CN218995504U

CN218995504U - 一种高压电流检测装置

Info

Publication number: CN218995504U
Application number: CN202222529998.7U
Authority: CN
Inventors: 周侃; 李传志; 王金维
Original assignee: Zhejiang Geely Holding Group Co Ltd; Zhejiang LEVC R&D Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Geely Holding Group Co Ltd; Zhejiang LEVC R&D Co Ltd
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2023-05-09
Anticipated expiration: 2032-09-23

Abstract

本实用新型提供了高压电池电流检测系统、高压电池及车辆。其中高压电池电流检测系统包括：第一电路上设置有第一电流检测组件，第二电路上设置有第二电流检测组件，所述第一电流检测组件和所述第二电流检测组件均具有能够分别获取模拟信号和数字信号的两个电流传感器；所述第一电流检测组件中两个电流传感器的输出端分别与所述处理芯片的第一输入端和第二输出端连接，所述第二电流检测组件中两个电流传感器的输出端分别与所述处理芯片的第三输入端和第四输出端连接。本实用新型能够准确地识别电流，辅助BMS进行精确的闭环控制，避免车辆长时间处于过电流充放电状态的高压电流检测装置。

Description

一种高压电流检测装置

技术领域

本实用新型涉及车辆领域，特别是涉及一种高压电流检测装置。

背景技术

新能源汽车由于涉及到高压电池以及高压用电器，使用过程中的高压安全越来越得到用户的重视。新能源汽车的BMS(Battery Manage System,电池管理系统)主要通过检测电池的单体电压、温度、总压、绝缘电阻等，对电池中剩余电荷的可用状态、电池健康状态做出精确估算，通过与VCU(Vehicle control unit,整车控制器)、充电机CAN通信并控制外部高压继电器对电池充放电及热控制进行精准管理，从而在保证电池安全的前提下最大限度地利用电池存储的能量。正常情况下，BMS是通过电流传感器对电池系统的总充放电电流(直流)进行实时检测采集，之后发送给BMS的电流采集模块，经过处理后发送到ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元，是BMS的主芯片)进行计算，当检测出母线电流异常时，可通过CAN通讯将过电流故障信息上报给VCU，BMS也可以自行切断高压继电器，以保证整车的高压安全。

发明人发现，即使在该种断电保护的机制下，电动汽车在特定场景下的烧车等事故还是时有发生，特别是在电池包长时间过充过放电的场景下，会引发烧车等保安防灾问题，比如：场景一：21：00～06：00整夜的家用充电，车辆长时间处于充电状态下时，发生非预期的电流传感器故障，检测电流数值的误差偏大(如：实际值大于检测值)，使得BMS不能准确地识别电流，无法进行精确的闭环控制，使得车辆长时间处于过电流充电状态；场景二：行车过程中，当整车长时间处于高压负载的过载工作状态时，发生非预期的电流采集电路故障时，使得BMS不能准确地识别电流，使得车辆长时间处于过电流放电状态。长时间过充过放电对于电池包寿命造成不可逆的影响，也会造成热量累计，最严重的可能会造成整车烧车。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是要提供一种能够准确地识别电流，辅助BMS进行精确的闭环控制，避免车辆长时间处于过电流充放电状态的高压电流检测装置。

特别地，本实用新型提供了一种高压电池电流检测系统，包括第一电路、与所述第一电路共同形成回路的第二电路，所述第一电路为高压电池的输出端和高压负载的输入端或者为高压电池的输入端和电源的输出端之间的电路，所述第二电路为所述高压负载的输出端和所述高压电池的输入端或者为所述高压电池的输出端和电源的输入端之间的电路；

所述第一电路上设置有第一电流检测组件，所述第二电路上设置有第二电流检测组件，所述第一电流检测组件和所述第二电流检测组件均具有能够分别获取模拟信号和数字信号的两个电流传感器；

进一步地，还包括处理芯片，所述第一电流检测组件中两个电流传感器的输出端分别与所述处理芯片的第一输入端和第二输出端连接，所述第二电流检测组件中两个电流传感器的输出端分别与所述处理芯片的第三输入端和第四输出端连接。

