电芯充放电信息检测装置的制作方法

本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种电芯充放电信息检测装置。

背景技术：

为保证电芯的正常工作，一般需要对电芯进行充放电管理，而对电芯进行充放电管理，需要检测电芯在充放电过程中的相关信息。目前，主要是检测电芯充放电过程中的电压、电流和温度，而无法检测电芯与外部设备的连接状态。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可检测电芯与外部设备的连接状态的电芯充放电信息检测装置。

一种电芯充放电信息检测装置，包括：

在电芯连接充放电设备时输出接入信号至主控单元、在所述电芯未连接所述充放电设备时输出取出信号至所述主控单元的充放电设备检测单元；

根据所述接入信号得到所述电芯处于充放电状态的信息、根据所述取出信号得到所述电芯处于非充放电状态的信息的所述主控单元；

所述充放电设备检测单元连接所述主控单元、充放电正极和充放电负极，其中，所述充放电正极为用于连接所述电芯的正极与所述充放电设备一端的电极，所述充放电负极为用于连接所述电芯的负极与所述充放电设备另一端的电极。

上述电芯充放电信息检测装置，通过充放电设备检测单元检测电芯与充放电设备的连接状态、根据检测的结果发送接入信号或取出信号至主控单元，主控单元根据接入信号得到电芯处于充放电状态的信息、根据取出信号得到电芯处于非充放电状态的信息，可以实现对电芯与充放电设备的连接状态的检测。

附图说明

图1为一个实施例中电芯充放电信息检测装置的结构框图；

图2为一个实施例中充电器检测电路的电路原理图；

图3为一个实施例中负载检测电路的电路原理图；

图4为另一个实施例中电芯充放电信息检测装置的结构框图；

图5为又一个实施例中电芯充放电信息检测装置的结构框图；

图6为一个实施例中第一前端采集芯片的电路图；

图7为一个实施例中第二前端采集芯片的电路图；

图8为一个实施例中低侧采样电路和均衡电路的电路原理图；

图9为一个实施例中第一前端采集芯片连接的外围电路的电路图；

图10为一个实施例中高侧采样电路和均衡电路的电路原理图；

图11为一个实施例中第二前端采集芯片连接的外围电路的电路图；

图12为一个实施例中第一隔离子电路的电路原理图；

图13为一个实施例中第二隔离子电路的电路原理图；

图14为一个实施例中第三隔离子电路的电路原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供了一种电芯充放电信息检测装置。参考图1，电芯充放电信息检测装置包括充放电设备检测单元11和主控单元12；充放电设备检测单元11连接主控单元12、充放电正极p+和充放电负极p-，其中，充放电正极p+为用于连接电芯20的正极与充放电设备一端的电极，充放电负极p-为用于连接电芯20的负极与充放电设备另一端的电极。

充放电设备检测单元11用于检测电芯20与充放电设备的连接状态。充放电设备检测单元11在电芯20连接充放电设备时输出接入信号至主控单元12、在电芯20未连接充放电设备时输出取出信号至主控单元12；主控单元12根据接入信号得到电芯20处于充放电状态的信息、根据取出信号得到电芯20处于非充放电状态的信息。

其中，充放电设备包括对电芯20进行充电时连接的设备和电芯20放电时连接的设备。具体地，接入信号和取出信号可以是电平表示的信号，例如，接入信号可以是低电平，对应地，取出信号可以是高电平；或者接入信号可以是高电平，对应地，取出信号可以是低电平。

主控单元12得到电芯20处于充放电状态或非充放电状态的信息，具体可以是根据接入信号生成用于指示电芯20处于充放电状态的指示消息，根据取出信号生成用于指示电芯20处于非充放电状态的指示消息。例如，主控单元12可以是将指示消息发送至显示屏等外部设备，以使外部设备获取电芯20是否处于充放电状态的信息。可以理解，主控单元12得到电芯20处于充放电状态或非充放电状态的信息，也可以无需生成用于发送的指示消息，例如主控单元12在接收到接入信号时，表示电芯20处于充放电状态，此时主控单元12可以执行电芯20处于充放电状态时的控制工作，主控单元12在接收到取出信号时，表示电芯20处于非充放电状态，此时主控单元12可以执行电芯20处于非充放电状态时的控制工作。

