CN108336801A - 信号采集电路及电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种信号采集电路及电池管理系统，信号采集电路包括前端监测单元、主控单元以及用于连接电池组中的各单体电芯的N个电芯连接端，N至少覆盖两种不同电压的电池组所包括的单体电芯的数目；所述前端监测单元具有传输控制端、电信号输出端以及N个电芯电压采集端；所述主控单元具有传输受控端和电信号输入端；N个所述电芯连接端分别对应连接N个所述电芯电压采集端，所述传输控制端连接所述传输受控端，所述电信号输出端连接所述电信号输入端。本申请能够适用于不同电压的电池组，提高了通用性。
Description
技术领域
本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种信号采集电路及电池管理系统。
背景技术
电池管理系统是连接车载电池组和电动车的重要纽带，用于对电池组进行管理。通常，电池管理系统中设置有用于监测电池组的物理参数的信号采集电路。然而，传统的信号采集电路仅能监测固定电压的电池组，相应地，电池管理系统也仅能对固定电压的电池组进行管理，通用性不高。
发明内容
基于此，有必要针对传统方法中通用性不高的技术问题提供一种信号采集电路及电池管理系统。
一种信号采集电路，包括前端监测单元、主控单元以及用于连接电池组中的各单体电芯的N个电芯连接端。其中，所述前端监测单元具有传输控制端、电信号输出端以及N个电芯电压采集端；所述主控单元具有传输受控端和电信号输入端。并且，N个所述电芯连接端分别对应连接N个所述电芯电压采集端，所述传输控制端连接所述传输受控端，所述电信号输出端连接所述电信号输入端。
在一个实施例中，所述信号采集电路还包括用于检测BMS(BATTERY MANAGEMENTSYSTEM，电池管理系统)腔体温度的第一温度检测单元和用于检测充放电控制电路中驱动开关管的温度的第二温度检测单元，所述主控单元还具有第一温度信号输入端和第二温度信号输入端。其中，所述第一温度检测单元具有第一温度信号输出端，所述第二温度检测单元具有第二温度信号输出端。并且，所述第一温度信号输出端连接所述第一温度信号输入端，所述第二温度信号输出端连接所述第二温度信号输入端。
在一个实施例中，所述信号采集电路还包括用于监测所述电池组电压的第一电压监测单元，所述主控单元还具有电池组电压输入端。其中，所述第一电压监测单元包括第一分压单元和第一运放跟随单元；所述第一分压单元具有用于连接所述电池组的正极的第一正极连接端、用于连接所述电池组的负极的第一负极连接端，以及第一分压输出端；所述第一运放跟随单元具有第一电压输入端和第一电压输出端。并且，所述第一分压输出端连接所述第一电压输入端，所述第一电压输出端连接所述电池组电压输入端。
在一个实施例中，所述信号采集电路还包括用于监测负载供电电压的第二电压监测单元，所述主控单元还具有负载供电电压输入端。其中，所述第二电压监测单元包括第二分压单元、线性光耦隔离单元和第二运放跟随单元；所述第二分压单元具有用于连接负载正端的第二正极连接端、用于连接负载负端的第二负极连接端、以及第二分压输出端；所述线性光耦隔离单元具有分压输入端、第一输出端和第二输出端；所述第二运放跟随单元具有第二电压输入端、电源连接端和第二电压输出端。并且，所述第二分压输出端连接所述分压输入端，所述线性光耦隔离单元的第一输出端连接所述第二电压输入端，所述线性光耦隔离单元的第二输出端连接所述电源连接端，所述第二电压输出端连接所述负载供电电压输入端。
在一个实施例中，所述前端监测单元包括M个前端监测子单元，M为正整数。其中，所述前端监测单元的电信号输出端包括各所述前端监测子单元的子电信号输出端，所述传输控制端包括各所述前端监测子单元的子传输控制端，所述电芯电压采集端包括各所述前端监测子单元的子电芯电压采集端；所述主控单元的电信号输入端包括与各所述子电信号输出端分别对应的各子电信号输入端，所述传输受控端包括与各所述子传输控制端分别对应的各子传输受控端。
