CN219016550U - 一种电池管理系统中的高压环路互锁检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电池管理系统中的高压环路互锁检测电路，电池箱模块与BMS连接，BMS包括PWM模块、信号检测模块、MCU模块，信号检测模块包括三极管Q1、Q2、电阻R1、R2、R3、R4、R5和电容C1，Q1的集电极与电阻R1、R2连接，Q1的基极与R4连接，Q1的发射极与Q2的发射极连接，Q2的发射极与电阻R2、R3连接，Q2的基极与电阻R5连接，三极管Q1、Q2的发射极通过电阻R2、R3和电容C1与MCU模块连接，电阻R4、R5并联与PWM模块连接。有益效果：本实用新型实现了HIVL四种状态信号的采集和判断，当出现异常时及时采取响应措施，确保车辆及驾驶人员的安全。

Description

一种电池管理系统中的高压环路互锁检测电路

技术领域

本实用新型属于电池管理系统技术领域，尤其涉及一种电池管理系统中的高压环路互锁检测电路。

背景技术

高压环路互锁是电池管理系统(BMS)上的一项重要功能，目的是检测高压回路中高压连接器的连接状态，一旦低压信号中断，说明某个高压连接器有松动或者脱落。现有实际应用中较为简单的做法是只能判断开路状态，不能识别信号的对电源、对地状态。电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)电池管理系统(BMS)是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，可用于电动汽车，电瓶车，机器人，无人机等。此外，BMS还是电脑音乐游戏文件通用的一种存储格式和新一代的电信业务管理系统名。常规HIVL环路互锁检测实现主要分为以下两种：1.电平型：通过对输入电缆的高低电平的判断来确定是否连接，缺陷是不能区别对地短路和断路；2.PWM型：解决线缆对地短路或者对电源短路的诊断功能，缺陷是不能识别断路和接地状态。

授权公告号为CN 217156660 U的专利文献公开了一种基于电阻分压的高压环路互锁检测电路，包括高压环路互锁系统，还包括第一电阻、第二电阻、第一电压监测装置以及第二电压监测装置，第一电阻一端与高压环路互锁系统的输出端连接，另一端连接到供电电源，第二电阻一端与高压环路互锁系统的输入端连接，另一端接地；第一电压监测装置一端与高压环路互锁系统输出端连接，另一端接地端，第二电压监测装置与第二电阻并联；第一电阻和第二电阻的配阻使高压环路互锁系统的输入、输出端口可短路到电源或短路到地，使供电电源输入、输出短接时输入点为高电平。上述专利技术需要消耗检测芯片(如单片机)两路AD采样通道，浪费资源。授权公告号为CN 107255782 B的专利文献公开了一种高压互锁检测电路和互锁信号检测方法，包括微控制单元、高压互锁回路、高压互锁检测电路输出端系统和高压互锁检测电路输入端系统。微控制单元上设置有多个接口。高压互锁回路包括输入端和输出端。高压互锁检测电路输出端系统和高压互锁检测电路输入端系统的一端分别与微控制单元的两个接口连接，另一端分别与高压互锁回路的输入端和输出端连接。高压互锁检测电路输入端系统和高压互锁检测电路输出端系统通过检测高压互锁回路上的电流信号来实现对高压互锁信号的检测。上述专利技术检测电路消耗元器件资源多。授权公告号为CN 215728549 U的专利文献公开了一种新能源汽车高压环路互锁检测电路，属于新能源汽车电池管理技术领域，包括：高压零部件，其设有两个高压零部件环路，两个高压零部件环路内分别设有开关S1和开关S2的等效电路；以及BMS电池管理系统。本实用新型应用于电池管理系统采用硬件闭合回路设计，可以有效的检测出高压互锁环路上的短电源、短地及开路故障并带有对自身输出的回采判断，使用恒流源芯片TPS92612，输出恒定电流10mA，后级7个电阻串联到地，通过总回路的电流不变，当并联不同阻值时，分得的电压不同，从环路上电阻分压的情况，判断出高压互锁环路的连接状态。上述专利技术需要消耗检测芯片(如单片机)7路AD采样通道，浪费资源。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术中的不足，提供一种电池管理系统中的高压环路互锁检测电路,节约MCU端口资源,仅使用单片机一个端口，即可识别线缆良好接触、对地短路、对电源短路和线缆断路四种状态。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种电池管理系统中的高压环路互锁检测电路，包括电池箱模块，其特征是：所述电池箱模块与电池管理系统模块(BMS)连接，所述电池管理系统模块包括信号发生模块(PWM)、信号检测模块、MCU处理模块，所述信号检测模块包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、R2、R3、R4、R5和电容C1，所述三极管Q1的集电极与电阻R1、R2连接，三极管Q1的基极与R4连接，三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射极连接，所述三极管Q2的发射极与电阻R2、R3连接，三极管Q2的基极与电阻R5连接，并构成信号检测模块的比较电路，所述三极管Q1、Q2的发射极通过电阻R2、R3和电容C1与MCU处理模块连接，所述信号检测模块中电阻R4、R5并联与信号发生模块输入端口连接。

