CN212627195U - 一种电池堆集的外围电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池堆集的外围电路，包括：预充继电器，第一端连接电池堆集正极，控制端与电池控制单元连接，预充继电器控制端连接第一控制回路；预充电阻，第一端与预充继电器第二端连接；继电器，第一端连接电池堆集正极，第二端与预充电阻第二端连接；备份继电器，第一端连接电池堆集负极，控制端与电池控制单元连接；断路器，第一端与预充电阻第二端、备份继电器第二端连接，第二端连接变换器辅助电源电路电容正极和负极。本实用新型利用预充继电器、预充电阻使电池堆集先为电容进行充电，当预充电压达到预设电压阈值，闭合继电器，使电池堆集为变换器提供电能，避免了当电池储能较大，闭合继电器时产生较大瞬时电流对继电器产生冲击。

Description

一种电池堆集的外围电路

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种电池堆集的外围电路。

背景技术

新能源不断地发展，各种光伏发电、风能发电储能装置也不断地兴起。而作为这些光伏发电、风能发电储能装置的心脏-动力电池，电池管理系统则是用户和动力电池之间的纽带。电池管理系统为对动力电池的各串单体电压、总电压、温度、充电电流、放电电流、SOC(电池剩余容量)等参数进行检测，当某一项参数异常时，电池管理系统将在变换器配合下调节到合理的工作状态，并进行保护以及均衡，以保证电芯的寿命和正常使用。现有的电池管理系统，通常会采用继电器来实现电流的通断控制，然而，当电池储能较大时，闭合继电器时产生的瞬时电流较大，容易对继电器产生冲击，进而导致继电器故障。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决现有技术中的当电池储能较大时，闭合继电器时产生的瞬时电流较大，容易对继电器产生冲击，进而导致继电器故障的问题，从而提供一种电池堆集的外围电路。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供一种电池堆集的外围电路，电池堆集包括至少一个电池控制单元和预设数量串联的电池包，其中，外围电路包括：预充继电器，第一端连接电池堆集的正极，预充继电器的控制端与电池控制单元连接,所述预充继电器的控制端连接在第一控制回路上，所述第一控制回路设置有第一开关器件，用于控制所述第一控制回路的通断；其中，所述第一开关器件为MOS管，所述MOS管的栅极与所述电池控制单元连接；预充电阻，第一端与预充继电器的第二端连接；继电器，第一端连接电池堆集的正极，第二端与预充电阻的第二端连接；备份继电器，第一端连接电池堆集的负极，备份继电器的控制端与电池控制单元连接；断路器，第一端与预充电阻的第二端和备份继电器的第二端分别连接，第二端连接至变换器的辅助电源电路的电容的正极和负极，用于切断变换器的辅助电源电路的电容与电池堆集的连接。

在一实施例中，电池堆集的外围电路还包括：检测回路，包括控制端，与电池控制单元连接；电极连接端，与变换器的辅助电源电路的电容的正极、电池堆集的正极及电池堆集的负极分别连接；检测端，与外设电气参量检测设备连接；接地回路，其两端分别连接电池控制单元的信号接地端和大地端，接地回路的控制端与电池控制单元连接。

在一实施例中，检测回路包括：第一检测回路，包括控制端，与电池控制单元连接；电极连接端，与变换器的辅助电源电路的电容的正极、电池堆集的正极连接；检测端，与外设电气参量检测设备连接；第二检测回路，包括控制端，与电池控制单元连接；电极连接端，与电池堆集的负极连接，检测端，与外设电气参量检测设备连接；其中，第一检测回路与第二检测回路共用控制端。

在一实施例中，检测回路包括：第三检测回路，控制端与电池控制单元连接，第三检测回路的两端分别连接电池堆集正极和信号接地端；第四检测回路，控制端与电池控制单元连接，第四检测回路的两端分别连接电池堆集负极和信号接地端。

在一实施例中，第一检测回路包括：第一检测控制回路，其控制端与电池控制单元连接；第一检测继电器，控制端串接在第一检测控制回路上，第一端与变换器的辅助电源电路的电容的正极连接，第二端通过第一检测电阻与电池堆集的正极连接，第三端和第四端连接有第一运算放大器，第一运算放大器的输出端作为第一检测回路的检测端，用于连接外设电气参量检测设备，其中，当第一检测继电器处于第一状态时，变换器的辅助电源电路的电容的正极与第一检测继电器的第一端接通，构成预充检测回路；当第一检测继电器处于第二状态时，电池堆集的正极与第一检测继电器的第二端接通，构成绝缘检测回路。

