开关网络检测系统的制作方法

本申请涉及电力技术领域，尤其涉及开关网络检测系统。

背景技术：

电池组或电容器组在通信后备电源、电动汽车、储能电站等领域有广泛的应用。而在电池组或电容器组的电压测量和均衡操作中均需要用到开关网络。通常开关网络和电池组或电容器组内的每一节单体电池或每一个电容器都有连接。

现有的开关网络的检测主要是通过在每个开关上串联或并联一个检测电路来实现。然而，由于电池组或电容器内串联的单体电池或电容器比较多，例如，电动大巴的电池组可串联高达数百节单体电池，因此在检测开关网络每个内部开关是否有异常状态时，需要大量的检测电路，这样造成整体电路的体积、成本、复杂程度大大增加，而可靠性、抗干扰能力大大下降。

技术实现要素：

本申请提供了开关网络检测系统，以解决背景技术中提到的问题。

第一方面，本申请提供了一种开关网络检测系统，所述开关网络，一端连接电池组或电容器组，另一端为输出端，用于通过内部开关的组合，使电池组或电容器组中的至少一个电池或电容器连接至所述输出端，所述输出端包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端和第二输出端分别为正极输出端和负极输出端，所述系统包括：第一电压测量装置，一端与电池组或电容器组的负极相连，另一端直接与所述第一输出端相连，或通过开关与所述第一输出端相连；第二电压测量装置，一端与电池组或电容器组的负极相连，另一端直接与所述第二输出端相连，或通过开关与所述第二输出端相连；处理器，与所述第一电压测量装置以及所述第二电压测量装置相连，用于判断所述第一电压测量装置测量出的电压或所述第二电压测量装置测量出的电压是否在预先设置的范围内，如果否，则确定所述开关网络出现异常。

在一些实施例中，所述电池组或电容器组由偶数个电池或电容器串联而成，每个电池或电容器的正极和负极连接有所述开关网络的前级内部开关，所述电池组或电容器组中相邻的两个电池或电容器相互连接的正极和负极，连接有同一个前级内部开关，与所述电池组或电容器组的正极连接的前级内部开关的另一端连接至所述第二电压测量装置，与所述电池组或电容器组的负极连接的开关的另一端连接至所述第一电压测量装置，与所述电池组或电容器组的正极间隔有奇数个电池或电容器的前级内部开关的另一端连接至所述第一电压测量装置，与所述电池组或电容器组的正极间隔有偶数个电池或电容器的前级内部开关的另一端连接至所述第二电压测量装置。

在一些实施例中，所述系统还包括第三电压测量装置，所述第三电压测量装置用于测量所述输出端的电压；以及所述处理器与所述第三电压测量装置连接，所述处理器还用于获取所述第三电压测量装置测量出的电压。

在一些实施例中，所述电池组或电容器组由奇数个电池或电容器串联而成，每个电池或电容器的正极和负极连接有所述开关网络的前级内部开关，所述电池组或电容器组中相邻的两个电池或电容器相互连接的正极和负极，连接有同一个前级内部开关，与所述电池组或电容器组的正极连接的前级内部开关的另一端连接至所述第一电压测量装置，与所述电池组或电容器组的负极连接的开关的另一端连接至所述第二电压测量装置，与所述电池组或电容器组的正极间隔有偶数个电池或电容器的前级内部开关的另一端连接至所述第一电压测量装置，与所述电池组或电容器组的正极间隔有奇数个电池或电容器的前级内部开关的另一端连接至所述第二电压测量装置。

在一些实施例中，所述开关网络还包括后级内部开关，所述后级内部开关与所述前级内部开关连接，用于将所述前级内部开关接入正极输出端或负极输出端。

在一些实施例中，所述电池组或电容器组由电池或电容器串联而成，每个电池或电容器的正极和负极连接有所述开关网络的内部开关，所述电池组或电容器组中相邻的两个电池或电容器相互连接的正极和负极，连接有两个内部开关，所述两个内部开关的另一端分别连接至第一电压测量装置与第二电压测量装置，与所述电池组或电容器组的正极连接的内部开关的另一端连接至所述第一电压测量装置，与所述电池组或电容器组的负极连接的开关的另一端连接至所述第二电压测量装置。

