采样均衡总线复用的电路及方法、电池管理系统及电池组与流程

本发明属于电池管理领域，尤其涉及一种采样均衡总线复用的电路及方法、电池管理系统及电池组。

背景技术：

目前，随着能源危机和环境污染问题的日趋严重，新能源技术正处在高速发展时期，其中电池应用广泛，但是由于电芯存在不一致性，使得电池组充放电过程中会出现“木桶效应”，造成电池组容量取决于容量最小的单体电池。为使电池组的容量得到最大化利用，增长电池组充放电次数、使用寿命，需要电池管理系统对其进行主动或被动均衡控制策略解决电池一致性问题。

基于上述原因，电池管理系统需要均衡总线对电池进行均衡控制。因此，为获得电池电压，需要采样总线来对电池依次轮询采样。其中，电池管理系统中的总线一般分两种：一是采样总线，二是均衡总线。采样总线是微处理器通过io口控制采样光耦继电器矩阵，依次将每节电池接入采样总线，由采样芯片采集每节电池电压；均衡总线，控制策略根据采集的电池电压，控制均衡光耦继电器矩阵，将需要均衡的电池接入均衡总线，单独对其进行充放电控制。

由于电池的化学特性，在对电池充放电时，采集到的电压与静默状态不同，在充电时采集的电压高于静默状态电压，在放电时采集的电压低于静默状态电压。为解决电池管理系统中采样不准的问题，通常采用分时采样的方法，即采样时刻关闭均衡总线，采样完毕后再打开均衡总线。采样总线与均衡总线不同时使用，造成了总线的浪费，成本高，且器件多，造成可靠性降低。

综上所述，亟需研发一种采样均衡总线复用的电路来解决电池管理系统成本高，可靠性低，资源浪费的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明实施例的第一方面提供了一种采样均衡总线复用的电路，该电路能够提高效率，电路结构简单且能够实现成本和可靠性的最优化。

本发明实施例的第一方面提供的一种采样均衡总线复用的电路，包括采样电路和均衡电路，所述采样电路与均衡电路均通过采样均衡复用总线与电池组相连。

结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第一种实施方式，采样电路启动时，均衡电路禁止，采样电路通过采样均衡复用总线对电池组中所有电池进行电压轮询采样。

结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第二种实施方式，当电池组中相应电池电压过充时，采样电路禁止，均衡电路启动，相应电池的电流通过采样均衡复用总线被引入至均衡电路进行放电，以均衡电池组电压。

结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第三种实施方式，电池组内每节电池的正极和负极分别与采样均衡复用总线之间还串接有过流保护装置。

在该实施例中，为了避免流入电池中的电流过大，而影响电池的寿命，因此在电池的正极和负极分别与采样均衡复用总线之间还串接有过流保护装置。

当流入电池组内电池的电流过大时，过流保护装置断路。

其中，过流保护装置可采用保险丝或过流保护器来实现。

结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第四种实施方式，所述采样均衡复用总线与电池组的每节电池之间还串接有开关控制电路，所述开关控制电路被配置为：控制采样电路或均衡电路与电池组内相应电池之间的接通或断开。

其中，开关控制电路为光耦继电器电路。

光耦继电器是固态继电器的一种，其输入端以光为媒介控制输出端的开关状态，其工作原理与光耦类似。

需要说明的是，本发明的开关控制电路除了采用光耦继电器来实现之外，还可以采用微处理器与开关切换组合配合来实现。

本发明实施例的第二方面提供了一种采样均衡总线复用的电路的工作方法。

该方法中的采样过程和均衡过程均共用采样均衡复用总线，提高了电池管理系统采样均衡的工作效率，在保证电路工作可靠性的同时，避免了资源浪费，降低了成本。

本发明实施例的第二方面提供的一种采样均衡总线复用的电路的工作方法，当采样电路和均衡电路任一电路工作时，均通过采样均衡复用总线对电池组相应电池进行电压采样或电压均衡。

本发明实施例的第三方面提供了一种电池管理系统。

本发明实施例的第三方面提供的一种电池管理系统，包括上述所述的采样均衡总线复用的电路。

本发明实施例的第四方面提供了一种电池组。

本发明实施例的第四方面提供的一种电池组，包括上述所述的电池管理系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的采样均衡总线复用的电路，解决了成本高，可靠性低，资源浪费的问题，也减少控制io口，节约芯片的控制引脚；

