一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁开关的制作方法

本实用新型涉及电池管理技术领域，尤其是一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁开关。

背景技术：

众所周知，电池管理系统(简称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，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：

1、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，因采样电池的数量无法进行灵活配置、设计及使用成本高等因素而不被普遍使用；

2、分立式采集方案，图1示出了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A/D采集模块搭建成为切换开关矩阵，微处理器通过多路数选器实现对开关K1、K2..... 直至Kn的控制，所有开关均默认为是断开状态；当闭合开关K1和K2时可实现对第一串电池单体的电压采集，当闭合开关K2和K3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。这种方案因其结构简单且成本低廉，属于一种普遍被接受的单体电压采集方案；但此种方案在采集串数较多时，开关矩阵具体拓扑设计也很复杂，容易造成采集出错或者采集电路失效，更严重的可能会引发安全问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本实用新型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开关。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁开关，用于开关矩阵进行选通切换控制，它包括微处理器以及分别受控于微处理器以用于对开关矩阵中处于偶数位的开关作择一选通控制的偶数通道选通模块和用于对开关矩阵中处于奇数位的开关作择一选通控制的奇数通道选通模块；所述偶数通道选通模块与奇数通道选通模块的电路拓扑结构相同并分别连接于开关矩阵与微处理器之间。

优选地，所述偶数通道选通模块和奇数通道选通模块均包括至少一个一级三八译码器，每个所述一级三八译码器均对应有N个二级三八译码器；其中，N为大于等于2且小于等于16的奇数或偶数；

当所述二级三八译码器的数量为偶数时，每两个所述二级三八译码器共同构成一个一类互锁选通单元；当所述二级三八译码器的数量为奇数时，每两个所述二级三八译码器共同构成一个一类互锁选通单元，剩余的一个所述二级三八译码器单独构成一个二类互锁选通单元；

每个所述一类互锁选通单元中的第一个二级三八译码器的4号使能端口与第二个二级三八译码器的6号使能端口共同微处理器的其中一个电平控制端口、6号使能端口与第二个二级三八译码器的4号使能端口共同连接微处理器的其中一个电平控制端口、5号使能端口与第二个二级三八译码器的5号使能端口共同连接对应的一级三八译码器的其中一个输出端口；

所述二类互锁选通单元中的二级三八译码器的6号使能端口连接微控制器的其中一个电平控制端口、4号使能端口与5号使能端口共同连接对应的一级三八译码器的其中一个输出端口；

所有所述二级三八译码器的1号地址输入端口互连、2号地址输入端口互连、3号地址输入端口互连并分别连接微控制器的其中三个地址输出端口，所述一级三八译码器的地址输入端口与微控制器的地址输出端口作一一对应连接、6号使能端口与微控制器的电平控制端口对应连接、4号使能端口与5号使能端口共同接地。

由于采用了上述方案，本实用新型通过对传统典型的分立式采集方案的拓扑结构进行改进，在微控制器与开关矩阵之间增设以三八译码器为基体的偶数通道选通模块和奇数通道选通模块，可实现微控制器对开关矩阵的间接控制，即：利用奇数和偶数通道选通模块的电路拓扑结构及控制原理相同的特点，可使两者能够分别对开关矩阵中处于奇数位或偶数位的开关作择一选通控制(即：相当于使处于奇数位的多个开关之间以及处于偶数位的多个开关之间形成互锁)，以确保每一时刻只有一个奇数位开关和一个偶数位开关闭合，从而不但能够显著提高对单体电压采集的容错能力，大大增强了整个开关系统的稳定性，而且相应的软件可不受通道数量的限制，极大地降低了软件设计的难度。

附图说明

图1是现有技术中典型分立式采集方案的拓扑结构；

图2是本实用新型实施例的奇数或偶数通道选通模块的拓扑结构。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图2所示，本实施例提供的分立式电池电压采集通道切换矩阵互锁开关，主要是用于对由多个开关(如图1所示的开关K1、K2.....直至Kn)所构成的开关矩阵进行选通切换控制，它包括：

微处理器(图中未示出，即：MCU)；

偶数通道选通模块，主要起到对开关矩阵中处于偶数位的开关(如K2、 K4、K6.....等)作择一选通控制的作用，其连接于开关矩阵与微处理器之间并受控于微处理器；

奇数通道选通模块，主要起到对开关矩阵中处于奇数位的开关(如K1、 K3、K5.....)作择一选通控制的作用，其连接于开关矩阵与微处理器之间并受控于微处理器，同时偶数通道选通模块与奇数通道选通模块的电路拓扑结构是相同的。

由此，通过对传统典型的分立式采集方案的拓扑结构进行改进，在微控制器与开关矩阵之间增设偶数通道选通模块和奇数通道选通模块，可实现微控制器对开关矩阵的间接控制，即：利用奇数和偶数通道选通模块的电路拓扑结构及控制原理相同的特点，可使两者能够分别对开关矩阵中处于奇数位或偶数位的开关作择一选通控制(即：相当于使处于奇数位的多个开关之间以及处于偶数位的多个开关之间形成互锁)，以确保每一时刻只有一个奇数位开关和一个偶数位开关闭合，从而不但能够显著提高对单体电压采集的容错能力，大大增强了整个开关系统的稳定性，而且相应的软件可不受通道数量的限制，极大地降低了软件设计的难度。

