CN210775778U - 带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统 - Google Patents

带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统 Download PDF

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谢长君
曾苗苗
李新广
徐万
唐奇
张宇杰
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Abstract

本实用新型公开了一种带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统，包括动力电池组、电动汽车负载、充电模式选择支路、MCU、巡检与均衡从板、电流传感器、电压传感器、系统时钟电路、上位机和报警与存储模块；动力电池组的输出端与电动汽车负载连接，输入端通过充电模式选择支路与MCU连接，动力电池组还通过巡检与均衡从板与MCU连接，巡检与均衡从板包括若干个巡检与均衡芯片，巡检与均衡芯片通过菊花链配线方式组成巡检与均衡从板，并通过CAN总线与MCU通讯。本实用新型设置预充/快充/慢充三种模式的充电方式，采用双点故障诊断电路提高诊断准确性，增加对电池的绝缘检测，增加接口互锁检测电路检测硬件接口的连通性，以完成对电池管理系统的完善。

Description

带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统
技术领域
本实用新型涉及电动汽车动力电池技术领域，具体地指一种带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统。
背景技术
动力电池是电动汽车的主要动力来源，动力电池的能量密度低，使用寿命短，生产成本高一直是制约电动汽车产业化和商品化发展的瓶颈技术之一，电池管理系统起监控动力电池的重要作用，其目的在于对电动汽车电池组进行实时跟踪监测、剩余电量估计、充放电控制、热管理、均衡控制、故障诊断及信息监测等功能，保证电池可以可靠、正常的工作。
现阶段的动力电池一般将锂电池串并联至足够的电压等级，动力电池再将化学能转换成电能过程中，电池会随着电极活性物质的氧化、单体电池不一致性、以及物理碰撞而产生损耗，尤其经过多次的充放电周期以后，往往会出现个别电池发热、鼓包，直至损坏的情况，这对动力电池的使用安全带来了很大的隐患，为了解决这些问题，电动汽车的电池组配置相应的电池在线监测系统，对每块单体电池进行巡检与均衡，最后经过CAN通信将监测信号传给上位机显示。
然而，现有技术中的电池管理系统大多只包含对电池组总电压总电流的采集和对单体电池的巡检，诊断准确性不高。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统，
为实现上述目的，本实用新型所设计的带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统，其特殊之处在于，包括动力电池组、电动汽车负载、充电模式选择支路、MCU、巡检与均衡从板、电流传感器、电压传感器、系统时钟电路、上位机和报警与存储模块；所述动力电池组的输出端与电动汽车负载连接，输入端通过充电模式选择支路与MCU连接，所述电流传感器、电压传感器的输入端与动力电池组连接，输出端与MCU连接，所述动力电池组还通过巡检与均衡从板与MCU连接，所述MCU的输出端分别与充电模式选择支路、巡检与均衡从板、电流传感器、电压传感器、系统时钟电路、上位机和报警与存储模块连接；
所述巡检与均衡从板包括若干个巡检与均衡芯片，巡检与均衡芯片通过菊花链配线方式组成巡检与均衡从板，并通过CAN总线与MCU通讯。
进一步地，所述充电模式选择支路包括三个并联的充电模式支路：预充模式支路、快充模式支路、慢充模式支路均与动力电池组连接，三个支路分别包括双点故障诊断电路、继电器和相对应的预充负载、快充负载、慢充负载。
更进一步地，所述巡检与均衡从板中巡检与均衡芯片的个数为n/6个，n为动力电池组中电池的个数。
更进一步地，所述系统还包括接口互锁检测电路，所述MCU与外部电路的连接通过在管脚设置插接件实现，所述接口互锁检测电路包括PWM1和PWM2，所述PWM1与插接件连接，PWM2与MCU连接。
更进一步地，所述系统还包括绝缘检测电路，所述绝缘检测电路为分压电阻、采样电阻、功率电阻组成的电桥结构，电桥的一端与动力电池组的正负极绝缘电阻连接，另一端通过电压采集支路与MCU连接。
更进一步地，所述双点故障诊断电路包括接在继电器正负两端的高边驱动电路和低边驱动电路，通过SPI与MCU连接通信，所述高边驱动电路和低边驱动电路采用MOS管驱动。