在一实施例中，第二检测回路包括：第二检测控制回路，其控制端与电池控制单元连接；第二检测继电器，控制端串接在第二检测控制回路上，第一端通过第二检测电阻与电池堆集的正极连接，第二端与信号接地端连接，第三端通过第三检测电阻与电池堆集的负极连接，第四端连接至第二运算放大器的正极，第二运算放大器的负极通过第四检测电阻，与电池堆集的负极连接，第二运算放大器的输出端作为第二检测回路的检测端，用于连接外设电气参量检测设备。

在一实施例中，第三检测回路包括：第三检测控制回路，控制端与电池控制单元连接；第三检测继电器，控制端串接在第三检测控制回路上，第一端与信号接地端连接，第二端通过第五检测电阻与电池堆集的正极连接。

在一实施例中，第四检测回路包括：第四检测控制回路，控制端与电池控制单元连接；第四检测继电器，控制端串接在第四检测控制回路上，第一端与信号接地端连接，第二端通过第六检测电阻与电池堆集的负极连接。

在一实施例中，接地回路包括：第五控制回路，控制端与电池控制单元连接；接地回路继电器，控制端串接在第五控制回路上，第一端与信号接地端连接，第二端与大地端连接。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的电池堆集的外围电路，将预充继电器与预充电阻接入于电池堆集正极与变换器的辅助电源电路的电容之间，利用电池堆集先为变换器的辅助电源电路的电容进行充电，将继电器接入于电池堆集正极与变换器的辅助电源电路的电容之间，将备份继电器接入于电池堆集负极与变换器的辅助电源电路的电容之间，当预充电压达到预设电压阈值时，通过闭合继电器，使得电池堆集为变换器提供电能，从而避免了当电池储能较大，闭合继电器时产生的瞬时电流较大对继电器产生冲击，进而导致继电器故障的发生；在预充电阻、继电器与变换器的辅助电源电路的电容加入断路器，当电池堆集故障或变换器故障时，通过及时断开断路器，从而避免了整个供电回路故障。

2.本实用新型提供的电池堆集的外围电路，设置接地回路，通过将信号接地端与大地端连接，以便对整个供电回路进行绝缘检测；设置检测电路，将其控制端与电池控制单元连接，将其电极连接端与所述变换器的辅助电源电路的电容的正极连接，以便检测预充电压是否达到预设电压阈值，将其电极连接端与所述电池堆集的正极及所述电池堆集的负极分别连接，以便对整个供电回路进行绝缘检测及断路器电闸检测，从而提高了整个供电回路的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电池管理系统的一个具体示例的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的电池堆集的外围电路的一个具体示例的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的预充电路的一个具体示例的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的预充电路图；

图5为本实用新型实施例提供的接地回路电路图；

图6为本实用新型实施例提供的第一检测回路及第二检测回路电路图；

图7为本实用新型实施例提供的第三检测回路及第四检测回路电路图；

图8为本实用新型实施例提供的绝缘检测等效电路图；

图9为本实用新型实施例提供的绝缘检测等效电路图；

图10为本实用新型实施例提供的绝缘检测等效电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

如图1所示，电池管理系统由多个电池管理单元(Battery Management Unit，简称BMU)及多个电池控制单元(Battery Control Unit，简称BCU)构成，每个电池管理单元均与一个电池模块连接，一个电池模块包括多个电池串 (例如36串电池串)，一个BMU与一个电池模块构成一个电池包，每个电池控制单元均与预设数量的电池管理单元连接，一个电池控制单元与预设数量的电池包构成一个电池堆集(STACK)，即电池堆集包括至少一个电池控制单元和预设数量串联的电池包，多个所述电池控制单元中包括一个电池集中控制单元(Battery Centralized Control Unit，简称BCCU)，直接与变换器连接。

