CN212321820U - 一种电池组连接线的故障检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池组连接线的故障检测电路，通过在第偶数节或第奇数节电池对应的检测电路中设置分压电阻，可使得所述电池组的电池连接线无论在错接还是漏接等异常情况下，对应检测电路中的发光二极管均不能被点亮，可准确检测到电池组的连接线故障情况。并且通过在发光二极管和电池的负极之间串联一个耐压二极管或在发光二极管两端反向并联一个二极管，可保证无论在何种连接线接错的情况下，发光二极管不会被击穿损坏。

Description

一种电池组连接线的故障检测电路

技术领域

本实用新型涉及电池管理领域，更具体地，涉及一种电池组连接线的故障检测电路。

背景技术

在大的储能系统里需要的电池容量和电压都较大，往往需要多节单体电池串联成电池组使用以提高电压，多节电池并联成电池组使用以提高容量，由于需要串/并联的电池的数量较多，为了安全可靠，并且延长电池寿命，必须对电池组的各电性能参数进行管理，需要专用的电池管理系统(BMS)，这些电参数中，单体电压尤其重要，必须把它限制在合理范围内，单体电池串联后，整个电池组是一起充电，一起放电，通过各节电池电流都是相同的，由于单体电池之间存在差异，必然会出现个别单体先充满，个别单体先放完，为了保证安全和电池寿命，只要有一节电池充满，整组电池必须停止充电，只要有一节电池放完，整组电池必须停止放电。所以，BMS必须对每节单体进行实时监控，也即BMS与各单体电池之间都需要连接线，电池连接线束众多，如图1所示。

电池组在安装过程需要人工参与，中间难免会出现电池装错、线束节点接错、线束未接上等诸多组装问题，特别是在维修服务站、梯次电池重新组装利用等场合，有很多零时工，操作工人水平参差不齐，对电池特性又不了解。电池组的连接线一旦接错，后续应用电路的输入电压就会出现负电压，不能正常工作，并且大概率会损坏BMS，进而引起整个系统不能正常工作。如果等电池组装完成，系统调试时才发现问题，排查问题和重新拆开电池箱工作量巨大，所以，现场需要一个简单可靠的检测装置，在安装线束后，盖电池箱盖前马上测试线束连接的可靠性。

现有电池组的连接线束检测方法为：制作一个线束检测板，在线束与电池连接好后，用线束检测板与线束对插，判断线束与每个单体电池连接是否正常，检测板电路原理如图2所示，在每节电池连接线上都设置一个检测单元，检测单元包括与电池并联的LED灯以及与LED灯串联的限流电阻，当电池对应的线束连接正常时，相应的LED灯输入都为正电压，LED灯被点亮；当有线束连接错误时，如图3所示，如第B_N-2路与B_N+1路接反，则LED_N-1和LED_N+1输入电压变成负的，不能被点亮，并且LED_N-1与R_N-1和LED_N+1与R_N+1两个串联支路都要承受2节电池的反向电压，而LED_N-2与R_N-2和LED_N+2与R_N+2两个串联支路都要承受4节电池的正向电压，由于LED的反向耐压都比较低，当连接线接错位置与正确位置相差较大时，会损坏LED。但这种检测方式存在两个问题：当电池连接线未连接时，如图4中的第B_N路断开，该路对应LED灯仍能够正常显示，无法检测出连接线的异常状态；当线束接错位置与正确位置在电气上相距比较远(电压差大)时，由于LED的反向耐压较低，容易损坏。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了电池组连接线的故障检测电路，通过间隔的在检测单元设置分压电阻，可使得所述电池组的电池连接线无论在错接还是漏接等异常情况下，对应支路的发光二极管均不能被点亮，可准确的检测到电池组连接线的故障情况。