在一些实施例中，所述处理器还用于确定所述开关网络出现异常后，控制所述开关网络的内部开关全部断开。

在一些实施例中，所述范围是根据预先测量出的所述电池组或电容器组中各个电池或电容器的电压，或电池组或电容器组中各个电池或电容器的过充、过放电压设置的。

在一些实施例中，所述处理器通过网络与远程服务器连接，所述远程服务器用于获取所述处理器发送的用于表示所述开关网络出现异常的信息。

第二方面，本申请提供了一种开关网络检测系统的控制方法，所述方法包括：控制待连接至所述输出端的电池或电容器的负极与所述第一电压测量装置之间的开关闭合，以获取所述第一电压测量装置测量出的所述待连接至所述输出端的电池或电容器的负极与所述电池组或电容器组的负极之间的电压；判断所述第一电压测量装置测量出的电压是否在预先确定的所述待连接至所述输出端的电池或电容器的负极与所述电池组或电容器组的负极之间的电压的范围内；如果否，则确定所述开关网络出现异常。

在一些实施例中，所述待连接至所述输出端的电池或电容器，依次为所述电池组或电容器组中，从最接近所述电池组或电容器组的负极的电池或电容器起的各个电池或电容器；以及所述判断所述第一电压测量装置测量出的电压是否在预先确定的所述待连接至所述输出端的电池或电容器的负极与所述电池组或电容器组的负极之间的电压的范围内，还包括：如果是，则控制所述待连接至所述输出端的电池或电容器的正极与所述第二电压测量装置之间的开关闭合，以获取所述第二电压测量装置测量出的待连接至所述输出端的电池或电容器的正极与所述电池组或电容器组的负极之间的电压；判断所述第二电压测量装置测量出的电压是否在预先确定的所述待连接至所述输出端的电池或电容器的正极与所述电池组或电容器组的负极之间的电压的范围内；如果否，则确定所述开关网络出现异常；如果是，则将所述待连接至所述输出端的电池或电容器连接至所述输出端，通过所述第三电压测量装置测量所述输出端的电压。

在一些实施例中，所述待连接至所述输出端的电池或电容器的负极与所述电池组或电容器组的负极之间的电压的范围和所述待连接至所述输出端的电池或电容器的正极与所述电池组或电容器组的负极之间的电压的范围是根据电池或电容器的过充、过放电压以及所述第三电压测量装置测量所述输出端的电压确定的。

本申请提供的开关网络检测系统，通过第一电压测量装置和第二电压测量装置的设置，实现了开关网络故障的检测，同时检测电路简洁，可靠性高，抗干扰能力强。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的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：

图1是根据本申请的可以应用于其中的示例性系统架构图；

图2是根据本申请的开关网络检测系统的实施例的一个结构示意图；

图3A、图3B、图3C、图3D是根据本申请的开关网络检测系统的实施例的又一个结构示意图；

图4是根据本申请的开关网络检测系统的实施例的再一个结构示意图；

图5是根据本申请的开关网络检测系统的应用场景的一个示意图。

具体实施方式

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实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

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。

图1示出了可以应用本申请的开关网络检测系统的实施例的示例性系统架构100。

如图1所示，系统架构100可以包括安装有电池组或电容器组的设备101，网络102、服务器103。网络102用以在设备101和服务器103之间提供通信链路的介质。网络102可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。

设备101可以是通信后备电源、电动汽车、电动汽车充电桩、储能电站等。

服务器103可以是对信息进行分析和记录的服务器，例如对设备101中开关网络检测系统发来的开关网络的异常信息进行分析与记录，生成包括异常的设备的位置或编号信息的提示消息，以此实现开关网络的远程管理。服务器103也可以用于向控制设备101下发预先测量的或推算出的电池组或电容器组中每个电池或电容器的电压。此外，服务器103还可以直接向设备101发送指令，控制设备101中的处理器进行开关网络的检测操作。

需要说明的是，本申请实施例所提供的开关网络检测系统的各个组成部分一般分别设置于设备101中，相应地，开关网络检测系统的控制方法一般由设备101执行。

应该理解，图1中的设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的设备、网络和服务器。

继续参考图2，图2示出了开关网络检测系统的一个实施例的结构示意图。开关网络201，一端连接电池组或电容器组202，另一端为输出端203，用于通过内部开关的组合，使电池组或电容器组202中的至少一个电池或电容器连接至输出端203，输出端203包括第一输出端和第二输出端，第一输出端和第二输出端分别为正极输出端和负极输出端，本实施例的开关网络检测系统200包括：第一电压测量装置204，一端与电池组或电容器组202的负极相连，另一端直接与第一输出端相连，或通过开关与第一输出端相连；第二电压测量装置205，一端与电池组或电容器组202的负极相连，另一端直接与第二输出端相连，或通过开关与第二输出端相连；处理器(图中未示出)，与第一电压测量装置204以及第二电压测量装置205相连，用于判断第一电压测量装置204测量出的电压或第二电压测量装置205测量出的电压是否在预先设置的范围内，如果否，则确定开关网络201出现异常。处理器可以是一个用于比较电压大小的比较器，或者其他逻辑器件。

