分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路及系统的制作方法

1.本技术涉及电池管理系统技术领域，尤其是涉及一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路及系统。


背景技术：

2.电池管理系统(battery management system，bms)是电池与用户终端之间的纽带，在电动汽车、电瓶车、机器人等诸多技术领域被广泛应用；利用电池管理系统可以实时检测串联使用的电池单体的电压，从而防止电池出现过度充电和过度放电的问题以提高电池的利用率并保证电池的安全使用。目前，大多采用集成芯片采集方案以及分立式采集方案实现对于电池电压的采集。
3.但是，对于现有技术而言，存在着对于电池电压采集的安全性较低的技术问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路及系统，以缓解目前对于电池电压采集的安全性较低的技术问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路，应用于分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁系统，包括：
6.第一信号通道、第二信号通道、第三信号通道、第四信号通道、第一光耦开关、第二光耦开关、第三光耦开关、第四光耦开关、第一电阻、第二电阻以及第三电阻；
7.所述第一信号通道、所述第一光耦开关、所述第一电阻以及所述第二信号通道依次串联；所述第三信号通道、所述第三光耦开关、所述第三电阻以及所述第四信号通道依次串联；
8.所述第二电阻的一端连接在所述第一电阻与所述第二光耦开关之间的串联节点处，所述第二电阻的另一端连接在所述第三电阻与所述第三光耦开关之间的串联节点处；
9.所述第一信号通道和所述第二信号通道用于控制所述第一光耦开关和所述第二光耦开关；所述第二信号通道和所述第三信号通道用于控制所述第二光耦开关和所述第三光耦开关；所述第三信号通道和所述第四信号通道用于控制所述第三光耦开关和所述第四光耦开关。
10.结合第一方面，本技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一信号通道与所述第一光耦开关的负极连接，所述第二信号通道与所述第二光耦开关的正极连接；所述第三信号通道与所述第三光耦开关的负极连接，所述第四信号通道与所述第四光耦开关的正极连接。
11.结合第一方面，本技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述电路还包括：第五信号通道、第四电阻以及第五光耦开关；
12.所述第五信号通道、所述第五光耦开关以及所述第四电阻依次串联；
13.所述第四电阻的一端与所述第五光耦开关连接，所述第四电阻的另一端连接在所
述第三电阻与所述第四光耦开关之间的串联节点处；
14.所述第四信号通道和所述第五信号通道用于控制所述第四光耦开关和所述第五光耦开关。
15.结合第一方面，本技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述电路还包括：
16.第六信号通道、第五电阻以及第六光耦开关；
17.所述第六信号通道、所述第六光耦开关、所述第五电阻所述第五光耦开关以及所述第五信号通道依次串联；所述第三信号通道、所述第三光耦开关、所述第三电阻以及所述第四信号通道依次串联；
18.所述第四电阻的一端连接在所述第三电阻与所述第四光耦开关之间的串联节点处，所述第四电阻的另一端连接在所述第五电阻与所述第五光耦开关之间的串联节点处；
19.所述第五信号通道和所述第六信号通道用于控制所述第五光耦开关和所述第六光耦开关。
20.结合第一方面，本技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述电路中包含奇数项电阻以及偶数项电阻，每个所述奇数项电阻和/或所述偶数项电阻均与一个二极管串联；所述二极管用于限制反向电流。
21.第二方面，本技术实施例提供了一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁系统，包括：
22.第一译码模块、第二译码模块以及如第一方面任一项所述的分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路；
23.所述第一译码模块和所述第二译码模块分别与所述分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路连接，所述第一译码模块和所述第二译码模块用于控制所述分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路。
24.结合第二方面，本技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路中包含奇数项信号通道以及偶数项信号通道；
25.所述第一译码模块用于控制所述奇数项信号通道，所述第二译码模块用于控制所述偶数项信号通道。
26.结合第二方面，本技术实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一译码模块为高压输出驱动译码器，所述第二译码模块为低压输出驱动译码器。
27.结合第二方面，本技术实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述系统还包括：
28.微处理器模块；所述微处理器模块与所述第一译码模块、所述第二译码模块连接，所述微处理器模块用于控制所述第一译码模块、所述第二译码模块。
29.结合第二方面，本技术实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述系统还包括：
30.a/d采集模块；所述a/d采集模块与所述分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路连接，所述a/d采集模块用于采集所述分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路的输出信号。
31.本技术实施例提供的技术方案带来了以下有益效果：
