CN205484533U - 一种电池组电压监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电压监控领域，具体涉及一种电池组电压监控系统，所述电池组由一个或多个电池模组串联组成，所述电池模组由多个单体电池组成，所述电压监控系统包括：与所述电池组中电池模组一一对应连接的电压监控模块、第一隔离模块、与所述第一隔离模块连接的微控制器；不同电压监控模块之间通过硬线连接，用于监控电池组中所有单体电池；所述第一隔离模块分别与所述微控制器、与所述电池组负极连接的电压监控模块电连接，用于将所述微控制器与所有所述电压监控模块的信号隔离；所述微控制器用于获取所述第一隔离模块的信息，以监控电池组中单体电池是否故障，通过本实用新型，提高了电池组单体电池充电或放电的安全性。

Description

一种电池组电压监控系统

技术领域

本实用新型涉及电压监控领域，具体涉及一种电池组电压监控系统。

背景技术

随着传统能源的日益枯竭，环境污染的日益严重，国家提出了节能减排、发展低碳经济的策略，电池由于其在应用过程中具有方便快捷、可循环利用等特性而得到广泛应用。在应用过程中，为了获得大功率、大容量，需要将单体电池以串并联方式组成电池组。

为了确保电池组能够正常工作，需要电池管理系统实时对电池组进行统一监控，其中一个监控环节就是对电池组中各个单体电池电压的监控，需要实时采集各个单体电池的电压值，对各个单体电池的性能进行判断。

现有技术方案是通过单体电压采集芯片对单体电池进行监控，例如，目前单体电池电压采集芯片可以采集6串、8串、10串、12串或16串单体电池，通过单体电压采集芯片将单体电压反馈到电池管理系统的主控模块，主控模块识别到单体电池电压信息后，通过软件将单体电池电压与规定的正常单体电压阈值进行比较，从而判断出是否有单体电池电压信息异常的问题。对于此种监控，一旦主控模块软件失效，将无法判断单体电池电压信息是否异常，那么在整车电池包进行充电或放电过程中，就有可能会出现单体电池电压的采集芯片的过充电或者过放电，以致影响到电池组的安全性。

实用新型内容

本实用新型提供了一种电池组电压监控系统，通过硬件手段或软硬结合的手段检测电池组单体电池的过压或欠压故障，以提高电池组单体电池充电或放电的安全性。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种电池组电压监控系统，所述电池组由一个或多个电池模组串联组 成，所述电池模组由多个单体电池组成，所述电压监控系统包括：

与所述电池组中电池模组一一对应连接的电压监控模块、第一隔离模块、与所述第一隔离模块连接的微控制器；

不同电压监控模块之间通过硬线连接，用于监控电池组中所有单体电池；

所述第一隔离模块分别与所述微控制器、与所述电池组负极连接的电压监控模块电连接，用于将所述微控制器与所有所述电压监控模块的信号隔离；

所述微控制器用于获取所述第一隔离模块的信息，以监控电池组中单体电池是否故障。

优选地，所述电压监控模块包括：

多路选择开关、第一分压电路、第二分压电路、第一比较器、第二比较器、第一二极管、第二二极管以及或门电路；

所述电压监控模块具有位于所述或门电路上的信号输入端口、信号输出端口；

所述多路选择开关连接在电池模组与所述第一分压电路之间，用于分时选择电池模组中单体电池；

第一分压电路与第二分压电路，分别将单体电池电压和参考电压进行分压，第一分压电路具有第一分压点和第二分压点的电压，第二分压电路具有第三分压点和第四分压点的电压；

第一比较器，其正、负输入端分别接第一分压点和第三分压点；

第二比较器，其正、负输入端分别接第四分压点和第二分压点；

第一二极管正极与第一电压比较器输出端连接；

第二二极管正极与第二电压比较器输出端连接；

所述或门电路分别与第一二极管负极、第二二极管负极连接，以将所述第一二极管、第二二极管输出的结果与所述信号输入端口的信号进行或运算，并将或运算后的结果通过所述信号输出端口输出给下一个电压监控模块。

