专利名称：高压母线电流的检测装置和电池管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电路检测技术领域，且特别涉及ー种适用于汽车BMS系统的高压母线电流的检测装置和电池管理系统。
背景技术：
目前，新能源技术在汽车中的应用日益广泛，电池管理系统(Battery ManagementSystem,以下简称BMS)是新能源汽车的核心之一，BMS系统的安全性和稳定性对于新能源汽车十分重要。在采用了 BMS系统的新能源汽车中，BMS系统母线上的电流信息是控制BMS系统的ー个重要參考信息，关系到BMS系统的电气安全。对母线电流的精确检测以及确保检测数据的可靠性，是保障BMS系统的安全性和对BMS系统进行精准控制的关键因素。新能源汽车的BMS系统的母线上电压很大，母线上的电流的范围也很大，其范围 可能是负几百安培到正几百安培，对大范围电流进行准确地测量具有很大的技术难度。业界急需一种能有效检测BMS系统的母线电流的方案，确保对BMS系统的母线电流检测的精确性，提高BMS系统的安全性和稳定性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高压母线电流的检测装置和电池管理系统，以实现对BMS系统的母线电流进行精确的测量。为实现上述目的，本发明的技术方案如下一种高压母线电流的检测装置，包括传感器，其串联在高压母线上；检测电路模块，其与所述传感器电性连接，用于检测所述传感器的电压信号，并对所述传感器的电压信号进行模数转换以计算所述传感器的电流信息。一种电池管理系统，包括上述的高压母线电流的检测装置，且所述装置的传感器串联在电池管理系统的母线上。相比于现有技术，本发明的有益效果包括I.通过在高压母线上串联ー传感器，測量传感器的电压信号并进行模数转换，以计算得到传感器上电流信息，实现了高压母线电流的精确检测，提高了 BMS系统的安全性和稳定性。2.采用双通道采集电压信号的方式，确保ー个通道发生故障吋，仍能进行电压信号的采集。并且，通过主控制单元对双通道采集的数字电压信号进行匹配判断，以进ー步确保电压信号的可靠性。3.将电流信息以数字信号的方式发送到控制器局域网络CAN总线上进行传输，既确保检测数据的可靠性，又实现整车数据共享，简化系统结构，提高适用性。
图Ia为本发明一实施例提供的高压母线电流的检测装置的结构示意图。图Ib为本发明一实施例提供的高压母线电流的检测装置的电路结构图。图Ic为本发明一实施例提供高压母线电流的检测装置的工作流程图。
具体实施例方式体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及所附附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。本发明公开了ー种高压母线电流的检测装置，能够对BMS系统中的高压母线进行精确的电流检测，以实现BMS系统的安全性和稳定性。參见图Ia所示为本实施例的高压母线电流的检测装置的结构示意图。图Ib所示·为本实施例的高压母线电流的检测装置的电路结构图。以下结合图Ia和图Ib进行说明。本实施例的电流检测装置包括串联在高压母线上的传感器1，以及检测电路模块2、隔离模块3和数据传输模块4。该传感器I可以使用ー个传感电阻来实现，其串联在BMS系统的母线回路中，通过检测传感电阻两端的电压差就能够计算得出流经传感电阻的电流量。串联在母线上的传感电阻的阻值优选为数量级，该传感电阻的具体阻值可根据汽车的类型而定，如对动カ需求不大的小型汽车，传感电阻可以设置在500mQ左右，对于动カ需求较大的大型客车，传感电阻可以设置在200mQ左右，以上仅以上述两种类型的汽车为例进行说明，但不以此为限。根据电流的计算公式Ishmt = A V/Rshunt可知，根据传感电阻的阻值Rshunt,以及传感电阻两端的电压差A V，就可以计算母线上的电流值。由于传感电阻的阻值Rshmt在全温度范围内和全电流范围内的变化值极小，传感电阻造成的检测误差基本可以忽略不计，因此，电流值的检测精度完全取决于传感电阻两端的电压差AV的检测精度。该检测电路模块2主要是实现传感器电压的精确检测，其主要负责信号的采集、处理和转换。该检测电路模块2最靠近BMS系统的高压电路，其与该传感器I电性连接，用于检测所述传感器的电压信号，并对所述传感器I的电压信号进行模数转换以计算该传感器I的电流信息。