CN106124994A - 一种电动汽车的电池参数检测装置和电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明实施方式公开了一种电动汽车的电池参数检测装置和电动汽车。电池参数检测装置包括：电流检测模块，用于利用低温漂精密电阻检测电池电流信号；电池预充电压信号检测模块，用于采用分压方式检测电池预充电压信号；电池总电压信号检测模块，用于采用分压方式检测电池总电压信号；温度信号检测模块，用于利用热敏电阻检测所述低温漂精密电阻的温度信号；信号放大和转换模块，用于放大所述电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和所述低温漂精密电阻的温度信号，并将放大后的所述电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和所述低温漂精密电阻的温度信号转换为数字格式。本发明实施方式可以降低电池参数检测误差。

Description

一种电动汽车的电池参数检测装置和电动汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，更具体地，涉及一种电动汽车的电池参数检测装置和电动汽车。
背景技术
国家最新标准《汽车和挂车类型的术语和定义》(GB/T 3730.1-2001)中对汽车有如下定义：由动力驱动，具有4个或4个以上车轮的非轨道承载的车辆，主要用于：载运人员和(或)货物；牵引载运人员和(或)货物的车辆；特殊用途。能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈，给人们的生活带来巨大影响，直接关系到国家经济和社会的可持续发展。世界各国都在积极开发新能源技术。
电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车，被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径。混合动力汽车同时兼顾纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势，在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下，有效地提高了燃油经济性，降低了排放，被认为是当前节能和减排的有效路径之一。
在现有技术的电动汽车，通常利用精密电阻方法采集电池电流。然而，由于普通的精密电阻自身温度漂移比较大，无法得到有效补偿，因此采集出的电池电流误差较大，导致电池参数检测误差较大。
发明内容
本发明的目的是提出一种电动汽车的电池参数检测装置和电动汽车，从而降低电池参数检测误差。
根据本发明实施方式的一方面，一种电动汽车的电池参数检测装置，包括：
电流检测模块，用于利用低温漂精密电阻检测电池电流信号；
电池预充电压信号检测模块，用于采用分压方式检测电池预充电压信号；
电池总电压信号检测模块，用于采用分压方式检测电池总电压信号；
温度信号检测模块，用于利用热敏电阻检测所述低温漂精密电阻的温度信号；
信号放大和转换模块，用于放大所述电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和所述低温漂精密电阻的温度信号，并将放大后的所述电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和所述低温漂精密电阻的温度信号转换为数字格式。
在一个实施方式中，还包括：
控制单元，用于基于转换为数字格式的电池电流信号、电池预充电压信号或电池总电压信号计算电池荷电状态或电池健康状况，和/或基于所述低温漂精密电阻的温度信号控制流经所述低温漂精密电阻的电流；
数字隔离器，布置在信号放大和转换模块与控制单元之间。
在一个实施方式中，还包括：
通知模块，与所述信号放大和转换模块和控制单元分别连接，用于在信号放大和转换模块放大并转换所述电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和所述低温漂精密电阻的温度信号之后，通知控制单元从信号放大和转换模块获取所述放大和转换后的电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和低温漂精密电阻的温度信号。
在一个实施方式中，所述电流检测模块包括：
低温漂精密电阻；
瞬态电压抑制二极管；
