碰撞检测电路、电池管理系统及车辆

技术领域

本发明实施例涉及电路技术领域，特别涉及一种碰撞检测电路、电池管理系统及车辆。

背景技术

随着电池技术的发展，电动汽车替代燃油汽车已经成为了汽车行业的发展趋势。对于电动汽车来说，安全问题是非常重要的因素。尤其在电动汽车发生碰撞时，高能量的动力电池系统与高压用电器在碰撞过程中挤压受损，存在高压回路短路而导致起火爆炸风险。

目前，电动汽车中的碰撞检测电路，在接收到碰撞传感器发送的碰撞信号时，可以将碰撞信号发送的控制器，从而控制器能够在接收到碰撞信号后断开高压回路，避免出现危险。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：由于碰撞事件都是非常紧急的，对控制器的控制速度要求非常高，增加了控制器的负担，碰撞检测的可靠性较低。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种碰撞检测电路、电池管理系统及车辆，通过碰撞检测电路对碰撞进行检测，能够在发生碰撞时及时控制断开高压回路，可靠性较高，提升了整车安全性。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种碰撞检测电路，包括：信号采集器，用于采集车辆的碰撞信号；差分运算放大电路，用于将碰撞信号进行处理并输出第一信号；比较电路，用于根据第一信号和比较电路的参考电压输出第二信号；其中，第二信号用于控制断开高压供电回路，参考电压基于碰撞信号的幅值和差分运算放大电路的放大倍数来配置。

本发明的实施方式还提供了一种电池管理系统，包括上述的碰撞检测电路与高压供电回路，碰撞检测电路连接于高压供电回路。

本发明的实施方式还提供了一种车辆，包括上述的电池管理系统。

本发明实施方式相对于现有技术而言，信号采集器能够采集车辆的碰撞信号，差分运算放大电路能够将该碰撞信号进行处理并输出第一信号，比较电路则能够根据第一信号和比较电路的参考电压输出第二信号，第二信号能够控制断开高压供电回路，参考电压基于碰撞信号的幅值和差分运算放大电路的放大倍数来配置，即通过碰撞检测电路对碰撞进行检测，能够在发生碰撞时及时控制断开高压回路，可靠性较高，提升了整车安全性。

另外，电平保持电路，用于将差分运算放大电路输出的第一信号保持为第一信号的最大值；比较电路，具体用于根据第一信号的最大值和比较电路的参考电压输出第二信号。

另外，整流电路，用于将碰撞信号进行整流；差分运算放大电路，具体用于将整流后的碰撞信号进行处理并输出第一信号。

另外，信号采集器通过采样电阻采集碰撞信号。

另外，参考电压基于碰撞信号的幅值和差分运算放大电路的放大倍数来配置，包括：若碰撞信号为电流型，参考电压满足以下公式：K丨I1*R0丨＜VF＜K丨I2*R0丨；其中，VF表示参考电压，K表示差分运算放大电路的放大倍数，I1表示碰撞信号的高电平幅值，I2表示碰撞信号的低电平幅值，R0表示采样电阻的阻值。

另外，差分运算放大电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻以及运算放大器；第一电阻的第一端连接于运算放大器的第一输入端，第一电阻的第二端连接于信号采集器的第一端，第一电阻与信号采集器的连接处通过第二电阻连接于第三电阻的第一端，第三电阻的第二端连接于信号采集器的第二端，第三电阻与信号采集器的连接处通过第五电阻连接于运算放大器的第二输入端，第二电阻与第三电阻的连接处连接于参考电势端，运算放大器的第一输入端与输出端之间并联有第四电阻，运算放大器的第二输入端还通过第六电阻连接于参考电势端，运算放大器的输出端连接于比较电路。

另外，电平保持电路包括：第一二极管、第七电阻与第一电容；差分运算放大电路连接于第一二极管的正极，第一二极管的负极通过第七电阻连接于比较电路，第七电阻与比较电路的连接处通过第一电容连接于参考电势端。

