一种监测电池电压的系统的制作方法

本发明涉及电压检测技术领域，特别是涉及一种监测电池电压的系统。

背景技术：

锂离子动力电池的健康状态往往直接制约着纯电动汽车的使用性能，在实际使用中电池系统往往需要同时监控电池的电压、温度、容量、电路状况和针对性的热管理，电池系统需要处理繁杂的数据。以teslamodels为例其电池系统搭载了7104节18650圆柱形锂离子动力电池，其宣称能够监测每一节电池的电压状态和实际温度，但实际该系统仅能够监测每74节电池组成的的模组的电压，并且在一个模组内仅有两个温度监控点，并不能对每一个电池单体的电压进行准确监控。

而电池电压和温度状况往往直接反映了电池的实际状况并影响电池的容量估算，进而直接影响电池系统的使用性能。电池电压的测量虽然原理简单但是监测每一节电池所需的总数据量是极其庞大的。

常见的纯电动汽车电压监测的方法有直接测量法，这种方法就是将每一节电池的电压直接由电池管理系统实时监测，其优点是能够监测每一节电池的电压且测量准确，但是其缺点也十分明显，其适用于电池数量不多的系统，对于具有大量电池的电池系统而言这种方法所需处理的数据量太过庞大，需要的接口数量也十分多严重限制了电池管理系统的信息处理性能和电池系统的能量密度。第二种方法是将电池成组后监测模组的电压，这种方法能够大大减少监控的数据量，但是如果单体电池出现故障点，其对模组电压的影响较小，系统可能无法准确探测到模组故障或探测到模组故障而无法定位具体的故障点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种监测电池电压的系统，能够在对电池单体的电压进行准确监控的同时，获取存在异常电压的电池单体的具体位置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种监测电池电压的系统，包括：

电压采集模块，与电池单体连接，用于采集电池单体的电压；

电池编码模块，与所述电压采集模块连接，用于对所述电池单体进行编码，并控制所述电压采集模块按序对所述电池单体的电压进行采集；

定时脉冲模块，与所述电池编码模块连接，用于提供电压采集时间脉冲序列，并对采集电压的时间进行控制。

可选的，所述电压采集模块包括多个电压扫描子模块；

每一个所述电压扫描子模块对应连接一个电池单体。

可选的，所述电压扫描子模块包括：第一电阻、mos管、第二电阻、三极管、第三电阻、第四电阻、端口power、端口che-、端口bat+、端口nox和端口ground；

所述第一电阻的一端与所述端口bat+连接；所述第一电阻的另一端与所述mos管的d极连接；所述第一电阻与所述mos管d极的连接通路上设置有所述端口che-；

所述第二电阻的一端与所述mos管的s极连接；所述第二电阻的另一端与所述端口ground连接；

所述三极管的集电极和所述mos管的g极均与所述第三电阻的一端连接；所述第三电阻的另一端与所述端口power连接；

所述三极管的基极与所述第四电阻的一端连接；所述第四电阻的另一端与所述端口nox连接；

所述三极管的发射极与所述端口ground连接。

可选的，所述三极管的型号为2n171；所述mos管的型号为irf840。

可选的，所述电池编码模块包括：脉冲计数芯片和译码器；

所述脉冲计数芯片的管脚qa与所述译码器的管脚a连接；所述脉冲计数芯片的管脚qb与所述译码器的管脚b连接；所述脉冲计数芯片的管脚qc与所述译码器的管脚c连接；所述脉冲计数芯片的管脚qd分别与所述译码器的管脚～g2a和管脚～g2b连接。

