專利名稱：高壓電池組輸出短路保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源防護(hù)電路，具體地說是一種高壓電池組輸出短路保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，電池組的應(yīng)用越來越廣泛，故對(duì)其安全性能的要求也相應(yīng)地提高，尤其是容量大且電壓高的車用動(dòng)力電池組。電池組輸出短路，即由于某種原因致使電池組的輸出正、負(fù)極在電阻非常小的情況下相互連接。這種短路會(huì)產(chǎn)生過大的電流和過多的熱量，導(dǎo)致電池組的壽命嚴(yán)重受損。由于短路產(chǎn)生過多的熱量，導(dǎo)致其在斷路之前產(chǎn)生足以融化一般金屬的高溫，易導(dǎo)致電器燒壞和火災(zāi)事故的發(fā)生，使得人們生命財(cái)產(chǎn)安全受到很大的威脅。電池組發(fā)生輸出短路，對(duì)電池組的安全性能也會(huì)產(chǎn)生巨大的不利影響。目前，電池組輸出短路保護(hù)的常用方法是:以回路電流的急劇增大為短路判斷的依據(jù)和條件，當(dāng)檢測(cè)電路檢測(cè)到短路發(fā)生后，通過控制電路控制開關(guān)元件斷開輸出回路。由于開關(guān)電路、檢測(cè)電路和控制電路都有一定的延時(shí)時(shí)間，在這段延時(shí)時(shí)間內(nèi)，回路電流還會(huì)迅速增大，開關(guān)電路必須承受很大的短路電流，而這些短路電流所產(chǎn)生的能量，很容易導(dǎo)致開關(guān)電路的損壞，繼而導(dǎo)致電池組失去保護(hù)。根據(jù)短路產(chǎn)生的能量計(jì)算公式(Q=U2 / R)可知，該能量與電池組輸出電壓的平方成正比，而這些能量都要匯聚到開關(guān)電路上，而開關(guān)電路所能承受的能量是有限的，當(dāng)電池組的輸出電壓只有數(shù)十伏時(shí)，常用的開關(guān)電路勉強(qiáng)可以承受，但是，當(dāng)電池組的輸出電壓達(dá)到上百甚至幾百伏時(shí)，短路所產(chǎn)生的能量會(huì)巨幅增力口，常用的開關(guān)電路就很難承受。所以，開關(guān)電路元器件的選擇是一個(gè)十分棘手的問題。1、如果采用機(jī)械開關(guān)，會(huì)因?yàn)闄C(jī)械開關(guān)斷開動(dòng)作很慢(時(shí)間為毫秒級(jí))，所產(chǎn)生的大電流會(huì)燒壞觸點(diǎn)，造成短路后不能斷開回路的嚴(yán)重后果。2、如果采用電子開關(guān)，雖然斷開動(dòng)作快，但是電子開關(guān)承受的能量和電壓有限，很容易造成功率擊穿或過壓擊穿，從而不能斷開回路。3、如果采用可熔斷保險(xiǎn)絲，可以完成短路保護(hù)，但可熔斷保險(xiǎn)絲為一次性使用，在短路故障解決后，電路不能自動(dòng)恢復(fù)，需要拆卸更換新的保險(xiǎn)絲后才能重新投入工作。短路時(shí)回路產(chǎn)生的短路電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電池組和開關(guān)元件的額定承受能力，所以在現(xiàn)有的保護(hù)電路技術(shù)中，即使能通過開關(guān)電路對(duì)電池組進(jìn)行保護(hù)，也不能避免短路電流對(duì)電池組和開關(guān)電路所造成的傷害。而且短路傷害還會(huì)累積，從而導(dǎo)致開關(guān)電路的逐步失效和電池組壽命的降低?，F(xiàn)有保護(hù)電路的短路判斷是根據(jù)回路中的電流超過某一數(shù)值作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，一般來說，該值遠(yuǎn)大于電池組輸出的額定電流值。當(dāng)短路狀態(tài)被檢測(cè)出后，控制開關(guān)電路斷開輸出回路。由于檢測(cè)控制電路的延時(shí)，加上開關(guān)電路的延時(shí)，在此過程中，回路電流會(huì)進(jìn)一步迅速增大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電池組和開關(guān)電路的額定值，所以開關(guān)電路關(guān)閉時(shí)必須承受很強(qiáng)大的短路電流和能量，由此使得開關(guān)電路很容易出現(xiàn)功率或耐壓損壞。為了降低開關(guān)電路的應(yīng)力，需要降低短路電流的判斷值，加快檢測(cè)控制電路和開關(guān)電路的速度。采取這種措施仍然不能保證開關(guān)元件不被損壞，而且還會(huì)帶來新的問題。
