一种电池监控模拟前端的供电电路和整车系统的制作方法

1.本实用新型属于电动汽车技术领域，更具体的说，尤其涉及一种电池监控模拟前端的供电电路和整车系统。


背景技术：

2.现有向电池监控模拟前端(analog front end，afe)供电电路都是使用三极管，如图1所示，电池模组电压施加到三极管，三极管输出6v电压供电给电池监控模拟前端，因为电池模组电压通常较高，除供电给afe外，大部分能量都转换为热量散失，该电路系统需要增加相应的散热措施保证系统安全，能量利用率低。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电池监控模拟前端的供电电路和整车系统，用于直流变换器向电池监控模拟前端供电，提高能量利用率，大幅降低发热量。
4.本技术第一方面公开了一种电池监控模拟前端的供电电路，包括：直流变换器；
5.所述直流变换器的输入端作为所述电池监控模拟前端的供电电路的输入端，连接电源的正极；
6.所述直流变换器的控制端作为所述电池监控模拟前端的供电电路的控制端，连接电池监控模拟前端的第一端；
7.所述直流变换器的输出端作为所述电池监控模拟前端的供电电路的输出端，连接所述电池监控模拟前端的供电端；
8.所述电池监控模拟前端的第二端、所述电源的负极均接地。
9.可选的，在上述电池监控模拟前端的供电电路中，所述直流变换器的输出端，包括：第一输出端；所述第一输出端连接所述电池监控模拟前端的供电端；
10.或者，
11.所述直流变换器的输出端，包括：第一输出端和第二输出端；
12.所述第一输出端连接所述电池监控模拟前端的供电端；所述第二输出端作为所述电池监控模拟前端的供电电路的备用电源输出端。
13.可选的，在上述电池监控模拟前端的供电电路中，所述直流变换器，包括：输入单元、变压器和输出单元；
14.所述输入单元的输入端作为所述直流变换器的输入端；
15.所述输入单元的控制端作为所述直流变换器的控制端；
16.所述输入单元的输出端连接所述变压器的原边绕组；
17.所述变压器的副边绕组连接所述输出单元的输入端；
18.所述输出单元的输出端作为所述直流变换器的输出端。
19.可选的，在上述电池监控模拟前端的供电电路中，所述变压器，包括：至少一个副边绕组。
20.可选的，在上述电池监控模拟前端的供电电路中，在所述直流变换器的输出端仅包括第一输出端时，所述输出单元包括第一二极管；所述变压器包括一个副边绕组；
21.所述第一二极管的阳极与所述副边绕组的同名端连接；
22.所述第一二极管的阴极作为所述直流变换器的第一输出端；
23.所述副边绕组的异名端接地。
24.可选的，在上述电池监控模拟前端的供电电路中，在所述直流变换器的输出端包括第一输出端和第二输出端时，所述输出单元包括第一二极管和第二二极管；所述变压器包括两个副边绕组；
25.所述第一二极管的阳极与第一副边绕组的同名端连接；
26.所述第一二极管的阴极作为所述直流变换器的第一输出端；
27.所述第二二极管的阳极与第二副边绕组的同名端连接；
28.所述第二二极管的阴极作为所述第二输出端；
29.所述第一副边绕组的异名端和所述第二副边绕组的异名端接地。
30.可选的，在上述电池监控模拟前端的供电电路中，所述输入单元包括：稳压单元和开关管；
31.所述稳压单元的第一端作为所述直流变换器的输入端，连接电源的正极和变压器原边绕组异名端；
32.所述稳压单元的第二端连接所述变压器的原边绕组同名端和所述开关管的一端；
33.所述开关管的另一端接地；
34.所述开关管的控制端作为所述直流变换器的输入侧第二端。
35.可选的，在上述电池监控模拟前端的供电电路中，所述稳压单元包括：稳压管和第三二极管；
36.所述稳压管的阳极作为所述稳压单元的第一端；
37.所述稳压管的阴极连接所述第三二极管的阴极；
38.所述第三二极管的阳极作为所述稳压单元的第二端。
39.本技术第二方面公开了一种整车系统，包括：电源、至少一个电池监控模拟前端和至少一个如本技术第一方面中任一项所述的电池监控模拟前端的供电电路。
40.可选的，在上述整车系统中，在所述电池监控模拟前端的供电电路包括备用电源时，所述备用电源为vcu、bms和其他用电器件供电。
