CN204243155U - 一种集中式电池管理系统架构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种集中式电池管理系统架构,包括集成在一块电路板上的主控模块、电池单体电压采集电路和接口电路,电池单体电压采集电路包括至少两个并联在一起的串联式电池单体电压采集电路,每个串联式电池单体电压采集电路包括高压隔离模块、滤波模块和按照菊花链模式依次首尾连接的电压采集芯片;接口电路包括模拟信号输入电连接器,数字信号输入电连接器,数字信号输出电连接器,及与所述电压采集芯片一一对应的高压电连接器。本实用新型的集中式电池管理系统架构具有适用范围广及接线效率高的优点。

Description

一种集中式电池管理系统架构
技术领域
本实用新型涉及电池管理技术领域,尤其涉及一种集中式电池管理系统架构。
背景技术
电池管理系统是电动汽车的核心组成部分,其主要用于监控动力电池包内单体电池的电压和动力电池包的总电压,用于接收和处理人机接口信号,用于进行动力电池包热管理,用于根据整车工况进行能量切换,及用于计算动力电池包与车身间绝缘电阻阻值等。
电池管理系统架构分为集中式架构与分布式架构,其中,分布式架构主要包括分开设置的主控模块、电池单体电压采集模块及低压信号接口模块,该分布式架构由于需要为不同的模块各设置至少一块电路板,因此存在多个电路板间通信连接线路不可靠,及架构成本高的缺陷;该集中式架构是将分布式架构中多个模块的功能集成到一个模块上,因此集中式架构相对分布式架构具有可极大节省布置空间,架构成本低,及便于线束走线设计的优势。
在现有集中式电池管理系统架构中,通常采用电压采集芯片共用同一高压隔离模块的串联式电池单体电压采集电路,该种电路能够采集的电池单体的数量相对较少,无法应用在较大动力电池包的电池单体电压采集上;另外,现有集中式电池管理系统架构的各信号接口通常是单独引出接线端子,没有对各类信号接口进行分类,这对于信号接口较多的集中式电池管理系统架构而言,会增加接线难度及接线人员的工作量,因此,现有集中式电池管理系统还存在信号接口布置不合理的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决现有集中式电池管理系统架构存在的结构布置不合理及适用对象受限制的问题,提供一种经改进的集中式电池管理系统架构。
为实现上述目的,本实用新型采用的技术方案为:一种集中式电池管理系统架构,包括集成在一块电路板上的主控模块、电池单体电压采集电路和接口电路,所述电池单体电压采集电路包括至少两个并联在一起的串联式电池单体电压采集电路,每个串联式电池单体电压采集电路包括一个高压隔离模块、一个滤波模块和按照菊花链模式依次首尾连接的电压采集芯片,位于末端的电压采集芯片通过I2C总线顺次经所述滤波模块和所述高压隔离模块与所述主控模块的对应I2C端口连接;所述接口电路包括模拟信号输入电连接器,数字信号输入电连接器,数字信号输出电连接器,及与所述电压采集芯片一一对应的高压电连接器,所述模拟信号输入电连接器中各插针或者插孔与所述主控模块的对应模拟信号输入端口电性连接,所述数字信号输入电连接器中各插针或者插孔与所述主控模块的对应数字信号输入端口电性连接,所述数字信号输出电连接器中各插针或者插孔与所述主控模块的对应数字信号输出端口电性连接。
优选的是,所有高压电连接器布置在集中式电池管理系统的外壳的同一端面上。
优选的是,所述高压电连接器与其他电连接器位于不同的端面上。
优选的是,所述滤波模块为共模滤波器。
优选的是,所述电池单体电压采集电路包括两个并联在一起的串联式电池单体电压采集电路。
优选的是,所述电池单体电压采集电路共配置九个电压采集芯片。
优选的是,其中一个串联式电池单体电压采集电路包括按照菊花链模式依次首尾连接的五个电压采集芯片,另一个串联式电池单体电压采集电路包括按照菊花链模式依次首尾连接的四个电压采集芯片。
优选的是,所述接口电路包括一个模拟信号输入电连接器,一个数字信号输入电连接器,及一个数字信号输出电连接器。