加容性負(fù)載的瞬間會(huì)觸發(fā)短路保護(hù)，因?yàn)槿菪载?fù)載上電瞬間回路電流很大，近似于短路電流，所以電池組帶容性負(fù)載時(shí)，容易觸發(fā)短路保護(hù)，不能使電池組電量正常輸出。加容性負(fù)載與真正的短路，在現(xiàn)有電路中無法進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種高壓電池組輸出短路保護(hù)電路，以解決現(xiàn)有高壓電池組輸出短路保護(hù)電路開關(guān)電路關(guān)斷應(yīng)力大、短路電流大和接容性負(fù)載易導(dǎo)致誤保護(hù)的問題。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種高壓電池組輸出短路保護(hù)電路，包括有:
檢測(cè)控制電路，并聯(lián)連接在高壓電池組的正極和負(fù)極之間，分別與開關(guān)電路、扼流電路和負(fù)載容量匹配電路相接，用于檢測(cè)開關(guān)電路、扼流電路和負(fù)載容量匹配電路的電壓，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制所述開關(guān)電路的啟閉；
開關(guān)電路，串聯(lián)連接在高壓電池組的負(fù)極端與上述保護(hù)電路的負(fù)極輸出端之間的連線上，或是串聯(lián)連接在高壓電池組的正極端與上述保護(hù)電路的正極輸出端之間的連線上，分別與所述檢測(cè)控制電路、扼流電路和開關(guān)緩沖電路相接，用于對(duì)高壓電池組的電源輸出進(jìn)行啟閉操作；
開關(guān)緩沖電路，并聯(lián)連接在所述開關(guān)電路的兩邊，用于在所述開關(guān)電路關(guān)閉時(shí)降低所述開關(guān)電路的損耗和電壓峰值，使所述開關(guān)電路處于安全工作區(qū)；
扼流電路，分別與所述檢測(cè)控制電路、所述開關(guān)電路和負(fù)載容量匹配電路相接，用于檢測(cè)高壓電池組的輸出短路情況，并在發(fā)生輸出短路時(shí)阻止回路電流的快速上升；
負(fù)載容量匹配電路，設(shè)置在上述保護(hù)電路的正極輸出端與負(fù)極輸出端之間，用于匹配負(fù)載容量，在接通負(fù)載的瞬間減小所述扼流電路的電壓變化量，并對(duì)電源輸出進(jìn)行濾波。所述開關(guān)電路為MOS管Ql，所述MOS管Ql的源極分接高壓電池組的負(fù)極端和所述檢測(cè)控制電路，所述MOS管Ql的漏極與所述扼流電路相接，所述MOS管Ql的柵極與所述檢測(cè)控制電路相接。所述開關(guān)緩沖電路為并聯(lián)于所述MOS管Ql的源極與漏極之間的旁路電容Cl。所述扼流電路包括扼流電感LI和續(xù)流二極管Dl ;所述扼流電感LI的一端分接所述MOS管Ql的源極和所述檢測(cè)控制電路，所述扼流電感LI的另一端與上述保護(hù)電路的負(fù)極輸出端相接；所述續(xù)流二極管Dl的陽極分別與扼流電感LI的一端和所述檢測(cè)控制電路相接，所述續(xù)流二極管Dl的陰極連接在上述保護(hù)電路的正極輸出端或負(fù)極輸出端上。所述負(fù)載容量匹配電路為連接在上述保護(hù)電路的正極輸出端與負(fù)極輸出端之間電容C2，所述電容C2的電容量與所述扼流電感LI的電感量相匹配。本發(fā)明保護(hù)電路是以檢測(cè)負(fù)載容量匹配電路或扼流電路的電壓作為短路判斷依據(jù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的檢測(cè)回路電流作為短路判斷依據(jù)的工作方式，在確定發(fā)生輸出短路后，可以迅速控制開關(guān)電路進(jìn)行關(guān)斷。這種對(duì)電壓的檢測(cè)速度快于電流檢測(cè)速度，可避免檢測(cè)延時(shí)過長(zhǎng)所導(dǎo)致的短路電流過大的情況發(fā)生。而且，在保護(hù)電路中設(shè)置有扼流電路，因此，短路電流不會(huì)迅速上升。