CN116698220A - 一种电池温度采集电路、产品和电池温度采集方法 - Google Patents

一种电池温度采集电路、产品和电池温度采集方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及电池管理技术领域，特别涉及一种电池温度采集电路、产品和电池温度采集方法，电池温度采集电路包括：温度采集模块、电压基准模块和单片机模块，温度采集模块包括多个温度采集单元，电压基准模块分别与温度采集模块、单片机模块连接，多个温度采集单元与单片机模块并联连接，每个温度采集单元通过线束与电池包内部的多个NTC温度传感器连接。本申请可以同时采集多个电池的温度值，并同时将多个电池的温度值发送至单片机模块，从而提高采集效率，以及，减少单片机模块的资源占用。

Description

一种电池温度采集电路、产品和电池温度采集方法
技术领域
本申请涉及电池管理技术领域，特别是涉及一种电池温度采集电路、产品和电池温度采集方法。
背景技术
目前，为保障电车安全稳定运行，需要准确监控电车上的单体电池的温度信息。电池在电力输出时，电芯会产生大量热量，这些热量如果持续聚集则会导致车辆设备电路短路、突然失去动力甚至自燃等安全事故，而当电池在低温下工作时，则会严重影响充放电性能。因此必须对电池进行热管理，良好热管理的前提是要准确采集单体电池的温度。但是目前市场的电源管理芯片均无专门的温度采集通道，基本通过辅助GPIO对模拟量进行采集进而完成对温度的采集，而电池管理芯片的GPIO口数量非常有限，除负责温度采集外还需完成压力传感、风扇反馈等功能，根本无法满足过多温度通道的采集。
综上，现有技术中存在着无法满足过多温度通道的采集的技术问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电池温度采集电路、产品和电池温度采集方法。
第一方面，提供一种电池温度采集电路，所述电池温度采集电路包括：温度采集模块、电压基准模块和单片机模块；所述温度采集模块包括多个温度采集单元；
所述电压基准模块分别与所述温度采集模块、所述单片机模块连接；多个温度采集单元与所述单片机模块并联连接；每个温度采集单元通过线束与电池包内部的多个NTC温度传感器连接。
在其中一个实施例中，所述温度采集单元包括：信号复用器和多个上拉分压电阻；其中，所述信号复用器包括4个数字信号端口和1个模拟信号输出端口；
每个NTC温度传感器与各自对应的上拉分压电阻串联分压，分压后与所述信号复用器电性连接；
所述信号复用器的4个数字信号端口与所述单片机模块并联连接；所述信号复用器的1个模拟信号输出端口与所述单片机模块独立电性连接。
在其中一个实施例中，所述温度采集单元包括：第一电压跟随器；所述第一电压跟随器与所述信号复用器连接。
在其中一个实施例中，每个温度采集单元连接8个NTC温度传感器，所述温度采集单元通过所述信号复用器分时采集各NTC温度传感器的温度值。
在其中一个实施例中，所述单片机模块根据所述4个数字信号端口控制所述信号复用器的工作状态。
在其中一个实施例中，所述电压基准模块包括限流电阻、电压基准芯片和第二电压跟随器；外部引入的5V电源经过所述限流电阻与所述电压基准芯片串联，所述电压基准芯片的后级与所述第二电压跟随器连接，以输出4.096V电源给其他电路供电。
在其中一个实施例中，所述4.096V电源作为分压电源与多个上拉分压电阻的一端连接，每个上拉分压电阻的另一端分别连接一个NTC温度传感器，每个NTC温度传感器对应一个采集通道；将上拉分压电阻与NTC温度传感器分压后的电压值引入到信号复用器的8个输入脚，所述单片机模块以预设切换周期控制所述信号复用器交替选通多个采集通道，将采集到的温度值通过所述信号复用器输入到所述第一电压跟随器，经过所述第一电压跟随器隔离后，输入到所述单片机模块。
在其中一个实施例中，所述电池温度采集电路包括NTC温度传感器。
第二方面，提供一种电池温度采集产品，所述产品包括如上述任一实施例所述的电池温度采集电路。
第三方面，提供一种电池温度采集方法，所述方法适用于电池温度采集电路，所述电池温度采集电路包括：温度采集模块、电压基准模块和单片机模块；所述温度采集模块包括多个温度采集单元；所述温度采集单元包括：信号复用器和多个上拉分压电阻；
