CN116819405A - Bms采样线检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种BMS采样线检测系统及方法，包括若干个接线端、直流电源、模数转换器和一个微控制单元。每个接线端一端用于连接采样线，另一端连接有检测开关，检测开关另一端连接有分压电阻；直流电源串联电源控制开关后连接在每相邻两个分压电阻的另一端之间；每相邻两个控制开关的另一端接入所述的模数转换器的电压输入端，模数转换器的输出端互相连接形成一个总的输出端接入微控制单元。该系统通过控制检测开关和电源控制开关的开合，并监测模数转换器所测得的电压值，结合所测得的电压值和单个电芯的电压值，来实现对采样线是否存在断路、线序错误和接触不良的情况进行检测判断。

Description

BMS采样线检测系统及方法

技术领域

本发明涉及电池管理系统技术领域，尤其涉及一种BMS采样线检测系统及方法。

背景技术

由于储能领域内电池包都具有高电压的特点，部分储能系统总电压能够达到300~400串1500V的水平，而BMS（电池管理系统）最基本的功能就是对电芯单体电压进行监控，因此对应的就有300~400根采样线连接电芯和BMS。而当发生采样线异常时可能会发生烧毁采样线、烧毁BMS甚至损坏电芯。因此在连接BMS和电芯前确认采样线是否符合设计就显得尤其重要。

现阶段对采样线的检测主要分为断路检测、线序检测和接触不良检测，常见的断路检测参考专利（CN202010177404.3电池断线检测电路）所示，线序检测参考专利（CN202020360050.1一种采样线检测系统）所示，对于接触不良的检测通常与断路检测使用相同的方法。现阶段的弊端在于，采样线可能发生的三种异常情形需要单独流程检测，程序繁杂，同时对采样线接触不良的检测准确率较低。

因此，现需要一种集断路检测、线序检测和接触不良检测功能于一体的检测系统，来提高BMS采样线检测的效率和对采样线接触不良检测的准确率。

发明内容

本发明提供一种BMS采样线检测系统及方法，检测系统集断路检测、线序检测和接触不良检测功能于一体，提高了BMS采样线检测的效率。同时引入了直流电源，提高了对采样线接触不良检测的准确率。

本发明采用的技术方案具体是：根据本发明一实施例的BMS采样线检测系统，包括n+1个接线端、n+1个检测开关、n+1个分压电阻、n个直流电源、n个模数转换器和一个微控制单元，其中n为电池包内串联的电芯数量，每个串联电芯之间均接有采样线，则采样线个数为n+1，n≥2。所述的每个接线端一端用于连接采样线，另一端连接有检测开关，检测开关另一端连接有分压电阻；所述的每个直流电源串联电源控制开关后连接在每相邻两个分压电阻的另一端之间；每相邻两个控制开关的另一端接入所述的模数转换器的电压输入端，n个模数转换器的输出端互相连接形成一个总的输出端接入微控制单元。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述BMS采样线检测系统还可以包含若干个接线端子，所述n+1个接线端可分成若干份，并接入接线端子。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述直流电源与待检测电芯以并联的方式连接，电压为5V。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述所述分压电阻阻值为1KΩ。

作为本发明技术方案的一种可选方案，根据本发明另一实施例的BMS采样线检测方法，使用了上述的BMS采样线检测系统，其中n+1个检测开关依次命名为第一检测开关至第n+1检测开关，n+1个采样线依次命名为第一采样线至第n+1采样线，n个模数转换器依次命名为第一模数转换器至第n模数转换器，所述方法包括如下步骤：

