CN105470595B - 级联式电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种级联式电池管理系统，所述级联式电池管理系统包括级联式信号采集均衡保护电路，电压及温度处理电路，电流采集电路，数据处理及通信电路，级联式信号采集均衡保护电路分别采集电池组各节电池电压信号至电压及温度处理电路，数据处理及通讯电路分别收集电压及温度处理电路处理的各单体电池的电压、温度信号及电流采集电路采集的电池回路充放电的电流信息进行电池的荷电状态估计、实现各单体电池的电压均衡及超温、低温、欠压、过压、过充、过放等保护，同时将电池信息通过数据处理及通信电路与车载中控系统交互。
Description
技术领域
本发明涉及一种级联式电池管理系统，属于动力电池应用技术领域。
背景技术
在能源资源日益紧缺和环境污染问题愈演愈烈的今天，全球汽车行业都面临着产品保留与技术革新的巨大挑战。现阶段,随着整体生活水平的提高,越来越多的汽车尾气排放无疑在一定程度上再次加重了全球大气污染和越来越频繁的雾霾天气。使用高效清洁的能源来替代传统动力源将成为汽车动力改革的主要方面,因此,加快实现汽车动力系统的电气化已成为各国缓解能源环境问题的重中之重。电池作为一种传统储能供电设备，其使用已经获得我国各行各业的认可，而且随着电池技术和工艺的不断提升，单体功率更大，更安全的电池逐渐面世，不但拓展了传统电池供电设备的应用场合，也衍生了一些适合新能源电动汽车的动力系统。
但当大量的动力电池进行串联时，由于电池特性的差异，电池组的整体特性将由最差的单体决定，即所谓的木桶效应，必须增加电池管理系统以实现对不同单体的电压、电流、荷电状态、温度等变量进行监测，并采取合适的平衡与热管理方法。传统的电池管理系统多为集中式的电池管理系统，成本相对较低，但连线较多，信号采集受干扰较为严重，管理系统可靠性大打折扣，并且针对不同数量的电池组需单独设计，可扩展性极差；同时，该电池管理系统通过采取电池组温度检测或某几个单体电池温度检测来衡量电池组内个电池的温度，误差较大，不能对各单体进行超温保护，其改进方法是，采用分布式采集方案，每个电池的温度采集都采用一个底层的控制板，通过CAN总线与主控制器相连，该方法避免单体电池温度检测误差较大的现象，但成本太高，底层控制板没有得到充分利用。因此，迫切的需要一种新的方案解决该技术问题。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种级联式电池管理系统，该技术方案可以提高电池管理系统的可靠性，实现对电池组各单体电压、温度的实时检测，可依据电池信息对单体电池进行均衡管理，同时具备良好的可扩展性，成本较低。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种级联式电池管理系统，所述级联式电池管理系统包括级联式信号采集均衡保护电路，电压及温度处理电路，电流采集电路，数据处理及通信电路，级联式信号采集均衡保护电路分别采集电池组各节电池电压信号至电压及温度处理电路，数据处理及通讯电路分别收集电压及温度处理电路处理的各单体电池的电压、温度信号及电流采集电路采集的电池回路充放电的电流信息进行电池的荷电状态估计及超温、低温、欠压、过压、过充、过放等保护，同时将电池信息通过数据处理及通信电路与车载中控系统交互，电流采集电路采集电池组充放电电流信息传输至数据处理及通信电路，数据处理及通讯电路根据实时电流信息进行电池的荷电状态监测，避免电池出现过放、过充现象。
作为本发明的一种改进，所述级联式信号采集均衡保护电路由基准电位摄取电路及多个单级电位采集均衡保护电路级联组成，其中单级电位采集均衡保护电路的数量大于等于2的正整数。
作为本发明的一种改进，所述基准电位摄取电路包含一个采样电路和保险F0，采样电路具体由一个滤波电容C0和采样电阻R0组成，滤波电容C0两端分别与基准电位和公共地连接，采样电阻R0的两端分别和基准电位和保险FO连接，保险FO的另一端与电压及温度处理电路连接。
作为本发明的一种改进，所述单级电位采集均衡保护电路由采样电路、均衡保护电路和保险F1组成，第一节电池的正电位点与采样电路的输入端连接，采样电路的输出端连接着均衡保护电路的输入端口1，均衡保护电路的输入端口2与电压及温度处理电路相连，均衡保护电路的输出端口4与前级采样电路的输出端相连，均衡保护电路的输出端口3经保险F1与电压及温度处理电路。
作为本发明的一种改进，单级电位采集均衡保护电路中的采样电路由一个滤波电容C1和采样电阻R1组成，滤波电容C1两端分别与第一节电池的正电位点和公共地连接，采样电阻R1的一端与第一节电池的正电位点相连，另一端作为采样电路的输出端与均衡保护电路的输入端口1相连。
