短路检测电路、充放电电路系统及储能装置的制作方法

1.本实用新型涉及短路检测技术领域，具体而言，涉及一种短路检测电路、充放电电路系统及储能装置。


背景技术：

2.电源设备中经常需要用到电池管理系统(battery management system，bms)对电池进行充放电管理，对应的充放电电路中经常需要使用金属
‑
氧化物半导体场效晶体管(metal
‑
oxide
‑
semiconductor field
‑
effect transistor，mos)等开关管作为充电开关或者放电开关，在使用过程中，mos管容易被损坏，出现短路或者微短路的问题，从而给电源设备以及用电设备带来较大的安全风险。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种短路检测电路、充放电电路系统及储能装置，能够对开关管是否发生短路故障进行检测，降低开关管发生故障带来的风险。
4.本实用新型提供一种技术方案：
5.第一方面，本实用新型提供一种短路检测电路，所述短路检测电路应用于电池组的充放电控制电路，所述充放电控制电路包括充电开关和放电开关；所述充电开关和所述放电开关串联于所述电池组的高压侧或者低压侧；所述短路检测电路包括第一开关电路、第一采样电路、第二采样电路以及控制电路，所述控制电路包括第一采样端和第二采样端；
6.所述第一开关电路、所述第一采样电路串联设置于所述充放电控制电路的第一采样点与所述电池组的低压侧或者高压侧之间；所述第一采样点位于所述充电开关和所述放电开关之间；
7.所述第二采样电路用于采集所述电池组的高压侧或者低压侧的电池电压；所述控制电路的所述第一采样端与所述第一采样电路电连接，用于获取所述第一采样电路采样到的所述第一采样点的电压；所述控制电路的第二采样端与所述第二采样电路连接，用于获取所述电池组的高压侧或者低压侧的电池电压；
8.在接收到充电控制信号时，所述控制电路用于控制所述第一开关电路闭合并控制所述充电开关断开，以对所述充电开关进行短路检测。
9.在可选的实施方式中，所述控制电路包括第三采样端，所述短路检测电路还包括第二开关电路与第三采样电路，所述第二开关电路与所述第三采样电路串联设置于所述充放电控制电路的第二采样点与所述电池组的低压侧或高压侧之间；所述第二采样点位于所述放电开关远离所述第一采样点的一端；
10.所述控制电路的第三采样端与所述第三采样电路电连接，用于获取所述第三采样电路采样到的所述第二采样点的电压；
11.在接收到放电控制信号时，所述控制电路用于控制所述第二开关电路导通并控制所述放电开关断开，以对所述放电开关进行短路检测。
12.在可选的实施方式中，所述第一采样电路包括第一电阻、第二电阻，所述第一电阻、所述第二电阻串联连接，所述第一电阻与所述第二电阻的连接点与所述第一采样端电连接。
13.在可选的实施方式中，所述第三采样电路包括第三电阻、第四电阻，所述第三电阻、所述第四电阻串联连接，所述第三电阻与所述第四电阻的连接点与所述第二采样端连接。
14.在可选的实施方式中，所述第一开关电路和所述第二开关电路均包括pmos管和继电器中的至少一种。
15.在可选的实施方式中，所述充电开关和所述放电开关依次串联在所述电池组的高压侧；所述第一开关电路设置在所述第一采样点和所述第一电阻之间；所述第二开关电路设置在所述第四电阻和所述电池组的低压侧之间。
16.在可选的实施方式中，所述短路检测电路还包括电流采样电路，所述电流采样电路串联在所述充电开关和放电开关所在的回路上；
17.所述控制电路还包括电流采样端，所述电流采样端与所述电流采样电路电连接，以获取所述电流采样电路的电流；
18.所述控制电路用于依据所述电流采样电路的电流对所述充电开关和放电开关进行短路检测。
19.在可选的实施方式中，所述第一开关电路包括选择开关，所述选择开关包括活动端、第一固定端及第二固定端，所述活动端与所述第一采样电路连接，所述第一固定端与所述第一采样点连接，所述第二固定端与第二采样点连接，所述第二采样点位于所述放电开关远离所述第一采样点的一端；所述选择开关为常开开关，所述控制电路用于控制所述活动端闭合至第一固定端或者第二固定端，以对所述充电开关或者所述放电开关进行短路检测。
20.第二方面，本实用新型提供一种充放电电路系统，所述充放电电路系统包括充放电控制电路以及如前述实施方式任意一项所述的短路检测电路。
21.第三方面，本实用新型提供一种储能装置，所述储能装置包括电池组、充放电控制电路以及如前述实施方式任意一项所述的短路检测电路。
