CN214280986U - 一种车载电池管理系统自检电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车载电池管理系统自检电路，包括并联用电阻、第一采样电阻串联构成的第一支路，负载、MOS管、第二采样电阻串联构成的第二支路，以及由两个开关支路并联构成的第三支路；第一支路、第二支路相互并联并接入供电电压和地之间，第三支路连接于第一支路、第二支路之间。用于低端时第二支路中MOS管位于负载和第二采样电阻之间，用于高端时第二支路中负载位于MOS管和第二采样电阻之间。本实用新型静态功耗低，可抑制电磁干扰，具备检测负载的短路、开路、过载以及高速调频控制等功能。

Description

一种车载电池管理系统自检电路

技术领域

本实用新型涉及车载电池系统检测电路领域，具体是一种车载电池管理系统自检电路。

背景技术

随着电动汽车行业的快速发展,电动汽车对电池的使用寿命和续航里程的要求的也越来越高，由于锂电池的生产一致性问题导致电池组的各个单体电压在工作过程中会存在差异，为了延长电池的使用寿命及电池安全性，一般使用加热和制冷(或强制对流)使电池保持在一定的温度范围内工作，之前的电池管理系统一般均是使用继电器直接控制加热片或风扇灯等外围器件，该方案存在成本高，且抗震能力弱，使用寿命低，外围干扰较大，效率低，失效后无法判断等局限性。

为了上述问题，现有技术采用车载电池管理系统对电池进行输出管理，电池通过车载电池管理系统向负载供电。车载电池管理系统用于低端的负载Load1 的供电控制结构如图1所示，用于高端的负载Load1的供电控制如图2所示。图 1中车载电池管理系统的供电电压VCC依次通过低端的负载Load1、开关进地，图2中车载电池管理系统的供电电压VCC依次通过开关、高端的负载Load1进地，其中的开关使用继电器实现并设计在BMS板内，负载Load1外接；通过控制开关的闭合为负载Load1供电。

上述车载电池管理系统实现供电控制时存在不具备自检功能的问题，因此当负载短路、开路、过载等故障情况时，车载电池管理系统无法获知相应故障情况。此外上述车载电池管理系统的控制精度低，不能进行高速PWM控制；并且当接入的负载为感性负载时会产生较大的电磁干扰。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种车载电池管理系统自检电路，以解决现有技术车载电池管理系统存在的不具备自检功能的问题。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种车载电池管理系统自检电路，其特征在于，包括并联用电阻、第一采样电阻串联构成的第一支路，由负载、MOS管、第二采样电阻串联构成的第二支路，以及由两个开关支路并联构成的第三支路；所述第二支路中负载、MOS管始终相邻，第二支路中负载一端与MOS管的源极或漏极连接，MOS管的栅极与车载电池管理系统中的控制电路连接；所述第一支路中的第一采样电阻与第二支路中的第二采样电阻共接接地，第一支路中的并联用电阻、第一采样电阻之间通过第三支路与第二支路中负载、MOS管之间连接；其中：

当第二支路中负载一端与MOS管的漏极连接时，MOS管的源极连接第二采样电阻，所述第一支路中的并联用电阻与第二支路中的负载另一端共接连接车载电池管理系统供电电压，此时用于低端供电控制时的自检；

当第二支路中负载一端与MOS管的源极连接时，负载另一端连接第二采样电阻，所述第一支路中的并联用电阻与第二支路中的MOS管漏极共接连接车载电池管理系统供电电压，此时用于高端供电控制时的自检。

所述的一种车载电池管理系统自检电路，负载并联连接有吸收网络，由吸收网络在负载为感性负载时吸收能量。

所述的一种车载电池管理系统自检电路，吸收网络包括通过阴极端反向串联的两个二极管，以及与其中一个二极管并联的电阻、电容。

所述的一种车载电池管理系统自检电路，第三支路中，每个开关支路分别由开关和检测电阻串联构成，其中一个开关串联的检测电阻阻值小于另一个开关串联的检测电阻阻值，由串联有较小阻值检测电阻的开关支路作为负载检测开关支路，由串联有较大阻值检测电阻的开关支路作为MOS管检测开关支路。

