CN111856338A - 电池组供电线检测装置及方法 - Google Patents

电池组供电线检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电池组供电线检测电路及方法，至少包括最高电压筛选模块、电压偏置模块、开关模块和LED指示模块，其中，最高电压筛选模块与电池组各个单体电池均相连接，用于输出电池组的最高电压；电压偏置模块与最高电压筛选模块和开关模块相连接，用于设置开关模块的偏置电压值Vbias，该偏置电压值Vbias设置为大于开关模块的启动电压Vth且小于一节电池电压Vbat；开关模块与电池组供电线和LED指示模块相连接，当供电线连接正常时，开关模块导通使LED指示模块发出指示信号；当供电线连接异常时，开关模块截止使LED指示模块不发出指示信号。本发明利用供电线PW+与电池采样线束中最高电压的关系，并通过合理设置开关模块的电压偏置实现供电线连接状态的检测。

Description

电池组供电线检测装置及方法
技术领域
本发明涉及动力电池应用技术领域，尤其涉及一种电池组供电线检测装置及方法。
背景技术
由于蓄电池、超级电容等蓄电装置，光伏系统等发电装置(为了说明方便，以下都用电池、电池组代替)的单体电压和容量都较低，在大系统里难以直接使用，实际应用中往往需要多节电池串联以提高电压，多节电池并联以提高容量。由于化学特性的因素，每节单体电池都有其安全运行范围，包括电压、电流、温度、功率等参数，并且各参数的运行范围对电池的寿命有很大的影响。为了安全可靠，并且延长电池寿命，必须对电池组的各电性能参数进行管理，需要专用的电池管理系统(BMS)。BMS必须对每节单体进行实时监控，也即BMS与各单体电池之间都需要连接线，同时，电池组通过供电线给BMS提供稳定的工作电压。
电池组通常由数百个单体电池组成，导致电池连接线束众多，如图1所示，其中B1～Bt为BMS与电池的采样连接线，PW+、PW-为BMS的供电连接线。在实际安装过程中，难免会出现电池装错、线束节点接错、线束未接上等诸多组装问题。特别是在维修服务站、梯次电池重新组装利用等场合，有很多零时工，操作工人水平参差不齐，对电池特性又不了解。电池连接线一旦接错，后续应用电路的输入电压就会出现负电压，不能正常工作，并且大概率会损坏BMS，进而引起整个系统不能正常工作。等电池组装完成，系统调试时才发现问题，排查问题和重新拆开电池箱工作量巨大。因此，在实际应用中，现场需要一个简单可靠的检测装置，在安装线束后，盖电池箱盖前马上测试线束连接的可靠性。
目前电池行业上连接线束检测，做法为：制作一个线束检测板，在线束与电池连接好后，用线束检测板与线束对插，判断线束与电池连接是否正常。检测板电路原理如图2所示，在每节电池连接线上都并联一只LED灯，并用电阻限流。当线束连接正常时，所有LED灯输入都为正电压，被点亮；当有线束连接错误时，比如Bn与Bn-1接反，LEDn输入电压变成负的，不能正常点亮。
BMS设计的电池串数为t，一般都是串数向下兼容的，供电线PW+连接在实际系统中的最高电势点，比如实际系统为t串，则PW+连接Bt，如果实际系统为n串，则PW+连接Bn。对于PW+连接线的断线检测如图3所示。PW+具体连接到哪个节点，看实际系统的电池串数而定，比如n串，连接到Bn，n+1串就连接到Bn+1。排针用短路帽跳选，n串电池，短路帽短路排针Sn；n+1串电池，短路帽短路排针Sn+1。
当电池电压采样线B0～Bt和供电线PW+都正确时，Rp和LEDp串联的检测电路看到的电压始终为一节电池电压，LEDp被点亮；当PW+线束连接错误时，PW+电压小于等于LEDP的负极电压，LEDp熄灭。从而，可以根据LEDp是否点亮来判断供电线PW+连接是否正确。然而该技术方案仍存在以下技术问题：
首先，现场应用时，线束有不同的串数，短路帽短路排针的位置需要靠人为来选择，容易出错。一旦短路帽位置错误，会出现如下两种情况：
a)短路位置偏高(比如t-1串电池，应该短路排针St-1位置，实际短路St位置)，则不管PW+线束连接正确与否，LEDP都不会亮，造成线束接错的误判。
b)短路位置偏低(比如t串电池，应该短路排针St位置，实际短路St-1位置)，则在PW+线束接错到Bt-1的情况下，LEDP依旧会亮，造成线束检测接错无法检测出来。
其次，如果电池采样连接线B0～Bt接线错误，LEDP的阴极电位不正确，造成PW+接线的检测也会跟随出现错误。
再次，如果短路帽多用了一个或多个以及排针引脚弯曲与相邻排针短路，都会造成电池短路，出现险情；