优选地，所述电压监控模块为MAX17880芯片。

优选地，还包括：

与所述微控制器通过CAN总线连接的整车控制器；

所述整车控制器用于根据所述微控制器发送的单体电池的故障情况，控制高压继电器。

优选地，还包括：

与所述电池组中电池模组一一对应连接的电压采集模块、第二隔离模块；其中，不同所述电压采集模块之间通过I2C串口总线通信；

所述第二隔离模块分别与所述微控制器、与所述电池组负极连接的电压采集模块电连接，用于将所述微控制器与所有所述电压采集模块的信号隔离；

所述微控制器用于获取所述第二隔离模块的信息，对所述第二隔离模块的信息进行分析处理，通过所述第二隔离模块的信息与所述第一隔离模块的信息进行校验，确定电池组中所有单体电池的故障。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供的电池组电压监控系统，通过电压监控模块监控电池组中各个单体电池，并将监控结果通过第一隔离模块传送给微控制器，微控制器获取第一隔离模块的信息，以监控电池组中单体电池是否故障，当电池组中任意一个单体电池有欠压或过压故障时，本实用新型均可以通过硬件手段监控到单体电池故障，从而提高了电池组充电或放电的安全性。

附图说明

图1是本实用新型实施例电池组电压监控系统的一种结构示意图。

图2是本实用新型实施例中电压监控模块的一种结构示意图。

图3是本实用新型实施例电池组电压监控系统的另一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，下面结合附图和实施方式对本实用新型实施例作详细说明。

针对现有技术中单体电池电压信息异常的软件检测失效或者不准确的问题，本实用新型提供了一种电池组电压监控系统，通过本系统提高了电池组充电或放电的安全性，该电压监控系统中，电池组由一个或多个电池 模组串联组成，所述电池模组由多个单体电池组成，该电压监控系统包括：

与所述电池组中电池模组一一对应连接的电压监控模块、第一隔离模块、与所述第一隔离模块连接的微控制器；不同电压监控模块之间通过硬线连接，用于监控电池组中所有单体电池；所述第一隔离模块分别与所述微控制器、与所述电池组负极连接的电压监控模块电连接，用于将所述微控制器与所有所述电压监控模块的信号隔离；所述微控制器用于获取所述第一隔离模块的信息，以监控电池组中单体电池是否故障。

具体地，单体电池的故障具体为单体电池的欠压或过压故障。

如图1所示，是本实用新型实施例电池组电压监控系统的一种结构示意图，图1中，电池组由电池模组1至电池模组n串联组成，所述电池模组由多个单体电池组成，该电压监控系统包括：

与电池组中电池模组一一对应连接的电压监控模块(监控模块1至监控模块n)、第一隔离模块、与所述第一隔离模块连接的微控制器；不同电压监控模块之间通过硬线连接，用于监控电池组中所有单体电池；所述第一隔离模块分别与所述微控制器、与所述电池组负极连接的电压监控模块电连接，用于将所述微控制器与所有所述电压监控模块的信号隔离；所述微控制器用于获取所述第一隔离模块的信息，以监控电池组中单体电池是否过压或者欠压。

需要说明的是，电池组具有总正极与总负极，并且在电池组的内部具有维修开关，而本实施例中提到的电池组负极、监控模块1至监控模块n的负极即为图1或图2中的总负极。

监控模块1至监控模块n是为实现单体电压故障状态的检测及反馈作用，其中，每一个监控模块检测到单体电池有过压或欠压时，都会通过信号输出端口向与它连接的监控模块的信号输入端口传送故障电平信号。

具体地，每个电压监控模块均包括：多路选择开关、第一分压电路、第二分压电路、第一比较器、第二比较器、第一二极管、第二二极管以及或门电路。

所述电压监控模块具有位于所述或门电路上的信号输入端口、信号输出端口。

所述多路选择开关连接在电池模组与所述第一分压电路之间，用于分时选择电池模组中单体电池。

第一分压电路与第二分压电路，分别将单体电池电压和参考电压进行分压，第一分压电路具有第一分压点和第二分压点的电压，第二分压电路具有第三分压点和第四分压点的电压；第一比较器，其正、负输入端分别接第一分压点和第三分压点；第二比较器，其正、负输入端分别接第四分压点和第二分压点。

