CN207924106U - 一种电池管理***及其电池断线检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池断线检测电路，包括电池模块、采样模块和电压检测模块；电池模块包括N个电池单元；第K电池单元包括第K电池、第一电阻和电容；第K电池的正极分别与第K+1电池的负极和第一电阻的第一端连接；第一电阻的第二端与电容的正极连接，并作为第K检测端；电容的负极连接参考信号端；采样模块包括N个检测支路；第K检测支路用于与第K检测端和第K‑1检测端连接形成电流通路以便输出第K电压信号；电压检测模块用于在第K电压信号满足预设条件时输出第K断线信号。本申请所提供的电池断线检测电路结构简单，并且可平衡各个电池所消耗的电流，提高电池组使用寿命。本申请还公开了一种电池管理***，也具有上述有益效果。

Description

一种电池管理***及其电池断线检测电路

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别涉及一种电池管理***及其电池断线检测电路。

背景技术

电池管理***(Battery Management System，BMS)是用于对电池组进行充/放电保护、均衡保护等的电路***，对于电池组的安全问题至关重要。

一旦电池与电池管理***的主芯片之间的采样线断开，电池管理***的主芯片将采集不到正确的单体电池电压，因而无法对电池进行正常的保护。因此，关于电池的断线检测十分重要。

然而，现有技术中的电池断线检测电路要么太过于复杂，要不无法解决各个电池的消耗电流的均衡问题，导致电池组的使用寿命大大降低。

由此可见，采用何种结构简单并同时可均衡各个电池消耗电流的电池断线检测电路，以提高电池组使用寿命，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种结构简单并同时可均衡各个电池消耗电流的电池断线检测电路，以便有效地提高电池组使用寿命。

为解决上述技术问题，本申请提供一种电池断线检测电路，包括电池模块、采样模块和电压检测模块；其中；

所述电池模块包括第一电池单元至第N电池单元；所述第K电池单元包括第K电池、第一电阻和电容；所述第一电池的负极连接参考信号端；所述第K电池的正极分别与所述第K+1电池的负极和所述第一电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端与所述电容的正极连接，并作为第K检测端；所述电容的负极连接所述参考信号端；N为正整数，K为不大于N的正整数；

所述采样模块包括第一检测支路至第N检测支路；所述第K检测支路用于与所述第K检测端和所述第K-1检测端连接形成电流通路；并在所述电流通路形成时输出第K电压信号；所述第K电压信号为所述第K检测端与所述第K-1检测端之间的电压差信号；所述第一电压信号为所述第一检测端与所述参考信号端之间的电压差信号；

所述电压检测模块用于接收所述第K电压信号，并在所述第K电压信号满足预设条件时输出第K断线信号，以便表示所述第K电池正极的采样线断线。

可选地，所述参考信号端为接地端。

可选地，所述电池断线检测电路还包括第一开关控制模块；

所述第K检测支路包括第K下检测支路和第K上检测支路；所述第K下检测支路包括串联的第一可控开关管和第一电流源；所述第K下检测支路的第一端与所述第K检测端连接，第二端与所述参考信号端连接；

所述第K上检测支路包括串联的第二可控开关管和第二电流源；所述第K上检测支路的第一端与所述第N检测端连接，第二端与所述第K-1检测端连接；

所述第一开关控制模块的第K输出端分别与所述第K检测支路的所述第一可控开关管的控制端和所述第二可控开关管的控制端连接，用于控制所述第一可控开关管和所述第二可控开关管闭合以便形成所述电流通路。