本实用新型实施例提供一种电池堆集的外围电路，应用于电池管理系统中，可以用于进行继电器保护、电参数检测、预充检测、绝缘检测等，如图2所示，其中，外围电路包括：

预充继电器11，第一端连接电池堆集的正极，预充继电器的控制端与电池控制单元连接,所述预充继电器的控制端连接在第一控制回路16上，所述第一控制回路设置有第一开关器件，用于控制所述第一控制回路的通断；其中，所述第一开关器件为MOS管，所述MOS管的栅极与所述电池控制单元连接；预充电阻12，第一端与预充继电器的第二端连接；继电器 13，第一端连接电池堆集的正极，第二端与预充电阻的第二端连接；备份继电器14，第一端连接电池堆集的负极，备份继电器的控制端与电池控制单元连接；断路器15，第一端与预充电阻的第二端和备份继电器的第二端分别连接，第二端连接至变换器的辅助电源电路的电容的正极和负极，用于切断变换器的辅助电源电路的电容与电池堆集的连接。

本实用新型实施例中，变换器可以是逆变器或者DC-DC电压变换器等转换电路，以逆变器为例，图3示出了利用预充电路为逆变器辅助电源的电容充电的电路图(为了描述预充电路，将接PV_+和PV_-的逆变器等效为逆变器辅助电源的电容)，当逆变器发生短路，或逆变器发生错误的逻辑导致对电容充电失败时，应放弃闭合电池堆集连接的继电器，因为若强行闭合该继电器，则会由于超出该继电器的接通能力造成该继电器故障，因此本实用新型实施例设置预充电路，先对逆变器辅助电源的电容充电，当电容电压达到允许闭合电池堆集连接的继电器的电压阈值时，则闭合电池堆集连接的继电器，转而为逆变器提供电源。

如图1所示，在多BCU并联系统中，由于电池堆集电压不完全相同，若当电池堆集之间电压有差异时，直接闭合继电器和备份继电器，则会导致各电池堆集间相互有较大的充放电电流，甚至有可能导致短路。因此在继电器和备份继电器同时闭合之前，设置BCCU和所有的BCU处于预充电阻限流的电池堆集间均衡工作模式，在电池堆集与变换器之间串接预充电阻，限制电池堆集间相互充放电电流，当电池堆集相互间充放电电流小于设定阈值并且电池堆集相互间的电压差小于设定阈值时，再使能继电器和备份继电器同时闭合，转到正常的工作模式。本实用新型实施例利用如图3 所示的外围电路，可以实现电池堆集间电压均衡。

如图3所示的A、B、C三个电池堆集及其外围的预充电路，假设A堆集电压最高，B堆集次之，C堆集电压最低，为了避免三个堆集之间有较大的充放电电流，确保电池堆集间均衡，可以先均衡A堆集与C堆集之间的电压，具体地，①闭合A堆集的预充继电器。②闭合C堆集的预充继电器。③闭合C堆集的备份继电器。此时，A堆集将对C堆集放电，放电电流等于两个堆集电压差除以两预充电阻之和，当放电电流较小时，可以闭合A 堆集的继电器，此时A堆集向C堆集的放电电流等于两个堆集电压差除以 C堆集的预充电阻，从而使得放电电流增大。④A堆集向C堆集的放电电流会随着两堆集的电压差减小，当其减小到预设电流阈值后，闭合C堆集的继电器。⑤闭合A堆集的继电器。当A堆集与C堆集的继电器均闭合后，两堆集相互之间的充放电电流将减小，当电流小于预设电流阈值时，A堆集与C堆集之间电压均衡，之后可以将A堆集与C堆集作为一个整体，接入B堆集，当B堆集与A堆集及C堆集之间的电压差过大时，可以利用上述电池堆集间电压均衡方法，控制三个堆集电压均衡。

如图3所示，在上述堆集间均衡控制的过程，A堆集对C堆集进行充电时，电池堆集给逆变器的最大充电电流及最大放电电流限制为0A，此时变换器的辅助电源电路的电容的正极PV+和负极PV-之间，除了预充继电器闭合时，有对电容的充电电流外，其它的电流就是A堆集放电对C堆集的充电的电流，从而实现电池堆集间电压均衡，及对变换器辅助电源电路的电容预充。

如图4所示，预充继电器的控制端连接在第一控制回路上，第一控制回路设置有第一开关器件，用于控制第一控制回路的通断；其中，第一开关器件与电池控制单元连接。第一开关器件可以是MOS管、晶闸管或者 IGBT管等。具体地，第一开关器件的控制端与电池控制单元的微处理器 MCU连接，通过该MCU向第一开关器件的控制端发送高电平，从使得第一开关器件导通。