a)将接线端与采样线连接，断开所有电源控制开关；

b)闭合第一和第二检测开关，对应电路的第一模数转换器将所测得的电压数值转化后输入微控制单元，若检测不到电压值，则说明第一采样线和第二采样线两者之间存在断路；

c)排查检修第一采样线和第二采样线，直至第一模数转换器检测到电压值，确保第一采样线和第二采样线无断路；

d)断开第一检测开关，同时闭合第三检测开关，对应电路的第二模数转换器将所测得的电压数值转化后输入微控制单元；

e)按顺序重复步骤d)，最终得到n组电压数值；

f)从第二组电压数值开始，若第m组电压数值为0（2≤m≤n），则说明第m+1根采样线为断路。

作为本发明技术方案的一种可选方案，根据本发明另一实施例的BMS采样线检测方法，使用了上述的BMS采样线检测系统，按上述的步骤完成采样线断路检测并完成排查和检修，确保采样线无断路并断开所有开关，所述方法继续如下步骤：

g)闭合第一和第二检测开关，对应电路的第一模数转换器将所测得的电压数值转化后输入微控制单元，若检测到的电压数值不为单个电芯两端的电压值，则说明第一采样线和第二采样线两者之间存在线序错误；

h)排查检修第一采样线和第二采样线，直至第一模数转换器检测到准确的电压值（即单个电芯电压值），确保第一采样线和第二采样线无线序错误；

i)断开第一检测开关，同时闭合第三检测开关，对应电路的第二模数转换器将所测得的电压数值转化后输入微控制单元；

j)按顺序重复步骤d)，最终得到n组电压数值；

k)从第二组电压数值开始，若第m组电压数值不为单个电芯两端的电压值（2≤m≤n），则说明第m+1根采样线存在线序错误。

作为本发明技术方案的一种可选方案，根据本发明另一实施例的BMS采样线检测方法，使用了上述的BMS采样线检测系统，按上述的步骤完成采样线线序检测并完成排查和检修，确保采样线线序无误并断开所有开关，其中n个电源控制开关依次命名为第一电源控制开关至第n电源控制开关，所述方法继续如下步骤：

l)闭合第一检测开关、第二检测开关和第一电源控制开关，对应电路的第一模数转换器将所测得的电压数值转化后输入微控制单元，若所测电压数值不等于单个电芯的电压值，则说明第一采样线和第二采样线两者之间存在接触不良；

m)排查检修第一采样线和第二采样线，直至第一模数转换器检测到准确电压值（即单个电芯电压值），确保第一采样线和第二采样线无接触不良；

n)断开第一检测开关和第一电源控制开关，同时闭合第三检测开关和第二电源控制开关，对应电路的第二模数转换器将所测得的电压数据转化后输入微控制单元；

o)按顺序重复步骤d)，最终得到n组电压数值；

p)从第二组电压数值开始，若第m组电压数值不等于单个电芯的电压值（2≤m≤n），则说明第m+1根采样线存在接触不良。

本发明所取得的有益效果：本发明所提供的BMS采样线检测系统及方法，检测系统集断路检测、线序检测和接触不良检测功能于一体，提高了BMS采样线检测的效率。并且在对采样线接触不良检测的方法中引入了直流电源，提高了对采样线接触不良检测的准确率。

本发明的效果不限于如上的效果，本领域技术人员可以从以下的说明中得出上文中未记载的效果。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的BMS采样线检测系统电路图。

图2是根据本发明第一实施例的BMS采样线检测系统工作电路图。

图3是根据本发明第二和第三实施例的BMS采样线断路和线序检测局部电路图。

图4是根据本发明第四实施例的BMS采样线接触不良检测局部电路图。

图5是根据本发明第二实施例的BMS采样线断路检测方法流程图。

图6是根据本发明第三实施例的BMS采样线线序检测方法流程图。

图7是根据本发明第四实施例的BMS采样线接触不良检测方法流程图。

其中，l₁~l_n+1-采样线；P₁~P_n+1-接线端；K₁~K_n+1-检测开关；R₁~R_n+1-分压电阻；DC₁~DC_n-直流电源；Kc₁~Kc_n-电源控制开关；ADC₁~ADC_n-模数转换器；MCU-微控制单元。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。应当理解，以下具体实施例仅用于解释本发明，而并不用于限定本发明。基于以下实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

