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CN114161993B - 一种车辆电池供电检测系统及检测方法 - Google Patents

一种车辆电池供电检测系统及检测方法 Download PDF

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CN114161993B CN202111648801.5A CN202111648801A CN114161993B CN 114161993 B CN114161993 B CN 114161993B CN 202111648801 A CN202111648801 A CN 202111648801A CN 114161993 B CN114161993 B CN 114161993B
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Abstract

本发明公开了一种车辆电池供电检测系统，主要解决现有车辆供电检测系统无法实现电池组单电芯检测的问题。该检测系统包括主控MCU，以及与主控MCU相连的电流输入信号检测电路、电流输出信号检测电路和电池检测电路；其中，所述电池检测电路包括多个连接于电池每个电芯两端的电压比较器，与电压比较器的输出端均相连的控制电路，以及与控制电路相连用于切换电池与负载之间导通与关断的切换开关。本发明通过设置电流输入信号检测电路、电流输出信号检测电路检测车辆电池是处于充电状态还是供电状态，从而再启动电池检测电路对电池中的单个电芯进行检测，通过对电池单个电芯的独立检测，能更加高效的反馈电池的状态，从而对电池和车辆进行保护。

Description

一种车辆电池供电检测系统及检测方法
技术领域
本发明属于电动车电池技术领域，具体地说，是涉及一种车辆电池供电检测系统及检测方法。
背景技术
目前，电动汽车以其节能、零污染、高效率的优点，被世界各国科学家和工业界普遍认为是二十一世纪重要的交通工具。电动汽车采用非常规的车用燃料作为动力来源，或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车，纯电动汽车是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶，新能源汽车对保护环境的基本国策的落实是十分重要的，因此新能源汽车的研发力度和生产量正在逐年上升。
电动汽车供电检测系统是保障电动汽车供电安全的重要检测装置，其主要通过对电动汽车的电池进行检测来实现。电动车的电池由多个电芯组成，传统的电动汽车电池检测是对整个电池进行一个检测，就是检测整个电池的电压保持一定范围内，就是安全的，电池就可以继续充电了。但是在这个过程中，有可能是有的电芯充满了，有的电芯没充满，而传统的检测电路是检测不出来的，它只能持续对电池进行充电，这样会导致已经充满的电芯过度充电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆电池供电检测系统及检测方法，主要解决现有车辆供电检测系统无法实现电池组单电芯检测的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种车辆电池供电检测系统，包括主控MCU，以及与主控MCU相连的电流输入信号检测电路、电流输出信号检测电路和电池检测电路；其中，所述电池检测电路包括多个连接于电池每个电芯两端的电压比较器，与电压比较器的输出端均相连的控制电路，以及与控制电路相连用于切换电池与负载之间导通与关断的切换开关；其中，所述控制电路包括控制芯片，与控制芯片相连的反馈电路、预警电路，与反馈电路相连的放大电路，以及与放大电路相连的驱动电路；其中，所述驱动电路与切换开关相连。
