一种单体电池电压采集电路及具有其的电池管理系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种单体电池电压采集电路及具有其的电池管理系统。所述单体电池电压采集电路包括：第一模拟开关；第二模拟开关；运算放大器，ADC单元；以及微控制器，其与所述第一模拟开关和第二模拟开关连接，用于选定第一模拟开关和第二模拟开关中的接通回路，以及用于接收ADC单元转化后的数字量。本实用新型的单体电池电压采集电路采用模拟开关来选择所测量的单体电池，使得可以根据单体电池的数量来灵活设置电压采集电路，提高了单体电池电压数据采集的灵活性。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及汽车【技术领域】，特别是涉及一种用于电动车或混合动力车辆的单 体电池电压采集电路及具有其的电池管理系统。 一种单体电池电压采集电路及具有其的电池管理系统
【背景技术】
[0002] 在油电混合动力汽车、插电式混合动力汽车或纯电动汽车的电池管理系统中，目 前广泛使用锂离子电池作为动力电池。锂离子电池具有能量密度大，循环寿命长等优点。但 由于在使用过程中单体电池过充、过放均会对单体锂离子电子造成严重的损坏，使其容量 降低、寿命减少，严重的情况下，还会发生爆裂和起火燃烧，严重威胁司乘人员的生命和财 产安全。
[0003] 电池单体充放电不均衡，导致发生过充、过放的现象，其主要原因在于锂离子电池 的单体一致性误差。电池管理系统（BMS)是电动汽车的重要组成部分，BMS实时采集电池 充放电状态，采集数据包括每个单体电池的电压及温度等信息，确保动力电池在工作中的 安全与稳定。
[0004] 目前，BMS通用的单体电池采集电路是选用模拟前端（一种集成芯片）来完成串 联电池模块的电压测量。
[0005] 图1是现有技术中的单体电池采集电路的示意图。图1中示出了电池组1、模拟 前端2、电源隔离单元3、隔离器件4、供电管理单元5、CAN收发器6、微控制器7和电气接口 8〇
[0006] 微控制器7通过SPI总线发出控制指令，SPI数据经过缓冲及隔离后与模拟前端2 进行通讯。模拟前端2是一个集成电路芯片。在硬件设计上，SPI总线通过隔离器件与模 拟前端的SPI接口实现电气隔离，供电管理单元与模拟前端的供电单元也通过电池隔离电 路实现电气隔离。模拟前端2接收到控制指令后，执行电池电压采集、数字滤波和数据传输 工作。微控制器7将采集到的单体电池电压数据通过CAN总线传输给其他控制单元。
[0007] 由于模拟前端的集成度较高，对于可检测电池的数量的一定的限制，降低了电池 单体采集系统的灵活性。
[0008] 因此，希望有一种单体电池电压采集电路来克服或至少减轻现有技术的上述缺 陷。 实用新型内容
[0009] 本实用新型所解决的技术问题为提供一种单体电池电压采集电路来克服或至少 减轻现有技术的上述缺陷。
[0010]为此，本实用新型提供一种单体电池电压采集电路，所述单体电池电压采集电路 包括：
[0011] 第一模拟开关，其具有多个输入接口和一个输出接口，第一模拟开关的每个所述 输入接口与电池组的一个单体电池的正极连接；
[0012] 第二模拟开关，其具有多个输入接口和一个输出接口，第二模拟开关的每个所述 输入接口与电池组的一个单体电池的负极连接；
[0013] 运算放大器，其具有输入端和输出端，所述输入端与所述第一模拟开关的输出接 口和第二模拟开关的输出接口连接，
[0014] ADC单元，其与运算放大器的输出端和微控制器连接，将来自运算放大器的输出端 的单体电池电压转化成数字量输出至微控制器；以及
[0015] 微控制器，其与所述第一模拟开关和第二模拟开关连接，用于选定第一模拟开关 和第二模拟开关中的接通回路，以及用于接收ADC单元转化后的数字量。
[0016] 优选地，所述第一模拟开关和第二模拟开关是相同的模拟开关，且是八通道模拟 开关。
[0017] 优选地，所述第一模拟开关和第二模拟开关是相同的模拟开关，且都是十六通道 模拟开关，每个十六通道模拟开关包括两个八通道模拟开关以及一个二通道模拟开关，所 述八通道模拟开关的输入接口与单体电池的正极或负极相连，输出接口与所述二通道模拟 开关的输入接口连通，所述二通道模拟开关的输出接口与运算放大器的输入端连接。
[0018] 优选地，所述运算放大器是隔离运算放大器。进一步优选地，在所述微控制器和所 述第一模拟开关、第二模拟开关之间设置有隔离电路。
[0019] 优选地，所述单体电池电压采集电路进一步包括与所述微控制器连接的高速串行 接口，用于输出测得的单体电池电压值。
[0020] 优选地，所述单体电池电压采集电路进一步包括与所述高速串行接口连接的光收 发模块，用于进行光纤通信。