并且，所述N个所述电芯连接端分别对应连接N个所述电芯电压采集端，所述传输控制端连接所述传输受控端，所述电信号输出端连接所述电信号输入端，具体为：所述N个所述电芯连接端分别对应连接各所述前端监测子单元的子电芯电压采集端，各所述前端监测子单元的子传输控制端分别对应连接所述主控单元的各所述子传输受控端，各所述前端监测子单元的子电信号输出端分别对应连接所述主控单元的各所述子电信号输入端。
在一个实施例中，M等于2，所述前端监测单元包括第一前端监测子单元和第二前端监测子单元。
在一个实施例中，所述电路还包括第一温度探测器、第二温度探测器、第三温度探测器和第四温度探测器；所述第一前端监测子单元还包括用于检测电池组温度的第一温度探测连接端和第二温度探测连接端，第二前端监测子单元还包括用于检测电池组温度的第三温度探测连接端和第四温度探测连接端；
所述第一温度探测连接端连接所述第一温度探测器，所述第二温度探测连接端连接所述第二温度探测器，所述第三温度探测连接端连接所述第三温度探测器，所述第四温度探测连接端连接所述第四温度探测器；
所述第一温度探测器、第二温度探测器、第三温度探测器和第四温度探测器分别放置于预定的所述电芯连接端所连接的单体电芯附近。
在一个实施例中，所述信号采集电路还包括电流采样单元，所述第一前端监测子单元还具有第一采样信号输入端和第二采样信号输入端。其中，所述电流采样单元具有第一采样端和第二采样端。并且，所述第一采样端连接所述第一采样信号输入端，所述第一采样端还用于连接充放电控制单元；所述第二采样端连接所述第二采样信号输入端，所述第二采样端还用于连接电池组的负极。
在一个实施例中，所述信号采集电路还包括光耦隔离单元和总线隔离单元。并且，所述第二前端监测子单元的子传输控制端通过所述光耦隔离单元连接所述主控单元中对应的子传输受控端，所述第二前端监测子单元的子电信号输出端通过所述总线隔离单元连接所述主控单元中对应的子电信号输入端。
在一个实施例中，所述信号采集电路还包括短路检测单元，所述主控单元还具有短路检测端；
所述短路检测单元具有检测输入端和检测输出端，所述检测输入端用于连接充放电控制单元，所述检测输出端用于连接所述主控单元的短路检测端。
在一个实施例中，所述信号采集电路还包括N-1个被动均衡单元。其中，各所述被动均衡单元均具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端。并且，所述N个所述电芯连接端分别对应连接N个所述电芯电压采集端，具体为：N个所述电芯电压采集端中的各相邻的两个所述电芯电压采集端分别与一个被动均衡单元的第一输入端和第二输入端连接，与该相邻的两个所述电芯电压采集端对应的相邻的两个所述电芯连接端分别与该被动均衡单元的第一输出端和第二输出端连接。
在一个实施例中，各所述被动均衡单元均还包括第一晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容。并且，各所述被动均衡单元的第一输入端连接其第一电阻的第一端、第二电阻的第一端以及第一电容的第一端，第二输入端连接该第一电容的第二端，该第一电阻的第二端连接第一晶体管的第一连接端和该被动均衡单元的第一输出端，该第二电阻的第二端连接该第一晶体管的开关控制端，该第一晶体管的第二连接端连接第三电阻的第一端，该第三电阻的第二端连接该被动均衡单元的第二输出端。
一种电池管理系统，包括电池组和如上所述的任一信号采集电路。其中，所述电池组中包括数目小于N的单体电芯，且所述信号采集电路中的N个电芯连接端与各所述单体电芯对应连接。
上述信号采集电路以及电池管理系统，包括前端监测单元、主控单元以及用于连接电池组中的各单体电芯的N个电芯连接端。N个电芯连接端分别对应连接前端监测单元的N个电芯电压采集端，前端监测单元的传输控制端连接主控单元的传输受控端，前端监测单元的电信号输出端连接主控单元的电信号输入端。并且，N至少覆盖两种不同电压的电池组所包括的单体电芯的数目，因而本申请能够适用于不同电压的电池组，提高了通用性。
附图说明
图1为一个实施例中信号采集电路的结构框图；
图2为另一个实施例中信号采集电路的结构框图；
图3为一个实施例中第一温度检测单元的电路图；
图4为一个实施例中第一电压监测单元的电路图；
图5为一个实施例中第二电压监测单元的电路图；
图6为一个实施例中第一前端监测单元及与其连接的功能单元的电路图；
