CN210109275U - 一种电池组故障检测及反馈电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池组故障检测及反馈电路，包括：电流检测模块、过流检测模块、电压采集模块及信号处理模块；电流检测模块设置于动力电池组的负极和高压负载之间；过流检测模块的输入端接电流检测模块的输出端，并根据电流检测模块的输出端输出的测试电压信号进行过流检测；电压采集模块的电压采集端接动力电池组，电压采集模块的电流反馈端与电流检测模块的输出端相连，电压采集模块的过流反馈端与过流检测模块的输出端相连，电压采集模块的数据输出端接信号处理模块的输入端。本实用新型提供的电池组故障检测及反馈电路不仅可以检测动力电池组的单体电压和电路母线上的电流还可以有效的反馈传输充电过流和放电过流的故障信号，系统布局更合理。

Description

一种电池组故障检测及反馈电路

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电池组故障检测及反馈电路。

背景技术

随着新能源汽进入全面政策扶持阶段，纯电动汽车技术的不断成熟，纯电动汽车在汽车市场占有量越来越多，纯电动汽车的安全性也越来越受关注。在电动汽车运行过程中存在有出现各种故障检测的可能性，特别是动力电池组的故障检测和整车电流的过流会导致严重的安全问题。

在电动汽车安全管控方面，电动汽车中的电池管理系统(Battery ManagementSystem)是一种能够对蓄电池进行监控和管理的电子装置，通过对电压，电流、温度以及SOC等参数采集、计算，进而控制电池的充放电过程，实现对电池、电路的保护。

现有的电池管理系统中故障检测及反馈电路的各模块功能不够集中，布局不太合理。因此，有必要设计一种电池组故障检测及反馈电路，使电动汽车电池管理系统各功能模块更集中，布局更合理，更具整体性。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电池组故障检测及反馈电路，使电动汽车电池管理系统各功能模块更集中，布局更合理，更具整体性。

为实现上述目的，本实用新型提供一种电池组故障检测及反馈电路，包括：电流检测模块、过流检测模块、电压采集模块及信号处理模块；所述电流检测模块设置于动力电池组的负极和高压负载之间；所述过流检测模块的输入端接所述电流检测模块的输出端，并根据所述电流检测模块的输出端输出的测试电压信号进行过流检测；所述电压采集模块的电压采集端接所述动力电池组，所述电压采集模块的电流反馈端与所述电流检测模块的所述输出端相连，所述电压采集模块的过流反馈端与所述过流检测模块的所述输出端相连，所述电压采集模块的数据输出端接所述信号处理模块的输入端。

进一步地，所述电流检测模块包括：分流计型传感器、电流检测放大模块；所述分流计型传感器的两端分别与所述动力电池组的负极和所述高压负载相连接；所述电流检测放大模块包括隔离模块和外围电路，所述隔离模块包括第一检测端、第二检测端、偏置信号输入端、前置放大输出端、调整信号输入端，信号输出端；所述外围电路包括第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述第一电阻的第一端连接所述偏置信号输入端，所述第一电阻的第二端连接第一电源信号端；所述第二电阻的第一端连接所述前置放大输出端，所述第二电阻的第二端连接所述第一电阻的第二端；所述第三电阻的第一端连接所述调整信号输入端，所述第三电阻的第一端连接所述第二电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述动力电池组的负极。

进一步地，所述分流计型传感器的第一端和所述隔离模块的所述第一检测端之间设置有第一滤波电路，所述分流计型传感器的第二端和所述隔离模块的所述第二检测端之间设置有第二滤波电路。

进一步地，所述分流计型传感器的第一端和所述隔离模块的所述第一检测端之间设置有第一过压保护电路，所述分流计型传感器的第二端和所述隔离模块的所述第二检测端之间设置有第二过压保护电路。

进一步地，所述过流检测模块包括：第一比较器、第二比较器、第一二极管和第二二极管；所述过流检测模块的所述输入端包括所述第一比较器的第一输入端和所述第二比较器的第一输入端；所述过流检测模块的所述输出端包括所述第一二极管的第一端和所述第二二极管的第一端；所述电压采集模块的所述过流反馈端包括放电过流反馈端和充电过流反馈端；所述第一比较器的第二输入端接第一阈值电压，所述第一阈值电压为放电状态过流阈值对应的电压，所述第二比较器的第二输入端接第二阈值电压，所述第二阈值电压为充电状态过流阈值对应的电压；所述第一二极管的第一端接所述第一比较器的输出端，所述第一二极管的第二端接放电过流反馈端；所述第二二极管的第一端接所述第二比较器的输出端，所述第二二极管的第二端接充电过流反馈端。

