CN204789951U - 电池及电池组单体电压采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电池及电池组单体电压采集装置，包括：正极电压检测模块、负极电压检测模块、均衡控制模块、电压采集模块、电源、双路转换开关和检测反馈模块。电池的正极通过所述正极电压检测模块与所述电压采集模块的采集端口相连；所述均衡控制模块与电池的正负连相连，还与所述电压采集模块的控制端口相连；所述双路转换开关的第一常开触点连接所述电源的正极，其第二常开触点与电压采集模块的采集端口连接，其常闭触点与所述正极电压检测模块的输出端连接；所述检测反馈模块的输出端与所述电源的负极共地连接，所述检测反馈模块的输入端与所述负极电压检测模块的输出端连接，所述负极电压检测模块的输入端与电池组的负极相连。

Description

电池及电池组单体电压采集装置

技术领域

本实用新型涉及电压采集领域，尤其涉及一种电池及电池组单体电压采集装置。

背景技术

电池组系统是电动汽车的核心技术之一，而电池组的主要功能是实现电池组对整车的能源供应，而对电池组内的电池组状态的监控主要依靠电池管理系统实现，对单体电池的电压信号采集是状态监控的一种重要手段。

在电动汽车整个运行工况中，电池组系统无论是处于充电状态，还是在行驶放电状态，都需要对电池组中的每一个单体电池的信息进行实时测控，通过测控每一个单体电池的电压信息，如果，其中一个单体电池的电压过低或过高时，将通过相应的均衡策略，使单体电池进入均衡模式，即使电池组中单体电池输出电压保持一致的状态，保证电池组系统安全可靠运行，同时提高电池组的使用寿命和经济效益。

如果单体电池电压信号的采集线断开时，电池管理系统无法准确检测到单体电池的电压，当该单体电池处于最低电压状态时，没有及时采用均衡模式，会使该单体电池处于过放电状态，从而降低单体电池的使用寿命，整个电池组的综合性能将随之衰退。因此必须使用可靠的检测手段对每一个单体电池电压采集线进行检测。

现有技术中，采用对单体电池的电压信号采集线是否断开的判断，主要是采用电压比较方式，首先对单体电池的单体电压进行采集并存入寄存器，然后开启均衡模式，再次对单体电池的单体电压进行采集，两次采集的电压如果相等，则判断采集线没有断线，否则判断采集线断线。

从上所述，现有技术是通过开启单体电池的均衡状态，采用对电池单体电压进行逐一采集并比较的方式，若要完成对整个电池组所有单体电池电压采集线的断线故障检测工作，需要逐一开启单体电池的均衡状态并检测对比，这一过程将耗费较长时间，在要求较高的场合，如车辆在启动瞬间，无法快速完成自检工作，无法实现对电池组状态的实时了解。

实用新型内容

本实用新型提供一种电池及电池组单体电压采集的装置，可快速诊断单体电池采集线是否断线，实现整车电池组快速完成启动的自检工作，提高车辆的安全性。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种电池单体电压采集装置，包括：正极电压检测模块、负极电压检测模块、均衡控制模块、滤波电容及电压采集模块；所述负极电压检测模块的输入端与单体电池的负极连接，所述负极电压检测模块的输出端与所述电压采集模块的第一电压采集端口相连；所述正极电压检测模块的输入端与单体电池的正极连接，所述正极电压检测模块的输出端与所述电压采集模块的第二电压采集端口相连；所述均衡控制模块与单体电池的正负极相连，所述均衡控制模块还连接所述电压采集模块的第一控制端口；所述正极电压检测模块的输出端还通过所述滤波电容与所述负极电压检测模块的输出端相连接；该电池单体电压采集装置还包括：电源、双路转换开关和检测反馈模块；所述双路转换开关的第一常开触点连接所述电源的正极，所述双路转换开关的第二常开触点与电压采集模块的第二电压采集端口连接，所述双路连接开关的常闭触点与所述正极电压检测模块的输出端连接；所述检测反馈模块的输出端与所述电源的负极共地连接，所述检测反馈模块的输入端与所述负极电压检测模块的输出端连接；当所述双路转换开关第一常开触点闭合时，所述电源的电流通过所述双路转换开关，对所述正极电压检测模块、单体电池及负极电压检测模块供电，并将电流输入所述检测反馈模块进行故障诊断；当所述双路转换开关第二常开触点闭合时，所述电压采集模块通过所述正极电压检测模块对单体电池进行电压采集。

