CN202260564U - 基于开关切换测量电池组单体电压的电动车电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于开关切换测量电池组单体电压的电动车电池管理系统，包括系统测控单元和至少一个电池组单体电压测量单元，所述系统测控单元包括一个DC/DC隔离电源模块，该DC/DC隔离电源模块输出12V电源经过稳压器给主控制电路提供5V电源，主控制电路连接总线通讯模块、温度测量电路、高低压保护信号输出电路、系统充电钥匙互锁电路、掉电检测电路、电流传感器接口电路以及电池组单体电压测量单元；所述电池组单体电压测量单元包括多节单体电池电压开关选通电路和单体电池电压采样开关电路，用较低的成本实现了电池组单体电池的电压开关切换采样，有效降低了电池组管理系统的整体成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术和新能源领域，尤其涉及到一种基于开关切换测量电池组单体电压的电动车电池管理系统。
背景技术
目前，在电池组管理系统中的电池电压测量方式通常采用特定的多节电池采样芯片，但由于目前这种芯片价格昂贵，并且缺少电池电压采样端的反接保护，在电池电压采样线接反的情况下，容易引起芯片烧毁，导致整个电池电压采集模块报废，进一步的增加了维护成本，使其在使用4至32节电池组的电动摩托车、电动自行车等成本要求高的应用领域很难得到推广和使用。
本实用新型为了克服上述缺陷，进行了有益的改进。
实用新型内容
为了降低电池组管理系统的生产、维修成本，本实用新型电池组管理系统采用由分立元件组成的开关切换式电池组单体电池电压测量单元。一个上述单元可以测量1至16节单体电池。通过系统测控单元测量电池组单体电压和总电压。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种基于开关切换测量电池组单体电压的电动车电池管理系统，包括系统测控单元和至少一个电池组单体电压测量单元，其特征 在于：所述系统测控单元包括一个DC/DC隔离电源模块，该DC/DC隔离电源模块，由电池组总输出供电，DC/DC隔离电源模块输出12V电源经过稳压器给主控制电路提供5V电源，主控制电路连接总线通讯模块、温度测量电路、高低压保护信号输出电路、系统充电钥匙互锁电路、掉电检测电路、电流传感器接口电路以及电池组单体电压测量单元；所述电池组单体电压测量单元包括多节单体电池电压开关选通电路和单体电池电压采样开关电路，所述多节单体电池电压开关选通电路受系统测控单元控制，并产生1至16路开关选通信号分别控制1至16个单体电池电压采样开关电路。
进一步地，所述总线通讯模块包括一个CAN总线通讯接口和一个232总线通讯接口，或包括一个LIN总线通讯接口，所述CAN总线通讯接口连接CAN总线设备，所述232总线通讯接口连接手持显示器或PC上位机，所述LIN总线通讯接口连接LIN总线设备；
进一步地，所述电流传感器接口电路对外接5V供电霍尔电流传感器进行采样，测量电池组输出总电流；
进一步地，所述高低压保护信号输出电路采用无源继电器信号输出，或有源继电器驱动信号输出；
进一步地，所述系统充电钥匙互锁电路采用一个继电器输出公共端给DC/DC隔离电源模块供电；所述系统充电钥匙互锁电路设置三条电源线，包括一条地线和两条电源线，地线接至电池组总负极，一条电源线接至电池组总正极，另一条电源线接至车辆电门锁输出端，在无充电器连接情况下，系统充电钥匙互锁电路使用接至车辆电 门锁输出端的电源线给系统供电，在充电器连接的情况下使用连接在电池组总正极的电源线供电，从而实现了充电时电池管理系统自动进入充电管理的功能。
进一步地，所述多节单体电池电压开关选通电路采用4-16译码器集成电路，可控制1-16路开关导通或关断，所述多节单体电池电压开关选通电路采用NPN三极管来导通电池组负极输入，采用PNP三极管来导通电池组正极输入，形成一个三极管对，并在NPN三极管和PNP三级管的射极分别串入一个正向二极管来实现采样线反接保护，通过光耦隔离控制三极管对；