可选的，所述脉冲计数芯片的型号为74ls161d；所述译码器的型号为74ls138d。

可选的，所述译码器的数量至少为2。

可选的，所述定时脉冲模块为555定时器；

所述555定时器的signal端输出占空比为50％的16hz脉冲序列。

可选的，所述系统还包括电源模块；所述电源模块用于为所述系统提供15v电源电压。

可选的，所述系统还包括：

电压记录模块，与所述电压采集模块连接，用于记录所采集的电池单体的电压。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的监测电池电压的系统，是一种基于分时扫描对锂离子动力电池系统的每节电池进行准实时监控的系统。在本发明所提供监测电池电压的系统中，通过采用电池编码模块对电池进行编码的方式，为每节电池定义了唯一编码号，来实现对每一电池单体的准确定位，同时，采用高进制的电池编码模块还能够大幅减少系统所需的插口数量。并且，本发明所提供的系统通过电池编码模块来对电压采集模块对电池单体的采集进程，这就能够在准确获取电池单体电压的同时，实时输出异常电池单体的具体位置，方便及时检查和更换受损的电池。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的监测电池电压系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的电压采集模块的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的电压扫描子模块的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的电池编码模块的结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的定时脉冲模块的结构示意图；

图6为本发明实施例中定时脉冲模块所发出的时间脉冲序信号图；

图7a和图7b均为本发明实施例中电压采集模块所采集的电压信号图；

图8为本发明实施例采用该监测电池电压系统获取故障电池单体的结果图。

符号说明：

1-电压采集模块，2-电池编码模块，3-定时脉冲模块，4-电源模块，5-包括有多个电池单体的电池。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的目的是提供一种监测电池电压的系统，能够在对电池单体的电压进行准确监控的同时，获取存在异常电压的电池单体的具体位置。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例所提供的监测电池电压系统的结构示意图，如图1所示，一种监测电池电压的系统，包括：电压采集模块1、电池编码模块2和定时脉冲模块3。

电压采集模块1与电池单体连接，用于采集电池单体的电压。

电池编码模块2与所述电压采集模块1连接，用于对所述电池单体进行编码，并控制所述电压采集模块1按序对所述电池单体的电压进行采集。

定时脉冲模块3与所述电池编码模块2连接，用于提供电压采集时间脉冲序列，并对采集电压的时间进行控制。

图2为本发明实施例所提供的电压采集模块的结构示意图，如图2所示，所述电压采集模块1包括多个电压扫描子模块，电压扫描子模块的优选个数为16(hb1至hb16这16个电压扫描子模块)。每一个所述电压扫描子模块对应连接一个电池单体。

所述电压扫描子模块的具体结构如图3所示。所述电压扫描子模块包括：第一电阻r1、mos管q1、第二电阻r2、三极管q2、第三电阻r3、第四电阻r4、端口power、端口che-、端口bat+、端口nox和端口ground。

所述第一电阻r1的一端与所述端口bat+连接。所述第一电阻r1的另一端与所述mos管q1的d极连接。所述第一电阻r1与所述mos管q1的d极的连接通路上设置有所述端口che-。

所述第二电阻r2的一端与所述mos管q1的s极连接。所述第二电阻r2的另一端与所述端口ground连接。

所述三极管q2的集电极和所述mos管q1的g极均与所述第三电阻r3的一端连接。所述第三电阻r3的另一端与所述端口power连接。

所述三极管q2的基极与所述第四电阻r4的一端连接。所述第四电阻r4的另一端与所述端口nox连接。

所述三极管q2的发射极与所述端口ground连接。

上述三极管的型号为2n171，mos管的型号为irf840。

其中，电压扫描子模块的工作原理为：电压扫描子模块(battery)采用mos管控制电压采集进程，当电池编码模块2输出信号命令该电压扫描子模块采集电压时，ser接口输入高电平，三极管q2(2n171)导通，从而mos管q1(irf840)被接通，电压信号传入，电流从端口bat+输入经mos管q1通过地线(ground)形成回路，电压被记录。如图2所示，在电压扫采集模块1中共有16组电压扫描子模块，可在1/16s内对16节电池进行分时记录，nox接受控制编码分时开启电压扫描子模块采集电压。外部信号记录设备通过chex和batx可记录电压数据。

图4为本发明实施例所提供的电池编码模块的结构示意图，如图4所示，所述电池编码模块2包括：一片74ls161d八进制脉冲计数芯片u2和74ls138d3-8译码器u1、74ls138d3-8译码器u3。