作为本发明的一种改进，所述均衡保护电路由电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C11、发光二极管D11、肖特基二极管D12、肖特基二极管D13、可控开关器件T1组成，电阻R11与发光二极管D11串联后与电阻R12并联，R12的两端分别与均衡保护电路的输入端口1与可控开关器件T1的引脚1相连，均衡保护电路的输入端口2经电阻R13与可控开关器件T1的引脚2相连，电阻R13和肖特基二极管D12并联后分别接于可控开关器件T1的引脚2和引脚3，电容C11与肖特基二极管D13并联，肖特基二极管D13的两端分别与可控开关器件T1的引脚3和均衡保护电路的输出端口3相连，均衡保护电路的输出端口3与输入端口1直连，输出端口4与可控开关器件T1的引脚3相连。
作为本发明的一种改进，所述电压及温度处理电路由温度信号采集电路和数据处理模块组成。各级电压及温度处理电路通过SPI总线传输逐级传输数据，数据处理及通信电路根据采集到的各个单体电池的电压、温度进行各单体电池的过压、欠压、超温、低温保护，同时依据不同单体间电压的差异，输出控制信号，控制级联式信号采集均衡保护电路中的电池均衡保护电路动作，保证各电池单体的电压趋于一致。
作为本发明的一种改进，所述温度信号采集电路有多路温度传感器PT、多路选择开关电路、光电隔离隔电路组成，多路温度传感器采集各电池组模块的温度信号与多路选择开关电路的输入端相连，数据处理及通信电路输出控制信号经光电隔离电路至多路选择开关电路的控制端，多路选择开关电路的输出端输出选择的电池的温度信号至数据处理模块。
作为本发明的一种改进，数据处理及通信电路包括数据处理芯片、CAN总线电路及485电路，数据处理芯片采集电压及温度处理电路采集的各电池组电压及温度信号进行电池状态监测及估算，数据处理芯片的CAN口与CAN总线电路相连，数据处理芯片的串口与485电路相连。
相对于现有技术，本发明的优点如下，（1）整个技术方案中所述的级联式结构设计巧妙，紧凑，结构简单，成本较低，可扩展性强；（2）该技术方案中单体电池电压及温度独立监测，减小误差，可实现单体电池的电压均衡，同时便于实现各种保护；（3）整个技术方案连接线较少，降低了系统的外界干扰，提高了电池管理系统的可靠性；（4）单级式数据处理结构，响应速度快，降低了主处理器的工作负荷，提高了电池管理系统的动态响应及准确性。
附图说明
图1是一种级联式电池管理系统原理框图；
图2是一种2级级联电池管理系统框图；
图3a-3b是本发明的电池信息采集均衡保护电路原理框图；
图4a-4h是本发明的均衡保护电路；
图5是本发明的温度信号采集及数据处理及通信电路原理框图；
图6是本发明的电流采集电路电路图；
图7是本发明的CAN总线电路图；
图8是本发明的485总线电路图；
图中：1、第一级电池信息采集均衡保护电路，2、第二级电池信息采集均衡保护电路，3、第一级电压及温度处理电路，4、第二级电压及温度处理电路，5、电流采集电路，6、数据处理及通信电路，10、基准电位摄取电路，11、第一级级联式电位采集均衡保护电路，12、第二级级联式电位采集均衡保护电路，13、第三级级联式电位采集均衡保护电路，14、第四级级联式电位采集均衡保护电路，111、采样电路，112、均衡保护电路，31、温度信号采集电路，32数据处理模块，311、多路选择开关电路，312、光电隔离隔电路，61、数据处理芯片，62、CAN总线电路，63、485总线电路。
具体实施方式
为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
实施例1：
本实施例以对8节电池进行分2组采样进行电池管理，如图1，2，3所示，本发明一种级联式电池管理系统，包括第一级电池信息采集均衡保护电路1，第二级电池信息采集均衡保护电路2，第一级电压及温度处理电路3，第二级电压及温度处理电路4，电流采集电路5，数据处理及通信电路6。
第一级电池信息采集均衡保护电路1由基准电位摄取电路10及多个单级电位采集均衡保护电路级联组成，具体包含基准电位摄取电路10，第一级级联式电位采集均衡保护电路11，第二级级联式电位采集均衡保护电路12，第三级级联式电位采集均衡保护电路13，第四级级联式电位采集均衡保护电路14，各级级联式电位采集均衡保护电路分别采集电池组各节电池电压信号至第一级电压及温度处理电路3。
参见图3b，第二级电池信息采集均衡保护电路2由基准电位摄取电路20及多个单级电位采集均衡保护电路级联组成，具体包含基准电位摄取电路20，第一级级联式电位采集均衡保护电路21，第二级级联式电位采集均衡保护电路22，第三级级联式电位采集均衡保护电路23，第四级级联式电位采集均衡保护电路24，第二级电压及温度处理电路4，各级级联式电位采集均衡保护电路分别采集电池组各节电池电压信号至第二级电压及温度处理电路4。
