一种电池组电压采集系统断线检测装置和方法与流程

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种电池组电压采集系统断线检测装置和方法。

背景技术：

随着电子信息技术的发展，移动电话、笔记本等便携式的终端大量出现，电动车也逐渐普及。人们更需要对终端的电池电量、电动车的电池状态进行监测，以便合理的管理电源能量。

电池在电动汽车市场、储能市场等众多场合应用越来越广泛，电池犹如整个系统的心脏，给整个系统提供了动力。因此，需要对电池信息进行实时监控，而电池电压的采集是监控系统中的主要参数。一旦电池电压采样线断线，系统失去对电池的监控，错误的电池信息会导致电池过充、过放、一致性降低，严重的甚至会发生爆炸，危及人身安全。

针对电池电压采样线的断线检测，目前已有一些专利提出了解决方案。例如cn103825252a中提出了一种电池连接断线的保护装置及保护系统，该专利预设电池断线保护电压，采集到的电池电压达到预设电压时认为断线；又如专利cn104391212a中提出了一种多路电池电压采集系统断线检测电路，如果电池采样线断线，电池电压通过控制开关信号被下拉到接地，微处理器读取到的电池电压为0，则判断为断线；又如专利cn106371031a中提出了一种电池组断线检测方法和装置，通过采集模块采集电池单体电压，通过判断模块判断单体电压是否为0，电池电压为0则判断为断线。

从目前公开的专利中可以看出，现有技术中通过电池电压来判断是否断线主要的方法有两种：一种是设置电压阈值，直接采集电池单体的电压或通过硬件电路将电池的采样端进行处理后采集电池单体的电压，若电压达到阈值则判断为断线。一种是采样需判断的电池单体及其前后节电池单体的电压，通过相互之间的电压变化关系判断电池电压采样线是否断线。上述方法对电池电压采集线断线检测方法均以直接采集到的电池单体电压为判断依据，这种解决方案在“静态”工况下判断比较准确，未考虑到电池在“动态”工况下的电压波动以及电路中电容等对电压的影响，在实际应用中经常出现误判的情况，导致错误报警及保护，影响系统的安全稳定运行。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种电池组电压采集系统断线检测装置和方法，其既考虑了电池的静态特性又考虑了电池的实际动态工况，提高了断线检测判断的准确性。

本发明的解决方案是这样实现的：一种电池组电压采集系统断线检测装置，包括：

滤波稳压模块，与电池单体连接，用于滤除外接干扰引起的电池单体的电压纹波，稳定电池单体的输出电压；

上拉电流源模块，与电池单体连接，用于在电池单体电压采集的过程中提供供应电流至测量引脚，从而采集到电池单体的上拉电压；

下拉电流源模块，与电池单体连接，用于在电池单体电压采集的过程中提供吸收电流至测量引脚，从而采集到电池单体的下拉电压；

电压采集模块，用于采集每一节电池单体的电压值，并提供给断线检测模块进行处理；

电流采集模块，用于采集电池组的电流，用于电池异常工况的判断，并提供给断线检测模块进行处理。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述滤波稳压模块由若干滤波稳压子模块组成，每个滤波稳压子模块分别与电池单体连接。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述滤波稳压子模块由若干不同参数的电容和电阻组成的滤波稳压电路。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述上拉电流源模块由若干子上拉电流源模块组成，每个子上拉电流源模块分别与电池单体连接，上拉电流源模块在电池单体电压采集的过程中提供100μa的供应电流至测量引脚，从而采集到电池单体的上拉电压。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述下拉电流源模块由若干下拉电流源子模块组成，每个下拉电流源子模块分别与电池单体连接，下拉电流源模块在电池单体电压采集的过程中提供100μa的吸收电流至测量引脚，从而采集到电池单体的下拉电压。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述电压采集模块包括由ad采样电路、ad校正电路和电压调理电路。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述电流采集模块包括电流传感器、电压调理电路、ad采样电路和ad校正电路。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，还包括断线检测模块，所述断线检测模块与电压采集模块和电流采集模块相连。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述断线检测模块的检测方法包括：

