CN109085506B - 一种均衡失效检测控制电路及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种均衡失效检测控制电路及使用方法，属于电池管理系统领域。本发明均衡失效检测控制电路包括第一电池CELL1、第二电池CELL2、采集电路和均衡电路，第一电池CELL1与第二电池CELL2串联，所述第一电池CELL1、第二电池CELL2分别与所述采集电路、均衡电路连接，采集电路包括第一控制开关K1至第六控制开关K6和差分放大电路，均衡电路包括第七控制开关K7至第十控制开关K10。本发明的使用方法包括以下步骤：第一电池CELL1电压V1采集、第二电池CELL2电压V1采集、第一电池CELL1均衡电压V11采集、第二电池CELL2均衡电压V12采集。本发明的电路及使用方法具有能够检测到均衡异常开启，并能够关闭异常开启，能够同时检测均衡无法开启的异常的优点。

Description

一种均衡失效检测控制电路及使用方法

技术领域

本发明属于电池管理系统领域，具体地说，涉及一种均衡失效检测控制电路及使用方法。

背景技术

现有BMS系统对于均衡失效的诊断覆盖度不足，均衡失效分两种情况：一是均衡持续开启无法关闭，二是均衡无法开启。其中均衡持续开启无法关闭的情况一旦出现会导致电池被持续放电，造成整车行驶里程缩短或电池损坏。

在现有技术中，参考图1，该图中的均衡MOS如果异常导通，则CELL电压会被电阻持续放电。一般若通过测量均衡电阻的电流，能够检出均衡异常，但是无法控制此异常，只能返厂维修。若通过测量均衡电阻部分的温度，有一定概率能够检出均衡异常，主要原因是检测温度点多，成本高，而且受环境散热影响大，无法有效检出，同时也无法控制此异常到关闭状态，只能返厂维修。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有均衡失效的问题，本发明提供一种均衡失效检测控制电路及方法。本发明能够检测到均衡异常开启，并能够关闭异常开启，能够同时检测均衡无法开启的异常。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种均衡失效检测控制电路，包括第一电池CELL1、第二电池CELL2、采集电路和均衡电路；

所述第一电池CELL1与第二电池CELL2串联，所述第一电池CELL1、第二电池CELL2分别与所述采集电路、均衡电路连接；

所述采集电路包括第一控制开关K1、第二控制开关K2、第三控制开关K3、第四控制开关K4、第五控制开关K5、第六控制开关K6和差分放大电路；

所述均衡电路包括第七控制开关K7、第八控制开关K8、第九控制开关K9和第十控制开关K10；

所述第一电池CELL1的正极端与第二电池CELL2的负极端串联，所述第一电池CELL1的正极端与第四控制开关K4串联，第三控制开关K3与第四控制开关K4并联，所述第四控制开关K4与第四MOS管T4的源极并联，所述第四MOS管T4的漏极与第二控制开关K2并联，所述第四MOS管T4的栅极与第八控制开关K8串联，所述第四MOS管T4的漏极与第三MOS管T3的源极通过第一电阻元件R1串联，所述第三MOS管T3的漏极与第一电池CELL1的负极端并联接地，所述第三MOS管T3的栅极与第十控制开关K10串联，所述第一电池CELL1的负极端与第六控制开关K6串联，所述第二电池CELL2的正极端与第一控制开关K1串联，所述第一控制开关K1与第二MOS管T2的源极并联，所述第二MOS管T2的漏极与第五控制开关K5并联，所述第二MOS管T2的栅极与第七控制开关K7串联，所述第二MOS管T2的漏极与第一MOS管T1的源极通过第二电阻元件R2串联，所述第一MOS管T1的漏极与第二电池CELL2的负极端串联，所述第一MOS管T1的栅极与第九控制开关K9串联，所述第一控制开关K1、第二控制开关K2和第三控制开关K3并联连接差分放大电路的同相输入端，所述第四控制开关K4、第五控制开关K5和第六控制开关K6并联连接差分放大电路的反向输入端，所述差分放大电路的输出端连接信号的接收端，所述第七控制开关K7和第八控制开关K8和信号源的输出端并联连接运算放大器OP2的反相输入端，所述第九控制开关K9和第十控制开关K10并联连接运算放大器的输出端，所述运算放大器的同相输入端和信号源的输入端并联接地。