依据本实用新型的电池组连接线的故障检测电路，所述电池组包括多个串联的电池，所述故障检测电路包括多个检测单元，所述多个检测单元与所述多个单体电池对应连接，

每一检测单元包括指示元件和限流电阻，所述指示元件与所述限流电阻串联，串联后的支路并联在该检测单元对应的电池两端，

在相邻的两个检测单元中，其中一个检测单元包括分压电阻，所述分压电阻与该检测单元对应的电池并联连接，所述分压电阻的阻值小于所述限流电阻的阻值。

优选地，在所述多个检测单元中，包括分压电阻的检测单元与不包括分压电阻的检测单元间隔设置。

优选地，在第偶数节电池对应的检测电路中设置所述分压电阻，或者，

在第奇数节电池对应的检测电路中设置所述分压电阻。

优选地，所述分压电阻的阻值设置为：(V_N+V_N+1-V_LN+1)*r_N/(r_N+R_N+1)<V_LN

其中V_N、V_N+1为相邻的两个电池电压，V_LN+1、V_LN为指示元件的导通压降， r_N为分压电阻阻值，R_N+1为限流电阻阻值。

优选地，所述限流电阻的阻值设置为：

在所述电池组的连接线正常情况下指示元件能被点亮；

在所述电池组的连接线异常情况下能限制流过所述指示元件的电流大小不超过所述指示元件的安全电流阈值。

优选地，所述限流电阻为固定电阻或PTC热敏电阻。

优选地，所述每一检测单元包括耐压二极管，所述耐压二极管串联在对应的指示元件和电池的负极之间。

优选地，所述分压电阻的阻值设置为：

(V_N+V_N+1-V_LN+1-V_DN+1)*r_N/(r_N+R_N+1)<V_LN+V_DN

其中V_N、V_N+1为相邻的两个电池电压，V_LN+1、V_LN为指示元件的导通压降， V_DN为耐压二极管的导通压降，r_N为分压电阻阻值，R_N+1为限流电阻阻值。

优选地，所述每一检测单元包括第一二极管，所述第一二极管反向并联在所述指示单元两端。

优选地，所述指示元件为发光二极管。

综上所述，依据本实用新型的电池组连接线的故障检测电路，通过在第偶数节电池对应的检测电路中设置所述分压电阻，或者在第奇数节电池对应的检测电路中设置所述分压电阻，可使得所述电池组的电池连接线无论在错接还是漏接等异常情况下，对应支路的发光二极管均不能被点亮，可准确的检测到电池组的连接线故障情况。并且通过在发光二极管和电池的负极之间串联一耐压二极管，或在发光二极管两端反向并联一个二极管，可保证无论在连接线何种错接的情况下，发光二极管不会被损坏。

附图说明

图1为电池组与电池管理系统的连接线的电路框图；

图2为线束检测板的电路原理图；

图3为现有技术中电池组的线束错接的电路示意图；

图4为现有技术中电池组的线束漏接的电路示意图；

图5为依据本实用新型的电池组连接线的故障检测电路第一实施方式的电路图；

图6为依据本实用新型的电池组的线束漏接的电路示意图；

图7-1为依据本实用新型的电池组连接线的故障检测电路第二实施方式的电路图；

图7-2为依据本实用新型的电池组连接线的故障检测电路第三实施方式的电路图。

具体实施方式

以下将结合附图说明本实用新型的一些优选实施例,并对本发实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但是，所描述的实施例是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一端”其本身不暗示“第二端”的位置限制，术语“第二端”本身不暗示“第一端”的位置限制。

参考图5为依据本实用新型的电池组连接线的故障检测电路的电路图，本发明中的实施例中的电池组包括多个串联的电池，如图5中示例的N-2至N+2 个，但数量不限于此，如图1所示，所述电池组中的每个电池都跟电池管理系统(BMS)连接。

参考图5，本实施例中的故障检测电路包括多个检测单元，所述多个检测单元与所述多个电池对应连接，其中，每一检测单元包括指示元件和限流电阻，所述指示元件与所述限流电阻串联，串联后的支路并联在该检测单元对应的电池两端，所述指示元件为发光二极管LED，限流电阻为电阻R如图5中所示，电池的正极通过限流电阻连接到发光二极管的阳极，本领域技术人员可知，所述发光二极管LED与所述限流电阻位置可互换。

