专利名称：电动汽车用动力电池电压巡检控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型公开一种电动汽车用动力电池电压巡检控制器，属于新能源汽车电力管理技术领域。
背景技术：
电动汽车的能量主要来源于车载动力电池，整车控制器需要参考动力电池的基本信息制定整车控制策略，保障电动汽车安全、稳定地行驶。动力电池的单体电压和总电压是保障电动汽车运行的重要参数，因此，优秀的动力电池电压检测控制方法是评价一款电动汽车最重要的性能指标。传统的动力电池电压检测方法，一般使用电控单元中微控制器的模数转换模块直接采样。由于微控制器模数转换模块的引脚数量受限，往往不能满足电压采样点数的需要，所以只能靠增加微控制器或增加外接模数转换模块的方法来满足采样要求。这无疑增加了电动汽车成本，不利于整个电动汽车行业的推广。此外，动力电池一般都在几百伏以上，若采用微控制器模数转换接口直接采样的方式，不加任何隔离措施，如果发生意外情况，不但损坏电控单元本身，更可能因此造成整车的其他功能部件发生漏电危险。一旦出现这种情况，后果不堪设想。而传统的动力电池电压检测方法对这种情况往往无能为力。
发明内容本实用新型公开一种电动汽车用动力电池电压巡检控制器，分时对动力电池进行单体电压和总电压的巡检，并在高压信号与微控制器之间采用了电压隔离设计，增强了装置的安全性，解决了传统的动力电池电压检测采样点数不足的问题。本实用新型电动汽车用动力电池电压巡检控制器的技术解决方案如下动力电池电压巡检控制装置主要由微控制器(MCU - Micro Control Unit)、开关矩阵译码电路、电池开关继电器组、相位开关继电器组、分压电路、采样开关继电器组、线性隔离器件和控制器局部网(CAN — Controller Area Network)收发器组成。其中，MCU的通用输入/输出(GPI0 — General Purpose Input Output)模块1，外接开关矩阵译码电路，按照控制方法，完成对电池开关继电器组中各个继电器的寻址，输出欲测量的电池单体电压。电池单体电压再经过相位开关继电器组，调整相位输出到分压电路。相位开关继电器组中的各个继电器也由开关矩阵译码电路所选通。经相位调整后的电压信号，会进入分压电路做降压处理，把电压调整到MCU可采集的范围。MCU通过GPIO模块2选通采样开关继电器组，用以确定采样单体电压还是总电压。此电压信号再经线性隔离器件输入到MCU 的模数转换(AD — Analog-to-Digital Converter)模块，从而完成对电池单体及总电压的巡检。最后，巡检的电压值由MCU的通信模块，经过CAN收发器电平转换后，以报文的形式传送给电池管理系统(BMS - Battery Management System)，供BMS计算使用。本实用新型电动汽车用电池电压巡检控制器的技术解决方案如下主要由MCU、开关矩阵译码电路、电池开关继电器组、相位开关继电器组、分压电路、采样开关继电器组、线性隔离器件和控制器局部网收发器组成；其中，MCU的通用输入/ 输出模块1、外接开关矩阵译码电路按照控制方法，完成对电池开关继电器组中各个继电器的寻址，输出欲测量的电池单体电压；电池单体电压再经过相位开关继电器组，调整相位输出到分压电路；相位开关继电器组中的各个继电器也由开关矩阵译码电路所选通；经相位调整后的电压信号，会进入分压电路做降压处理，把电压调整到MCU可采集的范围；MCU通过GPIO模块2选通采样开关继电器组，用以确定采样单体电压还是总电压；电压信号再经线性隔离器件输入到MCU的模数转换模块，完成对电池单体及总电压的巡检；巡检的电压值由MCU的通信模块，经过CAN收发器电平转换后，以报文的形式传送给电池管理系统，供 BMS计算使用。本实用新型所述的电动汽车用动力电池电压巡检控制器，具体结构如下开关矩阵译码电路主要由现场可编程门阵列构成；FPGA的A1、A3、25与电池开关继电器广13的6脚相连；FPGA的A2、A4、M与电池开关继电器广12的2脚相连；FPGA的 DfD3与相位开关继电器广3的2脚相连；FPGA的E1 E3与相位开关继电器广3的6脚相连；FPGA的C(TC4与MCU的GPIO模块1中的GPIOO、相连接，C0 C4共5路信号线；MCU 定时输出其中的31种编码，选通不同的继电器，输出不同位置的电池单体电压与总电压；电池开关继电器组由13颗光耦型继电器组成；光耦继电器的1脚与5脚连接在一起，通过一个电阻上拉到5V，2脚与6脚接FPGA ；当2脚与6脚出现低电平时，光耦继电器闭合，3脚与4脚导通，7脚与8脚导通；这时连接在3脚与7脚之间的电池单体分别把电压输出到4脚与8脚；4脚与8脚的电池单体电压将输入到相位开关继电器的输入端进行正负极相位调整；相位开关继电器组由3颗光耦型继电器组成；光耦继电器的1脚与5脚连接在一起，通过一个电阻上拉到5V，2脚与6脚接FPGA ；相位开关继电器1与相位开关继电器2同时只能各有1路光耦开关开通，并且要保证分压电路的Vin+接被测单体的正极，Vin-接被测单体的负极；开关继电器3用来输出电池总电压到分压电路；分压电路共有两组，一组对电池单体电压进行分压，一组对电池总电压进行分压； 电压信号从Vin+、Vin-两级进入，由Vout+、Vout-两级输出；电池电压经分压之后，调整为MCU可采集的(T5V电压信号；采样开关继电器组由2颗光耦型继电器组成；光耦继电器的1脚与5脚连接在一起，通过一个电阻上拉到5V，2脚与6脚接MCU的GPI02 ；采样开关继电器1输出电池单体电压，采样开关继电器2输出电池总电压；GPI02通过编码，分时输出电池单体电压或总电压；线性隔离器件的输入端mi、IN2连接采样开关继电器组的4脚与8脚，输出端OUT 连接MCU的AD1，AGND连接MCU的AGND ；经分压的电池单体或总电压信号，由隔离器件线性隔离后，供MCU的AD模块进行采样；MCU的CAN通信模块的信号接收管脚CAN_RXD和信号发送管脚CAN_T)(D与CAN收发器的信号接收管脚RXD和信号发送管脚T)(D相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN 收发器的CANH端和CANL端与BMS的CAN总线接口 CANH端和CANL端相连。