优选的，所述第一控制开关K1与第二MOS管T2的源极之间连接有第九电阻元件R9，所述第五控制开关K5与所述第二MOS管T2的漏极之间连接有第十电阻元件R10，第四控制开关K4与所述第一电池CELL1的正极端之间连接有第八电阻元件R8，所述第二控制开关K2与所述第四MOS管T4的漏极之间连接有第十一电阻元件R11，所述第六控制开关K6与所述第一电池CELL1的负极端之间连接有第七电阻元件R7。

优选的，所述差分放大电路包括第三电阻元件R3、第四电阻元件R4、第五电阻元件R5、第六电阻元件R6和第一运算放大器OP1。

优选的，本发明还提供一种均衡失效检测控制电路的测量方法，包括以下步骤：

1)第一电池CELL1电压V1采集：所述第三控制开关K3和第六控制开关K6闭合，第一电池CELL1的电压经过第七电阻元件R7和第八电阻元件R8进入第一运算放大器OP1，信号VF1进入后端ADC进行测量计算；

2)第二电池CELL2电压V1采集：所述第一控制开关K1和第四控制开关K4闭合，第二电池CELL2的电压经过第九电阻元件R9和第八电阻元件R8进入第一运算放大器OP1，信号VF1进入后端ADC进行测量计算；

3)第一电池CELL1均衡电压V11采集：均衡时第八控制开关K8和第十控制开关K10闭合，第三MOS管T3和第四MOS管T4打开，均衡电流回路为第三MOS管T4、第一电阻元件R1、第三MOS管T3，第六控制开关K6和第二控制开关K2闭合，均衡电流在第三MOS管T3、第一电阻元件R1上的电压接入第一运算放大器OP1进行采集；

4)第二电池CELL2均衡电压V12采集：均衡时第七控制开关K7和第九控制开关K9闭合，第一MOS管T1和第二MOS管T2打开，均衡电流回路为第二MOS管T2、第二电阻元件R2、第一MOS管T1，第五控制开关K5和第三控制开关K3闭合，均衡电流在第一MOS管T1、第二电阻元件R2上的电压接入第一运算放大器OP1进行采集。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明均衡失效检测控制电路包括第一电池CELL1、第二电池CELL2、采集电路和均衡电路，采集电路包括第一控制开关K1、第二控制开关K2、第三控制开关K3、第四控制开关K4、第五控制开关K5、第六控制开关K6和差分放大电路，均衡电路包括第七控制开关K7、第八控制开关K8、第九控制开关K9和第十控制开关K10。相对原有的均衡电路，增加少量的器件，可以有效避免均衡失效情况的发生，同时能够有效的检出均衡失效，提升了产品的功能安全等级；

(2)本发明均衡失效检测控制电路包括第七电阻元件R7、第八电阻元件R8、第九电阻元件R9、第十电阻元件R10和第十一电阻元件R11，用于防止电流过大，从而防止电路损伤；

(3)本发明差分放大电路包括第三电阻元件R3、第四电阻元件R4、第五电阻元件R5、第六电阻元件R6和第一运算放大器OP1，差分放大电路起到优良的抗干扰性能的优点；

(4)本发明均衡失效检测控制电路的使用方法包括第一电池CELL1电压V1采集、第二电池CELL2电压V1采集、第一电池CELL1均衡电压V11采集及第二电池CELL2均衡电压V12采集，由于均衡回路有2只MOSFET串联构成回路，故失效概率大幅度降低，同时由于失效能够被有效检出，功能安全得以保障。

