电芯电压采样的滤波同步抗扰方案的制作方法

文档序号:10723093阅读:554来源:国知局
电芯电压采样的滤波同步抗扰方案的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,包括多级滤波电路,所述多级滤波电路输入端分别连接电芯模组输出端,多级滤波电路输出端连接采样芯片的采样端;所述电芯模组输出端的电压信号传输至多级滤波电路,所述多级滤波电路对电压信号的干扰信号进行滤波以及衰减后,将电压信号传输至所述采样芯片的采样端,所述采样芯片进行电压采样。本发明中提供的电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,既可以进行端口ESD防护,也可以滤除以及衰减电芯模组输出端电压信号的干扰信号,提高电芯电压采样的可靠性与稳定性。
【专利说明】
电芯电压采样的滤波同步抗扰方案
技术领域
[0001]本发明涉及电池管理系统领域,特别涉及一种电芯电压采样的滤波同步抗扰方案。
【背景技术】
[0002]在动力电池应用领域中,电池管理系统(BMS)对于电芯电压值的获取是否可靠严重影响到BMS对于系统策略的执行以及电芯模组的管理,故用于电芯电压采样的电路,其可靠性与稳定性发挥的作用就显得更为突出。
[0003]在实际电芯模组组装过程中,由于BMS与电芯模组采样排线的连接过程的不确定性,会导致BMS各采样端口的上电顺序存在不确定性,从而产生瞬时浪涌脉冲将对采样电路造成损坏,俗称热插拔。热插拔造成的IC(集成电路)损坏率在整个BMS的故障率中会占有较大比重,给生产造成较大的管理成本以及物料报废成本。
[0004]在某些BMS应用中,还会存在电压采样线与BMS距离较远的问题,这样用于连接BMS的线束就会很长,由于线上寄生电感的影响,在实际使用中会产生感应电动势,从而损坏BMS,具体表现在电压采样端端口的损坏。
[0005]在实际BMS应用组装过程中,由于ESD的影响,需要对采样芯片的端口进行ESD防护,否则会由于ESD影响,造成采样芯片损坏。
[0006]电池除了能提供能量外,在其用电负载的影响下,其电压也会存在纹波抖动,严重者会产生电压跳动,共模和差模干扰信号等,都将影响AFE(模拟前端)采样精准度甚至损坏BMS相关电路。
[0007]目前提高电芯电压可靠性与稳定性的方法是在采样电路中增加滤波电路;但是一般的滤波电路由于其功能单一、滤波能力不足,导致干扰信号仍然存在,影响AFE采样精度以及电压采样的可靠性与实时性。干扰信号不仅能影响自身电源电路,也影响负载电路的正常工作;除此之外,在普通的滤波电路中,滤波电阻电容存在一定的失效率。一旦电阻出现断路、电容出现短路/漏电等失效,都将严重影响电池单体电压的采集,给系统带来不安全因素。另外,由于单颗AFE芯片管理的电芯串数较多,为了保证各串电压采样的同时性,必须保证滤波后的电压更新频率低于AFE的采样频率。

【发明内容】

[0008]本发明的主要目的为提供一种电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,滤除以及衰减电芯模组输出端电压信号的干扰信号,提高电芯电压采样的可靠性与稳定性。
[0009]本发明提出一种电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,包括多级滤波电路,所述多级滤波电路输入端分别连接电芯模组输出端,多级滤波电路输出端连接采样芯片的采样端;
[0010]所述电芯模组输出端的电压信号传输至多级滤波电路,所述多级滤波电路对电压信号的干扰信号进行滤波以及衰减后,将电压信号传输至所述采样芯片的采样端,所述采样芯片进行电压采样。
[0011]进一步地,所述多级滤波电路包括ESD防护电路、RC共模滤波电路以及RC差模滤波电路。
[0012]进一步地,所述ESD防护电路采用共模电容对静电释放脉冲进行衰减以及对共模脉冲信号进行衰减;所述RC共模滤波电路对共模干扰信号进行衰减以及对共模脉冲电流进行限流;所述RC差模滤波电路对差模干扰信号进行衰减以及对差模脉冲电流进行限流。
