一种电池组内外部总电压检测系统和电池组的制作方法

1.本实用新型实施例涉及电池检测技术领域，特别涉及一种电池组内外部电压检测系统和电池组。


背景技术：

2.在新能源电动汽车电池或储能电池系统之中，为了安全，需要实时监控电池组内外部总电压。一旦电池组内部总电压或者外部总电压出现异常情况，电池系统需及时向用户告警并切断电池功率输出。
3.切断电池功率输出由主继电器来实现，一般称电池组到主继电器之前的电压为电池组内部总电压，经过主继电器之后的电压为电池组外部总电压。由于新能源电动汽车电池或储能电池系统都有较大容性负载，会在主继电器并接上一个限流预充电阻和预充继电器，在闭合主继电器之前先闭合预充继电器，电池组通过限流预充电阻给外部的容性负载充电。
4.正常情况，内部总电压就是电池的实际电压，一旦该电压超过或者低于额定范围都会存在安全隐患。正常情况，外部总电压在没闭合主继电器或预充继电器之前为零电压，在闭合继电器之后等于或接近于内总压，而如果一旦外部总电压远小于内部总电压，则外部负载存在问题。
5.目前实现电池组内外部总电压检测技术需要两个检测模块来实现。一方面，将电池组的内部总电压采样线接到检测模块，通过模块内部电路分压计算得出电池组的内部总电压，另一方面，将电池组的外部总电压采样线接到另一路检测模块，通过模块内部电路分压计算得出电池组的外部总电压。然而，此种检测方式较为复杂，成本较高。


技术实现要素：

6.针对现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例主要解决的技术问题是提供一种电池组内外部总电压检测系统和电池组，检测方式简单、安装成本较低。
7.为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种电池组内外部总电压检测系统，包括：第一开关单元、预充单元、第二开关单元、检测单元、电压检测单元和控制单元：所述第一开关单元的第一端连接所述电池组的第一端，所述第一开关单元的第二端连接负载的第一端，所述负载的第二端连接所述电池组的第二端，所述第一开关单元用于控制所述电池组正常对外供电；所述预充单元的第一端连接所述电池组的第一端，所述预充单元的第二端连接所述第二开关单元的第一端，所述第二开关单元的第二端连接所述负载的第一端，所述第二开关单元用于控制所述电池组对外预充供电；所述检测单元的第一端连接所述预充单元的第二端，所述检测单元的第二端连接所述电池组的第二端；所述电压检测单元的第一端连接所述检测单元的第一端，所述电压检测单元的第二端连接所述检测单元的第二端，所述电压检测单元的第三端连接所述控制单元，所述电压检测单元用于检测所述检测单元两端的压降，并将所述压降转为输出信号输出至所述
控制单元；所述控制单元分别连接所述第一开关单元的第三端和所述第二开关单元的第三端，所述控制单元用于根据所述输出信号来获得所述电池组的内部总电压和外部总电压，并控制所述第一开关单元和所述第二开关单元的闭合；其中，所述内部总电压为所述电池组的第一端与所述电池组的第二端之间的电压，所述外部总电压为所述第一开关单元的第二端与所述电池组的第二端之间的电压。
8.在一些实施例中，所述电池组内外部总电压检测系统还包括分压单元；所述分压单元串接于所述预充单元的第二端和所述检测单元的第一端之间，所述分压单元的第一端连接所述预充单元的第二端，所述分压单元的第二端连接所述检测单元的第一端。
9.在一些实施例中，所述分压单元包括至少一个串联连接的电阻。
10.在一些实施例中，所述预充单元为预充电阻，所述检测单元为检测电阻。
