CN112327210A - 储能电池系统低压线束故障检测电路及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种储能电池系统低压线束故障检测电路及检测方法，包括电池管理系统、高压箱以及电池箱组，高压箱与电池管理系统、电池箱组分别连接，电池管理系统包括PWM信号源、电平转换电路、PWM信号回采电路、第一电压源以及第二电压源，高压箱包括第一连接器组合、第二连接器组合，电池箱组分别与第一连接器组合、第二连接器组合连接，第一连接器组合与所述电平转换电路连接，电平转换电路分别与所述第二电压源、PWM信号源连接，第二连接器组合分别与所述第一电压源、PWM信号回采电路连接，所述PWM信号源与所述PWM信号回采电路通过MCU连接。该方法的检测电路可检测线路多种故障，抗干扰能力强且易于实现，可有效的提高检测效率。

Description

储能电池系统低压线束故障检测电路及检测方法
技术领域
本发明属于故障检测技术领域，尤其涉及一种储能电池系统低压线束故障检测电路及检测方法。
背景技术
储能电池系统主要包括电池模组、高压箱和BMS系统等，高压箱及各电池模组之间通过低压线束和动力线束连接，以完成箱间通信交互和电能传递。低压线束内部一般有电源线，地线，通信线，数字量和模拟量等，由于线束本身及环境的影响，这些信号线之间可能会出现断线、粘合和阻抗增大等故障。比如，最常见的故障有信号线与电源正极短接，信号线与电源负极短接，线路断路。
为了能检测出储能电池系统各部件之间线束连接状态，现有检测技术主要分四种：其一，数字量检测方法，即把线束的连接状态视为开关，通过检测开关的通断状态判断线束的连接状态；其二，电压源分压方法，即把线束作为电阻分压回路的一部分，然后通过采集线路回路中的取样电阻的电压来判断线束的连接状态；其三，恒流源检测方法，即把方法三中的电压源更换为电流源的检测方法；其四，PWM检测方法，即把方法三中的电压源更换为PWM信号源的检测方法。现有技术在同时检测出信号线与电源正极短路，信号线与电源负极短路和线路断路等故障的有效率偏低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种可检测线路多种故障，抗干扰能力强，且易于实现的储能电池系统低压线束故障检测电路及检测方法。
第一方面，本发明提供了一种储能电池系统低压线束故障检测电路，包括电池管理系统、高压箱以及电池箱组，所述高压箱与所述电池管理系统、电池箱组分别连接，所述电池管理系统包括PWM信号源、电平转换电路、PWM信号回采电路、第一电压源以及第二电压源，所述高压箱包括第一连接器组合、第二连接器组合，所述电池箱组分别与所述第一连接器组合、第二连接器组合连接，所述第一连接器组合与所述电平转换电路连接，所述电平转换电路分别与所述第二电压源、PWM信号源连接，所述第二连接器组合分别与所述第一电压源、PWM信号回采电路连接，所述PWM信号源与所述PWM信号回采电路通过MCU连接。
进一步的，所述电池管理系统还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，所述第一电阻的一端与所述第一连接器组合连接，另一端与所述电平转换电路连接，所述第二连接器组合与第二电阻、第三电阻依次连接，所述第三电阻远离所述第二电阻的一端接地，所述第四电阻的一端分别与所述第二电阻、第三电阻、PWM信号回采电路连接，所述第四电阻的另一端接地。
进一步的，所述PWM信号回采电路包括频率提取电路和电压跟随电路，所述频率提取电路与所述MCU的计数器连接，所述电压跟随电路与所述MCU的数模转换器连接。
进一步的，所述PWM信号源与所述MCU的PWM接口连接。
进一步的，所述电池管理系统还包括防反二极管，所述防反二极管的阴极与所述第一电阻连接，阳极与所述电平转换电路连接。
进一步的，所述电平转换电路接地。
进一步的，所述电平转换电路包括隔离器件，所述隔离器件至少包括光耦、光继电器。
第二方面，本发明还提供了一种如上述第一方面所述的储能电池低压线束故障检测方法，所述方法包括：
所述电池管理系统向所述第一连接器组合、高压箱、电池组以及第二连接器组合连接的线束连接回路发送PWM信号；