第一级电池信息采集均衡保护电路1与第二级电池信息采集均衡保护电路2的连接通过第一级电压及温度处理电路3与第二级电压及温度处理电路4及第四级级联式电位采集均衡保护电路14与第一级级联式电位采集均衡保护电路21的相互连接实现，具体第四级级联式电位采集均衡保护电路14与第一级级联式电位采集均衡保护电路21的两输入端分别接有电位电容C, 第一级电压及温度处理电路3与第二级电压及温度处理电路4通过串口通信（SPI）连接在一起。
数据处理及通信电路6分配不同的物理地址给第一级电压及温度处理电路3与第二级电压及温度处理电路4，采用寻址的方式分别实现对第一级电压及温度处理电路3、第二级电压及温度处理电路4内存储的电压信号及温度信号进行采集。
基准电位摄取电路10包含一个采样电路101和保险F01，采样电路101具体由一个滤波电容C01和采样电阻R01组成，滤波电容C01两端分别与第一组电池的基准电位和公共地连接，采样电阻R01的两端分别和第一组电池的基准电位和保险F01连接，保险F01的另一端与第一级电压及温度处理电路3连接；
第一级级联式电位采集均衡保护电路11由采样电路111、均衡保护电路112和保险F11组成，具体的，第一节电池的正电位点与采样电路111的输入端连接，采样电路111的输出端连接着均衡保护电路112的输入端口1，均衡保护电路112的输入端口2与第一级电压及温度处理电路3相连，均衡保护电路112的输出端口4与基准电位摄取电路10的采样电路101的输出端相连，均衡保护电路112的输出端口3经保险F11与第一级电压及温度处理电路3连接。
第一级级联式电位采集均衡保护电路11中的采样电路111具体由一个滤波电容C11和采样电阻R11组成，滤波电容C11两端分别与第一节电池的正电位点和公共地连接，采样电阻R11的一端与第一节电池的正电位点相连，另一端作为采样电路111的输出端与均衡保护电路112的输入端口1相连。
如图4a-4h所示，均衡保护电路112由电阻R111、电阻R112、电阻R113、电阻R114、电容C111、发光二极管D111、肖特基二极管D112、肖特基二极管D113、可控开关器件T11组成，电阻R111与发光二极管D111串联后与电阻R112并联，R112的两端分别与均衡保护电路112的输入端口1与可控开关器件T11的引脚1相连，均衡保护电路112的输入端口2经电阻R113与可控开关器件T11的引脚2相连，电阻R113和肖特基二极管D112并联后分别接于可控开关器件T11的引脚2和引脚3，电容C111与肖特基二极管D113并联，肖特基二极管D113的两端分别与可控开关器件T11的引脚3和均衡保护电路112的输出端口3相连，均衡保护电路112的输出端口3与输入端口1直连，输出端口4与可控开关器件T11的引脚3相连。
第二级级联式电位采集均衡保护电路12由采样电路121、均衡保护电路122和保险F12组成，具体的，第二节电池的正电位点与采样电路121的输入端连接，采样电路121的输出端连接着均衡保护电路122的输入端口1，均衡保护电路122的输入端口2与第一级电压及温度处理电路3相连，均衡保护电路122的输出端口4与第一级级联式电位采集均衡保护电路11的采样电路111的输出端相连，均衡保护电路122的输出端口3经保险F12与第一级电压及温度处理电路3连接。
第二级级联式电位采集均衡保护电路12中的采样电路121具体由一个滤波电容C21和采样电阻R21组成，滤波电容C21两端分别与第二节电池的正电位点和公共地连接，采样电阻R21的一端与第二节电池的正电位点相连，另一端作为采样电路121的输出端与均衡保护电路122的输入端口1相连。
参见图4b，均衡保护电路122由电阻R121、电阻R122、电阻R123、电阻R124、电容C121、发光二极管D121、肖特基二极管D122、肖特基二极管D123、可控开关器件T12组成，电阻R121与发光二极管D121串联后与电阻R122并联，R122的两端分别与均衡保护电路122的输入端口1与可控开关器件T12的引脚1相连，均衡保护电路122的输入端口2经电阻R123与可控开关器件T12的引脚2相连，电阻R123和肖特基二极管D122并联后分别接于可控开关器件T12的引脚2和引脚3，电容C121与肖特基二极管D123并联，肖特基二极管D123的两端分别与可控开关器件T12的引脚3和均衡保护电路122的输出端口3相连，均衡保护电路122的输出端口3与输入端口1直连，输出端口4与可控开关器件T12的引脚3相连。