进一步地，在本发明中，所述反馈电路包括与控制芯片相连的电阻R1，反相输入端与电阻R1的另一端相连的运算放大器A1，一端与运算放大器A1的输出端相连的电阻R2，反相输入端与电阻R2的另一端相连的运算放大器A2，一端与运算放大器A2的反相输入端相连的电阻R3、电容C1，与电容C1的另一端相连且另一端与运算放大器A2的输出端相连的电阻R4，连接于运算放大器A2的反相输入端与输出端之间的电阻R5，与电阻R3的另一端相连的电阻R6，反相输入端与电阻R6的另一端相连的运算放大器A3，一端与运算放大器A3的反相输入端相连且另一端与控制芯片相连的电阻R7，一端与电阻R7和控制芯片相连的电容C2，一端与电容C2的另一端相连且另一端与运算放大器A2的反相输入端相连的电阻R8，与运算放大器A2的输出端相连的电容C3，与电容C3的另一端相连的电阻R9，反相输入端与电阻R9的另一端相连的运算放大器A4，连接于运算放大器A4的反相输入端与输出端之间的电阻R10，一端与运算放大器A2的反相输入端和运算放大器A4的反相输入端相连的电容C4，以及一端与电容C4的另一端相连且另一端与运算放大器A4的输出端相连的电阻R11；其中，运算放大器A1～A4的正相输入端均接地；运算放大器A4的输出端与放大电路相连。
进一步地，在本发明中，所述预警电路包括集电极与控制芯片相连的三极管T1，正极与三极管T1的发射极相连且负极与三极管T1的基极相连的发光二极管D1，一端与三极管T1的基极相连的电阻R12，一端与电阻R12的另一端相连且另一端与发光二极管D1的正极相连的电阻R13，并联于电阻R13两端的电容C5，正极与电阻R12、R13的公共端相连的二极管D2，输出端与二极管D2的负极相连的运算放大器A5，连接于运算放大器A5的正相输入端与二极管D2的正极之间的电阻R14，一端连接于运算放大器A5的正相输入端且另一端接地的电阻R15，以及一端与运算放大器A5反相输入端相连且另一端与运算放大器A4的反相输入端相连的电阻R16。
进一步地，在本发明中，所述放大电路包括与运算放大器A4的输出端相连的电阻R17，与电阻R17的另一端相连的运算放大器A6，一端与运算放大器A6的正相输入端相连的电阻R18、R19，一端与电阻R18的另一端相连且另一端接地的电容C6，一端与运算放大器A6的输出端相连的电阻R20，以及一端与电阻R20的另一端相连且另一端与运算放大器A6的反相输入端相连的电容C7；其中，电阻R19的另一端还与运算放大器A6的输出端相连，运算放大器A6的输出端与驱动电路相连。
进一步地，在本发明中，所述驱动电路包括与运算放大器A6的输出端相连的电阻R21，基极与电阻R21相连的三极管T2，连接于三极管T2的基极与发射极之间的电阻R22，以及与三极管T2的集电极相连的电容C8，以及并联于电容C8两端的电感L1；其中，电容C8的另一端与切换开关相连；三极管T2的发射极接地。
进一步地，在本发明中，所述电流输入信号检测电路包括连接于电池组两端的降压转换器，与降压转换器输出端相连的电阻R23，反相输入端与电阻R23的另一端相连的运算放大器A7，连接于运算放大器A7的反相输入端与输出端之间的电阻R4，并联于电阻R24两端的电容C9，与运算放大器A7的输出端相连的电阻R25，一端与电阻R25的另一端相连且另一端接地的电容C10，正极与电阻R25、电容C10的公共端相连的且负极接VCC的二极管D3，以及负极与电阻R25、电容C10的公共端相连的且正极接地的二极管D4；其中，电阻R25、电容C10的公共端还与主控MCU相连。
进一步地，在本发明中，所述电流输出信号检测电路包括连接于电池组两端的升压转换器，与升压转换器输出端相连的电阻R26，一端与电阻R26另一端相连且另一端接地的电容C11，并联后一端与电阻R26、电容C11的公共端相连的电阻R27、R28，反相输入端与电阻R28一端相连、正相输入端与电阻R27另一端相连的运算放大器A8，一端与运算放大器A8的正相输入端相连且另一端接地的电阻R29，以及连接于运算放大器A8的反相输入端与输出端之间的电阻R30；其中，运算放大器A8的输出端还与主控MCU相连。