參见图Ib所示，在本较佳实施例中，检测电路模块2包括滤波器单元21，用于对该传感器I上的电压信号进行滤波处理；信号预处理単元22，用于对该滤波器単元21处理的电压信号进行预处理；主控制单元23，用于获取信号预处理単元22预处理后的电压信号，并进行模数转换生成相应的数字电压信号，根据该数字电压信号计算该传感器I的电流ィ目息。其中，滤波器単元21用于对电压信号进行滤波处理，例如为低通滤波器，通过对电压信号的滤波处理以降低电压波动对检测造成的影响，其通过带宽由具体应用而定。例如，如果汽车的BMS系统的电压波动较大，则可以设置较宽的通过带宽，如果电压波动较小，则可以设置较窄的通过带宽。信号预处理単元22是对电压信号进行预处理的电路，由于电压信号是双极性信号，因此需要对电压信号进行比例、平移、限幅等处理。可选的，可以对信号预处理単元22进行设置，使得经过信号预处理单元22预处理后，输出的电压的范围控制在O. 5V 4. 5V之间，以利于后续的信号处理。主控制单元23，其负责电路系统的管理、监控、指令处理、数据发送等工作；该主控制单元23获取了信号预处理单元22预处理后的电压信号，根据该预处理后的电压信号计算得到该传感器I的电流信息。主控制单元23可以采用单通道的方式采集电压信号。即，在一实施例中，可以由主控制单元23进行模数转换，以将输入的模拟电压信号转换为相应的数字电压信号，并计算得到该传感器I的电流信息。在另一可选实施例中，为了减小主控制单元的负担并提高模数转换的效率，可以在检测电路模块中另设一模数转换器24(Analog-to-DigitalConverter,以下简称ADC)，通过该ADC24完成输入模拟电压信号的高速模数转换，如转换精度可以为12bit或16bit，由此提高模拟电压信号的模数转换速率。此时，相应的，该主控制单元23根据该ADC发送的数字信号，计算得到该传感器I的电流信息。补充说明的是，进行模数转换时，需要一高精度参考电压，如图Ib所示，主控制单元23和ADC24都需要连 接至该参考电压上。在图Ib所示的较佳实施例中，主控制单元23可以采用双通道的方式采集电压信号，即一个通道是信号预处理单元22直接连接到主控制单元23，由主控制单元23直接根据信号预处理单元22预处理后的电压信号，进行模数转换得到相应的数字电压信号；同时，在另一个通道，信号预处理单元22连接至ADC24，ADC24将预处理后的电压信号进行高速模数转换后，将转换后的数字电压信号发送至主控制单元23。主控制单元23根据数字电压信号，计算得到传感器I的电流信息。通过上述双通道采集电压信号的方式，能确保一个通道发生故障时，仍能进行电压信号的采集以计算得到传感器I的电流信息。为进一步的确保安全性，主控制单元23可以对通道I和通道2上采集的数字电压信号进行匹配判断以确定电压信号的可靠性。如将通道I上的数字电压信号号与通道2上的数字电压信号进行对比，若差值小于一预设的门限值，则认为采集的电压信号基本正确，可以根据采集的电压信号计算电流信息，若差值超出该门限值，则判定通道I和通道2上采集的数字电压信号不匹配，可认为某一通道有故障，需要进行故障处理。此外，该检测装置中还可以设置一电连接于主控制单元23的存储器25，用于存储该传感器I的数据信息。该存储器25可以为EEPR0M，用于将传感器I的标识、具体阻值等相关参数信息进行存储，供BMS系统查询和数据计算使用。由以上介绍可知，对检测电路模块21进行上述的设计，由于传感器I的电阻很小，传感器I两端的电压也较小，通过采用本地化处理的方式，将传感器的电压信号进行模数转换，以计算得到电流的数字信号，能大大减小信号传输的衰减问题和干扰问题，避免了模拟信号传输时的衰减和干扰所带来的测量精度不高的问题。由此就实现了母线电流的精确检测。对于检测到的电流信息，以数字信号的方式发送到数据总线上进行可靠的传输，如可以将电流信息发送到汽车系统通用的控制器局域网络(Controller Area Network,以下简称CAN)总线上进行传输，以确保检测数据的可靠性。采用CAN总线传输数据，使得相关的控制设备如整车控制器(Vehicle Management System,以下简称VMS)等设备,通过CAN总线就能获得BMS系统的母线的电流信息，实现整车数据共享。采用汽车系统常用的CAN总线传输数据，能够简化系统结构，提高适用性。由于检测电路模块2最靠近高压电路，而数据总线端为低压，数据传输模块位于低压区。因此需要进行适当的电气隔离以保证安全性。该装置中的隔离区模块3电性连接于检测电路模块2和数据传输模块4之间，对检测电路模块2和数据传输模块4进行电气的隔离，同时将该检测电路模块2计算出的电流信息发送到该数据传输模块4。该数据传输模块4与数据总线如CAN总线连接，将该电流信息传送到数据总线上，以供汽车的控制设备获取母线的电流信息。