在本实施例中，处理器可以通过常见的无线连接或有线连接方式与用于控制开关网络201的内部开关开闭的控制器，第一电压测量装置204以及第二电压测量装置205相连。

在本实施例中，输出端203可以连接用于检测及均衡电池组或电容器组中各个电池或电容器的电量的装置，或者用于检测电池或电容器的健康状态(SOH)的装置。

在本实施例的一些可选的实现方式中，系统还包括第三电压测量装置(未示出)，所述第三电压测量装置用于测量所述输出端203的电压；以及所述处理器与所述第三电压测量装置连接，所述处理器还用于获取所述第三电压测量装置测量出的电压。在确定用于将电池组或电容器组202中一个电池或电容器，或多个相邻的电池或电容器连接至输出端的内部开关正常后，可将其通过上述内部开关连接至输出端，通过第三电压测量装置测量出其真实电压。处理器可通过测量出的真实电压进一步确定包括上述一个电池或电容器，或多个相邻的电池或电容器的多个电池或电容器的电压范围。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述范围是根据预先测量出的电池组或电容器组202中各个电池或电容器的电压，或电池组或电容器组中各个电池或电容器的过充、过放电压设置的。预先设置的范围是开关网络202正常工作时，第一电压测量装置204或第二电压测量装置205应测量出的电压的范围，例如，第一电压测量装置204两端分别连接至某一节单体电池的正负极，该节单体电池的实际电压即为第一电压测量装置204应测量出的电压。可以预先测量出该节单体电池的电压，以此来确定第一电压测量装置204应测量出的电压，也可根据预先获得该节单体电池的过充、过放电压确定第一电压测量装置204应测量出的电压。还可以根据一个电压初始值和随后对此电池或电容器进行充放电操作的记录估算此时该电池或电容器的实际电压。例如，预先测量出该节单体电池的电压为2.0V，预先设置的误差是不超过0.1V，那么第一电压测量装置204应测量出的电压的范围为1.9V～2.1V；若该节单体电池的过充电压为4V，过放电压为1V，预先设置的误差是不超过0.1V，那么第一电压测量装置204应测量出的电压的范围为0.9V～4.1V。

在本实施例的一些可选的实现方式中，电池组或电容器组202由偶数个电池或电容器串联而成，每个电池或电容器的正极和负极连接有开关网络201的前级内部开关，电池组或电容器组202中相邻的两个电池或电容器相互连接的正极和负极，连接有同一个前级内部开关，与电池组或电容器组202的正极连接的前级内部开关的另一端连接至第二电压测量装置205，与电池组或电容器组202的负极连接的开关的另一端连接至第一电压测量装置204，与电池组或电容器组202的正极间隔有奇数个电池或电容器的前级内部开关的另一端连接至第一电压测量装置204，与电池组或电容器组202的正极间隔有偶数个电池或电容器的前级内部开关的另一端连接至第二电压测量装置205。

如图3A所示，若电池组内串联连接的单体电池为偶数个，若要对电池或电容器(2m)进行测量或均衡等操作，则需要闭合开关S(2n)、S(2n-1)、SE1、和SO0，正极输出端和电池或电容器(2m)的正极连接，负极输出端和电池或电容器(2m)的负极连接，对正极输出端和负极输出端之间进行电压测量或充、放电就是对电池或电容器(2m)进行电压测量或充、放电。此时，第一电压测量装置204测得的电压是电池或电容器(2m)正极和电池组或电容器组负极之间的电压，第二电压测量装置205测得的电压就是电池或电容器(2m-1)正极和电池组或电容器组负极之间的电压，第一电压测量装置204与第二电压测量装置205测得的电压之差是电池或电容器(2m)的电压。若要对电池或电容器(2m-1)进行测量或均衡等操作，则需要闭合开关S(2n-1)、S(2n-2)、SO1、和SE0，正极输出端和电池或电容器(2m-1)的正极连接，负极输出端和电池或电容器(2m-1)的负极连接，对正极输出端和负极输出端之间进行电压测量或充、放电就是对电池或电容器(2m-1)进行电压测量或充、放电。此时，第二电压测量装置205测得的电压是电池或电容器(2m-1)正极和电池组或电容器组负极之间的电压，第一电压测量装置204测得的电压就是电池或电容器(2m-2)正极和电池组或电容器组负极之间的电压，第一电压测量装置204与第二电压测量装置205测得的电压之差是电池或电容器(2m-1)的电压。其它单体电池的操作方式以此类推。图3C所示结构的原理与图3A类似。