所述电压基准模块分别与所述温度采集模块、所述单片机模块连接；多个温度采集单元与所述单片机模块并联连接；每个温度采集单元通过线束与电池包内部的多个NTC温度传感器连接；每个上拉分压电阻的一端分别连接一个NTC温度传感器，每个NTC温度传感器对应一个采集通道；
所述方法包括：
将上拉分压电阻与NTC温度传感器分压后的电压值引入到信号复用器；
通过所述单片机模块以预设切换周期控制所述信号复用器交替选通多个采集通道，将采集到的温度值通过所述信号复用器输入到所述单片机模块。
上述电池温度采集电路、产品和电池温度采集方法，电池温度采集电路包括：温度采集模块、电压基准模块和单片机模块，温度采集模块包括多个温度采集单元，电压基准模块分别与温度采集模块、单片机模块连接，多个温度采集单元与单片机模块并联连接，每个温度采集单元通过线束与电池包内部的多个NTC温度传感器连接。其中，多个温度采集单元与单片机模块并联连接，可以同时采集多个电池的温度值，解决了通道数量不足和不易扩展的问题，实现多通道的电池温度采集而不受限于管理芯片的GPIO口数量，同时将多个电池的温度值发送至单片机模块，从而提高采集效率，以及，减少单片机模块的资源占用。
附图说明
图1为一个实施例中电池温度采集电路的结构图；
图2为一个实施例中温度采集单元的结构图；
图3为另一个实施例中温度采集单元的结构图；
图4为一个实施例中单通道的电池温度采集的示意图；
图5为一个实施例中电压基准模块20的结构图；
图6为一个实施例中电池温度采集方法的流程图；
图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
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，提供了一种电池温度采集电路，所述电池温度采集电路包括：温度采集模块10、电压基准模块20和单片机模块30；所述温度采集模块10包括多个温度采集单元101；
所述电压基准模块20分别与所述温度采集模块10、所述单片机模块30连接；多个温度采集单元101与所述单片机模块30并联连接；每个温度采集单元101通过线束与电池包内部的多个NTC温度传感器40连接。
其中，该电池温度采集电路也可以称之为驱动电机控制器过流保护电路。电池温度采集电路包括：温度采集模块10、电压基准模块20和单片机模块30。单片机模块30可以为微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）。
其中，温度采集模块10包括多个温度采集单元101，如每个温度采集模块10内可以包括4个温度采集单元101。
其中，电压基准模块20分别与温度采集模块10、单片机模块30连接。多个温度采集单元101与单片机模块30并联连接。每个温度采集单元101通过线束与电池包内部的多个NTC温度传感器40连接。电池包内部的每个NTC温度传感器40与每个单体电池极柱相接触，即1个单体电池上放置1个NTC温度传感器40。
在本发明实施例中，多个温度采集单元101与单片机模块30并联连接，可以同时采集多个电池的温度值，实现多通道的电池温度采集而不受限于管理芯片的GPIO口数量，同时将多个电池的温度值发送至单片机模块30，从而提高采集效率，以及，减少单片机模块的资源占用。
在可选的一个实施例中，所述电池温度采集电路还包括电池包内部的NTC温度传感器40。
在可选的一个实施例中，所述电池温度采集电路还包括线束，温度采集单元101通过线束与NTC温度传感器40连接。
在可选的一个实施例中，如图2所示的温度采集单元的结构图，所述温度采集单元包括：信号复用器U2和多个上拉分压电阻；其中，所述信号复用器U2包括4个数字信号端口（S0、S1、S2、）和1个模拟信号输出端口Temp_AD；
每个NTC温度传感器40与各自对应的上拉分压电阻串联分压，分压后与所述信号复用器U2电性连接；
所述信号复用器U2的4个数字信号端口与所述单片机模块30并联连接；所述信号复用器U2的1个模拟信号输出端口与所述单片机模块30独立电性连接。