所述八进制脉冲计数芯片u2的管脚qa与所述译码器u1、u3的管脚a连接。所述脉冲计数芯片u2的管脚qb与所述译码器u1、u3的管脚b连接。所述脉冲计数芯片u2的管脚qc与所述译码器u1、u3的管脚c连接。所述脉冲计数芯片u2的管脚qd分别与所述译码器u1、u3的管脚～g2a和管脚～g2b连接。

所述电池编码模块2的工作原理为：来自定时脉冲模块的clk信号进入脉冲计数器，脉冲计数器根据脉冲的上升沿计算传入的脉冲数量，在qa、qb、qc和qd端输出0000-1111的二进制码。十六位二进制码低8位由译码器u1端口的3-8接受，从u1的yx端输出指定二进制码所代表的的十进制数，高8位由译码器u3端口的3-8接受，高8位启动时自动锁定低8位3-8译码器，而后由u3的yx端输出高8位十进制数所表达的位置，进而实现对不同位置的电池的编码和有序信号采集。

本发明采用电池编码模块2来对电压采集模块1进行编码控制，其主要是为了用编码控制的电池扫描模式，来实时输出异常电池单体的具体位置，方便及时检查和更换受损的电池，同时当系统发生彻底崩溃时可以根据电池电压历史分析系统崩溃原因。

图5为本发明实施例所提供的定时脉冲模块的结构示意图，如图5所示，定时脉冲模块3包括标准555定时器。555定时器的signal端输出50％占空比的16hz脉冲，给电池编码模块2提供标准时间脉冲序列。

为了大幅减少系统所需的插口数量，本发明采用模组级高于256hz和系统级高于16hz的更高频率的定时脉冲来加快扫描速度，定时脉冲模块所发出的时间脉冲序信号，如图6所示。定时脉冲模块3输出15v的时间脉冲序列，经过芯片降压后，将5v时间脉冲信号输入电池编码模块2中。

此外，如图1所示，本发明所提供的监测电池电压系统还包括可以供电电源模块4。供电电源模块4可直接从电池模组中获得经过降压稳压后获得标准15v的供电电源。

在本发明所提供的的监测电池电压的系统，可以对锂离子动力电池的电池单体进行监测。其中，锂离子动力电池的形式可为圆柱形锂离子、软包锂离子电池或方壳锂离子电池中的任意一种。

下面以锂离子动力电池为例，采用软件仿真的方式对本发明所提供的监测电池电压的系统的具体监测效果进行说明。在仿真过程中，利用变幅电源模拟实际电池系统，变幅电源中需要采用二极管，来消除因电流反流而引起的系统噪声，以提高仿真效果的准确性。

图7a和图7b均为本发明实施例中电压采集模块所采集的电压信号图，如图7a和图7b所示，在规定的采样周期内电池均输出了正确的电压信号，同时由于电池编码模块的存在，每节电池对应唯一的编码，进而实现了对每节电池的扫描监控和实时定位。

图8为本发明实施例采用该监测电池电压系统获取故障电池单体的结果图，如图8所示，当锂离子动力电池出现故障时，可以根据编码信号在若干个周期内判断出具体的故障位置。当故障发生时，根据采样周期可以判断出现了五组故障点，根据各故障点在采样时序内的位置可以轻易的判断出4号、7号、8号、10号、11号和12号电池发生故障。由于电池编码的唯一性，可根据故障电池的编码(id号)进行有针对性的检修和排障。

本发明提供的监测电池电压的系统，利用脉冲时间序列扫描的方法，通过对每节电池进行编码，在一个周期内对电池系统内所有单体电池进行扫描，因扫描频率快，进而达到对每节电池的准实时监控和唯一编码定位。

并且，采用更高进制的电池编码模块，能够大幅减少系统所需的插口数量。采用编码控制的电池扫描模式，不仅仅能够在工作过程中实时输出异常电池单体的具体位置，还可以方便及时检查和更换受损的电池，同时当系统发生彻底崩溃时可以根据电池电压历史数据进一步对电池系统崩溃的原因进行分析。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。