在本实施例的一些可选的实现方式中，电池组或电容器组202由奇数个电池或电容器串联而成，每个电池或电容器的正极和负极连接有开关网络201的前级内部开关，电池组或电容器组202中相邻的两个电池或电容器相互连接的正极和负极，连接有同一个前级内部开关，与电池组或电容器组202的正极连接的前级内部开关的另一端连接至第一电压测量装置204，与电池组或电容器组202的负极连接的开关的另一端连接至第二电压测量装置205，与电池组或电容器组202的正极间隔有偶数个电池或电容器的前级内部开关的另一端连接至第一电压测量装置204，与电池组或电容器组202的正极间隔有奇数个电池或电容器的前级内部开关的另一端连接至第二电压测量装置205。

如图3B所示，电池组内串联连接的单体电池为奇数个，若要对电池或电容器(2m+1)进行测量或均衡等操作，则需要闭合开关S(2n+1)、S(2n)、SO1、和SE0，正极输出端和电池或电容器(2m+1)的正极连接，负极输出端和电池或电容器(2m+1)的负极连接，对正极输出端和负极输出端之间进行电压测量或充、放电就是对电池或电容器(2m+1)进行电压测量或充、放电。此时，第二电压测量装置205测得的电压是电池或电容器(2m+1)正极和电池组或电容器组负极之间的电压，第一电压测量装置204测得的电压就是电池或电容器(2m)正极和电池组或电容器组负极之间的电压，第一电压测量装置204与第二电压测量装置205测得的电压之差是电池或电容器(2m+1)的电压。若要对电池或电容器(2m)进行测量或均衡等操作，则需要闭合开关S(2n)、S(2n-1)、SE1、和SO0，正极输出端和电池或电容器(2m)的正极连接，负极输出端和电池或电容器(2m)的负极连接，对正极输出端和负极输出端之间进行电压测量或充、放电就是对电池或电容器(2m)进行电压测量或充、放电。此时，第一电压测量装置204测得的电压是电池或电容器(2m)正极和电池组或电容器组负极之间的电压，第二电压测量装置205测得的电压就是电池或电容器(2m-1)正极和电池组或电容器组负极之间的电压，第一电压测量装置204与第二电压测量装置205测得的电压之差是电池或电容器(2m)的电压。其它单体电池的操作方式以此类推。图3D所示结构的原理与图3B类似。

在本实施例的一些可选的实现方式中，开关网络201还包括后级内部开关，后级内部开关与前级内部开关连接，用于将前级内部开关接入正极输出端203或负极输出端203。如图3A所示，前级内部开关包括S(0)～S(2n)，后级内部开关包括SE和SO打头的开关；如图3B所示，前级内部开关包括S(0)～S(2n+1)，后级内部开关包括SE和SO打头的开关；如图3C所示，前级内部开关包括S(0)～S(2n)，后级内部开关包括SP打头的开关；如图3D所示，前级内部开关包括S(0)～S(2n+1)，后级内部开关包括SP打头的开关。在实际的工作过程中，与前级内部开关相比后级内部开关的故障率可忽略不计，此时以图3A为例，可采用下列方法检测开关网络的故障：

首先，可以闭合开关S(0)，获取第二电压测量装置205测得的电压，此时第二电压测量装置205测得的电压应为0，若超过设定的误差范围，例如0.1V，则判断出现异常状态，此时应断开所有开关，避免损害。如果未超过设定的误差范围，则闭合开关S(1)，获取第一电压测量装置204测得的电压，此时第一电压测量装置204测量的是电压是电池(1)的电压。若电池(1)的过充电压为4V，过放电压为1V，则此时第一电压测量装置204测得的电压应在0.9V～4.1V的范围内，若不在此范围内，则判断出现异常状态，此时应断开所有开关，避免损害。如果测量到的第一电压测量装置204测得的电压在0.9V～4.1V范围内，则确定S(0)与S(1)工作正常。此时通过开关网络201将电池(1)连接至输出端203，通过的第三电压测量装置测得电池(1)的电压，设测得电池(1)的电压为2V，则电池(1)的电压范围由0.9V～4.1V更新为1.9V～2.1V。