所述的一种车载电池管理系统自检电路，通过改变并联用电阻、两个开关支路中分压电阻中至少一者的阻值来调节测试精度。

所述的一种车载电池管理系统自检电路，车载电池管理系统中的控制电路不工作，且两个开关支路中的开关断开时，检测第一采样电阻的电压，基于第一采样电阻的电压能够计算得到车载电池管理系统供电电压。

所述的一种车载电池管理系统自检电路，车载电池管理系统中的控制电路工作但不向MOS管栅极输出驱动电平，使负载检测开关支路中开关闭合、MOS 管检测开关支路中开关断开，并检测第一采样电阻的电压，通过比较第一采样电阻的电压和车载电池管理系统供电电压，判断负载状态。

所述的一种车载电池管理系统自检电路，车载电池管理系统中的控制电路工作但不向MOS管栅极输出驱动电平，使负载检测开关支路中开关断开、MOS 管检测开关支路中开关闭合，并检测第二采样电阻的电压，通过第二采样电阻的电压判断MOS管状态。

所述的一种车载电池管理系统自检电路，车载电池管理系统中的控制电路工作并向MOS管栅极输出驱动电平，使负载检测开关支路中开关断开、MOS管检测开关支路中开关闭合，并检测此时第一采样电阻的电压，通过比较此时第一采样电阻的电压，以及车载电池管理系统中的控制电路不工作且两个开关均断开时第一采样电阻的电压，结合MOS管的状态判断车载电池管理系统中的控制电路工作的状态。

所述的一种车载电池管理系统自检电路，通过车载电池管理系统中的控制电路向MOS管栅极输出高频驱动电平，实现负载占空比的切换。

本实用新型中，通过检测采样电阻的电压，并配合开关支路中开关的切换开闭，能够用于低端负载或高端负载状态实现自检。同时本实用新型还可实现供电电压自检、电路中MOS管状态的自检、车载电池管理系统中控制电路的自检。

本实用新型中通过向MOS管输出高频驱动电平的方式，可实现负载占空比的切换，由此能够进行高速PWM控制，提高供电控制精度。

本实用新型中还通过在负载并联吸收网络，可以有效降低负载为感性负载时的电磁干扰，提高供电的稳定性。

本实用新型中，还可以按周期实时检测第二采样电阻的电压，当出现过流现象时，可高速断开MOS管(逐周期控制或峰值控制)，从而实现高速过流保护功能。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型电路具备检测负载的自检功能，可实现负载在短路、开路、过载情况下的自检。

进一步的本实用新型电路还可以实现车载电池管理系统中控制电路、供电电压以及本实用新型电路中开关器件MOS管的自检功能。

此外，通过本实用新型电路可实现高速调频控制，具有控制精度高的优点。并且本实用新型可在接入感性负载时直接板内抑制由感性负载产生的较大的电磁干扰。本实用新型还可以在过流时实现快速保护的功能。

本实用新型在非工作状态时，可使各开关器件不工作，所以本电路的静态功耗低，相对其他具备同等功能的电路，该电路有明显的成本优势。

附图说明

图1是现有车载电池管理系统用于低端负载供电控制原理图。

图2是现有车载电池管理系统用于高端负载供电控制原理图。

图3是本实用新型用于车载电池管理系统低端负载供电控制时的电路原理图。

图4是本实用新型用于车载电池管理系统高端负载供电控制时的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本实用新型一种车载电池管理系统自检电路，可用于车载电池管理系统低端负载供电控制和高端负载供电控制。用于低端负载供电控制时和高端负载供电控制时的本实用新型电路基本相同，所区别的是MOS管和负载的位置。

