CN216013586U - 一种电池***的高边和低边接触器粘连检测电路 - Google Patents
一种电池***的高边和低边接触器粘连检测电路 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种电池***的高边和低边接触器粘连检测电路,包括检测输入模块、检测输出模块、MCU模块和电源模块,电池***P包括一个电池组B;电池组B的正极端B+通过高边接触器KL与电池***的正极端P+相连接;电池组B的负极端B‑通过低边接触器KL与电池***的负极端P‑连接;电池组B中电池组BL的正极端BL+,与检测输出模块的输入端连接;检测输入模块分别连接电池***P、高边接触器KL和低边接触器KL以及检测输出模块;检测输出模块连接电池组BL的正极端BL+;检测输出模块还分别连接电源模块和MCU模块。本实用新型采用低压型光耦和开关管,即可实现对每个高压回路中高低边接触器同时进行触点粘连检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池管理技术领域,特别是涉及一种电池***的高边和低边接触器粘连检测电路。
背景技术
在新能源应用领域,锂电池越来越多的被应用于电子电气产品中,如电动汽车、电动自行车、电动工具、通信基站、机器人等。为了让锂电池能够被安全可靠地使用,需要配置使用电池管理***(BMS)来监测锂电池的使用状态并实现过充、过放、过温等保护功能。
以电动汽车为例,车载动力电池***(以下简称电池***)中,普遍采用直流接触器(以下简称接触器)作为电池***高压回路的开关装置,直流接触器是电池***中的关键电气部件,由BMS或车载电子控制***控制其通断。在实际使用中,由于大电流的冲击,有时会发生接触器触点粘连故障,使得动力电池***的正负极两端仍然存在高压,此时将会对车辆和操作人员造成极大的安全风险。
鉴于上述问题,现有的一些技术方案,是采用单片机控制低压电子开关(如MOSFET)的通断来控制高压光耦通断,从而实现动力电池***两端高压的检测,这种方案存在的问题是:高压光耦的价格很高,一般地,电池***中有多个接触器需要进行粘连检测,这样就大大增加了BMS的硬件成本;
因此,目前迫切需要开发出一种接触器粘连检测电路,能够克服现有技术方案的缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的技术缺陷,提供一种电池***的高边和低边接触器粘连检测电路。
为此,本实用新型提供了一种电池***的高边和低边接触器粘连检测电路,包括检测输入模块、检测输出模块、MCU模块和电源模块,其中:
电池***P,包括一个电池组B;
其中,电池组B的正极端B+,通过高边接触器KL1与电池***的正极端P+相连接;
电池组B的负极端B-,通过低边接触器KL2与电池***的负极端P-连接,该负极端B-也是电池组BL的负极端;
电池组BL,位于电池组B中,包括电池组B中预设的多个电池;
电池组B中的电池组BL的正极端BL+,与检测输出模块的输入端1连接,用于给检测输出模块提供电池组BL的电压和电流;
其中,检测输入模块的输入端1,分别连接电池***P的正极端P+和高边接触器KL1的触点端2,用于接收电池组B的电压和电流;
检测输入模块的输入端2,分别连接电池组B的负极端B-和低边接触器KL2的触点端1,用于接收电池组B的电压和电流;
检测输入模块的输入端3,分别连接电池组B的正极端B+和高边接触器KL1的触点端1,用于接收电池组B的电压和电流;
检测输入模块的输入端4,分别连接电池***P的负极端P-和低边接触器KL2的触点端2,用于接收电池组B的电压和电流;
检测输入模块的输出端Z1,连接检测输出模块的输入端3,用于给所述检测输出模块提供控制信号Z1,该控制信号Z1用于控制所述检测输出模块输出端TH的信号变化;
检测输入模块的输出端Z3,连接检测输出模块的输入端4,用于给所述检测输出模块提供控制信号Z3,该控制信号Z3用于控制检测输出模块输出端TH的信号变化;
检测输入模块的输出端Z2,连接检测输出模块的输入端5,用于给所述检测输出模块提供控制信号Z2,该控制信号Z2用于控制所述检测输出模块输出端TL的信号变化;
检测输入模块的输出端Z4,连接检测输出模块的输入端6,用于给所述检测输出模块提供控制信号Z4,该控制信号Z4用于控制检测输出模块输出端TL的信号变化;
其中,检测输出模块的输入端1,连接电池组BL的正极端BL+,用于接收电池组BL输出的电压和电流;
检测输出模块的输入端2,连接电池组BL的负极端B-,用于接收电池组BL输出的电压和电流;
检测输出模块的输入端3,连接检测输入模块的输出端Z1,用于接收检测输入模块输出的控制信号Z1;
检测输出模块的输入端4,连接检测输入模块的输出端Z3,用于接收检测输入模块输出的控制信号Z3;
检测输出模块的输入端5,连接检测输入模块的输出端Z2,用于接收检测输入模块输出的控制信号Z2;
检测输出模块的输入端6,连接检测输入模块的输出端Z4,用于接收检测输入模块输出的控制信号Z4;
检测输出模块的输入端7,连接电源模块的输出端VDD,用于接收直流电源VDD;
检测输出模块的输出端TH,连接MCU模块的输入端1,用于给所述MCU模块输出高边接触器检测信号TH;