优选的是,所述主控模块的数字信号输出端口包括用于输出控制电池切断单元动作的切断控制信号的端口、用于输出控制电池加热器动作的加热控制信号的端口和用于输出控制动力电池包内散热风扇动作的风扇控制信号的端口。
本实用新型的有益效果在于,本实用新型的集中式电池管理系统架构的电池单体电压采集电路在配置相同数量的电压采集芯片的前提下,相对为每个电压采集模块各配置一个高压隔离模块的分布式电池单体电压采集电路具有较低的成本,而相对串联式电池单体电压采集电路又具有较高的效率,因此,可以扩大本实用新型的集中式电池管理系统架构的适用范围;另外,本实用新型的集中式电池管理系统架构将各信号接口划分高压接口和低压接口,并将低压接口划分为数字信号输入接口、数字信号输出接口和模拟信号输入接口,在此基础上,通过将高压接口以电压采集芯片为单位集中连接在各高压电连接器上,将数字信号输入接口集中连接在数字信号输入电连接器上,将数字信号输出接口集中连接在数字信号输出电连接器上,及将模拟信号输入接口集中连接在模拟信号输入电连接器上的结构,可以大大提高接线人员的接线效率,而且可以避免出现各种形式的接线错误,防止主控模块损坏。
附图说明
图1示出了对应本实用新型的集中式电池管理系统架构的集中式电池管理系统的外观结构;
图2示出了图1所示集中式电池管理系统的分解结构;
图3示出了根据本实用新型的集中式电池管理系统架构的一种实施结构的方框原理图;
图4示出了图3所示的滤波模块的对外连接结构;
图5示出了图3所示的高压隔离模块的对外连接结构。
附图标记说明:
40-电压采集芯片;              10-主控模块;
30-滤波模块;                  20-高压隔离模块;
SDA、SDA′、SDAM-数据信号;    SCL、SCL′、SCLM-时钟信号;
R1~R12-电阻;                 L1、L2-电感;
VDDL、Vcc、Vcc1-工作电压;     C35-滤波电容;
D1、D2-稳压二极管;        VDD2、VDD1-引脚;
SCL2、SCL1-引脚;          SDA2、SDA1-引脚;
GND2、GND1-引脚;          50-高压电连接器;
80-总线接口;              60-模拟信号输入电连接器;
71-数字信号输入电连接器;  72-数字信号输出电连接器;
90-电路板。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本实用新型,而不能解释为对本实用新型的限制。
本实用新型为了解决现有集中式电池管理系统架构存在的结构布置不合理及适用对象受限制的问题,提出了一种经改进的集中式电池管理系统架构,对应的集中式电池管理系统的外观结构如图1所示,该架构如图2和图3所示,包括集成在一块电路板90上的主控模块10、电池单体电压采集电路和接口电路,该电池单体电压采集电路包括至少两个并联在一起的串联式电池单体电压采集电路,每个串联式电池单体电压采集电路包括一个高压隔离模块20、一个滤波模块30和按照菊花链模式依次首尾连接的电压采集芯片40,位于末端的电压采集芯片40通过I2C总线顺次地经滤波模块30和高压隔离模块20输出单体电压数据至主控模块10的对应I2C端口,即电压采集芯片40通过I2C总线与主控模块10通讯连接。在通常情况下,设置如图3所示的两个并联在一起的串联式电池单体电压采集电路即可满足大部分集中式电池管理系统架构的使用要求。
位于末端的电压采集芯片40通过I2C总线顺次地经滤波模块30和高压隔离模块20输出单体电压数据至主控模块10的对应I2C端口的具体连接结构参照图4和图5所示,由电压采集芯片40输出的时钟信号SCL和数据信号SDA分别通过滤波模块30的两个滤波电路形成时钟信号SCL′和数据信号SDA′,时钟信号SCL′和数据信号SDA′分别输入至高压隔离模块20的引脚SCL2和引脚SDA2,进行高压隔离输出,高压隔离模块20的引脚SCL1和引脚SDA1分别输出与时钟信号SCL′和数据信号SDA′相对应的时钟信号SCLM和数据信号SDAM至主控模块10的对应I2C端口。这里,滤波模块30优选为共模滤波器。另外,图4中,本实用新型通过工作电压Vcc和Vcc1实现对通信线的电源的匹配。