对于图4所示电路，可以称为预充电路，该预充电路包括预充继电器、预充电阻、继电器、备份继电器及断路器，其中断路器可以为空气开关，预充继电器的开断状态由第一控制回路控制，预充继电器可以为交流继电器，如图4所示，PRE_CHG(第一开关器件的控制端)与电池控制单元中的MCU连接，PRE_CHG_V连接于图3中预充电阻与断路器交接处，BV_+ 与电池堆集得到正极连接，当需要对变换器进行预充时，电池控制单元的 MCU置PRE_CHG高电平，控制MOS管Q1(第一开关器件)导通，此时交流继电器JZ1(预充继电器)由于其线圈得电闭合，此时预充电阻R27 接入电池堆集与变换器的辅助电源电路的电容之间，电池堆集对变换器的辅助电源电路的电容进行充电，以减小在闭合继电器时产生的继电器冲击电流，以免发生继电器故障。此外，在多个电池堆集并联的电池管理系统中，可以只允许BCCU具有预充功能，其它的BCU不具有预充功能，或是根据实际情况设定预充功能。

为了防止电池管理系统中电池过压、电池欠压、电池过温、电池欠温、电池充电过流、电池放电过流、电池短路、电池电压传感器故障、电流传感器故障、温度传感器故障、绝缘故障、电池内部RS-485通信故障、电池 CAN通信故障、继电器故障和电路板各类故障、单片机死机性故障等故障时，电池管理系统为每个BMU、BCU及BCCU均配置二次保护电路，并且当电池堆集对变换器预充时，只有变换器的辅助电源电路的电容电压达到预设电压阈值后，方可利用电池堆集对变换器直接提供电源，同时为了防止出现预充失败等故障，本实用新型实施例利用以下步骤，具体实现电池堆集对变换器的预充：

①置PRE_CHG高电平，控制预充继电器闭合，接通BV_+与 PRE_CHG_V之间的预充电阻；②闭合备份继电器，启动解除BCCU的二次保护，接通预充回路，设置预充判别计时的时间常数；③对PV_+端(变换器的辅助电源电路的电容正极)电压进行一次采样，预充判别计时单元减一；④判断PV_+端电压是否达到允许闭合继电器的电压阈值；⑤当PV_+ 端电压达到允许闭合继电器的电压阈值时，闭合继电器；否则判断预充判别计时的时间常数是否达到预充判定计时时限；如果预充判别计时的时间常数达到预充判定计时时限，则断开备份继电器，并置预充失败标志，否则返回步骤③；⑤断开预充继电器，启动BCCU的二次保护。

本实用新型实施例提供的电池堆集的外围电路，将预充继电器与预充电阻接入于电池堆集正极与变换器的辅助电源电路的电容之间，利用电池堆集先为变换器的辅助电源电路的电容进行充电，将继电器接入于电池堆集正极与变换器的辅助电源电路的电容之间，将备份继电器接入于电池堆集负极与变换器的辅助电源电路的电容之间，当预充电压达到预设电压阈值时，通过闭合继电器，使得电池堆集为变换器提供电能，从而避免了当电池储能较大，闭合继电器时产生的瞬时电流较大对继电器产生冲击，进而导致继电器故障的发生；在预充电阻、继电器与变换器的辅助电源电路的电容加入断路器，当电池堆集故障或变换器故障时，通过及时断开断路器，从而避免了整个供电回路故障。

在一具体实施例中，电池堆集的外围电路还包括：

检测回路21，包括控制端，与电池控制单元连接；电极连接端，与变换器的辅助电源电路的电容的正极、电池堆集的正极及电池堆集的负极分别连接；检测端，与外设电气参量检测设备连接；接地回路22，其两端分别连接电池控制单元的信号接地端和大地端，接地回路的控制端与电池控制单元连接。其中，信号接地端可以是指电池控制单元中MCU的信号接地端。大地端则是连接到大地的一端。外设电器参量检测设备可以是电压仪、电流计等，用于检测电压或者电流等电气参数。

