CN215267738U - 一种电池被动均衡状态诊断电路系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池被动均衡状态诊断电路系统，包括电池前端监控芯片和状态采集光耦，所述电池前端监控芯片上连接有若干个均衡回路，所述均衡回路用于并联在若干个单体电芯上，均衡回路和单体电芯一一对应；状态采集光耦的驱动端串联在均衡回路中，所述状态采集光耦的发射极接地，所述状态采样光耦的集电极和微处理器连接，所述微处理器和电池前端监控芯片通讯连接，所述微处理器用于监测状态采集光耦的导通状态、接收电池前端监控芯片传输的单体电芯的电压信息并向电池前端监控芯片传递电池均衡指令，所述电池前端监控芯片还用于均衡电路开启或关闭。本实用新型极大提升了诊断精度和速率。

Description

一种电池被动均衡状态诊断电路系统

技术领域

本实用新型属于电池的技术领域，具体属于一种电池被动均衡状态诊断电路系统。

背景技术

当前储能系统由多个电池簇组成，每个电池簇由多个电池模组串联组成，每个电池模组又由多个单体电芯串联组成。

电池簇中单体电芯串联数量较多，由于电池配组差异、电池内阻、使用周期等因素，极易造成单体电芯间的容量不均衡，这就要求电池管理系统需具备均衡功能，以使电芯间的容量最大限度达到平衡状态。目前电池管理系统中普遍使用被动均衡电路，然而被动均衡电路相当于通过MOS把一个电阻并联到电芯两端用以给电芯放电，被动均衡使用不当极易造成均衡回路失效，使电芯处于微短路放电状态，严重情况下会造成单体电芯过放。

目前，电池管理系统中，普遍没有对电池均衡回路的硬件诊断方法，主要是在电池静置时，通过软件对电芯电压的下降趋势比较，当某一节电芯电压的下降趋势超过同模组中其他电芯一定阈值时，粗略判断该电芯对应的均衡回路存在异常。这种方法诊断效率低，误差大，非常容易产生故障误报，给系统使用造成负面影响。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种电池被动均衡状态诊断电路系统，解决目前电池管理系统中，均衡电路的诊断方法效率低，误差大，非常容易产生故障误报，给系统使用造成负面影响。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种电池被动均衡状态诊断电路系统，其特征在于，包括电池前端监控芯片和状态采集光耦，所述电池前端监控芯片上连接有若干个均衡回路，所述均衡回路用于并联在若干个单体电芯上，均衡回路和单体电芯一一对应；

所述状态采集光耦的驱动端串联在均衡回路中，所述状态采集光耦的发射极接地，所述状态采样光耦的集电极和微处理器连接，所述微处理器和电池前端监控芯片通讯连接，所述微处理器用于监测状态采集光耦的导通状态、接收电池前端监控芯片传输的单体电芯的电压信息并向电池前端监控芯片传递电池均衡指令，所述电池前端监控芯片还用于均衡电路开启或关闭。

进一步的，所述均衡回路包括均衡MOS管和第一电阻，所述均衡MOS管的源极和单体电芯的正极连接，所述均衡MOS管的栅极和电池前端监控芯片的均衡控制接口连接，所述均衡MOS管的漏极和第一电阻的正极连接，所述状态采集光耦串联在均衡MOS管的漏极和第一电阻之间，所述第一电阻的负极和单体电芯的负极连接。

进一步的，所述状态采集光耦的阳极和均衡MOS管的漏极连接，所述状态采集光耦的阴极和第一电阻的正极连接。

进一步的，所述单体电芯的正极还和电池前端监控芯片的电芯电压采集接口连接。

进一步的，所述单体电芯的正极和电池前端监控芯片的电芯电压采集接口连接的线路上还串联有第二电阻，所述第二电阻和电芯电压采集接口的线路上连接有电容，所述电容接地。

进一步的，状态采样光耦的集电极和微处理器的连接线路上还连接有第三电阻，第三电阻还连接电源。

进一步的，所述微处理器还和监控平台通讯连接，当微处理器未下达均衡指令且状态采集光耦处于导通状态时，所述微处理器为诊断到异常信息状态，所述微处理器用于将异常信息传输至监控平台。

进一步的，所述微处理器和电池前端监控芯片通过SPI通讯连接。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种电池被动均衡状态诊断电路系统，通过电池前端监控芯片和微处理器组成软件方面的诊断结构，通过在均衡回路上串联状态采集光耦，状态采集光耦的集电极和微处理器连接，通过微处理器能够监测状态采集光耦的导通状态，因均衡回路失效的特性表现为短路，当微处理器未向电池前端监控芯片下发均衡指令时，若均衡回路失效，则状态采集光耦开始工作，状态采集光耦的集电极和发射极导通，此时因为未下发均衡指令，但微处理器检测到了均衡状态，则认为均衡回路存在失效情况，均衡回路对应每个单体电芯设有若干个，每个均衡回路上都设有状态采集光耦，均衡回路的状态能够通过状态采集光耦迅速反应，诊断效率高，而且每个均衡回路上均设有状态采集光耦，采用光耦方式诊断，当因均衡MOS失效时，诊断电流最低可识别到1mA，极大提升了诊断精度，同时对于均衡回路的微短路也可以有效识别，同时能够减少误报误差，对于均衡回路的检测更加准确，减少故障误报的情况，提升系统使用的正面影响。