第三级级联式电位采集均衡保护电路13由采样电路131、均衡保护电路132和保险F13组成，具体的，第三节电池的正电位点与采样电路131的输入端连接，采样电路131的输出端连接着均衡保护电路132的输入端口1，均衡保护电路132的输入端口2与第一级电压及温度处理电路3相连，均衡保护电路132的输出端口4与第二级级联式电位采集均衡保护电路12的采样电路121的输出端相连，均衡保护电路132的输出端口3经保险F13与第一级电压及温度处理电路3连接。
第三级级联式电位采集均衡保护电路13中的采样电路131具体由一个滤波电容C31和采样电阻R31组成，滤波电容C31两端分别与第三节电池的正电位点和公共地连接，采样电阻R31的一端与第三节电池的正电位点相连，另一端作为采样电路131的输出端与均衡保护电路132的输入端口1相连。
参见图4c，均衡保护电路132由电阻R131、电阻R132、电阻R133、电阻R134、电容C131、发光二极管D131、肖特基二极管D132、肖特基二极管D133、可控开关器件T31组成，电阻R131与发光二极管D131串联后与电阻R132并联，R132的两端分别与均衡保护电路132的输入端口1与可控开关器件T13的引脚1相连，均衡保护电路132的输入端口2经电阻R133与可控开关器件T13的引脚2相连，电阻R133和肖特基二极管D132并联后分别接于可控开关器件T13的引脚2和引脚3，电容C131与肖特基二极管D133并联，肖特基二极管D133的两端分别与可控开关器件T13的引脚3和均衡保护电路132的输出端口3相连，均衡保护电路132的输出端口3与输入端口1直连，输出端口4与可控开关器件T13的引脚3相连。
第四级级联式电位采集均衡保护电路14由采样电路141、均衡保护电路142和保险F14组成，具体的，第四节电池的正电位点与采样电路141的输入端连接，采样电路141的输出端连接着均衡保护电路142的输入端口1，均衡保护电路142的输入端口2与第一级电压及温度处理电路3相连，均衡保护电路142的输出端口4与第三级级联式电位采集均衡保护电路13的采样电路131的输出端相连，均衡保护电路142的输出端口3经保险F14与第一级电压及温度处理电路3连接。
第四级级联式电位采集均衡保护电路14中的采样电路141具体由一个滤波电容C41和采样电阻R41组成，滤波电容C41两端分别与第四节电池的正电位点和公共地连接，采样电阻R41的一端与第四节电池的正电位点相连，另一端作为采样电路141的输出端与均衡保护电路142的输入端口1相连。
参见图4d，均衡保护电路142由电阻R141、电阻R142、电阻R143、电阻R144、电容C141、发光二极管D141、肖特基二极管D142、肖特基二极管D143、可控开关器件T14组成，电阻R141与发光二极管D141串联后与电阻R142并联，R142的两端分别与均衡保护电路142的输入端口1与可控开关器件T14的引脚1相连，均衡保护电路142的输入端口2经电阻R143与可控开关器件T14的引脚2相连，电阻R143和肖特基二极管D142并联后分别接于可控开关器件T14的引脚2和引脚3，电容C141与肖特基二极管D143并联，肖特基二极管D143的两端分别与可控开关器件T14的引脚3和均衡保护电路142的输出端口3相连，均衡保护电路142的输出端口3与输入端口1直连，输出端口4与可控开关器件T14的引脚3相连。
基准电位摄取电路20包含一个采样电路201和保险F02，采样电路201具体由一个滤波电容C02和采样电阻R02组成，滤波电容C02两端分别与第二组电池的基准电位和公共地连接，采样电阻R02的两端分别和第二组电池的基准电位和保险F02连接，保险F02的另一端与第二级电压及温度处理电路4连接；
参见图3b，第一级级联式电位采集均衡保护电路21由采样电路211、均衡保护电路212和保险F21组成，具体的，第二组的第一节电池的正电位点与采样电路211的输入端连接，采样电路211的输出端连接着均衡保护电路212的输入端口1，均衡保护电路212的输入端口2与第二级电压及温度处理电路4相连，均衡保护电路212的输出端口4与基准电位摄取电路20的采样电路201的输出端相连，均衡保护电路212的输出端口3经保险F21与第二级电压及温度处理电路4连接。
第一级级联式电位采集均衡保护电路21中的采样电路211具体由一个滤波电容C51和采样电阻R51组成，滤波电容C51两端分别与第二组的第一节电池的正电位点和公共地连接，采样电阻R51的一端与第二组的第一节电池的正电位点相连，另一端作为采样电路211的输出端与均衡保护电路212的输入端口1相连。
