CN204479725U - 一种小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置 - Google Patents

Abstract

一种小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置，包括检测模块和检测板，其技术要点是：检测板上设有信号处理电路、A/D转换电路、控制器、通信模块、电源电路和基准电压源，检测模块包括设在动力电池组内部的温度传感器和与动力电池组负极相连的分流电阻器，温度传感器连接控制器，分流电阻器通过检测板的信号采集端连接信号处理电路，信号处理电路连接A/D转换电路，A/D转换电路连接控制器，控制器连接通信模块，电源电路分别连接基准电压源和控制器，基准电压源分别连接信号处理电路和A/D转换电路。本实用新型能够准确检测动力电池组工作状态、能为动力电池组荷电状态的估算提供准确参数，提高了动力电池组的安全性与稳定性。

Description

一种小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置

技术领域：

本实用新型属于电池信号采集设备，具体涉及一种小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置。

背景技术：

动力电池组是电动汽车唯一的动力来源，是影响电动汽车发展的关键因素。动力电池组的电压、电流与温度信号是估算其荷电状态，即电动汽车续驶里程的重要参数，也是对动力电池组设定安全阈值自动保护的实时输入信号，其安全性、可靠性与续驶里程对电动汽车有着重大影响，而准确的采集动力电池组的工作状态是保障动力电池组安全性与可靠性的关键，也是估算电动汽车续驶里程的关键。传统的电动汽车电池信号采集方式是采用霍尔电流电压传感器，其占用空间大，采集精度低，电磁干扰严重。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种能够准确检测动力电池组工作状态、为动力电池组荷电状态的估算提供准确的参数、提高动力电池组的安全性与稳定性的小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置，其节约了空间，减少了电磁干扰，同时针对电动汽车再生制动产生回馈电流的情况下能够有效分辨电流方向，为电动汽车荷电状态估算提供有效依据。

本实用新型的小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置，包括检测模块和检测板，采用的技术方案在于：所述的检测板上设有信号处理电路、A/D转换电路、控制器、通信模块、电源电路和基准电压源，所述的检测模块包括设在动力电池组内部的温度传感器和与动力电池组负极相连的分流电阻器，温度传感器连接控制器，分流电阻器通过检测板的信号采集端连接信号处理电路，信号处理电路连接A/D转换电路，A/D转换电路连接控制器，控制器连接通信模块，所述的电源电路分别连接基准电压源和控制器，所述的基准电压源分别连接信号处理电路和A/D转换电路。

作为本实用新型的进一步改进，所述的检测板的信号采集端采用四根导线，分流电阻器通过其中三根导线连接信号处理电路，余下一根导线与串联在动力电池组正极上的主回路开关连接，通过四根导线分别采集分流电阻器两端的电压信号和动力电池组两端的电源电压信号。

作为本实用新型的进一步改进，所述的四根导线外均设有屏蔽层，用来增强信号的抗干扰能力。

作为本实用新型的进一步改进，所述的电源电路通过主回路开关与动力电池组的正极相连，通过分流电阻器与动力电池组的负极相连，以便由动力电池组为电源电路供电。由于电源电路输入电压直接取自动力电池组，而动力电池组电压随着放电过程会略有下降，所以更进一步地，电源电路采用宽电压输入带隔离模块输出的DW5-48S05型稳压电源模块。

作为本实用新型的进一步改进，所述的温度传感器采用的是DS18B20型温度传感器，其为多点温度采集电路，具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点，可直接将温度转化成数字信号供控制器处理。

作为本实用新型的进一步改进，所述的A/D转换电路采用的是AD7674型A/D转换器，其能够很好地匹配前端放大电路的输出电压范围，并进行高精度的A/D转换。

作为本实用新型的进一步改进，所述的控制器采用TI公司的数字信号处理器TMS320F2812为主控芯片，在主控芯片中对数据进行收集，并通过CAN通信，将收集的信号传递给整车控制器和电池管理系统，使其准确的对动力电池组剩余电量进行估算，实时掌握动力电池组的状态。

