CN115265646A - 一种多通道电压温度集合采集电路 - Google Patents

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夏晨强
徐剑虹
郑益
王浩
钱程隆
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Abstract

本发明属于电池管理技术领域，尤其涉及一种多通道电压温度集合采集电路，包括：由多节电池串联形成的电池组；相互串联的温度传感器和基准电阻，温度传感器为热敏电阻并设置在对应的电池上，温度传感器和基准电阻与对应的电池连接，使电池、温度传感器和基准电阻构成一个回路；设置在电池正负极上的电压采集线；设置在温度传感器和基准电阻之间的分压采集线；采集芯片，其上设置有电压采集端口，电压采集线和分压采集线均连接在对应的电压采集端口上；采集芯片通过电池正负极上的电压采集线获取电池的电压信息；采集芯片通过分压采集线和电压采集线获取温度传感器或基准电阻上的分压，从而确定电池的温度信息。本发明能同时采集电压和温度信息。

Description

一种多通道电压温度集合采集电路
技术领域
本发明属于电池管理技术领域，尤其涉及一种多通道电压温度集合采集电路。
背景技术
新能源领域如电动汽车、储能电站的快速发展，使大量的锂离子动力电池或铅酸蓄电池等电化学电池被应用。电动汽车、储能电站等环境均需要采用大量的电池组成高压，为适应电池组安全运行，配备相应的电池管理系统是必不可少的。由于电动汽车、储能电站设计、使用环境等原因，电池数量多，必然会采用大量的电池管理模块。特别在大容量储能电站使用过程中，首先有大量电池先并联后串联，或仅串联形成电池簇，再有多个电池簇并联形成电池堆，多个电池堆形成储能电池系统。
无论是电动汽车、电力变电站、通信/IDC机房、通信基站、铁路/轨道交通信号系统或是不间断电源（UPS），电池管理系统BMS都起着极其重要的作用，而对电池信息的监控极为关键。几乎所有的电池数据采集都是通过采集芯片实现的。
目前，主流电池管理主要采集电池的电压、电流、温度等物理量，排除电池的异常运行，使电池在正常电压、电流范围内运行。但是与电池的电压监测相比，目前电池的温度并不是像电压一样对每一节电池进行监测，这就导致了监控盲区的产生。同时，原有的NTC温度传感器，还存在随着使用数量的增加，采集线束的数量也相应增加的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种多通道电压温度集合采集电路，通过在电池上串联温度传感器和基准电阻，并在温度传感器和基准电阻之间引出一条分压采集线，使得在采集电池电压的同时也能采集温度传感器或基准电阻上的分压，实现电池电压和温度的同步采集，并且减少了线束的使用。
为本发明的目的，采用以下技术方案予以实施：
一种多通道电压温度集合采集电路，包括：
由多节电池串联形成的电池组；
相互串联的温度传感器和基准电阻，温度传感器为热敏电阻并设置在对应的电池上，温度传感器和基准电阻与对应的电池连接，使电池、温度传感器和基准电阻构成一个回路；
设置在电池正负极上的电压采集线；
设置在温度传感器和基准电阻之间的分压采集线；以及
采集芯片，其上设置有电压采集端口，电压采集线和分压采集线均连接在对应的电压采集端口上；
采集芯片通过电池正负极上的电压采集线获取电池的电压信息；采集芯片通过分压采集线和电压采集线获取温度传感器或基准电阻上的分压，从而确定电池的温度信息。
作为优选，采集芯片同步采集电池的电压信息和温度传感器或基准电阻上的分压。
作为优选，每节电池上都串联有温度传感器和基准电阻。
作为优选，相邻两节电池的连接处共用一条电压采集线。
作为优选，温度传感器为NTC。
综上所述，本发明的优点是在电池上串联温度传感器和基准电阻，并在温度传感器和基准电阻之间引出一条分压采集线，使得在采集电池电压的同步也能采集温度传感器或基准电阻上的分压，实现电池电压和温度的同步采集，并且减少了线束的使用。
附图说明
图1为现有技术中采集芯片和采集电路的结构示意图。
图2为本发明中采集芯片和采集电路的结构示意图。
图3为电压采集和温度采集电路的结构示意图。
具体实施方式
在现有技术中，电池管理系统采集芯片（AFE）只实现了多通道电压采集，无温度采集或仅有少量温度采集，且温度采集一般通过两根线实现采集。
在图1中示出了现有技术中采集芯片的结构示意图，其实现了12串电池（B1/B2…Bn）的电压采集（参见图1左侧），并通过GPIO1/GPIO2实现两通道温度采集（参见图1右侧）。
进行温度采集时，将NTC温度传感器（负温度系数热敏电阻）设置在待测的电池上，并在NTC（负温度系数热敏电阻）上串联基准电阻，通过测量NTC或基准电阻上的分压，可以得到NTC的电阻，然后根据NTC温度和电阻的对应关系，确定NTC对应的温度。上述的温度采集通过两线制实现，如果想实现和电压同等数量的温度采集，则需要额外增加多路复用器及通道选择电路。