进一步地，所述过流检测模块还包括分压电路，所述分压电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；所述第四电阻的第一端接基准电源端，所述第四电阻的第二端接所述第一比较器的所述第二输入端；所述第五电阻的第一端接所述第四电阻的所述第二端，所述第五电阻的第二端接地，所述第四电阻与所述第五电阻串联以对所述基准电源端提供的基准电压信号进行分压，以提供所述第一阈值电压；所述第六电阻的第一端接所述基准电源端，所述第六电阻的第二端接所述第二比较器的所述第一输入端；所述第七电阻的第一端接所述第六电阻的所述第二端，所述第七电阻的第二端接地，所述第六电阻与所述第七电阻串联以对所述基准电源端提供的所述基准电压信号进行分压，以提供所述第二阈值电压。

进一步地，所述第一比较器的所述第一输入端为同相输入端，所述第一比较器的所述第二输入端为反相输入端，所述第一二极管的所述第一端为正极；所述第二比较器的所述第一输入端为反相输入端，所述第二比较器的所述第二输入端为同相输入端，所述第二二极管的所述第一端为正极。

进一步地，所述第一比较器的所述第一输入端为反相输入端，所述第一比较器的所述第二输入端为同相输入端，所述第一二极管的所述第一端为负极，所述第一二极管的所述第二端为正极，所述第一二极管的所述第二端接第一电源信号；所述第二比较器的所述第一输入端为同相输入端，所述第二比较器的所述第二输入端为反相输入端，所述第二二极管的所述第一端为负极，所述第二二极管的所述第二端为正极，所述第二二极管的所述第二端接所述第一电源信号。

进一步地，所述动力电池组由一个或多个电池模组相互串联组成，每个电池模组由多个单体电池组成，所述电压采集模块包括与所述电池模组数量相同的单体电压采集单元，所述每个电池模组由一一对应连接的单体电压采集单元进行电压采集；所述单体电压采集单元依照通过I²C总线按照菊花链通讯模式首尾依次连接。

进一步地，所述信号处理模块包括高压隔离单元、通讯转换模块和单片机，所述通讯转换模块设置于所述高压隔离单元和所述单片机之间，所述高压隔离单元与最末端的所述单体电压采集单元连接，所述过流反馈端设置于最末端的所述单体电压采集单元。

本实用新型提供的电池组故障检测及反馈电路作为电动汽车电池管理系统(Battery Management System)中的一部分，通过设置电流检测模块、过流检测模块、电压采集模块及信号处理模块，并对各模块进行特定的连接，在完成电流检测、过流检测及动力电池组单体电压检测的同时使电动汽车电池管理系统各功能模块更集中，布局更合理，更具整体性。

附图说明

图1示出本实用新型一实施例的电池组故障检测及反馈电路结构示意图。

图2示出本实用新型一实施例的电流检测模块电路示意图。

图3示出本实用新型一实施例的过流检测模块电路示意图。

图4示出本实用新型一实施例的电压采集模块及信号处理模块的电路示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型,在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示,相同的电源端口采用相同的附图标记来表示，为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图1示出本实用新型一实施例的电池组故障检测及反馈电路结构示意图。

如图1所示，本实用新型一实施例中的一种电池组故障检测及反馈电路包括：电流检测模块1、过流检测模块2、电压采集模块3及信号处理模块4。电流检测模块1设置于高压负载6和动力电池组5的负极之间。过流检测模块2的输入端接电流检测模块1的输出端，并根据电流检测模块1的输出端输出的测试电压信号进行过流检测。电压采集模块3的电压采集端接动力电池组5，电压采集模块3的电流反馈端与电流检测模块1的输出端相连，电压采集模块3的过流反馈端与过流检测模块2的输出端相连，电压采集模块 3的数据输出端接信号处理模块4的输入端。

具体地，请结合参阅图2，图2示出本实用新型一实施例的电流检测模块电路图。如图2所示，在一实施方式中，电流检测模块1包括：分流计型传感器10、电流检测放大模块11。分流计型传感器10的两端分别与动力电池组5的负极和高压负载6相连接。电流检测放大模块11包括隔离模块110 和外围电路111，隔离模块110包括第一检测端-IN、第二检测端+IN、偏置信号输入端OFFSET、前置放大输出端A1、调整信号输入端A2，信号输出端 OUT。外围电路111111包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3。第一电阻R1的第一端连接偏置信号输入端OFFSET，第一电阻R1的第二端连接第一电源信号端VREF1。第二电阻R2的第一端连接前置放大输出端A1，第二电阻R2的第二端连接第一电阻R1的第二端。第三电阻R3的第一端连接调整信号输入端A2，第三电阻R3的第一端连接第二电阻R2的第一端，第三电阻R3 的第二端连接动力电池组5的负极。