所述电池管理系统接收所述线束连接回路返回的PWM信号的状态信息，所述返回的PWM信号的状态信息至少包括电压大小和频率变化；
根据所述返回的PWM信号的信息判断线束连接回路的故障状态信息。
进一步的，获取所述电池管理系统中电压和频率的实际值；
计算所述线束连接回路不同故障状态中电压和频率的计算值；
将所述实际值与所述计算值进行对比，判断所述线束连接回路的故障状态信息。
进一步的，所述线束连接回路的故障状态信息至少包括线束连接回路断路、线束连接回路接地、线束连接回路接电源、线束连接回路阻抗变大。
本发明提供了一种储能电池系统低压线束故障检测电路，包括电池管理系统、高压箱以及电池箱组，所述高压箱与所述电池管理系统、电池箱组分别连接，所述电池管理系统包括PWM信号源、电平转换电路、PWM信号回采电路、第一电压源以及第二电压源，所述高压箱包括第一连接器组合、第二连接器组合，所述电池箱组分别与所述第一连接器组合、第二连接器组合连接，所述第一连接器组合与所述电平转换电路连接，所述电平转换电路分别与所述第二电压源、PWM信号源连接，所述第二连接器组合分别与所述第一电压源、PWM信号回采电路连接，所述PWM信号源与所述PWM信号回采电路通过MCU连接。该方法的检测电路可检测线路多种故障，抗干扰能力强且易于实现，可有效的提高检测效率。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明的储能电池系统低压线束故障检测电路的电路结构示意图；
图2为本发明的储能电池系统低压线束故障检测方法的流程图；
图3为本发明的储能电池系统低压线束故障检测方法的子流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，本申请实施例提供了一种储能电池系统低压线束故障检测电路，包括电池管理系统、高压箱以及电池箱组，所述高压箱与所述电池管理系统、电池箱组分别连接，所述电池管理系统包括PWM信号源、电平转换电路、PWM信号回采电路、第一电压源V1以及第二电压源V2，所述高压箱包括第一连接器组合、第二连接器组合，所述电池箱组分别与所述第一连接器组合、第二连接器组合连接，所述第一连接器组合与所述电平转换电路连接，所述电平转换电路分别与所述第二电压源V2、PWM信号源连接，所述第二连接器组合分别与所述第一电压源V1、PWM信号回采电路连接，所述PWM信号源与所述PWM信号回采电路通过MCU连接。其中所述电池组包括至少一个电池箱，第一连接器组合、第二连接器组合均设置在高压箱内，所述第一连接器组合至少包括第一连接器与储能电池系统的低压通信线束中的一组连接线，这组连接线从电池管理系统连接到第一连接器，再与电池箱组连接，再连接到高压箱的第二连接器组合，其中第二连接器组合也包括第二连接器与储能电池系统的低压通信中的一组连接线，电池箱组与第二连接器连接，第二连接器通过连接线与电池管理系统连接，回到电池管理系统的检测回路，形成一个闭环检测回路。其中PWM信号源负责发出PWM波形，且PWM信号源可由专门的PWM信号发生器替代MCU输出PWM信号。
具体的，所述电池管理系统还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，所述第一电阻R1的一端与所述第一连接器组合连接，另一端与所述电平转换电路连接，所述第二连接器组合与第二电阻R2、第三电阻R3依次连接，所述第三电阻R3远离所述第二电阻R2的一端接地，所述第四电阻R4的一端分别与所述第二电阻R2、第三电阻R3、PWM信号回采电路连接，所述第四电阻R4的另一端接地。其中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电压源V1和第二电压源V2组成电阻分压网络。
具体的，所述PWM信号回采电路包括频率提取电路和电压跟随电路，所述频率提取电路与所述MCU的计数器连接，所述电压跟随电路与所述MCU的数模转换器连接。其中，所述频率提取电路主要提取由PWM信号源所发出的PWM信号经过高压箱与电池箱组连接的线束连接回路，再返回至电池管理系统中，PWM信号回采电路采集频率与电压，电压跟随电路输出的电压通常使用MCU的数模转换器采集，频率转换电路输出的频率信号通常由MCU的计数器采集。