需要说明，在本发明的说明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系是基于附图的方位或位置关系，并且仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1所示的根据本发明第一实施例的BMS采样线检测系统电路图，电路图最左侧为接线端P₁~P_n+1（即第一接线端至第n+1接线端），用于连接待检测采样线（即第一采样线至第n+1采样线），接线端P₁~P_n+1另一端分别对应连接有检测开关K₁~K_n+1（即第一检测开关至第n+1检测开关），检测开关K₁~K_n+1另一端分别对应连接有分压电阻R₁~R_n+1（即第一分压电阻至第n+1分压电阻）。还包括直流电源DC₁~DC_n（即第一直流电源至第n直流电源）和电源控制开关Kc₁~Kc_n（即第一电源控制开关至第n电源控制开关），如图1所示，分压电阻R₁和R₂右侧串联有直流电源DC₁和电源控制开关Kc₁，分压电阻R₂和R₃右侧串联有直流电源DC₂和电源控制开关Kc₂，分压电阻R_n和R_n+1右侧串联有直流电源DC_n和电源控制开关Kc_n，即每相邻两个分压电阻的另一端依次串联有对应的直流电源和电源控制开关。如图1所示，还包括模数转换器ADC₁~ADC_n（即第一模数转换器至第n模数转换器）和微控制单元MCU，模数转换器ADC₁电压输入端分别连接在检测开关K₁和分压电阻R₁之间以及检测开关K₂和分压电阻R₂之间，模数转换器ADC₂电压输入端分别连接在检测开关K₂和分压电阻R₂之间以及检测开关K₃和分压电阻R₃之间，模数转换器ADC_n电压输入端分别连接在检测开关K_n和分压电阻R_n之间以及检测开关K_n+1和分压电阻R _n+1之间，即以相连接的控制开关和分压电阻为一组，每相邻两组接入模数转换器的电压输入端。模数转换器ADC₁~ADC_n的输出端相互连接成一个总的输出端接入微控制单元MCU。其中n为电池包中串联的电芯个数。

如图2所示的根据本发明第一实施例的BMS采样线检测系统工作电路图，最左侧为电芯串联的电池包，电池包中串联的电芯个数为n，串联电芯的两端以及每个电芯之间均接有采样线，即采样线个数为n+1。采样线l₁~l_n+1和接线端 P₁~P_n+1之间可以采用接线端子进行批量连接。针对磷酸铁锂电芯（电压为3.65V），直流电源DC₁~DC_n与待检测电芯以并联的方式连接，电压选择板载电压5V供电，分压电阻阻值选择1KΩ。

当闭合相邻的两个检测开关并且断开之间的电源控制开关，对应的模数转换器所测得的电压值即为该相邻的两个检测开关之间的电芯的电压，即如图3所示。当闭合相邻的两个检测开关并且闭合之间的电源控制开关，对应的模数转换器所测得的电压值即为该回路中两个检测开关之间的电压，即如图4所示。

实施例二

如图3所示的根据本发明第二实施例的BMS采样线断路检测局部电路图，当闭合检测开关K₁和K₂，并断开电源控制开关Kc₁~Kc_n，此时模数转换器ADC₁通过采样线l₁和l₂连接于电池包内第一块串联电芯的两端。若模数转换器ADC₁能够测到电压值，则说明采样线l₁和l₂不存在断路；若模数转换器ADC₁不能够测到电压值，则说明采样线l₁和l₂两者至少其一存在断路。同理，闭合检测开关K₂和K₃，并断开电源控制开关Kc₁~Kc_n，此时模数转换器ADC₂通过采样线l₂和l₃连接于电池包内第二块串联电芯的两端。在采样线l₁和l₂不存在断路的情况下，若模数转换器ADC₂能够测到电压值，则说明采样线l₃不存在断路；若模数转换器ADC₂不能够测到电压值，则说明采样线l₃存在断路。以此类推，控制检测开关K₄~K_n+1，按照顺序通过检测模数转换器ADC₃~ADC_n是否能够测到电压值，从而来检测l₄~l_n+1是否存在断路。