均衡保护电路212由电阻R211、电阻R212、电阻R213、电阻R214、电容C211、发光二极管D211、肖特基二极管D212、肖特基二极管D213、可控开关器件T21组成，电阻R211与发光二极管D211串联后与电阻R212并联，R212的两端分别与均衡保护电路212的输入端口1与可控开关器件T21的引脚1相连，均衡保护电路212的输入端口2经电阻R213与可控开关器件T21的引脚2相连，电阻R213和肖特基二极管D212并联后分别接于可控开关器件T21的引脚2和引脚3，电容C211与肖特基二极管D213并联，肖特基二极管D213的两端分别与可控开关器件T21的引脚3和均衡保护电路212的输出端口3相连，均衡保护电路212的输出端口3与输入端口1直连，输出端口4与可控开关器件T21的引脚3相连。
第二级级联式电位采集均衡保护电路22由采样电路221、均衡保护电路222和保险F22组成，具体的，第二组的第二节电池的正电位点与采样电路221的输入端连接，采样电路221的输出端连接着均衡保护电路222的输入端口1，均衡保护电路222的输入端口2与第二级电压及温度处理电路4相连，均衡保护电路222的输出端口4与第一级级联式电位采集均衡保护电路21的采样电路211的输出端相连，均衡保护电路222的输出端口3经保险F22与第二级电压及温度处理电路4连接。
第二级级联式电位采集均衡保护电路22中的采样电路221具体由一个滤波电容C61和采样电阻R61组成，滤波电容C61两端分别与第二节电池的正电位点和公共地连接，采样电阻R61的一端与第二节电池的正电位点相连，另一端作为采样电路221的输出端与均衡保护电路222的输入端口1相连。
均衡保护电路222由电阻R221、电阻R222、电阻R223、电阻R224、电容C221、发光二极管D221、肖特基二极管D222、肖特基二极管D223、可控开关器件T22组成，电阻R221与发光二极管D221串联后与电阻R222并联，R222的两端分别与均衡保护电路222的输入端口1与可控开关器件T22的引脚1相连，均衡保护电路222的输入端口2经电阻R223与可控开关器件T22的引脚2相连，电阻R223和肖特基二极管D222并联后分别接于可控开关器件T22的引脚2和引脚3，电容C221与肖特基二极管D223并联，肖特基二极管D223的两端分别与可控开关器件T22的引脚3和均衡保护电路222的输出端口3相连，均衡保护电路222的输出端口3与输入端口1直连，输出端口4与可控开关器件T22的引脚3相连。
第三级级联式电位采集均衡保护电路23由采样电路231、均衡保护电路232和保险F23组成，具体的，第三节电池的正电位点与采样电路231的输入端连接，采样电路231的输出端连接着均衡保护电路232的输入端口1，均衡保护电路232的输入端口2与第二级电压及温度处理电路4相连，均衡保护电路232的输出端口4与第二级级联式电位采集均衡保护电路22的采样电路221的输出端相连，均衡保护电路232的输出端口3经保险F23与第二级电压及温度处理电路4连接。
第三级级联式电位采集均衡保护电路23中的采样电路231具体由一个滤波电容C71和采样电阻R71组成，滤波电容C71两端分别与第三节电池的正电位点和公共地连接，采样电阻R71的一端与第三节电池的正电位点相连，另一端作为采样电路231的输出端与均衡保护电路232的输入端口1相连。
均衡保护电路232由电阻R231、电阻R232、电阻R233、电阻R234、电容C231、发光二极管D231、肖特基二极管D232、肖特基二极管D133、可控开关器件T23组成，电阻R231与发光二极管D231串联后与电阻R232并联，R232的两端分别与均衡保护电路232的输入端口1与可控开关器件T23的引脚1相连，均衡保护电路232的输入端口2经电阻R233与可控开关器件T23的引脚2相连，电阻R233和肖特基二极管D232并联后分别接于可控开关器件T23的引脚2和引脚3，电容C231与肖特基二极管D233并联，肖特基二极管D233的两端分别与可控开关器件T23的引脚3和均衡保护电路232的输出端口3相连，均衡保护电路232的输出端口3与输入端口1直连，输出端口4与可控开关器件T23的引脚3相连。
第四级级联式电位采集均衡保护电路24由采样电路241、均衡保护电路242和保险F24组成，具体的，第四节电池的正电位点与采样电路241的输入端连接，采样电路241的输出端连接着均衡保护电路242的输入端口1，均衡保护电路242的输入端口2与第二级电压及温度处理电路4相连，均衡保护电路242的输出端口4与第三级级联式电位采集均衡保护电路23的采样电路231的输出端相连，均衡保护电路242的输出端口3经保险F24与第二级电压及温度处理电路4连接。