对应地,MCU模块,用于根据该高边接触器检测信号TH的信号状态,来判断高边接触器KL1是否发生触点粘连故障;
检测输出模块的输出端TL,连接MCU模块的输入端2,用于给所述MCU模块输出低边接触器检测信号TL;
对应地,MCU模块,用于根据该检测信号TL的信号状态,来判断低边接触器KL2是否发生触点粘连故障;
其中,MCU模块的输入端3,连接电源模块的输出端VDD,用于接收直流电源VDD;
MCU模块的输出端CK1和CK2,分别用于输出高边接触器控制信号CK1和低边接触器控制信号CK2,对应控制高边接触器KL1和低边接触器KL2的通断,该控制信号CK1和CK2还用于分别让MCU模块判断KL1和KL2的触点是否发生粘连故障。
优选地,高边接触器KL1的触点端1,连接电池组B的正极端B+;
高边接触器KL1的触点端2,连接电池***P的正极端P+;
低边接触器KL2的触点端1,连接电池组B的负极端B-;
低边接触器KL2的触点端2,连接电池***P的负极端P-。
优选地,检测输入模块包括:电阻R1~R4以及二极管D1~D2;
其中,电阻R1的第1管脚,作为检测输入模块的输入端1,连接电池***的正极端P+和高边接触器KL1的触点端2,用于接收来自于电池组B的电压和电流;
电阻R1的第2管脚,作为检测输入模块的输出端Z1,分别连接电阻R2的第1管脚和检测输出模块的输入端3,用于给检测输出模块提供控制信号Z1;
电阻R2的第2管脚,作为检测输入模块的输出端Z3端,分别连接二极管D1的阳极;
二极管D1的阴极,作为检测输入模块的输入端2,连接电池组B的负极端B-,用于接收来自于电池组B的电压和电流;
其中,电阻R3的第1管脚,作为检测输入模块的输入端3,连接电池组B的正极端B+和高边接触器KL1的触点端1,用于接收来自于电池组B的电压和电流;
电阻R3的第2管脚,作为检测输入模块的输出端Z2,分别连接电阻R4的第1管脚和检测输出模块的输入端5,用于给检测输出模块提供控制信号Z2;
电阻R4的第2管脚,作为检测输入模块的输出端Z3端,分别连接二极管D2的阳极;
二极管D2的阴极,作为检测输入模块的输入端4,连接池***P的负极端P-和低边接触器KL2的触点端2,用于接收来自于电池组B的电压和电流。
优选地,检测输出模块包括:电阻R10~R22、二极管D3~D4、开关管Q1~Q6、光耦Q4~Q5其中:
电阻R10的第1管脚,作为检测输出模块的输入端1,连接电池组B中的电池组BL的正极端BL+,用于接收来自于电池组BL的电压和电流;
电阻R10的第1管脚,还分别连接电阻R13的第1管脚和开关管Q1的发射极E;
电阻R10的第2管脚,分别连接电阻R11的第1管脚和开关管Q1的基极B;
开关管Q1的集电极C,连接电阻R12的第1管脚;
电阻R11的第2管脚,连接V1端;
V1端,分别连接开关管Q4的漏极D、电阻R22的第1管脚和开关管Q5的栅极G;
开关管Q4的栅极G,作为检测输出模块的输入端3,连接检测输入模块的输出端Z1,用于接收检测输入模块输出的控制信号Z1;
开关管Q4的源极S,作为检测输出模块的输入端4,连接检测输入模块的输出端Z3;
电阻R13的第2管脚,分别连接电阻R21的第1管脚和开关管Q3的发射极E;
电阻R21的第2管脚,分别连接开关管的基极B和开关管Q5的漏极D;
开关管Q3的集电极C,连接二极管D3的阳极;
二极管D3的阴极,分别连接二极管D4的阴极、电阻R14的第1管脚和开关管Q2的发射极E;
二极管D4的阳极,分别连接电阻R12的第2管脚和光耦Q7的第1管脚;
开关管Q2的基极B,分别连接电阻R14的第2管脚和电阻R15的第1管脚;
开关管Q2的集电极C,连接光耦Q8的第1管脚;
电阻R15的第2管脚,连接开关管Q6的漏极D;
开关管Q6的栅极G,作为检测输出模块的输入端5,连接检测输入模块的输出端Z2,用于接收检测输出模块输出的控制信号Z2;
开关管Q6的源极S,作为检测输出模块的输入端6,连接检测输入模块的输出端Z4;
光耦Q7和光耦Q8的第2管脚,都与电池组B的负极端B-连接,该负极端B-也是电池组BL的负极端;
光耦Q7的第3管脚,连接电阻R17的第1管脚;
光耦Q7的第4管脚,作为检测输出模块的输出端TH,连接电阻R18的第1管脚和MCU模块的输入端1,用于为MCU模块输出高边接触器检测信号TH;
电阻R18的第2管脚,连接接地端GND;
其中,光耦Q8的第3管脚,连接电阻R19的第1管脚;
光耦Q8的第4管脚,作为检测输出模块的输出端TL,连接电阻R20的第1管脚和MCU模块的输入端2,用于为MCU模块输出低边接触器检测信号TL;
电阻R20的第2管脚,连接接地端GND;
电阻R17和电阻R19的第2管脚,作为检测输出模块的输入端7,连接电源模块的输出端VDD,用于接收直流电源VDD。
由以上本实用新型提供的技术方案可见,与现有技术相比较,本实用新型提供了一种电池***的高边和低边接触器粘连检测电路,其结构设计科学,其结构设计科学,采用低压型光耦和开关管,即可实现对每个高压回路中的高低边接触器同时进行触点粘连检测,既能够极大降低了粘连检测功能的硬件成本,又保证了可靠性,具有重大的实践意义。
对于本实用新型的技术方案,硬件电路设计科学,电子元器件为普遍应用型号,易于选型且元器件价格低廉。