如图1所示，现有技术中采集芯片的具体结构如下：电池电压V+通过LDO输出VREG电路为采集芯片内部各个单元提供稳定的电源，BANDGAP&IBIAS输出REF为ADC提供基准，电池电压采集信号C0/C1…C12通过多路复用器MUX传输到ADC采集单元，温度采集电路通过基准电阻RF1/RF2与温度传感器T1/T2分压输入到GPIO，VREG/GIPO/芯片内部温度DIE-T通过多路复用器AUX MUX输出到ADC，然后通过数字通讯DIGI-BUS到数字滤波DIGITAL FILTERS模块，逻辑控制单元LOGIC AND CONTR控制多路复用器，最终通过SPI通讯对外与主机设备通讯。
如图2和3所示为本发明的采集芯片和采集电路的结构示意图。
在现有技术的基础上，在采集芯片内部增加了CT1/CT2…CTn，这些输入引脚间隔设置在原有的CC0/ CC1…CC12之间，并且通过多通道选择开关MUX输入到内部16位ADC。
在每节电池的负极和正极上都连接有电压采集线，具体地说，在电池的负极上连接有第一采集线，电池的正极上连接有第二采集线。
以第一节电池B1举例，第一采集线的左端连接在电池B1的负极上，第一采集线的右端连接在采集芯片的CC0端口上。第二采集线的左端连接在电池B1的正极上，第二采集线的右端连接在采集芯片的CC1端口上。因此，采集芯片只要采集CC0和CC1上的电压信号，就能获得电池B1的电压信息。
温度传感器T1（热敏电阻，最好为NTC）安装在电池B1上，用于检测电池B1的温度。温度传感器T1的下端连接在电池B1的负极上（也可以认为连接在第一采集线上），温度传感器T1的上端通过基准电阻RF1（电阻已知）连接在电池B1的正极上（也可以认为连接在第二采集线上），使得电池B1、温度传感器T1和基准电阻RF1构成一个回路。在温度传感器T1和基准电阻RF1之间引出一条分压采集线，分压采集线的右端连接在采集芯片的CT1端口上。
采集芯片采集CC0和CT1之间的电压信号，就能获得温度传感器T1上的分压，或者采集芯片采集CT1和CC1之间的电压信号，就能获得基准电阻RF1上的分压。然后根据所得的分压，获得温度传感器T1实际的电阻，然后通过NTC电阻与温度的关系，得到温度传感器T1的温度，即获得了电池B1的温度信息。
由上文可知，温度采集的基准需要依靠电池电压（即CC0和CC1上的电压信号），因此当电池电压动态变化时（即非稳定开路状态外），采集芯片需要同步采集电池电压和温度采集电压。
通过上述的电路使得采集芯片在采集电池电压的同时也能采集温度信息，并且相比于现有技术只增加了一条分压采集线，减少了线束的使用，便于电路的接线。
进一步的，由于多节电池之间为串联，因此相邻的两节电池的连接处可以共用一条用于采集电压的采集线。
例如在电池B1和电池B2上，可以将连接在电池B1正极的第二采集线和连接在电池B2负极的第一采集线合并，即在电池B1和电池B2的连接处只使用一根采集线（例如电池B1的第二采集线），这样能进一步减少线束的使用。
以上为对本发明实施例的描述，通过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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种多通道电压温度集合采集电路，其特征在于，包括：
由多节电池串联形成的电池组；
相互串联的温度传感器和基准电阻，温度传感器为热敏电阻，并设置在对应的电池上，温度传感器和基准电阻与对应的电池连接，使电池、温度传感器和基准电阻构成一个回路；
设置在电池正负极上的电压采集线；
设置在温度传感器和基准电阻之间的分压采集线；以及
采集芯片，其上设置有电压采集端口，电压采集线和分压采集线均连接在对应的电压采集端口上；
采集芯片通过电池正负极上的电压采集线获取电池的电压信息；采集芯片通过分压采集线和电压采集线获取温度传感器或基准电阻上的分压，从而确定电池的温度信息。
2.根据权利要求1所述的一种多通道电压温度集合采集电路，其特征在于，采集芯片同布采集电池的电压信息和温度传感器或基准电阻上的分压。
3.根据权利要求1所述的一种多通道电压温度集合采集电路，其特征在于，每节电池上都串联有温度传感器和基准电阻。
4.根据权利要求1所述的一种多通道电压温度集合采集电路，其特征在于，相邻两节电池的连接处共用一条电压采集线。
5.根据权利要求1所述的一种多通道电压温度集合采集电路，其特征在于，温度传感器为NTC。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116698220A (zh) * 2023-08-04 2023-09-05 新汽有限公司 一种电池温度采集电路、产品和电池温度采集方法
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WO2024131635A1 (zh) 2022-12-19 2024-06-27 杭州高特电子设备股份有限公司 一种电池安全阀与温度检测电路

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