用於電池管理系統的電池電壓採集電路的製作方法

2023-04-29 14:47:56 2

本實用新型涉及一種電壓採集電路，尤其涉及一種用於電池管理系統的電池電壓採集電路。

背景技術：

電池電壓是電動汽車動力電池的重要參數，一方面電池電壓直接與剩餘容量相關，另一方面電池長時間工作於低壓或過壓情況下，嚴重影響自身壽命，因此電池電壓檢測精度是衡量電池管理系統的重要指標。

目前，電池管理系統中電池電壓採集電路的拓撲結構多種多樣，主要有以下四種：

方案1：國外半導體晶片廠商提供專用晶片採集電池電壓，一般最多支持12串單體電池電壓，內置模數轉換單元，通過通信接口將電池電壓信息上送到單片機進行處理，同時擴展通用數字輸入輸出接口，便於電流採集、溫度採集，主要廠家有Linear、TI、ADI、Maxim等公司。

方案2：採用光耦的方式進行採集，包括選通單元，用於選通待檢測的單體電池；第一光耦，用於將待檢測電池電壓轉換為電流信號並輸出一對應的第一電壓信號；信號傳遞單元，用於將所述電壓信號傳遞給第二光耦；第二光耦，用於將傳遞來的所述第一電壓信號轉換為第二電壓信號；比例電路，用於將所述電壓信號轉換為可測量電壓值。

方案3：利用多個採集單元和控制器實現電池電壓採集，所述採集單元包括電池Ci、控制開關Qi1和迴路開關Qi2，各相鄰採集單元的電池Ci通過正極、負極依次串聯，且V1的負極連接公共端子GND，所述電池Ci的正極通過電阻Ri1連接電阻R0的一端，電阻R0的另一端連接公共端子GND，所述電池Ci、電阻Ri1和電阻R0的迴路中還串聯迴路開關Qi2，該迴路開關Qi2的控制端與公共端子之間並聯控制開關Qi1，所述控制開關Qi1的控制端連接控制器的輸出端KZi，該控制器的輸入端連接電阻R0與Ri1連接的一端。

方案4：提供一個相同的參考電壓予多個運算放大器的同相輸入端，運算放大器的反相輸入端連接每個單體電池電壓，得出各單體電池與所述參考電壓的相對電壓差值。在同一時刻測量單體電池電壓差值，消除了共模電壓、以及母線脈動電流變化對測量結果的影響；同時，本實用新型的單體電池電壓測量電路在空間上非常靠近被測單體電池，大大削弱了背景技術中電磁幹擾感應電流對測量結果的影響。

電池管理系統伴隨著電動汽車發展而不斷擴大，功能不斷完善，但是現有的上述幾種方案仍然存在不足：

(1)專用晶片的出現使得電池管理系統設計大大簡化，產品的小型化和可靠性有了提高，但是考慮到電壓和應用複雜度，一般單個晶片檢測的電池串數不超過12串，使用這些晶片設計的電池管理系統典型架構是集中式結構，對於分布式結構會使電池箱內接線複雜，降低可靠性，而且增加整體成本。產品的功能設計受制於晶片廠商的配置，降低總體靈活性。

(2)伴隨著專用晶片出現的方式是採用光耦採集電壓信息，利用光耦的特性，一方面能夠實現對單個電池電壓信息採集，另一方面實現電氣隔離，提高可靠性，利用光耦的電流傳輸特性使其工作於線性區，將採集到的電壓信號轉換為電流信號傳向副邊。該方案的採樣時間受制於光耦切換時間，採樣時間長，且難以保證光耦始終工作於線性區，採樣精度低，外圍電路過於複雜，可靠性差。

(3)方案3採用多個採集單元和控制器實現電池電壓採集，通過多個三極體實現電池選擇及電壓信息採集，三極體屬於電流型器件，驅動電流大，功耗增加，增加動力電池耗電量，降低整車行駛裡程。三極體分為截止區、放大區、飽和區三個工作區域，該方法只能使三極體工作於飽和區和截止區，當工作於放大區時，由於三極體自身壓降等原因會導致系統的電壓採集精度降低。

(4)利用運算放大器能夠實現電壓電壓的快速採集且成本低，但是方案4中電壓的採集精度受制於基準電壓，對於車輛嚴酷的電磁環境，容易引起基準電壓變化，進而影響電池電壓採集精度。

有鑑於上述的缺陷，本設計人，積極加以研究創新，以期創設一種新型結構的電池電壓採集電路，使其更具有產業上的利用價值。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種成本低、可靠性高、採樣精度高的用於電池管理系統的電池電壓採集電路。

本實用新型的用於電池管理系統的電池電壓採集電路，包括選通晶片、單片機和電池組，所述電池組內設有多個依次串聯的電池，多個電池的正極均通過導線連接有自恢復保險絲，多個自恢復保險絲中除了與第一個電池連接的自恢復保險絲外均通過導線連接有第一電阻，所述第一個電池為靠近電池組負極一端的電池，多個第一電阻分別與選通晶片的對應輸入端電連接，與第一個電池連接的自恢復保險絲通過導線與選通晶片的對應輸入端連接，所述選通晶片的多個輸入端還分別通過第二電阻與電池組的負極連接，所述選通晶片通過IIC接口與單片機的輸出端連接，選通晶片的輸出端通過電壓跟隨器與單片機的AD輸入端連接。