第一三端电容和第二三端电容；
第一滤波电容和第二滤波电容；其中所述低温漂精密电阻的温度系数小于50PPM/K。
在一个实施方式中，所述电池预充电压信号检测模块包括：
在预充电压端和电池负极之间连接的第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻；
低通滤波电阻和低通滤波电容；
高频滤波电容(C8)。
在一个实施方式中，所述温度信号检测模块包括：
与基准电压端连接的电阻；
与电阻和信号放大和转换模块连接的热敏电阻，该热敏电阻还与低通滤波电容和高频滤波电容分别连接；
该热敏电阻为正温度系数热敏电阻或负温度系数热敏电阻。
在一个实施方式中，所述电池总电压信号检测模块包括：
在电池正极与电池负极之间连接的第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻和第八分压电阻；
低通滤波电阻；
低通滤波电容。
在一个实施方式中，所述信号放大和转换模块为AS8510芯片；所述通知模块包括：
与所述AS8510芯片的INT引脚连接的电阻；
与电阻连接的光电耦合器；
与光电耦合器连接的电阻，该电阻与控制单元连接。
在一个实施方式中，所述数字隔离器为ADUM5401芯片；所述信号放大和转换模块为AS8510芯片；所述ADUM5401芯片还用于为AS8510芯片(U2)提供隔离电源；
所述ADUM5401芯片的引脚3、引脚4、引脚5和引脚6与控制单元连接；所述ADUM5401芯片的引脚11、引脚12、引脚13和引脚14分别连接AS8510芯片。
一种电动汽车，包括如上所述的电动汽车的电池参数检测装置。
从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，电流检测模块，用于利用低温漂精密电阻检测电池电流信号；电池预充电压信号检测模块，用于采用分压方式检测电池预充电压信号；电池总电压信号检测模块，用于采用分压方式检测电池总电压信号；温度信号检测模块，用于利用热敏电阻检测低温漂精密电阻的温度信号；信号放大和转换模块，用于放大电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和低温漂精密电阻的温度信号，并将放大后的电池电流信号、放大后的电池预充电压信号、放大后的电池总电压信号和放大后的低温漂精密电阻的温度信号转换为数字格式。本发明实施方式可以降低电池参数检测误差。
附图说明
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1为根据本发明电动汽车的电池参数检测装置的结构图。
图2为根据本发明电动汽车的电池参数检测装置的示范性电路结构图。
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。
在本发明实施方式中，低温漂精密电阻作为电流采集器件，而且利用精密电阻串联分压方式分别采集电池预充电压和电池总电压，利用热敏电阻与精密电阻串联分压方式采集低温漂精密电阻的温度，而且可以使用高精度AS8510作为信号放大及转换芯片，使用ADUM5401作为数字隔离器，最终将电流、电压、温度信号传入微处理器(MCU)进行处理。
图1为根据本发明电动汽车的电池参数检测装置的结构图。
如图1所示，该装置100包括：
电流检测模块101，用于利用低温漂精密电阻检测电池电流信号；
电池预充电压信号检测模块102，用于采用分压方式检测电池预充电压信号；
电池总电压信号检测模块103，用于采用分压方式检测电池总电压信号；
温度信号检测模块104，用于利用热敏电阻检测所述低温漂精密电阻的温度信号；
信号放大和转换模块105，用于放大所述电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和所述低温漂精密电阻的温度信号，并将放大后的所述电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和低温漂精密电阻的温度信号转换为数字格式。
电流检测模块101，可以采用低温漂精密电阻作为电流采集器件。低温漂精密电阻作为分流器。具体地，低温漂精密电阻是要求电阻的阻值误差、电阻的热稳定性(温度系数)、电阻器的分布参数(分布电容和分布电感)等项指标均达到一定标准的电阻器。比如，低温漂精密电阻的温度系数(范围为20-60摄氏度)小于50ppm/k，而且应用温度范围为(－40摄氏度到170摄氏度)。
