CN114660493A - 电芯信息采集电路及电芯内阻采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源电池技术领域，公开了一种电芯信息采集电路及电芯内阻采集方法。电芯信息采集电路包括：电压采集电路、均衡电路、第一信号采集点和第二信号采集点；电压采集电路包括第一电压采集电阻、第二电压采集电阻；均衡电路包括均衡三极管开关、均衡驱动电阻和均衡电阻，均衡驱动电阻的一端与均衡三极管开关的栅极连接、另一端设有第一信号采集点，均衡电阻与均衡三极管开关的漏极之间设有第二信号采集点。本发明通过复用电压采集电路和均衡电路兼容实现电芯内阻的采集，不仅降低了电路结构复杂度和硬件成本，同时还实现了电芯的电压信息、均衡信息以及内阻信息的集成采集。

Description

电芯信息采集电路及电芯内阻采集方法

技术领域

本发明涉及新能源电池技术领域，尤其涉及一种电芯信息采集电路及电芯内阻采集方法。

背景技术

随着新能源汽车技术的快速发展，对其关键零部件的产品性能、可靠性、安全性也提出了越来越高的要求。动力电池作为新能源电动汽车核心部件，其安全性要求非常高，需要对电池的电芯进行实时数据采集，以便监测其运行状况。现有电芯信息采集电路由于涉及多种信息采集，比如电压信息、电流信息、电压均衡信息等，因此其整体结构一般都比较复杂，此外，现有电芯信息采集电路一般都不提供电芯内阻检测功能，而具备电芯内阻检测功能的采集电路硬件成本也都比较高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电芯信息采集电路及电芯内阻采集方法，旨在解决如何降低电芯信息采集电路的复杂度并低成本实现多种电芯信息采集的技术问题。

本发明第一方面提供了一种电芯信息采集电路，包括：电压采集电路、均衡电路、第一信号采集点和第二信号采集点；

所述电压采集电路包括第一电压采集电阻、第二电压采集电阻，所述第一电压采集电阻的电流输入端与电芯的正极连接，所述第二电压采集电阻的电流输出端与所述电芯的负极连接；

所述均衡电路包括均衡三极管开关、均衡驱动电阻和均衡电阻，所述均衡驱动电阻的一端与所述均衡三极管开关的栅极连接、另一端设有所述第一信号采集点，所述均衡三极管开关的源极与电芯的正极连接，所述均衡电阻的两端分别与所述电芯的负极、所述均衡三极管开关的漏极连接，所述均衡电阻与所述均衡三极管开关的漏极之间设有所述第二信号采集点，其中，所述均衡三极管开关为MOSFET管。

可选的，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述电芯信息采集电路还包括：保险丝、滤波电容、稳压二极管；

所述保险丝的两端分别与所述电芯的正极和所述均衡三极管开关的源极连接；所述滤波电容的一端与所述第一电压采集电阻的电流输出端连接、另一端与所述第二电压采集电阻的电流输入端连接；所述稳压二极管的负极与所述第一电压采集电阻的电流输出端连接，所述稳压二极管的正极与所述第二电压采集电阻的电流输入端连接。

可选的，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述电芯信息采集电路通过所述第一信号采集点与电芯管理系统的数字量输入端口连接，通过所述第二信号采集点与电芯管理系统的模拟量输入端口连接。

可选的，在本发明第一方面的第三种实现方式中，所述电芯管理系统用于：

发出均衡指令，并通过所述第一信号采集点采集的第一数据和所述第二信号采集点采集的第二数据诊断所述均衡电路是否发生故障；

发出PWM控制信号，控制所述均衡三极管开关产生正弦波交流控制信号，并采集所述电芯两端的电动势以及通过所述第二信号采集点采集的第三数据，根据所述电芯两端的电动势以及所述第三数据计算所述电芯的内阻。