更进一步地，所述电流传感器采用CHB-50A电流检测模块，所述电压传感器采用LV25-P电压霍尔传感器。
更进一步地，所述MCU与上位机通过RS232接口通讯。
更进一步地，所述巡检与均衡芯片采用BQ76PL536A的集成芯片。
本实用新型的优点在于：
(1)本实用新型通过设置若干个巡检与均衡芯片以菊花链的配线方式组成巡检与均衡从板，通过CAN通信将动力电池组的每个单体电压、温度和计算的电池容量数据传给MCU，MCU将接收到所有数据通过RS232总线串行通信传给上位机显示，使得上位机只有四根连线与MCU相连接，结构简单。
(2)本实用新型利用继电器组设置预充、快充、慢充三种模式的充电方式，减少充电过程峰值电流的冲击，并在继电器组加入双点故障诊断，提高了检测的稳定性。
(3)本实用新型采用绝缘检测电路，增加对电池包两级的绝缘性判断，确保电池组处于正常的绝缘范围内，保证操作人员的安全。
(4)本实用新型采用接口互锁检测电路，用于自诊断上电后硬件接口电路的连通性，确保系统正常工作，保证数据正常传输。
附图说明
图1为本实用新型带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统的结构框图。
图2为充电模式选择支路的电路图。
图3为双点故障诊断电路的电路图。
图4为接口互锁检测电路的电路图。
图5为绝缘检测电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
如图1所示，本实用新型提出的一种带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统，包括动力电池组、电动汽车负载、充电模式选择支路、MCU、巡检与均衡从板、电流传感器、电压传感器、接口互锁检测电路、绝缘检测电路、系统时钟电路、上位机和报警与存储模块。动力电池组的输出端与电动汽车负载连接，输入端通过充电模式选择支路与MCU连接，所述电流传感器、电压传感器的输入端与动力电池组连接，输出端与MCU连接。动力电池组还分别通过巡检与均衡从板、绝缘检测电路与MCU连接，MCU的输出端分别与充电模式选择支路、巡检与均衡从板、电流传感器、电压传感器、接口互锁检测电路、绝缘检测电路、系统时钟电路、上位机和报警与存储模块连接。MCU采用MC9S12XEP100芯片实现。
如图2所示，充电模式选择支路包括三个并联的充电模式支路：预充模式支路、快充模式支路、慢充模式支路均与动力电池组连接，三个支路分别包括双点故障诊断电路、继电器和相对应的预充负载、快充负载、慢充负载。如图3所示，双点故障诊断电路包括接在继电器正负两端的高边驱动电路和低边驱动电路，高边驱动电路和低边驱动电路通过SPI通信与单片机连接通信。高边驱动电路和低边驱动电路接在继电器组(K1,K2,K3,K4)的正负两端，都是采用MOS管驱动,既可以改变继电器抖动造成的拉电弧，还可以增强继电器的驱动能力。以继电器K1为例，线圈所接的为具体的诊断电路，其中AD0,AD1为诊断点，在继电器工作时，MCU采集诊断点的电压，通过计算判断继电器是否正常投切。继电器K2,K3,K4与K1电路相同，工作原理相同，K2、K3在图中省略。
巡检与均衡从板包括若干个巡检与均衡芯片，巡检与均衡芯片通过菊花链配线方式组成巡检与均衡从板，巡检与均衡芯片通过CAN通信将动力电池组的每个单体电压、温度和计算的电池容量数据传给MCU，MCU将接收到所有数据通过RS232总线串行通信传给上位机显示，这样一来，上位机只有4根连线与MCU相连接。巡检与均衡从板中巡检与均衡芯片的个数为n/6个，n为动力电池组中电池的个数。巡检与均衡芯片采用BQ76PL536A的集成芯片，芯片集成了14位高速逐次逼近模数转换器，9个输入的前段多路复位器，利用1K电阻和0.1uF电容组成尼奎斯特过滤器，提高电压检测稳定性，配合三极管FDN359AN与47Ω电阻实现电池均衡控制，再通过垂直堆叠来检测多达192节电池。
电压传感器采用LV25-P电压霍尔传感器作为检测模块，LV25-P的电压原副边转换比为2500:1000。电流传感器用CHB-50A的模块检测电流，匝数比为1:1000，通过片外的14位AD采集芯片将动力电池的工作的总电压和总电流转换成数字量传给MCU，MCU判断所述电压信号是否满足电池上下电范围，若是，确保系统正确启动，MCU通过内部CAN通信实现数据传输，完成相应的握手协议。
MCU与外部电路的连接通过在管脚设置插接件实现，接口互锁检测电路与所有外接电路连接，包括PWM1和PWM2，PWM1与插接件连接，PWM2与MCU连接。MCU控制驱动电路发送固定频率脉冲，脉冲通过接插件后返回到接口互锁检测电路，MCU采集PWM2处的脉冲并与MCU开始发出的脉冲对比，假如硬件接插件未连接好，PWM2处检查不到脉冲，或者收到的脉冲与发出的不一样，从而判断硬件接口是否互锁，保证硬件电路连接良好。