41.从上述技术方案可知，本实用新型提供的一种电池监控模拟前端的供电电路，包括直流变换器；直流变换器的输入端连接电源的正极；直流变换器的控制端电池监控模拟前端的第一端；直流变换器的输出端连接电池监控模拟前端的供电端；电池监控模拟前端的第二端连接电源的负极；也即，利用直流变换器向电池监控模拟前端供电，提高能量利用率，大幅降低发热量。
附图说明
42.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还
可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1是本现有技术提供的一种供电电路的示意图；
44.图2是本实用新型实施例提供的一种电池监控模拟前端的供电电路的示意图；
45.图3是本实用新型实施例提供的另一种电池监控模拟前端的供电电路的示意图；
46.图4是本实用新型实施例提供的另一种电池监控模拟前端的供电电路的示意图；
47.图5是本实用新型实施例提供的一种整车系统的示意图；
48.图6是本实用新型实施例提供的一种整车系统中备用电源供电的示意图。
具体实施方式
49.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
50.在本技术中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
51.本技术提供了一种电池监控模拟前端afe的供电电路，用于解决现有技术中三极管输出6v电压供电给电池监控模拟前端afe，因为电池模组电压通常较高，除供电给afe外，大部分能量都转换为热量散失，该电路系统需要增加相应的散热措施保证系统安全，能量利用率低的问题。
52.参见图2，该电池监控模拟前端afe的供电电路，包括：直流变换器。
53.直流变换器的输入端作为电池监控模拟前端afe的供电电路的输入端，连接电源的正极。
54.也就是说，直流变换器的输入端接收电源的电能。
55.直流变换器的控制端作为电池监控模拟前端afe的供电电路的控制端，连接电池监控模拟前端afeafe的第一端。
56.也就是说，直流变换器可以受控于电池监控模拟前端afe，如该电池监控模拟前端afe需要供电时控制直流变换器进行工作，该电池监控模拟前端不需要供电时控制直流变换器停止工作。
57.直流变换器的输出端作为电池监控模拟前端afe的供电电路的输出端，连接电池监控模拟前端afe的供电端vreg。
58.也就是说，该直流变换器为电池监控模拟前端afe供电。
59.具体的，直流变换器接收电源的电能，进行变换之后，为电池监控模拟前端afe供电。
60.电池监控模拟前端afe的第二端、电源的负极均接地。
61.具体的，该电源可以包括至少一个电池。
62.各个电池串联连接。
63.各个电池的数量，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在申请的保护范围内。
64.具体的，每12节电芯为一个模组，模组电压作为直流变换器的输入电压powerinput。
65.当前电池包大约包含104～108节电芯，可以把每12节电芯看做一个模组。
66.一般情况下，每12节电芯使用一个电池监控模拟前端afe进行监控，这个12也可以是其他节数，一般不小于6。因此电池包总电芯数就包含n个12。
67.参照图1，下面对现有技术提供的供电电路的损耗进行说明：
68.12节电芯组成的模组powerinput电压是48v，powerinput输出到模拟前端afe1、afe2
···
afen部分的电流是20ma，power input的输出功率是48v*20ma＝960mw。
69.其中，模组powerinput电压可以是其他电压值，电芯单体电压4v，12节电芯组成的模组电压就是4*12v＝48v。不同的电池监控模拟前端afe电压电流功率可以不同。
70.如图1所示，r1、r2
……
rn均为电阻，q1、q2
……
qn均为三极管，afe1、afe2
……
afen均为电池监控模拟前端afe。
71.电池监控模拟前端afe的供电电压vreg是6v。
72.电阻r1阻值是200ω，消耗在电阻上的功率是20ma2*200ω＝80mw。
73.该部分能量全部以热量形式散失。电阻r1上的分压是20ma*200ω＝4v。
74.三极管q1的分压是48v-6v-4v＝38v，消耗在三极管q1上的功率约是38v*20ma＝760mw。