(2)本发明利用采样电路对电池组里的电池依次采样，轮询结束后，主控制器切断采样过程；当主控制器判断电池组中相应电池电压过充时，禁止采样电路工作，启动均衡电路，相应电池的电流通过采样均衡复用总线被引入至均衡电路进行放电，以使得电池组电压均衡；本发明采用采样均衡总线复用的方式，所有电池共用一个总线，简化电路，节约成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是采样均衡总线复用的电路的结构示意图。

图2是采样均衡总线复用的电路的实施例一原理图。

图3是采样均衡总线复用的电路的实施例二原理图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的一种采样均衡总线复用的电路，包括采样电路和均衡电路，所述采样电路与均衡电路均通过采样均衡复用总线与电池组相连。如图1所示，采样均衡复用总线包括同时工作的总线busx和总线busy。电池组中包含电池bat1、电池bat2，……，电池batn，其中，n为大于或等于2的正整数。

实施例一

图2是采样均衡总线复用的电路的实施例一原理图。

如图2所示，本发明实施例一的采样均衡总线复用的电路，包括采样电路和均衡电路，所述采样电路与均衡电路均通过采样均衡复用总线与电池组相连。

具体地，采样电路启动时，均衡电路禁止，采样电路通过采样均衡复用总线对电池组中所有电池进行电压轮询采样。

当电池组中相应电池电压过充时，采样电路禁止，均衡电路启动，相应电池的电流通过采样均衡复用总线被引入至均衡电路进行放电，以均衡电池组电压。

例如在图2中，采样均衡复用总线包括同时工作的总线busx和总线busy。

在该实施例中，采样电路，还被配置为：将电池组中所有电池经总线busx和总线busy输出的电压信号进行滤波，并对滤波后的电压进行采样。

由于电池输出的电压信号可能因外界电器件的干扰，而产生噪声或毛刺现象，在该实施方式中，为了准确获得电池组中相应电池的电压信号，而针对电池组中所有电池经总线busx和总线busy输出的电压信号首先进行了滤波处理。

而且，采样均衡复用总线与电池组的每节电池之间还串接有开关控制电路，所述开关控制电路被配置为：控制采样电路或均衡电路与电池组内相应电池之间的接通或断开。

在该实施例的具体实现中，开关控制电路为光耦继电器电路。

其中，光耦继电器是固态继电器的一种，其输入端以光为媒介控制输出端的开关状态，其工作原理与光耦类似。

具体地，如图2所示，电池组中包含电池bat1、电池bat2，……，电池batn。

开关控制电路包括光耦继电器op1、光耦继电器op2，……，光耦继电器opn。

其中，n为大于或等于2的正整数。

以电池bat1为例：

电池bat1的正极与光耦继电器op1的常开触点相连，光耦继电器op1的常开触点与总线busx相连；电池bat1的负极与光耦继电器op1的另一个常开触点相连，光耦继电器op1的常开触点与总线busy相连；与常开触点相对应的控制端分别通过电阻与电源vcc相连；控制端io01-、io01为低电平信号时，电池bat1的正极与总线busx接通，电池bat1的负极与总线busy接通。需要说明的是，本发明的开关控制电路除了采用光耦继电器来实现之外，还可以采用微处理器与开关切换组合配合来实现。

在本实施例中，采样电路采用ad采样芯片ads1115和光耦继电器op20来实现，其中，光耦继电器op20的两个常开触点与总线busx和总线busy对应相连；常开触点所对应的控制端与gnd相连，受采样使能脚ad_ctrl控制。

此外，总线busx、busy经过光耦继电器op20，经过r5、r6、c1组成的rc滤波器，进入ad采样芯片ads1115的ad入口。

需要说明的是，本发明的采样电路除了采用ad采样芯片ads1115和光耦继电器op20来实现之外，还可以其他现有采样电路来实现。

在本实施例中，均衡电路采用光耦继电器b1，光耦继电器b1的第一管脚为均衡使能脚jh_ctrl，第二管脚接地，第三管脚通过放电电阻r13与总线busy相连，第四管脚直接与总线busx相连。

需要说明的是，本发明的均衡电路除了光耦继电器b1和放电电阻来实现之外，还可以其他现有均衡电路来实现。

在本实施例中，控制均衡使能脚jh_ctrl高电平，采样使能脚ad_ctrl低电平，使能均衡过程禁止采样过程；控制均衡使能脚jh_ctrl低电平，采样使能脚ad_ctrl高电平，禁止均衡过程，使能采样过程。