为最大限度地优化整个开关的拓扑结构、提高开关系统的相关性能；本实施例的偶数通道选通模块和奇数通道选通模块均包括至少一个一级三八译码器U6，每个一级三八译码器U6均对应有N个二级三八译码器；其中，N为大于等于2且小于等于16的奇数或偶数。

图2示出了具有五个二级三八译码器(U1、U2、U3、U4、U5)与一个一级三八译码器U6相配合所形成的偶数通道选通模块，依图2所示的拓扑结构为参考并进行推演，可知：

当二级三八译码器的数量为偶数时，每两个二级三八译码器(如U1和U2 成组、U3和U4成组)共同构成一个一类互锁选通单元a；当二级三八译码器的数量为奇数时，每两个二级三八译码器(如U1和U2成组、U3和U4成组) 共同构成一个一类互锁选通单元a，剩余的一个二级三八译码器(如U5)则单独构成一个二类互锁选通单元b；

每个一类互锁选通单元a中的第一个二级三八译码器(如U1)的4号使能端口与第二个二级三八译码器(如U2)的6号使能端口共同微处理器的其中一个电平控制端口(如B2)、6号使能端口与第二个二级三八译码器的4号使能端口共同连接微处理器的其中一个电平控制端口(如B1)、5号使能端口与第二个二级三八译码器的5号使能端口共同连接对应的一级三八译码器U6 的其中一个输出端口(如Y0)；

二类互锁选通单元a中的二级三八译码器(如U5)的6号使能端口连接微控制器的其中一个电平控制端口(即：B5)、4号使能端口与5号使能端口共同连接对应的一级三八译码器U6的其中一个输出端口(即：Y2)；

所有二级三八译码器的1号地址输入端口互连、2号地址输入端口互连、 3号地址输入端口互连后分别连接微控制器的其中三个地址输出端口(即：A1、 A2和A3)，一级三八译码器U6的地址输入端口与微控制器的地址输出端口(如 C1、C2)作一一对应连接、6号使能端口与微控制器的电平控制端口(EN)对应连接、4号使能端口与5号使能端口共同接地。

由此，以微控制器控制偶数通道选通模块在每一时刻选通开关矩阵中处于偶数位的其中一个开关为例，可采用如下步骤，即：

S1、一次筛选，微控制器通过一级三八译码器U6选通其所对应的其中一个一类互锁选通单元，此时剩余的一类互锁选通单元和/或二类互锁选通单元截止；或微控制器通过一级三八译码器U6选通其所对应的二类互锁选通单元，此时所有一类互锁选通单元截止，从而可实现处于同一译码单元下的互锁选通单元之间的互锁；

S2、二次筛选，微控制器向被选通的二类互锁选通单元的二级三八译码器或被选通的一类互锁选通单元中的其中一个二级三八译码器施加高电平，以实现二级三八译码器之间的互锁；

S3、被选通的二类互锁选通单元的二级三八译码器选通开关矩阵中处于偶数位的其中一个开关，或被选通的二类互锁选通单元中被施加高电平的二级三八译码器选通开关矩阵中处于偶数位的其中一个开关、未被施加高电平的二级三八译码器截止，以实现偶数通道选通模块内各通道之间的互锁；

需要注意的是：微控制器控制奇数通道选通模块的步骤与控制偶数通道选通模块的步骤相同。

以偶数通道选通模块具有一个一级三八译码器U6和五个二级三八译码器 (U1、U2、U3、U4、U5)为例(其中，两个二级三八译码器(U1和U2)组合构成一个一类互锁选通单元a、两个二级三八译码器(U3和U4)组合构成一个一类互锁选通单元a、一个二级三八译码器U5独立构成二类互锁选通单元 b)，其互锁流程为：

1、一次筛选：微控制器通过其地址输出端口(C1、C2)对一级三八译码器U6进行选通控制，一级三八译码器U6每次选通后级的两个二级三八译码器(如U1和U2、U3和U4、或者U5)；当选通U1和U2组合时，U3和U4组合、二级三八译码器U5均不工作；当选通U3和U4组合时，U1和U2组合、二级三八译码器U5均不工作；当选通二级三八译码器U5时，U1和U2组合、 U3和U4组合均不工作；从而实现一同译码单元下的不同组合之间的互锁功能。

2、二次筛选，当选出U1和U2组合、U3和U4组合、二级三八译码器U5 中的一个后，以U1和U2组合为例，当微处理器的电平控制端口B1为高电平时，使得二级三八译码器U1选通并禁止二级三八译码器U2；当微处理器的电平控制端口B2为高电平时，使得二级三八译码器U2选通并禁止二级三八译码器U1；以此，即可实现同一一类互锁选通单元下的两个二级三八译码器之间的相互互锁。

3、通道选择，即：利用被选通的一个二级三八译码器的通道选择来实现，以二级三八译码器U1为例，微控制器通过三个地址输出端口A1、A2、A3对二级三八译码器U1进行控制，使得二级三八译码器U1的通道每次只有一个有效输出，从而形成每个三八译码器的本身通道之间的互锁功能。

综上所述，即可实现三级互锁式的矩阵开关拓扑以及逻辑控制原理。

另外，利用一级三八译码器U6的6号使能端口可作为整个偶数或计数通道开关切换模块的总使能端口，可达到对整个开关进行一键禁止的作用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。