随后，可断开开关S(0)，闭合开关S(2)，此时第二电压测量装置205测得的电压是电池(1)和电池(2)串联后的电压。已知电池(1)电压为2V，电池(2)的过充电压为4V，过放电压为1V，可以得出此时第二电压测量装置205测得的电压应在2.9V～6.1V的范围内，若不在则判断出现异常状态，此时应断开所有开关，避免损害。如果测量到的第二电压测量装置205测得的电压在2.9V～6.1V范围内，则确定工作正常。此时可通过开关网络201将电池(2)连接至输出端203，通过的第三电压测量装置测得电池(2)的电压，设测量到电池(2)的电压为2V。进一步可以断开开关S(1)，闭合开关S(3)，此时第一电压测量装置204测得的电压是电池(1)、电池(2)和电池(3)串联后的电压。已知电池(1)电压为2V，电池(2)电压为2V，电池(3)的过充电压为4V，过放电压为1V，可以得出此时第一电压测量装置204测得的电压应在4.9V～8.1V的范围内，若不在，则判断出现异常状态，此时应断开所有开关，避免损害。如果测量到的第一电压测量装置204测得的电压在4.9V～8.1V范围内，则确定工作正常。以此类推，可以得到连接不同单体电池时第一电压测量装置204、第二电压测量装置205测得的电压应在的范围。

此外，还可再次测量电池(1)的电压，闭合开关S(0)和S(1)，第二电压测量装置205测得的电压如超过0.1V，则判断出现异常状态，第一电压测量装置204测得的电压如不在1.9V～2.1V的范围内，则判断出现异常状态，此时应断开所有开关，避免损害。此时如果电池(1)由于通过充电或均衡等操作，电压上升到2.01V，则第一电压测量装置204测得的电压应在的范围变为1.91V～2.11V。再次测量电池(2)的电压时，闭合开关S(1)和S(2)，第二电压测量装置205测得的电压如不在3.9V～4.1V的范围内，则判断出现异常状态，此时应断开所有开关，避免损害。此时如果电池(2)由于通过放电或均衡等操作，电压下降到1.98V，此时，电池(1)和电池(2)串联后的电压为3.99V，则第一电压测量装置204测得的电压应在的范围变为3.89V～4.09V。依次类推，可以得到连接不同单体电池时第一电压测量装置204、第二电压测量装置205测得的电压应在的动态的范围。

在本实施例的一些可选的实现方式中，电池组或电容器组202由电池或电容器串联而成，每个电池或电容器的正极和负极连接有开关网络201的内部开关，电池组或电容器组202中相邻的两个电池或电容器相互连接的正极和负极，连接有两个内部开关，两个内部开关的另一端分别连接至第一电压测量装置204与第二电压测量装置205，与电池组或电容器组202的正极连接的内部开关的另一端连接至第一电压测量装置204，与电池组或电容器组202的负极连接的开关的另一端连接至第二电压测量装置205。具体连接方式可参考图4。

在本实施例的一些可选的实现方式中，处理器还用于确定开关网络201出现异常后，控制开关网络201的内部开关全部断开。以此在开关网络201出现异常后避免由于短路等导致的设备受损。如果存在备用开关网络还可进行主备开关网络的切换。

在本实施例的一些可选的实现方式中，处理器通过网络与远程服务器连接，远程服务器用于获取处理器发送的用于表示开关网络201出现异常的信息。远程服务器在获取到用于表示开关网络201出现异常的信息后，可以向相关人员的终端推送信息，使其对该开关网络进行检修。

如图5所示，在本实施例的一些可选的实现方式中，上述电池组或电容器组502可以连接有电源501或负载503，上述电源501用于对上述电池组电容器组502进行充电，上述负载503用于获取上述电池组或电容器组502提供的电能。

本申请提供的开关网络检测系统，通过第一电压测量装置204和第二电压测量装置205的设置，实现了开关网络故障的检测，同时检测电路简洁，可靠性高，抗干扰能力强。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。