图7为一个实施例中第二前端监测单元及与其连接的功能单元的电路图；
图8为一个实施例中短路检测单元的电路图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种信号采集电路。该信号采集电路可以包括前端监测单元110、主控单元120以及用于连接电池组中的各单体电芯的N个电芯连接端(BAT1至BATN)，N至少覆盖两种不同电压的电池组所包括的单体电芯的数目。其中，前端监测单元具有传输控制端、电信号输出端以及N个电芯电压采集端；主控单元具有传输受控端和电信号输入端。并且，N个电芯连接端分别对应连接前端监测单元的N个电芯电压采集端，前端监测单元的传输控制端连接主控单元的传输受控端，前端监测单元的电信号输出端连接主控单元的电信号输入端。
需要说明的是，电池组中通常包括多串级联的单体电芯。并且，在实际应用中，存在多种不同电压的电池组，如72V的电池组、60V的电池组和48V的电池组等。可以理解，不同电压的电池组所包括的单体电芯的数目通常也不相同，例如，72V的电池组通常包括20串单体电芯、60V的电池组通常包括16串单体电芯、以及48V的电池组通常包括14串单体电芯等。
对于任一电池组而言，只要该电池组所包括的单体电芯的数目小于信号采集电路中的电芯连接端的数目N，该信号采集电路即可用于监测该电池组的物理参数。例如，N大于16时，信号采集电路可用于监测60V的电池组和48V的电池组的物理参数。再例如，N大于20时(例如N等于21)，信号采集电路可用于监测72V的电池组、60V的电池组和48V的电池组中的任一电池组的物理参数。其中，物理参数可包括该电池组所包括的各单体电芯的电芯电压。
在本实施例中，前端监测单元可用于采集电池组中各单体电芯的电芯电压，并将采集到的各电芯电压传输至主控单元。在实际应用中，信号采集电路中的N个电芯连接端一方面连接电池组中的各单体电芯，另一方面与前端监测单元中的N个电芯电压采集端一一对应连接。具体地，前端监测单元采集到各单体电芯的电芯电压后，可通过传输控制端向主控单元的传输受控端发送传输触发信号，以触发前端监测单元和主控单元之间进行相应电信号的传输，如电芯电压信号的传输，即通过前端监测单元的电信号输出端和主控单元的电信号输入端，将采集到的各单体电芯的电芯电压从前端监测单元传输至主控单元。
其中，前端监测单元和主控单元之间可以通过I2C总线进行信号传输，即前端监测单元的电信号输出端和主控单元的电信号输入端均可以包括时钟引脚和数据引脚。另外，前端监测单元可以通过其传输控制端输出中断信号至主控单元的传输受控端，从而触发前端监测单元和主控单元之间进行相应电信号的传输。在一个实施例中，前端监测单元可以采用BQ769300芯片。
需要说明的是，前端监测单元的中断信号直接连接至主控单元，电池组的物理参数(如电芯电压)和主电路电流采样完成后，前端监测单元产生中断信号告知主控单元，主控单元通过I2C总线读取系统状态寄存器，若其表征为物理参数采样完成，则对采样到的数据进行读取，能够减轻主控单元负担，避免循环读取浪费资源。
此外，主控单元还可以对前端监测单元的工作模式进行控制。具体地，主控单元还具有状态控制端，前端监测单元具有状态受控端，该状态控制端与该状态受控端连接。当主控单元通过状态控制端向前端监测单元的状态受控端发送高电平信号后，前端监测单元进入工作状态。需要说明的是，主控单元还可以通过I2C总线向前端监测单元发送休眠指令，即主控单元通过电信号输入端向前端监测单元的电信号输出端发送休眠指令，使得前端监测单元进入休眠状态，从而降低静态时系统功耗和电芯的损耗。
上述信号采集电路，包括前端监测单元、主控单元以及用于连接电池组中的各单体电芯的N个电芯连接端。N个电芯连接端分别对应连接前端监测单元的N个电芯电压采集端，前端监测单元的传输控制端连接主控单元的传输受控端，前端监测单元的电信号输出端连接主控单元的电信号输入端。由于N至少覆盖两种不同电压的电池组中包括的单体电芯的数目，本申请能够适用于不同电压的电池组，提高了通用性。
为进一步对本申请的方案进行更详细的说明，以下结合图2～图7所示对本申请的一些优选实施例进行具体描述或举例说明。需要说明的是，图2中以N等于21为例，且示出了电池组的各单体电芯(B1至B20)和充放电控制单元，可以理解，在实际产品形态上，信号采集电路中可以不包括该电池组(即20个单体电芯)和充放电控制单元，即该电池组和充放电控制单元在图2中为环境元素。