上述电芯充放电信息检测装置，通过充放电设备检测单元11检测电芯20与充放电设备的连接状态、根据检测的结果发送接入信号或取出信号至主控单元12，主控单元12根据接入信号得到电芯20处于充放电状态的信息、根据取出信号得到电芯20处于非充放电状态的信息，可以实现对电芯20与充放电设备的连接状态的检测。

在一个实施例中，接入信号包括充电接入信号和放电接入信号，取出信号包括充电取出信号和放电取出信号；充放电设备包括对电芯20进行充电时连接的充电器和电芯20放电时连接的负载。具体地，使用充电器进行充电时，电芯20的正极通过充放电正极p+连接充电器的正极一端，电芯20的负极通过充放电负极p-连接充电器的负极一端；使用负载进行放电时，电芯20的正极通过充放电正极p+连接负载的一端，电芯20的负极通过充放电负极p-连接负载的另一端。

充放电设备检测单元11包括充电器检测电路和负载检测电路；充电器检测电路连接充放电正极p+、充放电负极p-和主控单元12，负载检测电路连接充放电负极p-、电芯20的负极和主控单元12。充电器检测电路在电芯20连接充电器时输出充电接入信号至主控单元12、在电芯20未连接充电器时输出充电取出信号至主控单元12；对应地，主控单元12根据充电接入信号得到电芯20处于充电状态的信息，根据充电取出信号得到电芯20处于非充电状态的信息。负载检测电路在电芯20连接负载时输出放电接入信号至主控单元12、在电芯20未连接负载时输出放电取出信号至主控单元12；对应地，主控单元12根据放电接入信号得到电芯20处于放电状态的信息，根据放电取出信号得到电芯20处于非放电状态的信息。

充放电正极p+与充放电负极p-之间的电压差一般会受到是否接入充电器的影响，比如电芯20连接充电器和未连接充电器的两种不同状态下，充放电正极p+与充放电负极p-之间的电压差一般不同。充放电负极p-和电芯20的负极之间的电压差一般会受到是否接入负载的影响，比如电芯20连接负载和未连接负载的两种不同状态下，充放电负极p-和电芯20的负极之间的电压差一般不同。具体地，充电器检测电路比较充放电正极p+和充放电负极p-的电压，根据比较结果输出充电接入信号或充电取出信号；负载检测电路比较充放电负极p-和电芯20的负极的电压，根据比较结果输出放电接入信号和放电取出信号。通过采用充电器检测电路检测充电器的接入和取出，从而检测电芯20是否处于充电状态，采用负载检测电路检测负载的接入和取出，从而检测电芯20是否处于放电状态，如此，可对充电器和负载是否连接电芯20的状态进行分别检测，检测效果好。

在一个实施例中，参考图2，充电器检测电路包括开关管q54、开关管u20、开关管q63、开关管q64、电阻r160、电阻r262、电阻r265、电阻r266和电阻r268。开关管q54的控制端连接主控单元12，开关管q54的输入端连接开关管u20的控制输出端，开关管q54的输出端连接电芯20的负极b-。开关管u20的控制输入端连接第一电源输入端vcc，开关管u20的被控输入端依次通过电阻r262、电阻r266连接充放电正极p+，即连接电芯20的正极b+，开关管u20的被控输出端连接充放电负极p-。

电阻r262和电阻r266连接的公共端连接开关管q63的控制端，开关管q63的输入端通过电阻r160连接充放电正极，开关管q63的输出端通过电阻r265连接开关管q64的控制端。开关管q64的输出端连接电芯20的负极，开关管q64的输入端通过电阻r268连接第二电源输入端pwr3，且公共端作为充电检测点连接主控单元12。图2中，充电检测点具体是通过端口chg_in连接主控单元12。

主控单元12在启动检测电芯20是否连接充电器时，发送高电平至开关管q54的控制端，并检测充电检测点的电平，充电接入信号为检测的低电平，充电取出信号为检测的高电平。具体地，主控单元12可以是以检测到设定的触发事件作为检测电芯20是否连接充电器的启动条件。