所述三极管Q1的集电极通过电阻R1与VCC供电5V连接。

所述三极管Q2的集电极、电阻R3和电容C1同时接地线。

所述信号发生模块将信号通过低压线束X’输出，电池管理系统模块的Y’端口作为外部PWM信号输入端口，连接电阻R4的1管脚和电阻R5的1管脚。

所述电池箱模块包括多个串并连的电池单体，电池箱模块提供与车辆连接的高压输出连接端口P+和P-。

所述电池箱模块通过手动维护开关(MSD)与电池管理系统模块连接。

所述手动维护开关内置高压保险丝及高压互锁低压接头X Y。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型实现了HIVL四种状态信号(正常、对电源短路、对地短路、悬空)的采集和判断，当出现异常时及时采取响应措施，确保车辆及驾驶人员的安全。解决了常规HIVL环路互锁检测的瓶颈问题。

附图说明

图1是本实用新型电路连接图；

图2是本实用新型的工作框图。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式详述如下：详见附图，本实施例提供了一种电池管理系统中的高压环路互锁检测电路，包括电池箱模块，所述电池箱模块与电池管理系统模块(BMS)连接，所述电池管理系统模块包括信号发生模块(PWM)、信号检测模块、MCU处理模块，所述信号检测模块包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、R2、R3、R4、R5和电容C1，所述三极管Q1的集电极与电阻R1、R2连接，三极管Q1的基极与R4连接，三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射极连接，所述三极管Q2的发射极与电阻R2、R3连接，三极管Q2的基极与电阻R5连接，并构成信号检测模块的比较电路，所述三极管Q1、Q2的发射极通过电阻R2、R3和电容C1与MCU处理模块连接，所述信号检测模块中电阻R4、R5并联与信号发生模块输入端口连接。所述三极管Q2的集电极、电阻R3和电容C1同时接地线。所述三极管Q1的集电极通过电阻R1与VCC供电5V连接。所述信号发生模块将信号通过低压线束X’输出，电池管理系统模块的Y’端口作为外部PWM信号输入端口，连接电阻R4的1管脚和电阻R5的1管脚。