进一步地，所述第一电流检测组件中的两个电流传感器的分别为霍尔传感器和分流器。和/或，所述第二电流检测组件中的两个电流传感器的分别为霍尔传感器和分流器。

进一步地，所述霍尔传感器连接模拟信号运算放大器，所述分流器连接数字信号运算放大器。

进一步地，所述模拟信号运算放大器的频率小于所述数字信号运算放大器。

进一步地，数字信号运算放大器分两路分别连接一AD采样芯片。

进一步地，所述分流器还连接。

进一步地，还包括整车控制器，所述第一电流检测组件和所述第二电流检测组件连接BMS。

特别地，本实用新型还公开了一种高压电池，包括所述的高压电池电流检测系统，

特别地，本实用新型还公开了一种车辆，包括所述的高压电池电流检测系统，或所述的高压电池。

本实用新型中，通过在第一电路上设置第一电流检测组件，在第二电路上设置第二电流检测组件，可以检测高压电池的输出端和高压负载的输入端以及高压电池的输入端和电源的输出端之间的电路上的电流情况，以及检测高压负载的输出端和高压电池的输入端以及高压电池的输出端和电源的输入端之间的电路上的电流情况，这种检测方式使得BMS能够能准确地识别电流，进行精确的闭环控制，避免车辆长时间处于过电流充电状态；同时，多个电流检测组件能够在发生采集电路故障时，增大采集母线电流的准确性。

进一步地，本实用新型中，使用模拟电路和数字电路两种元器件，避免了共因失效，满足更高的安全要求。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的高压电池电流检测系统的示意性电路图；

图2是图1所示高压电池电流检测系统的霍尔传感器所连接的采集电路的示意性电路图；

图3是图1所示高压电池电流检测系统的分流器所连接的采集电路的示意性电路图；

图中：

11-第一霍尔传感器；

12-第一分流器；

21-第二霍尔传感器；

22-第二分流器；

3-高压电池；

4-高压负载。

具体实施方式

图1是根据本实用新型一个实施例的高压电池电流检测系统的示意性电路图。高压电池电流检测系统包括第一电路、与第一电路共同形成回路的第二电路以及处理芯片，第一电路为高压电池3的输出端和高压负载4的输入端或者为高压电池3的输入端和电源的输出端之间的电路，第二电路为高压负载4的输出端和高压电池3的输入或者为高压电池3的输出端和电源的输入端之间的电路，第一电路上设置有第一电流检测组件，第二电路上设置有第二电流检测组件，第一电流检测组件和第二电流检测组件均具有能够分别获取模拟信号和数字信号的两个电流传感器，第一电流检测组件中两个电流传感器的输出端分别与处理芯片的第一输入端和第二输出端连接，第二电流检测组件中两个电流传感器的输出端分别与处理芯片的第三输入端和第四输出端连接。本实施例中，通过在第一电路上设置第一电流检测组件，在第二电路上设置第二电流检测组件，可以检测高压电池3的输出端和高压负载4的输入端以及高压电池3的输入端和电源的输出端之间的电路上的电流情况，以及检测高压负载的输出端和高压电池的输入端以及高压电池的输出端和电源的输入端之间的电路上的电流情况，这种检测方式使得BMS能够准确地识别电流，进行精确的闭环控制，避免车辆长时间处于过电流充电状态；同时，多个电流检测组件能够在发生采集电路故障时，增大采集母线电流的准确性。

