本发明涉及汽车锂电池检测，具体涉及汽车锂电池电芯分布式检测系统和方法以及测量模块。
背景技术：
在纯电动汽车行业中，锂电池凭借能量密度高、寿命长等特点被广泛使用。但由于电芯材料和目前技术制作工艺等因素的限制，同一型号的单体电池之间存在内阻、容量、电压等差异，所以在实际使用中，电池组内部各单体电池容易出现发热或过冲、过放的现象。如果不能及时排除这些故障，不但电池组的寿命会大幅下降，电池还有爆炸起火的风险。所以，电动汽车上必须有一套稳定高效的电池温度、电压、内阻检测系统，从而保证电池的稳定运行。
现有技术的电池检测器中，主要是采用专用隔离采集芯片的做法，这种方法连接线多而复杂，生产非常不便。同时这种芯片也没有集成在线交流内阻检测单元，不能实时检测电池模组的内阻，安全性不高。
目前的电池监管系统检测电池电压使用的方法是将需要检测的电池正负极各焊接一条采样线到本地电池监控单元lmu，lmu再通过专用电压采集芯片采集各电池电压，由于电压采集芯片和电池之间距离较远，需要使用大量的线束连接，让安装过程费力繁琐。温度检测则采用温度传感器连线到lmu实现，一般一个电池模组最多只有五、六个温度检测点。由于一个电池模组中多几十上百节电池，却只能有很少的温度检测点，有效的检测范围窄，有很大面积的温度不能有效地被监测，带来了安全隐患。不能实时检测模组内阻。
技术实现要素：
为了解决现有问题，本发明提出了一种汽车锂电池电芯分布式检测系统和方法以及测量模块。
本发明的第一个技术方案是，一种汽车锂电池电芯分布式检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、上位机与电池管理系统连接，电池管理系统通过通讯接口与所有的测量模块连接；每个测量模块均与一个电池电芯并联连接。
b、将上位机连接电池管理系统，根据测量模块上的“模块id号”，上位机为每个测量模块配置其在本检测系统中的“模块逻辑编号”。
c、电池管理系统通过通讯接口rs-485接口依次向所有的测量模块发送“采集命令”；对应的测量模块收到该命令后立即回复一个确认标志，并按照命令测量相关参数，参数包括锂电池电芯的温度、电压和内阻。
d、经过了约定的测量时间后，电池管理系统通过通讯接口rs-485接口向所有的测量模块发送“收集命令”。
e、每个测量模块收到“收集命令”后，按照命令计算各自的启动回复电池管理系统相应数据的时间点，并等待回复时间点的到来。
f、当回复时间点到来时，对应测量模块根据协议依次向电池管理系统回复相应数据。
g、电池管理系统根据收集数据的情况，判断有没有掉帧的测量模块；如有，进入步骤h；如没有，进入步骤i。
h、对掉帧的测量模块重发“收集命令”，掉帧的测量模块按照命令计算各自的启动回复电池管理系统相应数据的时间点，当回复时间点到来时，对应的测量模块根据命令依次对回复相应数据,返回步骤g。
i、经过了约定的回复时间后，测量模块进入低功耗状态。
本发明解决了传统电池管理系统检测方案中温度检测点少、无动态交流内阻检测的安全隐患问题，同时通过使用集成了电压、温度、内阻检测的芯片来实现对电池电压、温度、内阻的全覆盖检测，提高电动汽车电池的安全性。
根据本发明所述的汽车锂电池电芯分布式检测方法的优选方案，电池管理系统对收集的数据进行处理，判断锂电池电芯电压是否低于设定值。
在充电时，当某个锂电池电芯电压高于设定值时，电池管理系统向该锂电池电芯对应的测量模块发送闭合均衡开关的控制指令，使该锂电池电芯通过对应的耗能负载释放能量；当某个锂电池电芯电压低于设定值时，电池管理系统通过rs-485接口向该锂电池电芯对应的测量模块发送断开均衡开关的控制指令，使该锂电池电芯与对应的耗能负载断开。
根据本发明所述汽车锂电池电芯分布式检测方法的优选方案，所述测量模块包括检测芯片；该检测芯片包括内阻采集电路；所述内阻采集电路内设置有运算放大器、滤波器、ad转换器和恒流源；所述恒流源分别通过第一、第四电容连接电池电芯的正、负极，向电池电芯注入一个恒定交流电流信号；所述运算放大器的输入端分别通过第二、第三电容连接电池电芯的正、负极；所述运算放大器采集第二电容和第三电容的交流电压信号，经放大、滤波和ad转换后输出到微控制器，微控制器计算得到电池电芯的内阻。
