CN219225026U - 电压检测电路、电池管理***、电池包及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电压检测电路、电池管理***、电池包及用电装置。电压检测电路包括开关驱动模块，第一开关元件，第一电阻和微控制单元，开关驱动模块电连接于第一开关元件的第一端，第一开关元件被构造为基于第一开关元件的第一端的电压执行通断操作；第一开关元件的第二端接地，第一开关元件的第三端通过第一电阻电连接于电源端；微控制单元包括第一引脚，第一引脚电连接于第一开关元件的第三端与第一电阻之间的第一节点，第一引脚被构造为基于第一开关元件的通断接收不同的电信号。根据本申请实施例提供的电压检测电路、电池管理***、电池包及用电装置，能够有效的检测开关驱动模块产生的驱动信号是否异常。

Description

电压检测电路、电池管理***、电池包及用电装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种电压检测电路、电池管理***、电池包及用电装置。

背景技术

电池是一种将外界的能量转化为电能并储存于其内部，以在需要的时刻对外部设备进行供电的装置，在消费类电子产品、航天、储能及新能源交通工具等领域得到越来越广泛的应用。

电池通常以电池包的形式存在，电池包可包括电池模组和电池管理***(BATTERYMANAGEMENTSYSTEM，BMS)，BMS是对电池模组进行管理和保护的***。BMS可包括开关驱动模块，开关驱动模块可产生驱动信号以控制开关通断。现有技术中无法对开关驱动模块产生的驱动信号是否异常进行检测。

实用新型内容

本申请实施例提供一种电压检测电路、电池管理***、电池包及用电装置，可以检测开关驱动模块产生的驱动信号是否异常。

第一方面，本申请实施例提供一种电压检测电路，包括开关驱动模块，第一开关元件，第一电阻和微控制单元。开关驱动模块电连接于第一开关元件的第一端，第一开关元件被构造为基于第一开关元件的第一端的电压执行通断操作，第一开关元件的第二端接地，第一开关元件的第三端通过第一电阻电连接于电源端。微控制单元包括第一引脚，第一引脚电连接于第一开关元件的第三端与第一电阻之间的第一节点，第一引脚被构造为基于第一开关元件的通断接收不同的电信号。

在第一方面一种可能的实施方式中，电压检测电路还包括第二电阻，至少一个第二开关元件，至少一个第三电阻。第二电阻与任意一个第三电阻串联于开关驱动模块与第二开关元件的第一端之间，第二开关元件被构造为电连接于电池模组的负极与电池模组的负极放电端子之间，并基于开关驱动模块输出的电压执行通断操作。

在第一方面一种可能的实施方式中，电压检测电路还包括第四电阻和第五电阻。

第一开关元件的第一端分别电连接于第四电阻的第一端和第五电阻的第一端，第五电阻的第二端接地，第四电阻的第二端电连接于第二电阻与第三电阻之间的第二节点。

在第一方面一种可能的实施方式中，电压检测电路还包括稳压元件。

稳压元件电连接于第四电阻的第二端与第二节点之间。

在第一方面一种可能的实施方式中，电压检测电路还包括单向导通元件。

单向导通元件电连接于第四电阻的第二端与第二节点之间。

在第一方面一种可能的实施方式中，电压检测电路还包括第一电容。

第一电容的第一端电连接于第一开关元件的第一端，第一电容的第二端接地。

在第一方面一种可能的实施方式中，电压检测电路还包括第六电阻和第二电容。

第六电阻电连接于第一节点与第一引脚之间。

第二电容的第一端电连接于第一引脚，第二电容的第二端接地。

第二方面，本申请实施例提供一种电池管理***，包括如第一方面任意一项实施方式的电压检测电路。

第三方面，本申请实施例提供一种电池包，包括：电池模组和如第二方面实施例的电池管理***。

第四方面，本申请实施例提供一种用电装置，包括：负载；以及如第三方面实施例的电池包，电池包用于为负载供电。

根据本申请实施例提供的电压检测电路、电池管理***、电池包及用电装置，由于MCU的第一引脚在第一开关元件导通或者关断时接收的电信号不同，而开关驱动模块提供的驱动电压可控制第一开关元件导通或者关断，因此可根据第一引脚接收的电信号即可判断开关驱动模块提供的驱动电压的变化情况，因此设置第一开关元件和MCU，即可检测开关驱动模块的驱动电压是否异常，电路结构简单，成本较低。