[0021] 本实用新型还提供一种电池管理系统，所述电池管理系统包括如上所述的单体电 池电压采集电路。
[0022] 本实用新型的单体电池电压采集电路采用模拟开关来选择所测量的单体电池，使 得可以根据单体电池的数量来灵活设置电压采集电路，提高了单体电池电压数据采集的灵 活性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是现有技术中的单体电池采集电路的示意图。
[0024] 图2是根据本实用新型一实施例的单体电池采集电路的示意图。
[0025] 附图标记：
[0026] 1 |电池组 |23 |第二模拟开关 2 模拟前端 24运算放大器 3~电源隔离单元 25 隔离电路 4~隔离器件 26 ADC单元 5 供电管理单元 27 微控制器 6~|CAN收发器 |28 I高速串行接口 7 微控制器 29光收发模块 8 电气接口 30 光接口 22第一模拟开关
【具体实施方式】
[0027] 为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型 实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实 施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例 是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新 型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
[0028] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底" "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实用新型和简化描述，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实用 新型保护范围的限制。
[0029] 图2是根据本实用新型一实施例的单体电池采集电路的示意图。图2示出了电池 组1，电池组1包括多个串联连接的单体电池。图2所示的单体电池电压采集电路包括第一 模拟开关22、第二模拟开关23、运算放大器24、ADC单元26、微控制器27以及高速串行接 口 28等。需要指出的是，ADC单元26可以是独立的器件或单元，也可集成至微控制器27。 与之类似，高速串行接口 28可以是独立的器件或单元，也可集成至微控制器27。
[0030] 第一模拟开关22具有多个输入接口及一个输出接口，第一模拟开关22的每个输 入接口与电池组1中相应单体电池的正极连接。第二模拟开关23具有多个输入接口及一 个输出接口，第二模拟开关23的每个输入接口与电池组1中相应单体电池的负极连接。可 以理解的是，第一模拟开关22和第二模拟开关23在上述的输入接口及输出接口之外，还具 有控制指令输入接口，用于设定或选择第一模拟开关22和第二模拟开关23中进行工作的 回路。
[0031] 第一模拟开关22及第二模拟开关23由M0S管组成。M0S管仅适用于不超过其工 作压力、电流较小的情况，因此，第一模拟开关22及第二模拟开关23优选采用高压模拟开 关，以适应电池组的较高电压。或者能够在电池组与第一模拟开关22及所述第二模拟开关 23之间采用分压电路来控制输入至第一模拟开关22及第二模拟开关23的电压。
[0032] 运算放大器24具有输入端及输出端。所第一模拟开关22及第二模拟开关23的 输出接口与所述运算放大器24的输入端连接。为了减少运算放大器24两侧电路之间的相 互干扰，使电气隔离，最好采用内置隔离放大器的运算放大器24,或在运算放大器24与第 一模拟开关及第二模拟开关之间设置隔离放大器。
[0033] 运算放大器24的输出端与ADC单元26连接，经运算放大器24处理后的单体电池 电压被所述ADC单元26采样，并经ADC单元26转换成数字形式。ADC单元26的输出与微 控制器27连接，将所转化成的数字量传递至微控制器27。
[0034] 第一模拟开关22及第二模拟开关23还与所述微控制器27连接，通过所述微控制 器27内的控制指令来选择对电池组1内的哪一个单体电池进行电压测量。
[0035] 同理，为了减少两侧不同工作电压电路之间的干扰，对微控制器27发出的控制指 令与模拟开关控制逻辑进行电气隔离，在微控制器27与第一模拟开关22及第二模拟开关 23之间也添加一个隔离电路25。有利的是，运算放大器24是隔离运算放大器，从而将运算 放大器24的高压侧电路于运算放大器24的低压侧电路隔离开，避免运算放大器24的高压 侧电路的电压在异常情况被传导至运算放大器24的低压侧电路。