在本实施例中，隔离模块110优先的选取型号为LMP8601的电流检测放大器，上述的各个端口对应的引脚如图2所示。然而不限于此，本领域技术人员可以选取功能相同的器件，并对电路和引脚作相应的调整。

值得说明的是，本实施例中，第一电源信号端VREF1提供的电源信号为 3.3V，则通过外围电路111中电阻(例如第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3)阻值的配置，可以使通过第一检测端-IN和第二检测端+IN以差分输入方式得到的分流计型传感器10两端的电压信号偏置0-3.3V任一数值，使得偏置后的电压信号大于0V。例如，通过配置第一电阻R1、第二电阻R2 及第三电阻R3的阻值使得输入信号正向偏置2.5V，使得当电流值为0时，隔离模块110的信号输出端OUT输出一个电压值2.5V，当信号输出端OUT的输出的电压值大于2.5V，则代表是放电电流，如果小于2.5V且大于0V，则代表是充电电流，从而实现放电电流即正向电流和充电电流即反向电流的检测。以上数值只是举例，并不用来限制本申请。

在一实施方式中，电流检测模块1中，分流计型传感器10的第一端和隔离模块110的第一检测端-IN之间设置有第一滤波电路112，分流计型传感器 10的第二端和隔离模块110的第二检测端+IN之间设置有第二滤波电路113。第一滤波电路112和第二滤波电路113起RC滤波的作用，从而使得分流计型传感器10所输出的电压纹波系数降低，波形变得比较平滑，使进入隔离模块 110的电压更加稳定和准确。

在一实施方式中，电流检测模块1中，分流计型传感器10的第一端和隔离模块110的第一检测端-IN之间设置有第一过压保护电路114，分流计型传感器10的第二端和隔离模块110的第二检测端+IN之间设置有第二过压保护电路115。第一过压保护电路114和第一过压保护电路114起到过压保护的作用。

具体地，请结合参阅图3，图3示出本实用新型一实施例的过流检测模块电路图。如图3所示，在一实施方式中，过流检测模块2包括：第一比较器U01A、第二比较器U01B、第一二极管D1和第二二极管D2。过流检测模块 2的输入端包括第一比较器U01A的第一输入端和第二比较器U01B的第一输入端。过流检测模块2的输出端包括第一二极管D1的第一端和第二二极管 D2的第一端。电压采集模块3的过流反馈端包括放电过流反馈端和充电过流反馈端。第一比较器U01A的第二输入端接第一阈值电压V1，第一阈值电压为放电状态过流阈值对应的电压，第二比较器U01B的第二输入端接第二阈值电压V2，第二阈值电压为充电状态过流阈值对应的电压。第一二极管D1的第一端接第一比较器U01A的输出端，第一二极管D2的第二端接放电过流反馈端。第二二极管D2的第一端接第二比较器U01B的输出端，第二二极管D2 的第二端接充电过流反馈端。

在一实施方式中，过流检测模块2还包括分压电路20，分压电路20包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7。第四电阻R4的第一端接基准电源端，第四电阻R4的第二端接第一比较器U01A的第二输入端。第五电阻R5的第一端接第四电阻R4的第二端，第五电阻R5的第二端接地，所述第四电阻R4与所述第五电阻R5串联以对所述基准电源端提供的基准电压信号VREF2进行分压，以提供所述第一阈值电压V1。第六电阻R6的第一端接基准电源端，第六电阻R6的第二端接第二比较器U01B的第一输入端。第七电阻R7的第一端接第六电阻R6的第二端，第七电阻R7的第二端接地，所述第六电阻R6与所述第七电阻R7串联以对所述基准电源端提供的所述基准电压信号VREF2进行分压，以提供所述第二阈值电压V2。

在一实施方式中，过流检测模块2中，第一比较器U01A的第一输入端为同相输入端，第一比较器U01A的第二输入端为反相输入端，第一二极管D1 的第一端为正极。第二比较器U01B的第一输入端为反相输入端，第二比较器 U01B的第二输入端为同相输入端，第二二极管D2的第一端为正极。