在確定電池組發(fā)生輸出短路后，檢測(cè)控制電路能夠迅速控制開關(guān)電路進(jìn)行關(guān)斷；并通過并聯(lián)在開關(guān)電路兩端的開關(guān)緩沖電路來實(shí)現(xiàn)開關(guān)電路的零壓關(guān)斷，由此降低了開關(guān)電路承受的能量沖擊和電壓沖擊，使開關(guān)電路能夠?qū)崿F(xiàn)安全關(guān)斷。本發(fā)明的關(guān)鍵就在于此。由于本發(fā)明保護(hù)電路的短路電流較小，不會(huì)對(duì)開關(guān)電路和電池組造成沖擊和損壞。即使是發(fā)生多次短路之后，也不會(huì)產(chǎn)生積累效應(yīng)。當(dāng)短路故障消除后，通過檢測(cè)控制電路檢測(cè)開關(guān)的電壓情況來控制開關(guān)打開，使電池組恢復(fù)正常供電。在本發(fā)明保護(hù)電路的正極輸出端和負(fù)極輸出端之間設(shè)置負(fù)載容量匹配電路，可以使電路區(qū)分容性負(fù)載和真實(shí)短路，避免電路誤操作。本發(fā)明保護(hù)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，保護(hù)速度快，對(duì)開關(guān)電路的耐壓和功率沒有苛刻要求，降低了生產(chǎn)成本，短路關(guān)斷時(shí)對(duì)開關(guān)元件沒有損傷，開關(guān)電路的壽命得到保障，電池組的安全性能得以顯著提高。


圖1是本發(fā)明的電路原理框圖。圖2、圖3是本發(fā)明兩種具體電路的電原理圖。圖中:1、檢測(cè)控制電路，2、開關(guān)電路。3、扼流電路。4、開關(guān)緩沖電路,5、負(fù)載容量匹配電路，6、N溝道MOS管，7、旁路電容，8、扼流電感，9、續(xù)流二極管，10、輸出電容。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括有檢測(cè)控制電路1、開關(guān)電路2、扼流電路3、開關(guān)緩沖電路4和負(fù)載容量匹配電路5等部分。其左端分別與高壓電池組BT的正極端B+和負(fù)極端B -相接；其右端為本發(fā)明保護(hù)電路的正極輸出端P+和負(fù)極輸出端P-，也是設(shè)置本發(fā)明保護(hù)電路后的高壓電池組BT的正、負(fù)極輸出端。檢測(cè)控制電路I連接在高壓電池組BT的正極端B+與負(fù)極端B -之間，并分別與開關(guān)電路2、扼流電路3和負(fù)載容量匹配電路5相接，用于檢測(cè)開關(guān)電路2、扼流電路3和負(fù)載容量匹配電路5的電壓，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果向開關(guān)電路2輸出控制信號(hào)，控制開關(guān)電路2的啟閉。開關(guān)電路2串聯(lián)連接在高壓電池組BT的負(fù)極端B -與本發(fā)明保護(hù)電路的負(fù)極輸出端P -之間的連線上(也可串聯(lián)連接在高壓電池組的正極端B+與本發(fā)明保護(hù)電路的正極輸出端P+之間的連線上)，分別與檢測(cè)控制電路1、扼流電路3和開關(guān)緩沖電路4相接，用于對(duì)高壓電池組BT的電源輸出進(jìn)行啟閉操作。開關(guān)緩沖電路4并聯(lián)連接在開關(guān)電路2的兩邊，用于在開關(guān)電路2關(guān)閉時(shí)降低開關(guān)電路2的損耗和電壓峰值，使開關(guān)電路2處于安全工作區(qū)。扼流電路3連接在本發(fā)明保護(hù)電路的正極輸出端P+與負(fù)極輸出端P -之間，分別與檢測(cè)控制電路1、開關(guān)電路2和負(fù)載容量匹配電路5相接，用于檢測(cè)高壓電池組BT的輸出短路情況，并在發(fā)生輸出短路時(shí)阻止回路電流的快速上升。負(fù)載容量匹配電路5設(shè)置在本發(fā)明保護(hù)電路的正極輸出端P+與負(fù)極輸出端P -之間，用于匹配負(fù)載容量，在接通負(fù)載的瞬間減小扼流電路3的電壓變化量，并對(duì)電源輸出進(jìn)行濾波。實(shí)施例1:
