电池组采样系统及电池管理系统的制作方法

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池组采样系统及电池管理系统。

背景技术：

能源问题是燃油汽车面临的一个主要问题。电动车辆从单一车载能源的蓄电池上获得动力，以电动机作为原动力，驱动车辆行驶。由于电动车辆属于“零排放”车辆，噪声小、舒适干净且易于操作和维护，成为现在发展前景最好的燃油车辆的替代品。

在电动车辆中，关键技术在于电池，但是由于电池特有的化学性能，电池的安全性和稳定性方面亦存在隐患，如过高温和过充都可能会燃烧或者引起爆炸，而过放电可能造成电池本身的损坏。

为了保证电池使用的安全性，在提高电池本身材料性能以及加强工艺控制的同时，电池管理系统也成为研究的重中之重。电池管理系统一般用于检测电池组的电压、温度以及剩余电量，判断电池组是否发生客过充、国防、过温、过流以及短路等情况，并适时关闭电池组，以避免对电池组造成的损坏。

现有的电池管理系统，包括从板、高压板以及主控板。以从板作为采集单元实现对电池组的数据采集，每个从板包含多个采样芯片，多个PACK模组电压和温度信息传输至一块从板上，在由从板传输至主控板。

但是这种方式存在一个问题，由于一个从板需要对多个电池模组进行采样，由于多个电池模组在电池组成包时，需要集中组装采样线束，处于高压状态，存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电池组采样系统及电池管理系统，以解决上述问题。

第一方面，本发明提供了一种电池组采样系统，应用于电池管理系统，所述电池组采样系统包括电池组以及采样单元，所述电池组包括多个电池模组，所述电池组与所述采样单元电连接，所述采样单元用于采集所述电池组的电压信息以及温度信息。所述采样单元包括多个采集单元以及通讯单元，所述多个采集单元一一地与所述多个电池模组电连接，用于采集所述电池模组的所述电压信息以及温度信息。所述通讯单元与所述多个采集单元中级联，所述通讯单元用于接收所述采集单元采集到的所述电压信息以及温度信息。

进一步地，所述电池组为多个，所述采样单元的数量与所述电池组的数量相同，且每个所述采样单元的所述通讯单元之间通过CAN总线实现通讯。

进一步地，所述多个电池模组的数量为N，所述采样单元包括N-1个采集单元以及1个通讯单元为，N大于1。

进一步地，所述采集单元包括第一采集芯片，所述通讯单元包括第二采集芯片以及通讯芯片，所述第一采集芯片分别与所述第二采集芯片以及所述电池组电连接，所述第二采集芯片与所述通讯芯片连接。

进一步地，所述第二采集芯片以及通讯芯片之间通过SPI通讯。

进一步地，所述第一采集芯片以及第二采集芯片均为LTC6804芯片，所述通讯芯片为MC9S12G128芯片。

进一步地，所述多个电池模组中的每个电池模组均包括多个串联的电芯，所述LTC6804芯片的采样参数根据所述多个串联电芯的个数进行配置。

进一步地，所述多个串联电芯的数量至少为6个，最多为12个。

第二方面，本发明实施例提供了一种电池管理系统，其特征在于，包括主板以及电池组采样系统，所述电池组采样系统中的所述通讯单元与所述主板电连接，用于传输所述电压信息以及温度信息至所述主板。

进一步地，所述通讯主板与所述主板通过CAN总线进行通讯。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供的一种电池组采样系统及电池管理系统，采样单元包括多个采集单元以及通讯单元，每个采集单元与一个电池模组电连接，由每个采集单元对一个电池模组的电压信息以及温度信息进行采集。由于每个采集单元只采集一个电池模组的信息，提供了一种低压的工作环境，减小安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为现有技术的电池管理系统的结构示意图；