在一个实施例中，信号采集电路还可以包括用于检测BMS腔体温度的第一温度检测单元130和用于检测充放电控制电路中驱动开关管的温度的第二温度检测单元140。在此情况下，主控单元还具有第一温度信号输入端和第二温度信号输入端。
其中，第一温度检测单元具有第一温度信号输出端ADC0，第二温度检测单元具有第二温度信号输出端ADC1。
并且，第一温度信号输出端连接第一温度信号输入端，第二温度信号输出端连接第二温度信号输入端。
在本实施例中，信号采集电路监测的物理参数还可以包括BMS腔体温度和充放电控制电路中的驱动开关管的温度。
在一个实施例中，第一温度检测单元可采用热敏电阻(如图3中的RT1)进行温度检测。可以理解，热敏电阻的阻值随着温度的变化而变化，进而第一温度信号输出端处的电压也发生相应的变化，进而主控单元可将其第一温度信号输入端的电压换算为实际温度，从而获得BMS腔体温度。此外，第二温度检测单元可采用与第一温度检测单元相同的电路结构实现，此处不加赘述。
在一个实施例中，第一温度检测单元的具体电路结构可以如图3所示。
在一个实施例中，信号采集电路还可以包括用于监测电池组电压的第一电压监测单元150，在此情况下，主控单元还具有电池组电压输入端。
其中，第一电压监测单元包括第一分压单元1501和第一运放跟随单元1502；第一分压单元具有用于连接电池组的正极的第一正极连接端、用于连接电池组的负极的第一负极连接端、以及第一分压输出端；第一运放跟随单元具有第一电压输入端和第一电压输出端ADC2。
并且，第一分压输出端连接第一电压输入端，第一电压输出端连接电池组电压输入端。
在本实施例中，信号采集电路监测的物理参数还可以包括电池组电压，即电池组的正极(B+端)和负极(B-端)之间的电压。
在实际应用中，第一分压单元的第一正极连接端连接电池组的正极，第一负极连接端连接电池组的负极。第一分压单元将电池组的正极和负极之间的电压分压到0～3.3V，分压后的电压信号通过第一分压输出端和第一电压输入端传入第一运放跟随单元，由第一运放跟随单元降低输出阻抗，再通过第一电压输出端和电池组电压输入端将相应的电压信号传输至主控单元，进而主控单元根据接收到的电压信号进行比例变换，以将该电压信号还原为实际的电池组电压。
在一个实施例中，第一电压监测单元的具体电路结构可以如图4所示。
在一个实施例中，信号采集电路还可以包括用于监测负载供电电压的第二电压监测单元160，在此情况下，主控单元还具有负载供电电压输入端。
其中，第二电压监测单元包括第二分压单元1601、线性光耦隔离单元1602和第二运放跟随单元1603；第二分压单元具有用于连接负载正端的第二正极连接端、用于连接负载负端的第二负极连接端、以及第二分压输出端；线性光耦隔离单元具有分压输入端、第一输出端和第二输出端；第二运放跟随单元具有第二电压输入端、电源连接端和第二电压输出端ADC3。
并且，第二分压输出端连接分压输入端，线性光耦隔离单元的第一输出端连接第二电压输入端，线性光耦隔离单元的第二输出端连接电源连接端，第二电压输出端连接负载供电电压输入端。
在本实施例中，信号采集电路监测的物理参数还可以包括负载供电电压，即负载正端(P+端)和负载负端(P-端)之间的电压。此外，需要说明的是，在电池管理系统中，P+端和B+端一般是连通的。
在实际应用中，第二分压单元的第二正极连接端连接负载正端，第二负极连接端连接负载负端。第二分压单元将负载正端和负载负端之间的电压分压到0～3.3V，分压后的电压信号通过第二分压输出端和分压输入端传入线性光耦隔离单元，经线性光耦隔离单元进行隔离后，隔离后的电压信号通过第一输出端、第二输出端、第二电压输入端和电源连接端传入第二运放跟随单元，再由第二运放跟随单元降低输出阻抗，进而通过第二电压输出端和负载供电电压输入端将相应的电压信号传输至主控单元，主控单元根据接收到的电压信号进行比例变换，以将该电压信号还原为实际的负载供电电压。
需要说明的是，负载正端和负载负端可以接入外部充电器，若识别到外部接入的充电器不符合电池管理系统的技术要求时，则屏蔽充电器的充电功能，不允许充电，以提高系统的安全性。
