CN116047324B - 一种电池组用矩阵开关短路检测电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池组用矩阵开关短路检测电路，包括开关阵列和电池串，所述电池串由若干个电池串联而成，所述开关阵列连接每个电池的正负极；所述开关阵列的母线与基准电压ref相连接，所述电池串的其中一端经过第一电子开关器件、第一阻抗、第二阻抗后与基准电压ref相连接，所述第一阻抗与第二阻抗之间设有电压检测装置；电路简单，成本低，所占体积小，可靠方便；可以判断具体哪一路矩阵开关发生短路故障；所有矩阵开关线路的短路都能检测；通过在所述电池串与第一电子开关器件相连接的一端设有偏置电压，可以检测出电池串最高处或最低处的短路情况。

Description

一种电池组用矩阵开关短路检测电路及检测方法

技术领域

本发明涉及短路检测保护技术领域，特别涉及一种电池组用矩阵开关短路检测电路及检测方法。

背景技术

电池管理系统BMS中的电量均衡的开关矩阵网络的短路检测和保护多采用每个电池桥臂独立检测的方案，此种方案每个电池都需要独立的电路和检测设备，成本高昂，走线多，可靠性下降，且没有体积优势。或者，采用4个光耦的方法，不能检测最低端和最高端的短路问题，同时，不能判断具体哪一路矩阵开关出现短路问题，存在技术缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池组用矩阵开关短路检测电路，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请公开了一种电池组用矩阵开关短路检测电路，包括开关阵列和电池串，所述电池串由若干个电池串联而成，所述开关阵列连接每个电池的正负极；其特征在于：所述短路检测电路内设有参考电压ref，所述开关阵列的母线与参考电压ref相连接，所述电池串的其中一端经过第一电子开关器件、第一阻抗、第二阻抗后与参考电压ref或基于参考电压ref的电压源相连接，所述第一阻抗与第二阻抗之间设有电压检测装置。

作为优选，所述电池串的另一端经过第二电子开关器件、第三阻抗后与参考电压ref或基于参考电压ref的电压源相连接。

作为优选，所述第一阻抗、第二阻抗为单个电阻或由多个电阻、电容经过串联或并联而成。

作为优选，所述第三阻抗为单个电阻或由多个电阻、电容经过串联或并联而成。

作为优选，所述第一电子开关器件和第二电子开关器件为光耦、继电器、MOSFET、三极管、隔离开关中的一种。

作为优选，所述电池串的一端经过偏置电压源与第一电子开关器件相连接。

本发明还公开了一种使用上述的电池组用矩阵开关短路检测电路的检测方法，包括如下步骤：

A1、断开开关阵列与电池串之间的连接；

A2、在第一电子开关器件、第二电子开关器件同时导通时，记录电压检测装置的电压VF1；

A3、在第一电子开关器件导通，第二电子开关器件不导通时，记录电压检测装置的电压VF2；

A4、比较VF1和VF2，判断是否出现短路，若出现短路，则进入步骤A5，反之，没有短路，流程结束；

A5、根据VF1的电压大小，结合第一阻抗、第二阻抗的大小，得出发生短路的电池位置。

本发明还公开了一种使用上述的电池组用矩阵开关短路检测电路的检测方法，包括如下步骤：

B1、断开开关阵列与电池串之间的连接；

B2、在第一电子开关器件导通时，记录电压检测装置的VF3；

B3、根据VF3的电压，判断是否出现短路；若出现短路，则进入步骤B4，反之，没有短路，流程结束；

B4、根据VF3的电压大小，结合第一阻抗、第二阻抗的大小，得出发生短路的电池位置。

本发明的有益效果：

1、电路简单，成本低，所占体积小，可靠方便；

2、可以判断具体哪一路矩阵开关发生短路故障；

3、所有矩阵开关线路的短路都能检测；

4、通过在所述电池串与第一电子开关器件相连接的一端设有偏置电压，可以检测出电池串最高处或最低处的短路情况。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例一的电路示意图；

