CN206573627U - 一种集成多功能检测的电路模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成多功能检测的电路模块，涉及新能源汽车电池管理技术领域，包括电流采样电路、电压采样电路、绝缘电阻采样电路、模数转换器、MCU、隔离通讯IC、CAN收发器和隔离电源；所述模数转换器分别与电流采样电路、电压采样电路、绝缘电阻采样电路、MCU、隔离通讯IC和隔离电源电连接；所述MCU分别与绝缘电阻采样电路、隔离通讯IC和隔离电源电连接；所述隔离通讯IC分别与隔离电源和CAN收发器电连接；所述CAN收发器与隔离电源电连接。本实用新型具有电路复用与集成度高、成本低、测量精度高、适用性强、可靠性高的特点。

Description

一种集成多功能检测的电路模块

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车电池管理技术领域，尤其是涉及一种电路复用与集成度高、成本低、测量精度高、适用性强、可靠性高的集成多功能检测的电路模块。

背景技术

在新能源汽车设计开发中我们需要采集电池包的总电流、继电器内外侧电压，并实时监测高压正负对车身的绝缘电阻，用以估算电池的电荷状态、了解高压对外上电时，外部的负载情况与诊断继电器动作的正确性，以及判断整车的绝缘情况，避免因某些高压器件绝缘损坏导致车上人员存在触电风险。所以电动汽车电池管理系统BMS中这些采样都关乎车辆的正常运行，需要有可靠和完整的数据输入。

这些参数或电气参数都是依赖于分布电路来提供，特别是与电池包直接关联的电气参数，如总电流采样检测现有技术大多以电流霍尔传感器或单一功能的电流检测模块来实现，如CN201420780862.6公开的一种电流检测模块，只能对电流信号进行采样、放大、模数转换，数据输出等处理；另如201310676894.1公开的一种电动车用高压绝缘监测电路及监测方法，也只能实现对电池包与车辆的绝缘监测功能，还有一种就是将所有电路功能都集成到BMS主控板上，电路复杂。

现有技术的缺点是：

单一功能，只能实现电流或绝缘电阻或电压采样；

成本高，单一功能都需要有独立的采样、转换、CPU、CAN、隔离；系统成本比较高；

对于将所有电路功能都集成到BMS主控板的做法，电路复杂，高低采样控制到在一个板上，隔离设计不好做，也可能存在对某些参数或功能的校正或标定在生产阶段可执行性很差，不适合量产的问题，比如霍尔校准后需要与主控板配对使用。

发明内容

本实用新型的发明目的是为了克服现有技术中的BMS系统设计中成本高、电路复杂、适用范围小的问题，提供了一种电路复用与集成度高、成本低、测量精度高、适用性强、可靠性高的集成多功能检测的电路模块。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种集成多功能检测的电路模块，包括电流采样电路、电压采样电路、绝缘电阻采样电路、MCU、隔离通讯IC、CAN收发器和隔离电源；所述MCU分别与电流采样电路、电压采样电路、绝缘电阻采样电路、隔离通讯IC和隔离电源电连接；所述隔离通讯IC分别与隔离电源和CAN收发器电连接；所述CAN收发器与隔离电源电连接。

本实用新型将所有这些检测功能集成到一个电路模块中进行采样、转化、校正、判断，并通过隔离CAN通讯把最终处理的结果送到BMS的主控单元，作为执行其他相关动作的数据来源。

本实用新型共用一套高ADC位数的MCU，具体型号为NXP MM9Z1_638，CAN隔离的硬件电路，实现BMS总电流采样、继电器内外电压采样、绝缘电阻监测采样、并实现精度校准与标定，向BMS系统提供高精度采样值的可量产生产且低成本、可适合于不同系统应用的电路模块。

因此，本实用新型具有电路复用与集成度高、成本低、测量精度高、适用性强、可靠性高的特点。

作为优选，所述电流采样电路包括电池包和分流器；所述电池包与分流器串联；所述分流器的两端均与MCU电连接。

根据欧姆定律：U1=Rs *I；其中，Rs为分流器阻值；I为流过分流器的电流值；U1为分流器上流过电流后得到的电压值，放电为正值，下正上负，U1直接将差分信号送入MCU。

作为优选，所述电压采样电路包括电池包、分流器、电阻R1、电阻R2和开关Q1；所述分流器的阻值为Rs；所述电池包、分流器、电阻R2、开关Q1和电阻R1依次串联；电阻R2的两端均与MCU电连接。

在需要采样电池包电压VBAT时，MCU控制开关Q1闭合，电阻R1与R2电阻分压，得到：U2=R2/(R1+R2) *VBAT；U2直接送入MCU模数转换，运算得到电压值，可以换算出VBAT的总电压：VBAT=(R1+R2)/R2 *U2。

作为优选，所述绝缘电阻采样电路包括电池包、电阻Ri1、电阻Ri2和电阻R0；所述电阻Ri1、电池包和电阻Ri2依次串联，电阻Ri1和电阻Ri2连接的一端接车身地，电阻R0与电阻Ri1并联；电阻Ri1、电阻Ri2和电阻R0的两端均与MCU电连接。