在一个实施例中，第二电压监测单元的具体电路结构可以如图5所示。
在一个实施例中，前端监测单元可以包括M个前端监测子单元，M为正整数。其中，前端监测单元的电信号输出端包括各前端监测子单元的子电信号输出端，传输控制端包括各前端监测子单元的子传输控制端，N个电芯电压采集端包括各前端监测子单元的子电芯电压采集端；主控单元的电信号输入端包括与各子电信号输出端分别对应的各子电信号输入端，传输受控端包括与各子传输控制端分别对应的各子传输受控端。
在此情况下，N个电芯连接端分别对应连接N个电芯电压采集端，传输控制端连接传输受控端，电信号输出端连接电信号输入端，具体可以为：N个电芯连接端分别对应连接各前端监测子单元的子电芯电压采集端，各前端监测子单元的子传输控制端分别对应连接主控单元的各子传输受控端，各前端监测子单元的子电信号输出端分别对应连接主控单元的各子电信号输入端。
在一个实施例中，M等于2，在此情况下，前端监测单元110包括第一前端监测子单元1101和第二前端监测子单元1102。
在本实施例中，前端监测单元的电信号输出端包括第一前端监测子单元的子电信号输出端和第二前端监测子单元的子信号输出端。前端监测单元的传输控制端包括第一前端监测子单元的的子传输控制端和第二前端监测子单元的子传输控制端。前端监测单元的状态受控端包括第一前端监测子单元的子状态受控端和第二前端监测子单元的子状态受控端。N个电芯电压采集端包括第一前端监测子单元的子电芯电压采集端和第二前端监测子单元的子电芯电压采集端。
相应地，主控单元的电信号输入端包括与第一前端监测子单元的子电信号输出端对应的子电信号输入端，以及与第二前端监测子单元的子电信号输出端对应的子电信号输入端。主控单元的传输受控端包括与第一前端监测子单元的子传输控制端对应的子传输受控端，以及与第二前端监测子单元的子传输控制端对应的子传输受控端。主控单元的状态控制端包括与第一前端监测子单元的子状态受控端对应的子状态控制端，以及与第二前端监测子单元的子状态受控端对应的子状态控制端。
在此情况下，N个电芯连接端分别对应连接N个电芯电压采集端，传输控制端连接传输受控端，电信号输出端连接电信号输入端，具体可以为：N个电芯连接端分别对应连接第一前端监测子单元的各子电芯电压采集端和第二前端监测子单元的各子电芯电压采集端；第一前端监测子单元的子传输控制端连接主控单元中对应的子传输受控端，第二前端监测子单元的子传输控制端连接主控单元中对应的子传输受控端；第一前端监测子单元的子状态受控端连接主控单元中对应的子状态控制端，第二前端监测子单元的子状态受控端连接主控单元中对应的子状态控制端；第一前端监测子单元的子电信号输出端连接主控单元中对应的子电信号输入端，第二前端监测子单元的子电信号输出端连接主控单元中对应的子电信号输入端。
在一个实施例中，信号采集电路中还可以包括第一温度探测器、第二温度探测器、第三温度探测器和第四温度探测器，第一前端监测子单元还包括用于检测电池组温度的第一温度探测连接端(T1)和第二温度探测连接端(T2)，第二前端监测子单元还包括用于检测电池组温度的第三温度探测连接端(T3)和第四温度探测连接端(T4)。在此情况下，第一温度探测连接端(T1)连接第一温度探测器，第二温度探测连接端(T2)连接第二温度探测器，第三温度探测连接端(T3)连接第三温度探测器，第四温度探测连接端(T4)连接第四温度探测器。并且，第一温度探测器、第二温度探测器、第三温度探测器和第四温度探测器分别放置于预定的电芯连接端所连接的单体电芯表面。(除T1、T2、T3和T4端口外，其他元器件及连接关系未图示)。
在本实施例中，第一温度探测连接端和第二温度探测连接端用于监测第一前端监测子单元所对应的各单体电芯的温度，第三温度探测连接端和第四温度探测连接端用于监测第二前端监测子单元所对应的各单体电芯的温度。以图2所示为例，图2中N为21，且这21个电芯连接端均连接单体电芯，第一温度探测连接端和第二温度探测连接端可以用于监测B1至B10这10个单体电芯的温度，第三温度探测连接端和第四温度探测连接端可以用于监测B11～B20这10个单体电芯的温度。
在一个实施例中，信号采集电路还可以包括电流采样单元170，在此情况下，第一前端监测子单元还具有第一采样信号输入端和第二采样信号输入端。