其中，1个温度采集单元101包括1个信号复用器U2，信号复用器U2包括4个数字信号端口S0、S1、S2、和1个模拟信号输出端口Temp_AD。
可选的，当每个温度采集模块10内可以包括4个温度采集单元101时，则4个温度采集单元101对应4个信号复用器U2，每个信号复用器U2对应1个模拟信号输出端口，4个信号复用器U2对应4个模拟信号输出端口，分别为Temp_AD1、Temp_AD2、Temp_AD3和Temp_AD4。
其中，针对每个信号复用器U2的4个数字信号端口，都与单片机模块30并联电性连接，4个信号复用器U2的4个模拟信号输出端分别与单片机模块30的4个端口独立电性连接。
在可选的一个实施例中，每个温度采集单元101连接8个NTC温度传感器40，所述温度采集单元101通过所述信号复用器U2分时采集各NTC温度传感器40的温度值。
在可选的一个实施例中，所述单片机模块30根据所述4个数字信号端口控制所述信号复用器U2的工作状态。
其中，如图2所示，每个温度采集单元101包括8个NTC温度传感器40、8个上拉分压电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8。每个温度采集单元101连接8个NTC温度传感器40，表示每个温度采集单元101可采集8个NTC温度传感器40的温度值。每个NTC温度传感器40与各自对应的上拉分压电阻串联分压，分压后与信号复用器U2电性连接。单片机模块30根据信号复用器U2的4个数字信号端口控制信号复用器U2的工作状态，即控制图2中的Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7的导通闭合状态，根据信号复用器U2的工作状态分时采集各NTC温度传感器40的温度值。如，单片机模块30根据信号复用器U2的4个数字信号端口控制Y0闭合，Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7断开，则可以采集与R8串联的NTC温度传感器40的温度值。
在可选的一个实施例中，如图5所示，为电压基准模块20的结构图，所述电压基准模块20包括限流电阻、电压基准芯片和第二电压跟随器；外部引入的5V电源经过所述限流电阻与所述电压基准芯片串联，所述电压基准芯片的后级与所述第二电压跟随器连接，以输出4.096V电源给其他电路供电。其中，只有一个电压基准模块20，分别连接MCU和电池温度采集电路和单片机模块30，电压基准模块20相当于一个精度很高的电压，提供参考电平，单片机模块30必须要有一个参考电平才能进行信号采集，参考电平精度越高，采集的信号的精度越高。
其中，电压基准模块20为4.096V电源，包括限流电阻R10、电压基准芯片Q1和第二电压跟随器。第二电压跟随器包括电容C1和运算放大器U1A。电压基准芯片Q1为高精度稳压源，温漂＜50 ppm/°C，电压精度误差≤±0.1%。
在本发明实施例中，外部引入的5V电源经过限流电阻R10与电压基准芯片Q1串联，由于电压基准芯片Q1功率有限，后级与运算放大器U1A构成的电压跟随器连接，以提高驱动能力，运算放大器U1A输出稳定的4.096V电源给其他电路供电。其中，4.096V电源用于给单片机模块30和温度采集单元101提供高精度基准电源。由于NTC温度传感器40采集范围较宽，即使是0.1V的电源误差，体现在温度上就是5℃以上的差别。因此，使用高精度基准电源误差仅有±0.1%，能大大提高采集的精度。
在可选的一个实施例中，所述温度采集单元101还包括：第一电压跟随器；所述第一电压跟随器与所述信号复用器U2连接。
在可选的一个实施例中，每个温度采集单元101与电压基准模块20并行连接，每个温度采集单元101也与电压基准模块20并行连接。所述4.096V电源作为分压电源与多个上拉分压电阻的一端连接，每个上拉分压电阻的另一端分别连接一个NTC温度传感器40，4.096V电源用于给多个上拉分压电阻提供高精度分压电源。其中，每个NTC温度传感器40对应一个采集通道；将上拉分压电阻与NTC温度传感器40分压后的电压值引入到信号复用器U2的8个输入脚，所述单片机模块30以预设切换周期控制所述信号复用器U2交替选通多个采集通道，将采集到的温度值通过所述信号复用器U2输入到所述第一电压跟随器，经过所述第一电压跟随器隔离后，输入到所述单片机模块30。