主控单元12输出高电平至开关管q54的控制端，使得开关管u20导通；接入充电器时，即，充电器通过充放电正极p+连接电芯20的正极、通过充放电负极p-连接电芯20的负极，电芯20进行充电，那么充放电正极p+(即b+)的电压减去充放电负极p-的电压大于预设门槛值，电阻r160、电阻r266、电阻r262处理之后，开关管q63导通，再经过电阻r265，使开关管q64导通，进而端口chg_in变为低电平；主控单元12检测到端口chg_in为低电平，即表示接收到充电接入信号。拔出充电器时，充放电正极p+(即b+)的电压减去充放电负极p-的电压小于预设门槛值，则端口chg_in变为高电平；主控单元12检测到端口chg_in为高电平，即表示接收到充电取出信号。如此，充电器检测电路可实时检测充电器的接入/取出，检测准确性高。

在一个实施例中，充电器检测电路还可以包括电阻r150和电阻r148，开关管q54的控制端通过电阻r150连接主控单元12，如图2中，电阻r150具体是通过端口chg_det连接主控单元12；开关管u20的控制输入端通过电阻r148连接第一电源输入端vcc。通过采用电阻r150，可以保护开关管q54的工作，采用电阻r148，可以保护开关管u20的工作。进一步地，开关管q54、开关管q63和开关管q64可以是三极管，开关管u20可以是光耦。

在一个实施例中，参考图3，负载检测电路包括电阻r136、电阻r137、电阻r269和开关管q65；电阻r13和电阻r137串联，且公共端连接开关管q65的控制端，串联后电阻r136另一端连接电芯20的负极，串联后电阻r137另一端连接充放电负极p-；开关管q65的输出端连接电芯20的负极；开关管q65的输入端通过电阻r269连接第二电源输入端pwr3，且公共端作为放电检测点连接主控单元12。如图3中，放电检测点具体是通过端口load_det连接主控单元12。

主控单元12检测放电检测点的电平，放电接入信号为检测的低电平，放电取出信号为检测的高电平。具体地，负载接入时，充放电负极p-的电压减去电芯20的负极b-的电压大于预设门槛值，使开关管q65导通，则端口load_det变为低电平；主控单元12检测到端口load_det为低电平，即表示接收到放电接入信号。拔出负载时，充放电负极p-的电压减去电芯20的负极b-的电压小于预设门槛值，开关管q65截止，则端口load_det变为高电平；主控单元12检测到端口load_det为高电平，即表示接收到放电取出信号。如此，负载检测电路可实时检测负载的接入/取出，检测准确性高。具体地，开关管q65可以是三极管。

在一个实施例中，上述电芯充放电信息检测装置还包括电压采样电路、电流采样电阻(参考图4)和前端监测单元(参考图4)；电压采样电路连接电芯20的正极、电芯20的负极和前端监测单元，电流采样电阻串接于电芯20的负极与充放电设备之间，且电流采样电阻的两端连接前端监测单元，前端监测单元连接主控单元12。其中，电流采样电阻可以是串接于电芯20的负极b-与充放电负极p-之间。

具体地，电压采样电路用于对电芯20的电压进行采样并输出采样信号至前端监测单元，前端监测单元接收采样信号得到对应电芯20的电压。电流采样电阻用于电流采样，前端监测单元连接电流采样电阻的两端、采集得到电芯20所在回路的电流。具体地，前端监测单元可以与主控单元12通信，主控单元12读取前端监测单元采集的电压和电流，主控单元12可根据电压和电流进行充放电管理。如此，通过采用电压采样电路、电流采样电阻和前端监测单元，可进一步实现电芯20的电压采集和电流采集，辅助主控单元12实现电压检测和电流检测。

在一个实施例中，电流采样电阻的数量可以有多个，多个电流采样电阻并联后串接于电芯20与充放电设备之间，且并联后的两端分别连接前端监测单元。

在一个实施例中，电芯20的数量有多个且依次串接组成电池串。参考图5至图7，前端监测单元包括第一前端采集芯片u1和第二前端采集芯片u11，电压采样电路连接第一前端采集芯片u1和第二前端采集芯片u11，电流采样电阻的两端连接第一前端采集芯片u1，第一前端采集芯片u1和第二前端采集芯片u11连接主控单元12。