在电池堆集连接的继电器及备份继电器闭合状态下，检测电路的电极连接端与变换器的辅助电源电路的电容的正极连接时，可用于预充电压检测，检测电路的电极连接端与电池堆集的正负极连接时，可用于绝缘检测及断路器跳闸检测。

由于电池储能系统在正常使用时，信号接地端与大地端间加入了绝缘功能，因此在测试电池堆集的绝缘性能时，需要将信号接地端及大地端连接，本实用新型实施例设计如图5所示的接地回路，包括：第五控制回路，控制端与电池控制单元连接；接地回路继电器，控制端串接在第五控制回路上，第一端与信号接地端连接，第二端与大地端连接。

在图5中，在绝缘检测期间，置接地回路的控制端SW_2为高电平，交流继电器JZ5(接地回路继电器)，则信号接地端GND到大地端PE连接，做完绝缘测量之后，复位控制端SW_2为低电平，信号接地端GND到大地端PE阻隔绝缘。

在一具体实施例中，如图6所示，检测回路包括：

第一检测回路211，包括控制端，与电池控制单元连接；电极连接端，与变换器的辅助电源电路的电容的正极、电池堆集的正极连接；检测端，与外设电气参量检测设备连接。

第一检测回路包括：第一检测控制回路，其控制端与电池控制单元连接；第一检测继电器，控制端串接在第一检测控制回路上，第一端与变换器的辅助电源电路的电容的正极连接，第二端通过第一检测电阻与电池堆集的正极连接，第三端和第四端连接有第一运算放大器，第一运算放大器的输出端作为第一检测回路的检测端，用于连接外设电气参量检测设备，其中，当第一检测继电器处于第一状态时，变换器的辅助电源电路的电容的正极与第一检测继电器的第一端接通，构成预充检测回路；当第一检测继电器处于第二状态时，电池堆集的正极与第一检测继电器的第二端接通，构成绝缘检测回路。

如图6所示，第一检测回路中的第一检测继电器为两状态直流信号继电器JZ4，其第一端通过检测电阻R24与变换器的辅助电源电路的电容的正极PV_+连接，其第二端通过第一检测电阻R1与电池堆集正极BV_+连接，其第三端与第四端与第一运算放大器OA1连接，第一运算放大器OA1 检测端IM_V1与外设电气参量检测设备连接，第一检测继电器通过第一检测控制回路控制端SW_1与电池控制单元连接。当置控制端SW_1低电平时，继电器JZ4的常闭触点闭合，即继电器JZ4开关与其第一端及第三端接触，此时第一运算放大器OA1与变换器的辅助电源电路的电容的正极 PV_+连接，检测端IM_V1此时用于检测预充电压。

第二检测回路212，包括控制端，与电池控制单元连接；电极连接端，与电池堆集的负极连接，检测端，与外设电气参量检测设备连接。其中，第一检测回路与第二检测回路共用控制端。

第二检测回路包括：第二检测控制回路，其控制端与电池控制单元连接；第二检测继电器，控制端串接在第二检测控制回路上，第一端通过第二检测电阻与电池堆集的正极连接，第二端与信号接地端连接，第三端通过第三检测电阻与电池堆集的负极连接，第四端连接至第二运算放大器的正极，第二运算放大器的负极通过第四检测电阻，与电池堆集的负极连接，第二运算放大器的输出端作为第二检测回路的检测端，用于连接外设电气参量检测设备。

如图6所示，第二检测回路中的第二检测继电器为两状态直流信号继电器JZ1，其第一端通过第二检测电阻R2与电池堆集正极BV_+连接，其第二端与信号接地端连接，其第三端通过第三检测电阻R3与电池堆集负极 BV_-连接，其第四端与第二运算放大器OA2的正极连接，继电器JZ1通过第四检测电阻R4与第二运算放大器OA2的负极连接，第二运算放大器OA2 检测端IM_V2与外设电气参量检测设备连接，第二检测继电器通过第二检测控制回路控制端SW_1与电池控制单元连接。当置控制端SW_1低电平时，继电器JZ1的常闭触点闭合，即继电器JZ1开关与其第一端及第三端接触，此时第一运算放大器OA1与电池堆集的正极BV_+及电池段集的负极BV_-均未连接，检测端IM_V2此时用于检测预充电压。