如图5所示的根据本发明第二实施例的BMS采样线断路检测方法流程图，具体步骤包括：

a)将接线端P₁~P_n+1与采样线l₁~l_n+1依次连接，保持断开电源控制开关Kc₁~Kc_n；

b)闭合检测开关K₁和K₂，对应电路的模数转换器ADC₁将所测得的电压数值转化后输入微控制单元MCU，若模数转换器ADC₁检测不到电压值，则说明采样线l₁和l₂两者之间存在断路；

c)排查检修采样线l₁和l₂，直至模数转换器ADC₁检测到电压值，确保采样线l₁和l₂无断路；

d)断开检测开关K₁，同时闭合检测开关K₃，对应电路的模数转换器ADC₂将所测得的电压数值转化后输入微控制单元MCU；

e)按顺序重复步骤d)，最终得到n组电压数值；

f)从第二组电压数值开始，若第m组电压数值为0（2≤m≤n），则说明第m+1根采样线l_m+1为断路。

实施例三

如图3所示的根据本发明第三实施例的BMS采样线线序检测局部电路图，当闭合检测开关K₁和K₂，并断开电源控制开关Kc₁~Kc_n，此时模数转换器ADC₁通过采样线l₁和l₂连接于电池包内第一块串联电芯的两端。若采样线l₁和l₂不存在断路且线序无误，此时模数转换器ADC₁所测到的电压值即为该单个电芯的电压值。若模数转换器ADC₁所测到电压值不为该单个电芯的电压值，在采样线l₁和l₂不存在断路的情况下，则说明此时采样线l₁和l₂两者至少其一存在线序错误。常见错误数值包括：电压值为0时，说明采样线l₁和l₂共接于电芯同一端；电压值为负的单个电芯电压值时，说明采样线l₁和l₂反接于电芯两端；电压值为单个电芯电压值的多倍数值时，说明采样线l₁和l₂跨接于多个电芯两端。同理，闭合检测开关K₂和K₃，并断开电源控制开关Kc₁~Kc_n，此时模数转换器ADC₂通过采样线l₂和l₃连接于电池包内第二块串联电芯的两端。在采样线l₁和l₂不存在断路和线序错误的情况下，通过读取模数转换器ADC₂所测得的电压值，来检测采样线l₃是否存在线序错误。以此类推，控制检测开关K₄~K_n+1，按照顺序读取模数转换器ADC₃~ADC_n所测得的电压值，从而来检测l₄~l_n+1是否存在线序错误。

如图6所示的根据本发明第三实施例的BMS采样线线序检测方法流程图，首先按第二实施例中所述的步骤完成采样线l₁~l_n+1的断路检测并完成排查和检修，确保采样线l₁~l_n+1无断路，保持断开电源控制开关Kc₁~Kc_n，剩余具体步骤包括：

g)闭合检测开关K₁和K₂，对应电路的模数转换器ADC₁将所测得的电压数值转化后输入微控制单元MCU，若模数转换器ADC₁检测到的电压值不为单个电芯两端的电压值，则说明采样线l₁和l₂两者之间存在线序错误；