本实用新型的优点在于：本装置可以应用于电动汽车动力锂电池的信号采集，可实时采集电动汽车锂电池的电流、电压和温度信号，具体是采用具有毫欧级阻值并且可以承受几百安培电流值的精密分流电阻器串联在电路中来采集电流信号，该分流电阻器具有极小的功耗，同时能准确的采集电路正负电流信号；采用精密电阻利用分压原理采集动力电池组端的电压信号；采用DS18B20型温度传感器来采集动力电池组的温度信号。采集的信号在屏蔽线保护的环境下进行传输，经过通信模块与电池管理系统主控芯片和整车控制器通信，从而能够准确、实时的对动力电池组进行保护和估算其荷电状态。本装置与传统的采用霍尔电流电压传感器相比，在保障精度的基础上减少了电磁干扰，节约了空间与成本。同时，本装置将检测装置与电池管理系统分开，减少了电池管理系统的功耗，从而增强了系统的稳定性与安全性。此外，本装置针对电动汽车再生制动产生回馈电流的情况下能够有效分辨电流方向，为电动汽车荷电状态估算提供有效依据，且本装置对于研究电动汽车电池管理系统和能量再生制动提供了帮助。

附图说明：

图1是本实用新型的连接示意图；

图2是本实用新型的温度采样电路；

图3是本实用新型的控制器电源电路；

图4是本实用新型的电流信号采样接口电路；

图5是本实用新型的电压信号采样接口电路；

图6是本实用新型的CAN通信接口电路。

具体实施方式：

参照图1，该小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置，包括检测模块和检测板，所述的检测板上设有信号处理电路2、A/D转换电路3、控制器4、通信模块5、电源电路6和基准电压源7，所述的检测模块包括设在动力电池组9内部的温度传感器1-2和与动力电池组9负极相连的分流电阻器1-1，温度传感器1-2连接控制器4，分流电阻器1-1通过检测板的信号采集端连接信号处理电路2，信号处理电路2连接A/D转换电路3，A/D转换电路3连接控制器4，控制器4连接通信模块5，所述的电源电路6分别连接基准电压源7和控制器4，所述的基准电压源7分别连接信号处理电路2和A/D转换电路3，为两者提供基准电压。所述的检测板的信号采集端采用四根导线，分流电阻器1-1通过其中三根导线连接信号处理电路2，余下一根导线与串联在动力电池组9正极上的主回路开关8连接，通过四根导线分别采集分流电阻器1-1两端的电压信号和动力电池组9两端的电源电压信号，此外，四根导线外围均设有屏蔽层，以增强信号的抗干扰能力。所述的电源电路6通过主回路开关8与动力电池组9的正极相连，通过分流电阻器1-1与动力电池组9的负极相连，由动力电池组9两端的电压经过电源电路2为检测板供电。

参照图4，所述的分流电阻器1-1选用的是高精度A级分流电阻器，其电压值75MV、电流值500A、环境温度-40℃～+60℃。分流电阻器1-1连接动力电池组9的负极，信号处理电路2中的电压处理电路从分流电阻器1-1两端取电压信号，因分流电阻器1-1的电压与干路电流成正比，故可以检测电流值。放大器采用AD8571型放大器，其失调电压仅为1uV，能够满足精度要求。且此系列放大器具有超低失调、温漂和偏置电流的特点，具有145dB的高增益，足够将电压信号放大到0～5V的典型值。所述的A/D转换电路3采用的是AD7674型A/D转换器，AD7674型A/D转换器是18位、800ksps转换速率的全差分输入转换器，采用5V电源供电。器件内部包含18位A/D转换器、转换时钟、基准缓冲器及错误校准电路，并具有工作模式可调的串行接口和并行接口。全差分输入范围±5V能够很好地匹配前端放大电路的输出电压范围，能够有效、高精度地进行A/D转换。

参照图5，电压采集原理为：当主回路闭合时，动力电池组9正极端和分流电阻器1-1端的两根线为动力电池组9端电压，电压信号经过精密电阻R1和R2分压，将电压信号转换为MV级信号，降低了功耗，同时MV级信号经过信号处理电路2对电压信号进行跟随与放大，从而使其稳定并且能够匹配A/D转换电路3的输入值。由于分流电阻器1-1两端电压值为0到75mV，所以要求电压处理电路中的电压放大器要有较低的失调电压，才能保证信号的准确性。