最后，即使一切操作正确，也增加了现场线束检测的工作量。
故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种电池组供电线检测装置及方法，利用供电线PW+与电池采样线束中最高电压的关系，并通过合理设置开关模块的电压偏置实现供电线连接状态的检测。
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：
一种电池组供电线检测装置，至少包括最高电压筛选模块、电压偏置模块、开关模块和LED指示模块，其中，
所述最高电压筛选模块与电池组各个单体电池均相连接，用于输出电池组的最高电压；
所述电压偏置模块与最高电压筛选模块和开关模块相连接，用于设置所述开关模块的偏置电压值Vbias，该偏置电压值Vbias设置为大于开关模块的启动电压Vth且小于一节电池电压Vbat；
所述开关模块与电池组供电线和LED指示模块相连接，当供电线连接正常时，所述开关模块导通使LED指示模块发出指示信号；当供电线连接异常时，所述开关模块截止使LED指示模块不发出指示信号。
作为进一步的改进方案，该装置还设置保护模块，所述保护模块串接在开关回路中，用于为开关模块和LED指示模块提供反向保护电压。
作为进一步的改进方案，所述最高电压筛选模块采用多个二极管实现，所有二极管的负端并接作为输出端，每个二极管的正端分别与各个单体电池的连接线相连接。
作为进一步的改进方案，所述开关模块采用三极管或MOS管实现。
作为进一步的改进方案，所述开关模块采用PNP三极管。
作为进一步的改进方案，所述电压偏置模块采用二极管、稳压管或TVS管实现。
作为进一步的改进方案，所述保护模块采用二极管或MOS管实现。
本发明还公开了一种电池组供电线检测方法，至少包括以下步骤：
步骤S1：筛选并输出电池组的最高电压；
步骤S2：以最高电压为基准为开关模块设置偏置电压值Vbias，其中，偏置电压值Vbias设置为大于开关模块的启动电压Vth且小于一节电池电压Vbat；
步骤S3：将电池组供电线接入开关模块，当供电线连接正常时，使开关模块导通以使LED指示模块发出指示信号；当供电线连接异常时，使开关模块截止以使LED指示模块不发出指示信号。
作为进一步的改进方案，在所述步骤S2中，采用二极管、稳压管或TVS管来设置偏置电压值Vbias。
作为进一步的改进方案，在所述步骤S1中，采用多个二极管实现筛选并输出电池组的最高电压，其中，所有二极管的负端并接作为输出端，每个二极管的正端分别与各个单体电池的连接线相连接。
与现有技术相比较，本发明具有如下技术效果：
1、本发明利用供电线PW+与电池采样线束中最高电压的关系，并通过合理设置开关模块的电压偏置实现快速、方便的检测供电线连接状态，无需手动调整短路帽位置，大大提升现场应用的安全性能；
2、采用本发明的技术方案，不管电池采样连接线B0～Bt接线是否正确，供电线的检测都不受影响；不管实际电池是几串，只要是在BMS兼容的串数范围内，都可以检测出供电线的连接状态；即便供电线漏接，也能检测出来异常。
附图说明
图1为电池和BMS之间的连接示意图。
图2为现有技术用来检测线束连接正常的电路原理示意图。
图3为现有技术用来检测供电线连接正常的电路原理示意图。
图4为本发明电池组供电线检测装置的原理示意图。
图5为本发明一种优选实施方式的原理示意图。
图6为本发明另一种优选实施方式的原理示意图。
图7为本发明实际应用采用的优选电路结构的电路原理图。
图8为本发明电池组供电线检测方法的流程框图。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。
如图3所示，现有技术的检测原理是利用电池组供电线PW+正常情况就是电池组最高电压的原理，然后通过手动调整短路帽位置使供电线检测回路保持一节电池的压降，刚好点亮回路中的LED二极管，而一旦供电线检测回路无压降或者压降小于零，无法点亮回路中的LED二极管。很显然，现有技术需要人工调整短路帽位置，一旦短路帽位置错误，将会造成误检；同时电池采样连接线出错，也会造成供电线检测错误；因此，该技术方案在现场应用中存在极大的安全隐患。