[0013]进一步地,所述多级滤波电路包括电阻以及电容,所述电阻并联连接,所述电容串联连接。
[0014]进一步地,所述ESD防护电路、RC共模滤波电路以及RC差模滤波电路之间依次连接;所述ESD防护电路输入端连接电芯模组输出端,所述RC差模滤波电路输出端连接采样芯片的采样端。
[0015]进一步地,所述采样芯片包括多级采样端,所述采样芯片的每一级采样端均通过多级滤波电路连接所述电芯模组的输出端。
[0016]进一步地,所述ESD防护电路第一电容以及第二电容;所述RC共模滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电容以及第四电容;所述RC差模滤波电路包括第三电阻、第四电阻、第五电容以及第六电容;
[0017]所述电芯模组输出端连接第一电容、第一电阻以及第二电阻,所述第一电容串联连接第二电容后接地;所述第一电阻与第二电阻并联连接后连接第三电阻、第四电阻以及第三电容,所述第三电容串联连接第四电容后接地;所述第三电阻与第四电阻并联连接后连接采样芯片的采样端以及第五电容;所述第五电容串联连接第六电容后连接采样芯片的下一级采样端。
[0018]本发明中提供的电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,具有以下有益效果:
[0019 ]本发明中提供的电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,通过多级滤波电路,对ESD进行防护,滤除以及衰减电芯模组输出端电压信号的干扰信号,提高电芯电压采样的可靠性与稳定性;经过多级滤波处理,能够提取相关有用实时可靠的电压信号,保证采样芯片的电芯电压采样可靠准确;通过ESD防护电路对静电释放脉冲进行衰减以及对共模脉冲信号进行衰减,可以提高芯片的热插拔能力;通过RC共模滤波电路对共模干扰信号进行衰减以及对共模脉冲电流进行限流,能够最大限度的对共模信号进行衰减,保护回路,防止瞬间浪涌电流对监控取样电压端口的冲击;通过RC差模滤波电路对差模干扰信号进行衰减以及对差模脉冲电流进行限流,保护回路,防止瞬间浪涌电流对监控取样电压端口的冲击。通过上述三个滤波电路可以对回路中由于复杂工况下产生的相关电压抖动干扰信号进行一定的衰减,并能滤除相关电机干扰信号,从而保证电芯电压采样同步并准确;滤波电路中电阻并联连接,电容串联连接,滤波电路中电阻电容出现断路/短路/漏电/偏移等失效,对系统均不造成影响,降低电路的失效概率,提高可靠性。
【附图说明】
[0020]图1是本发明一实施例中电芯电压采样的滤波同步抗扰方案示意图;
[0021]图2是本发明一实施例中电芯电压采样的滤波同步抗扰方案结构示意图。
[0022]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0023]应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0024]参照图1,为本发明一实施例中电芯电压采样的滤波同步抗扰方案示意图。
[0025]本发明一实施例中提出一种电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,包括多级滤波电路100,上述多级滤波电路100输入端分别连接电芯模组200输出端,多级滤波电路100输出端连接采样芯片300的采样端。
[0026]上述电芯模组200输出端的电压信号传输至多级滤波电路100,上述多级滤波电路100对电压信号的干扰信号进行滤波以及衰减后将电压信号传输至上述采样芯片300的采样端,上述采样芯片300进行电压采样。