绝缘检测采用平衡与不平衡电桥法，检测电池包的绝缘性能。绝缘检测电路为分压电阻、采样电阻、功率电阻组成的电桥结构，电桥的一端与动力电池组的正负极绝缘电阻连接，另一端通过电压采集支路与MCU连接。如图5所示，Rp、Rn表示电池组正负极的绝缘电阻，R1、R4为一系列串联分压电阻，R2、R3为采样电阻，R0为功率电阻，分别控制投切继电器K5、K6，改变电路的平衡状态，建立不平衡电桥，MCU通过电压采样支路读取R2、R3两电阻的电压，计算Rp、Rn的电阻值，从而判断电池包的绝缘情况。
本实用新型请求保护的内容为带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统的部件、结构及其连接关系，不涉及对于软件的改进，本实用新型未公开内容为本领域技术人员公知常识或者已经实施的现有技术。
本领域的技术人员应当理解，此处所述的具体实施方案仅用解释本实用新型专利，并不用于限制本实用新型专利。在本实用新型专利的精神和原则之内作出的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型专利的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统，其特征在于：包括动力电池组、电动汽车负载、充电模式选择支路、MCU、巡检与均衡从板、电流传感器、电压传感器、系统时钟电路、上位机和报警与存储模块；所述动力电池组的输出端与电动汽车负载连接，输入端通过充电模式选择支路与MCU连接，所述电流传感器、电压传感器的输入端与动力电池组连接，输出端与MCU连接，所述动力电池组还通过巡检与均衡从板与MCU连接，所述MCU的输出端分别与充电模式选择支路、巡检与均衡从板、电流传感器、电压传感器、系统时钟电路、上位机和报警与存储模块连接；
所述巡检与均衡从板包括若干个巡检与均衡芯片，巡检与均衡芯片通过菊花链配线方式组成巡检与均衡从板，并通过CAN总线与MCU通讯。
2.根据权利要求1所述的带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统，其特征在于：所述充电模式选择支路包括三个并联的充电模式支路：预充模式支路、快充模式支路、慢充模式支路均与动力电池组连接，三个支路分别包括双点故障诊断电路、继电器和相对应的预充负载、快充负载、慢充负载。
3.根据权利要求1所述的带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统，其特征在于：所述巡检与均衡从板中巡检与均衡芯片的个数为n/6个，n为动力电池组中电池的个数。
4.根据权利要求1所述的带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统，其特征在于：所述系统还包括接口互锁检测电路，所述MCU与外部电路的连接通过在管脚设置插接件实现，所述接口互锁检测电路包括PWM1和PWM2，所述PWM1与插接件连接，PWM2与MCU连接。
5.根据权利要求1所述的带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统，其特征在于：所述系统还包括绝缘检测电路，所述绝缘检测电路为分压电阻、采样电阻、功率电阻组成的电桥结构，电桥的一端与动力电池组的正负极绝缘电阻连接，另一端通过电压采集支路与MCU连接。
6.根据权利要求2所述的带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统，其特征在于：所述双点故障诊断电路包括接在继电器正负两端的高边驱动电路和低边驱动电路，通过SPI与MCU连接通信，所述高边驱动电路和低边驱动电路采用MOS管驱动。
7.根据权利要求1所述的带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统，其特征在于：所述电流传感器采用CHB-50A电流检测模块，所述电压传感器采用LV25-P电压霍尔传感器。
8.根据权利要求1所述的带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统，其特征在于：所述MCU与上位机通过RS232接口通讯。
9.根据权利要求3所述的带绝缘检测及故障诊断的锂电池在线监测系统，其特征在于：所述巡检与均衡芯片采用BQ76PL536A的集成芯片。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN112798975B (zh) * 2020-12-29 2024-05-03 智新控制系统有限公司 高压电池包的绝缘检测电路及检测方法
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