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供的一种电池组供电线检测装置，参见图4，所示为本发明的原理框图，至少包括最高电压筛选模块、电压偏置模块、开关模块和LED指示模块，其中，最高电压筛选模块与电池组各个单体电池均相连接，用于输出电池组的最高电压；电压偏置模块与最高电压筛选模块和开关模块相连接，用于设置所述开关模块的偏置电压值Vbias，该偏置电压值Vbias设置为大于开关模块的启动电压Vth且小于一节电池电压Vbat；开关模块与电池组供电线和LED指示模块相连接，当供电线连接正常时，开关模块导通使LED指示模块发出指示信号；当供电线连接异常时，所述开关模块截止使LED指示模块不发出指示信号。
上述技术方案中，利用供电线PW+与电池采样线束中最高电压的关系，也即，当供电线连接正确时，PW+就是电池组输出的最高电圧，然后通过合理设置开关模块的电压偏置，也即，偏置电压值Vbias设置为大于开关模块的启动电压Vth且小于一节电池电压Vbat，该偏置设置保证供电线连接正确时，开关模块刚好导通，而供电线连接错误时，其至少会跨一节电池的压降，开关管将截止。本发明正是利用电路上的巧妙设计，实现自动检测供电线连接状态，无需手动调整短路帽位置，大大提升现场应用的安全性能。
在一种优选实施方式中，该装置还设置保护模块，保护模块串接在开关回路中，用于为开关模块和LED指示模块提供反向保护电压。参见图5和图6所示，保护模块可以串接在供电线与开关模块之间，也可以串接在LED指示模块和连接线B0(地线)之间。进一步的，保护模块采用二极管或MOS管实现。
接下来以图5为例，详细说明下本发明技术方案的实现原理：
最高电压筛选模块在所有的电池采样连接线B0～Bt中，筛选出电压值最高的节点电压Vmax；电压偏置模块给Vmax一个向下的偏置电压Vbias，得出开关模块的控制电压Vctrl；保护模块对开关模块和LED指示模块提供反向电压保护，防止它们损坏；开关模块根据VPW与Vctrl两个电压的数值关系，确定给LED指示模块提供的驱动电压Vdrv状态；LED指示电路根据Vdrv状态，点亮或熄灭。
其中，Vbias的选取原则：Vbias＝Vmax-Vctrl，设置Vbias大于开关模块的启动电压Vth，且小于一节电池电压Vbat。
在上述偏置条件下，当电池连接线正常时，Vmax在数值上等于VPW，VPW-Vctrl＝Vbias，开关模块开启，Vdrv点亮LED指示灯。
当电池与BMS之间的线束连接异常时，分三种情况：
a)电池电压采样线束B0～Bt连接正常，PW+连接到错误节点上：
Vmax＝VBatt，其中VBatt为电池系统中电势最高的电位。
VPW＝VBatt-n*Vbat，其中n＝1,2,3…,为PW+线束实际连接点比最高电池节点Bt低的电池节数；
VPW-Vctrl＝(VBatt-n*Vbat)-(Vmax-Vbias)＝Vbias-n*Vbat<0，开关模块无法开启，LED指示灯熄灭。
b)当PW+线束漏接时，PW+悬浮，没有能量，也无法开启开关模块来点亮LED。
c)电池电压采样线束B0～Bt连接异常，PW+连接正常：
VPW＝VBatt；
Vmax可能能取到最高电池电压VBatt，也可能取不到VBatt，所以Vmax≤VBatt
VPW-Vctrl＝VBatt-(Vmax-Vbias)＝VBatt-Vmax+Vbias≥Vbias
所以，开关模块能够开启，Vdrv点亮LED指示灯。
综上所述，不管电池采样连接线B0～Bt连接是否正确，开关模块都能够正确指示供电线PW+的连接状态。
在实际应用中，由于电池线束非常多，很难快速找到最高电压点。在一种优选实施方式中，最高电压筛选模块采用多个二极管实现，所有二极管的负端并接作为输出端，每个二极管的正端分别与各个单体电池的连接线相连接。利用二极管的单向导通性，只有最高电压回路的二极管才能导通，从而采用简单的电路结构实现最高电压的筛选。
理论上本发明可以采用任何具有开关功能的开关模块，在一种优选实施方式中，开关模块采用三极管或MOS管等开关管实现，采用开关管，具有稳定的开启电压，从而能够通过设置偏置电压来配置开关管的开启条件；另外，采用开关管能够简化电路设计和降低成本。
电压偏置模块的目的是为开关模块提供稳定的偏置电压，在一种优选实施方式中，采用二极管、稳压管或TVS管等具有稳压的器件实现。
参见图7，所示为本发明实际应用中的一种优选实施电路，最高电压筛选模块中通过二极管D0～Dt筛选出最高电压Vmax，由于二极管压降，Vmax＝VBatt-Vf。其中Vf为二极管正向导通压降。
保护模块由二极管Dr1实现，由于二极管压降，VPW＝VPW+-Vf；
开关模块由PNP三极管实现，其发射极和二极管Dr1的负极相连接，基极和电阻RD1相连接，用于调节控制电流，集电极和电阻RD2相连接，用于调节LED驱动电流，控制开关的启动阈值为三极管B、S的开启电压，即一个二极管压降；