具体的，所述PWM信号源与所述MCU的PWM接口连接。其中，PWM信号源负责发出PWM波形，通常由MCU的PWM接口产生。
具体的，所述电池管理系统还包括防反二极管D1，所述防反二极管D1的阴极与所述第一电阻连接，阳极与所述电平转换电路连接。其中，防反二极管D1起到防反保护作用。
具体的，所述电平转换电路接地。
具体的，所述电平转换电路包括隔离器件，所述隔离器件至少包括光耦、光继电器。其中，电平转换电路负责把PWM信号源进行电平转换，通常使用光耦、光继电器等隔离器件实现电平转换，在本实施例中仅仅只列出光耦、光继电器，但并不仅仅只有这两种隔离器件。
进一步的，基于上述实施例，参阅图2，本申请实施例还提供了一种储能电池低压线束故障检测方法，具体包括：
所述电池管理系统向所述高压箱与所述电池组连接的线束连接回路发送PWM信号；
所述电池管理系统接收所述线束连接回路返回的PWM信号的状态信息，所述返回的PWM信号的状态信息至少包括电压大小和频率变化；
根据所述返回的PWM信号的信息判断线束连接回路的故障状态信息。
其中，电池管理系统中的PWM信号源发出PWM信号到高压箱与电池箱组连接的线束连接回路上，然后电池管理系统中的PWM信号回采电路回采PWM信号的电压大小和频率变化来诊断线束及连接器的各种故障状态。
具体的，基于上述实施例，参阅图3，根据所述返回的PWM信号的信息判断线束连接回路的故障状态信息具体步骤包括：
获取所述电池管理系统中电压和频率的实际值；
计算所述线束连接回路不同故障状态信息中电压和频率的计算值；
将所述实际值与所述计算值进行对比，判断所述线束连接回路的故障状态信息。
更具体的，所述线束连接回路的故障状态信息至少包括线束连接回路断路、线束连接回路接地、线束连接回路接电源、线束连接回路阻抗变大。其中，
第一种是无故障情况：
MCU持续输出频率为Fi的PWM信号源，高电平等于MCU的工作电源，低电平为MCU的参考地(0V)，当PWM信号源输出高电平时，电平转换电路的副边开关导通，防反二极管D1也导通，则V0的计算公式如公式一所示：
V0＝(R3×R4×(V2-ΔV1)+V1×R3×(R1+R2))/((R1+R2)×(R3+R4)+R3×R4) 公式一
其中,ΔV1为电平转换电路副边的导通电压，ΔV2为D1的导通电压。
当PWM信号源输出低电平时，电平转换电路副边开关不导通，D1也不导通，V0的计算公式如公式二所示。
V0＝V1×R3/(R3+R4) 公式二
MCU需持续回采V0电压，另外，此时F0＝Fi，程序根据V0和的值是否符合预期来判断检测回路是否正常。
第二种是信号回路断路：
当BMS电路以外的导线断路时，PWM信号源不能有效到达检测回路的信号回采端，此时相当于R1和R2之间的导线断开，则V0的计算公式与公式二相同，而F0＝0。
第三种是信号回路接地：
当BMS电路以外的导线接地时，PWM信号源也不能有效达到达检测回路的信号回采端，此时相当于R1和R2之间的导线与电源参考地短接，则V0的计算公式如公式三所示，而F0＝0。
V0＝V1×R2×R3/(R2×R3+R4×(R2+R3)) 公式三
第四种是信号回路接电源：
当BMS电路以外的导线接电源时，PWM信号源也不能有效达到达检测回路的信号回采端，此时相当于R1和R2之间的导线短接到V2电源，则V0的计算公式如公式四所示。
V0＝(R3×R4×V2+R2×R3×V1)/(R2×R4+R2×R3+R3×R4) 公式四
第五种是信号回路阻抗变大，但没有断开：
检测回路线路正常时，BMS电路以外的导线阻抗远小于回路采样电阻R1或R2或R3，当线路阻抗明显增大时，会影响V0或者F0的值。此时，可通过检测V0电压和F0频率的变化来判断是否发生信号回路阻抗变大。