其中，第一电压跟随器包括运算放大器U1B、电阻R9和电容C47。
在本发明实施例中，如图3和图4所示，NTC温度传感器40由线束引入到电路中，4.096V电源作为分压电源分别与8个上拉分压电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8的一端连接，每个上拉分压电阻的另一端分别连接一个NTC温度传感器40，每个NTC温度传感器40对应一个采集通道。第一电压跟随器与信号复用器U2的模拟输出口第3脚（即图3中的Temp_AD）连接，信号复用器U2的第6脚（EN1）、第9脚（S2）、第10脚（S1）、第11脚（（S0））与单片机模块30连接。其中，将上拉分压电阻与NTC温度传感器40分压后的电压值引入到信号复用器U2的8个输入脚，单片机模块30以预设切换周期（如，0.5S）控制信号复用器U2交替选通8个采集通道，并通过第3脚输出至信号复用器U2，信号复用器U2的第3脚与后级的第一电压跟随器电性连接器，经过第一电压跟随器隔离后，将采集到的温度值输入到单片机模块30。
在本发明实施例中，4个温度采集单元101对应4个信号复用器U2，4个信号复用器U2与单片机模块30并行连接。单片机模块30通过4个数字信号端口S0、S1、S2、（S0、S1、S2、可以称之为1个温度采集单元101的控制总线）来控制温度采集单元101中的信号复用器U2的工作状态，4个采集单元控制总线是并联在一起的，就是说单片机模块30是同时给4个温度采集单元101发送控制指令，各温度采集单元101同时工作，同时响应。每个温度采集单元101都有1个模拟信号输出端口，用来输出采集到温度值，4个模拟信号输出端口Temp_AD1、Temp_AD2、Temp_AD3和Temp_AD4分别连接单片机模块30的4个输入引脚，就是说单片机模块30在同一时刻能够采集到4个温度值，相比于单通道控制的采集模块式，采集效率高，占用MCU资源少。
需要注意的是，当环境温度产生变化时，NTC温度传感器40的阻值（也可以称之为NTC热敏电阻的阻值）会相应改变，温度升高阻值变小，温度降低阻值变大，通过数据手册可以精确查找不同温度所对应的阻值。阻值变化的时候，与相关电阻分压的值也会跟随变化，单片机模块30通过采集的电压值来计算NTC温度传感器40的环境温度。
为了便于理解，此处举例说明，当温度升高时，NTC热敏电阻的阻值下降，这导致电阻分压电路中NTC热敏电阻的分压比例减小，分压信号的电压降低。运算放大器将该分压信号放大，并将其转换为模拟电压。然后，ADC将该模拟电压转换为12位的数字值，使用NTC热敏电阻的温度－电阻特性曲线，可以将ADC输出的数字值转换为对应的温度。
在本发明实施例中，根据上述描述的内容，一个电池温度采集电路最多可采集32个单体电池的温度，根据车辆电芯的不同配置，一台车可搭配多个电池温度采集电路。通过上述方案，单片机模块30在同一时刻能够采集到4个温度值，相比于单通道控制的采集模块式，采集效率高，占用MCU资源少。
在一个实施例中，提供了一种电池温度采集产品，所述产品包括上述各个实施例所述的电池温度采集电路。其中，该产品可以是电池温度采集系统、车辆（如电车）、无人机等等。
如图6所示，为一个实施例中一种电池温度采集方法的流程示意图。所述方法适用于电池温度采集电路，所述电池温度采集电路包括：温度采集模块、电压基准模块和单片机模块；所述温度采集模块包括多个温度采集单元；所述温度采集单元包括：信号复用器和多个上拉分压电阻；
所述电压基准模块分别与所述温度采集模块、所述单片机模块连接；多个温度采集单元与所述单片机模块并联连接；每个温度采集单元通过线束与电池包内部的多个NTC温度传感器连接；每个上拉分压电阻的一端分别连接一个NTC温度传感器，每个NTC温度传感器对应一个采集通道；
所述方法包括：
S601，将上拉分压电阻与NTC温度传感器分压后的电压值引入到信号复用器；
S602，通过所述单片机模块以预设切换周期控制所述信号复用器交替选通多个采集通道，将采集到的温度值通过所述信号复用器输入到所述单片机模块。