为方便描述，将每路的电池和对应的检测单元记为整体单元B_N，如此，对应的电池记为N，发光二极管记为LED_N，限流电阻记为R_N，本实施方式中，每一整体单元中的电池、发光二极管、限流电阻为参数相同的器件，下文中也均相同。本实施方式中，在相邻的两个检测单元中，其中一个检测单元包括分压电阻，所述分压电阻与该检测单元对应的电池并联连接，如在第N路整体单元中，包括分压电阻r_N，所述分压电阻r_N连接在电池N的正负极两端。

在依据本实用新型的一实施例中，在所述多个检测单元中，包括分压电阻的检测单元与不包括分压电阻的检测单元间隔设置，具体地，在第偶数节电池对应的检测电路中设置所述分压电阻，或者在第奇数节电池对应的检测电路中设置所述分压电阻。如图5中所示，第N-2路检测单元、第N路检测单元、第 N+2路检测单元中分别包括分压电阻r_N-2、分压电阻r_N和分压电阻r_N+2。

进一步地，所述分压电阻的阻值小于所述限流电阻的阻值，具体地，所述分压电阻的阻值设置为：

(V_N+V_N+1-V_LN+1)*r_N/(r_N+R_N+1)<V_LN

其中V_N、V_N+1为相邻的两个电池电压，V_LN+1、V_LN为指示元件的导通压降， r_N为分压电阻阻值，R_N+1为限流电阻阻值。其中，所述限流电阻R_N的阻值设置为：在所述电池组的连接线正常情况下能点亮发光二极管LED_N；在所述电池组的连接线异常情况下能限制流过所述指示元件的电流大小不超过所述发光二极管的安全电流阈值。

本实施例中，所述限流电阻为普通的固定电阻或为PTC热敏电阻。当连接线接错位置与正确位置相差较大时，某支路承受的正向电压远大于正常连接时的电压，普通固定电阻难以保证正向电流在发光二极管LED的正常工作范围内，从而也会损坏LED。根据PTC热敏电阻的特性，流过电流越大，PTC温升越高，电阻值自动变大，从而减小流过的电流值，可保护LED不受损坏。

根据本实施例的检测方案，当有电池的线束未连接时，如图6所示，当第 B_N路的电线未连接，第N和N+1节电池的电压在减去发光二极管LED_N+1后，分压电阻r_N和限流电阻R_N+1分压，由于分压电阻r_N小于限流电阻R_N+1的阻值，则分压电阻r_N分得的电压比较小，根据上述的分压电阻的阻值设定，其分得的电压小于该支路对应的发光二极管LED_N的导通电压，从而使得与分压电阻r_N并联的限流电阻R_N、发光二极管LED_N串联支路不导通，这样发光二极管LED_N不能被点亮；而当所有线束连接正常时，所有LED串联支路的电压都根据实际电池的电压决定，分压电阻和限流电阻没有分压，对应支路的发光二极管LED 正常被点亮。

而当电池的线束连接错误时，则发光二极管LED_N输入电压变成负值，因此不能被点亮。由上可知，根据本实施例的线束检测方案，所述电池组的电池连接线无论在错接还是漏接等异常情况下，对应支路的发光二极管均不能被点亮，可准确的检测到电池组的连接线故障情况。

参考图7-1，本实用新型的第二实施例，本实施例在第一实施例的基础上增加了耐压二极管D，具体地，所述每一检测单元均包括耐压二极管，所述耐压二极管串联在对应的发光二极管和电池的负极之间，如图7-1中，耐压二极管 D_N连接在发光二极管LED_N和电池的负极之间。本实施例中，耐压二极管的耐压值大于所述电池组的最高电压之和，例如n串电池，则耐压值为n*V_bat，其中V_bat为单节电池电压。

进一步地，本实施方式中，所述分压电阻的阻值设置为：

(V_N+V_N+1-V_LN+1-V_DN+1)*r_N/(r_N+R_N+1)<V_LN+V_DN

其中V_N、V_N+1为相邻的两个电池电压，V_LN+1、V_LN为发光二极管的导通压降，V_DN为耐压二极管的导通压降，r_N为分压电阻阻值，R_N+1为限流电阻阻值。