采样电池组的总电流；

开启上拉电流源模块；

开启下拉电流源模块；

再次采样电池组的总电流，并判断电流变化是否超过设定阈值，若超过设定阈值则认为电池单体电压采样前后，电池工作在动态工况下，发生了电压波动，容易产生误判，放弃此次断线检测；

若电流变化未超过设定阈值，认为电池处于相对静止的工况下，电池单体电压稳定，可以用来进行断线检测；

若第n接电池单体的上下拉电压差值小于设定的电压阈值，则认为第n-1节电池的采样线断线。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，还提供了一种电池组电压采集系统断线检测方法，包括以下步骤：

s1、采样电池组的总电流并记录为current_start；

s2、开启上拉电流源模块，为电池单体电压的采样口提供100μa的供应电流，并采集电池单体的上拉电压存放至cellpu(n)；

s3、开启下拉电流源模块，为电池单体电压的采样口提供100μa的吸收电流，并采集电池单体的下拉电压存放至cellpd(n)；

s4、再次采样电池组的总电流并记录为current_now，判断电流变化是否超过设定阈值，若超过设定阈值则认为电池单体电压采样前后，电池工作在动态工况下，发生了电压波动，容易产生误判，放弃此次断线检测；

s5、若电流未超过设定阈值，认为电池处于相对静止的工况下，电池单体电压稳定，可以用来进行断线检测；

s6、若第n接电池单体的上下拉电压差值小于设定的电压阈值，则认为第n-1节电池的采样线断线。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

在本发明提供的实施例中，提出一种电池组采样系统断线检测装置和方法，其既考虑了电池的静态特性又考虑了电池的实际动态工况，一方面并不直接采样电池单体电压，而是将采样电池单体的上下拉电压作为判断依据，通过采用电池电压和系统电流相结合的方式来检测电池采样线断线，简化了电路设计，提高了采样线断线检测的准确度从而保证了系统的安全性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一种实施方式中电池组电压采集系统断线检测装置的结构框图；

图2为发明一种实施方式中电池组电压采集系统断线检测装置的电路模块图；

图3为本发明一种实施方式中电池组电压采集系统断线检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

本发明实施例如下，如图1所示，一种电池组电压采集系统断线检测装置，包括：

滤波稳压模块100，与电池单体连接，用于滤除外接干扰引起的电池单体的电压纹波，稳定电池单体的输出电压；

上拉电流源模块200，与电池单体连接，用于在电池单体电压采集的过程中提供供应电流至测量引脚，从而采集到电池单体的上拉电压；

下拉电流源模块300，与电池单体连接，用于在电池单体电压采集的过程中提供吸收电流至测量引脚，从而采集到电池单体的下拉电压；

电压采集模块400，用于采集每一节电池单体的电压值，并提供给断线检测模块进行处理；

电流采集模块500，用于采集电池组的电流，用于电池异常工况的判断，并提供给断线检测模块进行处理。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述滤波稳压模块100由若干滤波稳压子模块组成，每个滤波稳压子模块分别与电池单体连接。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述滤波稳压子模块由若干不同参数的电容和电阻组成的滤波稳压电路。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述上拉电流源模块200由若干子上拉电流源模块200组成，每个子上拉电流源模块200分别与电池单体连接，上拉电流源模块200在电池单体电压采集的过程中提供100μa的供应电流至测量引脚，从而采集到电池单体的上拉电压。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述下拉电流源模块300由若干下拉电流源子模块组成，每个下拉电流源子模块分别与电池单体连接，下拉电流源模块300在电池单体电压采集的过程中提供100μa的吸收电流至测量引脚，从而采集到电池单体的下拉电压。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述电压采集模块400包括由ad采样电路、ad校正电路和电压调理电路。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述电流采集模块500包括电流传感器、电压调理电路、ad采样电路和ad校正电路。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，还包括断线检测模块600，所述断线检测模块600与电压采集模块400和电流采集模块500相连。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述断线检测模块600的处理方法包括：

采样电池组的总电流；

开启上拉电流源模块200；

开启下拉电流源模块300；

再次采样电池组的总电流，并判断电流变化是否超过设定阈值，若超过设定阈值则认为电池单体电压采样前后，电池工作在动态工况下，发生了电压波动，容易产生误判，放弃此次断线检测；