图2为本发明较佳实施例提供的一种电池组采样系统的结构示意图；

图3为本发明较佳实施例提供的另一种电池组采样系统的结构示意图；

图4为本发明较佳实施例提供的电池管理系统系统的结构示意图。

图标：100-电池管理系统；110-主板；120-从板；130-高压板；130-电池组；131-电池模组；200-电池组采样系统；210-采样单元；220-采集单元；221-第一采集芯片；230-通讯单元；231-第二采集芯片；233-通讯芯片；300-电池管理系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

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。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“耦合”、“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发明中的具体含义。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

随着社会的发展以及汽车的普及，给我们的生活出行带来了极大的方便。在带来方便的同时，也带来了许多负面效应，环保和能源就是其中最重要的两个方面。为了减少汽车污染，以及能源消耗。噪音小、排放少的电动汽车应运而生。

电动汽车是至少使用一种动力源作为车载电源，全部或部分由电机驱动的汽车，包括使用高能量动力蓄电池作为主要动力源的纯电动汽车、采用内燃机和高功率动力蓄电池共同驱动的混合动力电动汽车和以氢气为车载燃料的燃料电池汽车三种类型。在电动汽车的研究中，电池组作为电动汽车的心脏，关系到一次充电的续驶里程、电动车的启动、加速和爬坡能力等。电池组有很明显的非线性和时变特性，电池各个方面的特性如容量、最大充量、放电功率、等效内阻等不能仅仅通过上车前的测试确定，因为他们在汽车行驶过程中会随着电池的寿命、充放电状态等因素的变化，电池组也会发生变化。所以电池管理系统就显得尤为重要，受到了广泛关注。电池管理系统最重要的功能有：

第一、实时采集电池组的总电压、模块电压、回路电流、电池温度等参数信息，并将这些信息通过通讯总线，向整车管理系统传输；

第二、通过对电池系统的运行状态参数的检测，如果参数的值超过安全范围，比如总压过大，那么就认为发生了电池系统的故障，可以通过总线向整车管理系统发送故障状态码进行报警，并进行相应的故障处理措施，例如可以暂时禁止能量回馈，只允许电池能量输出，以电池总电压。

第三、在车辆运行时，电池荷电状态是电池管理系统向整车管理系统传输的重要信息之一，整车管理系统根据当前的电池荷电状态来决定从电池中获得多少能量，或者向电池反馈多少能量。同时，对于电池本身来说，电池的电特性与电池荷电状态有关。例如，电池的内阻在中等电池荷电状态较小，但当电池荷电状态接近于0％或者100％时，有较大幅度的增加，因此，电池荷电状态的准确估计将影响到车辆的动力表现，甚至安全性的好坏，意义十分重大。

请参见图1，为现有技术的电池管理系统100的结构示意图，现有的电池管理系统100，包括从板120、以及主板110、电池组130，电池组130里包含有多个电芯，多个电芯之间相互串联起来，并根据实际情况，将多个电芯分组，每一组为一个电池模组131，包含一定数量的电芯，一个电池箱包含多个电池模组131。从板120作为用于实现对电池组130的数据采集，每个从板120包含用于采集一个或多个电池模组131的电压和温度信息，再由从板120传输至主板110。例如，一个电池组包括100根电芯，将100根电芯分为十组，每组有十根电芯。从板的数量为3块，第一块从板用于采集第一组电池模组、第二组电池模组、第三组电池模组以及第四组电池模组的电压信息以及温度信息；第二块从板用于采集第五组电池模组、第六组电池模组以及第七组电池模组的电压信息以及温度信息；第三块从板用于采集第八组电池模组、第九组电池模组以及第十组电池模组的电压信息以及温度信息。第一块从板、第二块从板以及第三块从板再将采集到的电压信息以及温度信息通过通讯总线例如CAN总线传输至主板即整车管理系统，对电压信息以及温度信息进行分析处理。