其中，电流采样单元具有第一采样端SMP1和第二采样端。并且，第一采样端连接第一采样信号输入端，第一采样端还用于连接充放电控制单元，第二采样端连接第二采样信号输入端，第二采样端还用于连接电池组的负极。
在本实施例中，信号采集电路监测的物理参数还可以包括电池组的充/放电电流，即充电电流与放电电流。
在一个实施例中，电流采样单元可以采用采样电阻(如图6中的RS1～RS5)进行电流采样。可以理解，在实际应用中，电流采样单元的电流采样端连接充放电控制单元，第三负极连接端连接电池组的负极(B-)。主控单元采集到采样电阻两端(即第一采样信号输出端和第二采样信号输出端)的电压后，即可结合该采样电阻的阻值计算获得流经该采样电阻的电流，该电流即为充/放电电流。
在一个实施例中，电流采样单元的具体电路结构可以如图6中的170所示。
在一个实施例中，信号采集电路还可以包括光耦隔离单元180和总线隔离单元190。在此情况下，第二前端监测子单元的子传输控制端连接主控单元中对应的子传输受控端，第二前端监测子单元的子状态受控端连接主控单元中对应的子状态控制端，以及第二前端监测子单元的子电信号输出端连接主控单元中对应的子电信号输入端，具体为：第二前端监测子单元的子传输控制端通过光耦隔离单元连接主控单元中对应的子传输受控端，第二前端监测子单元的子状态受控端通过光耦隔离单元连接主控单元中对应的子状态控制端，以及第二前端监测子单元的子电信号输出端通过总线隔离单元连接主控单元中对应的子电信号输入端。
需要说明的是，当信号采集电路中包括多个前端监测子单元时，由于前端监测子单元监测的是每个串联电芯的电压信号，彼此不能共地，否则接入级联的电芯后，会产生接地环路电流，电路无法正常工作。
基于此，在本实施例中，当信号采集电路中包括两个前端监测子单元时，在电路中增设光耦隔离单元和总线隔离单元，能够消除接地环路电流的影响，使电路正常运行。
在一个实施例中，光耦隔离单元的具体电路结构可以如图7中的180所示，总线隔离单元的具体电路结构可以如图7中的190所示。
在一个实施例中，信号采集电路还可以包括短路检测单元800，该短路检测单元具有检测输入端SMP2和检测输出端GPIO3。在此情况下，主控单元还具有短路检测端。
其中，检测输入端用于连接充放电控制单元，检测输出端用于连接主控单元的短路检测端。
在一个实施例中，短路检测单元单元的具体电路结构可以如图8所示。该短路检测单元800包括第一电阻R1、第一二极管D1和第一电容C1。其中，第一电阻的第一端同时与检测输入端SMP2、第一电容的第一连接端以及第一二极管的正极连接，第一电阻的第二端与检测输出端GPIO3连接；第一电容的第二连接端与第一二极管的负极连接；第一二极管的负极接地。
需要说明的是，在信号采集电路中同时包括短路检测单元和电流采样单元时，检测输入端SMP2可与第一采样端SMP1连接，并且两者同时连接充放电控制单元。
在一个实施例中，前端监测单元可以在满足以下条件中的任一条件得以满足时通过传输控制端向主控单元的传输受控端发送高电平的中断信号：充/放电电流采样完成、负载过载、短路、过流、过压和欠压。主控单元的传输受控端接收到高电平的中断信号时，读取前端监测单元采集的相应信号，并执行相应的处理。例如，主控单元在检测到充/放电电流采样完成时，读取采集的充/放电电流，在检测到负载过载、短路、过流、过压或欠压时，均断开充放电控制单元，以保护电池组。
需要说明的是，利用前端监测单元可自主判断过压、欠压、过流以及短路故障的功能，即前端监测单元监测到故障后会产生中断信号，主控单元通过I2C总线读取系统状态寄存器，若其表征为故障，则执行保护动作，从而实现电池管理系统的二级硬件保护(一级保护由主控单元软件实现)，进而提高系统的安全性。
在一个实施例中，信号采集电路还可以包括N-1个被动均衡单元，并且各被动均衡单元均具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端。
在此情况下，N个电芯连接端分别对应连接N个电芯电压采集端，具体为：N个电芯电压采集端中的各相邻的两个电芯电压采集端分别与一个被动均衡单元的第一输入端和第二输入端连接，与该相邻的两个电芯电压采集端对应的相邻的两个电芯连接端分别与该被动均衡单元的第一输出端和第二输出端连接。
