本實(shí)用新型屬于鋰電池充放電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)進(jìn)步和新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電動(dòng)汽車開(kāi)始出現(xiàn)普及化的趨勢(shì)。在此過(guò)程中，鋰電池成為了主要的動(dòng)力源技術(shù)。但是實(shí)際使用過(guò)程中不可避免會(huì)出現(xiàn)各種故障，一旦發(fā)生，輕者造成系統(tǒng)性能下降，重者引發(fā)事故，造成人員和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。
在電池系統(tǒng)中，從故障發(fā)生的部位看，有傳感器故障、執(zhí)行器故障(接觸器故障)和元部件故障(電芯故障)等?，F(xiàn)有的鋰電池管理系統(tǒng)由于復(fù)雜度和成本控制的原因，對(duì)于故障處理系統(tǒng)考慮不多，導(dǎo)致管理系統(tǒng)一旦出現(xiàn)異常即造成事故發(fā)生。例如媒體報(bào)道的電動(dòng)汽車在充電時(shí)起火的事故，事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)原因即與系統(tǒng)故障有關(guān)。因此故障處理需要考慮系統(tǒng)冗余的因素，避免鋰電池管理系統(tǒng)自身故障導(dǎo)致失控的危險(xiǎn)。
另一方面，電動(dòng)汽車存在著特有的高壓電動(dòng)力安全性隱患：電動(dòng)汽車的動(dòng)力電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人體的安全電壓，出現(xiàn)事故時(shí)有可能出現(xiàn)人員觸電的危險(xiǎn)；出現(xiàn)碰撞等破壞時(shí)電池系統(tǒng)的高電壓易產(chǎn)生火花而導(dǎo)致火災(zāi)。因此當(dāng)檢測(cè)到高壓系統(tǒng)故障時(shí)，需要及時(shí)作出響應(yīng)并采取措施，以確保高壓動(dòng)力安全性以及整車碰撞安全性。
鑒于上述原因，為了提高可靠性，提供單獨(dú)的鋰電池模塊故障處理系統(tǒng)是非常必要的選擇。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種故障處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠作為鋰電池電源管理系統(tǒng)(鋰電池的主要管理系統(tǒng))在安全管理方面的備份，在主要管理系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者無(wú)法正常處理電源模塊(由若干個(gè)電池組組成)出現(xiàn)的異常情況時(shí)，及時(shí)接管對(duì)電源模塊的管理，保證電源模塊不出現(xiàn)危險(xiǎn)情況。
為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)，設(shè)置在由若干個(gè)電池組構(gòu)成的、帶有電源模塊管理系統(tǒng)的電源模塊上；所述電源模塊管理系統(tǒng)包括設(shè)置在所述電源模塊的主回路上的主正接觸器、主負(fù)接觸器、第一溫度傳感器、第一電壓測(cè)量器、第一電流傳感器、第一絕緣電阻測(cè)量器以及連接并控制上述部件的模塊管理單元；所述鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)包括若干個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)組成的、能夠?qū)⒏邏旱乃鲭娫茨K截?cái)酁槿舾蓚€(gè)低壓的所述電池組的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)陣列和若干個(gè)第二溫度傳感器組成的溫度傳感器陣列，一個(gè)所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與一個(gè)所述電池組并聯(lián)，一個(gè)所述第二溫度傳感器對(duì)應(yīng)一個(gè)所述電池組，還包括與所述模塊管理單元、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)陣列、溫度傳感器陣列相連的故障處理單元；其中，所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為轉(zhuǎn)換型，采用磁保持繼電器。
進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)包含由一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)與兩個(gè)靜觸點(diǎn)構(gòu)成的單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)，所述單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)包括“常閉”和“轉(zhuǎn)換”兩種狀態(tài)，每個(gè)所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的所述磁保持繼電器均通過(guò)專用的繼電器驅(qū)動(dòng)電路連接所述故障處理單元。
更進(jìn)一步，所述磁保持繼電器為多線圈的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，包含通過(guò)磁力保持所述動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)開(kāi)合狀態(tài)的永久磁鐵或高剩磁特性銜鐵；所述磁保持繼電器的所述動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)間距大于1.3mm。
進(jìn)一步，還包括設(shè)置在所述電源模塊的所述主回路上的第二電壓測(cè)量器、第二電流傳感器，所述第二電壓測(cè)量器、第二電流傳感器連接所述故障處理單元。
進(jìn)一步，故障處理單元還連接并能夠控制所述電源模塊的主回路上的主正接觸器、主負(fù)接觸器。
進(jìn)一步，還包括與所述故障處理單元連接的加速度傳感器。
進(jìn)一步，還包括與所述故障處理單元連接的第二絕緣電阻測(cè)量器。
進(jìn)一步，所述第二溫度傳感器、第二電壓測(cè)量器、第二電流傳感器、第二絕緣電阻測(cè)量器與所述電源模塊管理系統(tǒng)的所述第一溫度傳感器、第一電壓測(cè)量器、第一電流傳感器、第一絕緣電阻測(cè)量器不設(shè)置在同一位置。
