一种并联电池组内单体电池短路保护电路的制作方法

1.本发明涉及动力电池技术领域，尤其是涉及一种并联电池组内单体电池短路的保护电路。


背景技术：

2.目前骑行电动车的电池组中，需要将多个电池并联使用才能满足整车动力输出，例如采用18650电池，就需要数十或上百节电池并联成电池组，其并联方法，通常采用镍片焊接法，其中正极与正极相接，负极与负极相连，这样一旦某节电池出现短路时，其它良好的电池会向短路电池进行大电流放电，导致该短路电池迅速升温甚至起火，该电池的热量再导致相邻的电池升温，起火，从而形成链式反应，直至整 体电池包彻底烧毁为止。
3.目前的保护电路很多，基本都是以监测电池数据为主，在电池电压电流出现异常时，用开关管关断电流回路，电路比较复杂，如果每节电池都采用如此控制，成本非常高。同时监控式电路必须24小时在线监控，这种持续不断的电力损耗对小型动力电池来说，是不可取的，不仅会减少骑行里程，而且只要长时间不充电，就会被该系统把电能放光，导致电池出现过放电损坏，而损坏的电池更易短路。所以在普通电动车上，并没有采用这种监控式的保护电路。
4.还有在每个电池上增加单一的熔断式保险丝做法，但由于动力电池往往需要输出很大电流，采用大电流保险丝虽然满足了动力输出，却无法在短路电流到来时迅速熔断，甚至不会熔断，从而也起不到太大的保护作用。
5.正因如此缺少保护电路的电池组中，一旦出现单个短路电池，就会出现电池全部烧毁，爆炸式起火并引起周边更大的损失。因此，寻找一种简单，有效，节能，低成本的保护电路，解决电动车并联电池的保护问题，是目前小型电池组急需的技术。