另外,由于本实用新型的技术方案的硬件电路功耗较低,故可以采用表贴型小功率电子元器件,因此电路板占用空间小,极大降低了材料成本。因此,本实用新型的技术方案具有很强的实用价值和市场推广价值。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种电池***的高边和低边接触器粘连检测电路的结构方框图;
图2为本实用新型提供的一种电池***的高边和低边接触器粘连检测电路中,检测输入模块的原理图;
图3为本实用新型提供的一种电池***的高边和低边接触器粘连检测电路中,检测输出模块的原理图。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段更容易理解,下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请,而非对该申请的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参见图1至图3,本实用新型提供了一种电池***的高边和低边接触器粘连检测电路,包括检测输入模块100、检测输出模块200、MCU模块300和电源模块400,其中:
电池***P,包括一个电池组B(该电池组B包括多个串联和/或并联的电池);
其中,参见图1,电池组B的正极端B+,通过高边接触器KL1与电池***的正极端P+相连接;
电池组B的负极端B-,通过低边接触器KL2与电池***的负极端P-连接,该负极端B-也是电池组BL的负极端;
电池组BL,位于电池组B中,包括电池组B中预设的多个电池;
电池组B中的电池组BL的正极端BL+,与检测输出模块200的输入端1连接,用于给检测输出模块200提供电池组BL的电压和电流;
需要说明的是,电池组BL的正极端BL+和负极端B-之间串联的电池数量,远远小于电池组B正极端B+和负极端B-之间的电池串联数量,如在90串的电池组B中,BL+与B-之间电池的串联数量为10串,也就是,电池组BL为10串电池组。
需要说明的是,电池组BL中电池的串联数量,需要根据检测输出模块200(图3)中开关管Q1、Q2和Q3的最大承受电压确定。
需要说明的是,高边接触器KL1是电池***高边支路上的动力开关,低边接触器KL2是电池***低边支路上的动力开关。
当需要为负载供电时,对于分别与高边接触器KL1和低边接触器KL2的信号输入端相连接的BMS(电池管理***),该BMS发送闭合控制信号给高边接触器KL1和低边接触器KL2,从而控制接高边接触器KL1和低边接触器KL2闭合(高压上电);当不需要为负载供电时,BMS发送断开控制信号给高边接触器KL1和低边接触器KL2,从而控制高边接触器KL1和低边接触器KL2断开(高压下电)。
其中,检测输入模块100的输入端1,分别连接电池***P的正极端P+和高边接触器KL1的触点端2,用于接收电池组B的电压和电流;
检测输入模块100的输入端2,分别连接电池组B的负极端B-和低边接触器KL2的触点端1,用于接收电池组B的电压和电流;
检测输入模块100的输入端3,分别连接电池组B的正极端B+和高边接触器KL1的触点端1,用于接收电池组B的电压和电流;
检测输入模块100的输入端4,分别连接电池***P的负极端P-和低边接触器KL2的触点端2,用于接收电池组B的电压和电流;
检测输入模块100的输出端Z1,连接检测输出模块200的输入端3,用于给所述检测输出模块200提供控制信号Z1,该控制信号Z1用于控制所述检测输出模块200输出端TH的信号(对高边接触器KL1的检测信号)变化;
检测输入模块100的输出端Z3,连接检测输出模块200的输入端4,用于给所述检测输出模块200提供控制信号Z3,该控制信号Z3用于控制检测输出模块200输出端TH的信号(对高边接触器KL1的检测信号)变化;
检测输入模块100的输出端Z2,连接检测输出模块200的输入端5,用于给所述检测输出模块200提供控制信号Z2,该控制信号Z2用于控制所述检测输出模块200输出端TL的信号(对低边接触器KL2的检测信号)变化;
检测输入模块100的输出端Z4,连接检测输出模块200的输入端6,用于给所述检测输出模块200提供控制信号Z4,该控制信号Z4用于控制检测输出模块200输出端TL的信号(对低边接触器KL2的检测信号)变化;
其中,检测输出模块200的输入端1,连接电池组BL的正极端BL+,用于接收电池组BL输出的电压和电流;
检测输出模块200的输入端2,连接电池组BL的负极端B-(也是电池组B的负极端),用于接收电池组BL输出的电压和电流;
检测输出模块200的输入端3,连接检测输入模块100的输出端Z1,用于接收检测输入模块100输出的控制信号Z1;
检测输出模块200的输入端4,连接检测输入模块100的输出端Z3,用于接收检测输入模块100输出的控制信号Z3;
检测输出模块200的输入端5,连接检测输入模块100的输出端Z2,用于接收检测输入模块100输出的控制信号Z2;
检测输出模块200的输入端6,连接检测输入模块100的输出端Z4,用于接收检测输入模块100输出的控制信号Z4;
检测输出模块200的输入端7,连接电源模块400的输出端VDD,用于接收直流电源VDD;