11.在一些实施例中，所述电压检测单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和运算放大器；所述第一电阻的阻值和所述第四电阻的阻值相等，所述第二电阻的阻值和所述第五电阻的阻值相等，所述第三电阻的阻值和所述第六电阻的阻值相等；所述第一电阻的第一端连接所述检测单元的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端分别连接所述运算放大器的同相输入端和所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端接地；所述第二电阻的第一端连接所述检测单元的第二端，所述第二电阻的第二端连接所述第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端分别连接所述运算放大器的反相输入端和所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端连接所述运算放大器的输出端；所述运算放大器的输出端连接所述控制单元。
12.在一些实施例中，所述电压检测单元还包括第一电容、第二电容、第七电阻和第三电容；所述第一电容的一端连接在所述第一电阻的第一端，所述第一电容的另一端连接所述第二电阻的第一端；所述第二电容的一端连接在所述第三电阻的第一端，所述第二电容的另一端连接在所述第四电阻的第一端；所述第七电阻和所述第三电容串接于所述第六电阻的第二端和所述运算放大器的输出端之间，其中，所述第三电容的一端连接所述第六电阻的第二端，所述第三电容的另一端分别连接所述第七电阻的一端和所述控制单元，所述第七电阻的另一端连接所述运算放大器的输出端；所述第一电容、所述第二电容、所述第七电阻和所述第三电容用于滤波，所述第七电阻还用于限制所述运算放大器的输出电流。
13.在一些实施例中，所述电压检测单元还包括稳压二极管；所述稳压二极管的阴极连接在所述第一电阻的第二端，所述稳压二极管的阳极连接在所述第二电阻的第二端。
14.在一些实施例中，所述第一开关单元包括主继电器、第一限流电阻、第二限流电阻和第一三极管；所述主继电器的第一端连接所述电池组的第一端、所述主继电器的第二端连接所述负载的第一端，所述主继电器的第三端连接电源，所述主继电器的第四端连接所述第一限流电阻的一端，所述第一限流电阻的另一端连接所述第一三极管的集电极，所述第二限流电阻的一端连接所述控制单元，所述第二限流电阻的另一端连接所述第一三极管的基极，所述第一三极管的发射极接地。
15.在一些实施例中，所述第二开关单元包括预充继电器、第三限流电阻、第四限流电阻和第二三极管；所述预充继电器的第一端连接所述预充单元的第二端、所述预充继电器的第二端连接所述负载的第一端，所述预充继电器的第三端连接电源，所述预充继电器的第四端连接所述第三限流电阻的一端，所述第三限流电阻的另一端连接所述第二三极管的
集电极，所述第四限流电阻的一端连接所述控制单元，所述第四限流电阻的另一端连接所述第二三极管的基极，所述第二三极管的发射极接地。
16.为解决上述技术问题，本实用新型实施例还提供一种电池组，包括如上述第一方面任一项所述的电池组内外部总电压检测系统。
17.本实用新型实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型提供一种电池组内外部电压检测系统和电池组，所述检测系统包括：第一开关单元、预充单元、第二开关单元、检测单元、电压检测单元和控制单元；检测单元一端连接在预充单元的第二端，另一端连接在电池组的第二端，电压检测单元与检测单元并联，且电压检测单元的输出端与控制单元连接，在检测时，先闭合第一开关单元和第二开关单元，控制单元根据电压检测单元的输出信号获得内部总电压，接着闭合第二开关单元，控制单元根据电压检测单元的输出信号获得外部总电压，该检测方式通过一路检测得到电池组的内外部总电压，线路简洁可靠，成本较低。
附图说明
18.一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
19.图1是本实用新型实施例提供的一种电池组内外部总电压检测系统的结构框图示意图；
20.图2是本实用新型实施例提供的另一种电池组内外部总电压检测系统的结构框图示意图；
21.图3是本实用新型实施例提供的一种电池组内外部总电压检测系统的结电路结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