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征，附图并未按照实际的比例绘制。

图1示出本申请实施例提供的用电装置的一种结构示意图；

图2示出本申请实施例提供的电池包的一种结构示意图；

图3示出本申请实施例提供的电池管理***的一种结构示意图；

图4示出本申请实施例提供的电压检测电路的一种结构示意图；

图5示出本申请实施例提供的电压检测电路的另一种结构示意图；

图6示出本申请实施例提供的电压检测电路的又一种结构示意图；

图7示出本申请实施例提供的电压检测电路的又一种结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本申请，并不被配置为限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等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操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

需要说明的是，当一个元件被表述“连接”或“电连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。

需要说明的是，本申请实施例所提供的实施方式，在不矛盾的情况下可以相互组合。

图1示出本申请实施例提供的用电装置的一种结构示意图。如图1所示，用电装置1000包括电池包100和负载200。电池包100可为负载200供电，以使得用电装置1000能够进行工作。其中，用电装置1000可以为任意可使用电池供电的装置或设备，例如无人飞行器、储能产品、电动车、电动工具，以及等等。

图2示出本申请实施例提供的电池包的一种结构示意图。具体地，如图2所示，电池包100可包括电池管理***101及电池模组102，电池管理***101与电池模组102可通过CAN总线连接。示例性的，可通过功率线束和信号线束，电池包100在充放电时，电流流经功率线束，电池管理***101通过信号线束采集电池模组102的信息，例如电池模组102的电压、温度、电池模组102中电芯的电压等信息。

电池模组102包括多个并联、串联或混联的电芯，用于存储和提供电能，电池管理***101用于对电芯模组的充放电过程进行管理控制，以提高电芯模组的利用效率以及减少故障等。电芯的混联是指电芯之间即包括串联，又包括并联。

如图3所示，电池管理***101可包括电压检测电路10，电压检测电路10可用于检测驱动信号是否异常，驱动信号可以用来驱动电池管理***101中的开关，例如充电开关和放电开关，开关可以响应驱动信号执行通断操作。

图4示出本申请实施例提供的电压检测电路的一种结构示意图。在一些实施例中，如图4所示，电压检测电路10可包括开关驱动模块11、第一开关元件12和微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)13。

开关驱动模块11电连接于第一开关元件12的第一端，第一开关元件12被构造为基于第一开关元件12的第一端的电压执行通断操作。开关驱动模块11可产生驱动信号，以控制开关元件导通或关断。

第一开关元件12的第二端接地GND，第一开关元件12的第三端通过第一电阻R1电连接于电源端VDD。电源端VDD可提供正电压，例如电源端VDD提供的电压值为3.3V。

MCU13包括第一引脚IO，第一引脚IO电连接于第一开关元件12的第三端与第一电阻R1之间的第一节点P1，第一引脚IO被构造为基于第一开关元件12的通断接收不同的电信号。

下面以第一开关元件12在高电平下导通为例，介绍电压检测电路的工作原理。例如开关驱动模块11可产生驱动电压Vq，在开关驱动模块11提供的驱动电压Vq正常的情况下，第一开关元件12导通，第一电阻R1的一端通过第一开关元件12接地，第一节点P1则为低电平，因此MCU13的第一引脚IO接收的电压Vm为低电平。在开关驱动模块11提供的驱动电压Vq发生异常跌落，例如驱动电压Vq下降到预设的一定值后，不足以使第一开关元件12导通，这种情况下，第一开关元件12关断，第一电阻R1将第一节点P1的电平上拉为高电平，因此MCU13的第一引脚IO接收的电压Vm为高电平。因此，通过第一引脚IO接收电压Vm的高低，诊断开关驱动模块11产生的驱动电压Vq是否异常。