检测输出模块200的输出端TH,连接MCU模块300的输入端1,用于给所述MCU模块300输出高边接触器检测信号TH;
对应地,MCU模块300,用于根据该高边接触器检测信号TH的信号状态,来判断高边接触器KL1是否发生触点粘连故障;
检测输出模块200的输出端TL,连接MCU模块300的输入端2,用于给所述MCU模块300输出低边接触器检测信号TL;
对应地,MCU模块300,用于根据该检测信号TL的信号状态,来判断低边接触器KL2是否发生触点粘连故障;
其中,MCU模块的输入端3,连接电源模块400的输出端VDD,用于接收直流电源VDD;
MCU模块的输出端CK1和CK2,分别用于输出高边接触器控制信号CK1和低边接触器控制信号CK2,对应控制高边接触器KL1和低边接触器KL2的通断,该控制信号CK1和CK2还用于分别让MCU模块判断KL1和KL2的触点是否发生粘连故障;
需要说明的是,MCU模块根据BMS的原有控制策略来输出相应的CK1、CK2控制信号,该控制策略和如何输出CK1、CK2控制信号不属于本实用新型的技术方案,故在此不做具体解释。
在本实用新型中,具体实现上,高边接触器KL1的触点端1,连接电池组B的正极端B+;
高边接触器KL1的触点端2,连接电池***P的正极端P+;
低边接触器KL2的触点端1,连接电池组B的负极端B-;
低边接触器KL2的触点端2,连接电池***P的负极端P-。
参见图1,为了更加清楚地理解本实用新型的技术方案,下面说明本实用新型的工作原理,具体如下:
一、在高压上电前和高压下电后:
所述MCU模块300的输出端CK1和CK2所输出的高边接触器控制信号CK1和低边接触器控制信号CK2均为低电平,控制高边接触器KL1、低边接触器KL2触点断开,则所述检测输入模块100的输入端1~4为0V,使其输出端Z1~Z4均为0V,从而控制所述检测输出模块200的输出端TH信号(高边接触器KL1检测信号)、TL信号(低边接触器KL2检测信号)也都为低电平;
此时,如果CK1、CK2、TH、TL都为低电平,则所述MCU模块300判定高边接触器KL1和低边接触器KL2触点断开,没有触点粘连故障;如果接触器控制信号CK1、CK2都为低电平,而接触器检测信号TH、TL中任何一个为高电平,则被判定为相应的接触器发生触点粘连故障。
二、高压上电:
以按先后顺序控制接触器闭合为例,说明工作原理:
在高压上电时,首先,所述MCU模块300输出端CK2为高电平,控制低边接触器KL2闭合,使所述检测输入模块100的输入端4通过电池***P的负极端P-与电池组B的负极端B-连通,则所述检测输入模块100的输入端3与输入端4之间为电池组B的电压,使其输出端Z2和Z4之间的电压由低电平变为高电平,从而使所述检测输出模块200的输出端TL由低电平变为高电平;同时,所述MCU模块300的输出端CK1保持低电平,控制高边接触器KL1断开,使所述检测输入模块100的输入端1没有电池组B的电压和电流接入,则其输出端Z1和Z3之间为低电平,从而使所述检测输出模块200的输出端TH也为低电平;
此时,如果低边接触器控制信号CK2和低边接触器检测信号TL都为高电平,高边接触器控制信号CK1和高边接触器检测信号TH都为低电平,那么所述MCU模块300就判定低边接触器KL2闭合而高边接触器KL1断开,否则,将判定KL1和/或KL2发生故障。
然后,所述MCU模块300的输出端CK1为高电平,控制高边接触器KL1闭合,使所述检测输入模块100的输入端1通过电池***P的正极端P+与电池组B的正极端B+连通,则所述检测输入模块100的输入端1与输入端2之间为电池组B的电压,使检测输入模块100的输出端Z1和Z3之间的电压由低电平变为高电平,从而使所述检测输出模块200的输出端TH由低电平变为高电平;
此时,如果高边接触器控制信号CK1和高边接触器检测信号TH都为高电平,那么所述MCU模块300就判定高边接触器KL1闭合,否则,将判定高边接触器KL1发生故障。
需要说明的是,本实用新型还可以支持同时闭合KL1、KL2,同时检测KL1、KL2是否发生触点粘连故障。
三、高压下电:
以按先后顺序控制接触器断开为例,说明工作原理:
在高压下电时,首先,所述MCU模块300的输出端CK1由高电平变为低电平,控制高边接触器KL1断开,使所述检测输入模块100的输入端1断开与电池组B的正极端B+的连接,则使所述检测输入模块100的输入端1、2之间没有电池组B的电压和电流接入,则其输出端Z1和输出端Z3之间变为低电平,从而使所述检测输出模块200的输出端TH由高电平变为低电平;
此时,如果高边接触器控制信号CK1和高边接触器检测信号TH都为低电平,则所述MCU模块300判定高边接触器KL1触点断开,没有触点粘连故障;如果高边接触器检测信号TH为高电平,则判定高边接触器KL1发生触点粘连故障。
然后,所述MCU模块300的输出端CK2由高电平变为低电平,控制低边接触器KL2断开,使所述检测输入模块100的输入端4断开与电池***P的负极端P-的连接,则使所述检测输入模块100的输入端3和输入端4之间没有电池组B的电压和电流接入,则其输出端Z2和输出端Z4之间变为低电平,从而使所述检测输出模块200的输出端TL由高电平变为低电平;
