本實用新型屬于鋰電池充放電保護技術領域，具體涉及一種鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)。
背景技術：
隨著技術進步和新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電動汽車開始出現(xiàn)普及化的趨勢。在此過程中，鋰電池成為了主要的動力源技術。但是實際使用過程中不可避免會出現(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。現(xiàn)有的鋰電池管理系統(tǒng)由于復雜度和成本控制的原因，對于故障處理系統(tǒng)考慮不多，導致管理系統(tǒng)一旦出現(xiàn)異常即造成事故發(fā)生。例如媒體報道的電動汽車在充電時起火的事故，事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)原因即與系統(tǒng)故障有關。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)自身故障導致失控的危險。
另一方面，電動汽車存在著特有的高壓電動力安全性隱患：電動汽車的動力電壓遠遠超過了人體的安全電壓，出現(xiàn)事故時有可能出現(xiàn)人員觸電的危險；出現(xiàn)碰撞等破壞時電池系統(tǒng)的高電壓易產(chǎn)生火花而導致火災。因此當檢測到高壓系統(tǒng)故障時，需要及時作出響應并采取措施，以確保高壓動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，提供單獨的鋰電池模塊故障處理系統(tǒng)是非常必要的選擇。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本實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)故障或者無法正常處理電源模塊(由若干個電池組組成)出現(xiàn)的異常情況時，及時接管對電源模塊的管理，保證電源模塊不出現(xiàn)危險情況。
為達到以上目的，本實用新型采用的技術方案是：一種鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)，設置在由若干個電池組構(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)包括設置在所述電源模塊的主回路上的主正接觸器、主負接觸器、第一溫度傳感器、第一電壓測量器、第一電流傳感器、第一絕緣電阻測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)包括若干個轉(zhuǎn)換開關組成的、能夠?qū)⒏邏旱乃鲭娫茨K截斷為若干個低壓的所述電池組的轉(zhuǎn)換開關陣列和若干個第二溫度傳感器組成的溫度傳感器陣列，一個所述轉(zhuǎn)換開關與一個所述電池組并聯(lián)，一個所述第二溫度傳感器對應一個所述電池組，還包括與所述模塊管理單元、轉(zhuǎn)換開關陣列、溫度傳感器陣列相連的故障處理單元；其中，所述轉(zhuǎn)換開關為轉(zhuǎn)換型，采用磁保持繼電器。
進一步，所述轉(zhuǎn)換開關包含由一個動觸點與兩個靜觸點構(gòu)成的單刀雙擲機械開關，所述單刀雙擲機械開關包括“常閉”和“轉(zhuǎn)換”兩種狀態(tài)，每個所述轉(zhuǎn)換開關的所述磁保持繼電器均通過專用的繼電器驅(qū)動電路連接所述故障處理單元。
更進一步，所述磁保持繼電器為多線圈的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，包含通過磁力保持所述動觸點、靜觸點開合狀態(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觸點、靜觸點間距大于1.3mm。
進一步，還包括設置在所述電源模塊的所述主回路上的第二電壓測量器、第二電流傳感器，所述第二電壓測量器、第二電流傳感器連接所述故障處理單元。
進一步，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、主負接觸器。
進一步，還包括與所述故障處理單元連接的加速度傳感器。
進一步，還包括與所述故障處理單元連接的第二絕緣電阻測量器。
進一步，所述第二溫度傳感器、第二電壓測量器、第二電流傳感器、第二絕緣電阻測量器與所述電源模塊管理系統(tǒng)的所述第一溫度傳感器、第一電壓測量器、第一電流傳感器、第一絕緣電阻測量器不設置在同一位置。
更進一步，所述鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)的電源供應采用獨立電源。
本實用新型的有益效果有以下幾點：
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電源模塊的控制，避免發(fā)生危險；
2.能夠與主管理系統(tǒng)相互補充，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，同時提高對電源模塊的管理的可靠性；
3.能夠?qū)崿F(xiàn)對電源模塊的高壓系統(tǒng)故障的安全響應，避免進水故障等因素導致的高壓觸電危險。
附圖說明
圖1是本實用新型具體實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是本實用新型具體實施方式中所述轉(zhuǎn)換開關陣列與所述電池組的連接關系示意圖；
圖中：1-模塊管理單元，2-主正接觸器，3-主負接觸器，4-故障處理單元，5-第二電壓測量器，6-第二電流傳感器，7-第二溫度傳感器，8-轉(zhuǎn)換開關，9-電池組，10-加速度傳感器，11-磁保持繼電器，12-單刀雙擲機械開關，13-繼電器驅(qū)動電路，14-第二絕緣電阻測量器。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。
如圖1所示的一種鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)，設置在帶有電源模塊管理系統(tǒng)的電源模塊上，在本實施例中電源模塊由若干個電池組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)，包括設置在電源模塊的主回路上的主正接觸器2、主負接觸器3、傳感器陣列(包括第一溫度傳感器、第一電壓測量器、第一電流傳感器等等，在圖1中沒有標注)以及連接并控制上述部件的模塊管理單元1。