图2是图1所示高压电池电流检测系统的霍尔传感器所连接的采集电路的示意性电路图。图3是图1所示高压电池电流检测系统的分流器所连接的采集电路的示意性电路图。根据本实用新型的一个实施例，第一电流检测组件中的两个电流传感器分别为霍尔传感器和分流器。更加具体地，第一电流检测组件包括第一霍尔传感器11、第一分流器12、第一运放电路A1、第二运放电路A2、第三运放电路A3、第一AD采样芯片、第一隔离芯片DIC和第一单片机(图中未示出)，请参考图2和图3，其具体连接方式如下，第一霍尔传感器11的输出正极信号的一端连接第一电阻R1，第一电阻R1连接第一运放电路A1的正极输入端，第一运放电路A1的输出端连接第四电阻R4，第四电阻R4连接第一单片机。其中，第一霍尔传感器11的输出正极信号的一端和第一电阻R1之间还连接有第一瞬态二极管TVS1，第一电阻R1和第一运放电路A1的正极输入端之间还连接有RC电路，该RC电路由第三电阻R3和第一电容C1构成。第一运放电路A1的负极输入端还串联第五电阻R5进而连接至第四电阻R4，第四电阻R4至第一单片机之间还连接一第三电容C3。第一霍尔传感器11的输出负极信号的一端连接第二电阻R2，第二电阻R2连接第二运放电路A2的正极输入端，第二运放电路A2的输出端连接第七电阻R7，第七电阻R7连接第一单片机。其中，第一霍尔传感器11的输出负极信号的一端和第二电阻R2之间还连接有第二瞬态二极管TVS2，第二电阻R2和第二运放电路A2的正极输入端之间还连接有RC电路，该RC电路由第六电阻R6和第二电容C2构成。第二运放电路A2的负极输入端还串联第八电阻R8进而连接至第七电阻R7，第七电阻R7至第一单片机之间还连接一第五电容C5。第三电容C3之后的电路和第五电容C5之后的电路之间连接有第四电容C4，第四电容C4的电容量为470pf。本实施例中第一运放电路A1和第二运放电路A2均采用MCP6004运放电路。使用运放MCP6004做电压跟随器的功能来增大输入阻抗，以达到使输入电压接近信号源电压的目的，然后把这个电压值送入第一单片机的AD口，第一单片机周期性采样，经过软件运算处理得到回路中的总电流。

根据本实用新型的一个实施例，第三运放电路A3采用OPA2354运放电路，第一AD采样芯片选用MCP3422AD采样芯片，第一隔离芯片DIC选用ADUM2251隔离芯片。第一分流器12输出负电压的一端连接第十一电阻R11，第十一电阻R11连接第三运放电路A3的-INA端，第一分流器12输出正电压的一端连接第十二电阻R12，第十二电阻R12连接第三运放电路A3的+INA端，第三运放电路A3的OUTA端连接串联第十四电阻R14进而连接AD采样芯片ADC的CH1+端，AD采样芯片ADC的SCL端连接第一隔离芯片DIC的SCL1端，AD采样芯片ADC的SDA端连接第一隔离芯片DIC的SDA1端。其中，第一分流器12输出负电压的一端和第十一电阻R11之间还连接第十一瞬态二极管TVS11，第十一电阻R11和第三运放电路A3的-INA端之间还连接一RC电路，该RC电路由第十三电阻R13和第十一电容C11组成。其中，第一分流器12输出正电压的一端和第十二电阻R12之间还连接第十二瞬态二极管TVS12，第十二电阻R12和第三运放电路A3的+INA端之间还连接一RC电路，该RC电路由第十五电阻R15和第十二电容C12组成。其中，第十四电阻R14和AD采样芯片ADC的CH1+端之间还连接第十三电容C13。第二霍尔传感器21、第二分流器22的具体设置方式与第一霍尔传感器11、第一分流器12相同，在此不再赘述。

可以理解的是，上述第一霍尔传感器11的信号为模拟信号，第一霍尔传感器11连接的运算方法放大器为模拟信号运算放大器，其具体选型为MCP6004运放电路，而第一分流器12所在的电路由于第一AD转换器的存在，该电路的信号为数字信号，该电路上的运算方法放大器为模拟信号运算放大器，其具体选型为OPA2354运算放大器，MCP6004运放电路的频率小于OPA2354运算放大器。

根据本实用新型的一个实施例，第一电流检测组件和第二电流检测组件连接BMS。根据本实用新型的一个实施例，为了进一步避免因为电磁干扰等原因造成某一个传感器不准确，本实施例中的高压电池电流检测系统的检测策略如下：

1)第一电流检测组件中，第一霍尔传感器11与第一分流器12检测结果同时输入给BMS中的控制器，并在控制器的主芯片(MCU)内部进行数值比较，若检测差值在设定范围内(如2％)，将第一分流器12的结果记录为A。若检测差值超过设定范围，则舍弃该传感器的检测值，以另外一组数据(记录为B)作为精确电流数值，进而作为计算依据，并通过CAN总线上报整车，发送给其他控制器。可以理解的是，另外一组数据是指另外一组包含第一霍尔传感器11与第一分流器12检测结果的数据。