另外，比较电路包括：第八电阻、第九电阻、比较器以及第十电阻；比较器的第一输入端连接于差分运算放大电路，比较器的第二输入端通过第八电阻连接于第一电源，第八电阻与比较器的连接处通过第九电阻连接于参考电势端，比较器的输出端通过第十电阻连接于第二电源，比较器与第十电阻的连接处形成比较电路的输出端。

另外，碰撞检测电路还包括：自检电路；自检电路用于在接收到控制器发出的自检指令时，输出自检控制信号；差分运算放大电路还用于将自检控制信号进行处理并输出第三信号；比较电路用于根据第三信号与比较电路的参考电压输出第四信号到控制器，以供控制器根据第四信号判断碰撞检测电路是否存在故障。

另外，自检电路包括第十一电阻、第二二极管以及第一开关；第十一电阻的第一端连接于差分运算放大电路，第十一电阻的第二端连接于第二二极管的负极，第二二极管的正极通过第一开关连接于第三电源，第一开关的控制端连接于控制器。

另外，整流电路包括第三二极管、第四二极管、第五二极管以及第六二极管；第三二极管的负极连接于信号采集器的第一端，第三二极管的正极连接于第四二极管的正极，第四二极管的负极连接于信号采集器的第二端，第三二极管与信号采集器的连接处连接于第五二极管的正极，第四二极管与信号采集器的连接处连接于第六二极管的正极，第五二极管的负极连接于第六二极管的负极，第三二极管与第四二极管的连接处连接于差分放大运算电路的一个输入端，第五二极管与第六二极管的连接处连接于差分放大运算电路的另一个输入端。

附图说明

一个或多个实施例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表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明第一实施方式的碰撞检测电路应用的车辆的示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的碰撞检测电路的示意图；

图3是根据本发明第二实施方式的碰撞检测电路的电路图；

图4是根据本发明第三实施方式的碰撞检测电路的示意图；

图5是根据本发明第三实施方式的碰撞检测电路的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种碰撞检测电路，应用于电动车辆的电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)，电池管理系统包括控制器(可以为MCU)。本实施例中，请参考图1，碰撞检测电路1连接于电池管理系统的控制器2，电池组3的正极和负极分别连接于高压供电回路4，电池组3通过高压供电回路4连接于负载电路(图中未示出)，高压供电回路4可以为开关元器件(例如继电器、保险丝等)，控制器2通过两个高压控制单元5分别连接于两个高压供电回路4，各高压控制单元5通过开关单元6连接于电源7，碰撞检测电路1还分别连接于两个开关单元6。其中电池组3为电动车辆中高压器件的供电电源，例如为由锂电池或铅酸电池等单体组成的电池组。

本领域技术人员可以理解，电动车辆还包括碰撞传感单元8，碰撞传感单元8包括碰撞传感器81与端子82，端子82可以为安全气囊系统或电动机控制单元等；碰撞检测电路1连接于碰撞传感单元8中的端子82；电池管理系统还包括用于对电池组3进行的监控的采样监控单元9，采样监控单元9连接于电池组3与控制器2，采样监控单元9用于采集电池组3的电池参数并监控电池状态，电池参数包括电压、温度等。

本实施例中，碰撞检测电路1用于采集碰撞传感单元8在检测到碰撞时发出的碰撞信号。具体的，在车辆发生碰撞时，碰撞传感器81能够检测车辆的碰撞强度信号，并发送到端子82，端子82则能够接收碰撞传感器81发出的碰撞强度信号，并判断该碰撞强度信号是否达到预设阈值，并在碰撞强度信号达到预设阈值时，输出表征电动车辆碰撞的碰撞信号到碰撞检测电路1。

请参考图2，碰撞检测电路包括：信号采集器11、差分运算放大电路12与比较电路13。

信号采集器11用于采集车辆的碰撞信号。

差分运算放大电路12用于将碰撞信号进行处理并输出第一信号；

比较电路13用于根据第一信号和比较电路13的参考电压输出第二信号；其中，第二信号用于控制断开高压供电回路，参考电压基于碰撞信号的幅值和差分运算放大电路的放大倍数来配置。