进一步地，所述单体电池电压采样开关电路，由16路单体电池电压输入通道串联而成，每路所述输入通道包括一个单体电池正极输入开关、一个单体电池正极输入正向二极管、一个单体电池负极输入开关、一个单体电池负极输入正向二极管、一个输入开关隔离控制器。每路所述输入通道包括的输出端连接在一起，输入至系统测控单元。
采用开关切换式电池组单体电池电压测量方法的一个关键技术在于如何实现电池采样通道的切换。使用信号继电器开关的方案，由于信号继电器最佳使用寿命一般在10万次左右，无法满足本系统频繁的开关切换而被排除。更有光MOS继电器，由于价格昂贵而难以应用。本实用新型采用高耐压的三极管来做电池采样通道的切换开关电路，不仅寿命长而且成本低。
本实用新型电池管理系统采用的开关切换式电池组单体电池 电压测量单元，由1-16个所述电池采样通道的切换开关电路和开关控制电路组成。
采用三极管来做电池采样通道的切换开关另一关键技术在于如何实现PN结温飘的温度补偿。通过测量环境温度来进行软件修正，由于这种方法所修正出来的电压组误差较大而被放弃使用。本实用新型采用基准测量来进行温度补偿，有效修正了PN结引起的电压测量温飘，大大减小了电池电压的测量误差。
本实用新型电池组管理系统采用LIN总线或CAN总线与充电器、车用仪表及其他设备通讯，实现电池信息监控、充放电均衡管理、电池保护等功能，并可通过CAN总线、232总线或LIN总线连接上位机进行系统参数的设置。
本实用新型电池组管理系统使用与电动车辆动力电池组管理时，使用了系统充电钥匙互锁电路，实现了车辆安全充电及充电管理功能。
本实用新型使用了系统充电钥匙互锁电路，采样一个继电器来切换系统供电，在正常行车的情况下系统电源由电门锁输入供电，在充电的情况下不管电门锁是否打开，强制切换至直接由电池组总正极供电。并通过软件使车辆在充电的过程中无法启动电机。
本实用新型的有益效果是用较低的成本实现了电池组单体电池的电压开关切换采样，有效降低了电池组管理系统的整体成本，而不降低其性能。
附图说明
图1是本实用新型电池组管理系统结构框图；
图2是本实用新型所采用的电池采样通道的切换开关电路结构图；
附图标记：1.电池组单体电压测量单元；2.系统测控单元；3.主控制电路；4.总线通讯模块；5.温度测量电路；6.DC/DC隔离电源模块；7.高低压保护信号输出电路；8.系统充电钥匙互锁电路；9.掉电检测电路；10.电流传感器接口电路；11.单体电池电压采样开关电路；12.多节单体电池电压开关选通电路；a.单体电池正极输入开关；b.单体电池正极输入正向二极管；c.单体电池负极输入开关；d.单体电池负极输入正向二极管；e.输入开关隔离控制器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
本实用新型的实施例参考图1所示，本基于开关切换测量电池组单体电压的电动车电池管理系统包括一个系统测控单元2和电池组单体电压测量单元1组成。其中系统测控单元2包括主控制电路(3)、总线通讯模块(4)、温度测量电路(5)、DC/DC隔离电源模块(6)、高低压保护信号输出电路(7)、系统充电钥匙互锁电路(8)、掉电检测电路(9)、电流传感器接口电路(10)；电池组单体电压测量单元1包括单体电池电压采样开关电路(11)和多节单体电池电压开关选通电路(12)。
系统电源取自电池组总正负极，平时(未连充电器的情况下) 电源依次通过电门锁，系统充电钥匙互锁电路、DC/DC隔离电源模块给系统测控单元提供12V和5V电源。在连接充电器的情况下，电源绕过电门锁，依次通过系统充电钥匙互锁电路、DC/DC隔离电源模块给系统测控单元提供12V和5V电源。
电池电压测量口设有N+1条采样线(N为单体电池串联个数)，连接至串联的单体电池极柱上。系统测控模块循环依次控制电池组单体电压测量单元的采样通道导通，来测量所有单体电池的电压，并且每次只有一路采样通道导通。当采样第M个单体电池电压时，单体电池负极通过第M号采样线和第M路电池采样通道切换开关电路的NPN三极管输入连接到系统测控单元的地，单体电池正极通过第M+1号线和第M路电池采样通道切换开关电路的PNP三极管连接至系统测控单元电池电压采样口，系统测控单元便可测得该电池的电压。
系统测控单元在测量所有单体电池电压后，若检测出低压或高压报警，一方面通过通讯总线传输低压或高压报警信息，另一方面通过高低压保护信号输出电路输出低压或高压保护信号。