附图说明

图1为本发明现有均衡失效的电路结构示意图；

图2为本发明第一电池CELL1电压V1采集的电路结构示意图；

图3为本发明第二电池CELL2电压V1采集的电路结构示意图；

图4为本发明第一电池CELL1均衡电压V11采集的电路结构示意图；

图5为本发明第二电池CELL2均衡电压V12采集的电路结构示意图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

参考图2，一种均衡失效检测控制电路，包括第一电池CELL1、第二电池CELL2、采集电路和均衡电路，所述第一电池CELL1与第二电池CELL2串联，所述第一电池CELL1、第二电池CELL2分别与所述采集电路、均衡电路连接，所述采集电路包括第一控制开关K1、第二控制开关K2、第三控制开关K3、第四控制开关K4、第五控制开关K5、第六控制开关K6和差分放大电路，所述均衡电路包括第七控制开关K7、第八控制开关K8、第九控制开关K9和第十控制开关K10。

所述第一电池CELL1的正极端与第二电池CELL2的负极端串联，所述第一电池CELL1的正极端与第四控制开关K4串联，第三控制开关K3与第四控制开关K4并联，所述第四控制开关K4与第四MOS管T4的源极并联，所述第四MOS管T4的漏极与第二控制开关K2并联，所述第四MOS管T4的栅极与第八控制开关K8串联，所述第四MOS管T4的漏极与第三MOS管T3的源极通过第一电阻元件R1串联，所述第三MOS管T3的漏极与第一电池CELL1的负极端并联接地，所述第三MOS管T3的栅极与第十控制开关K10串联，所述第一电池CELL1的负极端与第六控制开关K6串联，所述第二电池CELL2的正极端与第一控制开关K1串联，所述第一控制开关K1与第二MOS管T2的源极并联，所述第二MOS管T2的漏极与第五控制开关K5并联，所述第二MOS管T2的栅极与第七控制开关K7串联，所述第二MOS管T2的漏极与第一MOS管T1的源极通过第二电阻元件R2串联，所述第一MOS管T1的漏极与第二电池CELL2的负极端串联，所述第一MOS管T1的栅极与第九控制开关K9串联，所述第一控制开关K1、第二控制开关K2和第三控制开关K3并联连接差分放大电路的同相输入端，所述第四控制开关K4、第五控制开关K5和第六控制开关K6并联连接差分放大电路的反向输入端，所述差分放大电路的输出端连接信号的接收端，所述第七控制开关K7和第八控制开关K8和信号源的输出端并联连接运算放大器OP2的反相输入端，所述第九控制开关K9和第十控制开关K10并联连接运算放大器的输出端，所述运算放大器的同相输入端和信号源的输入端并联接地。本电路能够检测到均衡异常开启，并能够关闭异常开启，能够同时检测均衡无法开启的异常。

工作时，

在本实施例中，电阻元件的阻值相等，都为1k。上述的MOS管包括PMOS管和NMOS管。

本发明相对原有的均衡电路，通过增加均衡开关管，有效避免均衡失效情况的发生，同时能够有效的检出均衡失效，提升了产品的功能安全等级及可靠性。

实施例2

参考图2，与实施例1所不同的是，所述第一控制开关K1与第二MOS管T2的源极之间连接有第九电阻元件R9，所述第五控制开关K5与所述第二MOS管T2的漏极之间连接有第十电阻元件R10，第四控制开关K4与所述第一电池CELL1的正极端之间连接有第八电阻元件R8，所述第二控制开关K2与所述第四MOS管T4的漏极之间连接有第十一电阻元件R11，所述第六控制开关K6与所述第一电池CELL1的负极端之间连接有第七电阻元件R7，其中第七电阻元件R7、第八电阻元件R8、第九电阻元件R9、第十电阻元件R10和第十一电阻元件R11用于防止电流过大，从而防止电路损伤。