通常，母线上的电流范围非常大，可能从负几百安培到正几百安培不等，同时，数据总线端为低压，因此，在进行电流检测和数据传输时，还需要确保电气上的安全。因此，需 要在检测电路模块2与数据传输模块4之间进行数据传输的同时，实现电气隔离。此外，参见图Ib所示，检测电路模块2连接的电源为Vcc，地线为P-GND (动力电池包的地线)，数据传输模块4连接一供电电源，地线为D-GND (数字电路的地线)。检测电路模块2和数据传输模块4之间还需要隔离以保护电源。在图Ib所示的较佳实施例中，通过隔离区模块3实现检测电路模块2与数据传输模块4之间的数据传输、电气隔离以及电源隔离。具体地，隔离区模块3包括数据总线隔离单元31，用于向该数据总线传输该检测电路模块2计算出的传感器I的电流信息，并对该检测电路模块2和数据总线进行电气隔离。若采用CAN总线传输数据，则该数据总线隔离单元31可以为隔离CAN总线收发器芯片。通过数据总线隔离单元31，就能实现数据线的收发器芯片与检测电路模块2的电器隔离，起到对数据总线电气隔离的作用，实现对数据总线的保护。通过电源隔离单元32，对该检测电路模块2和该数据传输模块4进行电源的隔离。通过隔离区模块3实现高压和低压电气的隔离，就能保证该检测装置电气安全，有效隔离电压可以为2500V。数据传输模块4与数据总线相连，数据总线的电气要求和通讯速率需要根据整车或BMS系统的要求进行设计。此外，数据传输模块4的电源输入电气参数也是根据系统的要求进行设定，其中地回路要求单独设置以保证系统的供电电压和电流满足系统的工作需求。考虑到该装置会需要进行故障处理和诊断处理，本实施例的装置还可以在数据传输模块4连接故障线和诊断线；以实现相关的故障处理和诊断处理。当该装置出现故障时，将故障线设置为有效，BMS系统检测到故障线有效后，进行相应的故障处理；当BMS系统需要对该装置进行诊断时，会将诊断线置为有效，该装置的主控单元检测到该诊断线有效后，对装置进行全面的诊断，并将诊断结果发送到数据总线上，由此实现了该装置的故障处理和诊断处理。相应的，可以在隔离区模块3设置一光耦33，其可以为一双通道数字光耦，通过该光耦33在该检测电路模块2和该数据传输模块4之间传输故障线信号和诊断线信号，并对该检测电路模块2和该故障线和诊断线进行电气隔离。结合上述对该检测装置的介绍，以下结合图Ic对该检测装置在采用双通道并且将检测到的电流信息发送到汽车系统CAN总线情况下的具体工作流程进行详细的说明。图Ic所示为该检测装置的工作流程图，该检测装置上电后开始工作，主控制单元23对装置进行自检，若自检不通过，则将故障线置为有效，通告BMS系统该装置发生故障。若自检通过，则通过通道I和通道2采集传感器上的电压信号并发送到主控制单元，主控制单元23对采集到的电压信号进行门限匹配，若能匹配，则根据自身生成的数字电压信号计算所述传感器的电流信息，或者也可以根据ADC发送的数字电压信号计算传感器的电流信息，并将计算得到电流信息发送到CAN总线上。若不能匹配，则将故障线置为有效，以通告BMS系统该装置发生故障，并进入跛行(Limp-home)模式工作。跛行模式即不能完全工作的模式，通常ADC的稳定性相对较高，在跛行模式下，可以默认的禁止通道I进行电压采集，仅利用通道2进行电压采集，即主控制单元仅从ADC获取数字电压信号，并以此计算得到电流信息发送到CAN总线上。此外，在某些情况下，通道I和通道2都不能正常采集电压信号，此时主控制单元控制装置进入故障模式，即进行自检线采样，检测各工作元件是否正常，并将自检结果发送到CAN总线上，以供BMS系统通过CAN总线查询自检结果，进行相应的故障处理。
当主控制单元检测到诊断线有效时，也进行自检线采样，检测各工作元件，并将自检结果发送CAN总线上，以供BMS系统通过CAN总线查询自检结果，进行相应的故障处理。通过上述的方法，就能够保证该装置能够安全有效的工作，以确保BMS系统的安全性。本发明的高压母线电流的检测装置，通过在高压总线上串联一传感器，对传感器两端的电压进行测量，并对传感器的电压信号进行模数转换以计算得到传感器的电流信息，实现了高压母线电流的精确检测；并进一步，将计算得到的电流信息发送到CAN总线进行传输，确保了检测数据的可靠性，提高了 BMS系统的安全性和稳定性。本发明另一实施例提供了一种BMS系统，其包括上述的高压母线电流的检测装置，该装置的传感器与BMS系统的母线串联。在该系统中进行母线电流检测的原理和方法可参照上述的实施例，此处不再赘述。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。