如圖2所示，本實(shí)施例中的檢測(cè)控制電路I可采用現(xiàn)有的常規(guī)電路；開關(guān)電路2為串接的MOS管Ql，MOS管Ql的源極分接高壓電池組BT的負(fù)極端B -和檢測(cè)控制電路1，MOS管Ql的漏極與扼流電路3相接，MOS管Ql的柵極與檢測(cè)控制電路I相接。開關(guān)電路2可以是單個(gè)MOS管或數(shù)個(gè)并聯(lián)的MOS管,可以是N溝道MOS管或P溝道MOS管,還可選用IGBT管。開關(guān)電路2也可以設(shè)置在高壓電池組BT的正極端B+與本發(fā)明保護(hù)電路的正極輸出端P+之間，控制電池組的正極輸出。開關(guān)緩沖電路4為并聯(lián)于MOS管Ql的源極與漏極之間的旁路電容Cl，用于在開關(guān)電路2在瞬關(guān)閉時(shí)降低開關(guān)電路2的損耗和電壓峰值，使開關(guān)電路2處于安全工作區(qū)。扼流電路3包括扼流電感LI和續(xù)流二極管Dl ;扼流電感LI的一端分接MOS管Ql的源極和檢測(cè)控制電路1，扼流電感LI的另一端與本發(fā)明保護(hù)電路的負(fù)極輸出端P -相接；續(xù)流二極管Dl的陽極分別與扼流電感LI的一端和檢測(cè)控制電路I相接，續(xù)流二極管Dl的陰極連接在本發(fā)明保護(hù)電路的正極輸出端P+上。扼流電感LI與檢測(cè)控制電路I連接，與開關(guān)電路2串聯(lián)，并將續(xù)流二極管Dl接在扼流電感LI的能量釋放到回路內(nèi)。這樣，在發(fā)生短路時(shí)，使流過開關(guān)電路2的電流緩慢上升。在開關(guān)電路2關(guān)斷后，扼流電感LI和續(xù)流_.極管Dl能構(gòu)成能量釋放回路，續(xù)流二極管Dl給扼流電感LI續(xù)流，扼流電感LI的能量不會(huì)對(duì)開關(guān)電路2造成沖擊。此回路還可如圖1所示串入負(fù)載容量匹配電路5，也可如圖2所示將負(fù)載容量匹配電路5排除在續(xù)流電流的回路內(nèi)。其中，扼流電感LI可以設(shè)置在電池組負(fù)極B -和電池組負(fù)極輸出端P -之間，也可以設(shè)置在電池組正極端B+與本發(fā)明保護(hù)電路的正極輸出端P+之間。負(fù)載容量匹配電路5為連接在本發(fā)明保護(hù)電路的正極輸出端P+與負(fù)極輸出端P-之間電容C2，電容C2的電容量與扼流電感LI的電感量相匹配，用于在接通負(fù)載的瞬間，減小扼流電路3的電壓變化量，并對(duì)電源輸出進(jìn)行濾波。為了降低開關(guān)電路的應(yīng)力，可以采取降低短路判斷的時(shí)間和降低短路電流的措施。本發(fā)明通過檢測(cè)控制電路I對(duì)負(fù)載容量匹配電路5或扼流電感LI的電壓進(jìn)行檢測(cè)，這種對(duì)電壓的檢測(cè)速度快于常用的電流檢測(cè)速度，可避免因不必要的時(shí)間延時(shí)導(dǎo)致對(duì)電池組和電路中各器件的損傷。扼流電感LI限制回路電流的增長(zhǎng)速度，可就降低短路電流。如果檢測(cè)控制電路I檢測(cè)到負(fù)載容量匹配電路5的電壓迅速減小接近O伏或扼流電感LI的電壓迅速變大超過一定閾值時(shí)，即確定發(fā)生輸出短路，迅速控制開關(guān)電路2關(guān)斷。此時(shí)，開關(guān)緩沖電路4使開關(guān)電路2的兩端電壓緩慢上升，以降低開關(guān)電路2所承受的能量沖擊，使開關(guān)電路2能安全關(guān)斷。在開關(guān)電路2關(guān)斷后，續(xù)流二極管Dl為扼流電感LI續(xù)流，扼流電感LI的能量不會(huì)對(duì)開關(guān)電路2造成沖擊。當(dāng)短路故障消除后，通過檢測(cè)控制電路I檢測(cè)開關(guān)電路2的電壓是否恢復(fù)為0，如果恢復(fù)為0，則控制開關(guān)電路2打開，使高壓電池組BT恢復(fù)正常供電。當(dāng)高壓電池組BT連接容性負(fù)載時(shí)，由負(fù)載容量匹配電路5的輸出電容C2來給容性負(fù)載充電，扼流電路3的電壓不會(huì)超出設(shè)定值，不做短路處理。實(shí)施例2:
本實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的相同，只是扼流電路3中的續(xù)流二極管Dl的陰極連接在本發(fā)明保護(hù)電路的負(fù)極輸出端P -上，即與扼流電感LI形成并聯(lián)連接形式，為扼流電感LI提供一種最小、最直接的泄流回路，用以快速釋放扼流電感LI中的能量。本實(shí)施例的工作原理與實(shí)施例1的相同，并具有相同的短路保護(hù)效果。
權(quán)利要求