实施例3

本实施例中，其电路结构与上述实施例基本相同，不同之处在于，参考图2，所述差分放大电路包括第三电阻元件R3、第四电阻元件R4、第五电阻元件R5、第六电阻元件R6和第一运算放大器OP1。差分放大电路起到优良的抗干扰性能的优点。

实施例4

参考图2-5，一种所述均衡失效检测控制电路的使用方法，包括以下步骤：

1)第一电池CELL1电压V1采集：参考图2，所述第三控制开关K3和第六控制开关K6闭合，第一电池CELL1的电压经过第七电阻元件R7和第八电阻元件R8进入第一运算放大器OP1，信号VF1进入后端ADC进行测量计算；V1电压的作用是采集电池CELL1的电压

2)第二电池CELL2电压V2采集：参考图3，所述第一控制开关K1和第四控制开关K4闭合，第二电池CELL2的电压经过第九电阻元件R9和第八电阻元件R8进入第一运算放大器OP1，信号VF1进入后端ADC进行测量计算；V2电压的作用是采集电池CELL2的电压

3)第一电池CELL1均衡电压V11采集：参考图4，均衡时第八控制开关K8和第十控制开关K10闭合，第三MOS管T3和第四MOS管T4打开，均衡电流在第三MOS管T3与第一电阻元件R1之间形成压降。均衡电流回路为第三MOS管T4、第一电阻元件R1、第三MOS管T3，第六控制开关K6和第二控制开关K2闭合，均衡电流在第三MOS管T3、第一电阻元件R1上的电压接入第一运算放大器OP1进行采集。

若第四MOS管T4不受控制异常导通，则第一电池CELL1均衡电压V11在没有均衡指令时由正常的0电压变为电池电压，若第三MOS管T3不受控制异常导通，则V11在均衡指令打开第四MOS管T4未打开第三MOS管T3时，由正常的0电压变为均衡电压。若第三MOS管T3/第四MOS管T4不受控制异常开路，则第一电池CELL1均衡电压V11在均衡指令下达后，一直为0电压。因此，由于均衡回路有2只MOSFET串联构成回路，故失效概率大幅度降低，同时由于失效能够被有效检出，功能安全得以保障。V11电压的作用是采集第一电池均衡电阻上均衡电流形成的压降，用于判断T4的开启。

4)第二电池CELL2均衡电压V12采集：均衡时第七控制开关K7和第九控制开关K9闭合，第一MOS管T1和第二MOS管T2打开，均衡电流回路为第二MOS管T2、第二电阻元件R2、第一MOS管T1，第五控制开关K5和第三控制开关K3闭合，均衡电流在第一MOS管T1、第二电阻元件R2上的电压接入第一运算放大器OP1进行采集。V12电压的作用是采集第二电池均衡电阻上均衡电流形成的压降，用于判断T2的开启。

本方法可以有效避免均衡失效情况的发生，同时能够有效的检出均衡失效，提升了产品的功能安全等级。该电路通过增加均衡开关的方法，使得均衡回路2个开关串联，单一均衡开关的失效不影响整个系统的正常工作，同时通过增加采集均衡电阻电流的开关，使得均衡失效能够被有效检出，增强了系统的可靠性

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种均衡失效检测控制电路，其特征在于：包括第一电池CELL1、第二电池CELL2、采集电路和均衡电路；

