电池电芯故障检测电路及检测方法与流程

本发明涉及动力电池电路检测技术领域，尤其涉及一种电池电芯故障检测电路。

背景技术：

随着市场对电动汽车的需求在不断增加，对于电动汽车的安全受到越来越高的关注。无论是纯电动汽车或者插电式混合动力汽车，动力电池系统是电动新能源汽车的电能存储装置，其总电压一般比较高，而且电池包相对来说是一个密封等级比较高的环境。动力电池系统本身是集化学、电气和机械特性于一体的复杂系统，在系统设计时必须兼顾各方面特性的满足，尤其是电芯的化学特性所包含的安全性和寿命衰减，无法直观测评，也不易短时间预测。另外，动力电池安装在汽车上使用，还需考虑复杂多变的应用环境，同时满足整车的功能安全等级，所以就必须要对电池系统的长期安全进行实时检测。

对于电动车来说，动力电池系统是有很多电芯串并联而成的总成件。因此电池管理系统需要对电芯的状态参数采集、功能监控，主要目的是在早期发现电池是否出现故障，必要时在短时间内完成电池系统的保护。其目的不仅是预测电池失效，同时也是合理、安全使用电池、延长电池寿命、确保系统安全控制。对电池状态检测一般指对电压、温度等物理量，如果电芯采集芯片检测到电芯的fault功能检测到上述等物理量出现异常状态，芯片就会发送故障信号，主板收到fault信号后会根据对故障进行处理，并做出响应。

现有的fault检测电路的方法较多，但目前大部分fault检测电路的设计方法都是采用串联结构。其串联结构是：任意cmc(电池管理系统采集板)检测到电芯出现fault时，该cmc将fault信号传递给下一级cmc，然后逐级进行传递，最终将fault信号传给bcu(电池管理系统控制板)，由bcu下达下一步指令。由此可见，其信号传递路径长，信号传递效率较低，且传递节点多，容易出现因节点故障导致检测信号无法传递现象的发生。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种电池电芯故障检测电路，以提高信号传递效率，确保检测反馈的及时性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电池电芯故障检测电路，加设在由多个电芯相连组成的电池包上，该电路包括：

控制器；

采集芯片，对应于各所述电芯设置，以对各所述电芯的故障进行检测，并在所述电芯发生故障时，输出故障信号；

处理发送单元，对应于各所述采集芯片设置的多个；各所述处理发送单元用于接收各自对应的所述采集芯片发出的故障信号并处理后，发送至所述控制器。

进一步的，所述处理发送单元包括隔离电路。

进一步的，所述处理发送单元包括连接于所述采集芯片信号输出端和所述隔离电路信号输入端的滤波电路。

进一步的，所述滤波电路为rc滤波电路。

进一步的，所述滤波电路中的电阻值为330ω。

进一步的，所述滤波电路中的电容为47nf。

进一步的，所述隔离电路采用光电耦合器。

进一步的，所述光电耦合器的型号为tlx0185a。

进一步的，所述控制器为车辆bcu。

此外，本发明同时提供了一种电池电芯故障检测方法，该方法包括如下步骤：

由多个采集芯片对各自对应的电芯进行实时故障检测，当任一所述电芯发生故障时，该电芯对应的所述采集芯片向处理发送单元发送故障信号；

由处理发送单元将故障信号处理后，发送至控制器。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

采用本发明的技术方案，当任意电芯发生故障时，由该发生故障的电芯对应的采集芯片产生fault信号，并经处理后直接发送给控制器，有效的缩短了信号传递路径，降低了失效率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图，是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是用于解释本发明，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例整体电路连接图；

图2为处理发送单元电路原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；所描述的实施例也仅为部分，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例

本实施例涉及一种电池电芯故障检测电路，加设在由多个电芯相连组成的电池包上，该电路主要包括控制器，采集芯片，处理发送单元。其中，采集芯片对应于各所述电芯设置，以对各所述电芯的故障进行检测，并在所述电芯发生故障时，输出故障信号；处理发送单元，对应于各所述采集芯片设置的多个；各所述处理发送单元用于接收各自对应的所述采集芯片发出的故障信号并处理后，发送至所述控制器。

