池組管理系統，其由電壓 採集通道，中央控制模塊，充電開關，放電開關，電流採集通道、溫度採集通道，充電模塊和 放電模塊組成；電池組中各單體電池依次與電壓採集通道、中央控制模塊聯接；電池組與 溫度採集通道聯接；溫度採集通道的輸出端與中央控制模塊聯接；電池組的輸出正極依次 與充電開關、放電開關聯接；充電開關、放電開關分別由充電模塊、放電模塊控制，充電模 塊、放電模塊與中央控制模塊聯接；電池組的輸出負極與電流採集通道聯接。 本發明的有益效果是，結構簡單易組裝，接入電池組管理系統增加了電池的安全性和 循環使用壽命，電池組管理系統具有防止電池短路、過流、過充、過放、過溫等保護功能，可 有效保護電池組的安全使用，延長電池組的使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0004] 圖1是本發明原理框圖； 圖2是圖1中電壓採集通道2的電原理圖； 圖3是圖1中電流採集通道6的電原理圖； 圖4是圖1中充電模塊8的電原理圖； 圖5是圖1中放電模塊9的電原理圖。 圖中各部件及模塊編號： 1一電池組，2 -電壓米集通道，3-中央控制模塊，4一充電開關， 5一放電開關，6 -電流米集通道，7-溫度米集通道，8-充電模塊， 9 一放電模塊。
【具體實施方式】
[0005] 下面結合實施例對本發明進一步說明。 參見圖1，帶有安全保護系統的鎳氫電池組是用10隻鎳氫電池（DSOOOmAh)通過電池連 接片串聯、再接入電池組管理系統組成的12V電池組；電池組管理系統由電壓採集通道2， 中央控制模塊3,充電開關4,放電開關5,電流採集通道6、溫度採集通道7,充電模塊8和 放電模塊9組成；電池組1中各單體電池依次與電壓採集通道2、中央控制模塊3聯接；電 池組1與溫度採集通道7聯接；溫度採集通道7的輸出端與中央控制模塊3聯接；電池組 1的輸出正極依次與充電開關4、放電開關5聯接；充電開關4、放電開關5分別由充電模塊 8、放電模塊9控制，充電模塊8、放電模塊9與中央控制模塊3聯接；電池組1的輸出負極 與電流採集通道6聯接。 參見圖2,電壓採集通道2為電阻（R2 - R10, R12 - R20)和運算放大器（IC1B - IC3B) 組成的電壓採樣電路，通過電阻採集單體電池的電壓，加入運算放大器，以保證單體電池 的一致性；其輸入端（CEL1 - CEL10)與電池組1聯接，輸出端（CELL1-CELL10)與中央控 制模塊3聯接。 中央控制模塊3為單片機，其輸入端分別與電壓採集通道2的輸出端（CELL1-CELL10)、 電流採集通道6的輸出端（CHR)、溫度採集通道7的輸出端（TEMP)聯接，其輸出端 (CURRENT_PR0)與充電模塊8、放電模塊9聯接；如圖1。 充電開關（4)為M0S管，與電池組1的正極（VBAT+)聯接，由充電模塊8的輸出端（C_ DRV)控制；如圖1。 放電開關5為M0S管，與充電開關（4)聯接，由放電模塊9的輸出端（D_DRV)控制；如 圖1。 參見圖3,電流採集通道6為電阻和運算放大器組成的電流檢測電路，通過放大器 (IC3C、IC3D)檢測採樣電阻（R21)的電壓，再通過放大器（IC4A、IC4D)判斷電流方向，從而 確定電池組在充電還是放電。其輸入端與電池組1的負極（VBAT-)聯接，輸出端（CHR)與中 央控制模塊3聯接。 溫度採集通道7為溫度傳感器，其輸入端置於電池組物理位置的中心，輸出端（TEMP) 與中央控制模塊3聯接；如圖1。 參見圖4,充電模塊8為門限比較電路，當電池組的總電壓小於15. 0V，其輸出端（C_ DRV)為高電平，否則輸出端（C_DRV)為低電平；其輸入端與中央控制模塊3的輸出端 (CURRENT_PR0)聯接，輸出端（C_DRV)與充電開關4聯接。 參見圖5，放電模塊9為門限比較電路，當電池組的總電壓大於9. 5V，其輸出端（D_DRV) 為高電平，否則輸出端（D_DRV)為低電平。其輸入端與中央控制模塊3的輸出端（CURRENT_ PRO)聯接，輸出端（D_DRV)與充電開關4聯接。 電池組管理系統的保護功能為： 電池組的短路、過流保護： 電池組在充、放電過程中，電流採集通道6檢測到電流大於4A時，電池組管理系統通過 中央控制模塊3同時關斷充電開關4和放電開關5,停止充、放電；充電開關4和放電開關5 關斷lOmin後，電池組管理系統通過中央控制模塊3同時導通充電開關4和放電開關5,繼 續充、放電。 