如图3所示，本实用新型用于低端负载供电控制时的电路结构包括并联用电阻R4、第一采样电阻R5串联构成的第一支路，由负载Load1、MOS管Q1、第二采样电阻R6串联构成的第二支路，以及由两个开关支路并联构成的第三支路。第一支路中并联用电阻R4一端与第一采样电阻R5一端连接。第二支路中MOS 管Q1可使用N沟道MOS管，负载Load1一端与MOS管Q1的漏极D连接， MOS管Q1的源极S与第二采样电阻R6一端连接。第一支路中电阻R4另一端与第二支路中负载Load1另一端共接连接车载电池管理系统供电电压VCC，第一支路中第一采样电阻R5另一端与第二支路中第二采样电阻R6另一端共接接地。车载电池管理系统中的控制电路与MOS管Q1的栅极G连接，由车载电池管理系统中的控制电路向MOS管Q1的栅极G输出驱动电平。

第三支路中其中一个开关支路由开关K1和第一检测电阻R1串联构成，另一个开关支路由开关K2和第二检测电阻R2串联构成，开关K1、K2可为但不限于光MOS开关、MOS管继电器、二极管等，其中开关K1串联的第一检测电阻R1阻值小于开关K2串联的第二检测电阻R2阻值，由第一检测电阻R1、开关K1构成的开关支路作为负载检测开关支路，由第二检测电阻K2、开关K2构成的开关支路作为MOS管检测开关支路。两个开关支路并联后形成第三支路，第三支路一端连接至第一支路中的并联用电阻R4、第一采样电阻R5之间，第三支路另一端连接至第二支路中负载Load1、MOS管Q1漏极D之间。

负载Load1还并联连接有吸收网络，吸收网络包括通过阴极端反向串联的两个二极管D1、D2，二极管D1的阳极与负载Load1连接供电电压VCC的一端连接，二极管D2的阳极与负载Load1连接MOS管Q1漏极D的一端连接，二极管D1并联有电阻R3、电容C1。由吸收网络在负载为感性负载时吸收能量。

如图3所示，本实用新型用于高端负载供电控制时的电路结构包括并联用电阻R4、第一采样电阻R5串联构成的第一支路，由负载Load1、MOS管Q1、第二采样电阻R6串联构成的第二支路，以及由两个开关支路并联构成的第三支路。第一支路中并联用电阻R4一端与第一采样电阻R5一端连接。第二支路中MOS 管Q1可使用N沟道MOS管或P沟道的MOS管，负载Load1一端与MOS管 Q1的源极S连接，负载另一端与第二采样电阻R6一端连接。第一支路中电阻 R4另一端与第二支路中MOS管Q1的漏极D共接连接车载电池管理系统供电电压VCC，第一支路中第一采样电阻R5另一端与第二支路中第二采样电阻R6另一端共接接地。车载电池管理系统中的控制电路与MOS管Q1的栅极G连接，由车载电池管理系统中的控制电路向MOS管Q1的栅极G输出驱动电平。

第三支路中其中一个开关支路由开关K1和第一检测电阻R1串联构成，另一个开关支路由开关K2和第二检测电阻R2串联构成，开关K1、K2可为但不限于光MOS开关、MOS管继电器、二极管等，其中开关K1串联的第一检测电阻R1阻值小于开关K2串联的第二检测电阻R2阻值，由第一检测电阻R1、开关K1构成的开关支路作为负载检测开关支路，由第二检测电阻R2、开关K2构成的开关支路作为MOS管检测开关支路。两个开关支路并联后形成第三支路，第三支路一端连接至第一支路中的并联用电阻R4、第一采样电阻R5之间，第三支路另一端连接至第二支路中负载Load1、MOS管Q1源极S之间。

负载Load1还并联连接有吸收网络，吸收网络包括通过阴极端反向串联的两个二极管D1、D2，二极管D1的阳极与第二采样电阻R6接地的一端连接，二极管D2的阳极与负载Load1连接MOS管Q1源极S的一端连接，二极管D1并联有电阻R3、电容C1。由吸收网络在负载为感性负载时吸收能量。