进一步地，在本发明中，所述控制芯片采用型号为TMS320F2812的DSP处理芯片。
进一步地，在本发明中，所述主控MCU采用型号为STM32F103C8T6的单片机控制芯片。
基于上述检测电路，本发明还提供了一种车辆电池供电检测系统的检测方法，包括如下步骤：
(S1)检测系统首先通过电流输入信号检测电路、电流输出信号检测电路检测电池是充电状态还是供电状态；
(S2)主控MCU收到检测信号并反馈控制信号启动电池检测电路；
(S3)电池检测电路通过对电压比较器对单个单芯的状态进行检测；
(S4)反馈电路接收来自控制电路的信号并反馈信号至驱动电路和预警电路；
(S5)驱动电路控制切换开关的状态，从而实现对电池和负载的保护，同时预警电路发出预警信息。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过设置电流输入信号检测电路、电流输出信号检测电路检测车辆电池是处于充电状态还是供电状态，从而再启动电池检测电路对电池中的单个电芯进行检测，通过对电池单个电芯的独立检测，能更加高效的反馈电池的状态，从而对电池和车辆进行保护。
(2)本发明通过在电池的每个电芯两端设置电压比较器，可以实现对电池中每个电芯电压的单独检测，在电池使用或者充电时，每个电芯的状态都能通过反馈电路进行单独检测、反馈，从而在单个电芯充满后及时对电芯进行停止充电，或者在某个电芯出现故障之后能够及时断电，保护用电设备。
(3)本发明通过设置反馈电路，通过控制芯片采集电池中每个电芯的工作状态，利用反馈电路对电池的电芯状态进行反馈，从而控制切换开关控制负载的导通与切断，对负载进行保护。
(4)本发明通过设置预警电路，在控制芯片采集到相关异常数据后，能够通过反馈电路将异常信号反馈至预警电路，从而发出预警信息，实现对电池的保护。
附图说明
图1为本发明的整体电路原理框图。
图2为本发明中电池检测电路的原理框图。
图3为本发明中电池检测电路的控制电路原理图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-电芯，2-电压比较器，3-切换开关，4-负载。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图1～3所示，本发明公开的一种车辆电池供电检测系统，包括主控MCU，以及与主控MCU相连的电流输入信号检测电路、电流输出信号检测电路和电池检测电路。其主要通过型号为STM32F103C8T6的单片机控制芯片作为主控MCU。电流输入信号检测电路、电流输出信号检测电路检测车辆电池是处于充电状态还是供电状态，从而通过主控MCU启动电池检测电路对电池中的单个电芯进行检测，通过对电池单个电芯的独立检测，能更加高效的反馈电池的状态，从而对电池和车辆进行保护。
在本实施例中，所述电池检测电路包括多个连接于电池每个电芯1两端的电压比较器2，与电压比较器的输出端均相连的控制电路，以及与控制电路相连用于切换电池与负载4之间导通与关断的切换开关3；其中，所述控制电路包括控制芯片，与控制芯片相连的反馈电路、预警电路，与反馈电路相连的放大电路，以及与放大电路相连的驱动电路；其中，所述驱动电路与切换开关相连。其中，所述控制芯片采用型号为TMS320F2812的DSP处理芯片。本发明通过在电池的每个电芯两端设置电压比较器，可以实现对电池中每个电芯电压的单独检测，在电池使用或者充电时，每个电芯的状态都能通过反馈电路进行单独检测、反馈，且反馈信号进入放大电路进行放大后反馈给驱动电路，从而通过驱动电路控制切换开关的状态，对电池和用电设备进行保护。