同理可以推知，当第B_N线速未连接，则第N和N+1两节电池的电压在扣除发光二极管LED_N+1和耐压二极管D_N+1后，分压电阻r_N和限流电阻R_N+1分压，根据上述公式可知，分压电阻r_N分得的电压小于发光二极管LED_N和耐压二极管D_N的开通电压之和，使得与分压电阻r_N并联的发光二极管LED_N和耐压二极管D_N串联的支路不导通，也即LED_N不能被点亮。

本实施方式同样可检测到电池连接线异常的情况，并且在本实施方式中，给每个支路的发光二极管LED串联一个耐压二极管，可增加发光二极管LED 的反向耐压，由于二极管反向耐压比较高，因此，选取合适的二极管耐压，可以保证任何的线束接错位，都不会损坏发光二极管LED。

参考图7-2，本实用新型的第三实施例，本实施例在第一实施例的基础上增加了第一二极管D2，所述每一检测单元包括第一二极管，所述第一二极管反向并联在所述发光二极管两端。本实施方式同样可检测到电池连接线异常的情况，并且在本实施方式中，给每个支路的发光二极管LED并联一个第一二极管，可钳位发光二极管LED的反向电压，由于二极管D2的导通压降小于发光二极管 LED的反向耐压，因此，可以保证任何的线束接错位，都不会损坏发光二极管 LED。

以上对依据本实用新型的电池组连接线的故障检测电路的优选实施例的进行了详尽描述，但关于该专利的电路和有益效果不应该被认为仅仅局限于上述所述的，公开的实施例和附图可以更好的理解本实用新型，因此，上述公开的实施例及说明书附图内容是为了更好的理解本实用新型，本实用新型保护并不限于限定本公开的范围，本领域普通技术人员对本实用新型实施例的替换、修改均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池组连接线的故障检测电路，所述电池组包括多个串联的电池，其特征在于，

所述故障检测电路包括多个检测单元，所述多个检测单元与所述多个电池对应连接，

每一检测单元包括指示元件和限流电阻，所述指示元件与所述限流电阻串联，串联后的支路并联在该检测单元对应的电池两端，

在相邻的两个检测单元中，其中一个检测单元包括分压电阻，所述分压电阻与该检测单元对应的电池并联连接，所述分压电阻的阻值小于所述限流电阻的阻值。

2.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，在所述多个检测单元中，包括分压电阻的检测单元与不包括分压电阻的检测单元间隔设置。

3.根据权利要求2所述的故障检测电路，其特征在于，在第偶数节电池对应的检测电路中设置所述分压电阻，或者，

在第奇数节电池对应的检测电路中设置所述分压电阻。

4.根据权利要求1-3任一所述的故障检测电路，其特征在于，所述分压电阻的阻值设置为：

(V_N+V_N+1-V_LN+1)*r_N/(r_N+R_N+1)<V_LN

其中V_N、V_N+1为相邻的两个电池电压，V_LN+1、V_LN为指示元件的导通压降，r_N为分压电阻阻值，R_N+1为限流电阻阻值。

5.根据权利要求4所述的故障检测电路，其特征在于，所述限流电阻的阻值设置为：

在所述电池组的连接线正常情况下指示元件能被点亮；

在所述电池组的连接线异常情况下能限制流过所述指示元件的电流大小不超过所述指示元件的安全电流阈值。

6.根据权利要求5所述的故障检测电路，其特征在于，所述限流电阻为固定电阻或PTC热敏电阻。

7.根据权利要求1-3任一所述的故障检测电路，其特征在于，所述每一检测单元包括耐压二极管，所述耐压二极管串联在对应的指示元件和电池的负极之间。

8.根据权利要求7所述的故障检测电路，其特征在于，所述分压电阻的阻值设置为：

(V_N+V_N+1-V_LN+1-V_DN+1)*r_N/(r_N+R_N+1)<V_LN+V_DN

其中V_N、V_N+1为相邻的两个电池电压，V_LN+1、V_LN为指示元件的导通压降，V_DN为耐压二极管的导通压降，r_N为分压电阻阻值，R_N+1为限流电阻阻值。

9.根据权利要求1-3任一所述的故障检测电路，其特征在于，所述每一检测单元包括第一二极管，所述第一二极管反向并联在所述指示元件两端。

10.根据权利要求1-3任一所述的故障检测电路，其特征在于，所述指示元件为发光二极管。

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