23.为了便于理解本技术，下面结合附图和具体实施例，对本技术进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本技术。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
24.需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本技术的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
25.请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的一种电池组内外部总电压检测系统的
结构框图示意图，所述电池组内外部总电压检测系统100包括：第一开关单元10、预充单元20、第二开关单元30、检测单元40、电压检测单元50和控制单元60；其中，第一开关单元10的第一端连接电池组200的第一端，第一开关单元10的第二端连接负载300的第一端，负载300的第二端连接电池组200的第二端，所述第一开关单元10用于控制所述电池组200正常对外供电；预充单元20的第一端连接电池组200的第一端，预充单元20的第二端连接第二开关单元30的第一端，第二开关单元30的第二端连接负载300的第一端，所述第二开关单元30用于控制所述电池组200对外预充供电；检测单元40的第一端连接预充单元20的第二端，检测单元40的第二端连接电池组200的第二端；电压检测单元50的第一端连接检测单元40的第一端，电压检测单元50的第二端连接检测单元40的第二端，电压检测单元50的第三端连接所述控制单元60，所述电压检测单元50用于检测所述检测单元40两端的压降，并将所述压降转为输出信号输出至所述控制单元60；控制单元60分别连接第一开关单元10的第三端和第二开关单元30的第三端，所述控制单元60用于根据所述输出信号来获得所述电池组200的内部总电压和外部总电压，并控制所述第一开关单元10和所述第二开关单元30的闭合；所述内部总电压为所述电池组200的第一端与所述电池组200的第二端之间的电压，所述外部总电压为所述第一开关单元10的第二端与所述电池组200的第二端之间的电压。
26.在本实用新型提供的电池组200内外部总电压检测系统100中，一般，电池组200的第一端为电池组200的正极，电池组200的第二端为电池组200的负极，首先，断开第一开关单元10和第二开关单元30，电池组200、预充单元20和检测单元40构成回路，电池组200进行放电，此时，电压检测单元50检测出检测单元40两端的第一压降，并将第一压降转为第一输出信号输出给控制单元60，控制单元60根据第一输出信号得到电池组200的内部总电压，接着，闭合第二开关单元30，电压检测单元50检测出检测单元40两端的第二压降，并将第二压降转为第二输出信号输出给控制单元60，控制单元60根据第二输出信号得到电池组200的外部总电压。同时，在该系统中，控制单元60可以根据得到的外部总电压来判断负载300是否存在异常，如果外部总电压一直低于预设值，则判断负载300存在异常，则断开第二开关单元20，如果外部总电压高于预设值，则判断负载300正常，则闭合第一开关单元10、断开第二开关单元30。该电池组内外部总电压检测系统100通过一路检测得到电池组200的内外部总电压，减少了检测电路的元器件使用量，线路简洁可靠，降低了生产的成本，提高了生产效率。
27.在其中一些实施例中，请参阅图3，所述预充单元20为预充电阻rx，所述检测单元40为检测电阻ry。
28.在其中一些实施例中，控制单元30可以采用stm8系列、stm32系列或者是其他合适的微控制单元，用于接收和输出数据。在实际应用中，控制单元30可按照实际需要进行设置，在此不需要拘泥于本实用新型实施例中的限定。
29.通常，电压检测单元50只能检测低电压，在检测高电压时容易遭到损坏，为了保护电压检测单元50，在其中一些实施例中，请参阅图2，所述电池组200内外部总电压检测系统100还包括分压单元70；分压单元70串接于预充单元20的第二端和检测单元40的第一端之间，分压单元70的第一端连接预充单元20的第二端，分压单元的第二端连接检测单元40的第一端。请参阅图3，所述分压单元70包括至少一个串联连接的分压电阻rz，一般，分压电阻rz的阻值为mω级别，而检测电阻ry的阻值为kω级别，这样检测电阻ry两端的压降为小电
