CN115201643A - 一种低成本bms高压集成检测电路及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低成本BMS高压集成检测电路及检测方法，包括单体电压采集电路和高压采集电路；所述单体电压采集电路包括电池组和若干模拟前端，所述若干模拟前端之间通信连接，用于检测电池组各单体电芯电压；所述高压采集电路包括依次串联连接的电阻R1、R2、r，所述高压采集电路两端分别连接电池组的正负极；其中，电阻r与电池组负极处的单体电芯连接成闭合回路，与电池组负极连接的一个模拟前端用于采集电阻r上的电压。本发明支持电池组正、负同进存在绝缘故障时的绝缘电阻采集，且采集精度高，<±5％，高压部分采集电路集成度高，硬件成本低。
Description
技术领域
本发明属于动力电池领域，具体涉及一种低成本BMS高压集成检测电路及检测方法。
背景技术
BMS作为电动汽车三大核心技术之一，负责对电池组的检测、保护和充放电控制等功能。在电动汽车行业成本控制的大背景下，对于BMS的成本也有严格要求，而现有的BMS***中，高压检测、绝缘检测和粘连检测都是单独分开设置，各检测电路复杂，成本较高，目前还没有一种能够兼容单体电压采集、高压采集、继电器粘连检测、绝缘检测的高度集成电路。
发明内容
本发明的目的就在于为了降低BMS应用成本，而提供一种集成度高的兼容单体电压采集、高压采集、继电器粘连检测、绝缘检测的方案。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种低成本BMS高压集成检测电路，包括：
单体电压采集电路，其包括与电池组连接的若干模拟前端，所述若干模拟前端之间通信连接，用于检测电池组各单体电芯电压；
高压采集电路，其连接电池组的正负极，并包括依次串联连接的电阻R1、R2、r，其中电阻r两端分别与电池组负极处的单体电芯以及电池组负极连接的一个模拟前端连接；
所述高压集成检测电路还包括与所述高压采集电路并联的绝缘检测电路；
所述绝缘检测电路通过开关S3与电池包壳体连接，用于采集电池组正极、负极对所述电池包壳体的绝缘电阻Rp、Rn；
所述绝缘检测电路包括两个平衡电阻Rc和两个开关S1、S2，所述两个平衡电阻Rc分别通过开关S1、S2连接到电池组正、负极与电池包壳体之间。
作为本发明的进一步优化方案，所述集成电路还包括与所述高压采集电路并联的粘连检测电路，用于检测主正继电器K1和主负继电器K2是否存在触点粘连；
所述粘连检测电路包括采样电阻R3、R4，两个开关S4、S5以及主正继电器K1和主负继电器K2；
所述电阻R3通过开关S4和主正继电器K1与电阻R1或电阻R2连接，用于采集主正继电器K1的粘连状态；
所述电阻R4通过开关S5和主负继电器K2与电阻R1或电阻R2连接，用于采集主负继电器K2的粘连状态。
一种绝缘检测方法，所述绝缘检测方法采用上述的高压集成检测电路，该绝缘检测方法包括：
S101.断开S1、S2、S3、S4、S5，采集电阻r两端的电压u1；
S102.利用以下公式计算出电池组内总压U：
S201.闭合S1、S3，采集电阻r两端的电压u2，基于电压u2、电阻R1、R2、r、Rp、Rn、Rc得到方程一：
其中，Up、Un分别为闭合S1、S3时绝缘电阻Rp、Rn的两端电压；
S202.断开S1，闭合S2，再次采集电阻r两端的电压u3，基于电压u3、电阻R1、R2、r、Rp、Rn、Rc得到方程二：
其中，Up′、Un′分别为断开S1，闭合S2时绝缘电阻Rp、Rn的两端电压；
S203.联立方程一和方程二，得到绝缘电阻Rp、Rn：
基于所述绝缘电阻Rp、Rn评估绝缘质量。
一种继电器粘连检测方法，所述继电器粘连检测方法采用上述的高压集成检测电路，该继电器粘连检测方法包括：
S301.断开S1、S2、S3、S4、S5，采集电阻r上的电压，计算出电池组内总压Vpack；
S302.闭合S4，采集pack电压，记为Vpack′，基于预设的第一粘连条件，判断正极接触器是否发生粘连故障；