图6中，当置第一检测回路及第二检测回路的控制端SW_1低电平时，继电器JZ4及继电器JZ1的常闭触点闭合，第一运算放大器OA1、第二运算放大器OA2均与变换器的辅助电源电路的电容的正极PV_+连接，此时检测端IM_V1及检测端IM_V2用于检测预充电压，预充电压算法是PV_+ 等于IM_V1端电压检测值与IM_V2端电压检测值之和再除以电路中的电阻分压比系数。当预充继电器启动准备闭合继电器时，如果变换器输入口发生短路，则可以通过判断采样的PV_+电压是否小于预充电压设定阈值，当 PV_+电压小于预充电压设定阈值时，电池控制单元控制电池堆集退出预充状态，并且报预充失败故障，以免在负载短路状况下闭合继电器，导致继电器故障。

在一具体实施例中，如图7所示，检测回路还包括：

第三检测回路213，控制端与电池控制单元连接，第三检测回路的两端分别连接电池堆集正极和信号接地端。第三检测回路包括：第三检测控制回路，控制端与电池控制单元连接；第三检测继电器，控制端串接在第三检测控制回路上，第一端与信号接地端连接，第二端通过第五检测电阻与电池堆集的正极连接。

如图7所示，第三检测回路中的第三检测继电器为两状态直流信号继电器JZ2，其第一端与信号接地端GND连接，第二端通过第五检测电阻R5 与电池堆集正极BV_+连接，继电器JZ2通过第三检测控制回路控制端 IM_C1与电池控制单元连接。

第四检测回路214，控制端与电池控制单元连接，第四检测回路的两端分别连接电池堆集负极和信号接地端。第四检测回路包括：第四检测控制回路，控制端与电池控制单元连接；第四检测继电器，控制端串接在第四检测控制回路上，第一端与信号接地端连接，第二端通过第六检测电阻与电池堆集的负极连接。

如图7所示，第四检测回路中的第四检测继电器为两状态直流信号继电器JZ3，其第一端与信号接地端GND连接，第二端通过第六检测电阻R6 与电池堆集正极BV_-连接，继电器JZ3通过第四检测控制回路控制端 IM_C2与电池控制单元连接。

本实用新型实施例利用图5～图7所示的检测回路及接地回路，对电池堆集进行绝缘检测，具体步骤如下：

①置接地回路控制端SW_2高电平，并延时一段时间，以保证MOS管 Q3导通，继电器JZ5可靠接通，此时信号接地端与大地端连接。

②置图7所示的第一检测回路及第二检测回路中的控制端SW_1高电平，置图8所示的第三检测回路及第四检测回路中的控制端IM_C1及控制端IM_C1低电平，并延时一段时间，以保证MOS管Q1及MOS管Q2导通，继电器JZ4开关与其第二端及第四端接触闭合，继电器JZ1开关与其第二端及四端接触闭合，此时继电器JZ4与电池堆集正极连接，继电器JZ1 与电池堆集正负极连接，此时电池堆集正极BV_+将第一检测电阻R1及第二检测电阻R2接入大地中，电池堆集负极BV_-将第三检测电阻R3及第四检测电阻R4接入大地中，检测端IM_V1与IM_V2分别与电池堆集正极及电池堆集负极连接，等效电路图如图8所示。

③在检测端IM_V1与IM_V2进行软件采样检测，并记此时的检测端 IM_V1检测电压为VP0，检测端IM_V2检测电压为VN0。

④置图8中第三检测回路的控制端IM_C1高电平，并延时一定时间，以保证MOS管Q4导通，继电器JZ2开关与第二端及第一端接触闭合，此时继电器JZ2与电池堆集正极连接，此时电池堆集正极BV_+将第五检测电阻R5接入大地中，等效电路图如图9所示。

⑤在检测端IM_V1与IM_V2进行软件采样检测，并记此时的检测端 IM_V1检测电压为VP1，检测端IM_V2检测电压为VN1。

⑥置图8中第三检测回路的控制端IM_C1低电平，第四检测回路的控制端IM_C2高电平，并延时一定时间，以保证MOS管Q5导通，继电器 JZ3开关与第二端及第一端接触闭合，此时继电器JZ3与电池堆集负极连接，此时电池堆集负极BV_-将第六检测电阻R6接入大地中，等效电路图如图 10所示。