在一个例子中，碰撞检测电路1还包括：电平保持电路14、跟随电路15以及整流电路16。

整流电路16的两个输入端连接信号采集器11的两端，整流电路16的两个输出端分别连接于差分运算放大电路12的两个输入端，差分运算放大电路12的输出端连接于跟随电路15，根据电路15连接于电平电平保持电路14，电平电平保持电路14连接于比较电路13。

信号采集器11用于采集车辆的碰撞信号，并发送到整流电路16；其中信号采集器11可以为采样电阻R0，即信号采集器11通过采样电阻R0采集碰撞信号。

整流电路16用于对信号采集器11采集的碰撞信号进行整流，将信号采集器11采集的碰撞信号转换为单一方向的直流信号，从而能够在碰撞信号为交流信号或存在正负的直流信号时，将其转换为单一方向的直流信号，实现了碰撞信号的双向检测。其中，整流电路16可以为半波整流电流、全波整流电路或桥式整流电路等。

差分运算放大电路12用于将整流后的碰撞信号进行处理并输出第一信号。具体的，以K表示差分运算放大电路12的放大倍数，则差分运算放大电路12将整流后的碰撞信号放大K倍得到第一信号。

跟随电路15用于将差分运算放大电路12与电平保持电路14进行隔离，起缓冲作用，其输入阻抗高，输出阻抗低，跟随电路15的输出信号基本等同于输入信号，即第一信号输入到跟随电路15后基本不会产生变化，然后被输入到电平保持电路14。

电平保持电路14，用于将跟随电路15输出的第一信号保持为第一信号的最大值，并输入到比较电路13。

比较电路13用于将第一信号的最大值和比较电路的参考电压输出第二信号，其中，第二信号用于控制断开高压供电回路；具体的，比较电路13中预设有参考电压，当第一信号最大值大于该参考电压时，输出第二信号到各开关单元6，开关单元6在接收到第二信号时断开，此时电源7停止为高压控制单元5供电，高压控制单元5控制高压供电回路4断开。其中，比较电路13的参考电压基于碰撞信号的幅值和差分运算放大电路12的放大倍数来配置；若碰撞信号为电流型，参考电压满足以下公式：

K丨I1*R0丨＜V

其中，V

在一个例子中，碰撞检测电路1还可以将第二信号发送到控制器2，控制器2同样可以根据第二信号来判断是否发生碰撞，并在发生碰撞时控制高压控制单元5断开高压供电回路4。控制器2可以对变占空比与变频率行的碰撞信号进行检测，并在检测到存在碰撞时，直接控制高压控制单元5断开各高压供电回路4。

本实施方式相对于现有技术而言，信号采集器能够采集车辆的碰撞信号，差分运算放大电路能够将该碰撞信号进行处理并输出第一信号，比较电路则能够根据第一信号和比较电路的参考电压输出第二信号，第二信号能够控制断开高压供电回路，参考电压基于碰撞信号的幅值和差分运算放大电路的放大倍数来配置，即通过碰撞检测电路对碰撞进行检测，能够在发生碰撞时及时控制断开高压回路，可靠性较高，提升了整车安全性。并且，无需车辆控制器的参与，减小了控制器的负担。

本发明的第二实施方式涉及一种碰撞检测电路，第二实施方式相对于第一实施方式而言，主要区别之处在于：请参考图3，提供了碰撞检测电路中各电路的一种具体实现方式。

信号采集器11为电阻R0，能够测量碰撞信号的幅值，当碰撞信号为电流型的脉冲触发信号时，可以将该碰撞信号转换为电压信号。

差分运算放大电路12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以及运算放大器U1。

跟随电路15为电压跟随器U2，其输出端H点的电位与输入端E点的电位相等，即V

电平保持电路14包括：第一二极管D1、第七电阻R7与第一电容C1。

比较电路13包括：第八电阻R8、第九电阻R9、比较器U3以U3及第十电阻R10。其中，比较器U3可以为同相比较器或反相比较器。需要说明的是，本实施例中，也可以利用运算放大器来搭建比较电路13。