根据本申请实施例提供的电压检测电路，由于MCU的第一引脚在第一开关元件导通或者关断时接收的电信号不同，而开关驱动模块提供的驱动电压可控制第一开关元件导通或者关断，因此可根据第一引脚接收的电信号即可判断开关驱动模块提供的驱动电压的变化情况，因此设置第一开关元件和MCU，即可检测开关驱动模块的驱动电压是否异常，电路结构简单，成本较低。

可以理解的是，本申请实施例提供的电压检测电路，不仅可以有效检测BMS中开关驱动模块产生的驱动信号是否异常，也可用于检测其它场景中信号是否异常。

示例性的，MCU13可通过中断触发方式检测其第一引脚IO接收电压的变化，例如通过中断上升沿触发检测第一引脚IO接收电压的变化，这样诊断时间可达到微秒(us)级别，从而可快速识别开关驱动电压的瞬时异常。

示例性的，当检测到驱动电压异常的情况下，可进行报警和/或记录，以方便后续进一步的分析或处理。

第一开关元件12可以包括金属-氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、光电耦合器中的至少一种。

作为一个示例，以图4至图6中任一项附图为例，第一开关元件12可以为N型MOS晶体管，第一开关元件12的第一端为其栅极，第一开关元件12的第二端和第三端中的一者为其源极，另一者为其漏极。以图7为例，第一开关元件12可以为光电耦合器U1，光电耦合器U1可包括发光器件和光敏器件。在图7所示的实施例中，发光器件为发光二极管，光敏器件为NPN三极管，光电耦合器U1的发光二极管的阳极电连接开关驱动模块11，光电耦合器U2的发光二极管的阴极接地GND，光电耦合器U2的NPN三极管的集电极电连接第一电阻R1和第一引脚IO，第一光电耦合器U2的NPN三级管的发射极接地。

在一些实施例中，如图5所示，电压检测电路10还可包括第二电阻R2，至少一个第二开关元件14，至少一个第三电阻R3。

第二电阻R2与任意一个第三电阻R3串联于开关驱动模块11与第二开关元件14的第一端之间。第二开关元件14被构造为电连接于电池模组的负极B-与电池模组的负极放电端子P-之间，并基于开关驱动模块11输出的电压执行通断操作。

本申请的附图中，以第三电阻R3的数量为三个示意，这并不用于限定本申请。

示例性的，第二开关元件14的第二端与电池模组的负极B-电连接，第二开关元件14的第三端与电池模组的负极放电端子P-电连接。第一开关元件12的第一端电连接于第二电阻R2和第三电阻R3之间的第二节点P2。

第二开关元件14可包括金属-氧化物半导体场效应晶体管，例如第二开关元件14可为N型MOS晶体管。第二开关元件14的第一端为栅极，第二开关元件14的第二端和第三端中的一者为源极，另一者为漏极。

本申请实施例提供的电压检测电路不仅能够检测驱动电压是否异常，还能检测第二开关元件14是否损坏。

具体的，以第二开关元件14为MOS晶体管为例，在第二开关元件14正常的情况下，开关驱动模块11产生的驱动电压Vq，控制其源极和漏极之间导通，第二电阻R2的分压可忽略，第二节点P2的电压为Vq，第一开关元件12导通，第一电阻R1的一端通过第一开关元件12接地，第一节点P1则为低电平，因此MCU13的第一引脚IO接收的电压Vm为低电平。

在第二开关元件14损坏导致其栅极与源极之间导通或者导致其栅极与漏极之间导通的情况下，其对应的驱动电阻则对地形成回路，第二电阻R2和第三电阻R3将对开关驱动模块11产生的驱动电压Vq进行分压，第二节点P2的电压则为Vq/(R2+R3)*R3，因此第二开关元件14损坏时，第二节点P2的电压降低不足以使第一开关元件12导通，这种情况下，第一开关元件12关断，第一电阻R1将第一节点P1的电平上拉为高电平，因此MCU13的第一引脚IO接收的电压Vm为高电平。因此，通过第一引脚IO接收电压Vm的高低，也可诊断第二开关元件14是否损坏。

在一些可选的实施例中，如图6所示，电压检测电路10还可以包括第四电阻R4和第五电阻R5。第一开关元件12的第一端分别电连接于第四电阻R4的第一端和第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端接地，第四电阻R4的第二端电连接于第二电阻R2与第三电阻R3之间的第二节点P2。