⑦在检测端IM_V1与IM_V2进行软件采样检测，并记此时的检测端 IM_V1检测电压为VP2，检测端IM_V2检测电压为VN2。

⑧置第四检测回路的控制端IM_C2低电平，断开继电器JZ3，置控制端SW_1低电平，断开继电器JZ1及继电器JZ4，置控制端SW_2低电平，断开继电器JZ5。

利用上述绝缘检测步骤①～⑧获得的电压VP0与VN0、电压VP1与VN1 和电压VP2与VN2，及绝缘检测等效电路图8～图10，可以得到式(1)～式(3) 关系式：

VP0/RP＝VN0/RN (1)

VP1*(1/RP+1/R5)＝VN1/RN (2)

VP2/RP＝VN2*(1/RN+1/R6) (3)

当VN0*VP1>＝VP0*VN1时，由式(1)及式(2)，可以得到：

RP//RN＝(VN0*VP1/VN1-VP0)/(VP0+VN0)*R5 (4)

当VN0*VP1<VP0*VN1时，由式(1)及式(3)，可以得到：

RP//RN＝(VP0*VN2/VP2-VN0)/(VP0+VN0)*R6 (5)

由式(4)及式(5)得到的RP//RN是包括绝缘电阻和检测电阻R’并联值，其中检测电阻R’＝R1//R2//R3//R4。需要说明的是，在理论上电阻Rm<检测电阻R’(Rm＝RP//RN)，绝缘电阻Rj＝Rm*R’/(R’–Rm)，但当电阻Rm>＝R’时，则绝缘电阻Rj无穷大。

在电池管理系统中，电池堆集与变换器中加入断路器，以便出现避免故障，因此为了保证断路器安全可靠运行，本实用新型实施例，利用如图6 所示的电路图对断路器进行跳闸检测，具体地，置控制端SW_1低电平，继电器JZ4常闭触点闭合，则运放检测的是断路器外侧的PV_+电压。

在继电器和备份继电器闭合状态下，断路器正常运行时，PV_+端就能正常检测到跟电池堆集一样的电压，但是若检测PV_+端与BV_+端两电压之差超出所允许的阈值时，则报断路器跳闸故障。如果是多个电池堆集并联，当发生其它堆集有电流而本堆集电流为0A时，就发生断路器跳闸。因此可以利用这一特性，单独的STACK可定期做断路器跳闸检查，在多个 STACK并联系统中，上电开始，BCCU可调度每已个BCU单独做一次断路器跳闸自检，在后续工作中，可定期判别各STACK电流状况做断路器跳闸检测。

本实用新型实施例提供的电池堆集的外围电路，将预充继电器与预充电阻接入于电池堆集正极与变换器的辅助电源电路的电容之间，利用电池堆集先为变换器的辅助电源电路的电容进行充电，将继电器接入于电池堆集正极与变换器的辅助电源电路的电容之间，将备份继电器接入于电池堆集负极与变换器的辅助电源电路的电容之间，当预充电压达到预设电压阈值时，通过闭合继电器，使得电池堆集为变换器提供电能，从而避免了当电池储能较大，闭合继电器时产生的瞬时电流较大对继电器产生冲击，进而导致继电器故障的发生；在预充电阻、继电器与变换器的辅助电源电路的电容加入断路器，当电池堆集故障或变换器故障时，通过及时断开断路器，从而避免了整个供电回路故障；设置接地回路，通过将信号接地端与大地端连接，以便对整个供电回路进行绝缘检测；设置检测电路，将其控制端与电池控制单元连接，将其电极连接端与所述变换器的辅助电源电路的电容的正极连接，以便检测预充电压是否达到预设电压阈值，将其电极连接端与所述电池堆集的正极及所述电池堆集的负极分别连接，以便对整个供电回路进行绝缘检测及断路器电闸检测，从而提高了整个供电回路的可靠性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种电池堆集的外围电路，其特征在于，所述电池堆集包括至少一个电池控制单元和预设数量串联的电池包，其中，所述外围电路包括：

预充继电器，第一端连接所述电池堆集的正极，所述预充继电器的控制端与所述电池控制单元连接,所述预充继电器的控制端连接在第一控制回路上，所述第一控制回路设置有第一开关器件，用于控制所述第一控制回路的通断；其中，所述第一开关器件为MOS管，MOS管的栅极与所述电池控制单元连接；