32.本技术实施例提供的一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路及系统，包括：第一信号通道、第二信号通道、第三信号通道、第四信号通道、第一光耦开关、第二光耦开关、第三光耦开关、第四光耦开关、第一电阻、第二电阻以及第三电阻，第一信号通道、第一光耦开关、第一电阻以及第二信号通道依次串联，第三信号通道、第三光耦开关、第三电阻以及第四信号通道依次串联，第二电阻的一端连接在第一电阻与第二光耦开关之间的串联节点处，第二电阻的另一端连接在第三电阻与第三光耦开关之间的串联节点处，第一信号通道和第二信号通道用于控制第一光耦开关和第二光耦开关，第二信号通道和第三信号通道用于控制第二光耦开关和第三光耦开，第三信号通道和第四信号通道用于控制第三光耦开关和第四光耦开关。通过使用奇数编号的开关和偶数编号的开关分属两个译码器分别控制，很大程度降低控制信号错误引起损坏的概率，当发生错误，串联电阻增大导致光耦开关不易导通，更多串的电池的错误导致更大的电阻，不再因为控制错误给采集电路提供错误的高电压损坏后面的信号处理和a/d采集电路，从硬件上有效避免了安全问题，有效的缓解了目前对于电池电压采集的安全性较低的技术问题，同时因为一个驱动电流用于两个开关的驱动，也降低了采集电路的功耗。
附图说明
33.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1示出了现有的一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁系统的结构示意图；
35.图2示出了本技术实施例所提供的一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路的结构示意图；
36.图3示出了本技术实施例所提供的另一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路的结构示意图；
37.图4示出了本技术实施例所提供的另一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路的结构示意图；
38.图5示出了本技术实施例所提供的另一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路的结构示意图；
39.图6示出了本技术实施例所提供的另一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路的结构示意图；
40.图7示出了本技术实施例所提供的一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁系统的结构示意图。
具体实施方式
41.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是
全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
42.本技术实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
43.目前，市面上的电池管理系统实现电池的单体电压采集方案主要有以下两种方案：集成芯片采集方案，主要是利用专用集成芯片实现单体电压的采集，虽然高集成度简化了设计，但缺点是采样电池的数量无法进行灵活配置、设计及使用成本较高等；分立式采集方案，图1示出了现有的一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁系统的结构示意图，即典型分立式采集方案的拓扑结构，其利用多路数选器(即：多路数据选择器)、微处理器以及一个或多个数模(analog/digital，a/d)采集模块搭建成为切换开关矩阵，微处理器通过控制信号通道k0、k1直至kn对光耦开关u0、u1直至un的控制，所有开关均默认为是断开状态；当控制信号通道k0和k1时可实现对第一串电池单体的电压采集，当控制信号通道k1和k2时则可实现对第二串电池单体的电压采集，以此类推循环切换即可实现对整个电池组的电池单体的电压采集。这种方案在采集串数较多时，开关控制数量会变得庞大，一旦控制受干扰等因素出错会导致采集错误或者采集电路失效，甚至可能会引发安全问题。现有技术大多采用译码器来控制采样开关以避免上述问题的出现，因为译码器工作时只开通一路开关。通常是将奇数编号的开关和偶数编号的开关分属两个译码器分别控制。常用的译码器有三/八译码器(如74hc138)，四/十六译码器(如74hc154)。
44.但是，在上述的分立式采集方案中，使用奇数编号的开关和偶数编号的开关分属两个译码器分别控制，很大程度降低控制信号错误引起损坏的概率，但还有可能错误引起开关顺序错误导致错误的采集电压甚至损坏后面的a/d采集电路，因此存在着对于电池电压采集的安全性较低的技术问题。
45.基于此，本技术实施例提供了一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路及系统，可以缓解目前对于电池电压采集的安全性较低的技术问题。
46.为便于对本实施例进行理解，首先对本技术实施例所公开的一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路及系统进行详细介绍。
47.图2为本技术实施例所提供的一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路的结构示意图。如图2所示，分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路包括第一信号通道k0，第二信号通道k1、第三信号通道k2、第四信号通道k3、第一光耦开关u11、第二光耦开关u12、第三光耦开关u13、第四光耦开关u14、第一电阻r11、第二电阻r12以及第三电阻r13。第一信号通道k0与第一光耦开关u11的负极连接，第二信号通道k1与第二光耦开关u12的正极连接，第三信号通道k2与第三光耦开关u13的负极连接，第四信号通道k3与第四光耦开关u14的正极连接。
48.在实际应用中，当第二信号通道k1通以高电平信号，第一信号通道k0通以低电平信号，电流依次流经第二光耦开关u12、第一电阻r11以及第一光耦开关u11，第二光耦开关u12以及第一光耦开关u11闭合，可以获得节点c1和节点c0之间的电压，即采集节点c1和节点c0之间电池的电压。当第二信号通道k1通以低电平信号，第一信号通道k0通以高电平信
号，由于二极管单向导通反向截止，加之有第一电阻r11的限流，第二光耦开关u12以及第一光耦开关u11不能闭合，保证了对于电压采集的安全性。
49.相似的，当第二信号通道k1通以高电平信号，第三信号通道k2通以低电平信号，电流依次流经第二光耦开关u12、第二电阻r12以及第三光耦开关u13，第二光耦开关u12以及第三光耦开关u13闭合，可以获得节点c2和节点c1之间的电压，即采集节点c2和节点c1之间电池的电压。
50.示例性的，当发生错误时，例如第四信号通道k3通以高电平信号，第一信号通道k0通以低电平信号，电流依次流经第四光耦开关u14、第三电阻r13、第二电阻r12、第一电阻r11以及第一光耦开关u11，由于第一电阻r11、第二电阻r12以及第三电阻r13的存在，导致电流极小，第四光耦开关u14和第一光耦开关u11不能够闭合，保证了对于电压采集的安全性。