可选的，在本发明第一方面的第四种实现方式中，所述第一数据为均衡指令的数字量数据，所述第二数据为所述均衡电阻两端的电压值，所述第三数据为所述均衡电阻两端的电压值。

本发明第二方面提供了一种基于以上所述的电芯信息采集电路的电芯内阻采集方法，所述电芯内阻采集方法包括：

步骤一、使所述电芯信息采集电路产生通过所述电芯的正弦波交流电流；

步骤二、采集多个不同时间点所述均衡电阻两端的电压值和所述电芯两端的电动势；

步骤三、基于所述均衡电阻的电阻值以及多个不同时间点采集的电压值和电动势，构建所述电芯信息采集电路的电流信号函数和电动势信号函数；

步骤四、基于所述电流信号函数和所述电动势信号函数，计算所述电芯的内阻。

可选的，在本发明第二方面的第一种实现方式中，所述步骤一具体包括：

通过电芯管理系统向所述均衡驱动电阻输出PWM控制信号；

通过所述PWM控制信号，控制所述均衡三极管开关产生正弦波交流控制信号；

通过所述正弦波交流控制信号使所述电芯信息采集电路中产生通过所述电芯的正弦波交流电流。

可选的，在本发明第二方面的第二种实现方式中，所述均衡电阻两端的电压值和所述电芯两端的电动势的采集时间点相同。

可选的，在本发明第二方面的第三种实现方式中，所述电流信号函数为正弦波交流电流信号，所述电动势信号函数为正弦波电动势信号，所述电流信号函数和所述电动势信号函数具有相同的角频率。

可选的，在本发明第二方面的第四种实现方式中，所述电芯的内阻计算公式如下：

；

其中，R表示电芯的内阻，

表示电动势信号函数，

表示电流信号函数，E表示正弦波电动势所能达到的最大值，I表示正弦波交流电流所能达到的最大值，a表示正弦波交流电流的角频率，b表示正弦波交流电流在时间t=0时的相位角。

本发明提供的技术方案中，电芯信息采集电路包括电压采集电路、均衡电路，分别对应实现电芯电压采集及均衡检测，其中，电压采集电路包括第一电压采集电阻、第二电压采集电阻分别与电芯的正极和负极连接，电压采集电路结构比较简单实用。均衡电路包括均衡三极管开关、均衡驱动电阻和均衡电阻，均衡三极管开关的栅极与均衡驱动电阻连接、源极与电芯的正极连接，漏极与均衡电阻连接，同时均衡电阻还与电芯的负极连接，从而实现电芯均衡检测与电压均衡功能，均衡电路结构也比较简单实用。另外，本发明复用电压采集电路、均衡电路，并在电压采集电路、均衡电路中引出用于采集电芯内阻信息的第一信号采集点和第二信号采集点。第一信号采集点设置于均衡驱动电阻的信号输入端，第二信号采集点设置于均衡电阻的电流输入端，通过在这两个采集点位置进行相关数据采集即可用于计算出电芯的内阻。本发明通过复用电压采集电路和均衡电路兼容实现电芯内阻的采集，不仅降低了电路结构复杂度和硬件成本，同时还实现了电芯的电压信息、均衡信息以及内阻信息的集成采集。

附图说明

图1为本发明实施例中电芯信息采集电路的一个实施例示意图；

图2为本发明实施例中电芯内阻采集方法的一个实施例示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种电芯信息采集电路及电芯内阻采集方法。本发明通过复用电压采集电路和均衡电路实现电芯内阻采集，减少了硬件成本，实现了电芯的电压信息、均衡信息以及内阻信息的集成采集。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明提供一种电芯信息采集电路，为便于更好理解本发明，下面电芯信息采集电路的结构进行说明。参照图1，图1是本发明电芯信息采集电路的一实例示意图。

本实施例中，电芯信息采集电路包括：电压采集电路、均衡电路、第一信号采集点和第二信号采集点。

（1）电压采集电路

电压采集电路用于采集电芯正负两端的电压值，具体包括与电芯100串联的第一电压采集电阻101、第二电压采集电阻102，第一电压采集电阻101的电流输入端与电芯100的正极连接，第二电压采集电阻102的电流输出端与电芯100的负极连接。