22.相对于现有技术，本实用新型提供的短路检测电路、充放电电路系统及储能装置的有益效果是：本实用新型提供的短路检测电路、充放电电路系统及储能装置，在接收到充电控制信号时，控制电路会先控制充电开关断开而控制第一开关电路闭合，从而利用第一采样电路对第一采样点进行电压采集，以对充电开关是否发生短路故障进行检测，以提升电路的安全性能。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
24.图1为本实用新型实施例提供的充放电控制电路的示意图。
25.图2为本实用新型实施例提供的一种短路检测电路的示意图。
26.图3为本实用新型实施例提供的另一种短路检测电路的示意图。
27.图4为本实用新型实施例提供的另一种短路检测电路的示意图。
28.图5为本实用新型实施例提供的另一种短路检测电路的示意图。
29.图标：10
‑
充放电控制电路；bat
‑
电池组；chg
‑
充电开关；dsg
‑
放电开关；d1
‑
第一二极管；d2
‑
第二二极管；rl
‑
后级电路；100
‑
短路检测电路；a
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第一采样点；k1
‑
第一开关电路；u1
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第一采样电路；r1
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第一电阻；r2
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第二电阻；p1
‑
连接点；u2
‑
第二采样电路；p
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第二采样点；k2
‑
第二开关电路；u3
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第三采样电路；r3
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第三电阻；r4
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第四电阻；p2
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连接点；110
‑
控制电路；in1
‑
第一采样端；in2
‑
第二采样端；in3
‑
第三采样端；in4
‑
电流采样端；u4
‑
电流采样电路；r5
‑
第五电阻。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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，可以是两个元件内部的连通。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实用新型中的具体含义。
36.电源设备中经常需要用到电池管理系统(batterymanagement system，bms)对电池进行充放电管理，对应的充放电电路中经常需要使用mos管等开关管作为充电开关(charge，在附图中标示为chg)或者放电开关(discharge，在附图中标示为dsg)，图1示出了本技术实施例提供的一种充放电控制电路10的示意图。充放电控制电路10包括电池组bat、
充电开关chg、放电开关dsg、第一二极管d1、第二二极管d2以及后级电路rl。
37.其中，电池组bat包括高压侧(即正极)与低压侧(即负极)，充电开关chg和放电开关dsg串联于电池组bat的高压侧或者低压侧。本实施例中，以充电开关chg和放电开关dsg设置在电池组bat的高压侧(也即与电池组bat的正极连接)为例进行说明，充电开关chg的第一端与电池组bat的高压侧连接，充电开关chg的第二端与放电开关dsg第一端电连接，放电开关dsg的第二端与后级电路rl连接，最终回到电池组bat的低压侧。其中，后级电路rl可以为负载或者供电电源，即当充放电控制电路10工作在放电模式的情况下，后级电路rl为负载；当充放电控制电路10工作在充电模式的情况下，该后级电路rl为供电电源。