但是这种方式存在一个问题，由于一个从板120需要对多个电池模组131进行采样，由于多个电池模组131在电池组130成包时，需要集中组装采样线束，在集中组装采样线束时，处于高压状态，存在一定的安全隐患。

有鉴于此，发明人经过长期的研究以及不断地探索，提出本发明实施例提供的电池组采样系统以及电池管理系统，以解决上述问题。

第一实施例

请参照图2，图2为本发明较佳实施例提供的一种电池组采样系统200的结构框图，该电池组采样系统200电池组130以及采样单元210，所述采样单元210与所述电池组130电连接，用于采集所述电池组130的电压信息以及温度信息。

由于每个电芯的电压比较小。不足以驱动电动车，因此为了提供足够大的电压，所述电池组130包含多个电芯，多个电芯之间串联连接，其中，一定数量的电芯组合，成为一个电池模组131。作为一种实施方式，每个电池模组131包含的电芯数量为6-12中的任意一个。

为了清楚表述，对于电池组130以及电池模组131以及电芯的关系进行举例说明，例如，一个电池箱需要达到足够大的电压，需要100根电芯串联，将100根电芯平均分成十组，每组包括十根电芯，这个电池箱就包含了十个电池模组，分别为第一电池模组、第二电池模组、第三电池模组、……、以及第十电池模组。

当然，这只是一种实施方式，这里并不能理解为对电池组130中电芯的个数、分类情况以及电池模组131进行限制，本方案包含任何可以实现本发明的目的的电池组130电芯的分组方法。

所述采样单元210用于采集所述电池模组131的电压信息以及温度信息，包括多个采集单元220以及通讯单元230，所述多个采集单元220分别与所述多个电池模组131电连接。所述通讯单元230所述多个采集单元220级联，具体地，例如，采样单元210包括N个采集单元220以及一个通讯单元230，通讯单元230为采样节点1，通过双绞线与一个采样单元210进行级联，形成采样节点2，……，以此类推，通讯单元230与第N个采样单元210进行级联，形成采样节点n。此外，通讯单元230还与电池模组131连接，所述通讯单元230用于接收所述采集单元220采集到的所述电压信息以及温度信息，以及直接采集电池模组131的电压信息以及温度信息。

其中每一个采集单元220以及每一个通讯单元230均对应采集一个电池模组131的电压信息以及温度信息。

进一步地，由于通讯单元230的成本比较高，为了节省成本以及其在电池箱中的占据的空间，一个采样单元210包括一个通讯单元230以及多个采集单元220。若一个电池组130中包含的电池模组131的数量为N，那么采样单元210包括N-1个采集单元220以及1个通讯单元230，其中N为大于1的整数。

采集单元220包括第一采集芯片221，具体地，第一采集芯片221可以为LTC6804采样芯片，LTC6804采样芯片最多可以采集12路电芯电压。具体的，可以根据电池模组131的电芯串联节数，配置LTC6804采样芯片参数，实现采集6到12串电芯的采样和1到5路温度采集。LTC6804采样芯片具有低于1.2mv的总测量误差，可以选择较低的数据采集速率以实现高噪声的抑制，LTC6804芯片提供ISOSPI和SPI两种通信模式，支持的双绞线级联方式，上传电压和温度信息并接收MOS检测和均衡命令。LTC6804芯片有休眠、待命以及测试等装填，通过不同状态的切换达到的完成测量节省功耗的目的。

进一步地，LTC6804芯片还包括NTC传感器，并通过NTC传感器实现温度信息的采集以及传输。

通讯单元230包括第二采集芯片231以及通讯芯片233，第二采集芯片231为LTC6804采样芯片和一颗MC9S12G128芯片组成。

第二采集芯片231采用LTC6804采样芯片，采集最多12路电芯电压；包含NTC传感器，最多可采集5路温度信息，根据电池模131的电芯串联节数，配置LTC6804采样芯片参数，实现采集6到12串电芯的采样和1到5路温度采集。