第四电阻R4和第五电阻R5可构成分压电路，例如第一开关元件12的第一端接收的电压记为Vg，在第二开关元件14正常的情况下，Vg＝Vq/(R4+R5)*R5，当驱动电压Vq下降到预设的一定值后，Vg则不足以使第一开关元件12导通。可以通过调整第四电阻R4和第五电阻R5的阻值，设置预设的一定值。例如驱动电压Vq为12V为正常情况，驱动电压Vq下降到8V或9V之后，可认为驱动电压Vq异常。在一些可选的实施例中，请继续参考图6，电压检测电路10还可以包括稳压元件ZD，稳压元件ZD电连接于第四电阻R4的第二端与第二节点P2之间。如此一来，可稳定第一开关元件12的第一端接收的电压Vg，提高检测准确性。

示例性的，稳压元件ZD可以为稳压二极管，稳压二极管的阳极电连接于第四电阻R4的第二端，稳压二极管的阴极电连接于第二节点P2。

稳压元件ZD也可以为其它形式的稳压器件，本申请对此不作限定。

示例性的，如图6所示，以第一开关元件12和第二开关元件14均为N型MOS晶体管为例，第一开关元件12可选择与第二开关元件14为不同型号。例如第一开关元件12的导通电平可以小于第二开关元件14的导通电平，以降低成本。

例如，第一开关元件12的临界导通电压可大致为1.6V，第一开关元件12的第一端接收的电压大于或等于1.6V时，第一开关元件12可导通。第二开关元件14的导通电压可为3V左右，第二开关元件14接收的电压大于或等于3V时，第二开关元件14可导通。正常情况下，开关驱动模块11提供的驱动电压Vq可控制第二开关元件14导通，以使得电池模组的负极B-与电池模组的负极放电端子P-之间导通，为了降低功耗，正常情况下开关驱动模块11提供的驱动电压Vq可较大一些，例如正常情况下开关驱动模块11提供的驱动电压Vq大于或等于10V。

在一些可选的实施例中，请继续参考图6，电压检测电路10还可以包括单向导通元件D，单向导通元件D电连接于第四电阻R4的第二端与第二节点P2之间。单向导通元件D可用于阻止电流从第四电阻R4流向第二节点P2，从而避免由于第一开关元件12损坏等而导致第二节点P2的电压不稳定，从而提高电路可靠性。

单向导通元件D可电连接于第二节点P2与稳压元件ZD之间。示例性的，单向导通元件D可以为单向导通二极管，单向导通二极管的阳极电连接于第二节点P2，单向导通二极管的阴极电连接于稳压元件ZD的一端。

稳压元件ZD存在稳压压降Vz，单向导通元件D存在单向导通压降Vd。

参考图6，在第二开关元件14正常的情况下，第一开关元件12的第一端接收的电压Vg为：Vg＝(Vq-Vd-Vz)/(R4+R5)*R5。在Vq正常的情况下，Vq驱动第二开关元件14导通的同时，通过单向导通元件D、稳压元件ZD、第四电阻R4形成的回路驱动第一开关元件12导通，第一电阻R1的一端通过第一开关元件12接地，第一节点P1则为低电平，因此MCU13的第一引脚IO接收的电压Vm为低电平。在Vq下降到一定值后，不足以使第一开关元件12导通，第一电阻R1将第一节点P1的电平上拉为高电平，因此MCU13的第一引脚IO接收的电压Vm为高电平。

在第二开关元件14损坏的情况下，第一开关元件12的第一端接收的电压Vg为：Vg＝(Vq/(R2+R3)*R3-Vd-Vz)/(R4+R5)*R5，这种情况下导致Vg降低，第一开关元件12关断，MCU13的第一引脚IO接收的电压Vm为高电平。

在一些可选的实施例中，请继续参考图6，电压检测电路10还可以包括第一电容C1，第一电容C1的第一端电连接于第一开关元件12的第一端，第一电容C1的第二端接地GND。第一电容C1和第五电阻R5可构成滤波电路，进而可对第一开关元件12的第一端接收的电压Vg进行滤波。