更進(jìn)一步，所述鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)的電源供應(yīng)采用獨(dú)立電源。
本實(shí)用新型的有益效果有以下幾點(diǎn)：
1.為電源模塊的管理提供了冗余備份(包括傳感器、執(zhí)行器、控制器等主要部分的故障備份)，能夠在主管理系統(tǒng)失效的情況下接管對(duì)電源模塊的控制，避免發(fā)生危險(xiǎn)；
2.能夠與主管理系統(tǒng)相互補(bǔ)充，為主管理系統(tǒng)提供更多的傳感數(shù)據(jù)，幫助主管理系統(tǒng)更有效的管理電源模塊，同時(shí)提高對(duì)電源模塊的管理的可靠性；
3.能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電源模塊的高壓系統(tǒng)故障的安全響應(yīng)，避免進(jìn)水故障等因素導(dǎo)致的高壓觸電危險(xiǎn)。
附圖說(shuō)明
圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式中所述鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)的電路原理框圖；
圖2是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式中所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)陣列與所述電池組的連接關(guān)系示意圖；
圖中：1-模塊管理單元，2-主正接觸器，3-主負(fù)接觸器，4-故障處理單元，5-第二電壓測(cè)量器，6-第二電流傳感器，7-第二溫度傳感器，8-轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，9-電池組，10-加速度傳感器，11-磁保持繼電器，12-單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)，13-繼電器驅(qū)動(dòng)電路，14-第二絕緣電阻測(cè)量器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
如圖1所示的一種鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)，設(shè)置在帶有電源模塊管理系統(tǒng)的電源模塊上，在本實(shí)施例中電源模塊由若干個(gè)電池組9串聯(lián)構(gòu)成。
其中，電源模塊管理系統(tǒng)是電源模塊的主管理系統(tǒng)，包括設(shè)置在電源模塊的主回路上的主正接觸器2、主負(fù)接觸器3、傳感器陣列(包括第一溫度傳感器、第一電壓測(cè)量器、第一電流傳感器等等，在圖1中沒(méi)有標(biāo)注)以及連接并控制上述部件的模塊管理單元1。
本實(shí)用新型所提供的鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)包括若干個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)8組成的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)陣列和若干個(gè)第二溫度傳感器7組成的溫度傳感器陣列，其中一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)8與一個(gè)電池組9并聯(lián)，一個(gè)第二溫度傳感器7對(duì)應(yīng)一個(gè)電池組9。還包括故障處理單元4，故障處理單元4與轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)陣列、溫度傳感器陣列相連，能夠讀取陣列獲得的電池組的相關(guān)參數(shù)，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)陣列發(fā)出控制信號(hào)，控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)8的工作。還包括設(shè)置在電源模塊的主回路上的第二電壓測(cè)量器5、第二電流傳感器6，第二電壓測(cè)量器5、第二電流傳感器6連接故障處理單元4。還包括與故障處理單元4連接的加速度傳感器10和第二絕緣電阻測(cè)量器14。
此外鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)的故障處理單元4與主管理系統(tǒng)的模塊管理單元1相連，故障處理單元4還連接并能夠控制電源模塊的主回路上的主正接觸器2、主負(fù)接觸器3。
如圖2所示，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)8為轉(zhuǎn)換型，采用磁保持繼電器11，包含由一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)與兩個(gè)靜觸點(diǎn)構(gòu)成的單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)12，單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)12包括“常閉”和“轉(zhuǎn)換”兩種狀態(tài)，每個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)8的磁保持繼電器11均通過(guò)專用的繼電器驅(qū)動(dòng)電路13連接故障處理單元4。
磁保持繼電器11為多線圈的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，包含通過(guò)磁力保持動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)開(kāi)合狀態(tài)的永久磁鐵或具有很高剩磁特性的零件制備電磁繼電器的銜鐵，其觸點(diǎn)開(kāi)合狀態(tài)平時(shí)由永久磁鐵或高剩磁特性銜鐵所產(chǎn)生的磁力維持；磁保持繼電器11的動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)間距大于1.3mm，典型值為1.6mm；閉合時(shí)觸點(diǎn)壓力大于500克力(雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)是指在電磁線圈斷電后永久磁鐵或銜鐵仍能保持線圈通電時(shí)位置的結(jié)構(gòu))。磁保持繼電器11的觸點(diǎn)間距較小時(shí)可以減少動(dòng)作時(shí)間，但容易產(chǎn)生觸點(diǎn)電弧。在本實(shí)施例中，由于通過(guò)的電流較大，磁保持繼電器11的觸點(diǎn)間距應(yīng)大于1.3mm以抑制觸點(diǎn)電弧。