2)第二电流检测组件：第二霍尔传感器21与第二分流器22检测结果同时输入给BMS中的控制器，并在控制器的主芯片(MCU)内部进行数值比较，若检测差值在设定范围内(如2％)，则以第二分流器22的结果记录为B，若检测差值不在设定范围内，则舍弃，以另外一组数据(记录为A)作为精确电流数值作为计算依据，并通过CAN总线上报整车，发送给其他控制器。可以理解的是，另外一组数据是指另外一组包含第二霍尔传感器21与第二分流器22检测结果的数据。

3)若第一检测组件和第二电流检测组件的比较结果都在检测差值范围内，则计算max{A，B}，该式用于计算A和B数值比较大的一个，作为最终准确的电流数值，避免不能识别过流故障，并通过CAN总线上报给整车其他控制器。

4)若第一电流检测组件和第二电流检测组件的比较结果A和B，都不在检测差值范围内，则舍弃本次检测结果，待下一个周期(如：电流采样周期为间隔10ms一次)的检测数值。如此循环。

5)若连续五次检测结果均不在检测差值范围内，则上报整车电流检测故障，要求整车进行降功率运行或者停车等。

而因为逃生时间对于人员生命安全非常关键，实时性对于过电流故障引起安全问题的规避，非常重要。本实施例中使用的检测策略极大地规避了因为传感器(如电磁干扰，老化，自身质量问题)故障造成的电流采集不准确的问题，保证了电流采集数据准确性。与此同时，只有在两组数据都不准确的情况下，才会舍弃本次检测结果，等待下一次电流采样，这种情况发生的概率极低，保障了准确采集的同时，极大地提升了电流检测的实时性。本实施例中即使发生了连续五次检测结果不在差值范围内，也可以准确提醒整车进行及时处理，最终确保了整车端的安全性。

特别地，本实用新型还公开了一种车辆，包括所述的高压电池电流检测系统，或所述的高压电池3。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims

1.一种高压电池电流检测系统，其特征在于，包括第一电路、与所述第一电路共同形成回路的第二电路，所述第一电路为高压电池的输出端和高压负载的输入端或者为高压电池的输入端和电源的输出端之间的电路，所述第二电路为所述高压负载的输出端和所述高压电池的输入端或者为所述高压电池的输出端和电源的输入端之间的电路；

所述第一电路上设置有第一电流检测组件，所述第二电路上设置有第二电流检测组件，所述第一电流检测组件和所述第二电流检测组件均具有能够分别获取模拟信号和数字信号的两个电流传感器。

2.根据权利要求1所述的高压电池电流检测系统，其特征在于，还包括处理芯片，所述第一电流检测组件中两个电流传感器的输出端分别与所述处理芯片的第一输入端和第二输出端连接，所述第二电流检测组件中两个电流传感器的输出端分别与所述处理芯片的第三输入端和第四输出端连接。

3.根据权利要求1所述的高压电池电流检测系统，其特征在于，所述第一电流检测组件中的两个电流传感器的分别为霍尔传感器和分流器；

和/或，所述第二电流检测组件中的两个电流传感器的分别为霍尔传感器和分流器。

4.根据权利要求3所述的高压电池电流检测系统，其特征在于，所述霍尔传感器连接模拟信号运算放大器，所述分流器连接数字信号运算放大器。

5.根据权利要求4所述的高压电池电流检测系统，其特征在于，所述模拟信号运算放大器的频率小于所述数字信号运算放大器。

6.根据权利要求3所述的高压电池电流检测系统，其特征在于，数字信号运算放大器分两路分别连接一AD采样芯片。

7.根据权利要求3所述的高压电池电流检测系统，其特征在于，所述分流器还连接隔离芯片。

8.根据权利要求1所述的高压电池电流检测系统，其特征在于，还包括整车控制器，所述第一电流检测组件和所述第二电流检测组件连接BMS。

9.一种高压电池，其特征在于，包括如权利要求1～8任意一项所述的高压电池电流检测系统。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1～8任意一项所述的高压电池电流检测系统，或包括如权利要求9所述的高压电池。