在一些可选的实施例中，请继续参考图6，电压检测电路10还可以包括第六电阻R6和第二电容C2；第六电阻R6电连接于第一节点P1与第一引脚IO之间；第二电容C2的第一端电连接于第一引脚IO，第二电容C2的第二端接地GND。同理，第六电阻R6和第二电容C2可构成滤波电路，进而可对第一引脚IO接收的电压Vm进行滤波。

示例性的，如图6所示，电压检测电路10还可以包括瞬态抑制二极管TD，瞬态抑制二极管TD电连接于第二开关元件14的第一端和电池模组的负极B-之间。

瞬态抑制二极管TD能在两极受到反向瞬态高能量冲击时，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，使两极间的电压箝位于一个预定值，吸收浪涌脉冲，从而有效地保护电路中的第二开关元件14。

示例性的，如图6所示，电压检测电路10还可以包括第七电阻R7，第七电阻R7电连接于第二开关元件14的第一端和电池模组的负极B-之间，以便提供静电保护。

需要说明的是，在以上各图所示的实施例中，电阻的表现形态为单独的一个电阻，电容的表现形态为单一的电容。在其他实施例中，电阻还可以是串联、并联或混联电阻的集成，电容还可以是串联、并联或混联电容的集成。可以根据实际需求设置各个器件的具体参数，本申请对此不作限定。

本申请所述的电连接，可以是直接连接，即两元器件之间的连接，也可以是间接连接，即两元器件之间可以通过一个或多个元件形成间接连接。

依照本申请如上文所述的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该申请仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本申请以及在本申请基础上的修改使用。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种电压检测电路，包括开关驱动模块，第一开关元件，第一电阻和微控制单元，其特征在于，

所述开关驱动模块电连接于所述第一开关元件的第一端，所述第一开关元件被构造为基于所述第一开关元件的第一端的电压执行通断操作；

所述第一开关元件的第二端接地，所述第一开关元件的第三端通过所述第一电阻电连接于电源端；

所述微控制单元包括第一引脚，所述第一引脚电连接于所述第一开关元件的第三端与所述第一电阻之间的第一节点，所述第一引脚被构造为基于所述第一开关元件的通断接收不同的电信号。

2.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述电压检测电路还包括第二电阻，至少一个第二开关元件，至少一个第三电阻；

所述第二电阻与任意一个所述第三电阻串联于所述开关驱动模块与所述第二开关元件的第一端之间；

所述第二开关元件被构造为电连接于电池模组的负极与电池模组的负极放电端子之间，并基于所述开关驱动模块输出的电压执行通断操作。

3.根据权利要求2所述的电压检测电路，其特征在于，所述电压检测电路还包括第四电阻和第五电阻；

所述第一开关元件的第一端分别电连接于所述第四电阻的第一端和所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端接地，所述第四电阻的第二端电连接于所述第二电阻与所述第三电阻之间的第二节点。

4.根据权利要求3所述的电压检测电路，其特征在于，所述电压检测电路还包括稳压元件；

所述稳压元件电连接于所述第四电阻的第二端与所述第二节点之间。

5.根据权利要求3或4所述的电压检测电路，其特征在于，所述电压检测电路还包括单向导通元件；

所述单向导通元件电连接于所述第四电阻的第二端与所述第二节点之间。

6.根据权利要求3所述的电压检测电路，其特征在于，所述电压检测电路还包括第一电容，所述第一电容的第一端电连接于所述第一开关元件的第一端，所述第一电容的第二端接地。

7.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述电压检测电路还包括第六电阻和第二电容；

所述第六电阻电连接于所述第一节点与所述第一引脚之间；

所述第二电容的第一端电连接于所述第一引脚，所述第二电容的第二端接地。

8.一种电池管理***，其特征在于，包括

如权利要求1至7任意一项所述的电压检测电路。

9.一种电池包，其特征在于，包括：电池模组和如权利要求8所述的电池管理***。

10.一种用电装置，其特征在于，包括：

负载；以及

如权利要求9所述的电池包，所述电池包用于为所述负载供电。

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