可见，本实用新型用于低端和高端的区别在于MOS管Q1的位置，其中用于低端时MOS管Q1的源极S通过第二采样电阻R6接地，可以直接驱动MOS管(使用N沟道MOS管)。而用于高端时MOS管Q1的漏极D连接供电电压VCC，所以必须使用额外升压后才能驱动，或使用P沟道的MOS管，所以使得该种方式成本较高；但两种电路均可实现同样功能且控制逻辑相同，

本实用新型的电路工作原理如下：

本实用新型电路主要通过分别检测第一采样电阻R5、第二采样电阻R6两端的压降来识别负载及相关电路的状态，通过检测第二采样电阻R6的压降可以判断电路的电流从而进行相关的过流、短路保护；检测第一采样电阻R5的压降可以判断负载的短路、开路状态，以及MOS管Q1开关是否失效，其中通过改变第一检测电阻R1、第二检测电阻R2、并联用高电阻R4的阻值可以极大的改善测试精度。第一检测电阻R1为小阻值，其所在开关支路主要用于检测负载；第二检测电阻R2为大阻值，其所在开关支路主要用于检测MOS管。以下为详细控制及检测逻辑原理：

1、当车载电池管理系统的控制电路不工作时，MOS管Q1驱动为低电平，MOS 管Q1断开，开关K1、K2不闭合，实时检测第一检测电阻R5压降，记此时第一检测电阻R5的压降为VCC_0,通过VCC_0可计算出车载电池管理系统的供电电压，实现供电电压自检。

2、当车载电池管理系统的控制电路需要工作时，先不控制MOS管Q1即MOS 管Q不工作,先闭合开关K1，检测第一检测电阻R5压降，记此时第一检测电阻 R5的压降为VCC_K1,对比VCC_K1和VCC_0便可判断负载的状态如下：

A:负载Load1开路时,VCC_K1＝VCC_0；

B:负载Load1接触良好时，由于负载Load1与并联用电阻R4并联(忽略第一检测电阻R1极小的分压)，所以VCC_K1＞VCC_0；

C:当VCC_K1检测为满量程电压时，说明负载Load1短路。

由此可实现负载Load1状态的自检，完成以上判断后，断开开关K1。

3、检测第二采样电阻R6的压降,记此时第二检测电阻R6的压降为VR6_0：

A:当VR6_0＝0V时，MOS管Q1排除短路的可能，但不开除MOS管Q1开路的可能；

B:当VR6_0＞0V时，MOS管Q1短路。

由此可完成电路中MOS管Q1状态的自检。

4、通过上述检测后，确定负载Load1状态正常且MOS管Q1不短路后，控制 MOS管Q1驱动为高电平，MOS管Q1闭合，此时可实现负载Load1的正常供电。

5、当通过过程2的负载Load1检测后，确认负载Load1为开路的状态时，闭合开关K2及驱动MOS管Q1,检测第一采样电阻R5的压降，记时第一检测电阻 R5的压降为VCC_K2：

A:车载电池管理系统的控制电路失效或MOS管Q1开路时,VCC_K2＝VCC_0；

B:车载电池管理系统的控制电路失效或MOS管Q1良好时，由于第一采样电阻R5与第二检测电阻R2并联，所以VCC_K2＜VCC_0(忽略第二采样电阻R6极小的分压)。

由此可结合MOS管Q1的状态，实现车载电池管理系统控制电路的状态自检。

6、通过向MOS管Q1的栅极输送高频驱动电平以控制MOS管Q1的开关，可切换负载Load1的导通占空比，从而实现精细控制。

7、在开关周期中，通过每周期实时检测第二采样R6的压降，当出现过流，可以高速的断开MOS管Q1(逐周期控制或峰值控制)，由此可实现高速过流保护功能。

8、当负载Load1为感性负载时，MOS管Q1的状态切换会使OUT-的电压节点产生较大的磁场干扰，通过增加二极管D1和D2、电容C1、电阻R3组成的吸收网络可以把该节点电磁能量吸收并并已热能的形式消耗；