第四级级联式电位采集均衡保护电路24中的采样电路241具体由一个滤波电容C81和采样电阻R81组成，滤波电容C81两端分别与第四节电池的正电位点和公共地连接，采样电阻R81的一端与第四节电池的正电位点相连，另一端作为采样电路241的输出端与均衡保护电路242的输入端口1相连。
均衡保护电路242由电阻R241、电阻R242、电阻R243、电阻R244、电容C241、发光二极管D241、肖特基二极管D242、肖特基二极管D243、可控开关器件T24组成，电阻R241与发光二极管D241串联后与电阻R242并联，R242的两端分别与均衡保护电路242的输入端口1与可控开关器件T24的引脚1相连，均衡保护电路242的输入端口2经电阻R243与可控开关器件T24的引脚2相连，电阻R243和肖特基二极管D242并联后分别接于可控开关器件T24的引脚2和引脚3，电容C241与肖特基二极管D243并联，肖特基二极管D243的两端分别与可控开关器件T24的引脚3和均衡保护电路242的输出端口3相连，均衡保护电路242的输出端口3与输入端口1直连，输出端口4与可控开关器件T24的引脚3相连。
第一级电压及温度处理电路3由温度信号采集电路31和数据处理模块32组成，第一组电池组的4块电池温度信号，通过温度信号采集电路31采集，并传输到数据处理模块32，数据处理模块32通过SPI总线传输逐级传输第一组电池组的电压及电流数据。
第二级电压及温度处理电路4由温度信号采集电路41和数据处理模块42组成，第二组电池组的4块电池温度信号，通过温度信号采集电路41采集，并传输到数据处理模块42，数据处理模块42通过SPI总线传输逐级传输第二组电池组的电压及电流数据。
如图5所示，温度采集电路31有4路温度传感器PT11~PT14、多路选择开关电路311、2路光电隔离隔电路312组成，4路温度传感器PT11~PT14采集第一组电池组4块电池的温度信号与多路选择开关电路311的输入端相连，数据处理及通信电路6输出控制信号经光电隔离电路312至多路选择开关电路311的控制端，多路选择开关电路311的输出端输出选择的电池的温度信号至第一级电压及温度处理电路3的数据处理模块32进行存储。
温度采集电路41有4路温度传感器PT21~PT24、多路选择开关电路411、2路光电隔离隔电路412组成，4路温度传感器PT11~PT14采集第二组电池组4块电池的温度信号与多路选择开关电路411的输入端相连，数据处理及通信电路6输出控制信号经光电隔离电路412至多路选择开关电路411的控制端，多路选择开关电路411的输出端输出选择的电池的温度信号至第二级电压及温度处理电路4的数据处理模块42进行存储。
如图6 所示，电流采集电路5采集电池组充放电电流信息传输至数据处理及通信电路6，具体的电流采集电路5由电容C501、电容C502、电容C503、电容C504、电阻R501、电阻R502、电阻R503、电阻R504、电阻R505、电阻R506、电阻R507、电阻R508、电阻R509、运算放大器U1、运算放大器U2组成。电容C501、电阻R501、电容C502依次串联，通过电阻R501对电流传感器传输来的差分信号AD1+、AD1-进行采样，分别经电阻R502、电阻R503与运算放大器U1的输入端引脚2、3连接，电阻R504与电容C503并联后分别与运算放大器U1的输入端引脚3与模拟地相连接，运算放大器U1的的引脚2与引脚6之间并联有电容C504、电阻R506，运算放大器U1的引脚7与引脚4分别连接+12V与-12V电压，运算放大器U1的输出端引脚6经电阻R507与运算放大器U2的引脚5连接，电阻R506分别与运算放大器U2的输入端引脚5和直流电源+2.5V连接，电阻R508分别与运算放大器U2的输入端引脚6和模拟地连接，运算放大器U2的输入端引脚6与输出端引脚7之间并联有电阻R509，运算放大器U2的引脚4与引脚11分别与直流电源的+5V与地相连。
数据处理及通信电路6包含数据处理芯片61、CAN总线电路62及485电路63组成，数据处理芯片61采集分别采集电池组充放电电流信息、第一级电压及温度处理电路3、第二级电压及温度处理电路4中处理后的各电池组电压及温度信号进行电池状态监测及电池荷电状态的估算，数据处理芯片61的CAN口与CAN总线电路62相连，数据处理芯片61的串口与485电路63相连。