电池预充电压信号检测模块102和电池总电压信号检测模块103，可以分别采用精密电阻串联分压方式采集电池预充电压和电池总电压。温度信号检测模块104，可以采用热敏电阻与精密电阻串联分压方式采集电池温度。
在一个实施方式中，电流检测模块101包括：低温漂精密电阻；瞬态电压抑制二极管；第一三端电容和第二三端电容；第一滤波电容和第二滤波电容；其中所述低温漂精密电阻的温度系数小于50PPM/K。
在一个实施方式中，电池预充电压信号检测模块102包括：在预充电压端和电池负极之间连接的第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻；低通滤波电阻和低通滤波电容；高频滤波电容。其中，分压电阻的数目可以相应增加或减少，本发明对此并无限定。
在一个实施方式中，温度信号检测模块104包括：与基准电压端连接的电阻；与电阻和信号放大和转换模块连接的热敏电阻，该热敏电阻还与低通滤波电容和高频滤波电容分别连接；该热敏电阻具体可以实施为正温度系数热敏电阻或负温度系数热敏电阻。
在一个实施方式中，电池总电压信号检测模块103包括：在电池正极与电池负极之间连接的第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻和第八分压电阻；低通滤波电阻；低通滤波电容。其中，分压电阻的数目可以相应增加或减少，本发明对此并无限定。
在一个实施方式中，该装置还包括：
控制单元106，用于基于转换为数字格式的电池电流信号、电池预充电压信号和/或电池总电压信号，计算电池荷电状态或电池健康状况，和/或基于所述低温漂精密电阻的温度信号控制流经所述低温漂精密电阻的电流；
数字隔离器107，布置在信号放大和转换模块105与控制单元106之间。
比如，当控制单元106基于温度信号检测模块104提供的低温漂精密电阻的温度信号判定电流检测模块101中的低温漂精密电阻温度大于预定的温度门限值时，降低流经低温漂精密电阻的电流。
具体地，控制单元106可以实施为单片机或单板机。或者，控制单元106可以实施为一或多个现场可编程门阵列；或，一现场可编程门阵列，所述现场可编程门阵列集成一或多个处理器核；或，一或多个处理器和一或多个现场可编程门阵列；或，一或多个处理器和一或多个协处理器阵列；或，一或多个处理器。
在一个实施方式中，该装置还包括：
通知模块108，与信号放大和转换模块105和控制单元106分别连接，用于在信号放大和转换模块105放大并转换电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和低温漂精密电阻的温度信号之后，通知控制单元106从信号放大和转换模块105获取放大和转换后的电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和低温漂精密电阻的温度信号。
在一个实施方式中，信号放大和转换模块105为AS8510芯片；通知模块108包括：与所述AS8510芯片的INT引脚连接的电阻；与该电阻连接的光电耦合器；与光电耦合器连接的电阻，该电阻与控制单元连接。
在一个实施方式中，数字隔离器107为ADUM5401芯片；信号放大和转换模块105为AS8510芯片；所述ADUM5401芯片的引脚3、引脚4、引脚5和引脚6与控制单元106连接；ADUM5401芯片的引脚11、引脚12、引脚13和引脚14分别连接AS8510芯片U2。
以上以ADUM5401芯片、AS8510等具体的芯片型号为实例，对本发明实施方式进行了具体描述。本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合具体电路图对本发明进行示范性阐述
图2为根据本发明电动汽车的电池参数检测装置的示范性电路结构图。
如图2所示，信号放大和转换模块105具体实施为AS8510芯片U2，数字隔离器107具体实施为ADUM5401芯片U3。
低温漂精密电阻I1、瞬态二极管D1、第一三端电容W1、第二三端电容W2、第一滤波电容C1、第二滤波电容C4和电容C3共同构成电流检测模块101，其中低温漂精密电阻R1的温度系数小于50PPM/K。电容C3用于过滤差分信号。在低温漂精密电阻R1上流过电池电流I1。而且，AS8510芯片U2的RSHH引脚(引脚1)和RSHL引脚(引脚2)分别连接电流检测模块101。GNDISOA表示接地。
AS8510芯片U2通过RSHH引脚和RSHL引脚引入电池电流信号，并对电池电流信号执行信号放大和数字转换处理，得到数字格式的电池电流信号。