优选的，所述电源为直流恒流源。

优选的，所述检测反馈模块包括:ADC模数转换模块和分流电阻，所述分流电阻的一端分别与所述负极电压检测模块的输出端和所述ADC模数转换模块输入端相连，所述分流电阻的另一端为所述检测反馈模块的输出端。

优选的，所述电压采集模块具有多个电压采集端口。

一种电池组单体电压采集装置，由两路或多路所述的电池单体电压采集装置并联连接组成，用于对电池组内多个单体电池的单体电压采集。

优选的，所述两路或多路的电池单体电压采集装置共用同一个具有多个电压采集端口的电压采集模块。

优选的，所述两路或多路的电池单体电压采集装置共用同一个电源，所述电源的正极与所述双路转换关开的第一常开触点连接，所述电源的负极与所述检测反馈模块的输出端相连。

优选的，所述两路或多路的电池单体电压采集装置共用同一检测反馈模块，所述检测反馈模块的输出端与所述电源的负极相连，所述检测反馈模块的输入端与所述负极检测模块的输出端相连。

优选的，所述两路或多路的电池单体电压采集装置共用同一个负极检测模块，所述负极检测模块输入端与电池组的负极相连。

本实用新型提供的电池及电池组单体电压采集装置，可通过双路转换开关切换电压采集线断线诊断电路，采用ADC模数转换模块对电压采集线电压进行采集检测，完成对电压采集线的快速诊断，能够实现整车电池组快速完成启动的自检工作，提高车辆的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1：是本实用新型提供的一种电池单体电压采集装置结构示意图；

图2：是本实用新型提供的一种电池组单体电压采集装置结构示意图；

图3：是本实用新型实施例的一种电池组单体电压采集回路示意图。

附图标记

100电压采集模块

101正极电压检测模块

102负极电压检测模块

103均衡控制模块

104滤波电容

105检测反馈模块

106电源

107双路转换开关

1双路转换开关第一常开触点

2双路转换开关第二常开触点

3双路转换开关常闭触点

C0电压采集模块的第一电压采集端口

C1电压采集模块的第二电压采集端口

SW1电压采集模块的第一控制端口

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型实施例作进一步的详细说明。

针对电动汽车的电池及电池组单体电压采集的有效性问题，为了使电池管理系统能够及时快速了解电池及电池组的输出电压状态，需对单体电压采集线进行断线诊断，以确保所采集的电压是有效反映所测电池的输出电压状态。本实用新型提供一种电池及电池组单体电压采集装置，完成对电压采集线的快速诊断，能够实现整车电池组快速完成启动的自检工作，提高车辆的安全性。

如图1所示，是本实用新型提供的一种电池单体电压采集装置结构示意图。该电池单体电压采集装置包括：正极电压检测模块101、负极电压检测模块102、均衡控制模块103、滤波电容104及电压采集模块100；所述负极电压检测模块102的输入端与单体电池的负极连接，所述负极电压检测模块102的输出端与所述电压采集模块100的第一电压采集端口C0相连；所述正极电压检测模块101的输入端与单体电池的正极连接，所述正极电压检测模块101的输出端与所述电压采集模块100的第二电压采集端口相连；所述均衡控制模块103与单体电池的正负极相连，所述均衡控制模块103还连接所述电压采集模块100的第一控制端口SW1；所述正极电压检测模块101的输出端还通过所述滤波电容104与所述负极电压检测模块102的输出端相连接；

该单体电压采集装置还包括：电源106、双路转换开关107和检测反馈模块105；所述双路转换开关107的第一常开触点1连接所述电源的正极，所述双路转换开关107的第二常开触点2与电压采集模块100的第二电压采集端口C1连接，所述双路连接开关107的常闭触点3与所述正极电压检测模块101的输出端连接；所述检测反馈模块105的输出端与所述电源106的负极连接于一点并共地，所述检测反馈模块105的输入端与所述负极电压检测模块102的输出端连接；当所述双路转换开关107第一常开触点1闭合时，所述电源106的电流通过所述双路转换开关107，对所述正极电压检测模块101、单体电池及负极电压检测模块102供电，并将电流输入所述检测反馈模块105进行故障诊断；当所述双路转换开关107第二常开触点2闭合时，所述电压采集模块100通过所述正极电压检测模块101对单体电池进行电压采集。