具体地，图6中，第一前端采集芯片u1通过端口srp和端口srn连接电流采样电阻，第一前端采集芯片u1通过端口alert_mcu、端口mcu_sda2、端口mcu_scl2连接主控单元12。第一前端采集芯片u1采集一部分电芯的电压，第二前端采集芯片u11采集另一部分电芯的电压。对于由多个电芯20组成的电池串，需要检测电压的电芯数量可能比较多，通过采用两个前端采集芯片，分别采集电芯电压，可以满足多数量电芯的电压采集需求，使用方便，兼容性好。具体地，第一前端采集芯片和第二前端采集芯片可以是afe(analogfrontend模拟前端)芯片。

在一个实施例中，电压采样电路可以包括低侧采样电路和高侧采样电路，低侧采样电路连接第一前端采集芯片u1，以及连接从电池串负极开始串接的多个电芯的正极和负极，高侧采样电路连接第二前端采集芯片u11，以及连接从电池串正极开始串接的多个电芯的正极和负极，如图5所示。例如，低侧采样电路采样的是电池串低侧9串至15串的电芯电压，则第一前端采集芯片u1采集的是电池串低侧9串至15串的电芯电压；高侧采样电路采集的是电池串高侧6串至10串的电芯电压，则第二前端采集芯片u11采集的是电池串高侧6串至10串的电芯电压，因此，电芯充放电信息检测模块可监测9串至25串的电芯电压。

具体地，参考图8，低侧采样电路连接电芯的连接顺序依次为端口c0至端口c15，对应地，分别通过端口vc0至端口vc15连接图6中第一前端采集芯片u1的引脚41至引脚24、以及引脚10和引脚15。低侧采样电路包括多个低侧采样子电路和低侧辅助子电路，其中，低侧辅助子电路包括连接端口c0的电阻r2、电阻r88以及连接电阻r2和电阻r88的电容c26，以及包括连接端口c5的电阻r65、电阻r63以及连接电阻r65和电阻r63的电容c20，以及包括连接端口c10的电阻r167、电阻r182以及连接电阻r167与电阻r182的电容c85；第一个低侧采样子电路包括电阻r6和电容c19；第二个低侧采样子电路包括电阻r9和电容c7；第三个低侧采样子电路包括电阻r13和电容c6；第四个低侧采样子电路包括电阻r19和电容c3；第五个低侧采样子电路包括电阻r184和电容c2；第六个低侧采样子电路包括电阻r62和电容c17；第七个低侧采样子电路包括电阻r30和电容c15；第八个低侧采样子电路包括电阻r33和电容c10；第九个低侧采样子电路包括电阻r42和电容c23；第十个低侧采样子电路包括电阻r185和电容c25；第十一个低侧采样子电路包括电阻r169和电容c84；第十二个低侧采样子电路包括电阻r172和电容c72；第十三个低侧采样子电路包括电阻r175和电容c83；第十四个低侧采样子电路包括电阻r178和电容c60；第十五个低侧采样子电路包括电阻r181和电容c59。

对应地，如图6所示，第一前端采集芯片u1还通过如图9所示的外围电路连接端口c15，具体是通过引脚20、引脚10和引脚9连接图9所示的电路，进而连接端口c15。以第1个电芯为例：第1个电芯的负极连接到端口c0，正极连接到端口c1，经过电阻r6、电阻r88、电容c19滤波之后输入到第一前端采集芯片u1的引脚40和引脚41，第一前端采集芯片u1内部的adc实时采集，即可得到第1个电芯的电压；剩余的24串电芯电压采集原理相同，在此不做赘述。

参考图10，高侧采样电路连接电芯的连接顺序依次为端口c16至端口c25，对应地，分别通过端口vcb0至端口vcb10连接图7中第二前端采集芯片u11的引脚27至引脚16、以及引脚10。高侧采样电路包括多个高侧采样子电路和高侧辅助子电路，其中，高侧辅助子电路包括连接端口c15的电阻r218、电阻r272以及连接电阻r218和电阻r272的电容c73，以及包括连接端口c20的电阻r246、电阻r247以及连接电阻r246和电阻r247的电容c55。高侧采样子电路的结构与低侧采样子电路的结构类似，在此不做赘述，例如第一个高侧采样子电路包括电阻r219和电阻r217。对应地，如图7所示，第二前端采集芯片u11还通过如图11所示的外围电路连接端口c25，具体是通过引脚15、引脚10和引脚9连接图11所示的电路，进而连接端口c25。