在本实施例中，所述反馈电路包括与控制芯片相连的电阻R1，反相输入端与电阻R1的另一端相连的运算放大器A1，一端与运算放大器A1的输出端相连的电阻R2，反相输入端与电阻R2的另一端相连的运算放大器A2，一端与运算放大器A2的反相输入端相连的电阻R3、电容C1，与电容C1的另一端相连且另一端与运算放大器A2的输出端相连的电阻R4，连接于运算放大器A2的反相输入端与输出端之间的电阻R5，与电阻R3的另一端相连的电阻R6，反相输入端与电阻R6的另一端相连的运算放大器A3，一端与运算放大器A3的反相输入端相连且另一端与控制芯片相连的电阻R7，一端与电阻R7和控制芯片相连的电容C2，一端与电容C2的另一端相连且另一端与运算放大器A2的反相输入端相连的电阻R8，与运算放大器A2的输出端相连的电容C3，与电容C3的另一端相连的电阻R9，反相输入端与电阻R9的另一端相连的运算放大器A4，连接于运算放大器A4的反相输入端与输出端之间的电阻R10，一端与运算放大器A2的反相输入端和运算放大器A4的反相输入端相连的电容C4，以及一端与电容C4的另一端相连且另一端与运算放大器A4的输出端相连的电阻R11；其中，运算放大器A1～A4的正相输入端均接地；运算放大器A4的输出端与放大电路相连。反馈电路接收控制芯片处理后的工作异常信号，并将该信号反馈至预警电路和驱动电路，从而对切换开关和预警电路进行控制。
在本实施例中，所述预警电路包括集电极与控制芯片相连的三极管T1，正极与三极管T1的发射极相连且负极与三极管T1的基极相连的发光二极管D1，一端与三极管T1的基极相连的电阻R12，一端与电阻R12的另一端相连且另一端与发光二极管D1的正极相连的电阻R13，并联于电阻R13两端的电容C5，正极与电阻R12、R13的公共端相连的二极管D2，输出端与二极管D2的负极相连的运算放大器A5，连接于运算放大器A5的正相输入端与二极管D2的正极之间的电阻R14，一端连接于运算放大器A5的正相输入端且另一端接地的电阻R15，以及一端与运算放大器A5反相输入端相连且另一端与运算放大器A4的反相输入端相连的电阻R16。该电路通过接收来自反馈电路的反馈信号，利用控制电路实现预警电路发出预警信息。
在本实施例中，所述放大电路包括与运算放大器A4的输出端相连的电阻R17，与电阻R17的另一端相连的运算放大器A6，一端与运算放大器A6的正相输入端相连的电阻R18、R19，一端与电阻R18的另一端相连且另一端接地的电容C6，一端与运算放大器A6的输出端相连的电阻R20，以及一端与电阻R20的另一端相连且另一端与运算放大器A6的反相输入端相连的电容C7；其中，电阻R19的另一端还与运算放大器A6的输出端相连，运算放大器A6的输出端与驱动电路相连。放大电路用于对反馈电路的输出信号进行放大。
在本实施例中，所述驱动电路包括与运算放大器A6的输出端相连的电阻R21，基极与电阻R21相连的三极管T2，连接于三极管T2的基极与发射极之间的电阻R22，以及与三极管T2的集电极相连的电容C8，以及并联于电容C8两端的电感L1；其中，电容C8的另一端与切换开关相连；三极管T2的发射极接地。
在本实施例中，所述电流输入信号检测电路包括连接于电池组两端的降压转换器，与降压转换器输出端相连的电阻R23，反相输入端与电阻R23的另一端相连的运算放大器A7，连接于运算放大器A7的反相输入端与输出端之间的电阻R4，并联于电阻R24两端的电容C9，与运算放大器A7的输出端相连的电阻R25，一端与电阻R25的另一端相连且另一端接地的电容C10，正极与电阻R25、电容C10的公共端相连的且负极接VCC的二极管D3，以及负极与电阻R25、电容C10的公共端相连的且正极接地的二极管D4；其中，电阻R25、电容C10的公共端还与主控MCU相连。