压，易于电压检测单元50检测。
30.在其中一些实施例中，请参阅图3，所述电压检测单元50包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6和运算放大器；其中，第一电阻r1的阻值和第四电阻r4的阻值相等，第二电阻r2的阻值和第五电阻r5的阻值相等，第三电阻r3的阻值和第六电阻r6的阻值相等；第一电阻r1的第一端连接检测电阻ry的第一端，第一电阻r1的第二端连接第三电阻r3的第一端，第三电阻r3的第二端分别连接运算放大器的同相输入端和第五电阻r5的第一端，第五电阻r5的第二端接地；第二电阻r2的第一端连接检测电阻ry的第二端，第二电阻r2的第二端连接第四电阻r4的第一端，第四电阻r4的第二端分别连接运算放大器的反相输入端和第六电阻r6的第一端，第六电阻r6的第二端连接运算放大器的输出端；运算放大器的输出端连接所述控制单元60。该电压检测单元50构成一个差分跟随运放电路，可用于检测检测电阻ry两端的压降，此时，输出给控制单元60的电压值vout和检测电阻ry两端的压降值v(ry)的关系为
31.vout＝v(r
y
)*r6/(r1+r3)，其中，r
y
为检测电阻ry的阻值，r6为第六电阻r6的阻值，r1为第一电阻r1的阻值，r3为第三电阻r3的阻值，据此，控制单元60可以根据电压检测单元50的输出电压，得到检测电阻ry两端的压降。在实际应用中，电压检测单元50的电阻的数量和电阻的阻值可根据实际需要进行设置，同时，电压检测单元50也可以是其他一切合适的电压检测电路，在此不需要拘泥于本实用新型实施例中的限定。
32.为了让电压检测单元50输出信号更为准确，以便于控制单元60更精确地得到检测单元40两端的压降，在其中一些实施例中，所述电压检测单元50还包括第一电容c1、第二电容c2、第七电阻r7和第三电容c3；第一电容c1的一端连接在第一电阻r1的第一端，第一电容c1的另一端连接第二电阻r2的第一端；第二电容c2的一端连接在第三电阻r3的第一端，第二电容c2的另一端连接在第四电阻r4的第一端；第七电阻r7和第三电容c3串接于第六电阻r6的第二端和运算放大器的输出端之间，其中，第三电容c3的一端连接第六电阻r6的第二端，第三电容c3的另一端分别连接第七电阻r7的一端和控制单元60，第七电阻r7的另一端连接运算放大器的输出端；第一电容c1、第二电容c2、第七电阻r7和第三电容c3用于滤波，第七电阻r7还用于限制运算放大器的输出电流。在实际应用中，滤波电路还可以是其他一切合适的滤波电路，在此不需要拘泥于本实用新型实施例中的限定。
33.为了保护电压检测单元50，在其中一些实施例中，所述电压检测单元50还包括稳压二极管zd1；稳压二极管zd1的阴极连接在所述第一电阻r1的第二端，所述稳压二极管zd1的阳极连接在所述第二电阻r2的第二端。在实际应用中，电压检测单元50还可以使用其他一切合适的稳压电路，在此不需要拘泥于本实用新型实施例中的限定。
34.在其中一些实施例中，所述第一开关单元10包括主继电器rly1、第一限流电阻rp1、第二限流电阻rp2和第一三极管q1；主继电器rly1的第一端连接电池组200的第一端、主继电器rly1的第二端连接负载300的第一端，主继电器rly1的第三端连接电源5v，主继电器rly1的第四端连接第一限流电阻rp1的一端，第一限流电阻rp1的另一端连接第一三极管q1的集电极，第二限流电阻rp2的一端连接控制单元60，第二限流电阻rp2的另一端连接第一三极管q1的基极，第一三极管q1的发射极接地。具体地，主继电器rly1的动触点连接所述电池组200的正极、主继电器rly1的静触点连接负载300的第一端，主继电器rly1的线圈侧的一端连接电源5v，主继电器rly1的线圈侧的另一端连接第一限流电阻rp1的一端。在实际
应用中，限流电阻的数量可根据实际需要进行设置，在此不需要拘泥于本实用新型实施例中的限定。