可选地，所述第一开关控制模块的各个第奇数个输出端所输出的信号相同，各个第偶数个输出端所输出的信号相同。

可选地，所述电池断线检测电路还包括第二开关控制模块；

所述第K检测支路包括串联的第三可控开关管和第二电阻；所述第K检测支路的第一端与所述第K检测端连接，第二端与所述第K-1检测端连接；

所述第二开关控制模块的第K输出端与所述第K检测支路的第三可控开关管的控制端连接，用于控制所述第三可控开关管闭合以便形成所述电流通路。

可选地，所述电压检测模块包括第一电压检测单元至第N电压检测单元；

所述第一电压检测单元的第一输入端连接所述参考信号端，所述第K电压检测单元的第二输入端分别与所述第K检测端和所述第K+1电压检测单元的第一输入端连接；

所述第K电压检测单元用于接收所述第K电压信号，并在所述第K电压信号小于预设阈值时输出所述第K断线信号，以便表示所述第K电池正极的采样线断线。

可选地，所述电压检测模块包括电压移位电路和多输入比较器电路；

所述电压移位电路用于接收并根据所述第K电压信号输出第K转换信号至所述多输入比较器电路的第K正相输入端，所述第K转换信号为相对于参考信号端的电压信号；

所述多输入比较器的反相输入端与基准电压源连接；用于在所述第K转换信号小于所述基准电压源的基准电压时输出所述第K断线信号，以便表示所述第K电池正极的采样线断线。

可选地，还包括断线输出模块；

所述断线输出模块用于接收并输出显示所述第K断线信号，以便提醒用户。

可选地，所述断线输出模块包括：

指示灯输出模块和/或蜂鸣器输出模块。

本申请还提供了一种电池管理***，包括如上所述的任一种电池断线检测电路。

本申请所提供的电池断线检测电路包括：电池模块、采样模块和电压检测模块；其中；所述电池模块包括第一电池单元至第N电池单元；所述第K电池单元包括第K电池、第一电阻和电容；所述第一电池的负极连接参考信号端；所述第K电池的正极分别与所述第K+1电池的负极和所述第一电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端与所述电容的正极连接，并作为第K检测端；所述电容的负极连接所述参考信号端；N为正整数，K为不大于N的正整数；所述采样模块包括第一检测支路至第N检测支路；所述第K检测支路用于与所述第K检测端和所述第K-1检测端连接形成电流通路；并在所述电流通路形成时输出第K电压信号；所述第K电压信号为所述第K检测端与所述第K-1检测端之间的电压差信号；所述第一电压信号为所述第一检测端与所述参考信号端之间的电压差信号；所述电压检测模块用于接收所述第K电压信号，并在所述第K电压信号满足预设条件时输出第K断线信号，以便表示所述第K电池正极的采样线断线。

可见，相比于现有技术，本申请所提供的电池断线检测电路结构简单，通过第K检测支路，可有效检测出电容在第K电池正极的采样线断线时的放电状态，进而可实现对电池的断线检测。另外，本申请所利用的第K检测支路可在第K检测端和第K-1检测端形成电流通路，通过合理的设置可实现各个电池所消耗的电流的平衡，进而提高电池组的使用寿命。本申请所提供的电池管理***包括上述电池断线检测电路，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例所提供的一种电池断线检测电路的电路结构；

图2为本申请实施例所提供的另一种电池断线检测电路的电路结构图；

图3为本申请实施例所提供的一种第一开关控制模块的输出时序图；

图4为本申请实施例所提供的又一种电池断线检测电路的电路结构图；

图5为本申请实施例所提供的再一种电池断线检测电路的电路结构图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种结构简单并同时可均衡各个电池消耗电流的电池断线检测电路，以便有效地提高电池组使用寿命。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种电池断线检测电路的电路结构图，主要包括电池模块11、采样模块12和电压检测模块13；其中；

电池模块11包括第一电池单元至第N电池单元；第K电池单元包括第K电池EK、第一电阻R1和电容CF；第一电池E1的负极连接参考信号端；第K电池EK的正极分别与第K+1电池E(K+1)的负极和第一电阻R1的第一端连接；第一电阻R1的第二端与电容CF的正极连接，并作为第K检测端BK；电容CF的负极连接参考信号端；N为正整数，K为不大于N的正整数；

采样模块12包括第一检测支路至第N检测支路；第K检测支路用于与第K检测端BK和第K-1检测端B(K-1)连接形成电流通路；并在电流通路形成时输出第K电压信号；第K电压信号为第K检测端BK与第K-1检测端B(K-1)之间的电压差信号；第一电压信号为第一检测端B1与参考信号端之间的电压差信号；