[0027]目前提高电芯电压可靠性与稳定性的方法是在采样电路中增加滤波电路,但是一般的滤波电路由于其功能单一、滤波能力不足,导致干扰信号仍然存在,这样就会影响AFE采样精度以及采样电压的可靠性与实时性,干扰信号不仅能影响自身电源电路,也影响负载电路的正常工作,常用解决电路包括加入共模或者差模滤波电路。在本实施例中,在电芯模组200输出端以及采样芯片300的模拟前端(AFE)设置多级滤波电路100,滤除以及衰减电芯模组200输出端电压信号的干扰信号,提高电芯电压采样的可靠性与稳定性;经过多级滤波处理,能够提取相关有用实时可靠的电压信号,保证AFE的电芯电压采样可靠准确。多级滤波电路100包括多个滤波电路100,滤波电路100输出端分别对应连接采样芯片300的VsenseO、VsenseI…Vsense η端口,滤波电路100输入端分别连接电芯模组200的BatO、BatUBat η端口。(参照图2)
[0028]进一步地,在本实施例中,上述多级滤波电路100包括ESD防护电路、RC共模滤波电路以及RC差模滤波电路。
[0029]进一步地,上述ESD防护电路采用共模电容对静电释放脉冲进行衰减以及对共模脉冲信号进行衰减;上述RC共模滤波电路对共模干扰信号进行衰减以及对共模脉冲电流进行限流;上述RC差模滤波电路对差模干扰信号进行衰减以及对差模脉冲电流进行限流。
[0030]在本实施例中,上述ESD防护电路采用共模电容,既可以衰减静电释放(ESD)脉冲,也可以提高采样芯片300的热插拔能力,也能对短时共模脉冲进行幅度衰减以及对相关共模脉冲信号,提供一个低阻抗的卸荷通道。上述RC共模滤波电路,可进一步滤除共模干扰信号,并对回路中共模脉冲电流进行限流处理,能够最大限度的对共模信号进行衰减,保护回路,防止瞬间浪涌电流对监控取样电压(Vsense)端口的冲击。上述RC差模滤波,对采样回路中的差模干扰信号进行一定程度的衰减,并对回路中的差模脉冲电流进行限流处理,从而保护回路,防止瞬间浪涌电流对监控取样电压端口的冲击。
[0031]通过多级滤波电路100,能对回路中由于复杂工况下产生的相关电压抖动干扰信号进行一定的衰减,滤除相关电机干扰信号,从而保证电芯电压同步并准确;同时还可以解决电压采样线较长引起的感应电动势击穿问题。在实际应用中,可以保证在采样同步时间内,监控取样电压端口的电压是同一时刻的精准电压,电压误差不超过2mV,同步电压可靠性时间在500uS内。
[0032]进一步地,上述多级滤波电路100包括电阻以及电容,上述电阻并联连接,上述电容串联连接。
[0033]滤波电路100电阻电容存在一定的失效率。一旦电阻出现断路、电容出现短路/漏电等失效,都将严重影响电池单体的采集,给系统带来不安全因素。因此,在本实施例中,为了保证采样回路的可靠连通,电容采用串联连接,电阻采用并联连接。滤路回路中电阻电容出现断路/短路/漏电/偏移等失效,对系统均不造成影响。
[0034]进一步地,上述ESD防护电路、RC共模滤波电路以及RC差模滤波电路之间依次连接;上述ESD防护电路输入端连接电芯模组200的输出端,上述RC差模滤波电路输出端连接采样芯片300的采样端。
[0035]对于滤除差模干扰与滤除共模干扰的先后顺序,由于差模干扰的影响对于采样芯片300集成电路较大,且集成电路获取的有用信号为差模信号,因此,将ESD防护电路设置为第一级滤波电路,RC共模滤波电路设置为第二级滤波电路,RC差模滤波电路设置为第三级滤波电路。提升电压信号的稳定性,便于采样芯片300的集成电路对差模信号的获取。
[0036]采样芯片300包括多级采样端,且采样芯片300的每一级采样端均通过多级滤波电路100连接电芯模组200的输出端。
[0037]为了保证采样芯片300采样端口的电压短时稳定,让采样芯片300在短时内采集到的各级电压是同时刻的,调节滤波电路100的RC常数,即可控制采样芯片300采样端口的电压更新频率低于采样频率。
[0038]上述ESD防护电路第一电容以及第二电容;上述RC共模滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电容以及第四电容;上述RC差模滤波电路包括第三电阻、第四电阻、第五电容以及第六电容;