此时,如果低边接触器控制信号CK2和低边接触器检测信号TL都为低电平,则所述MCU模块300判定低边接触器KL2触点断开,没有触点粘连故障;如果低边接触器检测信号TL为高电平,则判定低边接触器KL2发生触点粘连故障。
在本实用新型中,具体实现上,参见图2,检测输入模块100包括:电阻R1~R4以及二极管D1~D2;
其中,电阻R1的第1管脚,作为检测输入模块100的输入端1,连接电池***的正极端P+和高边接触器KL1的触点端2,用于接收来自于电池组B的电压和电流;
电阻R1的第2管脚,作为检测输入模块100的输出端Z1,分别连接电阻R2的第1管脚和检测输出模块200的输入端3,用于给检测输出模块200提供控制信号Z1;
电阻R2的第2管脚,作为检测输入模块100的输出端Z3端,分别连接二极管D1的阳极;
二极管D1的阴极,作为检测输入模块100的输入端2,连接电池组B的负极端B-,用于接收来自于电池组B的电压和电流。
需要说明的是,二极管D1,起到防反接作用。
其中,电阻R3的第1管脚,作为检测输入模块100的输入端3,连接电池组B的正极端B+和高边接触器KL1的触点端1,用于接收来自于电池组B的电压和电流;
电阻R3的第2管脚,作为检测输入模块100的输出端Z2,分别连接电阻R4的第1管脚和检测输出模块200的输入端5,用于给检测输出模块200提供控制信号Z2;
电阻R4的第2管脚,作为检测输入模块100的输出端Z3端,分别连接二极管D2的阳极;
二极管D2的阴极,作为检测输入模块100的输入端4,连接池***P的负极端P-和低边接触器KL2的触点端2,用于接收来自于电池组B的电压和电流。
需要说明的是,二极管D2,起到防反接作用。
参见图2,下面说明本实用新型的检测输入模块100的工作原理,具体如下:
一、高压上电前和高压下电后:
所述MCU模块300输出端CK1、CK2均为低电平,控制高边接触器KL1、低边接触器KL2触点断开,使电阻R1和电阻R2两端电压、所述电阻R3和电阻R4两端电压都为0V,从而使检测输入模块100的Z1和Z3端电压都为0V的低电平;
二、高压上电:
当所述MCU模块300输出端CK1、CK2都为高电平时,控制高边接触器KL1、低边接触器KL2触点闭合,所示电阻R1和电阻R2将电池组B的电压分压后,使检测输入模块100的Z1端变为高电平,其电平电压幅值根据所述检测输出模块200中的开关管Q6、Q7的栅极电压确定。
在本实用新型中,具体实现上,参见图3,检测输出模块200包括:电阻R10~R22、二极管D3~D4、开关管Q1~Q6、光耦Q4~Q5其中:
电阻R10的第1管脚,作为检测输出模块100的输入端1,连接电池组B中的电池组BL的正极端BL+,用于接收来自于电池组BL的电压和电流;
电阻R10的第1管脚,还分别连接电阻R13的第1管脚和开关管Q1的发射极E;
电阻R10的第2管脚,分别连接电阻R11的第1管脚和开关管Q1的基极B;
开关管Q1的集电极C,连接电阻R12的第1管脚;
电阻R11的第2管脚,连接V1端;
V1端,分别连接开关管Q4的漏极D、电阻R22的第1管脚和开关管Q5的栅极G;
开关管Q4的栅极G,作为检测输出模块100的输入端3,连接检测输入模块100的输出端Z1,用于接收检测输入模块100输出的控制信号Z1;
需要说明的是,该控制信号Z1用于控制所述检测输出模块200输出端TH的信号(对高边接触器KL1的检测信号)变化;
开关管Q4的源极S,作为检测输出模块100的输入端4,连接检测输入模块100的输出端Z3,用于接收控制信号Z3;
电阻R13的第2管脚,分别连接电阻R21的第1管脚和开关管Q3的发射极E;
电阻R21的第2管脚,分别连接开关管的基极B和开关管Q5的漏极D;
开关管Q3的集电极C,连接二极管D3的阳极;
二极管D3的阴极,分别连接二极管D4的阴极、电阻R14的第1管脚和开关管Q2的发射极E;
二极管D4的阳极,分别连接电阻R12的第2管脚和光耦Q7的第1管脚;
开关管Q2的基极B,分别连接电阻R14的第2管脚和电阻R15的第1管脚;
开关管Q2的集电极C,连接光耦Q8的第1管脚;
电阻R15的第2管脚,连接开关管Q6的漏极D;
开关管Q6的栅极G,作为检测输出模块100的输入端5,连接检测输入模块100的输出端Z2,用于接收检测输出模块200输出的控制信号Z2;
开关管Q6的源极S,作为检测输出模块100的输入端6,连接检测输入模块100的输出端Z4,用于接收控制信号Z4;
光耦Q7和光耦Q8的第2管脚,都与电池组B的负极端B-连接,该负极端B-也是电池组BL的负极端;
光耦Q7的第3管脚,连接电阻R17的第1管脚;
光耦Q7的第4管脚,作为检测输出模块200的输出端TH,连接电阻R18的第1管脚和MCU模块300的输入端1,用于为MCU模块输出高边接触器检测信号TH;
电阻R18的第2管脚,连接接地端GND;
其中,光耦Q8的第3管脚,连接电阻R19的第1管脚;
光耦Q8的第4管脚,作为检测输出模块200的输出端TL,连接电阻R20的第1管脚和MCU模块300的输入端2,用于为MCU模块输出低边接触器检测信号TL;
电阻R20的第2管脚,连接接地端GND;
电阻R17和电阻R19的第2管脚,作为检测输出模块100的输入端7,连接电源模块400的输出端VDD,用于接收直流电源VDD。