[0036] 如上所述的第一模拟开关22及第二模拟开关23可以采用如下几种：单八通道模 拟开关、双八通道模拟开关、十六单通道模拟开关、十六双通道模拟开关、单三十二通道模 拟开关、双三十二通道模拟开关或矩阵模拟开关，所述三十二通道可由十六个二通道级联、 八个四通道级联，四个八通道级联或二个十六通道级联，具体采用哪种通道模拟开关可根 据电池组1中单体电池数量而定。
[0037] 如上所述的十六通道模拟开关可以是包括两个八通道模拟开关以及一个二通道 模拟开关，所述八通道模拟开关的输入接口与单体电池的正极或负极相连，输出接口与所 述二通道模拟开关的输入接口连通，所述二通道模拟开关的输出接口与运算放大器24的 输入端连接。
[0038] 所述微处理器27通过高速串行接口 28与光收发模块29连接，用于进行光纤通 信。光收发模块29用于通过光接口 30与其他设备通信。
[0039] 请参看图2,图2是根据本实用新型一实施例的单体电池采集电路的示意图。所述 微控制器27的I/O端通过隔离电路25与第一模拟开关22及第二模拟开关23的控制输入 端连接，并发出控制指令，以控制第一模拟开关22及第二模拟开关23对电池组1中单体电 池的电压选取。所述第一模拟开关22及第二模拟开关23选取后的单体电池的电压通过第 一模拟开关22及第二模拟开关的23输出端传递给所述隔离运算放大器24,经隔离运算放 大器24放大后的信号传递给ADC单元26采样，并通过ADC单元26转换成数字量，所述ADC 单元26将转换成的数字量传递给微控制器27。所述微处理器27通过高速串行接口 28与 光收发模块29连接，用于进行光纤通信，将所得数字量传递给其他设备，如显示所述数字 量的显示器等。
[0040] 本实用新型还提供了一种电池管理系统，包括如上所述的单体电池电压采集电 路。
[0041] 需要指出的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽 管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其 依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同 替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方 案的精神和范围。
【权利要求】
1. 一种单体电池电压采集电路，其特征在于，包括： 第一模拟开关，其具有多个输入接口和一个输出接口，第一模拟开关的每个所述输入 接口与电池组的一个单体电池的正极连接； 第二模拟开关，其具有多个输入接口和一个输出接口，第二模拟开关的每个所述输入 接口与电池组的一个单体电池的负极连接； 运算放大器，其具有输入端和输出端，所述输入端与所述第一模拟开关的输出接口和 第二模拟开关的输出接口连接， ADC单元，其与运算放大器的输出端和微控制器连接，将来自运算放大器的输出端的单 体电池电压转化成数字量输出至微控制器；以及 微控制器，其与所述第一模拟开关和第二模拟开关连接，用于选定第一模拟开关和第 二模拟开关中的接通回路，以及用于接收ADC单元转化后的数字量。
2. 如权利要求1所述的单体电池电压采集电路，其特征在于，所述第一模拟开关和第 二模拟开关是相同的模拟开关，且是八通道模拟开关。
3. 如权利要求1所述的单体电池电压采集电路，其特征在于，所述第一模拟开关和第 二模拟开关是相同的模拟开关，且都是十六通道模拟开关，每个十六通道模拟开关包括两 个八通道模拟开关以及一个二通道模拟开关，所述八通道模拟开关的输入接口与单体电池 的正极或负极相连，输出接口与所述二通道模拟开关的输入接口连通，所述二通道模拟开 关的输出接口与运算放大器的输入端连接。
4. 如权利要求1所述的单体电池电压采集电路，其特征在于，所述运算放大器是隔离 运算放大器。
5. 如权利要求4所述的单体电池电压采集电路，其特征在于，在所述微控制器和所述 第一模拟开关、第二模拟开关之间设置有隔离电路。
6. 如权利要求1所述的单体电池电压采集电路，其特征在于，进一步包括与所述微控 制器连接的高速串行接口，用于输出测得的单体电池电压值。
7. 如权利要求6所述的单体电池电压采集电路，其特征在于，进一步包括与所述高速 串行接口连接的光收发模块，用于进行光纤通信。
8. -种电池管理系统，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的单体电池电 压采集电路。
【文档编号】G01R31/36GK203909136SQ201420264842
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】王忠民, 王野, 赵田丽, 王玉红, 肖宁强 申请人:北汽福田汽车股份有限公司