采用MC9S12G128芯片，通过SPI通讯，用于接收LTC6804采样芯片采集的电压和温度信息，发出MOS命令和均衡命令，并通过自身CAN通讯，将接收到的信息上传。

在本发明较佳实施例中可根据电池模组131的要求，通过双绞线实现前后级联，方便灵活的采集电芯电压。

进一步地，由于不同车型的车辆对需要的电池电压不同，有的大型电动车辆可能需要更大的电压提供动力，但是，由于每个电池箱自身的体积是设计好的，因此需要多个电池箱。

请参见图2以及图3，为本发明较佳实施例提供的电池组采样系统200的另一种结构示意图。

电池组采样系统200包括多个电池组130，以及多个采样单元210，采样单元210的数量与电池箱的数量相同。若电池箱的数量为三，那么采样单元210的数量也为三个。每个采样单元210包括至少一个通讯单元230，每个通讯单元230之间通过CAN总线实现通讯。每个采样单元210均包括通讯单元230以及多个采集单元220，通讯单元230与多个采集单元220通过双绞线依次级联。

随着电池包模组化技术的发展，以及电池包模组化，以采样从板120为基本单元的前端采样系统，实现起来比较笨拙，且存在一定的安全隐患。

本发明较佳实施例提供的电池组采样系统200，采样单元210包括多个采集单元220以及通讯单元230，每个采集单元220与一个电池模组131电连接，由每个采集单元220对一个电池模组131的电压信息以及温度信息进行采集。由于每个采集单元220只采集一个电池模组131的信息，方便灵活的实现每个模组的电压信息以及温度信息的数据采样，并实现多个采集单元220之间的数据传输，提高了生产的安全性，并降低了成本。

第二实施例

请参见图4，为本发明较佳实施例提供的电池管理系统300，该电池管理系统300包括电池组采样系统200以及主板110。电池组采样系统200与前一个实施例的相同，这里不再一一赘述。

所述电池组采样系统200中的所述通讯单元230与所述主板110电连接，用于传输所述电压信息以及温度信息至所述主板110。主板110用于接收通讯单元230传输的电压信息以及温度信息，并对接收到的电压信息以及温度信息进行处理，使电池组130处于一只猴子那个平衡以及安全的状态。

进一步地，所述通讯单元230与所述主板110通过CAN总线进行通讯。

CAN总线是一种串行数据通信协议，解决了电动汽车中各器件之间的数据交换的问题。CAN总线是对通信数据进行编码，而不是传统的站地址编码。数据块的标识符包括：29位CAN2.OB或CAN2.OA。使用二进制数表示，所以达到229或221个数据块。这种方式可以在同一时刻让不同的采样节点收到同样的数据，在分布式电池管理系统中应用非常广泛。通讯单元230之间以及通讯单元230与采集单元220之间均通过CAN总线实现通讯，是因为CAN总线具有通讯速度快、可靠性高的优点，CAN总线具有以下特点：第一，通信方式灵活，而且不需要地址等节点信息，构成多级备份系统非常方便；第二，其节点信息分成不同的优先级，保证高优先级的数据能够在最短的时间内传输，从而满足不同实时要求；第三，支持多种数据传输方式；第四，对传输介质没有规定，可以是同轴电缆、双绞线或光纤，有非常灵活的选择性；第五，在发生严重错误时，节点能够自动关闭输出功能，从而不影响其他节点。

综上所述，本发明实施例提供的一种电池组采样系统200及电池管理系统300，采样单元210包括多个采集单元220以及通讯单元230，每个采集单元220与一个电池模组131电连接，由每个采集单元220对一个电池模组131的电压信息以及温度信息进行采集。由于每个采集单元220只采集一个电池模组131的信息，方便灵活的实现每个模组的电压信息以及温度信息的数据采样，并实现多个采集单元220之间的数据传输，提高了生产的安全性，并降低了成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。