一種集成多功能檢測的電路模塊的製作方法

2023-11-11 14:09:02

本實用新型涉及新能源汽車電池管理技術領域，尤其是涉及一種電路復用與集成度高、成本低、測量精度高、適用性強、可靠性高的集成多功能檢測的電路模塊。

背景技術：

在新能源汽車設計開發中我們需要採集電池包的總電流、繼電器內外側電壓，並實時監測高壓正負對車身的絕緣電阻，用以估算電池的電荷狀態、了解高壓對外上電時，外部的負載情況與診斷繼電器動作的正確性，以及判斷整車的絕緣情況，避免因某些高壓器件絕緣損壞導致車上人員存在觸電風險。所以電動汽車電池管理系統BMS中這些採樣都關乎車輛的正常運行，需要有可靠和完整的數據輸入。

這些參數或電氣參數都是依賴於分布電路來提供，特別是與電池包直接關聯的電氣參數，如總電流採樣檢測現有技術大多以電流霍爾傳感器或單一功能的電流檢測模塊來實現，如CN201420780862.6公開的一種電流檢測模塊，只能對電流信號進行採樣、放大、模數轉換，數據輸出等處理；另如201310676894.1公開的一種電動車用高壓絕緣監測電路及監測方法，也只能實現對電池包與車輛的絕緣監測功能，還有一種就是將所有電路功能都集成到BMS主控板上，電路複雜。

現有技術的缺點是：

單一功能，只能實現電流或絕緣電阻或電壓採樣；

成本高，單一功能都需要有獨立的採樣、轉換、CPU、CAN、隔離；系統成本比較高；

對於將所有電路功能都集成到BMS主控板的做法，電路複雜，高低採樣控制到在一個板上，隔離設計不好做，也可能存在對某些參數或功能的校正或標定在生產階段可執行性很差，不適合量產的問題，比如霍爾校準後需要與主控板配對使用。

技術實現要素：

本實用新型的發明目的是為了克服現有技術中的BMS系統設計中成本高、電路複雜、適用範圍小的問題，提供了一種電路復用與集成度高、成本低、測量精度高、適用性強、可靠性高的集成多功能檢測的電路模塊。

為了實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案：

一種集成多功能檢測的電路模塊，包括電流採樣電路、電壓採樣電路、絕緣電阻採樣電路、MCU、隔離通訊IC、CAN收發器和隔離電源；所述MCU分別與電流採樣電路、電壓採樣電路、絕緣電阻採樣電路、隔離通訊IC和隔離電源電連接；所述隔離通訊IC分別與隔離電源和CAN收發器電連接；所述CAN收發器與隔離電源電連接。

本實用新型將所有這些檢測功能集成到一個電路模塊中進行採樣、轉化、校正、判斷，並通過隔離CAN通訊把最終處理的結果送到BMS的主控單元，作為執行其他相關動作的數據來源。

本實用新型共用一套高ADC位數的MCU，具體型號為NXP MM9Z1_638，CAN隔離的硬體電路，實現BMS總電流採樣、繼電器內外電壓採樣、絕緣電阻監測採樣、並實現精度校準與標定，向BMS系統提供高精度採樣值的可量產生產且低成本、可適合於不同系統應用的電路模塊。

因此，本實用新型具有電路復用與集成度高、成本低、測量精度高、適用性強、可靠性高的特點。

作為優選，所述電流採樣電路包括電池包和分流器；所述電池包與分流器串聯；所述分流器的兩端均與MCU電連接。

根據歐姆定律：U1=Rs *I；其中，Rs為分流器阻值；I為流過分流器的電流值；U1為分流器上流過電流後得到的電壓值，放電為正值，下正上負，U1直接將差分信號送入MCU。

作為優選，所述電壓採樣電路包括電池包、分流器、電阻R1、電阻R2和開關Q1；所述分流器的阻值為Rs；所述電池包、分流器、電阻R2、開關Q1和電阻R1依次串聯；電阻R2的兩端均與MCU電連接。