采用四线法测试内阻，电流源支路的导线电阻不会影响输出电压的精度。
本发明的第二个技术方案是，一种电动汽车电池电芯分布式检测用测量模块，该测量模块包括检测芯片；其特征在于：所述检测芯片包括电源电路、温度采集电路、电压采集电路、内阻采集电路、微控制器、rom和通讯电路。
电源电路为各电路提供工作电压。
通讯电路用于与电池管理系统进行通讯；电池管理系统通过通讯电路向微控制器发送指令；当微控制器收到采集“采集命令”后，控制温度采集电路、电压采集电路和内阻采集电路分别采集锂电池电芯的温度、电压和内阻，并转换成数字信号；微控制器将采集的数据存入rom，当微控制器收到“收集命令”后，计算回复电池管理系统数据的时间点，当回复时间点到来时，微控制器将采集的数据通过通讯电路发送到电池管理系统。
根据本发明所述的电动汽车电池电芯分布式检测用测量模块的优选方案，所述检测芯片还包括均衡开关和耗能负载；耗能负载通过均衡开关连接电池电芯；当电池电芯电压低于设定值时，微控制器通过通讯电路接收电池管理系统发送的控制信号，断开均衡开关，使电池电芯与耗能负载断开；当电池电芯电压高于设定值时，微控制器通过通讯电路接收电池管理系统发送的控制信号，闭合均衡开关，使该锂电池电芯通过耗能负载释放能量。
根据本发明所述的电动汽车电池电芯分布式检测用测量模块的优选方案，所述内阻采集电路内设置有运算放大器、滤波器、ad转换器和恒流源；所述恒流源分别通过第一、第四电容连接电池电芯的正、负极，向电池电芯注入一个恒定交流电流信号；所述运算放大器的输入端分别通过第二、第三电容连接电池电芯的正、负极；所述运算放大器采集第二电容和第三电容的交流电压信号，经放大、滤波和ad转换后输出到微控制器，微控制器计算得到电池电芯的内阻。
采用四线法测试内阻，电流源支路的导线电阻不会影响输出电压的精度。
本发明的第三个技术方案是，一种电动汽车电池电芯分布式检测系统，包括上位机、电池管理系统和若干测量模块，其特征在于：所述上位机与电池管理系统连接，电池管理系统通过通讯接口与所有的测量模块连接；每个测量模块均与一个电池电芯并联连接。
上位机根据测量模块上的“模块id号”，上位机为每个测量模块配置其在本检测系统中的“模块逻辑编号”。
每个测量模块包括电源电路、温度采集电路、电压采集电路、内阻采集电路、微控制器、rom和通讯电路。
电源电路为各电路提供工作电压。
通讯电路用于与电池管理系统进行通讯。
电池管理系统通过通讯接口依次向所有的测量模块发送“采集命令”,直至向所有的测量模块均发送完成“采集命令”；对应的测量模块收到该命令后立即回复一个确认标志ack，并控制温度采集电路、电压采集电路和内阻采集电路分别采集锂电池电芯的温度、电压和内阻，并转换成数字信号；微控制器将采集的数据存入rom。
经过了约定的测量时间后，电池管理系统通过通讯接口rs-485接口向所有的测量模块发送“收集命令”，当微控制器收到“收集命令”后，将计算回复电池管理系统数据的时间点，当回复时间点到来时，微控制器将采集的数据通过通讯电路发送到电池管理系统。
根据本发明所述的电动汽车电池电芯分布式检测系统的优选方案，所述检测芯片还包括均衡开关和耗能负载；耗能负载通过均衡开关连接电池电芯；当电池电芯电压低于设定值时，微控制器通过通讯电路接收电池管理系统发送的控制信号，断开均衡开关，使电池电芯与耗能负载断开；当电池电芯电压高于设定值时，微控制器通过通讯电路接收电池管理系统发送的控制信号，闭合均衡开关，使该锂电池电芯通过耗能负载释放能量。
根据本发明所述的电动汽车电池电芯分布式检测系统的优选方案，所述内阻采集电路内设置有运算放大器、滤波器、ad转换器和恒流源；所述恒流源分别通过第一、第四电容连接电池电芯的正、负极，向电池电芯注入一个恒定交流电流信号；所述运算放大器的输入端分别通过第二、第三电容连接电池电芯的正、负极；所述运算放大器采集第二电容和第三电容的交流电压信号，经放大、滤波和ad转换后输出到微控制器，微控制器计算得到电池电芯的内阻。