由图1所示，本实施例的控制器采用车辆bcu，其内部设有mcu芯片。采集芯片应用各个电芯管理系统采集板cmc中的采集芯片，以对各自对应的电芯的fault信号进行采集。本实施例中，设置了n个电芯，每个电芯对应的采集板分别为cmc#1、cmc#2，直至cmc#n-1、cmc#n，各个采集板电芯上的采集芯片，对各自对应的电芯的fault信号进行采集后，发送给处理发送单元，处理发送单元对fault信号进行处理后，通过主线发送给车辆bcu。

本实施例的处理发送单元主要包括隔离电路、连接于采集芯片信号输出端和隔离电路信号输入端的滤波电路，其具体电路结构如图2所示。

由图2所示可知，当出现fault信号时，由采集芯片发出的cmc_fault_out信号，通过串联电阻r1后连接到光电耦合器u1，经光电耦合器u1内部输出连接到地，此时光电耦合器u1内部的发光二极管就会被点亮，便打开其后的三极管，c1电容连接在r1后，共同组成滤波电路，以起到滤波作用；另一部分为隔离器件光电耦合器右边电路：vpower电源连接到光电耦合器后，经光电耦合器内部输出高电平直接发送到bcu。值得说明的是，由于cmc直接连接到模组，对于12v单片机系统而言，模组电压为高压系统，需要将低压端与高压端进行隔离处理，因此需要选择光电耦合器隔离器件。

正常运行状态下，各cmc内部采集芯片不会发出fault信号，即cmc_fault_out端为低电平，光耦合器u1内部发光二极管不工作，即光电耦合器u1的1脚和2脚未导通，不会将光电耦合器u1的集电极(即图2中光电耦合器u1的4脚)，以及发射极(即图2中光电耦合器u1的3脚)导通，因此bcu_fault_in端为低电平，bcu不会接收到故障信号。

当任一采集板cmc检测到电芯状态异常，cmc内部采集芯片发出fault信号，即cmc_fault_out端为高电平，将光电耦合器u1内部发光二极管导通，由于光电耦合器隔离器件具有光电耦合的特性，因此会将光电耦合器u1的集电极和发射极导通，vpower电源会经过集电极，流经发射极后高电平进入bcu的faultinpin脚，此时bcu的faultinpin脚电平状态由低电平变为高电平，bcu检测到高电平后，即判断为有fault发生，进而做出相应的处理。

此外，基于整个电路，在bcu上电后，整个电路进行自检步骤。具体来讲，mcu芯片的faultin和使能引脚始终为低电平状态，当mcu芯片的使能引脚电平由低电平变为高电平后，三极管q1被打开，这时，mcu的faultin引脚电平状态就会变为高电平，自检完成，可证明整个检测电路无异常。

此外，正确选取电阻r1、电容c1和光电耦合器u1，是实现故障检测功能的关键。由于传统模组电压在60v左右，因此光电耦合器u1的vce两端电压需选择在模组电压的1.2-1.5倍为最佳，经对比多家产品，东芝的tlx9185a的vce两端耐压为80v，其效果较好。依据确定的光电耦合器后，根据其推荐的输入电流范围(10-15ma)匹配限流电阻，由于cmc_fault_out通常为5v电压信号，考虑到光电耦合器内部vf的压降0.7v，根据公式r1＝(vout-vf)/i可得，选取电阻r1为330ω为最佳。由于该信号最精度要求并不是特别高，5％精度的就能满足需求，处于成本考虑，即选择5％精度的电阻。由于工作过程中流经电阻的电流不会超过15ma，通过公式p＝i2*r可得，最大功率p为0.07w，因此选择0603封装，0.1w规格的电阻即可满足需求。

电容c1选取为47nf用于滤波设计，进一步提高信号稳定性。由于传统模组电压在60v左右，因此选择耐压为100v，封装为0603规格的电容即可满足要求。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其的限制；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。