参照图2，所述的温度传感器1-2采用的是DS18B20型温度传感器，其为多点温度采集电路，DS18B20型温度传感器是美国DALLS半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成数字信号供处理器处理。DS18B20型温度传感器电压范围在3.0V到5.5V，测温范围-55℃～125℃，在-10℃～+85℃时精度为±0.5℃。

参照图3，所述的电源电路6采用DW5-48S05型稳压电源模块，由于电源电路6输入电压直接取自动力电池组9，动力电池组9电压典型值在50V左右，随着放电过程会略有下降，所以电源电路6选用宽电压输入带隔离模块输出的DW5-48S05型稳压电源模块，其输入电压为36-72VDC，输出电压为5VDC，功率为5W，其中LM1117是一个低压差电压调节器系列，通过2个外部电阻可实现1.25V～13.8V的输出电压范围，另外还有五个固定输出电压的型号，应用了LM1117固定输出电压3.3V为控制器4供电，输入和输出端接2个10uF的钽电容。

控制器4可采用TI公司的数字信号处理器TMS320F2812为主控芯片，在主控芯片中对数据进行收集，并且通过CAN通信，将收集的信号传递给整车控制器和电池管理系统，使其准确地对电池剩余电量进行估算，掌握电池的实时状态。其中CAN总线具有性能高，错误率低的特点。如图6所示为CAN通信接口电路，采用SN65HVD230总线接口芯片，该芯片是德州仪器生产的3.3VCAN收发器，可完全兼容ISO11898标准，信号传输速率最高可达1Mb/s，具有热保护、抗瞬间干扰、保护总线和抗宽范围的共模干扰和电磁干扰的能力。图6中6N137为高速光耦，通过光电隔离，提高了抗干扰能力，从而更好的应对汽车运行恶劣环境下的干扰。检测模块可以通过CAN总线有效的与整车控制器和电池管理系统通信，将动力电池组9的实时信息传递给电池管理系统，以便对动力电池组9的荷电状态进行估算和对动力电池组9各种极限状态进行保护。

Claims (8)

1.一种小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置，包括检测模块和检测板，其特征在于：所述的检测板上设有信号处理电路(2)、A/D转换电路(3)、控制器(4)、通信模块(5)、电源电路(6)和基准电压源(7)，所述的检测模块包括设在动力电池组(9)内部的温度传感器(1-2)和与动力电池组(9)负极相连的分流电阻器(1-1)，温度传感器(1-2)连接控制器(4)，分流电阻器(1-1)通过检测板的信号采集端连接信号处理电路(2)，信号处理电路(2)连接A/D转换电路(3)，A/D转换电路(3)连接控制器(4)，控制器(4)连接通信模块(5)，所述的电源电路(6)分别连接基准电压源(7)和控制器(4)，所述的基准电压源(7)分别连接信号处理电路(2)和A/D转换电路(3)。

2.根据权利要求1所述的一种小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置，其特征在于：所述的检测板的信号采集端采用四根导线，分流电阻器(1-1)通过其中三根导线连接信号处理电路(2)，余下一根导线与串联在动力电池组(9)正极上的主回路开关(8)连接。

3.根据权利要求2所述的一种小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置，其特征在于：所述的四根导线外均设有屏蔽层。

4.根据权利要求2所述的一种小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置，其特征在于：所述的电源电路(6)通过主回路开关(8)与动力电池组(9)的正极相连，通过分流电阻器(1-1)与动力电池组(9)的负极相连。

5.根据权利要求1所述的一种小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置，其特征在于：所述的温度传感器(1-2)采用的是DS18B20型温度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置，其特征在于：所述的A/D转换电路(3)采用的是AD7674型A/D转换器。

7.根据权利要求4所述的一种小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置，其特征在于：所述的电源电路(6)采用DW5-48S05型稳压电源模块。

8.根据权利要求1-7的任意一项所述的一种小体积低功耗抗干扰的电动汽车电池信号采集装置，其特征在于：所述的控制器(4)采用TI公司的数字信号处理器TMS320F2812为主控芯片。