（2）均衡电路

均衡电路用于在电芯100发生电压异常时，对电芯100进行电压均衡。具体包括均衡三极管开关201、均衡驱动电阻202和均衡电阻203，均衡驱动电阻202的一端与均衡三极管开关201的栅极连接；均衡三极管开关201的源极与电芯100的正极连接，均衡电阻203的两端分别与电芯100的负极、均衡三极管开关201的漏极连接。其中，本实施例的均衡三极管开关201优选采用MOSFET管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半场效晶体管）。

（3）第一信号采集点

第一信号采集点301设置于均衡驱动电阻202的另一端，也即均衡驱动电阻202与外部连接的电芯管理系统之间，用于采集电芯管理系统发出的控制信号，比如均衡指令。

（4）第二信号采集点

第二信号采集点302设置于均衡三极管开关201与均衡电阻203之间，用于采集均衡电阻203两端的电压值，或者流经均衡电阻203的电流值。

进一步的，如图1所示，在本发明电芯信息采集电路的另一实例示意中，电芯信息采集电路还包括：保险丝200、滤波电容300、稳压二极管400；

保险丝200的两端分别与电芯100的正极和均衡三极管开关201的源极连接；滤波电容300的一端与第一电压采集电阻101的电流输出端连接、另一端与第二电压采集电阻102的电流输入端连接；稳压二极管400的负极与第一电压采集电阻101的电流输出端连接，稳压二极管400的正极与第二电压采集电阻102的电流输入端连接。

保险丝200用于过载保护电芯100，滤波电容300用于降低交变脉动波纹对电路的干扰；稳压二极管400用于稳定电路中电压的作用。

本实施例中，为采集到数据并进行计算，因此进一步将电芯信息采集电路与电芯管理系统连接，具体为电芯信息采集电路通过第一信号采集点301与电芯管理系统的数字量输入端口连接，通过第二信号采集点302与电芯管理系统的模拟量输入端口连接，从而实现电芯信息采集。

本实施例中，电芯管理系统具体用于：

（1）发出均衡指令

电芯管理系统发出均衡指令后，通过第一信号采集点301采集的第一数据和第二信号采集点采集的第二数据，进而诊断均衡电路是否发生故障。

当电芯管理系统在满足预设条件而发出均衡指令时，电芯管理系统的数字量输入端口通过检测第一信号采集点301是否有采集到第一数据，进而判断电芯均衡是否启动。其中第一数据优选为均衡指令的数字量数据。当电芯均衡启动时，通过电芯管理系统的模拟量输入端口检测第二信号采集点采集的第二数据，其中第二数据优选为均衡电阻两端的电压值，进而再计算出流过电芯的电流值，最后再通过检测第二信号采集点的电流值，实现电芯均衡诊断功能。若检测到有均衡指令，但没有检测到电流值，则说明均衡电路存在故障。

当电芯管理系统检测到电芯出现电压差且超出设定电压差值时，发出均衡指令，均衡驱动电阻202控制均衡三极管开关201导通，也即相当于电芯100接入了一个放电电阻，进而实现电芯100的电压均衡功能。

（2）发出PWM控制信号

当电芯管理系统发出PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）制信号时，控制均衡三极管开关201产生正弦波交流控制信号，以供产生通过电芯100的正弦波交流电流，进而再采集电芯100两端的电动势；此外还通过第二信号采集点302采集的第三数据，其中第三数据为均衡电阻两端的电压值，最后再根据电芯100两端的电动势以及第三数据计算电芯100的内阻。