电压检测模块13用于接收第K电压信号，并在第K电压信号满足预设条件时输出第K断线信号，以便表示第K电池正极的采样线断线。

具体地，本申请主要是利用了电容的放电原理对电池与电池管理***主芯片之间的采样线的状态进行检测。如图1所示，在电池模块11中，第K电池EK的正极通过采样线与第一电阻R1连接后，接入电容CF的正极，而电容CF的负极接地。因此，当第K电池EK的正极的采样线正常时，在第K电池EK的作用下，电容CF正极的电位，即第K检测端BK的电位将维持在一个相对较高的电位；而当第K电池EK的正极的采样线断线时，电容CF将开始放电消耗电荷，因此，电容CF正极的电位，即第K检测端BK的电位将下降，低于正常时刻的电压值。而为了创造电容CF的放电通路，本申请为第K电池单元设置了第K检测支路，用于在第K检测端和第K-1检测端都形成电流通路，从而可以使得电容CF在电流通路形成时进行放电，进而使得第K检测支路所输出的第K电压信号降低。

可见，本申请实施例所提供的电池断线检测电路结构简单，通过第K检测支路，可有效检测出电容CF在第K电池EK正极的采样线断线时的放电状态，进而可实现对电池的断线检测。另外，本申请所利用的第K检测支路可在第K检测端和第K-1检测端形成电流通路，通过合理的设置可实现平衡各个电池所消耗的电流，进而提高电池组的使用寿命。

本申请所提供的电池断线检测电路，在上述实施例的基础上：

作为一种优选实施例，参考信号端为接地端。

具体地，本申请中所说的参考信号端可优选为通常所使用的接地端。

请参考图2，图2为本申请实施例所提供的另一种电池断线检测电路的电路结构图。

如图2所示，作为一种优选实施例，电池断线检测电路还包括第一开关控制模块14；

第K检测支路包括第K下检测支路和第K上检测支路；第K下检测支路包括串联的第一可控开关管Q1_K和第一电流源I1；第K下检测支路的第一端与第K检测端BK连接，第二端与参考信号端连接；

第K上检测支路包括串联的第二可控开关管Q2_K和第二电流源I2；第K上检测支路的第一端与第N检测端BN连接，第二端与第K-1检测端B(K-1)连接；

第一开关控制模块14的第K输出端分别与第K检测支路的第一可控开关管Q1_K的控制端和第二可控开关管Q2_K的控制端连接，用于控制第一可控开关管Q1_K和第二可控开关管Q2_K闭合以便形成电流通路。

具体地，本申请实施例中所提供的电池断线检测电路中，第K检测支路中的第一可控开关管Q1_K和第二可控开关管Q2_K同时由第一开关控制模块14的第K输出端所输出的控制信号来控制，即两者同时打开或者同时关闭。当需要对第K电池EK正极的采样线进行检测时，需要通过第一开关控制模块14令第K检测支路的第一可控开关管Q1_K和第二可控开关管Q2_K打开。

当两者同时导通时，第K下检测支路中一路电流从第K电池EK的正极流向参考信号端，第K上检测支路中另一路电流从第N电池EN的正极流向第K电池EK的负极。当第K电池EK正极的采样线断线时，电容CF沿着第K下检测支路放电，引起第K检测端BK的电位下降，从而可实现对第K电池EK的断线检测。

此外，令第一电流源I1和第二电流源I2的电流相等，不妨设为I_D。由于第K下检测支路中的电流流经了第一电池E1至第K电池EK，而第K上检测支路中的电流流经了第K电池EK至第N电池EN，因此，在整个电池组的断线检测过程中，各个电池中所消耗的电流是平衡的，如表1所示；其中，第二列表示在开关Q1_1和Q2_1导通时各个电池上所消耗的电流；第三列表示在开关Q1_2和Q2_2导通时各个电池上所消耗的电流，依次类推。

表1

	Q1_1和Q2_1	Q1_2和Q2_2	Q1_3和Q2_3	…	Q1_N和Q2_N
						第一电池	2*ID	ID	ID	…	ID
第二电池	ID	2*ID	ID	…	ID
						第三电池	ID	ID	2*ID	…	ID
…	…	…	…	…	…
						第N电池	ID	ID	ID	…	2*ID

需要补充的是，对于由第一可控开关管Q1_K和第一电流源I1串联构成的第K下检测支路，图2中只示出了一种连接方式，本领域技术人员也可同样根据实际应用情况，交换设置第一可控开关管Q1_K和第一电流源I1的相对位置；对于第K上检测支路同样亦然；本申请实施例对此并不限制。