51.在一些实施例中，如图3所示，该电路还可以包括第五信号通道k4、第四电阻r14以及第五光耦开关u15。其原理与上述相似，当第四信号通道k3通以高电平信号，第五信号通道k4通以低电平信号，电流依次流经第四光耦开关u14、第四电阻r14以及第五光耦开关u15，第四光耦开关u14以及第五光耦开关u15闭合，可以获得节点c4和节点c3之间的电压，即采集节点c4和节点c3之间电池的电压。
52.在一些实施例中，如图4所示，该电路还可以包括第六信号通道k5、第五电阻r15以及第六光耦开关r16。其原理与上述相似，当第六信号通道k5通以高电平信号，第五信号通道k4通以低电平信号，电流依次流经第六光耦开关u16、第五电阻r15以及第五光耦开关u15，第六光耦开关u16以及第五光耦开关u15闭合，可以获得节点c5和节点c4之间的电压，即采集节点c5和节点c4之间电池的电压。
53.需要说明的是，在实际应用中可以根据需求，按照上述方式对分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路进行任意拓展，如图5所示，可以增加多个光耦开关、信号通道以及电阻，以满足电池电压采集需求。
54.在一些实施例中，如图6所示，电路中包含奇数项电阻以及偶数项电阻，如第一电阻r11、第三电阻r13以及第五电阻r15为奇数项电阻，第二电阻r12以及第四电阻r14为偶数项电阻。可以只在每一个奇数项电阻旁串联二极管，即只在第一电阻r11、第三电阻r13以及第五电阻r15电阻旁串联二极管，以此达到限制反向电流的效果。当发生错误，串联的二极管导致光耦开关无法导通，不再因为控制错误给采集电路提供错误的高电压损坏后面的信号处理和a/d采集电路，从硬件上有效避免了安全问题。相似的，也可以只在每一个偶数项电阻旁串联二极管，即只在第二电阻r12以及第四电阻r14旁串联二极管，以此达到限制反向电流的效果。同样，还可以在奇数项电阻和偶数项电阻旁均串联一个二极管，从而可以使电路的安全性更强。
55.图7为本技术实施例所提供的一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁系统的结构示意图。如图7所示，分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁系统可以包括第一译码模块、第二译码模块分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路。如图5所示，分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁电路中的信号通道可以包括奇数项信号通道，例如k1、k3以及k5等；可以包括偶数项信号通道，例如k0、k2以及k4等。可以通过第一译码模块控制奇数项信号通道，第二译码模块控制偶数项信号通道。第一译码模块可以采用高压输出驱动译码器，
例如采用74hc238译码器驱动；第二译码模块可以采用低压输出驱动译码器，例如采用74hc138译码器驱动。
56.需要说明的是，上述译码器型号仅为示例，实际应用中可以为其他型号，本技术实施例在此不做限定。
57.在一些实施例中，分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁系统还可以包括微处理器模块，微处理器模块通过控制第一译码模块以及第二译码模块，对不同信号通道通以高低不同的电平，进而控制光耦开关的闭合，进一步改善了系统的安全性，同时因为一个驱动电流用于两个开关的驱动，也降低了采集电路的功耗。
58.在一些实施例中，分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁系统还可以包括a/d采集模块，如图5右下角所示，当第二信号通道k1通以高电平信号，第一信号通道k0通以低电平信号，电流依次流经第二光耦开关u12、第一电阻r11以及第一光耦开关u11，第二光耦开关u12以及第一光耦开关u11闭合，节点c1和节点c0之间的第一电池串的正极与a/d采集模块的ac1(alternating current，交流，ac)连接，第一电池串的负极与a/d采集模块的ac2连接，由此可以实现对于第一电池串电压的采集。
59.相似的，当第二信号通道k1通以高电平信号，第三信号通道k2通以低电平信号，电流依次流经第二光耦开关u12、第二电阻r12以及第三光耦开关u13，第二光耦开关u12以及第三光耦开关u13闭合，节点c2和节点c1之间的第二电池串的正极与a/d采集模块的ac1连接，第二电池串的负极与a/d采集模块的ac2连接，由此可以实现对于第二电池串电压的采集。以此类推循环切换即可实现对整个电池组的电池单体的电压采集。
60.另外，在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
61.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
62.本技术实施例中的控制器可以是处理器的形式，该处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述各功能可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processing，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各功能及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本技术实施例所公开的设备、装置、电路以及系统等可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码
处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件实现上述功能。
63.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和系统等，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
64.再例如，附图中的流程图和框图显示了根据本技术的多个实施例的装置和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
65.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
66.另外，在本技术提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
67.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
68.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的范围。都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。