具体地，若设定第一比较器U01A的第二输入端输入的放电状态过流阈值对应的电压即第一阈值电压V1为3.5V，设定第二比较器U01B的第二输入端输入的充电状态过流阈值对应的电压即第二阈值电压V2为1.5V，当在测试电压信号输出端接收到的测试电压信号在1.5～3.5V之间，则第一比较器 U01A和第二比较器U01B的输出端都输出低电平信号至放电过流反馈端和充电过流反馈端。当在测试电压信号输出端接收到的测试电压信号大于3.5V，则第一比较器U01A输出高电平信号，第二比较器U01B输出低电平信号，代表放电过流状态。当在测试电压信号输出端接收到的测试电压信号小于1.5V 且大于0V时，则第一比较器U01A输出低电平信号，第二比较器U01B输出高电平信号，代表充电过流状态。

值得说明的是，过流状态与比较器输出电平的逻辑并不局限于此，例如通过调整比较器的输入端口，使放电过流时，两个比较器同时输出高电平时，也可以判断测试电压信号当然的大于3.5V，由于设置有两个反馈端，此时通过硬件及相应的简单逻辑也可以判断电路是放电过流状态。

具体地，如在另一实施方式中，第一比较器U01A的第一输入端为反相输入端，第一比较器U01A的第二输入端为同相输入端，第一二极管D1的第一端为负极，第一二极管D1的第二端为正极，第一二极管D1的第二端接电源信号。第二比较器U01B的第一输入端为同相输入端，第二比较器U01B的第二输入端为反相输入端，第二二极管D2的第一端为负极，第二二极管D2的第二端为正极，第二二极管D2的第二端接电源信号。此时通过反接二极管并在二极管正极外接电源信号，将过流状态与电平信号对应的逻辑改变，既在未过流时，比较器输出高电平信号。因此通过改变比较器的输入端、二极管的方向进而改变相应的输出逻辑的电路变形都在本实用新型的保护范围之内。对于上述简单变形，不再以图示出。

对于电压采集模块3及信号处理模块4，请结合参阅图4，图4示出本实用新型一实施例的电压采集模块及信号处理模块电路图。如图4所示，在一实施方式中，动力电池组5由一个或多个电池模组相互串联组成，每个电池模组由多个单体电池组成，电压采集模块3包括与电池模组数量相同的单体电压采集单元，每个电池模组由一一对应连接的单体电压采集单元进行电压采集。单体电压采集单元依照通过I²C总线按照菊花链通讯模式首尾依次连接。

在一实施方式中，信号处理模块4包括高压隔离单元41、通讯转换模块 42和主单片机43，通讯转换模块42设置于高压隔离单元41和主单片机43 之间，高压隔离单元41与最末端的单体电压采集单元连接，过流反馈端设置于最末端的单体电压采集单元。

其中，电流反馈端和过流反馈端可以为特定的GPIO口，通过最末端的单体电压采集单元将反馈信息传输至信号处理模块4，具体地，通过电流反馈信号可以知道电路上的电路具体超过多少，并进行相应的控制处理。信号处理模块4中的通讯转换单元42则用于转换不同类型的数据信号，例如高压隔离单元41与通讯转换模块42通过差分UART进行数据通讯，而通讯转换模块 42和主单片机43之间通过SPI接口进行通讯。

值得说明的是，单体电压采集单元还可以包括电压均衡模块，电压均衡模块串接在单体电池的两端，在动力电池组5进行充电时，如果电池模组内的单体电池的电压不一致，则可以通过电压均衡模块消耗单体电池的功率，以使电池模组内的单体电压保持一致。

本实用新型实施例提供的电池组故障检测及反馈电路可以在完成电流检测、过流检测及动力电池组单体电压检测的同时使电动汽车电池管理系统各功能模块更集中，布局更合理，更具整体性。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。

Claims (10)

1.一种电池组故障检测及反馈电路，其特征在于，包括：电流检测模块、过流检测模块、电压采集模块及信号处理模块；

所述电流检测模块设置于动力电池组的负极和高压负载之间；

所述过流检测模块的输入端接所述电流检测模块的输出端，并根据所述电流检测模块的输出端输出的测试电压信号进行过流检测；

所述电压采集模块的电压采集端接所述动力电池组，所述电压采集模块的电流反馈端与所述电流检测模块的所述输出端相连，所述电压采集模块的过流反馈端与所述过流检测模块的所述输出端相连，所述电压采集模块的数据输出端接所述信号处理模块的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种电池组故障检测及反馈电路，其特征在于，所述电流检测模块包括：分流计型传感器、电流检测放大模块；

所述分流计型传感器的两端分别与所述动力电池组的负极和所述高压负载相连接；

所述电流检测放大模块包括隔离模块和外围电路，所述隔离模块包括第一检测端、第二检测端、偏置信号输入端、前置放大输出端、调整信号输入端，信号输出端；所述外围电路包括第一电阻、第二电阻和第三电阻；