38.在使用过程中，充电开关chg、放电开关dsg的开关频率大、功率高，一般选用mos管，由于mos管容易被损坏，出现短路或者微短路的问题，从而给电源设备以及用电设备带来较大的安全风险。为降低由于mos管短路所带来的风险，本技术提供一种短路检测电路，用于对mos管进行短路检测。
39.请参阅图2，图2示出了本技术提供的短路检测电路100的示意图，短路检测电路100应用于上述充放电控制电路10，短路检测电路100包括第一开关电路k1、第一采样电路u1、第二采样电路u2以及控制电路110，控制电路110包括第一采样端in1和第二采样端in2。
40.以充电开关chg和放电开关dsg设置在电池组bat的高压侧为例，第一开关电路k1、第一采样电路u1串联设置于充放电控制电路10的第一采样点a与电池组bat的低压侧之间；第一采样点a位于充电开关chg和放电开关dsg之间。需要说明的是，若充电开关chg和放电开关dsg设置在电池组bat的低压侧，那么第一开关电路k1、第一采样电路u1串联设置于充放电控制电路10的第一采样点a与电池组bat的高压侧之间。
41.第二采样电路u2用于采集电池组bat的电池电压；控制电路110的第一采样端in1与第一采样电路u1电连接，用于获取第一采样电路u1检测到的第一采样点a的电压；控制电路110的第二采样端in2与第二采样电路u2连接，用于获取电池组bat的电池电压。
42.在接收到充电控制信号时，控制电路110用于控制第一开关电路k1闭合并控制充电开关chg断开，从而利用第一采样电路u1对第一采样点a进行电压采集，以及第二采样电路u2对电池电压进行采集，以对充电开关chg进行短路检测。在充电开关chg断开的情况下，若第一采样点a的电压与电池组bat的电池电压相同，则可以确定充电开关chg发生短路故障。
43.在图2的基础上，请参阅图3，控制电路110包括第三采样端in3，短路检测电路100还包括第二开关电路k2与第三采样电路u3，第二开关电路k2与第三采样电路u3串联设置于充放电控制电路10的第二采样点p与电池组bat的低压侧之间，第二采样点p位于放电开关dsg远离第一采样点a的一端。控制电路110的第三采样端in3与第三采样电路u3电连接，用于获取第三采样电路u3采样到的第二采样点p的电压；在接收到放电控制信号时，控制电路110用于控制第二开关电路k2导通并控制放电开关dsg断开，以对放电开关dsg进行短路检测。
44.请继续参阅图3，第一采样电路u1包括第一电阻r1与第二电阻r2，第一电阻r1、第二电阻r2串联连接，第一开关电路k1设置在第一采样点a和第一电阻r1之间，第一电阻r1与第二电阻r2的连接点p1与控制电路110的第一采样端in1电连接，控制电路110依据连接点p1的采样电压确定第一采样点a的电压v
a
。
45.可以理解地，基于上述第一采样电路u1的电路结构，连接点p1的采样电压为第二电阻r2的分压，第一采样点a的电压v
a
为第一电阻r1的分压、第二电阻r2的分压之和。第一电阻r1的分压为v
r1
，连接点p1点的检测电压为v
p1
，则有：
[0046][0047][0048]
上式中，r1为第一电阻r1的阻值，r2为第二电阻r2的阻值，因此基于连接点p1的采样电压v
p1
，即可确定第一采样点a的电压v
a
。
[0049]
第二采样电路u2可以选用模拟前端(analog front end，afe)，afe可以用来采集电芯的电压、温度等信息，于本实施例中，第二采样电路u2与电池组bat连接，用以获取电池组bat的电池电压，第二采样电路u2还与控制电路110的第二采样端in2连接，以将电池组bat的电池电压发送至控制电路110。
[0050]
第三采样电路u3包括第三电阻r3、第四电阻r4，第三电阻r3、第四电阻r4串联连接，第二开关电路k2设置在第四电阻r4与电池组bat低压侧之间，第三电阻r3与第四电阻r4的连接点p2与控制电路110的第三采样端in3电连接，控制电路110依据连接点p2的采样电压确定第二采样点p的电压v
p
。
[0051]
可以理解地，基于上述第三采样电路u3的电路结构，连接点p2的检测电压为第四电阻r4的分压，而第二采样点p的电压v
p
，即第三采样电路u3的电压为第三电阻r3的分压、第四电阻r4的分压之和。第三电阻r3的分压为v
r3
，第四电阻r4的分压为连接点p2的检测电压v
p2
，则有：
[0052][0053][0054]
其中，r3为第三电阻r3的阻值，r4为第四电阻r4的阻值，因此基于连接点p2的检测电压v