关于电池温度采集方法的具体限定可以参见上文中对于电池温度采集电路的限定，在此不再赘述。
应该理解的是，虽然图7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图7中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种电池温度采集方法。
本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以上实施例中的内容。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
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 (10)

1.一种电池温度采集电路，其特征在于，所述电池温度采集电路包括：温度采集模块、电压基准模块和单片机模块；所述温度采集模块包括多个温度采集单元；
所述电压基准模块分别与所述温度采集模块、所述单片机模块连接；多个温度采集单元与所述单片机模块并联连接；每个温度采集单元通过线束与电池包内部的多个NTC温度传感器连接。
2.根据权利要求1所述的电池温度采集电路，其特征在于，所述温度采集单元包括：信号复用器和多个上拉分压电阻；其中，所述信号复用器包括4个数字信号端口和1个模拟信号输出端口；
每个NTC温度传感器与各自对应的上拉分压电阻串联分压，分压后与所述信号复用器电性连接；
所述信号复用器的4个数字信号端口与所述单片机模块并联连接；所述信号复用器的1个模拟信号输出端口与所述单片机模块独立电性连接。
3.根据权利要求2所述的电池温度采集电路，其特征在于，所述温度采集单元包括：第一电压跟随器；所述第一电压跟随器与所述信号复用器连接。
4.根据权利要求3所述的电池温度采集电路，其特征在于，每个温度采集单元连接8个NTC温度传感器，所述温度采集单元通过所述信号复用器分时采集各NTC温度传感器的温度值。
5.根据权利要求4所述的电池温度采集电路，其特征在于，所述单片机模块根据所述4个数字信号端口控制所述信号复用器的工作状态。
6.根据权利要求4所述的电池温度采集电路，其特征在于，所述电压基准模块包括限流电阻、电压基准芯片和第二电压跟随器；外部引入的5V电源经过所述限流电阻与所述电压基准芯片串联，所述电压基准芯片的后级与所述第二电压跟随器连接，以输出4.096V电源给其他电路供电。
7.根据权利要求6所述的电池温度采集电路，其特征在于，所述4.096V电源作为分压电源与多个上拉分压电阻的一端连接，每个上拉分压电阻的另一端分别连接一个NTC温度传感器，每个NTC温度传感器对应一个采集通道；将上拉分压电阻与NTC温度传感器分压后的电压值引入到信号复用器的8个输入脚，所述单片机模块以预设切换周期控制所述信号复用器交替选通多个采集通道，将采集到的温度值通过所述信号复用器输入到所述第一电压跟随器，经过所述第一电压跟随器隔离后，输入到所述单片机模块。
8.根据权利要求1所述的电池温度采集电路，其特征在于，所述电池温度采集电路包括NTC温度传感器。
9.一种电池温度采集产品，其特征在于，所述产品包括如权利要求1至8任意一项权利要求所述的电池温度采集电路。
10.一种电池温度采集方法，其特征在于，所述方法适用于电池温度采集电路，所述电池温度采集电路包括：温度采集模块、电压基准模块和单片机模块；所述温度采集模块包括多个温度采集单元；所述温度采集单元包括：信号复用器和多个上拉分压电阻；
所述电压基准模块分别与所述温度采集模块、所述单片机模块连接；多个温度采集单元与所述单片机模块并联连接；每个温度采集单元通过线束与电池包内部的多个NTC温度传感器连接；每个上拉分压电阻的一端分别连接一个NTC温度传感器，每个NTC温度传感器对应一个采集通道；
所述方法包括：
将上拉分压电阻与NTC温度传感器分压后的电压值引入到信号复用器；
通过所述单片机模块以预设切换周期控制所述信号复用器交替选通多个采集通道，将采集到的温度值通过所述信号复用器输入到所述单片机模块。
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