作为一种优选实施例，第一开关控制模块14的各个第奇数个输出端所输出的信号相同，各个第偶数个输出端所输出的信号相同。

具体地，由于本申请实施例所提供的电池断线检测电路中，不相邻的两个检测支路彼此互相独立、互不影响，因此，在进行电池断线检测时，可以同时对不相邻的电池进行检测。例如，可同时将第奇数个检测支路上的第一可控开关管和第二可控开关管导通，以便对第奇数个电池进行断线检测；而在下一个检测时刻同时将第偶数个检测支路上的第一可控开关管和第二可控开关管导通，以便对第偶数个电池进行断线检测。

例如，若N为4，即共有四个电池单元和四个检测支路时，请参考图3，图3为本申请实施例所提供的一种第一开关控制模块14的输出时序图。其中，一个测试周期为t_DET，对某个电池的测试时长为t_SW。

请参考图4，图4为本申请实施例所提供的又一种电池断线检测电路的电路结构图。

如图4所示，作为一种优选实施例，电池断线检测电路还包括第二开关控制模块15；

第K检测支路包括串联的第三可控开关管Q3_K和第二电阻R2；第K检测支路的第一端与第K检测端BK连接，第二端与第K-1检测端B(K-1)连接；

第二开关控制模块15的第K输出端与第K检测支路的第三可控开关管Q3_K的控制端连接，用于控制第三可控开关管Q3_K闭合以便形成电流通路。

具体地，图4所示的电池断线检测电路，当第K电池EK正极的采样线断线时，电容CF沿着第三可控开关管Q3_K和电阻R2串联构成的第K检测支路放电，放电电流流向第K电池的负极，引起第K检测端的电位的下降，并同时能保证各个电池消耗电流的平衡。

类似地，如图4所示的电池断线检测电路同样可以同时对对多个互不相邻的电池进行断线检测，这里不再赘述。

需要补充的是，对于由第三可控开关管Q3_K和电阻R2串联构成的第K检测支路，图4中只示出了一种连接方式，本领域技术人员也可同样根据实际应用情况，交换设置第三可控开关管Q3_K和电阻R2的相对位置，本申请实施例对此并不限制。

如图2或者图4所示，作为一种优选实施例，电压检测模块13包括第一电压检测单元至第N电压检测单元；

第一电压检测单元的第一输入端连接参考信号端，第K电压检测单元的第二输入端分别与第K检测端和第K+1电压检测单元的第一输入端连接；

第K电压检测单元用于接收第K电压信号，并在第K电压信号小于预设阈值时输出第K断线信号，以便表示第K电池正极的采样线断线。

具体地，电压检测模块13可具体包括N各电压检测单元，分别用于各个电池的断线检测，在检测到第K电压信号低于预设阈值时输出第K断线信号。

请参考图5，图5为本申请实施例所提供的再一种电池断线检测电路的电路结构图。

如图5所示，作为一种优选实施例，电压检测模块13包括电压移位电路和多输入比较器电路；

电压移位电路用于接收并根据第K电压信号输出第K转换信号至多输入比较器电路的第K正相输入端，第K转换信号为相对于参考信号端的电压信号；

多输入比较器的反相输入端与基准电压源连接；用于在第K转换信号小于基准电压源的基准电压时输出第K断线信号，以便表示第K电池正极的采样线断线。

具体地，可首先采用电压移位电路将第K检测支路输出的第K电压信号转换为对参考信号端的电压信号，进而再由多输入比较器进行比较判断，若其低于基准电压源的基准电源，则输出第K断线信号，表示第K电池的正极的采样线出现断线情况。

如图5所示，作为一种优选实施例，还包括断线输出模块16；

断线输出模块16用于接收并输出显示第K断线信号，以便提醒用户。

为了增加电池断线检测电路的交互性，还可以设置断线输出模块16，以便将检测的结果直观地输出显示给用户。当然，其可以采用多种输出方式以便提醒用户。

作为一种优选实施例，断线输出模块16包括：

指示灯输出模块和/或蜂鸣器输出模块。

此外，还需说明的是，本申请中所提到的各个元器件的具体参数、型号等可由本领域技术人员根据实际使用情况自行选择并设置，本申请对此并不进行限定。

本申请还提供了一种电池管理***，包括以上任一实施例所介绍的电池断线检测电路。

本申请所提供的电池管理***的具体实施方式与上文所描述的电池断线检测电路可相互对应参照，这里就不再赘述。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的电路相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见电路部分说明即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、电路、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、电路、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、电路、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的电路及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池断线检测电路，其特征在于，包括电池模块、采样模块和电压检测模块；其中；