进一步的，电池前端监控芯片能够实时收集单体电芯的电压信息，微处理器实时进行监控，在某一节或多节单体电芯的电池电压高于系统平均值一定阈值时，微处理器能够向电池前端监控芯片发送对应电池均衡指令，电池前端监控芯片能够通过均衡MOS管以及第一电阻对故障电池进行放电，以使电池电压接近系统平均电压，方便快捷。

进一步的，单体电芯的正极和电池前端监控芯片的电芯电压采集接口连接的线路上连接第二电阻和电容，通过第二电阻和电容组成阻容滤波，防干扰，防止过流情况发生。

进一步的，状态采样光耦的集电极和微处理器的连接线路上连接有第三电阻，第三电阻作为提升电阻，能够在均衡MOS管处于未导通状态下，保证微处理器的均衡状态检测口处于高电平状态。

进一步的，微处理器和监控平台通讯后，在微处理器检测到异常状态后，能够通过通讯将诊断信息报警至监控平台提醒运维人员及时干预，同时对系统禁止充放电，以避免更严重的后果发生。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

附图中：1-均衡MOS管，2-状态采集光耦，3-第二电阻，4-电池前端监控芯片，5-监控平台，6-微处理器，7-电容，8-第三电阻。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型提供了一种电池被动均衡状态诊断电路系统，包括电池前端监控芯片4和状态采集光耦2，电池前端监控芯片4上连接有若干个均衡回路，均衡回路用于并联在若干个单体电芯上，均衡回路和单体电芯一一对应；状态采集光耦2的驱动端串联在均衡回路中，状态采集光耦2的发射极接地，状态采样光耦2的集电极和微处理器6连接，微处理器MCU和电池前端监控芯片4通过SPI(串行外设接口)通讯连接，微处理器6用于监测状态采集光耦2的导通状态、接收电池前端监控芯片4传输的单体电芯的电压信息并向电池前端监控芯片4传递电池均衡指令，电池前端监控芯片还用于均衡电路开启或关闭。

在本实施例中，如图1所示，示例为N个依次串联的单体电芯，其中只对单体电芯BAT1和单体电芯BAT2举例，单体电芯BAT3到单体电芯BATN的诊断电路系统忽略，电池前端监控芯片AFE和每个单体电芯并联，其中，均衡回路包括均衡MOS管1和第一电阻，本实施例中，Q1和Q2均为均衡MOS管1，R1和R2均为第一电阻，均衡MOS管1的源极和单体电芯的正极连接，单体电芯的正极还和电池前端监控芯片4的电芯电压采集接口连接，均衡MOS管1的栅极和电池前端监控芯片4的均衡控制接口连接，均衡MOS管1的漏极和第一电阻连接的线路上串联有状态采集光耦2的驱动端，其中，图中U1和U2均为状态采集光耦2，状态采集光耦2的1脚为阳极，状态采集光耦2的2脚为阴极，状态采集光耦2的3脚为发射极，状态采集光耦2的4脚为集电极；具体的，均衡MOS管1的漏极和状态采集光耦2的阳极连接，状态采集光耦2的阴极和第一电阻的正极连接，状态采集光耦2的发射极接地，状态采样光耦2的集电极和微处理器4的均衡状态检测口连接。

在本实施例中，单体电芯的正极和电池前端监控芯片4的电芯电压采集接口连接的线路上还串联有第二电阻3，第二电阻3和电芯电压采集接口的线路上连接有电容7，电容7还接地；本实施例中，R3、R4和R5均为第二电阻3，C1、C2和C3均为电容7，第二电阻3和电容7组成阻容滤波，起到抗干扰和防止过流现象的产生。

在本实施例中，状态采样光耦2的集电极和微处理器6的连接线路上还连接有第三电阻8，第三电阻8还连接电源；本实施例中，R6和R7均为第三电阻8，第三电阻8为上拉电阻的作用，保证均衡MOS管1未导通时，均衡状态检测口处于高电平状态，在均衡MOS管1为导通状态时，第三电阻8不起作用。

在本实施例中，微处理器6还和监控平台5通讯连接，当微处理器6未下达均衡指令且状态采集光耦处于导通状态时，微处理器6为诊断到异常信息状态，微处理器6用于将异常信息传输至监控平台5。

具体的，电池管理系统上电后，AFE采集整个系统内所有单体电芯电压，并通过SPI通讯将单体电芯的电压信息发给MCU，该数据实时进行刷新。当电池组充电或静置过程中，MCU检测到系统内某1节或几节单体电池电压高于系统平均值一定阈值后，MCU通过SPI给AFE下达对应电池均衡指令，AFE收到指令后控制相应的均衡MOS管导通，以原理示意图中BAT1