75.该部分能量以热量形式散失。总的以热量形式散失的功率是(以下称为耗散功率)：80mw+760mw＝840mw。
76.耗散功率占powerinput总功率的90.4％，powerinput总功率的9.6％是有用功率，供电给电池监控模拟前端afe，实现其电池监控功能。
77.参照图2，下面对本技术提供的供电电路的损耗进行说明：
78.基于本技术提供的采用直流变换器供电后，12节电芯组成的模组power input电压是48v，vout1电压是6v，直流变换器转换效率约70％，因此耗散功率约36mw，远低于使用现有技术提供的三极管供电方案的耗散功率760mw，节约了大量电能。
79.其中，直流变换器的转换效率直流变换器的器件选型、设计有关，普遍做到70％～95％。
80.在本实施例中，直流变换器的输入端连接电源的正极；直流变换器的控制端电池监控模拟前端afe的第一端；直流变换器的输出端连接电池监控模拟前端afe的供电端vreg；电池监控模拟前端afe的第二端连接电源的负极；也即，利用直流变换器向电池监控模拟前端afe供电，提高能量利用率，大幅降低发热量。
81.在实际应用中，直流变换器可以仅包括一个输出端，也可以包括多个输出端，如两个输出端；在直流变换器包括不同数量的输出端时，直流变换器的连接关系不同。
82.(1)参见图3，直流变换器的输出端包括：第一输出端vout1。
83.直流变换器的第一输出端vout1连接电池监控模拟前端afe的供电端vreg。
84.也就是说，直流变换器通过自身的第一输出端vout1为电池监控模拟前端afe供
电。
85.(2)参见图4，直流变换器的输出端，包括：第一输出端vout1和第二输出端vout2。
86.直流变换器的第一输出端vout1连接电池监控模拟前端afe的供电端vreg。
87.直流变换器的第二输出端vout2作为电池监控模拟前端afe的供电电路的备用电源输出端。
88.也就是说，直流变换器通过自身的第一输出端vout1为电池监控模拟前端afe供电的同时，还通过自身的第二输出端vout2为整车系统中的其他用电器件供电。
89.具体的，直流变换器的第一输出端vout1可以是输出6v的电压，为电池监控模拟前端afe供电；直流变换器的第二输出端vout2可以输出12v的电压为整车系统的其他用电器件供电。当然，直流变换器的第一输出端vout1和第二输出端vout2可以输出其他数值的电压，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
90.也即，设置直流变换器电路为一路输入，标记为power input，两路输出分别标记为vout1(输出6v)，vout2(输出12v)。其中，vout1(输出6v)直接给电池监控模拟前端afe电路供电。vout2(输出12v)，作为整车备用安全电源，可替代车载12v小电瓶。这个备用安全电源的存在，更能确保系统安全运行。
91.参见图4，配置直流变换器后，vout2的电压是12v，输出电流2a，输出功率可达到12v*2a*＝24w，afe1、afe22
···
afe9，9个电池监控模拟前端afe可提供超过9*24w＝216w的供电能力，满足整车大部分其他用电器件的需求，作为备用的安全电源。
92.在本实施例中，利用直流变换器向电池监控模拟前端afe供电，降低供电损耗，同时向整车提供安全的备用12v电源，避免了车载小电瓶馈电。
93.在实际应用中，直流变换器，包括：输入单元、变压器和输出单元。
94.输入单元的输入端作为直流变换器的输入端，与电源的正极相连。
95.输入单元的控制端作为直流变换器的控制端，与电池监控模拟前端afe相连。
96.输入单元的输出端连接变压器的原边绕组；具体的，输入单元的输出端一端连接变压器的原边绕组同名端，输入单元的输出端另一端连接变压器原边绕组异名端。
97.变压器的副边绕组连接输出单元的输入端。
98.输出单元的输出端作为直流变换器的输出端，连接电池监控模拟前端afe的供电端vreg。
99.在实际应用中，变压器，包括：至少一个副边绕组。
100.具体的，变压器的副边绕组的数量与直流变换器的输出端相关；如果直流变换器的输出端数量多，则变压器的副边绕组的数量多，如果直流变换器的输出端数量少，则变压器的副边绕组的数量少。
101.下面根据直流变换器的输出端数量进行说明：
102.(1)参见图3，在直流变换器的输出端仅包括第一输出端vout1时：