参见图3,下面说明本实用新型的检测输出模块200的工作原理,具体如下:
一、高压上电前和高压下电后:
所述MCU模块300输出端CK1、CK2都为低电平,控制接触器KL1、KL2都断开,所述检测输入模块100的输出端Z3、Z4都没有与电池组负极端B-连接,所以检测输入模块100的输出端Z1与Z3、Z2、Z4之间均为低电平,分别使所述开关管Q4、Q6截止;Q6截止使所述开关管Q2截止,使光耦Q8截止,则输出端TL被所述电阻R20拉低为低电平;Q4截止使所述开关管Q1截止,使光耦Q7截止,则输出端TH被所述电阻R18拉低为低电平;同时,由于Q4截止,则V1端被所述电阻R10、R11和R22将电池组BL的电压分压后为高电平,从而使所述开关管Q5、Q3导通;
需要说明的是,考虑尽可能低地消耗电池组BL的电量,所述电阻R10、R22的取值,要尽肯能的大,如1M兆欧。
需要说明的是,V1端的电压,应根据所述开关管Q5的栅极电压来确定。
此时,如果CK1、CK2、TH、TL都为低电平,则所述MCU模块300判定高边接触器KL1和低边接触器KL2触点断开,没有触点粘连故障;如果接触器控制信号CK1、CK2都为低电平,而接触器检测信号TH、TL中任何一个为高电平,则被MCU模块判定为相应的接触器发生触点粘连故障。
二、高压上电:
高压上电时,首先,所述MCU模块300输出端CK2为高电平,控制低边接触器KL2闭合,使所述检测输入模块100的输入端3与输入端4之间为电池组B的电压,则其输出端Z2和Z4之间的电压由低电平变为高电平,即检测输出模块200的输入端5、6之间为高电平,使所述开关管Q6、Q2导通;
由于所述MCU模块300输出端CK1保持低电平,控制高边接触器KL1断开,使所述检测输入模块100的输出端Z1和Z3之间为低电平,从而使所述开关管Q4、Q1截止而所述开关管Q5、Q3导通,电池组BL通过导通的开关管Q3、Q2提供电压和电流使所述光耦Q8导通,使检测输出模块200的输出端TL由低电平变为高电平;
此时,如果CK2和TL都为高电平,CK1和TH都为低电平,所述MCU模块300就判定低边接触器KL2闭合而高边接触器KL1断开;如果TL为低电平,MCU模块将判定低边接触器KL1发生故障而未闭合;如果TH为高电平,MCU模块将判定高边接触器KL1发生触点粘连故障。
其次,所述MCU模块300的输出端CK1为高电平,控制高边接触器KL1闭合,使所述检测输入模块100的输入端1与输入端2之间为电池组B的电压,使检测输入模块100的输出端Z1和Z3之间的电压由低电平变为高电平,即检测输出模块200的输入端3和输入端4之间为高电平,则所述开关管Q4、Q1导通,电池组BL通过导通的开关管Q1提供电压和电流,使光耦Q7导通,使检测输出模块200的输出端TH由低电平变为高电平;同时,电池组BL通过导通的开关管Q1、Q2继续提供电压和电流,使光耦Q8导通,使检测输出模块200的输出端TL继续保持高电平;
由于所述开关管Q4导通使V1端电压为0V,故所述开关管Q5、Q3都截止;
此时,如果CK1和TH都为高电平,所述MCU模块300就判定高边接触器KL1闭合,否则,MCU模块30将判定KL1发生故障而未闭合。
三、高压下电:
高压下电时,首先,所述MCU模块300的输出端CK1由高电平变为低电平,控制高边接触器KL1断开,使所述检测输入模块100的输入端3与输入端4之间为电池组B的电压,则检测输入模块100的输出端Z1和Z3之间的电压由高电平变为低电平,即检测输出模块200的输入端3、4之间为低电平,使所述开关管Q4、Q1由导通变为截止,而使所述开关管Q5、Q3由截止变为导通;Q1截止使所述光耦Q7由导通变为截止,使检测输出模块200的输出端TH由高电平变为低电平;Q3导通(Q2仍然处于导通状态)使电池组BL可以持续提供电压和电流,使所述光耦Q8保持导通状态,维持TL端为高电平;
此时,如果CK1和TH都为低电平,CK2和TL都为高电平,所述MCU模块300就判定高边接触器KL1断开而低边接触器KL2闭合;如果TH为高电平,所述MCU模块300将判定高边接触器KL1发生触点粘连故障而未断开;如果TL为低电平,所述MCU模块300将判定低边接触器KL2发生故障而断开。
其次,所述MCU模块300的输出端CK2由高电平变为低电平,控制低边接触器KL2断开,使所述检测输入模块100的输入端1与输入端2之间为电池组B的电压,使检测输入模块100的输出端Z2和Z4之间的电压由高电平变为低电平,即检测输出模块200的输入端5和输入端6之间为低电平,则所述开关管Q6、Q2由导通变为截止,使所述光耦Q7由导通变为截止,因此检测输出模块200的输出端TH由高电平变为低电平;
此时,如果CK2和TL都为低电平,所述MCU模块300就判定低边接触器KL2断开,而如果TL为高电平,所述MCU模块300将判定低边接触器KL1发生触点粘连故障而未断开。
在本实用新型中,具体实现上,需要说明的是,MCU模块300的芯片MCU,可以应用目前普遍应用的品牌、系列和型号,如NXP的MC9S12系列等,芯片MCU的型号不在本实用新型保护范围内。
在本实用新型中,具体实现上,需要说明的是,电源模块400为现有BMS技术方案中普遍应用的电源电路,技术人员无需创新即可轻松获得并应用,该电源电路的技术方案不属于本实用新型的技术方案,故在此不作具体解释。