1.一種高壓電池組輸出短路保護(hù)電路，其特征在于，包括有: 檢測(cè)控制電路，并聯(lián)連接在高壓電池組的正極和負(fù)極之間，分別與開關(guān)電路、扼流電路和負(fù)載容量匹配電路相接，用于檢測(cè)開關(guān)電路、扼流電路和負(fù)載容量匹配電路的電壓，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制所述開關(guān)電路的啟閉； 開關(guān)電路，串聯(lián)連接在高壓電池組的負(fù)極端與上述保護(hù)電路的負(fù)極輸出端之間的連線上，或是串聯(lián)連接在高壓電池組的正極端與上述保護(hù)電路的正極輸出端之間的連線上，分別與所述檢測(cè)控制電路、扼流電路和開關(guān)緩沖電路相接，用于對(duì)高壓電池組的電源輸出進(jìn)行啟閉操作； 開關(guān)緩沖電路，并聯(lián)連接在所述開關(guān)電路的兩邊，用于在所述開關(guān)電路關(guān)閉時(shí)降低所述開關(guān)電路的損耗和電壓峰值，使所述開關(guān)電路處于安全工作區(qū)； 扼流電路，分別與所述檢測(cè)控制電路、所述開關(guān)電路和負(fù)載容量匹配電路相接，用于檢測(cè)高壓電池組的輸出短路情況，并在發(fā)生輸出短路時(shí)阻止回路電流的快速上升； 負(fù)載容量匹配電路，設(shè)置在上述保護(hù)電路的正極輸出端與負(fù)極輸出端之間，用于匹配負(fù)載容量，在接通負(fù)載的瞬間減小所述扼流電路的電壓變化量，并對(duì)電源輸出進(jìn)行濾波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電池組輸出短路保護(hù)電路，其特征在于，所述開關(guān)電路為MOS管Ql，所述MOS管Ql的源極分接高壓電池組的負(fù)極端和所述檢測(cè)控制電路，所述MOS管Ql的漏極與所述扼流電路相接，所述MOS管Ql的柵極與所述檢測(cè)控制電路相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓電池組輸出短路保護(hù)電路，其特征在于，所述開關(guān)緩沖電路為并聯(lián)于所述MOS管Ql的源極與漏極之間的旁路電容Cl。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓電池組輸出短路保護(hù)電路，其特征在于，所述扼流電路包括扼流電感LI和續(xù)流二極管Dl ;所述扼流電感LI的一端分接所述MOS管Ql的源極和所述檢測(cè)控制電路，所述扼流電感LI的另一端與上述保護(hù)電路的負(fù)極輸出端相接；所述續(xù)流二極管Dl的陽極分別與扼流電感LI的一端和所述檢測(cè)控制電路相接，所述續(xù)流二極管Dl的陰極連接在上述保護(hù)電路的正極輸出端或負(fù)極輸出端上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓電池組輸出短路保護(hù)電路，其特征在于，所述負(fù)載容量匹配電路為連接在上述保護(hù)電路的正極輸出端與負(fù)極輸出端之間電容C2，所述電容C2的電容量與所述扼流電感LI的電感量相匹配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓電池組輸出短路保護(hù)電路，其結(jié)構(gòu)包括有檢測(cè)控制電路、開關(guān)電路、扼流電路、負(fù)載容量匹配電路和開關(guān)緩沖電路。本發(fā)明通過檢測(cè)控制電路對(duì)負(fù)載容量匹配電路或扼流電路的電壓進(jìn)行檢測(cè)，在確定發(fā)生輸出短路后，控制開關(guān)電路迅速關(guān)斷；設(shè)置開關(guān)緩沖電路，使開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)零壓關(guān)斷，由此降低了開關(guān)電路所受的能量和電壓沖擊，使開關(guān)電路能夠安全關(guān)斷。通過扼流電路限制短路電流，減小對(duì)電池組和開關(guān)電路的能量沖擊。當(dāng)短路故障消除后，通過檢測(cè)控制電路檢測(cè)開關(guān)的電壓情況來控制開關(guān)打開，使電池組恢復(fù)正常供電。
文檔編號(hào)H02H3/06GK103199505SQ20131015820
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月2日
發(fā)明者田東風(fēng) 申請(qǐng)人:石家莊迅能電子科技有限公司