所述第一电阻的第一端连接所述偏置信号输入端，所述第一电阻的第二端连接第一电源信号端；

所述第二电阻的第一端连接所述前置放大输出端，所述第二电阻的第二端连接所述第一电阻的第二端；

所述第三电阻的第一端连接所述调整信号输入端，所述第三电阻的第一端连接所述第二电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述动力电池组的负极。

3.根据权利要求2所述的一种电池组故障检测及反馈电路，其特征在于，所述分流计型传感器的第一端和所述隔离模块的所述第一检测端之间设置有第一滤波电路，所述分流计型传感器的第二端和所述隔离模块的所述第二检测端之间设置有第二滤波电路。

4.根据权利要求2所述的一种电池组故障检测及反馈电路，其特征在于，所述分流计型传感器的第一端和所述隔离模块的所述第一检测端之间设置有第一过压保护电路，所述分流计型传感器的第二端和所述隔离模块的所述第二检测端之间设置有第二过压保护电路。

5.根据权利要求1所述的一种电池组故障检测及反馈电路，其特征在于，所述过流检测模块包括：第一比较器、第二比较器、第一二极管和第二二极管；

所述过流检测模块的所述输入端包括所述第一比较器的第一输入端和所述第二比较器的第一输入端；

所述过流检测模块的所述输出端包括所述第一二极管的第一端和所述第二二极管的第一端；

所述电压采集模块的所述过流反馈端包括放电过流反馈端和充电过流反馈端；

所述第一比较器的第二输入端接第一阈值电压，所述第一阈值电压为放电状态过流阈值对应的电压，所述第二比较器的第二输入端接第二阈值电压，所述第二阈值电压为充电状态过流阈值对应的电压；

所述第一二极管的第一端接所述第一比较器的输出端，所述第一二极管的第二端接放电过流反馈端；

所述第二二极管的第一端接所述第二比较器的输出端，所述第二二极管的第二端接充电过流反馈端。

6.根据权利要求5所述的一种电池组故障检测及反馈电路，其特征在于，所述过流检测模块还包括分压电路，所述分压电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；

所述第四电阻的第一端接基准电源端，所述第四电阻的第二端接所述第一比较器的所述第二输入端；

所述第五电阻的第一端接所述第四电阻的所述第二端，所述第五电阻的第二端接地，所述第四电阻与所述第五电阻串联以对所述基准电源端提供的基准电压信号进行分压，以提供所述第一阈值电压；

所述第六电阻的第一端接所述基准电源端，所述第六电阻的第二端接所述第二比较器的所述第一输入端；

所述第七电阻的第一端接所述第六电阻的所述第二端，所述第七电阻的第二端接地，所述第六电阻与所述第七电阻串联以对所述基准电源端提供的所述基准电压信号进行分压，以提供所述第二阈值电压。

7.根据权利要求5所述的一种电池组故障检测及反馈电路，其特征在于，所述第一比较器的所述第一输入端为同相输入端，所述第一比较器的所述第二输入端为反相输入端，所述第一二极管的所述第一端为正极；

所述第二比较器的所述第一输入端为反相输入端，所述第二比较器的所述第二输入端为同相输入端，所述第二二极管的所述第一端为正极。

8.根据权利要求5所述的一种电池组故障检测及反馈电路，其特征在于，所述第一比较器的所述第一输入端为反相输入端，所述第一比较器的所述第二输入端为同相输入端，所述第一二极管的所述第一端为负极，所述第一二极管的所述第二端为正极，所述第一二极管的所述第二端接第一电源信号；

所述第二比较器的所述第一输入端为同相输入端，所述第二比较器的所述第二输入端为反相输入端，所述第二二极管的所述第一端为负极，所述第二二极管的所述第二端为正极，所述第二二极管的所述第二端接所述第一电源信号。

9.根据权利要求1所述的一种电池组故障检测及反馈电路，其特征在于，所述动力电池组由一个或多个电池模组相互串联组成，每个电池模组由多个单体电池组成，所述电压采集模块包括与所述电池模组数量相同的单体电压采集单元，所述每个电池模组由一一对应连接的单体电压采集单元进行电压采集；

所述单体电压采集单元依照通过I²C总线按照菊花链通讯模式首尾依次连接。

10.根据权利要求9所述的一种电池组故障检测及反馈电路，其特征在于，所述信号处理模块包括高压隔离单元、通讯转换模块和单片机，所述通讯转换模块设置于所述高压隔离单元和所述单片机之间，所述高压隔离单元与最末端的所述单体电压采集单元连接，所述过流反馈端设置于最末端的所述单体电压采集单元。

Images