在本实施例中，所述电流输出信号检测电路包括连接于电池组两端的升压转换器，与升压转换器输出端相连的电阻R26，一端与电阻R26另一端相连且另一端接地的电容C11，并联后一端与电阻R26、电容C11的公共端相连的电阻R27、R28，反相输入端与电阻R28一端相连、正相输入端与电阻R27另一端相连的运算放大器A8，一端与运算放大器A8的正相输入端相连且另一端接地的电阻R29，以及连接于运算放大器A8的反相输入端与输出端之间的电阻R30；其中，运算放大器A8的输出端还与主控MCU相连。
本发明的车辆电池供电检测系统的检测方法，包括如下步骤：
(S1)检测系统首先通过电流输入信号检测电路、电流输出信号检测电路检测电池是充电状态还是供电状态；
(S2)主控MCU收到检测信号并反馈控制信号启动电池检测电路；
(S3)电池检测电路通过对电压比较器对单个单芯的状态进行检测；
(S4)反馈电路接收来自控制电路的信号并反馈信号至驱动电路和预警电路；
(S5)驱动电路控制切换开关的状态，从而实现对电池和负载的保护，同时预警电路发出预警信息。
使用该检测系统后，对应匹配车辆的充电柜成本也会大幅降低。以某换电公司的10个充电口的充电柜为例，10个充电口服务30组单池，每一组电池需要一个保护板，而采用本系统的检测电路后，由于是对单电芯进行检测，只需要在每个充电口设置保护板，因此，10个充电口只需要10个保护板，每个柜子可以节约20个保护板，而一个保护板市值在350～400元。因此，一个柜子可以节约陈本至少7000元。大幅降低了充电柜的成本。
通过上述设计，本发明通过设置电流输入信号检测电路、电流输出信号检测电路检测车辆电池是处于充电状态还是供电状态，从而再启动电池检测电路对电池中的单个电芯进行检测，通过对电池单个电芯的独立检测，能更加高效的反馈电池的状态，从而对电池和车辆进行保护。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车辆电池供电检测系统，其特征在于，包括主控MCU，以及与主控MCU相连的电流输入信号检测电路、电流输出信号检测电路和电池检测电路；其中，所述电池检测电路包括多个连接于电池每个电芯两端的电压比较器，与电压比较器的输出端均相连的控制电路，以及与控制电路相连用于切换电池与负载之间导通与关断的切换开关；其中，所述控制电路包括控制芯片，与控制芯片相连的反馈电路、预警电路，与反馈电路相连的放大电路，以及与放大电路相连的驱动电路；其中，所述驱动电路与切换开关相连；其中，电流输入信号检测电路、电流输出信号检测电路检测车辆电池是处于充电状态还是供电状态；
所述反馈电路包括与控制芯片相连的电阻R1，反相输入端与电阻R1的另一端相连的运算放大器A1，一端与运算放大器A1的输出端相连的电阻R2，反相输入端与电阻R2的另一端相连的运算放大器A2，一端与运算放大器A2的反相输入端相连的电阻R3、电容C1，与电容C1的另一端相连且另一端与运算放大器A2的输出端相连的电阻R4， 连接于运算放大器A2的反相输入端与输出端之间的电阻R5，与电阻R3的另一端相连的电阻R6，反相输入端与电阻R6的另一端相连的运算放大器A3，一端与运算放大器A3的反相输入端相连且另一端与控制芯片相连的电阻R7，一端与电阻R7和控制芯片相连的电容C2，一端与电容C2的另一端相连且另一端与运算放大器A2的反相输入端相连的电阻R8，与运算放大器A2的输出端相连的电容C3，与电容C3的另一端相连的电阻R9，反相输入端与电阻R9的另一端相连的运算放大器A4，连接于运算放大器A4的反相输入端与输出端之间的电阻R10，一端与运算放大器A2的反相输入端和运算放大器A4的反相输入端相连的电容C4，以及一端与电容C4的另一端相连且另一端与运算放大器A4的输出端相连的电阻R11；其中，运算放大器A1~A4的正相输入端均接地；运算放大器A4的输出端与放大电路相连；
所述检测系统的检测方法包括如下步骤：
（S1）检测系统首先通过电流输入信号检测电路、电流输出信号检测电路检测电池是充电状态还是供电状态；