采用四线法测试内阻，电流源支路的导线电阻不会影响输出电压的精度。
本发明所述的汽车锂电池电芯分布式检测系统和方法以及测量模块的有益效果是：本发明将温度、电压、内阻三种参数的检测全部集成到了测量模块上，再利用总线将所有数据发送给电池管理系统，解决了传统电池管理系统检测方案中温度检测点少、无动态交流内阻检测的安全隐患问题，提高电动汽车电池的安全性；本发明能显著减少电动汽车电池箱中的各种线束，大大降低硬件和人工成本，同时还具有集成度高、体积小、安装方便等优点，可广泛应用于各类电动力车中。
图1是本发明所述的汽车锂电池电芯分布式检测系统的连接示意图。
图2是本发明所述的测量模块的连接示意图。
图3是本发明所述的检测芯片的电路原理框图。
图4是本发明所述的内阻采集电路的电路原理框图。
具体实施方式
实施例1：参见图1至图4，一种汽车锂电池电芯e分布式检测方法，包括如下步骤：
a、将上位机1与电池管理系统2bms连接，电池管理系统2通过通讯接口与所有的测量模块3连接；每个测量模块3均与一个电池电芯并联连接。
b、根据测量模块3上的“模块id号”，上位机1为每个测量模块3配置其在本检测系统中的“模块逻辑编号”；该编号从1开始，配置完成后即可使用。
每个测量模块出厂时都设置有一个432位的硬件“模块id号”，上位机根据这个“模块id号”来配置该测量模块在检测系统中的“模块逻辑编号”，当电池管理系统2和测量模块通信中只会使用该“模块逻辑编号”。这样会产生两个好处，一是“模块逻辑编号”位数少，在通信中传输时间会减少，从而让系统有更好的响应速度，也有助于降低功耗。二是需要更换测量模块时，只需要将新的测量模块配置成相同的“模块逻辑编号”即可替换，不需要更改其硬件“模块id号”和系统软件。
具体“模块逻辑编号”配置流程为：
b1、人工在上位机上输入“模块id号”和待分配“模块逻辑编号”，模块逻辑编号从1开始。
b2、上位机按照配置协议下发“模块逻辑编号”至测量模块。
b3、检测模块根据协议判断配置是否生效，并将结果返回给上位机。
c、电池管理系统2通过通讯接口rs-485接口依次向所有的测量模块3发送“采集命令”，该命令为广播命令，该命令包括有测量模块3的“模块逻辑编号”，所有测量模块收到该命令后，会将收到的“模块逻辑编号”与步骤b所配置的“模块逻辑编号”相比较，当比较信息一致时，对应的测量模块3立即回复一个确认标志ack，当比较信息不一致的其他测量模块收到该命令会保持静默；并按照命令测量相关参数，参数包括锂电池电芯e的温度、电压和内阻。
比如，电池管理系统2通过通讯接口向第一测量模块3发送“采集命令”，该命令为广播命令；第一个测量模块3的配置的“模块逻辑编号”与“采集命令”发送的“模块逻辑编号”的比较信息一致，第一个测量模块3收到该命令后立即回复一个ack，并按照命令开始测量相关参数，包括锂电池电芯e的温度、电压和内阻；其他模块收到该命令保持静默；如果第一测量模块3在规定的回复时间内没有回复ack，则电池管理系统2可以对其重发一次“采集命令”；电池管理系统2依次向所有的测量模块3发送“采集命令”,直至向所有的测量模块3均发送完成“采集命令”。
d、经过了约定的测量时间后，电池管理系统2通过通讯接口rs-485接口向所有的测量模块3发送“收集命令”，该命令为广播命令。
e、每个测量模块3收到“收集命令”后，按照命令计算各自的启动回复电池管理系统2相应数据的时间点，并等待回复时间点的到来。
第n个测量模块数据回复时间计算如下：
t＝(n–1)*(t1+t2)+t3+t1
其中，t1为收集命令的时隙时间，即电池管理系统2发送收集命令的开始时间，并以此开始计算时间；t2为应答时隙时间；t3为收发转换时隙时间。
f、当回复时间点到来时，对应测量模块3根据协议依次向电池管理系统2回复相应数据。
g、电池管理系统2根据收集数据的情况，判断有没有掉帧的测量模块3；如有，进入步骤h；如没有，进入步骤i。
h、对掉帧的测量模块3重发“收集命令”，掉帧的测量模块3按照命令计算各自的启动回复电池管理系统2相应数据的时间点，当回复时间点到来时，对应的测量模块3根据命令依次对回复相应数据,返回步骤g。