所述第一电池CELL1与第二电池CELL2串联，所述第一电池CELL1、第二电池CELL2分别与所述采集电路、均衡电路连接；

所述采集电路包括第一控制开关K1、第二控制开关K2、第三控制开关K3、第四控制开关K4、第五控制开关K5、第六控制开关K6和差分放大电路；

所述均衡电路包括第七控制开关K7、第八控制开关K8、第九控制开关K9和第十控制开关K10；

所述第一电池CELL1的正极端与第二电池CELL2的负极端串联，所述第一电池CELL1的正极端与第四控制开关K4串联，第三控制开关K3与第四控制开关K4并联，所述第四控制开关K4与第四MOS管T4的源极并联，所述第四MOS管T4的漏极与第二控制开关K2并联，所述第四MOS管T4的栅极与第八控制开关K8串联，所述第四MOS管T4的漏极与第三MOS管T3的源极通过第一电阻元件R1串联，所述第三MOS管T3的漏极与第一电池CELL1的负极端并联接地，所述第三MOS管T3的栅极与第十控制开关K10串联，所述第一电池CELL1的负极端与第六控制开关K6串联，所述第二电池CELL2的正极端与第一控制开关K1串联，所述第一控制开关K1与第二MOS管T2的源极并联，所述第二MOS管T2的漏极与第五控制开关K5并联，所述第二MOS管T2的栅极与第七控制开关K7串联，所述第二MOS管T2的漏极与第一MOS管T1的源极通过第二电阻元件R2串联，所述第一MOS管T1的漏极与第二电池CELL2的负极端串联，所述第一MOS管T1的栅极与第九控制开关K9串联，所述第一控制开关K1、第二控制开关K2和第三控制开关K3并联连接差分放大电路的同相输入端，所述第四控制开关K4、第五控制开关K5和第六控制开关K6并联连接差分放大电路的反向输入端，所述差分放大电路的输出端连接信号的接收端，所述第七控制开关K7和第八控制开关K8和信号源的输出端并联连接运算放大器OP2的反相输入端，所述第九控制开关K9和第十控制开关K10并联连接运算放大器的输出端，所述运算放大器的同相输入端和信号源的输入端并联接地。

2.根据权利要求1所述的均衡失效检测控制电路，其特征在于：所述第一控制开关K1与第二MOS管T2的源极之间连接有第九电阻元件R9，所述第五控制开关K5与所述第二MOS管T2的漏极之间连接有第十电阻元件R10，第四控制开关K4与所述第一电池CELL1的正极端之间连接有第八电阻元件R8，所述第二控制开关K2与所述第四MOS管T4的漏极之间连接有第十一电阻元件R11，所述第六控制开关K6与所述第一电池CELL1的负极端之间连接有第七电阻元件R7。

3.根据权利要求1所述的均衡失效检测控制电路，其特征在于：所述差分放大电路包括第三电阻元件R3、第四电阻元件R4、第五电阻元件R5、第六电阻元件R6和第一运算放大器OP1。

4.一种采用权利要求1-3任一项所述均衡失效检测控制电路的使用方法，包括以下步骤：

1)第一电池CELL1电压V1采集：所述第三控制开关K3和第六控制开关K6闭合，第一电池CELL1的电压经过第七电阻元件R7和第八电阻元件R8进入第一运算放大器OP1，信号VF1进入后端ADC进行测量计算；

2)第二电池CELL2电压V1采集：所述第一控制开关K1和第四控制开关K4闭合，第二电池CELL2的电压经过第九电阻元件R9和第八电阻元件R8进入第一运算放大器OP1，信号VF1进入后端ADC进行测量计算；

3)第一电池CELL1均衡电压V11采集：均衡时第八控制开关K8和第十控制开关K10闭合，第三MOS管T3和第四MOS管T4打开，均衡电流回路为第三MOS管T4、第一电阻元件R1、第三MOS管T3，第六控制开关K6和第二控制开关K2闭合，均衡电流在第三MOS管T3、第一电阻元件R1上的电压接入第一运算放大器OP1进行采集；

4)第二电池CELL2均衡电压V12采集：均衡时第七控制开关K7和第九控制开关K9闭合，第一MOS管T1和第二MOS管T2打开，均衡电流回路为第二MOS管T2、第二电阻元件R2、第一MOS管T1，第五控制开关K5和第三控制开关K3闭合，均衡电流在第一MOS管T1、第二电阻元件R2上的电压接入第一运算放大器OP1进行采集。

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