[0039]上述电芯模组200输出端连接第一电容、第一电阻以及第二电阻,上述第一电容串联连接第二电容后接地;上述第一电阻与第二电阻并联连接后连接第三电阻、第四电阻以及第三电容,上述第三电容串联连接第四电容后接地;上述第三电阻与第四电阻并联连接后连接采样芯片300的采样端以及第五电容;上述第五电容串联连接第六电容后连接采样芯片300的下一级采样端,在第一级采样端中,对应的为通过第六电容接地。采样芯片300每一级采样端对应的多级滤波电路100的输出端之间串联连接。
[0040]在一具体实施例中,参照图2,为本发明一实施例中电芯电压采样的滤波同步抗扰方案结构示意图。在本实施例中,采样芯片300每一级采样端对应一个多级滤波电路100,可设置多个Bat,对应每一个采样电路。
[0041 ] 如图中端口 BatO所示,上述ESD防护电路包括电容Cl以及电容C2组成的电容电路,上述RC共模滤波电路包括电阻Rl、电阻R2、电容C3以及电容C4;上述RC差模滤波电路包括电阻R3、电阻R4、电容C5以及电容C6。
[0042]上述电阻Rl与R2并联连接且一端分别连接电芯模组200输出端以及电容Cl,另一端分别连接电阻R3、电阻R4以及电容C3,电阻R3以及电阻R4并联连接并分别输出连接(电阻R3以及电阻R4的另一端即为输出端)采样芯片300的采样端(在本实施例中为VsenseO端口)以及电容C5;电容Cl通过连接电容C2接地,电容C3通过连接电容C4接地,电容C5通过连接电容C6接地。上述电芯模组200以及采样芯片300分别接地,并通过线缆构成滤波回路。
[0043]该ESD防护电路采用共模电容,最大作用在于滤除热插拔时的短时高压脉冲,类似于ESD作用,电容分压就会将输入电压脉冲限制在合理值内,不仅能够保护集成电路,还能由于电容的瞬时短路特性,为高压脉冲提供一个卸荷通道。
[0044]如图中Bat I端口所示,上述ESD防护电路包括电容C7以及电容C8组成的电容电路,上述RC共模滤波电路包括电阻R5、电阻R6、电容C9以及电容C1;上述RC差模滤波电路包括电阻R7、电阻R8、电容Cll以及电容C12。
[0045]上述电阻R5与R6并联连接且一端分别连接电芯模组200输出端以及电容C7,另一端分别连接电阻R7、电阻R8以及电容C9,电阻R7以及电阻R8并联连接并输出连接(电阻R7以及电阻R8的另一端即为输出端)采样芯片300的采样前端(在本实施例中为Vsensel端口)以及电容Cll;电容C7通过连接电容C8接地,电容C9通过连接电容ClO接地,电容CU通过连接电容C12连接至采样芯片300的下一级采样端。
[0046]如图中Bat η端口所示,上述ESD防护电路包括电容C13以及电容C14组成的电容电路,上述RC共模滤波电路包括电阻R9、电阻Rl O、电容Cl 5以及电容Cl 6;上述RC差模滤波电路包括电阻町1、电阻1?12、电容(:17以及电容(:18。
[0047]上述电阻R9与RlO并联连接且一端分别连接电芯模组200输出端以及电容C13,另一端分别连接电阻Rll、电阻R12以及电容C15,电阻Rll以及电阻R12并联连接并输出连接(电阻Rl I以及电阻R12的另一端即为输出端)采样芯片300的采样前端(在本实施例中为Vsense2端口)以及电容C17;电容C13通过连接电容C14接地,电容C15通过连接电容C16接地,电容C17通过连接电容C18连接至采样芯片300的下一级采样端。
[0048]上述RC共模滤波电路以及RC差模滤波电路需要根据采样芯片300集成电路的实际采样漏电流决定电阻的取值。电阻的取值不可以过大,过大时会影响到集成电路的采样精度;同时其值也不可以过小,过小会增大电容值,降低滤波效果。因此电阻与电容的选择需要根据采样芯片300集成电路的输入端漏电流以及滤波范围决定。
[0049]另外,上述RC共模滤波电路以及RC差模滤波电路的滤波常数,需要根据实际工况中,客户想要得到的电压范围值以及电机工作频率决定。