本发明实施例中，电芯信息采集电路包括电压采集电路、均衡电路，分别对应实现电芯电压采集及均衡检测，其中，电压采集电路包括第一电压采集电阻、第二电压采集电阻分别与电芯的正极和负极连接，电压采集电路结构比较简单实用。均衡电路包括均衡三极管开关、均衡驱动电阻和均衡电阻，均衡三极管开关的栅极与均衡驱动电阻连接、源极与电芯的正极连接，漏极与均衡电阻连接，同时均衡电阻还与电芯的负极连接，从而实现电芯均衡检测与电压均衡功能，均衡电路结构也比较简单实用。另外，本发明复用电压采集电路、均衡电路，并在电压采集电路、均衡电路中引出用于采集电芯内阻信息的第一信号采集点和第二信号采集点。第一信号采集点设置于均衡驱动电阻的信号输入端，第二信号采集点设置于均衡电阻的电流输入端，通过在这两个采集点位置进行相关数据采集即可用于计算出电芯的内阻。本发明通过复用电压采集电路和均衡电路兼容实现电芯内阻的采集，不仅降低了电路结构复杂度和硬件成本，同时还实现了电芯的电压信息、均衡信息以及内阻信息的集成采集。

上面对本发明实施例中电芯信息采集电路进行了描述，下面基于电芯信息采集电路，对本发明实施例中电芯内阻采集方法进行描述，请参阅图2，本发明实施例中电芯内阻采集方法的一个实施例包括：

S101、使电芯信息采集电路产生通过电芯的正弦波交流电流；

本实施例中，需要先使电芯信息采集电路产生通过电芯的正弦波交流电流，然后才能通过第一信号采集点和第二信号采集点进行信息采集。

可选的，在一具体实施例中，步骤S101具体包括：

首先，通过电芯管理系统向均衡驱动电阻输出PWM控制信号；

其次，通过PWM控制信号，控制均衡三极管开关产生正弦波交流控制信号；

最后，通过正弦波交流控制信号使电芯信息采集电路中产生通过电芯的正弦波交流电流。

本可选实施例中需要配合电芯管理系统进行内阻信息采集，电芯管理系统可以输出PWM控制信号，进而产生通过电芯的正弦波交流电流以便于后续数据采集与计算。

S102、采集多个不同时间点均衡电阻两端的电压值和电芯两端的电动势；

本实施例中，PWM控制信号是一个与时间有关的信号，因此在采集数据时，需要采集多个不同时间点的数据，以便于构建对应的信号函数。

可选的，均衡电阻两端的电压值和电芯两端的电动势的采集时间点相同。

S103、基于均衡电阻的电阻值以及多个不同时间点采集的电压值和电动势，构建电芯信息采集电路的电流信号函数和电动势信号函数；

可选的，电流信号函数为正弦波交流电流信号，电动势信号函数为正弦波电动势信号，电流信号函数和电动势信号函数具有相同的角频率。

S104、基于电流信号函数和电动势信号函数，计算电芯的内阻。

本实施例对于电流信号函数和电动势信号函数不限，在一可选实施例中，电芯的内阻计算公式如下：

；

其中，R表示电芯的内阻，

表示电动势信号函数，

表示电流信号函数，E表示正弦波电动势所能达到的最大值，I表示正弦波交流电流所能达到的最大值，a表示正弦波交流电流的角频率，b表示正弦波交流电流在时间t=0时的相位角。

本实施例中，通过采集多个不同时间点的均衡电阻两端的电压值和电芯两端的电动势，并基于二者采用相同的采集时间点，进而可以计算出正弦波电动势所能达到的最大值E，以及计算出正弦波交流电流所能达到的最大值I，a和b为预先设置的固定值，其具体数值与电芯管理系统输出的PWM控制信号的参数设置有关。

本发明实施例中，电芯信息采集电路包括电压采集电路、均衡电路，分别对应实现电芯电压采集及均衡检测，本发明复用电压采集电路、均衡电路，并在电压采集电路、均衡电路中引出用于采集电芯内阻信息的第一信号采集点和第二信号采集点。通过在这两个采集点位置进行相关数据采集即可用于计算出电芯的内阻。本发明通过复用电压采集电路和均衡电路兼容实现电芯内阻的采集，不仅降低了电路结构复杂度和硬件成本，同时还实现了电芯的电压信息、均衡信息以及内阻信息的集成采集。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（read-only memory，ROM）、随机存取存储器（random access memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电芯信息采集电路，其特征在于，所述电芯信息采集电路包括：电压采集电路、均衡电路、第一信号采集点和第二信号采集点；