以图2所示为例，N等于21，信号采集电路包括20个被动均衡单元，分别为被动均衡单元1至被动均衡单元20。被动均衡单元1如图6中的201所示，被动均衡单元11如图7中的211所示。此外，信号采集电路中的各被动均衡单元的结构可以相同。
需要说明的是，当信号采集电路中接入多个单体电芯时，各单体电芯的充电电压可能出现不一致，例如某一个单体电芯为3.74V，而其它单体电芯为3.72V。
基于此，在本实施例中，为各个接入信号采集电路的单体电芯设置一个被动均衡单元。在各单体电芯的充电电压出现不一致时，由主控单元控制充电电压较高的单体电芯所对应的被动均衡单元内的回路导通，以对该充电电压较高的单体电芯进行小电流充电，其他电芯仍然执行正常电流充电，均衡一段时间后，各个电芯的电压差恢复到合理范围。
在一个实施例中，以图6中的201所示为例，各被动均衡单元均还可以包括第一晶体管Q1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及第二电容C2。
在此情况下，各被动均衡单元的第一输入端连接其第二电阻的第一端、第三电阻的第一端以及第二电容的第一端，第二输入端连接该第二电容的第二端，该第二电阻的第二端连接第一晶体管的第一连接端和该被动均衡单元的第一输出端，该第三电阻的第二端连接该第一晶体管的开关控制端，该第一晶体管的第二连接端连接第四电阻的第一端，该第四电阻的第二端连接该被动均衡单元的第二输出端。
在另一个实施例中，各被动均衡单元均还可以包括第二二极管D2，该第二二极管的正极连接第一晶体管的第一连接端，该第二二极管的负极连接第一晶体管的开关控制端。
需要说明的是，每个电芯可单独被动均衡。例如，对于电芯B1的被动均衡回路，其均衡功能的打开与关闭通过第一前端监测子单元控制。其中，均衡电阻R4的选型可以为40Ω/2W，在电芯电压3.0V～4.2V之间可实现均衡电流75mA～105mA。
相应地，本申请还提供一种电池管理系统，包括电池组和本申请任一实施例提供的信号采集电路。其中，电池组中包括数目小于N的单体电芯，且信号采集电路中的N个电芯连接端与各单体电芯对应连接。
需要说明的是，该电池管理系统可以应用于电动摩托车，以实现对电动摩托车的锂电池组的管理。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种信号采集电路，其特征在于，包括前端监测单元、主控单元以及用于连接电池组中的各单体电芯的N个电芯连接端，N至少覆盖两种不同电压的电池组所包括的单体电芯的数目；
所述前端监测单元具有传输控制端、电信号输出端以及N个电芯电压采集端；所述主控单元具有传输受控端和电信号输入端；
N个所述电芯连接端分别对应连接N个所述电芯电压采集端，所述传输控制端连接所述传输受控端，所述电信号输出端连接所述电信号输入端。
2.如权利要求1所述的信号采集电路，其特征在于，还包括用于检测BMS腔体温度的第一温度检测单元和用于检测充放电控制电路中驱动开关管的温度的第二温度检测单元，所述主控单元还具有第一温度信号输入端和第二温度信号输入端；
所述第一温度检测单元具有第一温度信号输出端，所述第二温度检测单元具有第二温度信号输出端；所述第一温度信号输出端连接所述第一温度信号输入端，所述第二温度信号输出端连接所述第二温度信号输入端。
3.如权利要求1所述的信号采集电路，其特征在于，还包括用于监测所述电池组电压的第一电压监测单元，所述主控单元还具有电池组电压输入端；
所述第一电压监测单元包括第一分压单元和第一运放跟随单元；所述第一分压单元具有用于连接所述电池组的正极的第一正极连接端、用于连接所述电池组的负极的第一负极连接端、以及第一分压输出端；所述第一运放跟随单元具有第一电压输入端和第一电压输出端；
所述第一分压输出端连接所述第一电压输入端，所述第一电压输出端连接所述电池组电压输入端。
4.如权利要求1所述的信号采集电路，其特征在于，还包括用于监测负载供电电压的第二电压监测单元，所述主控单元还具有负载供电电压输入端；