因此,基于上述技术方案可知,本实用新型提供的电池***接触器粘连检测电路,通过采用低压型的光耦和开关管为MCU模块提供低压硬件信号,并与MCU模块输出的接触器控制信号形成信号组合逻辑,以此软硬件结合的方式,实现了同时对高边接触器和低边接触器触点粘连故障的检测。
需要说明的是,本实用新型可以支持同时对每条高压回路中的高低边接触器进行粘连检测,如果只需要检测高边或低边接触器时,就需要在本实用新型的原理图(图3)中对应删除元器件。例如检测高边接触器KL1,需要保留开关管Q1、开关管Q4、电阻R10~R12、电阻R17~R18和光耦Q7,删除其它元器件;再例如,检测低边接触器KL2,需要保留开关管Q6、开关管Q2、电阻R14~R15、电阻R19~R20和光耦Q8,并将开关管Q2的发射极E与检测输出模块输入端1(BL+)连接,删除其它元器件。
综上所述,与现有技术相比较,本实用新型提供的一种电池***的高边和低边接触器粘连检测电路,其结构设计科学,采用低压型光耦和开关管,即可实现对每个高压回路中的高低边接触器同时进行触点粘连检测,既能够极大降低了粘连检测功能的硬件成本,又保证了可靠性,具有重大的实践意义。
对于本实用新型的技术方案,硬件电路设计科学,电子元器件为普遍应用型号,易于选型且元器件价格低廉。
另外,由于本实用新型的技术方案的硬件电路功耗较低,故可以采用表贴型小功率电子元器件,因此电路板占用空间小,极大降低了材料成本。因此,本实用新型的技术方案具有很强的实用价值和市场推广价值。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种电池***的高边和低边接触器粘连检测电路,其特征在于,包括检测输入模块(100)、检测输出模块(200)、MCU模块(300)和电源模块(400),其中:
电池***P,包括一个电池组B;
其中,电池组B的正极端B+,通过高边接触器KL1与电池***的正极端P+相连接;
电池组B的负极端B-,通过低边接触器KL2与电池***的负极端P-连接,该负极端B-也是电池组BL的负极端;
电池组BL,位于电池组B中,包括电池组B中预设的多个电池;
电池组B中的电池组BL的正极端BL+,与检测输出模块(200)的输入端1连接,用于给检测输出模块(200)提供电池组BL的电压和电流;
其中,检测输入模块(100)的输入端1,分别连接电池***P的正极端P+和高边接触器KL1的触点端2,用于接收电池组B的电压和电流;
检测输入模块(100)的输入端2,分别连接电池组B的负极端B-和低边接触器KL2的触点端1,用于接收电池组B的电压和电流;
检测输入模块(100)的输入端3,分别连接电池组B的正极端B+和高边接触器KL1的触点端1,用于接收电池组B的电压和电流;
检测输入模块(100)的输入端4,分别连接电池***P的负极端P-和低边接触器KL2的触点端2,用于接收电池组B的电压和电流;
检测输入模块(100)的输出端Z1,连接检测输出模块(200)的输入端3,用于给所述检测输出模块(200)提供控制信号Z1,该控制信号Z1用于控制所述检测输出模块(200)输出端TH的信号变化;
检测输入模块(100)的输出端Z3,连接检测输出模块(200)的输入端4,用于给所述检测输出模块(200)提供控制信号Z3,该控制信号Z3用于控制检测输出模块(200)输出端TH的信号变化;
检测输入模块(100)的输出端Z2,连接检测输出模块(200)的输入端5,用于给所述检测输出模块(200)提供控制信号Z2,该控制信号Z2用于控制所述检测输出模块(200)输出端TL的信号变化;
检测输入模块(100)的输出端Z4,连接检测输出模块(200)的输入端6,用于给所述检测输出模块(200)提供控制信号Z4,该控制信号Z4用于控制检测输出模块(200)输出端TL的信号变化;
其中,检测输出模块(200)的输入端1,连接电池组BL的正极端BL+,用于接收电池组BL输出的电压和电流;
检测输出模块(200)的输入端2,连接电池组BL的负极端B-,用于接收电池组BL输出的电压和电流;
检测输出模块(200)的输入端3,连接检测输入模块(100)的输出端Z1,用于接收检测输入模块(100)输出的控制信号Z1;
检测输出模块(200)的输入端4,连接检测输入模块(100)的输出端Z3,用于接收检测输入模块(100)输出的控制信号Z3;
检测输出模块(200)的输入端5,连接检测输入模块(100)的输出端Z2,用于接收检测输入模块(100)输出的控制信号Z2;
检测输出模块(200)的输入端6,连接检测输入模块(100)的输出端Z4,用于接收检测输入模块(100)输出的控制信号Z4;
检测输出模块(200)的输入端7,连接电源模块(400)的输出端VDD,用于接收直流电源VDD;
检测输出模块(200)的输出端TH,连接MCU模块(300)的输入端1,用于给所述MCU模块(300)输出高边接触器检测信号TH;
对应地,MCU模块(300),用于根据该高边接触器检测信号TH的信号状态,来判断高边接触器KL1是否发生触点粘连故障;
检测输出模块(200)的输出端TL,连接MCU模块(300)的输入端2,用于给所述MCU模块(300)输出低边接触器检测信号TL;