S303.断开S4，闭合S5，采集pack电压，记为Vpack″，基于预设的第二粘连条件，判断负极接触器是否发生粘连故障。
作为本发明的进一步优化方案，所述第一粘连条件为：假设R1＝R2＝R3＝R4，若Vpack′比Vpack大1/3，即若Vpack′＝Vpack*4/3，则正极继电器发生粘连故障，反之若Vpack′＝Vpack，则没有粘连故障。
作为本发明的进一步优化方案，所述第二粘连条件为：假设R1＝R2＝R3＝R4，若Vpack″比Vpack小1/3，即若Vpack″＝Vpack*2/3，则负极继电器发生粘连故障，反之若Vpack″＝Vpack，则没有粘连故障。
本发明的有益效果在于：
1)本发明具有单体采集、高压采集、绝缘监测、粘连检测功能，支持电池组正、负同进存在绝缘故障时的绝缘电阻采集，且采集精度高，<±5％；
2)本发明高压部分采集电路集成度高，硬件成本低。
附图说明
图1是本发明的整体集成电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
如图1所示，一种低成本BMS高压集成检测电路，包括单体电压采集电路、高压采集电路、绝缘检测电路和粘连检测电路，所述高压采集电路、绝缘检测电路和粘连检测电路通过开关S3与电池包壳体连接；
所述单体电压采集电路包括电池组和若干模拟前端，所述若干模拟前端AFE之间通信连接，用于检测电池组各单体电芯电压，模拟前端AFE包括AFE1…AFEn；
所述高压采集电路包括依次串联连接的电阻R1、R2、r，所述高压采集电路两端分别连接电池组的正极B+和负极B-；
其中，电阻r与电池组负极处的单体电芯连接成闭合回路，与电池组负极连接的一个模拟前端AFE1用于采集电阻r上电压，利用该电压能够推算出电池内总压和绝缘电阻，以及继电器粘连状态。
所述绝缘检测电路包括两个平衡电阻Rc和两个开关S1、S2，所述两个平衡电阻Rc分别通过开关S1、S2连接到电池组正、负极与电池包壳体之间，所述绝缘检测电路用于采集电池组正极、负极对所述电池包壳体的绝缘电阻Rp、Rn；
所述粘连检测电路包括采样电阻R3、R4，两个开关S4、S5以及主正继电器K1和主负继电器K2；所述电阻R3通过开关S4和主正继电器K1与电阻R1或电阻R2连接，用于采集主正继电器K1的粘连状态；所述电阻R4通过开关S5和主负继电器K2与电阻R1或电阻R2连接，用于采集主负继电器K2的粘连状态。
需要说明的是：上述集成电路，包括单体采集、高压采集、绝缘监测、粘连检测功能。
单体电压采集
采用上述集成电路能够采集单体电芯电压，方法为：利用若干模拟前端检测电池组各单体电芯电压。
高压采集
采用上述集成电路采集高压电压，方法为：
S101.断开S1、S2、S3、S4、S5，利用AFE1采集电阻r两端的电压，记为u1；
S102.利用以下公式计算出电池组内总压：
绝缘监测
采用上述集成电路进行绝缘检测，方法为：
S201.闭合S1、S3，采集电阻r两端的电压u2，基于电压u2、电阻R1、R2、r、Rp、Rn、Rc得到方程一：
其中，Up、Un分别为闭合S1、S3时电池组正极对电池包壳体的电压和电池组负极对电池包壳体的电压，也相当于分别是绝缘电阻Rp、Rn的两端电压；
S202.断开S1，闭合S2，再次采集电阻r两端的电压u3，基于电压u3、电阻R1、R2、r、Rp、Rn、Rc得到方程二：
其中，Up′、Un′分别为断开S1，闭合S2时电池组正极对电池包壳体的电压和电池组负极对电池包壳体的电压，也相当于分别是绝缘电阻Rp、Rn的两端电压；
S203.联立方程一和方程二，得到绝缘电阻Rp、Rn：
基于所述绝缘电阻Rp、Rn评估绝缘质量。
粘连检测
采用上述集成电路进行继电器粘连检测，方法为：
S301.断开S1、S2、S3、S4、S5，采集电阻r上的电压，计算出电池组内总压Vpack，计算方法见高压采集方法的步骤S102；
S302.闭合S4，采集pack电压，记为Vpack′，若Vpack′比Vpack大1/3，即若Vpack′＝Vpack*4/3，则正极继电器发生粘连故障，反之若Vpack′＝Vpack，则没有粘连故障；