進一步的，本實用新型的用於電池管理系統的電池電壓採集電路，還包括供電電路，所述供電電路的輸入端與電池組的正極連接，供電電路的輸出端分別與選通晶片的電源輸入端、電壓跟隨器的電源輸入端連接。

進一步的，本實用新型的用於電池管理系統的電池電壓採集電路，所述供電電路為串聯穩壓電路。

進一步的，本實用新型的用於電池管理系統的電池電壓採集電路，所述電池的個數為8個，所述選通晶片為8通道選通晶片。

藉由上述方案，本實用新型至少具有以下優點：本實用新型的用於電池管理系統的電池電壓採集電路，通過在電路中設置自恢復保險絲，從而防止採集電路出現故障後損壞電池，保護了電路安全可靠的運行。保險絲熔斷電流根據後級電路最大工作電流選擇，一般選取為0.125A。此外第一電阻和第二電阻的設置，構成了高精度的電阻分壓，從而實現對各單體電池電壓及總電壓的檢測，採集到的電壓信號被傳送至相應的選通電路接口，成本低廉。實際使用時，儘量選擇高阻值電阻，減小電阻功率損耗，防止因電阻溫度變化引起阻值變化，提高電壓採集精度。此外，選用選通晶片接收電池的電壓信號，選通晶片通過自帶的IIC通信接口與單片機通信，單片機通過IIC通信接口對選通晶片的輸入通道進行選擇，選通晶片的輸出接口經過電壓跟隨器送入單片機的AD通道，利用單片機自帶的16位AD通道可以有效提高電池電壓的採集精度。綜上所述，本實用新型的用於電池管理系統的電池電壓採集電路成本低、可靠性高、採樣精度高。

上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。

附圖說明

圖1是本實用新型用於電池管理系統的電池電壓採集電路的電路原理圖；

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的範圍。

參見圖1，本實用新型一較佳實施例的一種用於電池管理系統的電池電壓採集電路，包括選通晶片U1、單片機MCU和電池組BAT1～BAT8，所述電池組內設有多個依次串聯的電池，多個電池的正極均通過導線連接有自恢復保險絲(F1～F8)，多個自恢復保險絲中除了與第一個電池連接的自恢復保險絲(F8)外均通過導線連接有第一電阻(R1、R2、R3、R5、R6、R9、R10)，所述第一個電池(BAT1)為靠近電池組負極一端的電池，多個第一電阻分別與選通晶片的對應輸入端(埠1～7)電連接，與第一個電池連接的自恢復保險絲通過導線與選通晶片的對應輸入端(埠8)連接，所述選通晶片的多個輸入端還分別通過第二電阻(R14～R21)與電池組的負極連接，所述選通晶片通過IIC接口(Scl埠和Sda埠)與單片機的輸出端連接，選通晶片的輸出端通過電壓跟隨器U2與單片機的AD輸入端連接。

通過在電路中設置自恢復保險絲，從而防止採集電路出現故障後損壞電池，保護了電路安全可靠的運行。保險絲熔斷電流根據後級電路最大工作電流選擇，一般選取為0.125A。此外第一電阻和第二電阻的設置，構成了高精度的電阻分壓，從而實現對各單體電池電壓及總電壓的檢測，採集到的電壓信號被傳送至相應的選通電路接口，成本低廉。實際使用時，儘量選擇高阻值電阻，減小電阻功率損耗，防止因電阻溫度變化引起阻值變化，提高電壓採集精度。此外，選用選通晶片接收電池的電壓信號，選通晶片通過自帶的IIC通信接口與單片機通信，單片機通過IIC通信接口對選通晶片的輸入通道進行選擇，選通晶片的輸出接口經過電壓跟隨器送入單片機的AD通道，利用單片機自帶的16位AD通道可以有效提高電池電壓的採集精度。綜上所述，本實用新型的用於電池管理系統的電池電壓採集電路成本低、可靠性高、採樣精度高。

作為優選，本實用新型的用於電池管理系統的電池電壓採集電路，還包括供電電路101，供電電路的輸入端與電池組的正極連接，供電電路的輸出端分別與選通晶片的電源輸入端、電壓跟隨器的電源輸入端連接。

作為優選，本實用新型的用於電池管理系統的電池電壓採集電路，供電電路為串聯穩壓電路。

本實用新型的用於電池管理系統的電池電壓採集電路利用串聯穩壓電路給選通晶片、運算放大器及單片機供電，串聯型穩壓電路屬直流穩壓電源中的一種，在實際應用電路中應用非常廣泛，串聯穩壓電路直接從電池取電，其輸出不隨著電池電壓波動而變化，輸出精度高且穩定，保證電路中各器件工作於正常狀態。

作為優選，本實用新型的用於電池管理系統的電池電壓採集電路，電池的個數為8個，選通晶片為8通道選通晶片。

以上僅是本實用新型的優選實施方式，並不用於限制本實用新型，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本實用新型的保護範圍。