[0050]本发明实施例中提供的电芯电压采样的滤波抗扰方案,通过多级滤波电路100,滤除以及衰减电芯模组200输出端电压信号的干扰信号,提高电芯电压采样的可靠性与稳定性;经过多级滤波处理,能够提取相关有用实时可靠的电压信号,保证采样芯片300的电芯电压采样可靠准确;通过电容滤波电路对静电释放脉冲进行衰减以及对共模脉冲信号进行衰减,可以提高芯片的热插拔能力;通过RC共模滤波电路对共模干扰信号进行滤除以及对共模脉冲电流进行限流,能够最大限度的对共模信号进行衰减,保护回路,防止瞬间浪涌电流对监控取样电压端口的冲击;通过RC差模滤波电路对差模干扰信号进行衰减以及对差模脉冲电流进行限流,保护回路,防止瞬间浪涌电流对监控取样电压端口的冲击。;通过上述三个滤波电路可以对回路中由于复杂工况下产生的相关电压抖动干扰信号进行一定的衰减,并能滤除相关电机干扰信号,从而保证电芯电压采样同步并准确;滤波电路中电阻并联连接,电容串联连接,滤路电路中电阻电容出现断路/短路/漏电/偏移等失效,对系统均不造成影响,降低电路的失效概率,提高可靠性。
[0051]以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,其特征在于,包括多级滤波电路,所述多级滤波电路输入端分别连接电芯模组输出端,多级滤波电路输出端连接采样芯片的采样端; 所述电芯模组输出端的电压信号传输至多级滤波电路,所述多级滤波电路对电压信号的干扰信号进行滤波以及衰减后,将电压信号传输至所述采样芯片的采样端,所述采样芯片进行电压采样。2.如权利要求1所述的电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,其特征在于,所述多级滤波电路包括ESD防护电路、RC共模滤波电路以及RC差模滤波电路。3.如权利要求2所述的电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,其特征在于,所述ESD防护电路采用共模电容对静电脉冲进行衰减以及对共模脉冲信号进行衰减;所述RC共模滤波电路对共模干扰信号进行衰减以及对共模脉冲电流进行限流;所述RC差模滤波电路对差模干扰信号进行衰减以及对差模脉冲电流进行限流。4.如权利要求1或2所述的电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,其特征在于,所述多级滤波电路包括电阻以及电容,所述电阻并联连接,所述电容串联连接。5.如权利要求2或3所述的电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,其特征在于,所述ESD防护电路、RC共模滤波电路以及RC差模滤波电路之间依次连接;所述ESD防护电路输入端连接电芯模组输出端,所述RC差模滤波电路输出端连接采样芯片的采样端。6.如权利要求5所述的电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,其特征在于,所述采样芯片包括多级采样端,所述采样芯片的每一级采样端均通过多级滤波电路连接所述电芯模组的输出端。7.如权利要求6所述的电芯电压采样的滤波同步抗扰方案,其特征在于,所述ESD防护电路第一电容以及第二电容;所述RC共模滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电容以及第四电容;所述RC差模滤波电路包括第三电阻、第四电阻、第五电容以及第六电容; 所述电芯模组输出端连接第一电容、第一电阻以及第二电阻,所述第一电容串联连接第二电容后接地;所述第一电阻与第二电阻并联连接后连接第三电阻、第四电阻以及第三电容,所述第三电容串联连接第四电容后接地;所述第三电阻与第四电阻并联连接后连接采样芯片的采样端以及第五电容;所述第五电容串联连接第六电容后连接采样芯片的下一级采样端。
【文档编号】G01R31/36GK106093788SQ201610511784
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】雷晶晶, 徐童辉, 穆明
【申请人】欣旺达电动汽车电池有限公司, 欣旺达电子股份有限公司
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