p2
，即可确定第二采样点p的电压v
p
。
[0055]
上述实施方式以充电开关chg和放电开关dsg依次串联在电池组bat的高压侧；第一开关电路k1设置在第一采样点a和第一电阻r1之间、第二开关电路k2设置在第四电阻r4和电池组bat的低压侧之间进行举例说明。
[0056]
在可能的实现方式中，当充放电控制电路10工作于充电模式的情况下，控制电路110用于依据电池组bat的电压以及充电开关chg断开情况下的第一采样点a的电压的大小关系确定充电开关chg是否发生短路故障。
[0057]
在可能的实现方式中，当充放电控制电路10工作于放电模式的情况下，控制电路110用于依据电池组bat的电压以及放电开关dsg断开情况下的第二采样点p的电压的大小关系确定放电开关dsg是否发生短路故障。在接收到充电控制信号时，控制电路110闭合第一开关电路k1，保持充电开关chg断开，对第一采样点a的电压进行检测，以判断充电开关chg是否发生短路故障。可以理解地，若充电开关chg出现短路故障，那么电池组bat提供的
电压相当于全部提供给了第一采样电路u1，若第一采样点a的电压为v
a
，电池组bat的电压为v
b
，在充电开关chg断开的情况下，若v
a
与v
b
相等，即可判定充电开关chg发生短路故障，控制电路110用于当v
a
与v
b
相等的情况下，确定充电开关chg发生短路故障，同理，若充电开关chg未发生短路故障，则电池组bat的电压经过第一二极管d1提供给第一采样电路u1，对于v
a
与v
b
，则有：
[0058]
v
b
＝v
a
+v
d1
。
[0059]
其中，v
d1
为第一二极管d1产生的压降，在可能的实现方式中，第一二极管d1的型号确定后，其压降也是固定值，因此，控制电路110用于当第一采样点a的电压v
a
小于电池组bat的电压v
b
的情况下，确定充电开关chg未发生短路故障。
[0060]
放电开关dsg的故障检测原理与充电开关chg的故障检测原理相似，若接收到放电控制信号，控制电路110控制闭合第二开关电路k2，断开放电开关dsg，对第二采样点p的电压进行检测，以确定放电开关dsg是否发生短路故障。可以理解地，若放电开关dsg未出现短路故障，由于放电开关dsg处于断开状态，电池组bat的放电回路处于断开状态。由于第二二极管d2单向导通的性质仅仅能在充电模式下工作，因此在放电开关dsg断开的情况下，第二采样点p上没有电流流过，第二采样点p的电压v
p
为零，控制电路110用于当v
p
为零的情况下，确定放电开关dsg未发生短路故障。
[0061]
反之，若第二采样点p的电压v
p
不为零，控制电路110即可确定放电开关dsg发生短路故障，在可能的实现方式中，若放电开关dsg出现短路故障，那么电池组bat的电压通过第一二极管d1，再经过短路的放电开关dsg提供给第二采样电路u2，第二采样点p的电压v
p
即为第二采样点路u2的电压，对于v
b
与v
p
，则有：
[0062]
v
b
＝v
p
+v
d1
。
[0063]
因此，控制电路110还可以用于当第二采样点p的电压与电池组bat提供的电源电压满足上述式子的情况下确定放电开关dsg发生短路故障。
[0064]
上述短路检测电路100采用的是电压采样检测的方式，在可能的实现方式中，还可以结合电流采样法进行检测。例如，请参阅图4，短路检测电路100还包括电流采样电路u4，电流采样电路u4串联在充电开关chg和放电开关dsg所在的回路上。控制电路110还包括电流采样端in4，电流采样端in4与电流采样电路u4电连接。
[0065]
在可能的实现方式中，电流采样电路u4可以包括至少一个电阻，例如电流采样电路u4包括第五电阻r5，第五电阻r5与充电开关chg、放电开关dsg串联连接。在其他可能的实现方式中，电流采样电路u4还可以包括更多的组件，例如还可以是多个电阻并联形成。
[0066]
当充放电控制电路10工作于充电模式，控制电路110用于在充电开关chg断开的情况下，依据电流采样电路u4的电流大小确定充电开关chg是否发生短路故障；可以理解地，若充电开关chg未发生短路故障，则在充电开关chg断开的情况下，后级电路rl中没有充电电流的流过，电流采样电路u4也没有电流信号流过，仅会在充电开关chg发生短路的情况会产生电流。同理，当充放电控制电路10工作于放电模式，若放电开关dsg断开的情况下，后级电路rl中没有放电电流的流过，电流采样电路u4也没有电流信号流过，仅会在放电开关dsg发生短路的情况会产生电流。