在图2中，电池预充电压信号检测模块102具体包括：在预充电压端(PRE)和电池负极(BAT－)之间的第一分压电阻R5、第二分压电阻R6、第三分压电阻R7和第四分压电阻R9；低通滤波电阻R8和低通滤波电容C7；高频滤波电容C8。而且，AS8510芯片U2的ETR引脚(引脚7)连接电池预充电压信号检测模块102。
AS8510芯片U2通过ETR引脚引入电池预充电压信号，并对电池预充电压信号执行信号放大和数字转换处理，得到数字格式的电池预充电压信号。
温度信号检测模块104包括：与基准电压端REF(比如，1.225伏特)连接的电阻R12；与电阻R12连接的热敏电阻R10，该热敏电阻R10还与AS8510芯片U2的ETS引脚(引脚8)连接。该热敏电阻R10还与低通滤波电容C7和高频滤波电容C8分别连接；该热敏电阻R10为正温度系数热敏电阻或负温度系数热敏电阻。在具体布线中，热敏电阻R10布置在低温漂精密电阻I1的周边位置，从而可以测量低温漂精密电阻I1的温度。
AS8510芯片U2通过ETS引脚引入低温漂精密电阻I1的温度信号，并对低温漂精密电阻I1的温度信号执行信号放大和数字转换处理，得到数字格式的低温漂精密电阻I1的温度信号。
电池总电压信号检测模块103包括：在电池正极(BAT+)与电池负极(BAT－)之间连接的第五分压电阻R13、第六分压电阻R14、第七分压电阻R15和第八分压电阻R17；低通滤波电阻R16；低通滤波电容C13。电池总电压信号检测模块103还可以包括去耦电容C14。
AS8510芯片U2的VBAT_IN引脚(引脚9)和VBAT_GND引脚(引脚10)分别连接电池总电压信号检测模块103。
AS8510芯片U2通过VBAT_IN引脚和VBAT_GND引脚引入电池总电压信号，并对电池总电压信号执行信号放大和数字转换处理，得到数字格式的电池总电压信号。
通知模块108包括：与AS8510芯片U2的INT引脚(引脚20)连接的电阻R3；与电阻R3连接的光电耦合器U1；与光电耦合器U1连接的电阻R4，该电阻R4与控制单元106连接。而且，数字隔离器107为ADUM5401芯片U3。ADUM5401芯片U3的引脚3、引脚4、引脚5和引脚6与控制单元106连接；ADUM5401芯片U3的引脚11、引脚12、引脚13和引脚14分别连接AS8510芯片U2。
通知模块108向控制单元(106)发出通知，从而控制单元106从AS8510芯片U2获取放大和转换后的电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和低温漂精密电阻I1的温度信号。
控制单元106(图2中没有示出)，可以基于转换为数字格式的电池电流信号、电池预充电压信号和/或电池总电压信号，计算电池荷电状态或电池健康状况。而且，控制单元106可以基于低温漂精密电阻I1的温度信号控制流经低温漂精密电阻I1的电流。比如，当控制单元106基于温度信号检测模块104提供的低温漂精密电阻的温度信号判定电流检测模块101中的低温漂精密电阻温度大于预定的温度门限值时，限制流经低温漂精密电阻I1的电流。除了低温漂精密电阻I1和热敏电阻R10之外，图2中的所有电阻器都可以实施为普通的精密电阻。
以上示范性描述了电动汽车的电池参数检测装置的具体电路结构。本领域技术人员可以意识到，这种电路结构仅是示范性的，并不用于限定本发明的保护范围。
可以将本发明实施方式提出的电池参数检测装置应用到各种类型的电动汽车中，包括纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV)或燃料电池汽车(FCEV)，等等。
综上所述，在本发明实施方式中，电流检测模块，用于利用低温漂精密电阻检测电池电流信号；电池预充电压信号检测模块，用于采用分压方式检测电池预充电压信号；电池总电压信号检测模块，用于采用分压方式检测电池总电压信号；温度信号检测模块，用于利用热敏电阻检测低温漂精密电阻的温度信号；信号放大和转换模块，用于放大电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和低温漂精密电阻的温度信号，并将放大后的电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和低温漂精密电阻的温度信号转换为数字格式。本发明实施方式可以降低电池参数检测误差。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车的电池参数检测装置，其特征在于，包括：