电压偏置模块的偏置范围是：Vf<Vbias<Vbat,考虑保护模块二极管Dr1的压降，实际选择偏置电压2Vf。利用二极管Dp1和Dp2提供2Vf的电压偏置，电阻Rp1给电压偏置模块和开关模块提供一个可靠的电流偏置，使这两个电路可靠工作。
参见图8，所示为本发明电池组供电线检测方法的流程框图，至少包括以下步骤：
步骤S1：筛选并输出电池组的最高电压；
步骤S2：以最高电压为基准为开关模块设置偏置电压值Vbias，其中，偏置电压值Vbias设置为大于开关模块的启动电压Vth且小于一节电池电压Vbat；
步骤S3：将电池组供电线接入开关模块，当供电线连接正常时，使开关模块导通以使LED指示模块发出指示信号；当供电线连接异常时，使开关模块截止以使LED指示模块不发出指示信号。
在所述步骤S2中，采用二极管、稳压管或TVS管来设置偏置电压值Vbias。
在所述步骤S1中，采用多个二极管实现筛选并输出电池组的最高电压，其中，所有二极管的负端并接作为输出端，每个二极管的正端分别与各个单体电池的连接线相连接。
上述方法可以采用图7的电路原理实现，在此不再赘述。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电池组供电线检测装置，其特征在于，至少包括最高电压筛选模块、电压偏置模块、开关模块和LED指示模块，其中，
所述最高电压筛选模块与电池组各个单体电池均相连接，用于输出电池组的最高电压；
所述电压偏置模块与最高电压筛选模块和开关模块相连接，用于设置所述开关模块的偏置电压值Vbias，该偏置电压值Vbias设置为大于开关模块的启动电压Vth且小于一节电池电压Vbat；
所述开关模块与电池组供电线和LED指示模块相连接，当供电线连接正常时，所述开关模块导通使LED指示模块发出指示信号；当供电线连接异常时，所述开关模块截止使LED指示模块不发出指示信号。
2.根据权利要求1所述的电池组供电线检测装置，其特征在于，该装置还设置保护模块，所述保护模块串接在开关回路中，用于为开关模块和LED指示模块提供反向保护电压。
3.根据权利要求2所述的电池组供电线检测装置，其特征在于，所述最高电压筛选模块采用多个二极管实现，所有二极管的负端并接作为输出端，每个二极管的正端分别与各个单体电池的连接线相连接。
4.根据权利要求2所述的电池组供电线检测装置，其特征在于，所述开关模块采用三极管或MOS管实现。
5.根据权利要求4所述的电池组供电线检测装置，其特征在于，所述开关模块采用PNP三极管。
6.根据权利要求2所述的电池组供电线检测装置，其特征在于，所述电压偏置模块采用二极管、稳压管或TVS管实现。
7.根据权利要求2所述的电池组供电线检测装置，其特征在于，所述保护模块采用二极管或MOS管实现。
8.一种电池组供电线检测方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
步骤S1：筛选并输出电池组的最高电压；
步骤S2：以最高电压为基准为开关模块设置偏置电压值Vbias，其中，偏置电压值Vbias设置为大于开关模块的启动电压Vth且小于一节电池电压Vbat；
步骤S3：将电池组供电线接入开关模块，当供电线连接正常时，使开关模块导通以使LED指示模块发出指示信号；当供电线连接异常时，使开关模块截止以使LED指示模块不发出指示信号。
9.根据权利要求8所述的电池组供电线检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，采用二极管、稳压管或TVS管来设置偏置电压值Vbias。
10.根据权利要求8所述的电池组供电线检测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，采用多个二极管实现筛选并输出电池组的最高电压，其中，所有二极管的负端并接作为输出端，每个二极管的正端分别与各个单体电池的连接线相连接。
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CN113740782A (zh) * 2021-09-16 2021-12-03 远景能源有限公司 接线检测方法
CN114518540A (zh) * 2022-01-26 2022-05-20 山东浪潮科学研究院有限公司 一种电池采集线束检测装置及方法

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