其中，均衡电路和采用电路的启动与禁止可采用控制器或相应端子控制电路来实现。

本实施例的采样均衡总线复用的电路，解决了成本高，可靠性低，资源浪费的问题，也减少控制io口，节约芯片的控制引脚；

本实施例利用采样电路对电池组里的电池依次采样，轮询结束后，切断采样过程；当判断电池组中相应电池电压过充时，禁止采样电路工作，启动均衡电路，相应电池的电流通过采样均衡复用总线被引入至均衡电路进行放电，以使得电池组电压均衡；本发明采用采样均衡总线复用的方式，所有电池共用一个总线，简化电路，节约成本。

实施例二

图3是采样均衡总线复用的电路的实施例二原理图。

如图3所示，本发明的实施例二在实施例一的基础上，电池组内每节电池的正极和负极分别与采样均衡复用总线之间还串接有过流保护装置。

具体地，将电池组内每节电池的正极和负极分别与总线busx和总线busy之间串接过流保护装置。

在该实施例中，为了避免流入电池中的电流过大，而影响电池的寿命，因此在电池的正极和负极分别与采样均衡复用总线之间还串接有过流保护装置。

其中，过流保护装置被配置为：当流入电池组内电池的电流过大时，过流保护装置断路。

过流保护装置可采用保险丝或过流保护器来实现。

在本实施例中，如图3所示，过流保护装置采用保险丝来实现，其中，f0，f1，……，fn(n为大于或等于2的正整数)均为保险丝。

本实施例的采样均衡总线复用的电路，解决了成本高，可靠性低，资源浪费的问题，也减少控制io口，节约芯片的控制引脚；

本实施例利用采样电路对电池组里的电池依次采样，轮询结束后，切断采样过程；当判断电池组中相应电池电压过充时，禁止采样电路工作，启动均衡电路，相应电池的电流通过采样均衡复用总线被引入至均衡电路进行放电，以使得电池组电压均衡；本发明采用采样均衡总线复用的方式，所有电池共用一个总线，简化电路，节约成本。

其中，开关控制电路、采样电路和均衡电路可采用如实施例一的结构，或现有结构来实现，此处将不再累述。

本发明还提供了采样均衡总线复用的电路的工作方法。

本发明的实施例一及实施例二的采样均衡总线复用的电路的工作方法，当采样电路和均衡电路任一电路工作时，均通过采样均衡复用总线对电池组相应电池进行电压采样或电压均衡。

采样电路通过采样均衡复用总线对电池组中所有电池进行电压轮询采样之前，还包括：

将电池组中所有电池经采样均衡复用总线输出的电压信号进行滤波。

由于电池输出的电压信号可能因外界电器件的干扰，而产生噪声或毛刺现象，在该实施方式中，为了准确获得电池组中相应电池的电压信号，而针对电池组中所有电池经采样均衡复用总线输出的电压信号首先进行了滤波处理。

该采样均衡总线复用的电路的工作方法，还包括：

当流入电池组内电池的电流过大时，电池组内电池的正极和负极分别与采样均衡复用总线之间串接的过流保护装置断路。

具体地，下面以实施例二中的电路原理图为例，详细说明本发明的采样及均衡过程：

(1)采样过程：

a：均衡使能脚jh_ctrl低电平，禁止均衡过程；采样使能脚ad_ctrl高电平，使能采样过程，以第二节电池采样为例，控制脚io01、io02均为低电平，使得第二节电池bat2正极通过保险丝f2接入总线busy，bat2负极通过保险丝f1接入总线busx；进入步骤b；

b：总线busx、busy经过光耦继电器op20，经过r5、r6、c1组成的rc滤波器，进入ad采样芯片ads1115的ad入口，ad芯片可通过iic通讯配置，可读取入口处正负电压值；若读取第三节电池电压，可控制不同的控制脚，重复步骤a、b；

(2)均衡过程：

c：采样使能脚ad_ctrl低电平，禁止采样过程；均衡使能脚jh_ctrl高电平，使能均衡过程，以第一节电池均衡为例，控制脚io01-、io01均为低电平，使得第一节电池bat1正极通过保险丝f1接入总线busx，bat1负极通过保险丝f0接入总线busy；进入步骤d；

d：总线busx、busy经过光耦继电器b1，经过功率电阻r13，使得电池bat1通过功率电阻r13放电；若对第n节电池放电，可控制不同的控制脚，重复步骤c、d。

本发明实施例一和实施例二的采样均衡总线复用的电路的工作方法中的采样过程和均衡过程均共用采样均衡复用总线，提高了电池管理系统采样均衡的工作效率，在保证电路工作可靠性的同时，避免了资源浪费，降低了成本。

本发明还提供了一种电池管理系统。

本发明的电池管理系统，包括如图2或图3所示的采样均衡总线复用的电路。

本发明还提供了一种电池组。

本发明的电池组，包括上述所述的电池管理系统。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。