電池組的過充保護： 電池組在充電過程中，電壓採集通道2採集到電池組1中任意一隻單體電池的電壓大 於1. 46V、或者電池組的總電壓大於14. 5V時，電池組管理系統通過中央控制模塊3關斷充 電開關4,電池組1停止充電。充電開關4關斷後，電壓採集通道2繼續採集電池組1的總 電壓和單電池電壓；當電池組1的總電壓小於13. 5V時，電池組管理系統通過中央控制模塊 3導通充電開關4,電池組1自動繼續充電。 電池組的過放保護： 電池組在放電過程中，電壓採集通道2採集到電池組1中任意一隻單體電池的電壓小 於1. 0V、或者電池組的總電壓小於11. 0V時，電池組管理系統通過中央控制模塊3關斷放電 開關5,電池組1停止放電。放電開關5關斷後，電壓採集通道2繼續採集電池組1的總電 壓和單電池電壓；當採集到電池組1的總電壓大於12. 5V時，電池組管理系統通過中央控制 模塊3導通放電開關5,電池組1自動繼續放電。 電池組的過溫保護： 電池組在充電過程中，溫度採集通道7採集到電池組1溫度大於55°C時，電池組管理系 統通過中央控制模塊3關斷充電開關4,電池組1停止充電；充電開關4關斷後，溫度採集 通道7繼續採集電池組1的溫度；當溫度小於等於45°C時，電池組管理系統通過中央控制 模塊3導通充電開關4,電池組1繼續充電。 電池組在放電過程中，溫度採集通道7採集到電池組1溫度大於70°C時，電池組管理系 統通過中央控制模塊3關斷放電開關5,電池組1停止放電；放電開關5關斷後，溫度採集 通道7繼續採集電池組1的溫度；當溫度小於等於60°C時，電池組管理系統通過中央控制 模塊3導通放電開關5,電池組1繼續放電。 電池組在中央控制模塊3失效時的過充保護： 電池組在充電過程中，若電池組管理系統中的中央控制模塊3失效，不能再進行過充 保護，電池組1通過充電模塊8進行比較，電池組總電壓大於15. 0V時，充電模塊8控制斷 開充電開關4,停止充電。 電池組在中央控制模塊3失效時的過放保護： 電池組在放電過程中，若電池組管理系統中的中央控制模塊3失效，不能再進行過放 保護，電池組1通過放電模塊9進行比較，電池組總電壓小於9. 5V時，放電模塊9控制斷開 放電開關5,停止放電。
【權利要求】
1. 一種帶有安全保護系統的鎳氫電池組，包括由單體鎳氫電池和電池連接片串聯組成 的電池組（1)，其特徵在於，還包括電池組管理系統，其由電壓採集通道（2)，中央控制模塊 (3)，充電開關（4)，放電開關（5)，電流採集通道（6)、溫度採集通道（7)，充電模塊（8)和放 電模塊（9)組成；電池組（1)中各單體電池依次與電壓採集通道（2)、中央控制模塊（3)聯 接；電池組（1)與溫度採集通道（7 )聯接；溫度採集通道（7 )的輸出端與中央控制模塊（3 ) 聯接；電池組（1)的輸出正極依次與充電開關（4)、放電開關（5)聯接；充電開關（4)、放電 開關（5)分別由充電模塊（8)、放電模塊（9)控制，充電模塊（8)、放電模塊（9)與中央控制 模塊（3 )聯接；電池組（1)的輸出負極與電流採集通道（6 )聯接。
2. 根據權利要求1所述的帶有安全保護系統的鎳氫電池組，其特徵在於，所述的電壓 採集通道（2)為電阻和運算放大器組成的電壓採樣電路。
3. 根據權利要求1所述的帶有安全保護系統的鎳氫電池組，其特徵在於，所述的中央 控制模塊（3)為單片機。
4. 根據權利要求1所述的帶有安全保護系統的鎳氫電池組，其特徵在於，所述的充電 開關（4)為MOS管。
5. 根據權利要求1所述的帶有安全保護系統的鎳氫電池組，其特徵在於，所述的放電 開關（5)為MOS管。
6. 根據權利要求1所述的帶有安全保護系統的鎳氫電池組，其特徵在於，所述的電流 採集通道（6 )為電阻和運算放大器組成的電流檢測電路。
7. 根據權利要求1所述的帶有安全保護系統的鎳氫電池組，其特徵在於，所述的溫度 採集通道（7)為溫度傳感器。
8. 根據權利要求1所述的帶有安全保護系統的鎳氫電池組，其特徵在於，所述的充電 模塊（8)為門限比較電路。
9. 根據權利要求1所述的帶有安全保護系統的鎳氫電池組，其特徵在於，所述的放電 模塊（9)為門限比較電路。
【文檔編號】H02J7/00GK104064827SQ201410289011
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】王茂林, 吳一帆, 黃明, 趙樸, 孫偉 申請人:四川寶生新能源電池有限公司