35.在其中一些实施例中，第二开关单元30包括预充继电器rly2、第三限流电阻rp3、第四限流电阻rp4和第二三极管q2；预充继电器rly2的第一端连接预充单元20的第二端、预充继电器rly2的第二端连接负载300的第一端，预充继电器rly2的第三端连接电源，预充继电器rly2的第四端连接第三限流电阻rp3的一端，第三限流电阻rp3的另一端连接第二三极管q2的集电极，第四限流电阻rp4的一端连接控制单元60，第四限流电阻rp4的另一端连接第二三极管q2的基极，第二三极管q2的发射极接地。具体地，预充继电器rly2的动触点连接预充单元20的第二端、预充继电器rly2的静触点连接负载300的第一端，预充继电器rly2的线圈侧的一端连接电源，预充继电器rly2的线圈侧的另一端连接第三限流电阻rp3的一端。
36.下面结合图3所示的具体实施例详细阐述本实用新型实施例提供的电池组内外部总电压检测系统100的检测过程。在该实施例中，分压单元70包括五个串联连接的分压电阻，其余的电路连接参见上面任一项中的描述，在此便不再赘述。首先，控制单元60分别输出低电平给第一开关单元10和第二开关单元30，此时第一三极管q1和第二三极管q2不导通，主继电器rly1和预充继电器rly2处于断开状态，电池组200通过预充电阻rx、分压单元70以及检测电阻ry放电，控制单元60根据电压检测单元50的输出信号得到检测电阻ry两端的第一压降值v1,得到电池组200的内部总电压u1＝v1/r
y
*(r
x
+r
z
+r
y
),其中，r
x
为预充电阻rx的阻值，r
y
为检测电阻ry的阻值，r
z
为分压单元70的总阻值；接着，控制单元60输出高电平给第二开关单元30，此时，第二三极管q2导通，预充继电器rly2处于闭合状态，控制单元60根据电压检测单元50的输出信号得到检测电阻ry两端的第二压降值v2，得到电池组200的外部总电压u2＝v2/r
y
*(r
z
+r
y
),其中，r
y
为检测电阻ry的阻值，r
z
为分压单元70的总阻值。进一步地，可以预设闭合一个电池组的外部总电压为开启电压；如果外部总电压u2大于或等于所述开启电压，则控制第一开关单元10闭合,并控制第二开关单元30断开；如果外部总电压u2小于所述开启电压，则控制第二开关单元30断开，以及判断出负载300存在异常情况，并向用户发出警报。一般，负载正常时，电池组的内部总电压和外部总电压是相等的，故开启电压可以设置为检测到的电池组的内部总电压。
37.为解决上述技术问题，本实用新型实施例还提供一种电池组200，包括如上述任一项所述的电池组内外部总电压检测系统100。在该电池组200中，先控制第一开关单元10和第二开关单元30断开，获得检测单元40的第一压降，得到电池组200的内部总电压；接着控制第二开关单元30闭合，使所述电池组200对所述负载300预充供电，获得检测单元40的第二压降，并得到电池组200的外部总电压。进一步，可根据电池组200的外部总电压来判断负载300是否正常，若所述外部总电压高于预设电压值，则为正常并闭合第一开关单元10，若所述外部总电压低于预设电压值，则为异常并断开第二开关单元30，向用户发出警报。
38.本实用新型提供一种电池组内外部电压检测系统和电池组，所述检测系统包括：第一开关单元、预充单元、第二开关单元、检测单元、电压检测单元和控制单元；检测单元一端连接在预充单元的第二端，另一端连接在电池组的第二端，电压检测单元与检测单元并联，且电压检测单元的输出端与控制单元连接，在检测时，先闭合第一开关单元和第二开关单元，控制单元根据电压检测单元的输出信号获得内部总电压，接着闭合第二开关单元，控制单元根据电压检测单元的输出信号获得外部总电压，该检测方式通过一路检测得到电池
组的内外部总电压，线路简洁可靠，成本较低。
39.需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
40.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。