i、经过了约定的回复时间后，测量模块3测量模块3自动关闭除通信之外的其他电路，进入低功耗状态。
在具体实施例中，电池管理系统2对收集的数据进行处理，判断锂电池电芯e电压是否低于设定值；充电时，当某个锂电池电芯e电压高于设定值时，电池管理系统2通过通讯接口rs-485接口向该锂电池电芯e对应的测量模块3发送闭合均衡开关的控制指令，使该锂电池电芯e通过对应的耗能负载r释放能量；当某个锂电池电芯e电压低于设定值时，电池管理系统2通过rs-485接口向该锂电池电芯e对应的测量模块3发送断开均衡开关的控制指令，使该锂电池电芯e与对应的耗能负载r断开。
所述测量模块3包括检测芯片4；该检测芯片4包括内阻采集电路44；所述内阻采集电路44内设置有运算放大器441、滤波器442、ad转换器443和恒流源444；所述恒流源444分别通过第一电容c1、第四电容c4连接电池电芯e的正、负极，向电池电芯e注入一个恒定交流电流信号；所述运算放大器441的输入端分别通过第二电容c2、第三电容c3连接电池电芯e的正、负极；所述运算放大器441采集第二电容c2和第三电容c3的交流电压信号，经放大、滤波和ad转换后输出到微控制器45，微控制器45计算得到电池电芯e的内阻。并通过采集多个周期的数据进行平均，最后得到了一个稳定的内阻数值，然后采集电路44会向微控制器输出一个中断信号，微控制器得到该信号后会来取走内阻数据存入rom。
r＝vo/io
r为计算得到的内阻数值，vo是经过多周期的采集后得到的电压平均值，io是恒流源444输出的恒定电流值。
在具体实施例中，每个测量模块具有一个rs-485接口，用于实现测量模块和bms的通信，从而能在一长串的电池中实现每个电池电芯的同时监视。
实施例2、一种电动汽车电池电芯分布式检测用测量模块3，该测量模块3包括检测芯片4；所述检测芯片4包括电源电路41、温度采集电路42、电压采集电路43、内阻采集电路44、微控制器45、ram46、rom47和通讯电路48。
电源电路41为各电路提供工作电压。
ram46用于进行随机存储。
通讯电路48用于与电池管理系统2进行通讯，电池管理系统2通过通讯电路48向微控制器45发送指令；当微控制器45收到采集“采集命令”后，控制温度采集电路42、电压采集电路43和内阻采集电路44分别采集锂电池电芯e的温度、电压和内阻，并转换成数字信号；再使用中断通知微控制器取走，以减轻微控制器的工作量。微控制器45将采集的数据存入rom47，当微控制器45收到“收集命令”后，将计算回复电池管理系统2数据的时间点，当回复时间点到来时，微控制器45将采集的数据通过通讯电路48发送到电池管理系统2。
在具体实施例中，所述检测芯片还包括均衡开关38和耗能负载；耗能负载通过均衡开关38连接电池电芯e；当电池电芯电压低于设定值时，微控制器45通过通讯电路48接收电池管理系统2发送的控制信号，断开均衡开关，使电池电芯与耗能负载断开；当电池电芯电压高于设定值时，微控制器45通过通讯电路48接收电池管理系统2发送的控制信号，闭合均衡开关，使该锂电池电芯e通过耗能负载释放能量。
所述内阻采集电路44内设置有运算放大器441、滤波器442、ad转换器443和恒流源444；所述恒流源444分别通过第一、第四电容连接电池电芯e的正、负极，向电池电芯e注入一个恒定交流电流信号；所述运算放大器441的输入端分别通过第二、第三电容连接电池电芯e的正、负极；所述运算放大器441采集第二电容和第三电容的交流电压信号，经放大、滤波和ad转换后输出到微控制器45，微控制器45计算得到电池电芯e的内阻。
并通过采集多个周期的数据进行平均，最后得到了一个稳定的内阻数值。
r＝vo/io
r为计算得到的内阻数值，vo是经过多周期的采集后得到的电压平均值，io是恒流源444输出的恒定电流值。
实施例3、一种电动汽车电池电芯分布式检测系统，包括上位机1、电池管理系统2和若干测量模块3，其特征在于：所述上位机1与电池管理系统2连接，电池管理系统2通过通讯接口与所有的测量模块3连接；每个测量模块3均与一个电池电芯并联连接。