第一二极管正极与第一比较器输出端连接；第二二极管正极与第二比较器输出端连接。

所述或门电路分别与第一二极管负极、第二二极管负极连接，以将所述第一二极管、第二二极管输出的结果与所述信号输入端口的信号进行或运算，并将或运算后的结果通过所述信号输出端口输出给下一个电压监控模块。

如图2是本实用新型实施例中电压监控模块的一种结构示意图，在电压监控模块中，每路单体电池(CELL0至CELL12中任意一个)均会通过多路分选开关分时引入，以检测并判断是否有过压或欠压状态。

第一分压电路包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，第一分压点的电压为第二电阻R2和第三电阻R3所分的电压，第二分压点的电压为第三电阻R3所分的电压。

第二分压电路的输入电压端接参考电压VREFI，包括第四电阻RJ1、第五电阻RJ2和第六电阻RJ3，第三分压点的电压为第五电阻RJ2和第六电阻RJ3所分的电压，第四分压点的电压为第六电阻RJ3所分的电压。

比较器1(即第一比较器)的正输入端接至第一分压点，其正输入端输入电压为(R2+R3)*UB/(R1+R2+R3)，第一比较器的负输入端接至第三分压点，其负输入端的输入电压为(RJ2+RJ3)*VREFI/(RJ1+RJ2+RJ3)，比较器2(即第二比较器)的负输入端接至第二分压点，其负输入端输入电压R3*UB/(R1+R2+R3)，第二比较器的正输入端接至第四分压点，其正输入端的输入电压为RJ3*VREFI/(RJ1+RJ2+RJ3)。

需要说明的是，基准电压VREFI是由电源芯片UC1得出的，具体地， 通过CEELL12和CELL0上挂接参考电源芯片UC1(比如，AMS1117-3.3V)，产生了一个基准电压VREFI(比如，基准电压VREFI为3.3V)，而这个基准电压VREFI有独立的参考地GNDI，参考地GNDI和CELL0是相互隔离的。

具体地，上述公式中UB表示为单体电池电压。比如锂单体电池的电压UB允许电压范围为2.8V～4.15V，在比较器1的正向输入端输入2.2V电压，在比较器2的反向输入端输入1.1V电压，当第二分压点的电压小于2.2V时，比较器1输出低电平，此时单体电池为欠压状态；当第四分压点的电压大于1.1V时，比较器2输出低电平，此时单体电池为过压状态；除此之外，当比较器1或比较器2均输出高电平时，单体电池的电压UB在允许的电压范围2.8V～4.15V之内，属于正常状态。

在一个具体的实施例中，R1、R2、R3分别为58.98K、18.3K、50K，RJ1+RJ2+RJ3分别为50K、50K、50K，欠电压和过电压的阈值分别为2.2V、1.1V，VREFI为3.3V。

具体地，电压监控模块可以为MAX17880芯片。

本实用新型实施例提供的电压监控系统，通过电压监控模块对电池组中各个单体电池进行过压或欠压检测，从硬件上保证了电池故障检测的可靠性。

本实用新型实施中，电压监控系统还可以包括：与所述微控制器通过CAN总线连接的整车控制器；所述整车控制器用于根据所述微控制器发送的单体电池的故障情况，控制高压继电器。

更进一步，为了提高对电池组中单体电池欠压或过压的冗余检测，所述电压监控系统还可以包括：与所述电池组中电池模组一一对应连接的电压采集模块、第二隔离模块；其中，不同所述电压采集模块之间通过I2C串口总线通信；所述第二隔离模块分别与所述微控制器、与所述电池组负极连接的电压采集模块电连接，用于将所述微控制器与所有所述电压采集模块的信号隔离；所述微控制器用于获取所述第二隔离模块的信息，对所述第二隔离模块的信息进行分析处理，通过所述第二隔离模块的信息与所述第一隔离模块的信息进行校验，确定电池组中所有单体电池的故障。

如图3是本实用新型实施例电池组电压监控系统的另一种结构示意图。本实施例中，包括：电池组、与电池组中电池模组一一对应连接的电压监控模块(监控模块1至监控模块n)、与电池组中电池模组一一对应连接的单体电压采集模块(单体电压采集模块1至单体电压采集模块n)、第一隔离模块、第二隔离模块以及微控制器。