测量电池包高压正负对车身地之间的电压，较高定义为U1，较低定义为U1’，相对应的绝缘电阻为Ri1与Ri2；定义电阻低的绝缘电阻Ri1为绝缘电阻Ri；

添加一个已知高精度的电阻R0与Ri1并联，测量U2与U2’；

U1、U1’、U2、U2’由MCU采样得到电压；

经公式转换可以计算得到：

Ri=R0(U1-U2)/U2*（1+U1’/U1)。

由于电池包高压正负对地之间还存在电容，在测试期间要保持稳定的电压，需要对测量时间做相应的控制策略，以确认测量值不是在电容充电过程中采样的。

作为优选，所述CAN收发器与CAN-BUS总线电连接。

因此，本实用新型具有如下有益效果：

1、具有多功能，电流采样、可以实现继电器内外侧电压采样，与绝缘监测功能；

2、成本优化，三路采样共用一套硬件电路，只用一个MCU+ISOCAN；较多个分立模块方案系统成本具有明显优势，且电路复用与集成度高；

3、单独可编程模块，有利于数据校准和标定，以获得高精度测量值；

4、可用性好，不同系统，硬件不变，通讯协议修改即可满足需求；

5、单独电路模块，电路相对简单，可靠和可生产性较好；

6、可实现BMS高低压分离，主控只有低压部分电路，无需隔离设计，设计简化。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构原理框图；

图2是本实用新型的一种电流采样原理图；

图3是本实用新型的一种电压采样原理图；

图4是本实用新型的一种绝缘电阻采样原理图。

图中：电流采样电路1、电压采样电路2、绝缘电阻采样电路3、MCU4、隔离通讯IC 5、CAN收发器6、隔离电源7、电池包8、分流器9。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

如图1、图2、图3、图4所示的实施例是一种集成多功能检测的电路模块，包括电流采样电路1、电压采样电路2、绝缘电阻采样电路3、MCU 4、隔离通讯IC 5、CAN收发器6和隔离电源7；所述MCU分别与电流采样电路、电压采样电路、绝缘电阻采样电路、隔离通讯IC和隔离电源电连接；所述隔离通讯IC分别与隔离电源和CAN收发器电连接；所述CAN收发器与隔离电源电连接；

所述电流采样电路包括电池包8和分流器9；所述电池包与分流器串联；所述分流器的两端均与MCU电连接；

所述电压采样电路包括电池包8、分流器9、电阻R1、电阻R2和开关Q1；所述分流器的阻值为Rs；所述电池包、分流器、电阻R2、开关Q1和电阻R1依次串联；电阻R2的两端均与MCU电连接；

所述绝缘电阻采样电路包括电池包8、电阻Ri1、电阻Ri2和电阻R0；所述电阻Ri1、电池包和电阻Ri2依次串联，电阻Ri1和电阻Ri2连接的一端接车身地，电阻R0与电阻Ri1并联；电阻Ri1、电阻Ri2和电阻R0的两端均与MCU电连接；

所述CAN收发器与CAN-BUS总线电连接。

因此，本实用新型具有电路复用与集成度高、成本低、测量精度高、适用性强、可靠性高的特点。

应理解，本实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种集成多功能检测的电路模块，其特征是，包括电流采样电路（1）、电压采样电路（2）、绝缘电阻采样电路（3）、MCU（4）、隔离通讯IC（5）、CAN收发器（6）和隔离电源（7）；所述MCU分别与电流采样电路、电压采样电路、绝缘电阻采样电路、隔离通讯IC和隔离电源电连接；所述隔离通讯IC分别与隔离电源和CAN收发器电连接；所述CAN收发器与隔离电源电连接。

2.根据权利要求1所述的一种集成多功能检测的电路模块，其特征是，所述电流采样电路包括电池包（8）和分流器（9）；所述电池包与分流器串联；所述分流器的两端均与MCU电连接。

3.根据权利要求1所述的一种集成多功能检测的电路模块，其特征是，所述电压采样电路包括电池包（8）、分流器（9）、电阻R1、电阻R2和开关Q1；所述分流器的阻值为Rs；所述电池包、分流器、电阻R2、开关Q1和电阻R1依次串联；电阻R2的两端均与MCU电连接。

4.根据权利要求1所述的一种集成多功能检测的电路模块，其特征是，所述绝缘电阻采样电路包括电池包（8）、电阻Ri1、电阻Ri2和电阻R0；所述电阻Ri1、电池包和电阻Ri2依次串联，电阻Ri1和电阻Ri2连接的一端接车身地，电阻R0与电阻Ri1并联；电阻Ri1、电阻Ri2和电阻R0的两端均与MCU电连接。

5.根据权利要求1所述的一种集成多功能检测的电路模块，其特征是，所述CAN收发器与CAN-BUS总线电连接。