系统测控单元的主控制电路通过电流传感器接口电路测量外部霍尔电流传感器的电流信号，获得当前电流值，若检测是过流报警，一方面通过通讯总线传输过流报警信息，另一方面通过低压保护信号输出电流过流保护信号。
系统测控单元的主控制电路通过温度测量电路检测电池温度或环境温度，若检测出温度过高或过低，一方面通过通讯总线传输高低温报警信号，另一方面通过低压保护信号输出电路输出高低温保护 信号。
系统测控单元的主控制电路通过总线通讯模块与外部总线通讯设备连接。
系统测控单元的主控制电路通过总线通讯检测到充电器后，一方面通过通讯总线传输充电信息，另一方面通过低压保护信号输出电路输出充电保护信号。
系统测控单元的主控制电路总线通讯模块向外部总线通讯设备，传输电池电压、输出电流、SOC、电池温度、充电信息、报警信息、设置数据等信息。
系统测控单元的主控制电路通过掉电检测电路，检测系统掉电状态。
以上所述实施方式仅表达了本实用新型的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于开关切换测量电池组单体电压的电动车电池管理系统，包括系统测控单元和至少一个电池组单体电压测量单元，其特征在于：所述系统测控单元包括一个DC/DC隔离电源模块，该DC/DC隔离电源模块，由电池组总输出供电，DC/DC隔离电源模块输出12V电源经过稳压器给主控制电路提供5V电源，主控制电路连接总线通讯模块、温度测量电路、高低压保护信号输出电路、系统充电钥匙互锁电路、掉电检测电路、电流传感器接口电路以及电池组单体电压测量单元；所述电池组单体电压测量单元包括多节单体电池电压开关选通电路和单体电池电压采样开关电路，所述多节单体电池电压开关选通电路受系统测控单元控制，并产生1至16路开关选通信号分别控制1至16个单体电池电压采样开关电路。
2.根据权利要求1所述的基于开关切换测量电池组单体电压的电动车电池管理系统，其特征在于：所述总线通讯模块包括一个CAN总线通讯接口和一个232总线通讯接口，或包括一个LIN总线通讯接口，所述CAN总线通讯接口连接CAN总线设备，所述232总线通讯接口连接手持显示器或PC上位机，所述LIN总线通讯接口连接LIN总线设备。
3.根据权利要求1所述的基于开关切换测量电池组单体电压的电动车电池管理系统，其特征在于：所述电流传感器接口电路对外接5V供电霍尔电流传感器进行采样，测量电池组输出总电流。
4.根据权利要求1所述的基于开关切换测量电池组单体电压的电动车电池管理系统，其特征在于：所述高低压保护信号输出电路采用无源继电器信号输出，或有源继电器驱动信号输出。
5.根据权利要求1所述的基于开关切换测量电池组单体电压的电动车电池管理系统，其特征在于：所述系统充电钥匙互锁电路采用一个继电器输出公共端给DC/DC隔离电源模块供电；所述系统充电钥匙互锁电路设置三条电源线，包括一条地线和两条电源线，地线接至电池组总负极，一条电源线接至电池组总正极，另一条电源线接至车辆电门锁输出端，在无充电器连接情况下，系统充电钥匙互锁电路使用接至车辆电门锁输出端的电源线给系统供电，在充电器连接的情况下使用连接在电池组总正极的电源线供电。
6.根据权利要求1所述的基于开关切换测量电池组单体电压的电动车电池管理系统，其特征在于：所述多节单体电池电压开关选通电路采用4-16译码器集成电路，可控制1-16路开关导通或关断，所述多节单体电池电压开关选通电路采用NPN三极管来导通电池组负极输入，采用PNP三极管来导通电池组正极输入，形成一个三极管对，并在NPN三极管和PNP三级管的射极分别串入一个正向二极管来实现采样线反接保护，通过光耦隔离控制三极管对。
7.根据权利要求1所述的基于开关切换测量电池组单体电压的电动车电池管理系统，其特征在于：所述单体电池电压采样开关电路，由16路单体电池电压输入通道串联而成，每路所述输入通道包括一个单体电池正极输入开关、一个单体电池正极输入正向二极管、一个单体电池负极输入开关、一个单体电池负极输入正向二极管、一个输入开关隔离控制器。每路所述输入通道包括的输出端连接在一起，输入至系统测控单元。
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