如图7所示，CAN总线电路62由隔离转换芯片U60、CAN总线芯片U61、滤波电感L1、双向稳压二极管D61、双向稳压二极管D62、双向稳压二极管D63、肖特基二极管D64，电阻R620、电阻R621、电阻R622、电阻R623、电阻R624、电阻R625、电阻R626、电阻R627、电容C620组成。隔离转换芯片U60的引脚1、引脚4、引脚6、引脚7分别经电阻R620、电阻R621、电阻R623、电阻R622与直流电源+5V连接，隔离转换芯片U60的引脚2和引脚6分别与数据处理芯片61的CAN_TX、CAN_RX口相连接；隔离转换芯片U60的引脚3与CAN总线芯片U61的引脚4相连，隔离转换芯片U60的引脚8与直流电源+5V相连，隔离转换芯片U60的引脚5与地相连，隔离转换芯片U60的引脚7与CAN总线芯片U61的引脚1相连，用于传输发送信息, CAN总线芯片U61的引脚3与直流电源+5V相连,电容C620两端分别连接直流电源+5V和地，CAN总线芯片U61的引脚7与滤波电感L1的引脚1相连，CAN总线芯片U61的引脚6、引脚2及串联电阻R624后的引脚8均与滤波电感L1的引脚4连接在一起，滤波电感L1的引脚2和引脚3分别串接电阻R626、电阻R627作为CAN总线的两个端口ECAN_TX、ECAN_RX, 双向稳压二极管D61与双向稳压二极管D62串联与电阻R625、双向稳压二极管D63共同并联与滤波电感L1的引脚2和引脚3，肖特基二极管D64并联于CAN总线的两个端口ECAN_TX、ECAN_RX。
如图8所示，485总线电路63由隔离转换芯片U63、隔离转换芯片U64、串口总线芯片U65、双向稳压二极管D65、双向稳压二极管D66、双向稳压二极管D67、肖特基二极管D68，电阻R631、电阻R632、电阻R633、电阻R634、电阻R635、电阻R636、电阻R637、电阻R638、电阻R639、电阻R640组成。隔离转换芯片U63的引脚1、引脚4、引脚6、引脚7分别经电阻R636、电阻R635、电阻R631、电阻R632与直流电源+5V连接，隔离转换芯片U63的引脚8与直流电源+5V相连，隔离转换芯片U63的引脚5与地相连，隔离转换芯片U63的引脚6与数据处理芯片61的串口SCI_RX相连接，隔离转换芯片U63的引脚3与串口总线芯片U65的引脚1相连,隔离转换芯片U64的引脚1、引脚4、引脚6、引脚7分别经电阻R633、电阻R634、电阻R638、电阻R637与直流电源+5V连接，隔离转换芯片U64的引脚2和引脚3分别与数据处理芯片61的串口SCI_CTR、SCI_TX口相连接；隔离转换芯片U64的引脚6和引脚7分别与串口总线芯片U65的引脚4和引脚2相连，隔离转换芯片U64的引脚8与直流电源+5V相连，隔离转换芯片U64的引脚5与地相连，串口总线芯片U65的引脚8与直流电源+5V相连，串口总线芯片U65的引脚5与地相连，串口总线芯片U65的引脚3和引脚2相连，串口总线芯片U65的引脚7与引脚6分别串接电阻R639、电阻R640作为485总线的两个端口E485_B、E485_A，双向稳压二极管D65与双向稳压二极管D66串联与双向稳压二极管D67共同并联与串口总线芯片U65的引脚7和引脚6，肖特基二极管D68并联于485总线的两个端口E485_B、E485_A。
需要说明的是，上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上作出的等同替换或者替代，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种级联式电池管理系统，其特征在于，所述级联式电池管理系统包括电流采集电路、数据处理及通信电路、级联式电池信息采集均衡保护电路及与所述电池信息采集均衡保护电路对应的电压及温度处理电路，级联式电池信息采集均衡保护电路分别采集电池组各节电池电压信号至对应的电压及温度处理电路，数据处理及通信电路分别收集各电压及温度处理电路处理的各单体电池的电压、温度信号及电流采集电路采集的电池回路充放电的电流信息，同时将电池信息通过数据处理及通信电路与车载中控系统交互，数据处理及通信电路根据收集的实时电流信息进行电池的荷电状态监测，实现各单体电池的电压均衡及超温、低温、欠压、过压、过充、过放保护，所述级联式电池信息采集均衡保护电路由基准电位摄取电路及多个单级电位采集均衡保护电路级联组成，所述基准电位摄取电路包含一个第一采样电路和保险F0，第一采样电路具体由一个滤波电容C0和采样电阻R0组成，滤波电容C0两端分别与基准电位和公共地连接，采样电阻R0的两端分别与基准电位和保险F0连接，保险F0的另一端与电压及温度处理电路连接，所述单级电位采集均衡保护电路由第二采样电路、均衡保护电路和保险F1组成，与该单级电位采集均衡保护电路对应的节的电池的正电位点与该第二采样电路的输入端连接，该第二采样电路的输出端连接着均衡保护电路的第一输入端口，均衡保护电路的第二输入端口与对应的电压及温度处理电路相连，均衡保护电路的第一输出端口与前级电路的采样电路的输出端相连，均衡保护电路的第二输出端口经保险F1与电压及温度处理电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种级联式电池管理系统，其特征在于，所述单级电位采集均衡保护电路中的第二采样电路由一个滤波电容C1和采样电阻R1组成，滤波电容C1两端分别与该单级电位采集均衡保护电路对应的节的电池的正电位点和公共地连接，采样电阻R1的一端与该单级电位采集均衡保护电路对应的节的电池的正电位点相连，采样电阻R1的另一端作为第二采样电路的输出端与均衡保护电路的第一输入端口相连。