整流电路16包括第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5以及第六二极管D6。

第一电阻R1的第一端连接于运算放大器U1的第一输入端，第一电阻R1的第二端连接于电阻R0(信号采集器11)的第一端，第一电阻R1与电阻R0的连接处通过第二电阻R2连接于第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端连接于电阻R0的第二端，第三电阻R3与电阻R0的连接处通过第五电阻R5连接于运算放大器U1的第二输入端，第二电阻R2与第三电阻R3的连接处连接于参考电势端GND，运算放大器U1的第一输入端与输出端之间并联有第四电阻R4，运算放大器U1的第二输入端还通过第六电阻R6连接于参考电势端GND，运算放大器U1的输出端连接于比较电路13的第一输入端(即比较器U3的第一输入端)。

差分运算放大电路12的输出端(即运算放大器U1的输出端)连接于第一二极管D1的正极、第一二极管D1的负极通过第七电阻R7连接于比较电路13的第一输入端(即比较器U3的第一输入端)，第七电阻R7与比较电路13的连接处通过第一电容C1连接于参考电势端GND。

比较器U3的第一输入端形成比较电路13的第一输入端，比较器U3的第二输入端连接于第八电阻R8的第一端，第八电阻R8的第二端形成比较电路13的第二输入端，第八电阻R8与比较器U3的连接处通过第九电阻R9连接于参考电势端GND，比较器U3的输出端通过第十电阻R10连接于第二电源V2，比较器U3与第十电阻R10的连接处形成比较电路13的输出端，连接于高压控制单元5与控制器2。

第三二极管D3的负极连接于电阻R0的第一端，第三二极管D3的正极连接于第四二极管D4的正极，第四二极管D4的负极连接于电阻R0的第二端，第三二极管D3与电阻R0的连接处连接于第五二极管D5的正极，第四二极管D4与电阻R0的连接处连接于第六二极管D6的正极，第五二极管D5的负极连接于第六二极管D6的负极，第三二极管D3与第四二极管D4的连接处连接于差分放大运算电路12的一个输入端，第五二极管D5与第六二极管D6的连接处连接于差分放大运算电路12的另一个输入端。

需要说明的是，本实施例中，运算放大器U1、电压跟随器U2以及比较器U3均连接于对应的供电电源V

用电阻R0作为信号采集器11时，若输入的碰撞信号为电压型的脉冲信号V

运算放大器U1输出的碰撞信号V

其中，若配置R1＝R5、R4＝R6，则可以将上式简化为：

差分放大运算电路12的放大倍数K＝R4/R1。

在电平保持电路14中，第一二极管D1起单向导通作用，第一电容C1则可以存储电荷能量，从而能够记录输入的碰撞信号的高电平；由于第一二极管D1的导通压降较小(约等于0)，若忽略第一二极管D1的导通压降，则电平保持电路14输出端M点的电压V

比较器U3的参考电压V

以V

以碰撞信号为电流型的脉冲触发信号、车辆正常工作未发生碰撞时碰撞信号的高电平幅度为I1，车辆发生碰撞时碰撞信号的低电平幅度为I2，且丨I2丨＞丨I1丨；此时比较器U3的参考电压需满足不等式K丨I1*R0丨＜V

本实施例中，在车辆正常工作未发生碰撞时，比较器U3输出的碰撞检测信号为高电平信号，一直保持高电平V2状态。当车辆发生碰撞时，碰撞信号的幅值发生变化，比较器U3输出的碰撞检测信号为低电平信号，由于电平保持电路14的作用，该低电平信号可以持续预设时长，该低电平信号输入到开关单元6，开关单元6断开，使得高压控制单元5与电源7断开电连接，使得高压控制单元5输出低电平信号到连接的开关单元6，控制开关单元6关断，从而能够控制各高压供电回路4断开。

本实施方式相对于第二实施方式而言，提供了碰撞检测电路中各电路的一种具体实现方式。

本发明的第三实施方式涉及一种碰撞检测电路，第三实施方式是在第二施方式基础上的改进，主要改进之处在于：请参考图4，碰撞检测电路1还包括自检电路17。

自检电路17的输入端连接于控制器2，自检电路27的输出端连接于差分运算放大电路12。

自检电路17用于在接收到控制器2发出的自检指令时，输出自检控制信号。其中，控制器2可以在车辆刚刚开始工作时发出自检指令到自检电路17，然不限于此，控制器2也可以在车辆正常工作时，按照预设周期输出自检指令自检电路17。