（S2）主控MCU收到检测信号并反馈控制信号启动电池检测电路；
（S3）电池检测电路通过对电压比较器对单个单芯的状态进行检测；
（S4）反馈电路接收来自控制电路的信号并反馈信号至驱动电路和预警电路；
（S5）驱动电路控制切换开关的状态，从而实现对电池和负载的保护，同时预警电路发出预警信息。
2.根据权利要求1所述的一种车辆电池供电检测系统，其特征在于，所述预警电路包括集电极与控制芯片相连的三极管T1，正极与三极管T1的发射极相连且负极与三极管T1的基极相连的发光二极管D1，一端与三极管T1的基极相连的电阻R12，一端与电阻R12的另一端相连且另一端与发光二极管D1的正极相连的电阻R13，并联于电阻R13两端的电容C5，正极与电阻R12、R13的公共端相连的二极管D2，输出端与二极管D2的负极相连的运算放大器A5，连接于运算放大器A5的正相输入端与二极管D2的正极之间的电阻R14，一端连接于运算放大器A5的正相输入端且另一端接地的电阻R15，以及一端与运算放大器A5反相输入端相连且另一端与运算放大器A4的反相输入端相连的电阻R16。
3.根据权利要求2所述的一种车辆电池供电检测系统，其特征在于，所述放大电路包括与运算放大器A4的输出端相连的电阻R17，与电阻R17的另一端相连的运算放大器A6，一端与运算放大器A6的正相输入端相连的电阻R18、R19，一端与电阻R18的另一端相连且另一端接地的电容C6，一端与运算放大器A6的输出端相连的电阻R20，以及一端与电阻R20的另一端相连且另一端与运算放大器A6的反相输入端相连的电容C7；其中，电阻R19的另一端还与运算放大器A6的输出端相连，运算放大器A6的输出端与驱动电路相连。
4.根据权利要求3所述的一种车辆电池供电检测系统，其特征在于，所述驱动电路包括与运算放大器A6的输出端相连的电阻R21，基极与电阻R21相连的三极管T2，连接于三极管T2的基极与发射极之间的电阻R22，以及与三极管T2的集电极相连的电容C8，以及并联于电容C8两端的电感L1；其中，电容C8的另一端与切换开关相连；三极管T2的发射极接地。
5.根据权利要求4所述的一种车辆电池供电检测系统，其特征在于，所述电流输入信号检测电路包括连接于电池组两端的降压转换器，与降压转换器输出端相连的电阻R23，反相输入端与电阻R23的另一端相连的运算放大器A7，连接于运算放大器A7的反相输入端与输出端之间的电阻R4，并联于电阻R24两端的电容C9，与运算放大器A7的输出端相连的电阻R25，一端与电阻R25的另一端相连且另一端接地的电容C10，正极与电阻R25、电容C10的公共端相连的且负极接VCC的二极管D3，以及负极与电阻R25、电容C10的公共端相连的且正极接地的二极管D4；其中，电阻R25、电容C10的公共端还与主控MCU相连。
6.根据权利要求5所述的一种车辆电池供电检测系统，其特征在于，所述电流输出信号检测电路包括连接于电池组两端的升压转换器，与升压转换器输出端相连的电阻R26，一端与电阻R26另一端相连且另一端接地的电容C11，并联后一端与电阻R26、电容C11的公共端相连的电阻R27、R28，反相输入端与电阻R28一端相连、正相输入端与电阻R27另一端相连的运算放大器A8，一端与运算放大器A8的正相输入端相连且另一端接地的电阻R29，以及连接于运算放大器A8的反相输入端与输出端之间的电阻R30；其中，运算放大器A8的输出端还与主控MCU相连。
7.根据权利要求6所述的一种车辆电池供电检测系统，其特征在于，所述控制芯片采用型号为TMS320F2812 的DSP处理芯片。
8.根据权利要求7所述的一种车辆电池供电检测系统，其特征在于，所述主控MCU采用型号为STM32F103C8T6的单片机控制芯片。
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