3.根据权利要求2所述的一种级联式电池管理系统，其特征在于，所述单级电位采集均衡保护电路的均衡保护电路由电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C11、发光二极管D11、肖特基二极管D12、肖特基二极管D13和可控开关器件T1组成，电阻R11与发光二极管D11串联后与电阻R12并联，电阻R12的两端分别与均衡保护电路的第一输入端口和可控开关器件T1的引脚1相连，均衡保护电路的第二输入端口经电阻R13与可控开关器件T1的引脚2相连，电阻R14和肖特基二极管D12并联后分别接于可控开关器件T1的引脚2和引脚3，电容C11与肖特基二极管D13并联，肖特基二极管D13的两端分别与可控开关器件T1的引脚3和均衡保护电路的第二输出端口相连，均衡保护电路的第二输出端口与均衡保护电路的第一输入端口直连，均衡保护电路的第一输出端口与可控开关器件T1的引脚3相连。
4.根据权利要求2或3所述的一种级联式电池管理系统，其特征在于，所述电压及温度处理电路由温度信号采集电路和数据处理模块组成。
5.根据权利要求4所述的一种级联式电池管理系统，其特征在于，所述温度信号采集电路由多路温度传感器PT、多路选择开关电路和光电隔离电路组成，多路温度传感器PT采集各电池组模块的电池的温度信号，多路温度传感器PT与多路选择开关电路的输入端相连，数据处理及通信电路输出控制信号经光电隔离电路至多路选择开关电路的控制端，多路选择开关电路的输出端输出选择的电池的温度信号至数据处理模块。
6.根据权利要求5所述的一种级联式电池管理系统，其特征在于，数据处理及通信电路包括数据处理芯片、CAN总线电路及485总线电路，数据处理芯片采集电压及温度处理电路采集的各电池组电压及温度信号进行电池状态监测及估算，数据处理芯片的CAN口与CAN总线电路相连，数据处理芯片的串口与485总线电路相连。
7.根据权利要求6所述的一种级联式电池管理系统，其特征在于，单级电位采集均衡保护电路的数量为大于或等于2的正整数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Cascaded battery management system Effective date of registration: 20190909 Granted publication date: 20180109 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Xuzhou Copper Mt branch Pledgor: CHINA MINING DRIVES & AUTOMATION Co.,Ltd. Registration number: Y2019320000124 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20210611 Granted publication date: 20180109 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Xuzhou Copper Mt branch Pledgor: CHINA MINING DRIVES & AUTOMATION Co.,Ltd. Registration number: Y2019320000124 |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 221116 No. second Zhujianglu Road Industrial Park, Xuzhou high tech Zone, Jiangsu 7 Patentee after: Jiangsu Guochuan Electric Co.,Ltd. Address before: 221116 No. second Zhujianglu Road Industrial Park, Xuzhou high tech Zone, Jiangsu 7 Patentee before: CHINA MINING DRIVES & AUTOMATION Co.,Ltd. |