差分运算放大电路12还用于将自检控制信号进行处理并输出第三信号，即将自检控制信号放大预设倍数，得到第三信号。

比较电路13用于在根据第三信号与比较电路13的参考电压输出第四信号到控制器2，以供控制器2根据第四信号判断碰撞检测电路是否存在故障。其中，比较电路13在第三信号的电压小于或等于参考电压时，输出恒定电平的第四信号到控制器2，控制器2在接收到第四信号为恒定电平时，判定碰撞检测电路不存在故障。

在一个例子中，碰撞检测电路1还包括泄放电路18。泄放电路18的输入端连接于控制器2，泄放电路18的输出端连接于比较电路13。

泄放电路18用于在接收到控制器2发送的泄放指令时，泄放碰撞检测电路中的电荷。具体的，控制器2可以在碰撞故障解除以及碰撞检测电路自检完成后，发送泄放指令到泄放电路18，以泄放碰撞检测电路中的电荷。

本实施例中，请参考图5(以图3中的碰撞检测电路为例)，自检电路17包括第十一电阻R11第二二极管D2以及第一开关K1；泄放电路18包括第十二电阻R12与第二开关K2。

第十一电阻R11的第一端连接于差分运算放大电路12中第五电阻R5的一端，第十一电阻R11的第二端连接于第二二极管D2的负极，第二二极管D2的正极通过第一开关K1连接于第三电源V3，第一开关K1的控制端形成自检电路17的输入端，即第一开关K1的控制端连接于控制器2(图中未示出)。

第十二电阻R12的第一端形成泄放电路18的输出端，第十二电阻R12的第一端连接于比较器U3的第一端，第十二电阻R12的第二端通过第二开关K2连接于参考电势端GND，第二开关K2的控制端连接于控制器2(图中未示出)。

第一开关K1用于在接收到控制器2发出的自检指令时导通。具体的，控制器2在对碰撞检测电路进行自检时，发送高电平的自检控制信号到第一开关K1，第一开关K1被控制导通，第二二极管D2的导通压降较小(约等于0)，若忽略第二二极管D2的导通压降，此时电阻R0两端的电压V

另外，若碰撞检测电路1不包含整流电路16，则电阻R0两端的电压V

当配置R0＝R11，且R0的阻止远小于R5和R6时，则上式可以化简为：

V

本实施例中，还需要设定比较器U3的参考电压V

控制器2在需要对碰撞检测电路进行自检时，输出高电平的自检控制信号到第一开关K1，控制第一开关K1导通，由于电平保持电路14的作用，比较器U3能够得到恒定电平的第四信号并输出到控制器2，控制器2在接收到的第四信号为恒定低电平信号时，判定碰撞检测电路不存在故障。

本实施例中，控制器2在碰撞检测电路的故障排除或者自检不存在故障时，输出泄放控制信号到第二开关K2，控制第二开关K2导通，从而使得碰撞检测电路中的电荷可以通过第十二电阻R12从参考电势端GND泄放；其中，可以设定第十二电阻R12的电阻远小于第七电阻R7的阻止，以提供快速泄放路径，更快的泄放电路中的电荷。

本实施方式相对于第一实施方式而言，在碰撞检测电路中增加了自检电路，从而可以对碰撞检测电路进行自检。

本发明的第四实施方式涉及一种电池管理系统，应用于电动车辆，电池管理系统包括第一至第三实施例中任一项的碰撞检测电路与高压供电回路，碰撞检测电路连接于高压供电回路；其中电池管理系统还包括控制器，具体请见前述实施例，在此不再赘述。

本发明的第五实施方式涉及一种车辆，包括第五实施例中的电池管理系统以及电池组，电池组的高压供电回路为两个，分别连接于电池组的正极和负极。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。