图2是本发明一种电池组用矩阵开关短路检测电路的电路示意图

图3是本发明实施例二的电路示意图；

图4是本发明实施例三的电路示意图；

图5是本发明实施例四的电路示意图；

图6是本发明实施例四中加入偏置电压的电路示意图；

图7是本发明实施例五的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

参阅图1，BAT1，BAT2，…，BATN是N个电池组成的电池串；开关阵列连接每个电池的两极；开关阵列的母线为BUS+，BUS-，其中BUS+或者BUS-直接和参考电压ref相连或者与基于参考电压ref的电压源相连（开关阵列的母线与基准电压ref在工作时是低阻抗相连接的），其中，参考电压是一个电路的参考点，一般指的是该电路的地；电池串的最高位BAT+经过光耦OP1，电阻R2，R1和参考电压ref相连；电池串的最低位BAT-经过光耦OP2，电阻R3，和参考电压ref相连；

其中R3，R2，R1也可以是多个电阻的串并联组成；R1电阻可以并联电容。

其中，R3， op2可以省略也一样可以工作。

参阅图2，本发明的电路为：BAT+经过开关SW1和阻抗Z2，Z1和参考ref相连；BAT-经过开关SW2和阻抗Z3和ref参考相连；Z3，SW2的位置可以互换；Z2和SW1的位置可以互换；EN1，EN2为对应开关的控制信号；VF为短路检测电压信号；同时BAT+和BAT-可以互换（即Z1可以在BAT+，ref之间，也放在BAT-，ref之间）。

其中，SW1，SW2是泛指的电子开关器件：可以是光耦，也可以用继电器替代，也可以用隔离的变压器+Mosfet组成的隔离开关替代，也可以是场效应管，也可以是三极管替代。

其中Z3，SW2省略掉也一样可以工作；又或者Z3，SW2省略的同时，把SW1从连接BAT+变成连接BAT-（即BAT+，BAT-可以交换）。

有Z3和SW2的工作检测方法：

1、在en1，en2没给信号时（即sw1, sw2断开时）vf电压约为0；

2、记录en1，en2同时给信号时的电压VF（即SW1, SW2都导通），记作VF1；

3、记录Z1所在线路en给信号，另一个en不给信号的电压VF（图2中为SW1导通，SW2关断），记作VF2；

4、比较VF1, VF2的电压，判断是否出现短路。

没有Z3和SW2的工作检测方法：

1、在en1没给信号时（即sw1断开时）vf电压约为0；

2、记录en1同时给信号时的电压VF（即SW1导通），记作VF1；

3、根据VF1的电压，判断是否出现短路。

实施例一：

参阅图1，在矩阵开关没有短路的情况下：

检测时阵列开关所有开关关断，BUS-， BUS+和所有电池组节点是相互断开的，即，L1到LN+1都是断路状态（指开关阵列不工作，如果发生短路的话，开关阵列的母线会和电池串的某个节点相连接；例如开关阵列的BUS-经过线路LM和电池节点BATM相连接，不受控制的影响）。EN1， EN2同时有信号时，BAT+， BAT-， SW1， SW2， R1， R2， R3组成回路；EN1有信号，EN2无信号时，BAT+， SW1， R1， R2没有回路，因为此时SW2是断开的，L1， L2， … ，LN+1节点和BUS-， BUS+也是断开的。VF1的电压和VF2的电压为

检测时阵列开关至少有一路发生了短路(L1， L2， …， LN+1)中至少有一路连接了BUS-或者BUS+。假定BUS-对ref的参考阻抗为R4，假设此时短路的节点为LM（第M个节点），此时，R1, R2, OP1, BAT1… BATM, BUS-, ref构成回路，且R4远小于R3和(R1+R4)，或为0；VF1， VF2为：

可以看出，在有短路的情况下VF1， VF2是近似相等的；在没有短路的情况下VF1是一个电压分压值，VF2接近0。因此通过检测VF的电压，有无短路很好的可以区分出来。

同时在短路时，VF1的电压根据短路节点M的电势有关（即跟VBAT(+， M)电压有关），不同节点对BAT+的电压差不同，通过检测VF的电压，可以判断区分出具体哪一路电压发生短路。

实施例2：

实施例1介绍了光耦作为隔离开关的方法，同时Z1为电阻R1。实施例2介绍采用继电器作为隔离开关的方法（RL1， RL2为继电器），同时Z1为电阻R1和C1的并联；如图3所示；控制方法同实施例1。C1的作用是作滤波和采样保持用。