103.输出单元包括第一二极管d1；变压器包括一个副边绕组。
104.第一二极管d1的阳极与副边绕组的同名端连接。
105.第一二极管d1的阴极作为直流变换器的第一输出端vout1，与电池监控模拟前端afe的供电端vreg相连。
106.副边绕组的异名端接地。
107.(2)参见图4，在直流变换器的输出端包括第一输出端vout1和第二输出端vout2时：
108.输出单元包括第一二极管d1和第二二极管d2；变压器包括两个副边绕组。
109.第一二极管d1的阳极与第一副边绕组的同名端连接。
110.第一二极管d1的阴极作为直流变换器的第一输出端vout1，与电池监控模拟前端afe的供电端vreg相连。
111.第二二极管d2的阳极与第二副边绕组的同名端连接。
112.第二二极管d2的阴极作为第二输出端vout2，与整车系统中的相应用电器件相连，为相应用电器件供电。
113.第一副边绕组的异名端和第二副边绕组的异名端接地。
114.在实际应用中，参见图3和图4，输入单元包括：稳压单元和开关管q2。
115.稳压单元的第一端作为直流变换器的输入端，连接电源的正极和变压器原边绕组异名端。
116.稳压单元的第二端连接变压器的原边绕组同名端和开关管q2的一端。
117.开关管q2的另一端接地。
118.开关管q2的控制端作为直流变换器的输入侧第二端，连接电池监控模拟前端afe的第一端。
119.该开关管q2可以是nmos管或npn三极管，当然，不仅限于此，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
120.在实际应用中，稳压单元包括：稳压管d4和第三二极管d3。
121.稳压管d4的阳极作为稳压单元的第一端、连接电源的正极和变压器原边绕组异名端。
122.稳压管d4的阴极连接第三二极管d3的阴极。
123.第三二极管d3的阳极作为稳压单元的第二端，连接开关管q2的一端。
124.本技术另一实施例提供了一种整车系统。
125.参见图5，该整车系统，包括：电源、至少一个电池监控模拟前端afe和至少一个电池监控模拟前端afe的供电电路。
126.电池监控模拟前端afe的供电电路的输入端，连接电源的正极。
127.也就是说，电池监控模拟前端afe的供电电路的输入端接收电源的电能。
128.电池监控模拟前端afe的供电电路的控制端，连接电池监控模拟前端afe的第一端。
129.也就是说，电池监控模拟前端afe的供电电路可以受控于电池监控模拟前端afe，如该电池监控模拟前端afe需要供电时控制电池监控模拟前端afe的供电电路进行工作，该电池监控模拟前端afe需要供电时控制电池监控模拟前端afe的供电电路停止工作。
130.电池监控模拟前端afe的供电电路的输出端，连接电池监控模拟前端afe的供电端vreg。
131.也就是说，该电池监控模拟前端afe的供电电路为电池监控模拟前端afe供电。
132.具体的，电池监控模拟前端afe的供电电路接收电源的电能，进行变换之后，为电池监控模拟前端afe供电。
133.电池监控模拟前端afe的第二端连接电源的负极。
134.具体的，该电源可以包括至少一个电池。
135.各个电池串联连接。
136.各个电池的数量，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在申请的保护范围内。
137.该电池监控模拟前端afe的供电电路的具体结构，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
138.参见图6，在电池监控模拟前端afe的供电电路包括备用电源时，备用电源为vcu、bms和其他用电器件供电。
139.具体的，电池监控模拟前端afe的供电电路的第一输出端vout1与电池监控模拟前端afe的供电端vreg相连，电池监控模拟前端afe的供电电路的第二输出端连接vcu、bms和其他用电器件。
140.本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
141.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
142.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。