预充电阻，第一端与所述预充继电器的第二端连接；

继电器，第一端连接所述电池堆集的正极，第二端与所述预充电阻的第二端连接；

备份继电器，第一端连接所述电池堆集的负极，所述备份继电器的控制端与所述电池控制单元连接；

断路器，第一端与所述预充电阻的第二端和所述备份继电器的第二端分别连接，第二端连接至变换器的辅助电源电路的电容的正极和负极，用于切断所述变换器的辅助电源电路的电容与所述电池堆集的连接。

2.根据权利要求1所述的电池堆集的外围电路，其特征在于，还包括：

检测回路，包括控制端，与所述电池控制单元连接；电极连接端，与所述变换器的辅助电源电路的电容的正极、所述电池堆集的正极及所述电池堆集的负极分别连接；检测端，与外设电气参量检测设备连接；

接地回路，其两端分别连接所述电池控制单元的信号接地端和大地端，所述接地回路的控制端与所述电池控制单元连接。

3.根据权利要求2所述的电池堆集的外围电路，其特征在于，所述检测回路包括：

第一检测回路，包括控制端，与所述电池控制单元连接；电极连接端，与所述变换器的辅助电源电路的电容的正极、所述电池堆集的正极连接；检测端，与外设电气参量检测设备连接；

第二检测回路，包括控制端，与所述电池控制单元连接；电极连接端，与所述电池堆集的负极连接，检测端，与外设电气参量检测设备连接；

其中，所述第一检测回路与所述第二检测回路共用控制端。

4.根据权利要求2所述的电池堆集的外围电路，其特征在于，所述检测回路包括：

第三检测回路，控制端与所述电池控制单元连接，所述第三检测回路的两端分别连接所述电池堆集正极和所述信号接地端；

第四检测回路，控制端与所述电池控制单元连接，所述第四检测回路的两端分别连接所述电池堆集负极和所述信号接地端。

5.根据权利要求3所述的电池堆集的外围电路，其特征在于，所述第一检测回路包括：

第一检测控制回路，其控制端与所述电池控制单元连接；

第一检测继电器，控制端串接在所述第一检测控制回路上，第一端与所述变换器的辅助电源电路的电容的正极连接，第二端通过第一检测电阻与所述电池堆集的正极连接，第三端和第四端连接有第一运算放大器，所述第一运算放大器的输出端作为所述第一检测回路的检测端，用于连接外设电气参量检测设备，

其中，当所述第一检测继电器处于第一状态时，所述变换器的辅助电源电路的电容的正极与所述第一检测继电器的第一端接通，构成预充检测回路；当所述第一检测继电器处于第二状态时，所述电池堆集的正极与所述第一检测继电器的第二端接通，构成绝缘检测回路。

6.根据权利要求5所述的电池堆集的外围电路，其特征在于，所述第二检测回路包括：

第二检测控制回路，其控制端与所述电池控制单元连接；

第二检测继电器，控制端串接在所述第二检测控制回路上，第一端通过第二检测电阻与所述电池堆集的正极连接，第二端与所述信号接地端连接，第三端通过第三检测电阻与所述电池堆集的负极连接，第四端连接至第二运算放大器的正极，所述第二运算放大器的负极通过第四检测电阻，与所述电池堆集的负极连接，所述第二运算放大器的输出端作为所述第二检测回路的检测端，用于连接外设电气参量检测设备。

7.根据权利要求4所述的电池堆集的外围电路，其特征在于，所述第三检测回路包括：

第三检测控制回路，控制端与所述电池控制单元连接；

第三检测继电器，控制端串接在所述第三检测控制回路上，第一端与所述信号接地端连接，第二端通过第五检测电阻与所述电池堆集的正极连接。

8.根据权利要求4所述的电池堆集的外围电路，其特征在于，所述第四检测回路包括：

第四检测控制回路，控制端与所述电池控制单元连接；

第四检测继电器，控制端串接在所述第四检测控制回路上，第一端与所述信号接地端连接，第二端通过第六检测电阻与所述电池堆集的负极连接。

9.根据权利要求2所述的电池堆集的外围电路，其特征在于，所述接地回路包括：

第五控制回路，控制端与所述电池控制单元连接；

接地回路继电器，控制端串接在所述第五控制回路上，第一端与所述信号接地端连接，第二端与所述大地端连接。

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