所述电池模块包括第一电池单元至第N电池单元；第K电池单元包括第K电池、第一电阻和电容；第一电池的负极连接参考信号端；所述第K电池的正极分别与第K+1电池的负极和所述第一电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端与所述电容的正极连接，并作为第K检测端；所述电容的负极连接所述参考信号端；N为正整数，K为不大于N的正整数；

所述采样模块包括第一检测支路至第N检测支路；第K检测支路用于与所述第K检测端和第K-1检测端连接形成电流通路；并在所述电流通路形成时输出第K电压信号；所述第K电压信号为所述第K检测端与所述第K-1检测端之间的电压差信号；第一电压信号为第一检测端与所述参考信号端之间的电压差信号；

所述电压检测模块用于接收所述第K电压信号，并在所述第K电压信号满足预设条件时输出第K断线信号，以便表示第K电池正极的采样线断线。

2.根据权利要求1所述的电池断线检测电路，其特征在于，所述参考信号端为接地端。

3.根据权利要求2所述的电池断线检测电路，其特征在于，所述电池断线检测电路还包括第一开关控制模块；

所述第K检测支路包括第K下检测支路和第K上检测支路；所述第K下检测支路包括串联的第一可控开关管和第一电流源；所述第K下检测支路的第一端与所述第K检测端连接，第二端与所述参考信号端连接；

所述第K上检测支路包括串联的第二可控开关管和第二电流源；所述第K上检测支路的第一端与第N检测端连接，第二端与所述第K-1检测端连接；

所述第一开关控制模块的第K输出端分别与所述第K检测支路的所述第一可控开关管的控制端和所述第二可控开关管的控制端连接，用于控制所述第一可控开关管和所述第二可控开关管闭合以便形成所述电流通路。

4.根据权利要求3所述的电池断线检测电路，其特征在于，所述第一开关控制模块的各个第奇数个输出端所输出的信号相同，各个第偶数个输出端所输出的信号相同。

5.根据权利要求2所述的电池断线检测电路，其特征在于，所述电池断线检测电路还包括第二开关控制模块；

所述第K检测支路包括串联的第三可控开关管和第二电阻；所述第K检测支路的第一端与所述第K检测端连接，第二端与所述第K-1检测端连接；

所述第二开关控制模块的第K输出端与所述第K检测支路的第三可控开关管的控制端连接，用于控制所述第三可控开关管闭合以便形成所述电流通路。

6.根据权利要求2所述的电池断线检测电路，其特征在于，所述电压检测模块包括第一电压检测单元至第N电压检测单元；

所述第一电压检测单元的第一输入端连接所述参考信号端，第K电压检测单元的第二输入端分别与所述第K检测端和第K+1电压检测单元的第一输入端连接；

所述第K电压检测单元用于接收所述第K电压信号，并在所述第K电压信号小于预设阈值时输出所述第K断线信号，以便表示所述第K电池正极的采样线断线。

7.根据权利要求2所述的电池断线检测电路，其特征在于，所述电压检测模块包括电压移位电路和多输入比较器电路；

所述电压移位电路用于接收并根据所述第K电压信号输出第K转换信号至所述多输入比较器电路的第K正相输入端，所述第K转换信号为相对于参考信号端的电压信号；

所述多输入比较器的反相输入端与基准电压源连接；用于在所述第K转换信号小于所述基准电压源的基准电压时输出所述第K断线信号，以便表示所述第K电池正极的采样线断线。

8.根据权利要求1至7任一项所述的电池断线检测电路，其特征在于，还包括断线输出模块；

所述断线输出模块用于接收并输出显示所述第K断线信号，以便提醒用户。

9.根据权利要求8所述的电池断线检测电路，其特征在于，所述断线输出模块包括：

指示灯输出模块和/或蜂鸣器输出模块。

10.一种电池管理***，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的电池断线检测电路。