S303.断开S4，闭合S5，采集pack电压，记为Vpack″，若Vpack″比Vpack小1/3，即若Vpack″＝Vpack*2/3，则负极继电器发生粘连故障，反之若Vpack″＝Vpack，则没有粘连故障；
需要注意的是，以上关于粘连条件阈值的判断以R1＝R2＝R3＝R4为前提，且考虑到继电器粘连电阻的影响，实际使用中，Vpack、Vpack’、Vpack″在做相应判断时，需要留有一定余量。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种低成本BMS高压集成检测电路，包括：
单体电压采集电路，其包括与电池组连接的若干模拟前端，所述若干模拟前端之间通信连接，用于检测电池组各单体电芯电压；
高压采集电路，其连接电池组的正负极，并包括依次串联连接的电阻R1、R2、r，其中电阻r两端分别与电池组负极处的单体电芯以及电池组负极连接的一个模拟前端连接；
其特征在于：
所述高压集成检测电路还包括与所述高压采集电路并联的绝缘检测电路；
所述绝缘检测电路通过开关S3与电池包壳体连接，用于采集电池组正极、负极对所述电池包壳体的绝缘电阻Rp、Rn；
所述绝缘检测电路包括两个平衡电阻Rc和两个开关S1、S2，所述两个平衡电阻Rc分别通过开关S1、S2连接到电池组正、负极与电池包壳体之间。
2.根据权利要求1所述的一种低成本BMS高压集成检测电路，其特征在于：所述集成电路还包括与所述高压采集电路并联的粘连检测电路；
所述粘连检测电路包括采样电阻R3、R4，两个开关S4、S5以及主正继电器K1和主负继电器K2；
所述电阻R3通过开关S4和主正继电器K1与电阻R1或电阻R2连接，用于采集主正继电器K1的粘连状态；
所述电阻R4通过开关S5和主负继电器K2与电阻R1或电阻R2连接，用于采集主负继电器K2的粘连状态。
3.一种绝缘检测方法，其特征在于：所述绝缘检测方法采用权利要求2所述的高压集成检测电路，该绝缘检测方法包括：
S101.断开S1、S2、S3、S4、S5，采集电阻r两端的电压u1；
S102.利用以下公式计算出电池组内总压U：
S201.闭合S1、S3，采集电阻r两端的电压u2，基于电压u2、电阻R1、R2、r、Rp、Rn、Rc得到方程一：
其中，Up、Un分别为闭合S1、S3时绝缘电阻Rp、R的两端电压；
S202.断开S1，闭合S2，再次采集电阻r两端的电压u3，基于电压u3、电阻R1、R2、r、Rp、Rn、Rc得到方程二：
其中，Up′、Un′分别为断开S1，闭合S2时绝缘电阻Rp、Rn的两端电压；
S203.联立方程一和方程二，得到绝缘电阻Rp、Rn：
基于所述绝缘电阻Rp、Rn评估绝缘质量。
4.一种继电器粘连检测方法，其特征在于：所述继电器粘连检测方法采用权利要求2所述的高压集成检测电路，该继电器粘连检测方法包括：
S301.断开S1、S2、S3、S4、S5，采集电阻r上的电压，计算出电池组内总压Vpack；
S302.闭合S4，采集pack电压，记为Vpack′，基于预设的第一粘连条件，判断正极接触器是否发生粘连故障；
S303.断开S4，闭合S5，采集pack电压，记为Vpack”，基于预设的第二粘连条件，判断负极接触器是否发生粘连故障。
5.根据权利要求4所述的一种继电器粘连检测方法，其特征在于：假设R1＝R2＝R3＝R4，所述第一粘连条件为：若Vpack′比Vpack大1/3，即若Vpack′＝Vpack*4/3，则正极继电器发生粘连故障，反之若Vpack′＝Vpack，则没有粘连故障。
6.根据权利要求4所述的一种继电器粘连检测方法，其特征在于：假设R1＝R2＝R3＝R4，所述第二粘连条件为：若Vpack”比Vpack小1/3，即若Vpack”＝Vpack*2/3，则负极继电器发生粘连故障，反之若Vpack”＝Vpack，则没有粘连故障。
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