需要说明的是，图2中，单体电压采集模块1至单体电压采集模块n均通过单体电压采集线与电池组中电池模组一一对应连接；监控模块1至监控模块n为电压监控模块，电压监控模块通过单体电压连接线与电池组中电池模组一一对应连接。

电压监控模块(监控模块1至监控模块n)将监控到的故障状态通过第一隔离模块传送到微控制器的数字输入接口；各个单体电压采集模块(单体电压采集模块1至单体电压采集模块n)之间通过通讯线将各个单体电池的信息传送给第二隔离模块，以使第二隔离模块将各个单体电池的信息传送给微控制器的通讯接口，微控制器将第二隔离模块的信息与所述第一隔离模块的信息进行校验，确定电池组中所有单体电池的故障。

需要说明的是，本实施例中总负地为电池组的高压地，而图1、图3中，整车地为低压地。

本实用新型实施例提供的电压监控系统，通过电压监控模块对电池组中各个单体电池进行过压或欠压检测，从硬件上保证了电池故障检测的可靠性；通过单体电压采集模块对电池组中各个单体电池进行单体信息采集，并通过微控制器对电压监控模块的信息与单体电压采集模块的信息进行校验，更加保证了故障检测的可靠性。

以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本实用新型进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本实用新型内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (5)

1.一种电池组电压监控系统，所述电池组由一个或多个电池模组串联组成，所述电池模组由多个单体电池组成，其特征在于，所述电压监控系统包括：

与所述电池组中电池模组一一对应连接的电压监控模块、第一隔离模块、与所述第一隔离模块连接的微控制器；

不同电压监控模块之间通过硬线连接，用于监控电池组中所有单体电池；

所述第一隔离模块分别与所述微控制器、与所述电池组负极连接的电压监控模块电连接，用于将所述微控制器与所有所述电压监控模块的信号隔离；

所述微控制器用于获取所述第一隔离模块的信息，以监控电池组中单体电池是否故障。

2.根据权利要求1所述的电池组电压监控系统，其特征在于，所述电压监控模块包括：

多路选择开关、第一分压电路、第二分压电路、第一比较器、第二比较器、第一二极管、第二二极管以及或门电路；

所述电压监控模块具有位于所述或门电路上的信号输入端口、信号输出端口；

所述多路选择开关连接在电池模组与所述第一分压电路之间，用于分时选择电池模组中单体电池；

第一分压电路与第二分压电路，分别将单体电池电压和参考电压进行分压，第一分压电路具有第一分压点和第二分压点的电压，第二分压电路具有第三分压点和第四分压点的电压；

第一比较器，其正、负输入端分别接第一分压点和第三分压点；

第二比较器，其正、负输入端分别接第四分压点和第二分压点；

第一二极管正极与第一电压比较器输出端连接；

第二二极管正极与第二电压比较器输出端连接；

所述或门电路分别与第一二极管负极、第二二极管负极连接，以将所述第一二极管、第二二极管输出的结果与所述信号输入端口的信号进行或运算，并将或运算后的结果通过所述信号输出端口输出给下一个电压监控模块。

3.根据权利要求2所述的电池组电压监控系统，其特征在于，所述电压监控模块为MAX17880芯片。

4.根据权利要求2或3所述的电池组电压监控系统，其特征在于，还包括：

与所述微控制器通过CAN总线连接的整车控制器；

所述整车控制器用于根据所述微控制器发送的单体电池的故障情况，控制高压继电器。

5.根据权利要求4所述的电池组电压监控系统，其特征在于，还包括：

与所述电池组中电池模组一一对应连接的电压采集模块、第二隔离模块；其中，不同所述电压采集模块之间通过I2C串口总线通信；

所述第二隔离模块分别与所述微控制器、与所述电池组负极连接的电压采集模块电连接，用于将所述微控制器与所有所述电压采集模块的信号隔离；

所述微控制器用于获取所述第二隔离模块的信息，对所述第二隔离模块的信息进行分析处理，通过所述第二隔离模块的信息与所述第一隔离模块的信息进行校验，确定电池组中所有单体电池的故障。