所述电压采集电路包括第一电压采集电阻、第二电压采集电阻，所述第一电压采集电阻的电流输入端与电芯的正极连接，所述第二电压采集电阻的电流输出端与所述电芯的负极连接；

所述均衡电路包括均衡三极管开关、均衡驱动电阻和均衡电阻，所述均衡驱动电阻的一端与所述均衡三极管开关的栅极连接、另一端设有所述第一信号采集点，所述均衡三极管开关的源极与电芯的正极连接，所述均衡电阻的两端分别与所述电芯的负极、所述均衡三极管开关的漏极连接，所述均衡电阻与所述均衡三极管开关的漏极之间设有所述第二信号采集点，其中，所述均衡三极管开关为MOSFET管。

2.根据权利要求1所述的电芯信息采集电路，其特征在于，所述电芯信息采集电路还包括：保险丝、滤波电容、稳压二极管；

所述保险丝的两端分别与所述电芯的正极和所述均衡三极管开关的源极连接；所述滤波电容的一端与所述第一电压采集电阻的电流输出端连接、另一端与所述第二电压采集电阻的电流输入端连接；所述稳压二极管的负极与所述第一电压采集电阻的电流输出端连接，所述稳压二极管的正极与所述第二电压采集电阻的电流输入端连接。

3.根据权利要求1所述的电芯信息采集电路，其特征在于，所述电芯信息采集电路通过所述第一信号采集点与电芯管理系统的数字量输入端口连接，通过所述第二信号采集点与电芯管理系统的模拟量输入端口连接。

4.根据权利要求3所述的电芯信息采集电路，其特征在于，所述电芯管理系统用于：

发出均衡指令，并通过所述第一信号采集点采集的第一数据和所述第二信号采集点采集的第二数据诊断所述均衡电路是否发生故障；

发出PWM控制信号，控制所述均衡三极管开关产生正弦波交流控制信号，并采集所述电芯两端的电动势以及通过所述第二信号采集点采集的第三数据，根据所述电芯两端的电动势以及所述第三数据计算所述电芯的内阻。

5.根据权利要求4所述的电芯信息采集电路，其特征在于，所述第一数据为均衡指令的数字量数据，所述第二数据为所述均衡电阻两端的电压值，所述第三数据为所述均衡电阻两端的电压值。

6.一种基于权利要求1-5中任一项所述的电芯信息采集电路的电芯内阻采集方法，其特征在于，所述电芯内阻采集方法包括：

步骤一、使所述电芯信息采集电路产生通过所述电芯的正弦波交流电流；

步骤二、采集多个不同时间点所述均衡电阻两端的电压值和所述电芯两端的电动势；

步骤三、基于所述均衡电阻的电阻值以及多个不同时间点采集的电压值和电动势，构建所述电芯信息采集电路的电流信号函数和电动势信号函数；

步骤四、基于所述电流信号函数和所述电动势信号函数，计算所述电芯的内阻。

7.根据权利要求6所述的电芯内阻采集方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

通过电芯管理系统向所述均衡驱动电阻输出PWM控制信号；

通过所述PWM控制信号，控制所述均衡三极管开关产生正弦波交流控制信号；

通过所述正弦波交流控制信号使所述电芯信息采集电路中产生通过所述电芯的正弦波交流电流。

8.根据权利要求7所述的电芯内阻采集方法，其特征在于，所述均衡电阻两端的电压值和所述电芯两端的电动势的采集时间点相同。

9.根据权利要求8所述的电芯内阻采集方法，其特征在于，所述电流信号函数为正弦波交流电流信号，所述电动势信号函数为正弦波电动势信号，所述电流信号函数和所述电动势信号函数具有相同的角频率。

10.根据权利要求9所述的电芯内阻采集方法，其特征在于，所述电芯的内阻计算公式如下：

；

其中，R表示电芯的内阻，

表示电动势信号函数，

表示电流信号函数，E表示正弦波电动势所能达到的最大值，I表示正弦波交流电流所能达到的最大值，a表示正弦波交流电流的角频率，b表示正弦波交流电流在时间t=0时的相位角。

Images