电流检测模块(101)，用于利用低温漂精密电阻检测电池电流信号；
电池预充电压信号检测模块(102)，用于采用分压方式检测电池预充电压信号；
电池总电压信号检测模块(103)，用于采用分压方式检测电池总电压信号；
温度信号检测模块(104)，用于利用热敏电阻检测所述低温漂精密电阻的温度信号；
信号放大和转换模块(105)，用于放大所述电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和所述低温漂精密电阻的温度信号，并将放大后的所述电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和所述低温漂精密电阻的温度信号转换为数字格式。
2.根据权利要求1所述的电动汽车的电池参数检测装置，其特征在于，还包括：
控制单元(106)，用于基于转换为数字格式的电池电流信号、电池预充电压信号或电池总电压信号计算电池荷电状态或电池健康状况，和/或基于所述低温漂精密电阻的温度信号控制流经所述低温漂精密电阻的电流；
数字隔离器(107)，布置在信号放大和转换模块(105)与控制单元(106)之间。
3.根据权利要求2所述的电动汽车的电池参数检测装置，其特征在于，还包括：
通知模块(108)，与所述信号放大和转换模块(105)和控制单元(106)分别连接，用于在信号放大和转换模块(105)放大并转换所述电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和所述低温漂精密电阻的温度信号之后，通知控制单元(106)从信号放大和转换模块(105)获取所述放大和转换后的电池电流信号、电池预充电压信号、电池总电压信号和所述低温漂精密电阻的温度信号。
4.根据权利要求1所述的电动汽车的电池参数检测装置，其特征在于，所述电流检测模块(101)包括：
低温漂精密电阻(I1)；
瞬态电压抑制二极管(D1)；
第一三端电容(W1)和第二三端电容(W2)；
第一滤波电容(C1)和第二滤波电容(C4)；其中所述低温漂精密电阻(R1)的温度系数小于50PPM/K。
5.根据权利要求4所述的电动汽车的电池参数检测装置，其特征在于，所述电池预充电压信号检测模块(102)包括：
在预充电压端和电池负极之间连接的第一分压电阻(R5)、第二分压电阻(R6)、第三分压电阻(R7)和第四分压电阻(R9)；
低通滤波电阻(R8)和低通滤波电容(C7)；
高频滤波电容(C8)。
6.根据权利要求5所述的电动汽车的电池参数检测装置，其特征在于，所述温度信号检测模块(104)包括：
与基准电压端连接的电阻(R12)；
与电阻(R12)和信号放大和转换模块(105)连接的热敏电阻(R10)，该热敏电阻(R10)还与低通滤波电容(C7)和高频滤波电容(C8)分别连接；
该热敏电阻(R10)为正温度系数热敏电阻或负温度系数热敏电阻。
7.根据权利要求6所述的电动汽车的电池参数检测装置，其特征在于，所述电池总电压信号检测模块(103)包括：
在电池正极与电池负极之间连接的第五分压电阻(R13)、第六分压电阻(R14)、第七分压电阻(R15)和第八分压电阻(R17)；
低通滤波电阻(R16)；
低通滤波电容(C13)。
8.根据权利要求3所述的电动汽车的电池参数检测装置，其特征在于，所述信号放大和转换模块(105)为AS8510芯片(U2)；所述通知模块(108)包括：
与所述AS8510芯片(U2)的INT引脚连接的电阻(R3)；
与电阻(R3)连接的光电耦合器(U1)；
与光电耦合器(U1)连接的电阻(R4)，该电阻(R4)与控制单元(106)连接。
9.根据权利要求2所述的电动汽车的电池参数检测装置，其特征在于，所述数字隔离器(107)为ADUM5401芯片(U3)；所述信号放大和转换模块(105)为AS8510芯片(U2)；所述ADUM5401芯片还用于为AS8510芯片(U2)提供隔离电源；
所述ADUM5401芯片(U3)的引脚3、引脚4、引脚5和引脚6与控制单元(106)连接；所述ADUM5401芯片(U3)的引脚11、引脚12、引脚13和引脚14分别连接AS8510芯片(U2)。
10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1所述的电动汽车的电池参数检测装置。
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