本发明提供了一种储能电池系统低压线束故障检测电路，包括电池管理系统、高压箱以及电池箱组，所述高压箱与所述电池管理系统、电池箱组分别连接，所述电池管理系统包括PWM信号源、电平转换电路、PWM信号回采电路、第一电压源以及第二电压源，所述高压箱包括第一连接器组合、第二连接器组合，所述电池箱组分别与所述第一连接器组合、第二连接器组合连接，所述第一连接器组合与所述电平转换电路连接，所述电平转换电路分别与所述第二电压源、PWM信号源连接，所述第二连接器组合分别与所述第一电压源、PWM信号回采电路连接，所述PWM信号源与所述PWM信号回采电路通过MCU连接。该方法的检测电路可检测线路多种故障，抗干扰能力强且易于实现，可有效的提高检测效率。
此处第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。
此处，上、下、左、右、前、后只代表其相对位置而不表示其绝对位置
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种储能电池系统低压线束故障检测电路，其特征在于，包括电池管理系统、高压箱以及电池箱组，所述高压箱与所述电池管理系统、电池箱组分别连接，所述电池管理系统包括PWM信号源、电平转换电路、PWM信号回采电路、第一电压源以及第二电压源，所述高压箱包括第一连接器组合、第二连接器组合，所述电池箱组分别与所述第一连接器组合、第二连接器组合连接，所述第一连接器组合与所述电平转换电路连接，所述电平转换电路分别与所述第二电压源、PWM信号源连接，所述第二连接器组合分别与所述第一电压源、PWM信号回采电路连接，所述PWM信号源与所述PWM信号回采电路通过MCU连接。
2.如权利要求1所述的储能电池系统低压线束故障检测电路，其特征在于，所述电池管理系统还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，所述第一电阻的一端与所述第一连接器组合连接，另一端与所述电平转换电路连接，所述第二连接器组合与第二电阻、第三电阻依次连接，所述第三电阻远离所述第二电阻的一端接地，所述第四电阻的一端分别与所述第二电阻、第三电阻、PWM信号回采电路连接，所述第四电阻的另一端接地。
3.如权利要求2所述的储能电池低压线束故障检测电路，其特征在于，所述PWM信号回采电路包括频率提取电路和电压跟随电路，所述频率提取电路与所述MCU的计数器连接，所述电压跟随电路与所述MCU的数模转换器连接。
4.如权利要求3所述的储能电池低压线束故障检测电路，其特征在于，所述PWM信号源与所述MCU的PWM接口连接。
5.如权利要求4所述的储能电池低压线束故障检测电路，其特征在于，所述电池管理系统还包括防反二极管，所述防反二极管的阴极与所述第一电阻连接，阳极与所述电平转换电路连接。
6.如权利要求5所述的储能电池低压线束故障检测电路，其特征在于，所述电平转换电路接地。
7.如权利要求6所述的储能电池低压线束故障检测电路，其特征在于，所述电平转换电路包括隔离器件，所述隔离器件至少包括光耦、光继电器。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的储能电池低压线束故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：
所述电池管理系统向所述高压箱与所述电池组连接的线束连接回路发送PWM信号；
所述电池管理系统接收所述线束连接回路返回的PWM信号的状态信息，所述返回的PWM信号的状态信息至少包括电压大小和频率变化；
根据所述返回的PWM信号的信息判断线束连接回路的故障状态信息。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述返回的PWM信号的信息判断线束连接回路的故障状态信息具体包括：
获取所述电池管理系统中电压和频率的实际值；
计算所述线束连接回路不同故障状态信息中电压和频率的计算值；
将所述实际值与所述计算值进行对比，判断所述线束连接回路的故障状态信息。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述线束连接回路的故障状态信息至少包括线束连接回路断路、线束连接回路接地、线束连接回路接电源、线束连接回路阻抗变大。
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