需要说明的是,该单体电压采集装置还可用于对电池单体电压进行逐一采集并比较的方式，对电池单体电压采集回路进行诊断。具体地，双路转换开关107第二常开触点2闭合时，且电压采集模块100的第一控制端口SW1电压低于该电压采集模块100的第一电压采集端口C0的电压，此时电压采集回路进行采集工作，单体电压采集模块将采集到的电池单体电压可存放于该采集模块内部的数据寄存器中。然后，使电压采集模块100的第一控制端口SW1的输出电压高于该电压采集模块100的第一电压采集端口C0的电压，此时，均衡控制模块103开始正常工作，此时电池单体电压采集装置采集的电压是单体电池均衡状态时电压值。将这两次采集的电压值进行比较，如果相等，则可判定该电池单体电压采集回路不存在断线故障，否则，存在断线故障。

可见，本实用新型提供的单体电压采集装置，一方面能够对电池的单体电压进行采集，另一方面还可把单体电压采集电路转换成电压采集回路的诊断电路，通过引入的电源和检测反馈模块输出的电压变化情况，对电压采集回路是否存在断线进行判断。如果检测反馈模块输出存在一个电压降的变化，则可判断电压采集回路连通正常，不存在断线。如果检测反馈模块输出电压没有发生变化，则可判断电压采集回路存在断线情况。能够实现整车电池快速完成启动的自检工作，提高车辆的安全性。

实际应用中，电源106可选用直流恒流源，确保对电压采集回路供电。检测反馈模块105主要用于对整个电压采集回路进行电压检测，如果检测的电压存在电压降，则可判断出电压采集回路存在断线情况，否则,电压采集回路存在断线故障。检测反馈模块105可通过多种方式的电路来实现，本实用新型选用ADC模数转换模块和分流电阻，ADC模数转换模块是对电压采集回路的电压进行检测，分流电阻主要用于对ADC模数转换模块的限流保护作用。

进一步，电压采集模块100可选用具有多个电压采集端口的采集模块，一方面，电压采集模块还可用于电池组内其它电池的单体电压采集。另一方面，当某个电压采集端口存在故障时，多个电压采集端口还可用于替换有故障的采集端口。

电池组是由多个单体电池串联组成，对电池单体电压采集装置还可以用于其它单体电池的电压采集，由两路或多路电池单体电压采集装置并联连接组成的电池组单体电压采集装置，如图2所示，是本实用新型提供的一种电池组单体电压采集装置结构示意图。

对于电池组内多个单体电池的单体电压采集，本实用新型利用多路转换开关的通断来控制对单体电池的电压采集，可选择对单体电池逐个进行单体电压采集，也可选择对单体电池同时进行电压采集。当然，对电单体电压采集回路的诊断也具有相同的选择。

实际应用中，为了更有效利用电路元件及减少冗余设计，电池组的单体电压采集装置可共用同一个具有多个电压采集端口的电压采集模块，可减少电压采集芯片的数量，只需对采集端口进行扩展，就可以满足设计。

进一步，电池组单体电压采集装置可共用现一个电源，所述电源的正极与双路转换开关的第一常开触点连接，所述电源的负极与所述检测反馈模块的输出端相连。

更进一步，电池组单体电压采集装置共用同一个检测反馈模块，所述检测反馈模块的输出端与电源的负极相连，所述检测反馈模块的输入端与负极检测模块的输出端相连。同理，电池组单体电压采集装置还可以共用同一个负极检测模块，所述负极检测模块输入端与电池组的负极相连,正极检测模块的输出端之间连接滤波电容。

在实际应用中，正极检测模块可通过多种电路元件实现，本实用新型实施例选用分压电阻来完成电压检测，均衡控制模块选用MOS管和分压电阻的组合来完成均衡控制。如图3所示，是本实用新型实施例的一种电池组单体电压采集回路示意图。具体地，比如对于第1个单体电池的电压采集，可通过分压电阻RA1和RA0进行电压检测，采用MOS管Q1和分压电阻RC1及RB1对单体电池进行均衡控制。同样地，对于第n个单体电池的电压采集，可选用分压电阻RAn和RAn-1进行电压检测，采用MOS管Qn和分压电阻RCn及RBn对单体电池进行均衡控制。对于第n-1个单体电池的电压采集，可选用分压电阻RAn-1和RAn-2进行电压检测，采用MOS管Qn-1和分压电阻RCn-1及RBn-1对单体电池进行均衡控制。检测反馈模块采用ADC模数转换模块和分流电阻RS0，通过逐个连接双路开关对每个单体电池的电压采集回路进行断线诊断。