实施例3：

实施例3介绍了隔离变压器+MOSFET作为隔离开关的方法，其中M1，M2为MOSFET，T1， T2为隔离变压器及其辅助电路。其他同实施例2。

如图5所示，实施例4为省略SW2，Z3的情况。而且，此时SW1的具体实现选择了MOSFET非隔离式的方法，此种方法结构更加精简，不需要隔离开关，所占体积更小。此类型（省略SW2，Z3）的具体实施方法如下：

如果开关阵列没有短路的线路，M1关断时，VF=0；M1导通时VF=0。

如果开关阵列有节点LM线路短路到BUS+或者BUS-，BUS-或BUS+到ref参考的电阻为R4，同实施例1中分析，有VF的电压为：

因此当检测到VF电压大于0时，有线路发生短路。但，此种方法存在一个缺陷：当节点M就等于BAT+时，VBAT(+，M)为0，短路不能被检测。因此，可以采用图6所示的改进行方法，此方法SW1，Z1，Z2的串联不直接连接BAT+，而是连接到BAT+上的一个偏置电压VBIAS上。在开关阵列没有线路短路时，VF=0；在有线路M电路时，VF1的电压为：

因此，只要有线路短路，VF电压就大于0。此电压可以判断所有阵列节点是否发生短路，并且根据电压大小值，可以判断出具体那一节线路发生短路

实施例5：

实施例5如图7所示；是实施例4的基础上，没有省去SW2，Z3的情况（用M2，R3实现），控制检测方法如实施例1。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池组用矩阵开关短路检测电路，包括开关阵列和电池串，所述电池串由若干个电池串联而成，所述开关阵列连接每个电池的正负极；其特征在于：所述短路检测电路内设有参考电压ref，所述开关阵列的其中一条母线与参考电压ref相连接，所述电池串的其中一端经过第一电子开关器件、第一阻抗、第二阻抗后与参考电压ref或基于参考电压ref的电压源相连接，所述第一阻抗与第二阻抗之间设有电压检测装置。

2.如权利要求1所述的一种电池组用矩阵开关短路检测电路，其特征在于：所述电池串的另一端经过第二电子开关器件、第三阻抗后与参考电压ref或基于参考电压ref的电压源相连接。

3.如权利要求1或2所述的一种电池组用矩阵开关短路检测电路，其特征在于：所述第一阻抗、第二阻抗为单个电阻或由多个电阻、电容经过串联或并联而成。

4.如权利要求2所述的一种电池组用矩阵开关短路检测电路，其特征在于：所述第三阻抗为单个电阻或由多个电阻、电容经过串联或并联而成。

5.如权利要求1或2所述的一种电池组用矩阵开关短路检测电路，其特征在于：所述第一电子开关器件和第二电子开关器件为光耦、继电器、MOSFET、三极管、隔离开关中的一种。

6.如权利要求1所述的一种电池组用矩阵开关短路检测电路，其特征在于：所述电池串的一端经过偏置电压源与第一电子开关器件相连接。

7.一种使用如权利要求2-5任一项所述的电池组用矩阵开关短路检测电路的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

A1、断开开关阵列与电池串之间的连接；

A2、在第一电子开关器件、第二电子开关器件同时导通时，记录电压检测装置的电压VF1；

A3、在第一电子开关器件导通，第二电子开关器件不导通时，记录电压检测装置的电压VF2；

A4、比较VF1和VF2，判断是否出现短路，若出现短路，则进入步骤A5，反之，没有短路，流程结束；

A5、根据VF1的电压大小，结合第一阻抗、第二阻抗的大小，得出发生短路的电池位置。

8.一种使用如权利要求6所述的电池组用矩阵开关短路检测电路的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

B1、断开开关阵列与电池串之间的连接；

B2、在第一电子开关器件导通时，记录电压检测装置的VF3；

B3、根据VF3的电压，判断是否出现短路；若出现短路，则进入步骤B4，反之，没有短路，流程结束；

B4、根据VF3的电压大小，结合第一阻抗、第二阻抗的大小，得出发生短路的电池位置。