进一步地，电芯充放电信息检测模块还包括隔离电路，第二前端采集芯片u11通过隔离电路连接主控单元12。通过采用隔离电路，可以解决前端采集芯片不能级联的问题。

隔离电路可以包括第一隔离子电路、第二隔离子电路和第三隔离子电路。例如，第一隔离子电路如图12所示，端口regout2连接第二前端采集芯片u11的引脚8，端口mcu_sda和端口mcu_scl连接主控单元12；第二隔离子电路如图13，端口ts4+连接第二前端采集芯片u11的引脚6，端口boot_en连接主控单元12。第三隔离子电路如图14所示，端口alertb连接第二前端采集芯片u11的引脚30，端口alert2连接主控单元12。

在一个实施例中，电芯充放电信息检测模块还包括温度传感器(图未示)，温度传感器连接前端监测单元，且设置于放置电芯20的环境。温度传感器采集温度信号并发送至前端监测单元，前端监测单元根据温度信号得到温度值。具体地，主控单元12可以读取前端监测单元获得的温度值。如此，可以实现检测电芯周边环境的温度，以便主控单元12根据温度进行相应的分析判断，信息检测更全面。比如，电芯20放置于存储仓内，同样地，温度传感器也放置于存储仓内；主控单元12可以在读取的温度值超过预设温度值时控制停止对电芯20充电或停止电芯20放电。

例如，温度采集可以采集5路，其中，第一前端采集芯片u1采集3路，参考图6，第一路：端口ts1+连接到第一前端采集芯片u1的引脚6、端口ts1-经过电阻r90后连接到第一前端采集芯片u1；第二路：端口ts2+连接到第一前端采集芯片u1的引脚13、ts2-经过电阻r91后连接到第一前端采集芯片u1的引脚10；第三路：端口ts3+连接到第一前端采集芯片u1的引脚18、端口ts3-经过电阻r94后连接到第一前端采集芯片u1的引脚15。第二前端采集芯片u11采集2路，参考图7，第一路：端口ts4+连接到第二前端采集芯片u11的引脚6、端口ts4-经过电阻r95后连接到第二前端采集芯片u11；第二路：端口ts5+连接到第二前端采集芯片u11的引脚13、端口ts5-经过电阻r96后连接到第二前端采集芯片u11的引脚10。

在一个实施例中，参考图5，电芯的数量有多个且依次串接组成电池串，电芯充放电信息检测装置还包括与电芯的数量相等的均衡电路，均衡电路包括输入端、输出端和控制端。均衡电路的输入端连接对应电芯的正极，均衡电路的输出端连接对应电芯的负极，均衡电路的控制端连接前端监测单元。具体地，前端监测单元可以输出均衡信号至均衡电路的控制端，控制均衡电路工作，以实现不平衡电芯之间的均衡，实现均能的目的。

在一个实施例中，均衡电路包括均衡开关管、二极管、第一电阻和第二电阻，均衡开关管的输入端连接对应电芯的正极，均衡开关管的输出端通过第一电阻连接对应电芯的负极，均衡开关管的控制端通过二极管连接对应电芯的正极与前端监测单元所连接的公共端，且均衡开关管的控制端通过第二电阻连接前端监测单元。

例如，参考图8，对于低侧的电芯，以第1路均衡电路为例进行原理说明：第1路均衡电路中，均衡开关管为开关管q34，第一电阻为电阻r5，第二电阻为电阻r1，二极管为d30；开关管q34的开通与关断由第一前端采集芯片u1内部的均衡寄存器控制，开通均衡电路时开关管q34打开，第1个电芯对电阻r5放电，实现均能的目的，放电电流的大小与电阻r5的阻值和第1个电芯两端的电压有关。可以理解，其他各路均衡电路的结构与第1路均衡电路的结构相同，可参考图8和图10，在此不做赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。