对于在电动汽车领域中的应用,该电池单体电压采集电路共配置九个电压采集芯片40,该电压采集芯片40例如是MAX17830,每个该种电压采集芯片40具有12个通道,因此,对于该种配置最多可以采集108个通道的电池单体电压。在此,为了保证数据的传输效率,每个串联式电池单体电压采集电路设置的电压采集芯片40的数量通常不超过五个,这样,可使其中一个串联式电池单体电压采集电路包括按照菊花链模式依次首尾连接的五个电压采集芯片40,另一个串联式电池单体电压采集电路包括按照菊花链模式依次首尾连接的四个电压采集芯片40。对此,本实用新型通过对电压采集芯片40与主控模块10间通讯进行滤波处理、高压隔离和电流匹配处理实现了电池单体电压信息的成功采集,并且实现了400KHZ的通信速率。
本实用新型的集中式电池管理系统架构的电池单体电压采集电路在配置相同数量的电压采集芯片的前提下,相对为每个电压采集模块各配置一个高压隔离模块的分布式电池单体电压采集电路具有较低的成本,而相对串联式电池单体电压采集电路又具有较高的效率,因此,可以扩大本实用新型的集中式电池管理系统架构的适用范围。
如图1至图3所示,上述接口电路在本实用新型中将各信号接口划分为高压接口和低压接口,并根据信号类型再将低压接口划分为模拟信号输入接口、数字信号输入接口和数字信号输出接口,在此基础上,上述接口电路将所有高压接口(用于建立电池单体与电压采集芯片40之间的连接)以电压采集芯片40为单位集中连接在各高压电连接器50上,将模拟信号输入接口集中连接在模拟信号输入电连接器60上,将数字信号输入接口集中连接在数字信号输入电连接器71上,及将数字信号输出接口集中连接在数字信号输出电连接器72上,因此,本实用新型的接口电路包括模拟信号输入电连接器60,数字信号输入电连接器71,数字信号输出电连接器72,及与电压采集芯片40一一对应的高压电连接器50(图3仅示出了少部分高压电连接器50),该模拟信号输入电连接器60中各插针或者插孔与主控模块10的对应模拟信号输入端口电性连接,数字信号输入电连接器71中各插针或者插孔与主控模块10的对应数字信号输入端口电性连接,数字信号输出电连接器72中各插针或者插孔与主控模块10的对应数字信号输出端口电性连接。
由于每个电连接器仅需要一次插接动作即可完成其中所有插针或者插孔与相适配的电连接器中对应插孔或者插针的连接,而且电连接器均具有防误插结构,所以,本实用新型的上述接口电路结构可以大大提高接线人员的接线效率,而且可以避免出现各种形式的接线错误,进而可以防止主控模块10损坏。
为了提高集中式电池管理系统外观的视觉效果,及便于接线人员集中完成所有高压电连接器50的插接,如图1和图2所示,可将所有高压电连接器50布置在集中式电池管理系统的外壳的同一端面上。
另外,为了避免高压信号对低压信号的干扰,可将高压电连接器50与其他电连接器(包括模拟信号输入电连接器60,数字信号输入电连接器71,及数字信号输出电连接器72)设置在不同的端面上。而且,如图2所示,还可将数字信号输入电连接器71和数字信号输出电连接器72布置在外壳的同一端面上,并将模拟信号输入电连接器60布置在外壳的另外的端面上。
根据集中式电池管理系统架构中模拟信号输入接口、数字信号输入接口和数字信号输出接口的数量,该接口电路可包括一个模拟信号输入电连接器60,一个数字信号输入电连接器71,及一个数字信号输出电连接器72。这样,接线人员仅需三次插接动作即可完成所有模拟信号输入接口、数字信号输入接口和数字信号输出接口的连接。
在本实用新型的集中式电池管理系统架构中,该主控模块10的数字信号输出端口可包括用于输出控制电池切断单元动作的切断控制信号的端口、用于输出控制电池加热器(PTC)动作的加热控制信号的端口和用于输出控制动力电池包内散热风扇动作的风扇控制信号的端口。