可见，本实用新型提供的一种电池组单体电压采集装置，一方面能够对电池组内的单体电压进行采集，另一方面还可把单体电压采集电路转换成电压采集回路的诊断电路，通过引入的电源和检测反馈模块输出的电压变化情况，对电压采集回路是否存在断线进行判断。如果检测反馈模块输出存在一个电压降的变化，则可判断电压采集回路连通正常，不存在断线。如果检测反馈模块输出电压没有发生变化，则可判断电压采集回路存在断线情况。能够实现整车电池组快速完成启动的自检工作，提高车辆的安全性。

以上依据图示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)

1.一种电池单体电压采集装置，包括：正极电压检测模块、负极电压检测模块、均衡控制模块、滤波电容及电压采集模块；所述负极电压检测模块的输入端与单体电池的负极连接，所述负极电压检测模块的输出端与所述电压采集模块的第一电压采集端口相连；所述正极电压检测模块的输入端与单体电池的正极连接，所述正极电压检测模块的输出端与所述电压采集模块的第二电压采集端口相连；所述均衡控制模块与单体电池的正负极相连，所述均衡控制模块还连接所述电压采集模块的第一控制端口；所述正极电压检测模块的输出端还通过所述滤波电容与所述负极电压检测模块的输出端相连接；其特征在于，还包括：电源、双路转换开关和检测反馈模块；所述双路转换开关的第一常开触点连接所述电源的正极，所述双路转换开关的第二常开触点与电压采集模块的第二电压采集端口连接，所述双路连接开关的常闭触点与所述正极电压检测模块的输出端连接；所述检测反馈模块的输出端与所述电源的负极共地连接，所述检测反馈模块的输入端与所述负极电压检测模块的输出端连接；当所述双路转换开关第一常开触点闭合时，所述电源的电流通过所述双路转换开关，对所述正极电压检测模块、单体电池及负极电压检测模块供电，并将电流输入所述检测反馈模块进行故障诊断；当所述双路转换开关第二常开触点闭合时，所述电压采集模块通过所述正极电压检测模块对单体电池进行电压采集。

2.根据权利要求1所述的电池单体电压采集装置，其特征在于，所述电源为直流恒流源。

3.根据权利要求1所述的电池单体电压采集装置，其特征在于，所述检测反馈模块包括:ADC模数转换模块和分流电阻，所述分流电阻的一端分别与所述负极电压检测模块的输出端和所述ADC模数转换模块输入端相连，所述分流电阻的另一端为所述检测反馈模块的输出端。

4.根据权利要求1所述的电池单体电压采集装置，其特征在于，所述电压采集模块具有多个电压采集端口。

5.一种电池组单体电压采集装置，其特征在于，由两路或多路权利要求1至4任一项所述的电池单体电压采集装置并联连接组成，用于对电池组内多个单体电池的单体电压采集。

6.根据权利要求5所述的电池组单体电压采集装置，其特征在于，所述两路或多路的电池单体电压采集装置共用同一个具有多个电压采集端口的电压采集模块。

7.根据权利要求5所述的电池组单体电压采集装置，其特征在于，所述两路或多路的电池单体电压采集装置共用同一个电源，所述电源的正极与所述双路转换关开的第一常开触点连接，所述电源的负极与所述检测反馈模块的输出端相连。

8.根据权利要求7所述的电池组单体电压采集装置，其特征在于，所述两路或多路的电池单体电压采集装置共用同一检测反馈模块，所述检测反馈模块的输出端与所述电源的负极相连，所述检测反馈模块的输入端与所述负极检测模块的输出端相连。

9.根据权利要求8所述的电池组单体电压采集装置，其特征在于，所述两路或多路的电池单体电压采集装置共用同一个负极检测模块，所述负极检测模块输入端与电池组的负极相连。