若电流变化未超过设定阈值，认为电池处于相对静止的工况下，电池单体电压稳定，可以用来进行断线检测；

若第n接电池单体的上下拉电压差值小于设定的电压阈值，则认为第n-1节电池的采样线断线。

如图2所示，是以六节串联的单体电池应用为例的断线保护装置示意图。需要说明的是，图2中以六节串联单体电池为例进行说明仅是示意性的，本发明中对电池组中单体电池的数量并无限制，以六节串联单体电池为例仅是为了清楚起见。

其中，滤波稳压模块100由七个子滤波稳压模块组成，分别与第一节电池负极c0、正极c1，第二节电池负极c1、正极c2，第三节电池负极c2、正极c3，第四节电池负极c3、正极c4，第五节电池负极c4、正极c5，第六节电池负极c5、正极c6相连接。每一个子滤波稳压模块由第一电阻、第一电容和第二电容组成，其中第一电阻为低通滤波电阻，如图2中所示的电阻r68-r74，第一电容和第二电容为的低通滤波及稳压电容，第一电容如图2中所示的电容c37-c43，第二电容如图2中所示的电容c44-c51。通过滤波稳压模块，保证电池单体电压在采集时的稳定；

上拉电流源模块200由七个子上拉电流源模块组成，分别与第一节电池负极c0、正极c1，第二节电池负极c1、正极c2，第三节电池负极c2、正极c3，第四节电池负极c3、正极c4，第五节电池负极c4、正极c5，第六节电池负极c5、正极c6相连接。上拉电流源模块200在电池单体电压的采集端提供100μa的供应电流，从而采集到电池单体的上拉电压；

下拉电流源模块300由七个子下拉电流源模块组成，分别与第一节电池负极c0、正极c1，第二节电池负极c1、正极c2，第三节电池负极c2、正极c3，第四节电池负极c3、正极c4，第五节电池负极c4、正极c5，第六节电池负极c5、正极c6相连接。下拉电流源模块300在电池单体电压的采集端提供100μa的吸收电流，从而采集到电池单体的下拉电压；

电压采集模块400由七路电压采集子模块组成，分别与第一节电池负极c0、正极c1，第二节电池负极c1、正极c2，第三节电池负极c2、正极c3，第四节电池负极c3、正极c4，第五节电池负极c4、正极c5，第六节电池负极c5、正极c6相连接。经过电压采集模块400采集，得到所有电池单体的上拉或下拉电压值，并将采样值提供给断线检测模块进行处理；

电流采集模块500采集六节电池组成的电池组的总电流，并将采样值提供给断线检测模块600进行处理。

其中，断线检测模块600的处理方法，如图3所示，包括以下步骤：

s1、采样电池组的总电流并记录为current_start；

s2、开启上拉电流源模块200，为电池单体电压的采样口提供100μa的供应电流，并采集电池单体的上拉电压存放至cellpu(n)；

s3、开启下拉电流源模块300，为电池单体电压的采样口提供100μa的吸收电流，并采集电池单体的下拉电压存放至cellpd(n)；

s4、再次采样电池组的总电流并记录为current_now，判断电流变化是否超过设定阈值，若超过设定阈值则认为电池单体电压采样前后，电池工作在动态工况下，发生了电压波动，容易产生误判，放弃此次断线检测；

s5、若电流未超过设定阈值，认为电池处于相对静止的工况下，电池单体电压稳定，可以用来进行断线检测；

s6、若第n接电池单体的上下拉电压差值小于设定的电压阈值，则认为第n-1节电池的采样线断线。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

在本发明提供的实施例中，提出一种电池组采样系统断线检测装置和方法，其通过在电池单体电压采样口之前添加滤波稳压模块，滤除外接高低频信号带来的电压波动影响，提高采样精度；既考虑了电池的静态特性又考虑了电池的实际动态工况，一方面并不直接采样电池单体电压，而是将采样电池单体的上下拉电压作为判断依据，通过在电池单体电压采样口之前添加上下拉恒流源模块，给串联的电池采样提供或吸收一定的电流，将电池单体的上下拉电压做为判断依据，一方面对采样口进行保护，一方面提高了电压变化的识别度；另外，通过电池电压及电流相结合的方式判断采样线是否断线，提高了电池动态的工况下的断线检测准确率，从而保证了系统的安全性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。