权利要求
1.一种高压母线电流的检测装置，其特征在于，包括 传感器，其串联在高压母线上； 检测电路模块，其与所述传感器电性连接，用于检测所述传感器的电压信号，并对所述传感器的电压信号进行模数转换以计算所述传感器的电流信息。
2.根据权利要求I所述的高压母线电流的检测装置，其特征在于，所述检测电路模块包括 主控制单元，用于获取所述传感器的电压信号并进行模数转换，生成相应的数字电压信号，根据所述数字电压信号计算得到所述传感器的电流信息。
3.根据权利要求2所述的高压母线电流的检测装置，其特征在于，所述检测电路模块还包括 模数转换器，用于获取所述传感器的电压信号并进行模数转换，生成相应的数字电压 信号发送给所述主控制単元； 所述主控制单元还根据所述模数转换器发送的数字电压信号，计算所述传感器的电流信息。
4.根据权利要求3所述的高压母线电流的检测装置，其特征在干， 所述主控制器判断自身生成的数字电压信号与所述模数转换器发送的数字电压信号是否满足预设的匹配条件； 若是，则所述主控制器根据自身生成的数字电压信号计算所述传感器的电流信息发往所述数据总线，或，根据所述模数转换器发送的数字电压信号计算所述传感器的电流信息； 若否，则根据所述模数转换器发送的数字电压信号计算所述传感器的电流信息，或，判定所述检测装置发生故障。
5.根据权利要求4所述的高压母线电流的检测装置，其特征在于，所述检测电路模块还包括 滤波器単元，用于对所述传感器的电压信号进行滤波处理； 信号预处理単元，用于对所述滤波器単元处理的电压信号进行预处理；并将所述预处理后的电压信号发送给所述主控制単元和所述模数转换器。
6.根据权利要求I所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括隔离区模块和数据传输模块； 所述隔离区模块电性连接于所述检测电路模块和所述数据传输模块之间，对所述检测电路模块和所述数据传输模块进行电气的隔离，将所述检测电路模块计算出的电流信息发送到所述数据传输模块； 所述数据传输模块与数据总线连接，将所述电流信息发送到数据总线上。
7.根据权利要求6所述的高压母线电流的检测装置，其特征在于，所述隔离区模块包括 数据总线隔离单元，用于向所述数据总线传输所述检测电路模块计算出的所述电流信息，并对所述检测电路模块和所述数据总线进行电气隔离； 电源隔离单元，用于对所述检测电路模块和所述数据传输模块进行电源的隔离。
8.根据权利要求7所述的高压母线电流的检测装置，其特征在于，所述数据传输模块还与故障线和诊断线相连； 所述隔离区模块还包括一光耦，用于在所述检测电路模块和所述数据传输模块之间传输故障线信号和诊断线信号，并对所述检测电路模块和所述故障线和诊断线进行电气隔离。
9.根据权利要求I所述的高压母线电流的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括一存储器，其电连接于所述主控制单元，用于存储所述传感器的数据信息。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的高压母线电流的检测装置，其特征在于，所述传感器为一传感电阻。
11.根据权利要求10所述的高压母线电流的检测装置，其特征在于，所述传感电阻的 阻值为Π1Ω数量级。
12.根据权利要求2-9中任一项所述的高压母线电流的检测装置，其特征在于，所述数据总线为控制器局域网络CAN总线。
13.一种电池管理系统，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的高压母线电流的检测装置，且所述检测装置的传感器串联在电池管理系统的高压母线上。
全文摘要
本发明公开了一种高压母线电流的检测装置和电池管理系统，该装置包括传感器，其串联在高压母线上；检测电路模块，其与所述传感器电性连接，用于检测所述传感器的电压信号，并对所述传感器的电压信号进行模数转换以计算所述传感器的电流信息。本发明的高压母线电流的检测装置，通过在高压母线上串联一传感器，测量传感器的电压信号并进行模数转换，以计算得到传感器的电流信息，实现了高压母线电流的精确检测，提高了系统的安全性和稳定性。
文档编号B60L11/18GK102854372SQ20111017871
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者何付同, 张春淮, 左从兵, 郭齐杰, 马建新, 王圣学 申请人:北汽福田汽车股份有限公司