[发明专利]一种带电池欠压自动关机保护并可充电自动激活的电源控制电路

说明书

本发明涉及新能源动力储能技术领域，针对目前动力储能领域BMS供电电源结构中存在的重大缺陷，公开了一种带电池欠压自动关机保护并可充电自动激活的电源控制电路，既克服了因DC/DC开关电源模块和BMS自身待机功耗而可能导致锂电池组过放电甚至报废的安全隐患，又解决了DC/DC开关电源模块和BMS彻底断电后充电自动激活的问题，具有较大的实用价值。

技术领域

本发明涉及新能源动力储能技术领域，特别涉及一种带电池欠压自动关机保护并可充电自动激活的电源控制电路。

背景技术

当前，锂离子电池因其高比能量、高比功率、高转换率、长寿命、无污染等优点，已成为全球高新技术产业发展的重要方向，并广泛应用于电动汽车和动力储能领域。

锂离子电池按照正极材料不同可分为多种类型，主流的有磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂及三元材料等，但这几种锂离子单体电池的额定电压平台都比较低，磷酸铁锂只有3.2Vdc，锰酸锂、钴酸锂和三元材料也只有3.6～3.7Vdc，难以满足设备输入供电电压的要求，实际应用中需要把若干电池进行串联成组，才能达到设备正常工作电压范围。然而，不同于铅酸、镍镉、镍氢等二次电池，锂离子电池必须考虑充、放电时的安全性，以防止其电化学特性失控甚至发生电池烧毁。因此，在使用过程中对锂离子电池进行监控和保护就显得非常重要，杜绝电池过充、过放、过温、过流及短路等故障的发生，从而最终达到提高产品安全性能和延长电池使用寿命的目的。

电池管理系统(BMS)便在这一背景下应运而生，承担起了“电池保姆”或“电池管家”的重要角色。BMS对锂离子电池良好的监控和保护作用建立在BMS稳定可靠的运行之上，而要保证BMS正常工作，必须保证BMS供电输入回路的稳定可靠。在电动汽车领域，BMS的供电电源由低压车载铅酸蓄电池直接提供；但在动力储能领域，BMS的供电电源一般是由单独的DC/DC开关电源模块转换后提供，DC/DC开关电源模块输入端连接到锂电池组的总正母线和总负母线之间，通过直流转换到合适的电源电压平台后再提供给后级BMS使用。

图1为目前动力储能领域高压电气主回路与BMS供电电源的典型电气拓扑结构，高压电气主回路由锂电池组、主正继电器K2、主负继电器K3、预充继电器K1、预充电阻R等高压器件组成，高压上电和下电逻辑由BMS控制，通常使用的高压上电和下电逻辑为：BMS上电后自检，自检成功后闭合主负继电器K3，然后进入预充电流程，先闭合预充继电器K1，当检测到负载端P+、P-预充电压达到锂电池组总压的92％时，再闭合主正继电器K2，并同时断开预充继电器K1，高压上电完成；在锂电池组投入运行过程中，如果BMS检测到极端保护条件(过充、过放、过温、过流、短路)触发时，就要进入高压下电流程，先断开主正继电器K2，再断开主负继电器K3。图1中虚线框内为BMS的供电电源部分，直接取自高压锂电池组两端，经过DC/DC开关电源模块转换为12Vdc或24Vdc低压直流电源VCC/GND，并与高压锂电池组电气隔离。

然而，图1所示的BMS供电电源的电气链接关系存在一个较大的安全隐患：DC/DC开关电源模块的自身功耗和BMS的自身功耗会一直消耗锂电池组的能量，特别是在锂电池组处于待机状态(既不充电也不放电)，甚至发生放电欠压保护动作后，锂电池组本身已经处于亏电状态，在这样的情况下，虽然负载端P+、P-已经断开，但DC/DC开关电源模块和BMS还处于工作状态，它们的自身功耗还继续存在，这样势必导致锂电池组进一步亏电和过放电，轻则缩短锂电池组的使用寿命，重则使锂电池组直接报废。在实际电气搭建和布局拉线时，为了解决这一问题，多数电气工程师一般会在DC/DC开关电源模块输入端串接一个空气开关，在锂电池组投入使用时会手动合闸，使BMS和高压上电；当锂电池组处于亏电状态时手动拉闸，使BMS和高压下电。但这种解决办法需要人工值守，在锂电池组处于亏电状态时，如果不能及时拉闸断电，就有可能导致锂电池组严重过放电而报废，另外，因为BMS已经断开了高压继电器，外部充电装置无法通过充电激活方式对锂电池组恢复充电。

鉴于此，提出一种带电池欠压自动关机保护并可充电自动激活的电源控制电路显得非常有必要。

发明内容