在需要採樣電池包電壓VBAT時，MCU控制開關Q1閉合，電阻R1與R2電阻分壓，得到：U2=R2/(R1+R2) *VBAT；U2直接送入MCU模數轉換，運算得到電壓值，可以換算出VBAT的總電壓：VBAT=(R1+R2)/R2 *U2。

作為優選，所述絕緣電阻採樣電路包括電池包、電阻Ri1、電阻Ri2和電阻R0；所述電阻Ri1、電池包和電阻Ri2依次串聯，電阻Ri1和電阻Ri2連接的一端接車身地，電阻R0與電阻Ri1並聯；電阻Ri1、電阻Ri2和電阻R0的兩端均與MCU電連接。

測量電池包高壓正負對車身地之間的電壓，較高定義為U1，較低定義為U1』，相對應的絕緣電阻為Ri1與Ri2；定義電阻低的絕緣電阻Ri1為絕緣電阻Ri；

添加一個已知高精度的電阻R0與Ri1並聯，測量U2與U2』；

U1、U1』、U2、U2』由MCU採樣得到電壓；

經公式轉換可以計算得到：

Ri=R0(U1-U2)/U2*（1+U1』/U1)。

由於電池包高壓正負對地之間還存在電容，在測試期間要保持穩定的電壓，需要對測量時間做相應的控制策略，以確認測量值不是在電容充電過程中採樣的。

作為優選，所述CAN收發器與CAN-BUS總線電連接。

因此，本實用新型具有如下有益效果：

1、具有多功能，電流採樣、可以實現繼電器內外側電壓採樣，與絕緣監測功能；

2、成本優化，三路採樣共用一套硬體電路，只用一個MCU+ISOCAN；較多個分立模塊方案系統成本具有明顯優勢，且電路復用與集成度高；

3、單獨可編程模塊，有利於數據校準和標定，以獲得高精度測量值；

4、可用性好，不同系統，硬體不變，通訊協議修改即可滿足需求；

5、單獨電路模塊，電路相對簡單，可靠和可生產性較好；

6、可實現BMS高低壓分離，主控只有低壓部分電路，無需隔離設計，設計簡化。

附圖說明

圖1是本實用新型的一種結構原理框圖；

圖2是本實用新型的一種電流採樣原理圖；

圖3是本實用新型的一種電壓採樣原理圖；

圖4是本實用新型的一種絕緣電阻採樣原理圖。

圖中：電流採樣電路1、電壓採樣電路2、絕緣電阻採樣電路3、MCU4、隔離通訊IC 5、CAN收發器6、隔離電源7、電池包8、分流器9。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步的描述。

如圖1、圖2、圖3、圖4所示的實施例是一種集成多功能檢測的電路模塊，包括電流採樣電路1、電壓採樣電路2、絕緣電阻採樣電路3、MCU 4、隔離通訊IC 5、CAN收發器6和隔離電源7；所述MCU分別與電流採樣電路、電壓採樣電路、絕緣電阻採樣電路、隔離通訊IC和隔離電源電連接；所述隔離通訊IC分別與隔離電源和CAN收發器電連接；所述CAN收發器與隔離電源電連接；

所述電流採樣電路包括電池包8和分流器9；所述電池包與分流器串聯；所述分流器的兩端均與MCU電連接；

所述電壓採樣電路包括電池包8、分流器9、電阻R1、電阻R2和開關Q1；所述分流器的阻值為Rs；所述電池包、分流器、電阻R2、開關Q1和電阻R1依次串聯；電阻R2的兩端均與MCU電連接；

所述絕緣電阻採樣電路包括電池包8、電阻Ri1、電阻Ri2和電阻R0；所述電阻Ri1、電池包和電阻Ri2依次串聯，電阻Ri1和電阻Ri2連接的一端接車身地，電阻R0與電阻Ri1並聯；電阻Ri1、電阻Ri2和電阻R0的兩端均與MCU電連接；

所述CAN收發器與CAN-BUS總線電連接。

因此，本實用新型具有電路復用與集成度高、成本低、測量精度高、適用性強、可靠性高的特點。

應理解，本實施例僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍。此外應理解，在閱讀了本實用新型講授的內容之後，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。