对应地,MCU模块(300),用于根据该检测信号TL的信号状态,来判断低边接触器KL2是否发生触点粘连故障;
其中,MCU模块的输入端3,连接电源模块(400)的输出端VDD,用于接收直流电源VDD;
MCU模块的输出端CK1和CK2,分别用于输出高边接触器控制信号CK1和低边接触器控制信号CK2,对应控制高边接触器KL1和低边接触器KL2的通断,该控制信号CK1和CK2还用于分别让MCU模块判断KL1和KL2的触点是否发生粘连故障。
2.如权利要求1所述的电池***的高边和低边接触器粘连检测电路,其特征在于,高边接触器KL1的触点端1,连接电池组B的正极端B+;
高边接触器KL1的触点端2,连接电池***P的正极端P+;
低边接触器KL2的触点端1,连接电池组B的负极端B-;
低边接触器KL2的触点端2,连接电池***P的负极端P-。
3.如权利要求1所述的电池***的高边和低边接触器粘连检测电路,其特征在于,检测输入模块(100)包括:电阻R1~R4以及二极管D1~D2;
其中,电阻R1的第1管脚,作为检测输入模块(100)的输入端1,连接电池***的正极端P+和高边接触器KL1的触点端2,用于接收来自于电池组B的电压和电流;
电阻R1的第2管脚,作为检测输入模块(100)的输出端Z1,分别连接电阻R2的第1管脚和检测输出模块(200)的输入端3,用于给检测输出模块(200)提供控制信号Z1;
电阻R2的第2管脚,作为检测输入模块(100)的输出端Z3端,分别连接二极管D1的阳极;
二极管D1的阴极,作为检测输入模块(100)的输入端2,连接电池组B的负极端B-,用于接收来自于电池组B的电压和电流;
其中,电阻R3的第1管脚,作为检测输入模块(100)的输入端3,连接电池组B的正极端B+和高边接触器KL1的触点端1,用于接收来自于电池组B的电压和电流;
电阻R3的第2管脚,作为检测输入模块(100)的输出端Z2,分别连接电阻R4的第1管脚和检测输出模块(200)的输入端5,用于给检测输出模块(200)提供控制信号Z2;
电阻R4的第2管脚,作为检测输入模块(100)的输出端Z3端,分别连接二极管D2的阳极;
二极管D2的阴极,作为检测输入模块(100)的输入端4,连接池***P的负极端P-和低边接触器KL2的触点端2,用于接收来自于电池组B的电压和电流。
4.如权利要求1所述的电池***的高边和低边接触器粘连检测电路,其特征在于,检测输出模块(200)包括:电阻R10~R22、二极管D3~D4、开关管Q1~Q6、光耦Q4~Q5其中:
电阻R10的第1管脚,作为检测输出模块(100)的输入端1,连接电池组B中的电池组BL的正极端BL+,用于接收来自于电池组BL的电压和电流;
电阻R10的第1管脚,还分别连接电阻R13的第1管脚和开关管Q1的发射极E;
电阻R10的第2管脚,分别连接电阻R11的第1管脚和开关管Q1的基极B;
开关管Q1的集电极C,连接电阻R12的第1管脚;
电阻R11的第2管脚,连接V1端;
V1端,分别连接开关管Q4的漏极D、电阻R22的第1管脚和开关管Q5的栅极G;
开关管Q4的栅极G,作为检测输出模块(100)的输入端3,连接检测输入模块(100)的输出端Z1,用于接收检测输入模块(100)输出的控制信号Z1;
开关管Q4的源极S,作为检测输出模块(100)的输入端4,连接检测输入模块(100)的输出端Z3;
电阻R13的第2管脚,分别连接电阻R21的第1管脚和开关管Q3的发射极E;
电阻R21的第2管脚,分别连接开关管的基极B和开关管Q5的漏极D;
开关管Q3的集电极C,连接二极管D3的阳极;
二极管D3的阴极,分别连接二极管D4的阴极、电阻R14的第1管脚和开关管Q2的发射极E;
二极管D4的阳极,分别连接电阻R12的第2管脚和光耦Q7的第1管脚;
开关管Q2的基极B,分别连接电阻R14的第2管脚和电阻R15的第1管脚;
开关管Q2的集电极C,连接光耦Q8的第1管脚;
电阻R15的第2管脚,连接开关管Q6的漏极D;
开关管Q6的栅极G,作为检测输出模块(100)的输入端5,连接检测输入模块(100)的输出端Z2,用于接收检测输出模块(200)输出的控制信号Z2;
开关管Q6的源极S,作为检测输出模块(100)的输入端6,连接检测输入模块(100)的输出端Z4;
光耦Q7和光耦Q8的第2管脚,都与电池组B的负极端B-连接,该负极端B-也是电池组BL的负极端;
光耦Q7的第3管脚,连接电阻R17的第1管脚;
光耦Q7的第4管脚,作为检测输出模块(200)的输出端TH,连接电阻R18的第1管脚和MCU模块(300)的输入端1,用于为MCU模块输出高边接触器检测信号TH;
电阻R18的第2管脚,连接接地端GND;
其中,光耦Q8的第3管脚,连接电阻R19的第1管脚;
光耦Q8的第4管脚,作为检测输出模块(200)的输出端TL,连接电阻R20的第1管脚和MCU模块(300)的输入端2,用于为MCU模块输出低边接触器检测信号TL;
电阻R20的第2管脚,连接接地端GND;
电阻R17和电阻R19的第2管脚,作为检测输出模块(100)的输入端7,连接电源模块(400)的输出端VDD,用于接收直流电源VDD。
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