所述第二电压监测单元包括第二分压单元、线性光耦隔离单元和第二运放跟随单元；所述第二分压单元具有用于连接负载正端的第二正极连接端、用于连接负载负端的第二负极连接端、以及第二分压输出端；所述线性光耦隔离单元具有分压输入端、第一输出端和第二输出端；所述第二运放跟随单元具有第二电压输入端、电源连接端和第二电压输出端；
所述第二分压输出端连接所述分压输入端，所述线性光耦隔离单元的第一输出端连接所述第二电压输入端，所述线性光耦隔离单元的第二输出端连接所述电源连接端，所述第二电压输出端连接所述负载供电电压输入端。
5.如权利要求1所述的信号采集电路，其特征在于，所述前端监测单元包括M个前端监测子单元，M为正整数；
所述前端监测单元的电信号输出端包括各所述前端监测子单元的子电信号输出端，所述传输控制端包括各所述前端监测子单元的子传输控制端，所述电芯电压采集端包括各所述前端监测子单元的子电芯电压采集端；所述主控单元的电信号输入端包括与各所述子电信号输出端分别对应的各子电信号输入端，所述传输受控端包括与各所述子传输控制端分别对应的各子传输受控端；
所述N个所述电芯连接端分别对应连接N个所述电芯电压采集端，所述传输控制端连接所述传输受控端，所述电信号输出端连接所述电信号输入端，具体为：
所述N个所述电芯连接端分别对应连接各所述前端监测子单元的子电芯电压采集端，各所述前端监测子单元的子传输控制端分别对应连接所述主控单元的各所述子传输受控端，各所述前端监测子单元的子电信号输出端分别对应连接所述主控单元的各所述子电信号输入端。
6.如权利要求5所述的信号采集电路，其特征在于，M等于2，所述前端监测单元包括第一前端监测子单元和第二前端监测子单元。
7.如权利要求6所述的信号采集电路，其特征在于，所述电路还包括第一温度探测器、第二温度探测器、第三温度探测器和第四温度探测器；所述第一前端监测子单元还包括用于检测电池组温度的第一温度探测连接端和第二温度探测连接端，第二前端监测子单元还包括用于检测电池组温度的第三温度探测连接端和第四温度探测连接端；
所述第一温度探测连接端连接所述第一温度探测器，所述第二温度探测连接端连接所述第二温度探测器，所述第三温度探测连接端连接所述第三温度探测器，所述第四温度探测连接端连接所述第四温度探测器；
所述第一温度探测器、第二温度探测器、第三温度探测器和第四温度探测器分别放置于预定的所述电芯连接端所连接的单体电芯表面。
8.如权利要求6所述的信号采集电路，其特征在于，还包括电流采样单元，所述第一前端监测子单元还具有第一采样信号输入端和第二采样信号输入端；
所述电流采样单元具有第一采样端和第二采样端；
所述第一采样端连接所述第一采样信号输入端，所述第一采样端还用于连接充放电控制单元；所述第二采样端连接所述第二采样信号输入端，所述第二采样端还用于连接电池组的负极。
9.如权利要求6所述的信号采集电路，其特征在于，还包括光耦隔离单元和总线隔离单元；
所述第二前端监测子单元的子传输控制端通过所述光耦隔离单元连接所述主控单元中对应的子传输受控端，所述第二前端监测子单元的子电信号输出端通过所述总线隔离单元连接所述主控单元中对应的子电信号输入端。
10.如权利要求1所述的信号采集电路，其特征在于，还包括短路检测单元，所述主控单元还具有短路检测端；
所述短路检测单元具有检测输入端和检测输出端，所述检测输入端用于连接充放电控制单元，所述检测输出端用于连接所述主控单元的短路检测端。
11.如权利要求1至10任一项所述的信号采集电路，其特征在于，还包括N-1个被动均衡单元；
各所述被动均衡单元均具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；
所述N个所述电芯连接端分别对应连接N个所述电芯电压采集端，具体为：
N个所述电芯电压采集端中的各相邻的两个所述电芯电压采集端分别与一个被动均衡单元的第一输入端和第二输入端连接，与该相邻的两个所述电芯电压采集端对应的相邻的两个所述电芯连接端分别与该被动均衡单元的第一输出端和第二输出端连接。
12.一种电池管理系统，其特征在于，包括电池组和如权利要求1至11任一项所述的信号采集电路；
所述电池组中包括数目小于N的单体电芯，且所述信号采集电路中的N个电芯连接端与各所述单体电芯对应连接。
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