h)排查检修采样线l₁和l₂，直至模数转换器ADC₁检测到准确的电压值（即单个电芯电压值），确保采样线l₁和l₂无线序错误；

i)断开检测开关K₁，同时闭合检测开关K₃，对应电路的模数转换器ADC₂将所测得的电压数值转化后输入微控制单元MCU；

j)按顺序重复步骤d)，最终得到n组电压数值；

k)从第二组电压数值开始，若第m组电压数值不为单个电芯两端的电压值（2≤m≤n），则说明第m+1根采样线l_m+1存在线序错误。

实施例四

如图4所示的根据本发明第四实施例的BMS采样线接触不良检测局部电路图，当闭合检测开关K₁、K₂和电源控制开关Kc₁，此时模数转换器ADC₁通过采样线l₁和l₂连接于电池包内第一块串联电芯的两端。若采样线l₁和l₂不存在断路和线序无误且无接触不良，此时模数转换器ADC₁所测到的电压值即为该电芯两端的电压值；若采样线l₁和l₂不存在断路和线序无误，但存在接触不良，则采样线l₁和l₂产生阻抗，假设此时采样线l₁和l₂电阻值为R_X1和R_X2，则此时模数转换器ADC₁所测到的电压值为电芯电压值和R_X1、R_X2所分得的电压值之和。同理，闭合检测开关K₂、K₃和电源控制开关Kc₂，此时模数转换器ADC₂通过采样线l₂和l₃连接于电池包内第二块串联电芯的两端。在采样线l₁和l₂不存在断路和线序无误且无接触不良的情况下，此时采样线l₂电阻值R_X2等于0，通过读取模数转换器ADC₂所测得的电压值，来检测采样线l₃是否存在接触不良。以此类推，控制检测开关K₄~K_n+1和电源控制开关Kc₃~Kc_n，按照顺序读取模数转换器ADC₃~ADC_n所测得的电压值，从而来检测l₄~l_n+1是否存在接触不良。

如图7所示的根据本发明第四实施例的BMS采样线接触不良检测方法流程图，按第三实施例中所述的步骤完成采样线l₁~l_n+1的线序检测并完成排查和检修，确保采样线l₁~l_n+1线序无误，保持断开电源控制开关Kc₁~Kc_n和电源控制开关Kc₃~Kc_n，剩余具体步骤包括：

l) 闭合检测开关K₁、K₂和电源控制开关Kc₁，对应电路的模数转换器ADC₁将所测得的电压数值转化后输入微控制单元MCU，若模数转换器ADC₁检测到的电压值不为单个电芯两端的电压值，则说明采样线l₁和l₂两者之间存在接触不良；

m)排查采样线l₁和l₂，直至模数转换器ADC₁检测到准确电压值（即单个电芯电压值），确保采样线l₁和l₂无接触不良；

n)断开检测开关K₁和电源控制开关Kc₁，同时闭合检测开关K₃和电源控制开关Kc₂，对应电路的模数转换器ADC₂将所测得的电压数值转化后输入微控制单元MCU；

o)按顺序重复步骤d)，最终得到n组电压数值；

p)从第二组电压数值开始，若第m组电压数值不为单个电芯两端的电压值（2≤m≤n），则说明第m+1根采样线l_m+1存在接触不良。

综上所述，本发明所提供的BMS采样线检测系统集断路检测、线序检测和接触不良检测功能于一体，该系统引入了直流电源DC₁~DC_n，通过控制检测开关K₁~K_n+1 和电源控制开关Kc₁~Kc_n的开合，并监测模数转换器ADC₁~ADC_n所测得的电压值，结合所测得的电压值和单个电芯的电压值，来实现对采样线l₁~l_n+1是否存在断路、线序错误和接触不良的情况进行检测判断。该BMS采样线检测系统及方法大大提高了采样线检测的效率，同时提高了对采样线接触不良检测的准确率。