上述电池切断单元(BDU)主要是控制动力电池包的高压输出。现有电池切断单元(BDU)的硬件电路部分主要包含三个接触器,分别是正极主接触器、负极主接触器和预充接触器,其中,预充接触器的常开触点与限流电阻串联在动力电池包的正极母线与高压盒的正极接线端子之间,正极主接触器的常开触点也电连接在动力电池包的正极母线与高压盒的正极接线端子之间,而负极主接触器则电连接在动力电池包的负极母线与高压盒的负极接线端子之间。集中式电池管理系统通过控制三个接触器,即可实现对高压盒的预充及供电,再由高压盒实现下一级电能分配。
另外,对于现有的集中式电池管理系统架构,动力电池包内未设置散热风扇,因此无法保证不同电池单体间的温度均衡性,为了解决该问题,可在动力电池包内设置散热风扇进行热均衡控制,为此,本实用新型的集中式电池管理系统架构中为主控模块10增加了用于输出控制动力电池包内散热风扇动作的风扇控制信号的端口,相应地,在数字信号输出电连接器72中具有与该端口相对应的插针或者插孔。
另外,本实用新型的集中式电池管理系统架构还设置有总线接口80,对于在电动汽车领域中的应用,该总线接口80通常为CAN总线接口。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果,以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,但本实用新型不以图面所示限定实施范围,凡是依照本实用新型的构想所作的改变,或修改为等同变化的等效实施例,仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时,均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种集中式电池管理系统架构,包括集成在一块电路板上的主控模块、电池单体电压采集电路和接口电路,其特征在于,所述电池单体电压采集电路包括至少两个并联在一起的串联式电池单体电压采集电路,每个串联式电池单体电压采集电路包括一个高压隔离模块、一个滤波模块和按照菊花链模式依次首尾连接的电压采集芯片,位于末端的电压采集芯片通过I2C总线顺次经所述滤波模块和所述高压隔离模块与所述主控模块的对应I2C端口连接;所述接口电路包括模拟信号输入电连接器,数字信号输入电连接器,数字信号输出电连接器,及与所述电压采集芯片一一对应的高压电连接器,所述模拟信号输入电连接器中各插针或者插孔与所述主控模块的对应模拟信号输入端口电性连接,所述数字信号输入电连接器中各插针或者插孔与所述主控模块的对应数字信号输入端口电性连接,所述数字信号输出电连接器中各插针或者插孔与所述主控模块的对应数字信号输出端口电性连接。
2.根据权利要求1所述的集中式电池管理系统架构,其特征在于:所有高压电连接器布置在集中式电池管理系统的外壳的同一端面上。
3.根据权利要求2所述的集中式电池管理系统架构,其特征在于:所述高压电连接器与其他电连接器位于不同的端面上。
4.根据权利要求1所述的集中式电池管理系统架构,其特征在于:所述滤波模块为共模滤波器。
5.根据权利要求1所述的集中式电池管理系统架构,其特征在于:所述电池单体电压采集电路包括两个并联在一起的串联式电池单体电压采集电路。
6.根据权利要求5所述的集中式电池管理系统架构,其特征在于:所述电池单体电压采集电路共配置九个电压采集芯片。
7.根据权利要求6所述的集中式电池管理系统架构,其特征在于:其中一个串联式电池单体电压采集电路包括按照菊花链模式依次首尾连接的五个电压采集芯片,另一个串联式电池单体电压采集电路包括按照菊花链模式依次首尾连接的四个电压采集芯片。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的集中式电池管理系统架构,其特征在于:所述接口电路包括一个模拟信号输入电连接器,一个数字信号输入电连接器,及一个数字信号输出电连接器。
9.根据权利要求8所述的集中式电池管理系统架构,其特征在于:所述主控模块的数字信号输出端口包括用于输出控制电池切断单元动作的切断控制信号的端口、用于输出控制电池加热器动作的加热控制信号的端口和用于输出控制动力电池包内散热风扇动作的风扇控制信号的端口。
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