电池为例，AFE控制Q1导通后，电阻R1并联到BAT1两端对该电池进行放电，以使该电池电压接近于系统平均电压。

本诊断电路将状态采集光耦的1、2脚反光二极管驱动端串联到均衡电路中，MCU未下发均衡指令前，均衡回路不工作，状态采集光耦不工作，MCU状态检测端口呈高电平状态；当MCU下发均衡指令后，均衡回路有效，状态采集光耦的发光二极管驱动状态采集光耦的3、4脚导通，MCU状态检测端口呈低电平状态，此时，MCU检测出均衡回路处于工作状态。

因MOS管失效的特性表现为短路，当MCU未下发均衡指令时，一旦均衡MOS管失效，则状态采集光耦开始工作，3、4脚导通，MCU状态检测端口同样呈低电平状态。此时因为未下发均衡指令，但MCU检测到了均衡状态，则认为均衡MOS失效。MCU诊断到这种异常状态后，通过通讯将诊断信息报警至监控平台提醒运维人员及时干预，同时对系统禁止充放电，以避免更严重的后果发生。

本实用新型使用光耦方式检测均衡回路工作状态，具体的，将状态采集光耦原边驱动端串联到均衡回路中，通过均衡回路工作时均衡电流点亮状态采集光耦的发光二极管，驱动状态采集光耦3、4脚导通用以MCU检测均衡回路工作状态。而且相比于现有技术，本方案实现了均衡回路硬件检测与MCU软件逻辑协同，确定均衡MOS管的失效状态；以硬件为主、软件硬件结合的诊断方式，诊断可靠性、准确性有了绝对提高，极大提升了电池系统的安全性，有效避免因均衡MOS管失效造成的电池过放；同时，采用光耦方式诊断，当因均衡MOS失效时，诊断电流最低可识别到1mA，极大提升了诊断精度，同时对于均衡回路的微短路也可以有效识别。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电池被动均衡状态诊断电路系统，其特征在于，包括电池前端监控芯片(4)和状态采集光耦(2)，所述电池前端监控芯片(4)上连接有若干个均衡回路，所述均衡回路用于并联在若干个单体电芯上，均衡回路和单体电芯一一对应，所述均衡回路用于补偿单体电芯的电压；

所述状态采集光耦(2)的驱动端串联在均衡回路中，所述状态采集光耦(2)的发射极接地，所述状态采集光耦(2)的集电极和微处理器(6)连接，所述微处理器(6)和电池前端监控芯片(4)通讯连接，所述微处理器(6)用于监测状态采集光耦(2)的导通状态、接收电池前端监控芯片(4)传输的单体电芯的电压信息并向电池前端监控芯片(4)传递电池均衡指令，所述电池前端监控芯片(4)还用于均衡电路开启或关闭。

2.根据权利要求1所述的一种电池被动均衡状态诊断电路系统，其特征在于，所述均衡回路包括均衡MOS管(1)和第一电阻，所述均衡MOS管(1)的源极和单体电芯的正极连接，所述均衡MOS管(1)的栅极和电池前端监控芯片(4)的均衡控制接口连接，所述均衡MOS管(1)的漏极和第一电阻的正极连接，所述状态采集光耦(2)串联在均衡MOS管(1)的漏极和第一电阻正极之间，所述第一电阻的负极和单体电芯的负极连接。

3.根据权利要求2所述的一种电池被动均衡状态诊断电路系统，其特征在于，所述状态采集光耦(2)的阳极和均衡MOS管(1)的漏极连接，所述状态采集光耦(2)的阴极和第一电阻的正极连接。

4.根据权利要求2所述的一种电池被动均衡状态诊断电路系统，其特征在于，所述单体电芯的正极还和电池前端监控芯片(4)的电芯电压采集接口连接。

5.根据权利要求4所述的一种电池被动均衡状态诊断电路系统，其特征在于，所述单体电芯的正极和电池前端监控芯片(4)的电芯电压采集接口连接的线路上还串联有第二电阻(3)，所述第二电阻(3)和电芯电压采集接口的线路上连接有电容(7)，所述电容(7)接地。

6.根据权利要求1所述的一种电池被动均衡状态诊断电路系统，其特征在于，状态采集光耦(2)的集电极和微处理器(6)的连接线路上还连接有第三电阻(8)，第三电阻(8)还连接电源。

7.根据权利要求1所述的一种电池被动均衡状态诊断电路系统，其特征在于，所述微处理器(6)还和监控平台(5)通讯连接，当微处理器(6)未下达均衡指令且状态采集光耦(2)处于导通状态时，所述微处理器(6)为诊断到异常信息状态，所述微处理器(6)用于将异常信息传输至监控平台(5)。

8.根据权利要求1所述的一种电池被动均衡状态诊断电路系统，其特征在于，所述微处理器(6)和电池前端监控芯片(4)通过SPI通讯连接。

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