本实施例的优选方案是，所述电池箱模块包括多个串并连的电池单体，电池箱模块提供与车辆连接的高压输出连接端口P+和P-。

本实施例的优选方案是，所述电池箱模块通过手动维护开关(MSD)与电池管理系统模块连接。

本实施例的优选方案是，所述手动维护开关内置高压保险丝及高压互锁低压接头X Y。

工作过程

一、HIVL信号正常检测流程：

初始化MCU的IN_1端口为数字模式

信号发生模块输出波形信号的电压5V、频率100Hz、占空比50％，通过X’端口输出，经过MSD的X Y，再回到BMS的输入端口Y’，

(1)当Y’收到的信号是高电平时，信号经过电阻R4，接入三极管Q1基极B，三级管Q1导通，同时信号经过R5，接入三极管Q2基极B，三级管Q2截止；

VCC供电5V信号经过电阻R1、三级管Q1的集电极C、三级管Q1的发射极E、电阻R3接入到地线，MCU的IN_1得到高电平信号；

(2)当Y’收到的信号是低电平时，信号经过电阻R4，接入三极管Q1基极B，三级管Q1截止，同时信号经过R5，接入三极管Q2基极B，三级管Q2导通；

VCC供电5V信号经过电阻R1、电阻R2、三级管Q2的发射极E、三级管Q2的集电极C接入到地线，MCU的IN_1得到电压信号是低电平信号；

以上将正常HIVL检测流程进行说明，MCU的IN_I端口可以正常接收到PWM信号。

二、HIVL信号对电源短路检测流程：

初始化MCU处理模块的IN_1端口为模拟模式；

当MCU处理模块的IN_1端口判断PWM信号接收异常时，将MCU处理模块的IN_1端口重新初始化为模拟模式；

当HIVL信号对电源短路发生后，高电平信号经过Y’进入到BMS检测电路中；

当Y’收到的信号是高电平时，信号经过电阻R4，接入三极管Q1基极B，三级管Q1导通，同时信号经过R5，接入三极管Q2基极B，三级管Q2截止；

VCC供电5V信号经过电阻R1、三级管Q1的集电极C、三级管Q1的发射极E、电阻R3接入到地线

MCU处理模块的IN_1得到电压信号VCC*R3/(R1+R3)，经过模拟采样进行换算，可以判断HIVL信号发生对电源短路。

三、HIVL信号对地短路检测流程：

初始化MCU的IN_1端口为模拟模式；

当MCU处理模块的IN_1端口判断PWM信号接收异常时，将MCU处理模块的IN_1端口重新初始化为模拟模式；

当HIVL信号对地短路发生后，低电平信号经过Y’进入到BMS检测电路中；

当Y’收到的信号是低电平时，信号经过电阻R4，接入三极管Q1基极B，三级管Q1截止，同时信号经过R5，接入三极管Q2基极B，三级管Q2导通；

VCC供电5V信号经过电阻R1、电阻R2、三级管Q2的发射极E、三级管Q2的集电极C接入到地线，

MCU处理模块的IN_1得到电压信号是地信号，经过模拟采样进行换算，可以判断HIVL信号发生对地短路。

四、HIVL信号悬空(开路)检测流程：

初始化MCU的IN_1端口为模拟模式；

当MCU处理模块的IN_1端口判断PWM信号接收异常时，将MCU处理模块的IN_1端口重新初始化为模拟模式；

当HIVL信号处于悬空状态发生后，经过Y’进入到BMS检测电路中，信号经过电阻R4，接入三极管Q1基极B，三级管Q1截止，同时信号经过R5，接入三极管Q2基极B，三级管Q2截止；

VCC供电5V信号经过电阻R1、电阻R2、电阻R3接入到地线，

MCU处理模块的IN_1得到电压信号是VCC*R3/(R1+R2+R3)，经过模拟采样进行换算，可以判断HIVL信号悬空(开路)。

仅用MCU处理模块一个端口资源，即可实现了HIVL四种状态信号的采集。

上述参照实施例对一种电池管理系统中的高压环路互锁检测电路的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本实用新型总体构思下的变化和修改，应属本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电池管理系统中的高压环路互锁检测电路，包括电池箱模块，其特征是：所述电池箱模块与电池管理系统模块BMS连接，所述电池管理系统模块包括信号发生模块PWM、信号检测模块、MCU处理模块，所述信号检测模块包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、R2、R3、R4、R5和电容C1，所述三极管Q1的集电极与电阻R1、R2连接，三极管Q1的基极与R4连接，三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射极连接，所述三极管Q2的发射极与电阻R2、R3连接，三极管Q2的基极与电阻R5连接，并构成信号检测模块的比较电路，所述三极管Q1、Q2的发射极通过电阻R2、R3和电容C1与MCU处理模块连接，所述信号检测模块中电阻R4、R5并联与信号发生模块输入端口连接。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统中的高压环路互锁检测电路，其特征是：所述三极管Q1的集电极通过电阻R1与VCC供电5V连接。

3.根据权利要求1所述的电池管理系统中的高压环路互锁检测电路，其特征是：所述三极管Q2的集电极、电阻R3和电容C1同时接地线。

4.根据权利要求1所述的电池管理系统中的高压环路互锁检测电路，其特征是：所述信号发生模块将信号通过低压线束X’输出，电池管理系统模块的Y’端口作为外部PWM信号输入端口，连接电阻R4的1管脚和电阻R5的1管脚。

5.根据权利要求1所述的电池管理系统中的高压环路互锁检测电路，其特征是：所述电池箱模块包括多个串并连的电池单体，电池箱模块提供与车辆连接的高压输出连接端口P+和P-。

6.根据权利要求1或5所述的电池管理系统中的高压环路互锁检测电路，其特征是：所述电池箱模块通过手动维护开关MSD与电池管理系统模块连接。

7.根据权利要求6所述的电池管理系统中的高压环路互锁检测电路，其特征是：所述手动维护开关内置高压保险丝及高压互锁低压接头。

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