[0067]
因此当相应的控制开关没有闭合的情况下，若检测到电流采样电路u4中存在电流时，则可以确定相应的控制开关损坏，通过电流进行辅助判断，即便是充电开关chg或者放
电开关dsg处于微短路的状态下，也能够检测出来，从而提高电路的安全性能。
[0068]
在可能的实现方式中，第一开关电路k1、第二开关电路k2可以在控制电路110的控制下闭合或者断开，上述第一开关电路k1、第二开关电路k2可以包括pmos管、继电器或者开关组中的至少一种。
[0069]
上述控制电路110可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的控制电路110可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，cpu)、数字信号处理器(digital signal processing，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件、单片机等，本实施例对此不作限定，其还可以是具有任意相同或相似功能的其他的处理器。
[0070]
当控制电路110确定充电开关chg或放电开关dsg发生短路故障的情况下，控制电路110生成并发送警告信息，该警示信息可以是灯光警示信息、或者文字警示信息，在可能的实现方式中，控制电路110连接有警示灯(图未示)，则在确定充电开关chg或放电开关dsg发生短路故障的情况下，控制电路110发送警示信息，以使警示灯发出警示灯光。在其他可能的实施方式中，控制电路110连接有显示单元(图未示)，例如led显示屏，则控制电路110可以将警告信息发送至显示单元进行显示，例如可以显示“充电开关chg短路”或者“放电开关dsg短路”等。
[0071]
若控制电路110确定充电开关chg或者放电开关dsg未发生故障，则可允许电路进入充电模式或者放电模式进行工作。
[0072]
需要说明的是，本技术实施例针对充电开关chg、放电开关dsg分别设置了第一采样电路u1与第三采样电路u3，分别用第一开关电路k1与第二开关电路k2控制其工作状态，在可能的实现方式中，为了降低物料成本，还可以仅设置一个采样电路，利用多路选择开关实现切换至对于不同的开关管进行短路检测的状态。
[0073]
例如，请参阅图5，第一开关电路k1包括选择开关，选择开关包括活动端、第一固定端及第二固定端，活动端与第一采样电路u1连接，第一固定端与第一采样点a连接，第二固定端与第二采样点p连接，第二采样点p位于所述放电开关dsg远离第一采样点a的一端；选择开关为常开开关，控制电路110用于控制所述活动端闭合至第一固定端或者第二固定端，以对充电开关chg或者放电开关dsg进行短路检测，从而实现仅设置一个采样电路同时对充放电开关进行检测的目的。
[0074]
基于上述实施方式提供的短路检测电路，本实用新型还提供一种充放电电路系统，该充放电电路系统包括上述的充放电控制电路10以及短路检测电路。
[0075]
基于上述实施方式提供的短路检测电路，本实用新型还提供了一种储能装置(图未示)，该储能装置包括电池组以及前述实施方式提供的充放电控制电路10与短路检测电路100。
[0076]
需要说的是，本技术实施例提供的充放电电路系统与储能装置，其产生的技术效果以及技术原理与上述实施方式中提供的短路检测电路100基本相同，未简要描述，本实施例不再进行详细说明，本实施例未介绍详尽之处，请参阅前述实施方式中的相关内容。
[0077]
该储能装置可以是任意的具有充电功能与放电功能的储能装置，例如户外移动电源，本实施例对此不作限定。
[0078]
综上所述，本实用新型提供了一种短路检测电路、充放电电路系统及储能装置，针对充电开关设置第一开关电路与第一采样电路，针对放电开关设置第二开关电路与第三采样电路，利用控制电路对不同工作模式下，充放电开关断开情况下的采样电路的电压进行检测，进而依据所述电池组的电压以及所述充电开关断开情况下的第一采样点的电压的大小关系确定所述充电开关是否发生短路故障；依据所述电池组的电压以及所述放电开关断开情况下的第二采样点的电压的大小关系确定所述放电开关是否发生短路故障，避免整个系统在存在短路隐患的情况下工作，提升电路的安全性能。
[0079]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。