本實用新型所提供的鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)包括若干個轉(zhuǎn)換開關8組成的轉(zhuǎn)換開關陣列和若干個第二溫度傳感器7組成的溫度傳感器陣列，其中一個轉(zhuǎn)換開關8與一個電池組9并聯(lián)，一個第二溫度傳感器7對應一個電池組9。還包括故障處理單元4，故障處理單元4與轉(zhuǎn)換開關陣列、溫度傳感器陣列相連，能夠讀取陣列獲得的電池組的相關參數(shù)，同時對轉(zhuǎn)換開關陣列發(fā)出控制信號，控制轉(zhuǎn)換開關8的工作。還包括設置在電源模塊的主回路上的第二電壓測量器5、第二電流傳感器6，第二電壓測量器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、主負接觸器3。
如圖2所示，轉(zhuǎn)換開關8為轉(zhuǎn)換型，采用磁保持繼電器11，包含由一個動觸點與兩個靜觸點構(gòu)成的單刀雙擲機械開關12，單刀雙擲機械開關12包括“常閉”和“轉(zhuǎn)換”兩種狀態(tài)，每個轉(zhuǎn)換開關8的磁保持繼電器11均通過專用的繼電器驅(qū)動電路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)，包含通過磁力保持動觸點、靜觸點開合狀態(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，其觸點開合狀態(tài)平時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的動觸點、靜觸點間距大于1.3mm，典型值為1.6mm；閉合時觸點壓力大于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位置的結(jié)構(gòu))。磁保持繼電器11的觸點間距較小時可以減少動作時間，但容易產(chǎn)生觸點電弧。在本實施例中，由于通過的電流較大，磁保持繼電器11的觸點間距應大于1.3mm以抑制觸點電弧。
本實用新型所提供的鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)的電源供應采用獨立電源，并非來自于鋰電池電源模塊的輸出。
在對電源模塊進行管理時，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、斷開電源模塊的主回路等。
本實用新型所提供的鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)作為對上述主管理系統(tǒng)的冗余備份，完全獨立于主管理系統(tǒng)，包括獨立的第二絕緣電阻測量器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)換開關陣列以及電源供應；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、第一電壓測量器、第一電流傳感器、第一絕緣電阻測量器等相關傳感器)的安裝位置不同，以便避免同主管理系統(tǒng)的相應部件同時受損的情況發(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)系來獲取各自管理的不同傳感器的測量信息，增加傳感器測量的可靠性。
本實用新型所提供的鋰電池電源模塊故障處理系統(tǒng)在工作時采用定時掃描及休眠的方式，出現(xiàn)突發(fā)故障時，本實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(即在設定的時間內(nèi)模塊管理單元1無反應)，則故障處理單元4介入并單獨對故障進行處理。
本實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)換開關陣列中的轉(zhuǎn)換開關8以及電源模塊主回路上的主正接觸器2、主負接觸器3。其中對轉(zhuǎn)換開關8的控制作用主要在于可以使得串聯(lián)起來的高壓的電源模塊(即高壓輸出)截斷為多個獨立的低壓的電池組，避免異常狀況時的高壓觸電危險；同時也可以將特定的電池組9移出電源模塊的主回路，用于屏蔽某個有故障的電池組9。
具體的工作模式如下：
1.當?shù)诙^緣電阻測量器14測試結(jié)果出現(xiàn)低阻時，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確認后故障處理單元4斷開全部轉(zhuǎn)換開關8；若聯(lián)系失敗(設定時間內(nèi)模塊管理單元1無反應)，則故障處理單元4斷開全部轉(zhuǎn)換開關8及主正接觸器2、主負接觸器3。通過這種方式來避免可能的浸水故障等因素導致的高壓觸電危險。
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，車輛變形過程時的加速度是比較特殊的。若車輛碰撞，加速度傳感器10會出現(xiàn)異常信號，此時故障處理單元4從加速度計信息判斷是否碰撞，同時與模塊管理單元1聯(lián)系，從汽車CAN總線上獲取上級車控系統(tǒng)的速度信息；如果確定碰撞則故障處理單元4斷開全部轉(zhuǎn)換開關8，若聯(lián)系失敗(設定時間內(nèi)模塊管理單元1無反應)則故障處理單元4斷開全部轉(zhuǎn)換開關8及主正接觸器2、主負接觸器3。
3.當溫度傳感器陣列監(jiān)測到某個電池組9溫度測量值異常時，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確認后故障處理單元4控制與該電池組9相對應的轉(zhuǎn)換開關8調(diào)整到“轉(zhuǎn)換”狀態(tài)，從而移除相應電池組9，避免電池自短路帶來的危害。
4.當?shù)诙妷簻y量器5、第二電流傳感器6監(jiān)測到電源模塊的電壓、電流測量值異常時，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確認后(通訊正常時)由模塊管理單元1(即主管理系統(tǒng))處理；若聯(lián)系失敗(設定時間內(nèi)模塊管理單元1無反應)時斷開主正接觸器2、主負接觸器3。
本實用新型所述的裝置并不限于具體實施方式中所述的實施例，本領域技術人員根據(jù)本實用新型的技術方案得出其他的實施方式，同樣屬于本實用新型的技術創(chuàng)新范圍。