以上记载的关于BMS采样线检测系统及方法的实施例仅仅是示意性的较佳实施例而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种BMS采样线检测系统，其特征在于，包括：

n+1个接线端、n+1个检测开关和n+1个分压电阻，每个接线端一端用于连接采样线，另一端连接有检测开关，检测开关另一端连接有分压电阻；

n个直流电源和n个电源控制开关，每个直流电源串联电源控制开关后连接在每相邻两个分压电阻的另一端之间；

n个模数转换器和一个微控制单元，每相邻两个控制开关的另一端接入模数转换器的电压输入端，n个模数转换器的输出端互相连接形成一个总的输出端接入微控制单元；

其中，n为电池包内串联的电芯数量，采样线个数为n+1，n≥2。

2.如权利要求1所述的BMS采样线检测系统，其特征在于，还包含若干个接线端子，所述n+1个接线端可分成若干份，并接入接线端子。

3.如权利要求1所述的BMS采样线检测系统，其特征在于，所述直流电源电压为5V，与待检测电芯以并联的方式连接。

4.如权利要求3所述的BMS采样线检测系统，其特征在于，所述分压电阻阻值为1KΩ。

5.一种BMS采样线检测方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的BMS采样线检测系统，其中n+1个检测开关依次命名为第一检测开关至第n+1检测开关，n+1个采样线依次命名为第一采样线至第n+1采样线，n个模数转换器依次命名为第一模数转换器至第n模数转换器，所述方法包括如下步骤：

a)将接线端与采样线连接，断开所有电源控制开关；

b)闭合第一和第二检测开关，对应电路的第一模数转换器将所测得的电压数值转化后输入微控制单元，若检测不到电压值，则说明第一采样线和第二采样线两者之间存在断路；

c)排查检修第一采样线和第二采样线，直至第一模数转换器检测到电压值，确保第一采样线和第二采样线无断路；

d)断开第一检测开关，同时闭合第三检测开关，对应电路的第二模数转换器将所测得的电压数值转化后输入微控制单元；

e)按顺序重复步骤d)，最终得到n组电压数值；

f)从第二组电压数值开始，若第m组电压数值为0，则说明第m+1根采样线为断路，其中2≤m≤n。

6.如权利要求5所述的BMS采样线检测方法，其特征在于，按所述的步骤完成采样线断路检测并完成排查和检修，确保采样线无断路并断开所有检测开关，所述方法继续步骤如下：

g)闭合第一和第二检测开关，对应电路的第一模数转换器将所测得的电压数值转化后输入微控制单元，若检测到的电压数值不为单个电芯两端的电压值，则说明第一采样线和第二采样线两者之间存在线序错误；

h)排查检修第一采样线和第二采样线，直至第一模数转换器检测到电压值为单个电芯电压值，确保第一采样线和第二采样线无线序错误；

i)断开第一检测开关，同时闭合第三检测开关，对应电路的第二模数转换器将所测得的电压数值转化后输入微控制单元；

j)按顺序重复步骤d)，最终得到n组电压数值；

k)从第二组电压数值开始，若第m组电压数值不为单个电芯两端的电压值，则说明第m+1根采样线存在线序错误，其中2≤m≤n。

7.如权利要求6所述的BMS采样线检测方法，其特征在于，按所述的步骤完成采样线线序检测并完成排查和检修，确保采样线线序无误并断开所有检测开关，其中n个电源控制开关依次命名为第一电源控制开关至第n电源控制开关，所述方法继续步骤如下：

l)闭合第一检测开关、第二检测开关和第一电源控制开关，对应电路的第一模数转换器将所测得的电压数值转化后输入微控制单元，若所测电压数值不等于单个电芯的电压值，则说明第一采样线和第二采样线两者之间存在接触不良；

m)排查检修第一采样线和第二采样线，直至第一模数转换器检测到电压值为单个电芯电压值，确保第一采样线和第二采样线无接触不良；

n)断开第一检测开关和第一电源控制开关，同时闭合第三检测开关和第二电源控制开关，对应电路的第二模数转换器将所测得的电压数值转化后输入微控制单元；

o)按顺序重复步骤d)，最终得到n组电压数值；

p)从第二组电压数值开始，若第m组电压数值不等于单个电芯的电压值，则说明第m+1根采样线存在接触不良，其中2≤m≤n。