上位机1根据测量模块3上的“模块id号”，上位机1为每个测量模块3配置其在本检测系统中的“模块逻辑编号”。
每个测量模块3包括电源电路41、温度采集电路42、电压采集电路43、内阻采集电路44、微控制器45、ram46、rom47和通讯电路48。
电源电路41为各电路提供工作电压。
通讯电路48用于与电池管理系统2进行通讯。
ram46用于进行随机存储。
电池管理系统2通过通讯接口rs-485接口依次向所有的测量模块3发送“采集命令”,该命令为广播命令；该命令包括有测量模块3的“模块逻辑编号”，所有测量模块收到该命令后，会将收到的“模块逻辑编号”与配置的“模块逻辑编号”相比较，当比较信息一致时，对应的测量模块3立即回复一个确认标志ack，当比较信息不一致的其他测量模块收到该命令会保持静默；并按照命令测量相关参数，参数包括锂电池电芯e的温度、电压和内阻。
直至向所有的测量模块3均发送完成“采集命令”；对应的测量模块3收到该命令后立即回复一个ack，并控制温度采集电路42、电压采集电路43和内阻采集电路44分别采集锂电池电芯e的温度、电压和内阻，并转换成数字信号；当参数测量完成后，再使用中断通知微控制器取走，以减轻微控制器的工作量。微控制器45将采集的数据存入rom47。
比如，电池管理系统2首先向第一测量模块3发送“采集命令”，该命令为广播命令；第一测量模块3收到该命令后立即回复一个ack，并按照命令开始测量相关参数，包括锂电池电芯e的温度、电压和内阻；其他测量模块收到该命令保持静默；如果第一测量模块3在规定的回复时间内没有回复ack，则可以对其重发一次“采集命令”；依次对所有的测量模块3发送“采集命令”,直至向所有的测量模块3均发送完成“采集命令”。
经过了约定的测量时间后，电池管理系统2通过通讯接口rs-485接口向所有的测量模块3发送“收集命令”，当微控制器45收到“收集命令”后，将计算回复电池管理系统2数据的时间点，当回复时间点到来时，微控制器45将采集的数据通过通讯电路48发送到电池管理系统2。
在具体实施例中，所述检测芯片还包括均衡开关38和耗能负载r；耗能负载通过均衡开关38连接电池电芯e；当电池电芯电压低于设定值时，微控制器45通过通讯电路48接收电池管理系统2发送的控制信号，断开均衡开关，使电池电芯与耗能负载r断开；当电池电芯电压高于设定值时，微控制器45通过通讯电路48接收电池管理系统2发送的控制信号，闭合均衡开关，使该锂电池电芯e通过耗能负载r释放能量。
所述内阻采集电路44内设置有运算放大器441、滤波器442、ad转换器443和恒流源444；所述恒流源444分别通过第一电容c1、第四电容c4连接电池电芯e的正、负极，向电池电芯e注入一个恒定交流电流信号；所述运算放大器441的输入端分别通过第二电容c2、第三电容c3连接电池电芯e的正、负极；所述运算放大器441采集第二电容c2和第三电容c3的交流电压信号，经放大、滤波和ad转换后输出到微控制器45，微控制器45计算得到电池电芯e的内阻。并通过采集多个周期的数据进行计算，最后得到了一个稳定的内阻数值，此时采集电路44会向微控制器输出一个中断信号，以减轻微控制器的工作量。微控制器得到该信号后会来取走内阻数据存入rom。
r＝vo/io
r为计算得到的内阻数值，vo是经过多周期的采集后得到的电压平均值，io是恒流源444输出的恒定电流值。
在具体实施例中，每个测量模块具有一个rs-485接口，用于实现测量模块和bms的通信，从而能在一长串的电池中实现每个电池电芯的同时监视。测量模块和电池管理系统2bms之间只有2根连线连接，分别是：rs-485+，rs-485-。测量模块与bms之间的通信方式采用rs-485总线，bms连接多个测量模块后，就能组成分布式电池检测系统。当然，除了采用485总线的串行通信外，本发明的实施方案也可采用其它串行通信总线来实施，例如can总线或lin总线等。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。