本實(shí)用新型所提供的鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)的電源供應(yīng)采用獨(dú)立電源，并非來(lái)自于鋰電池電源模塊的輸出。
在對(duì)電源模塊進(jìn)行管理時(shí)，主管理系統(tǒng)具有優(yōu)先處理權(quán)，包括將特定的電池組移出電源模塊的主回路、斷開(kāi)電源模塊的主回路等。
本實(shí)用新型所提供的鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)作為對(duì)上述主管理系統(tǒng)的冗余備份，完全獨(dú)立于主管理系統(tǒng)，包括獨(dú)立的第二絕緣電阻測(cè)量器14、第二電壓傳感器5、第二電流傳感器6、(第二溫度傳感器7組成的)溫度傳感器陣列、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)陣列以及電源供應(yīng)；并且(第二溫度傳感器7組成的)溫度傳感器陣列、第二電壓傳感器5、第二電流傳感器6的安裝位置也與主管理系統(tǒng)的傳感器陣列(包括第一溫度傳感器、第一電壓測(cè)量器、第一電流傳感器、第一絕緣電阻測(cè)量器等相關(guān)傳感器)的安裝位置不同，以便避免同主管理系統(tǒng)的相應(yīng)部件同時(shí)受損的情況發(fā)生，最大限度的保證冗余備份的有效性。此外，主管理系統(tǒng)的模塊管理單元1與故障處理單元4之間也可以相互聯(lián)系來(lái)獲取各自管理的不同傳感器的測(cè)量信息，增加傳感器測(cè)量的可靠性。
本實(shí)用新型所提供的鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)在工作時(shí)采用定時(shí)掃描及休眠的方式，出現(xiàn)突發(fā)故障時(shí)，本實(shí)用新型所提供的鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)的故障處理單元4先與主管理系統(tǒng)的模塊管理單元1聯(lián)系，如果聯(lián)系失敗(即在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)模塊管理單元1無(wú)反應(yīng))，則故障處理單元4介入并單獨(dú)對(duì)故障進(jìn)行處理。
本實(shí)用新型所提供的鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)的控制輸出為轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)陣列中的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)8以及電源模塊主回路上的主正接觸器2、主負(fù)接觸器3。其中對(duì)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)8的控制作用主要在于可以使得串聯(lián)起來(lái)的高壓的電源模塊(即高壓輸出)截?cái)酁槎鄠€(gè)獨(dú)立的低壓的電池組，避免異常狀況時(shí)的高壓觸電危險(xiǎn)；同時(shí)也可以將特定的電池組9移出電源模塊的主回路，用于屏蔽某個(gè)有故障的電池組9。
具體的工作模式如下：
1.當(dāng)?shù)诙^緣電阻測(cè)量器14測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)低阻時(shí)，故障處理單元4與模塊管理單元1聯(lián)系，得到模塊管理單元1確認(rèn)后故障處理單元4斷開(kāi)全部轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)8；若聯(lián)系失敗(設(shè)定時(shí)間內(nèi)模塊管理單元1無(wú)反應(yīng))，則故障處理單元4斷開(kāi)全部轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)8及主正接觸器2、主負(fù)接觸器3。通過(guò)這種方式來(lái)避免可能的浸水故障等因素導(dǎo)致的高壓觸電危險(xiǎn)。
2.加速度傳感器10(例如MEMS三軸加速度傳感器等)，用于判斷(裝載了鋰電池的車輛)是否出現(xiàn)碰撞。車輛碰撞時(shí)，車輛變形過(guò)程時(shí)的加速度是比較特殊的。若車輛碰撞，加速度傳感器10會(huì)出現(xiàn)異常信號(hào)，此時(shí)故障處理單元4從加速度計(jì)信息判斷是否碰撞，同時(shí)與模塊管理單元1聯(lián)系，從汽車CAN總線上獲取上級(jí)車控系統(tǒng)的速度信息；如果確定碰撞則故障處理單元4斷開(kāi)全部轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)8，若聯(lián)系失敗(設(shè)定時(shí)間內(nèi)模塊管理單元1無(wú)反應(yīng))則故障處理單元4斷開(kāi)全部轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)8及主正接觸器2、主負(fù)接觸器3。
3.當(dāng)溫度傳感器陣列監(jiān)測(cè)到某個(gè)電池組9溫度測(cè)量值異常時(shí)，故障處理單元4與模塊管理單元1通訊，得到模塊管理單元1確認(rèn)后故障處理單元4控制與該電池組9相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)8調(diào)整到“轉(zhuǎn)換”狀態(tài)，從而移除相應(yīng)電池組9，避免電池自短路帶來(lái)的危害。
4.當(dāng)?shù)诙妷簻y(cè)量器5、第二電流傳感器6監(jiān)測(cè)到電源模塊的電壓、電流測(cè)量值異常時(shí)，故障處理單元4與模塊管理單元1通訊，得到模塊管理單元1確認(rèn)后(通訊正常時(shí))由模塊管理單元1(即主管理系統(tǒng))處理；若聯(lián)系失敗(設(shè)定時(shí)間內(nèi)模塊管理單元1無(wú)反應(yīng))時(shí)斷開(kāi)主正接觸器2、主負(fù)接觸器3。
本實(shí)用新型所述的裝置并不限于具體實(shí)施方式中所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案得出其他的實(shí)施方式，同樣屬于本實(shí)用新型的技術(shù)創(chuàng)新范圍。