技术实现要素：

6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种并联电池组内单体电池短路的保护电路。
7.所述的并联电池组由多个并联的单体电池组成，其中的保护电路与电池组内单体电池一一对应设置的，保护电路器件包括，二极管，发光二极管，熔断式保险丝。该电池组串联后可以得到更高的电压， 以匹配合适的动力输出。
8.二极管是应用非常广泛的半导体器件， 二极管中的pn结具有单向导电性能，加上正向电压时，二极管导通，加上反向电压时，二极管截止。发光二极管与普通二极管一样是由一个pn结组成，也具有单向导电性，给发光二极管加上正向电压后发光，加反向电压则不发光。熔断式保险丝也被称为电流保险丝，具有额定电流值，在电路中电流异常升高到超出保险丝额定值时，保险丝就会自身熔断切断电流，保护电路安全。
9.所述的保护电路中，单体电池的正极对应连接二极管的正极，二极管的负极与其它保护电路的二极管的负极相连，作为电池组动力输出的正极；单体电池的负极与其它单
体电池的负极直接相连，作为电池组动力输出的负极。在此连接下，每个单体电池的电流只能从二极管输出却不能从二极管输入，单体电池输出电流时，二极管加载正向电压，是导通状态；在电池组充电时，由于充电电压要高于电池电压，二极管加载的是反向电压，是截止状态。
10.所述的 电路中，熔断式保险丝与二极管为并联方式，二极管的正负极分连接熔断式保险丝两端，在此连接下，无论二极管是导通还是截止，电池的电流都可通过熔断式保险丝输入或输出。
11.所述的保护电路在正常的情况下，单体电池输出电流时，二极管呈正向导通，可和熔断式保险丝同时输出，满足大电流输出需要；在单体电池输入电流时，二极管因反向截止不导通，所以电流只能从熔断式保险丝输入，该电流不会超 过充电器的输出电流, 当电池组中某单体电池出现短路时，该电池内阻变为零，此时其它多个并联的良好电池，会向短路电池灌入电流，该电流超出熔断式保险丝额定值时，保险丝会熔断，从而切断电流，起到保护作用。熔断式保险丝的选值能保证单体电池正常充电即可，由于多电池并联分摊了充电电流，故该值可等于或略小于充电电流。所述的 电路中，发光二极管同样与二极管并联，但电流方向相反，既发光二极管的负极与二极管的正极相连，发光二极管的正极与二极管的负极相连。在此连接方式下，保险丝正常时，发光二极管得不到足够电压不会发光；只有在保险丝熔断，并且出现与二极管反向的电压，发光二极 管才发光，故该 发光二极管是作为短路电池的警示指示。
12.该方案仅三个主体元器件，制作简单成本极低，但却不仅能保护功能更有指示功能，尤其是节能方面远远超出在线式监控，可以看出， 无论在电池熔断后，还是熔断前，该方案都无需电池提供额外的电量去维持开关管的通断以维持保护功能。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合附图作简单地介绍。
14.图1为本发明的单体电池保护电路原理图。
15.图2为本发明的保护电路在并联电池组中的使用示意图。
16.图例说明；1,熔断式保险丝;2,二极管;3,发光二极管;4,单体电池。
具体实施方式
17.这里以骑行电动车较常用的48v20a动力电池为例，其对应电机一般采用48v800w，采用额定电流2000ma的18650单体电池组装，因18650单体电池电压为3.7v，48v共需要13组电池组串联，同时每电池组需要10只单体电池并联因电池数量较多,本实施例附图中仅画出部分，未画部分与本实施例中图例为相同结构。
18.实施例中熔断式保险丝1采用规格5x20的玻璃管保险丝，额定电流值2a，玻璃管保险丝是电气常用物品，性能可靠，价格低廉，更换方便。电池组的输入电流取决于充电器功率大小，骑行电动车的充电器功率一般都在200w以下，其电流范围最大3a， 10个电池都采用额定电流为2a的保险丝，总值远大于充电器电流，无论电池充电差异，该值都足够满足正常充电。某电池出现短路后，该电池阻抗变为零，此时本电池组内其它良好电池向短路电池
流入电流。电池都有额定输出电流，但在输出短路的情况下，电池能输出自身额定电流10倍以上的电流，该电流大小还和所选用电池放电倍率有关，倍率越大，放电和短路电流越大，本实例中2000ma的电池，短路电流达10-20a，9节短路的合并电流最大能达到100a以上，远超充电电流，此时由于二极管不导通，该电流全部加到保险丝 上，保险丝会迅速烧断，从而彻底隔离短路电池。
19.实施例的二极管2选用，根据该电机功率可查找到电池组总输出电流需要最大约21a，此处采用桑德斯微电子器件其型号为19tq015cj，主要参数为360mv @ 19a，其中360mv是该二极管压降，19a是二极管最大电流，加上保险丝电流2a后，单体电池最大输出电流达21a，既使电池组中9节电池全部损坏，只存问题一节电池良好的情况下，该电池依然能满足整体电池组的电流要求，当然在实际使用中，一般电池组电池失效20%，整体动力性能就明显下降，降到60%已无法正常使用。所以实际中也可以使用更小电流的二极管，以降低成本，比如sb1045l 电流为10a也同样能满足本电路要求 ；或者在实际使用中，根据电池的额定电流来匹配二极管，同样适合本保护电路。这里二极管宜采用低压降肖特基二极，以得到更低的压降损耗，或用单向mos管电路代替二极管也一样可以，但mos管的控制通断又一直需要电能维持，但不论采用何种方式只要还是单向导电的功能原理，都因在本专利的技术方案之内。
20.保险丝1熔断后，其它电池的电压会加载到发光二极管3电路两端，发光二极管3得到正向电压而发亮，表示该电池保险丝熔断，方便指示更换电池与保险丝。此处如将发光二极管更换为光电耦合器，能更方便将电池信号输出。
21.以上对本发明所提供的一种并联电池组内单体电池短路保护电路进行了详细介绍，本描述中的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的。基于本发明中的实施例，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,例如将保护电路至于电池下方也能完全使用，但凡在本发明的精神理念和功能原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种并联电池组内单体电池短路保护电路，其特征在于； 电路主体由熔断式保险丝、二极管，发光二极管组成，其中单体电池的正极对应连接二极管的正极，二极管的负极与其它电池保护电路的二极管的负极相连，组成电池组动力输出的正极；单体电池的负极与其它单体电池的负极直接相连，组成电池组动力输出的负极，每个单体电池的电流能从二极管输出却不能从二极管输入；熔断式保险丝与二极管并联，两端分别连接二极管的正负极；发光二极管与二极管反向并联，发光二极管负极与二极管的正极相连，正极与二极管的负极相连；并联电池组中包括多个并联的单体电池，保护电路与电池组内单体电池一一对应设置。

技术总结
本发明是一种并联电池组内单体电池短路保护电路，并联电池组由多个并联的单体电池组成，保护电路与电池组内单体电池一一对应设置，保护电路器件包括，二极管，发光二极管，熔断式保险丝，单体电池输出电流时，二极管和熔断式保险丝同时输出，满足大电流输出需要；单体电池输入电流时，二极管因反向截止不导通，所以电流只能从熔断式保险丝输入，在熔断式保险丝的选值接近电池正常充电电流情况下，出现短路电池后，由于其它多个并联的良好电池灌入电流，该电流超出熔断式保险丝额定值时，保险丝会熔断，从而切断电流，起到保护作用。起到保护作用。起到保护作用。


技术研发人员：卢军 卢毅诚
受保护的技术使用者：卢兴才
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2023/9/20