动力电池电压巡检控制装置按照以下控制方法，完成巡检功能(1).开关矩阵电压输出控制方法[0019]若开关矩阵按下表的控制方法选通Af A25及El，E2，Dl, D2等引脚，则相位开关继电器组将输出对应的单体电压。
权利要求1.一种电动汽车用动力电池电压巡检控制器，其特征在于主要由MCU、开关矩阵译码电路、电池开关继电器组、相位开关继电器组、分压电路、采样开关继电器组、线性隔离器件和控制器局部网收发器组成；其中，MCU的通用输入/输出模块1、外接开关矩阵译码电路按照控制方法，完成对电池开关继电器组中各个继电器的寻址，输出欲测量的电池单体电压；电池单体电压再经过相位开关继电器组，调整相位输出到分压电路；相位开关继电器组中的各个继电器由开关矩阵译码电路所选通；经相位调整后的电压信号，进入分压电路做降压处理，把电压调整到MCU可采集的范围；MCU通过GPIO模块2选通采样开关继电器组，确定采样电压；电压信号再经线性隔离器件输入到MCU的模数转换模块，完成对电池单体及总电压的巡检；巡检的电压值由MCU的通信模块，经过CAN 收发器电平转换后，以报文的形式传送给电池管理系统，供BMS计算使用。
2.根据权利要求1所述的电动汽车用动力电池电压巡检控制器，其特征在于 开关矩阵译码电路主要由现场可编程门阵列构成；FPGA的A1、A3、25与电池开关继电器广13的6脚相连；FPGA的A2、A4、M与电池开关继电器广12的2脚相连；FPGA的D1 D3 与相位开关继电器广3的2脚相连；FPGA的ΕΓΕ3与相位开关继电器广3的6脚相连；FPGA 的C(TC4与MCU的GPIO模块1中的GPIOO、相连接，C(TC4共5路信号线；MCU定时输出其中的31种编码，选通不同的继电器，输出不同位置的电池单体电压与总电压；电池开关继电器组由13颗光耦型继电器组成；光耦继电器的1脚与5脚连接在一起， 通过一个电阻上拉到5V，2脚与6脚接FPGA ；当2脚与6脚出现低电平时，光耦继电器闭合， 3脚与4脚导通，7脚与8脚导通；这时连接在3脚与7脚之间的电池单体分别把电压输出到4脚与8脚；4脚与8脚的电池单体电压将输入到相位开关继电器的输入端进行正负极相位调整；相位开关继电器组由3颗光耦型继电器组成；光耦继电器的1脚与5脚连接在一起，通过一个电阻上拉到5V，2脚与6脚接FPGA ；相位开关继电器1与相位开关继电器2同时只能各有1路光耦开关开通，并且要保证分压电路的Vin+接被测单体的正极，Vin-接被测单体的负极；开关继电器3用来输出电池总电压到分压电路；分压电路共有两组，一组对电池单体电压进行分压，一组对电池总电压进行分压；电压信号从Vin+、Vin-两级进入，由Vout+、Vout-两级输出；电池电压经分压之后，调整为MCU 可采集的(T5V电压信号；采样开关继电器组由2颗光耦型继电器组成；光耦继电器的1脚与5脚连接在一起，通过一个电阻上拉到5V，2脚与6脚接MCU的GPI02 ；采样开关继电器1输出电池单体电压， 采样开关继电器2输出电池总电压；GPI02通过编码，分时输出电池单体电压或总电压；线性隔离器件的输入端INI、IN2连接采样开关继电器组的4脚与8脚，输出端OUT连接MCU的AD1，AGND连接MCU的AGND ；经分压的电池单体或总电压信号，由隔离器件线性隔离后，供MCU的AD模块进行采样；MCU的CAN通信模块的信号接收管脚CAN_RXD和信号发送管脚CAN_T)(D与CAN收发器的信号接收管脚RXD和信号发送管脚T)(D相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器的CANH端和CANL端与BMS的CAN总线接口 CANH端和CANL端相连。
专利摘要本实用新型公开一种电动汽车用动力电池电压巡检控制器，MCU的通用输入/输出模块、外接开关矩阵译码电路按照控制方法完成对电池开关继电器组中各个继电器的寻址，输出欲测量的电池单体电压；电池单体电压再经过相位开关继电器组，调整相位输出到分压电路；相位开关继电器组由开关矩阵译码电路所选通；经相位调整后的电压信号进入分压电路做降压处理；MCU通过GPIO模块选通采样开关继电器组确定采样电压；电压信号再经线性隔离器件输入到MCU的模数转换模块，完成对电池单体及总电压的巡检；巡检的电压值转换后以报文的形式传送给电池管理系统，供BMS计算使用。本实用新型分时对24路电池单体和总电压进行检测，省去了为增加电压采样节点而增加的模数转换单元，有效地降低了电动汽车的制造成本。
文档编号G01R31/36GK201965213SQ20112002049
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月22日 优先权日2011年1月22日
发明者吴畏, 朱庆林, 董冰, 赵孝国, 邓向斌 申请人:启明信息技术股份有限公司