本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种车载电池管理系统自检电路，其特征在于，包括并联用电阻、第一采样电阻串联构成的第一支路，由负载、MOS管、第二采样电阻串联构成的第二支路，以及由两个开关支路并联构成的第三支路；所述第二支路中负载、MOS管始终相邻，第二支路中负载一端与MOS管的源极或漏极连接，MOS管的栅极与车载电池管理系统中的控制电路连接；所述第一支路中的第一采样电阻与第二支路中的第二采样电阻共接接地，第一支路中的并联用电阻、第一采样电阻之间通过第三支路与第二支路中负载、MOS管之间连接；其中：

当第二支路中负载一端与MOS管的漏极连接时，MOS管的源极连接第二采样电阻，所述第一支路中的并联用电阻与第二支路中的负载另一端共接连接车载电池管理系统供电电压，此时用于低端供电控制时的自检；

当第二支路中负载一端与MOS管的源极连接时，负载另一端连接第二采样电阻，所述第一支路中的并联用电阻与第二支路中的MOS管漏极共接连接车载电池管理系统供电电压，此时用于高端供电控制时的自检。

2.根据权利要求1所述的一种车载电池管理系统自检电路，其特征在于，所述负载并联连接有吸收网络，由吸收网络在负载为感性负载时吸收能量。

3.根据权利要求2所述的一种车载电池管理系统自检电路，其特征在于，所述吸收网络包括通过阴极端反向串联的两个二极管，以及与其中一个二极管并联的电阻、电容。

4.根据权利要求1所述的一种车载电池管理系统自检电路，其特征在于，所述第三支路中，每个开关支路分别由开关和检测电阻串联构成，其中一个开关串联的检测电阻阻值小于另一个开关串联的检测电阻阻值，由串联有较小阻值检测电阻的开关支路作为负载检测开关支路，由串联有较大阻值检测电阻的开关支路作为MOS管检测开关支路。

5.根据权利要求4所述的一种车载电池管理系统自检电路，其特征在于，通过改变并联用电阻、两个开关支路中分压电阻中至少一者的阻值来调节测试精度。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种车载电池管理系统自检电路，其特征在于，车载电池管理系统中的控制电路不工作，且两个开关支路中的开关断开时，检测第一采样电阻的电压，基于第一采样电阻的电压能够计算得到车载电池管理系统供电电压。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种车载电池管理系统自检电路，其特征在于，车载电池管理系统中的控制电路工作但不向MOS管栅极输出驱动电平，使负载检测开关支路中开关闭合、MOS管检测开关支路中开关断开，并检测第一采样电阻的电压，通过比较第一采样电阻的电压和车载电池管理系统供电电压，判断负载状态。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种车载电池管理系统自检电路，其特征在于，车载电池管理系统中的控制电路工作但不向MOS管栅极输出驱动电平，使负载检测开关支路中开关断开、MOS管检测开关支路中开关闭合，并检测第二采样电阻的电压，通过第二采样电阻的电压判断MOS管状态。

9.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种车载电池管理系统自检电路，其特征在于，车载电池管理系统中的控制电路工作并向MOS管栅极输出驱动电平，使负载检测开关支路中开关断开、MOS管检测开关支路中开关闭合，并检测此时第一采样电阻的电压，通过比较此时第一采样电阻的电压，以及车载电池管理系统中的控制电路不工作且两个开关均断开时第一采样电阻的电压，结合MOS管的状态判断车载电池管理系统中的控制电路工作的状态。

10.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种车载电池管理系统自检电路，其特征在于，通过车载电池管理系统中的控制电路向MOS管栅极输出高频驱动电平，实现负载占空比的切换。

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