CN207938746U - 一种电池单体电压采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池单体电压采集系统，包括MCU微处理器模块、通过菊花链方式级联的至少两个电池单体电压采集模块，其中，第一级电池单体电压采集模块与MCU微处理器模块通信连接，系统还包括：至少一个均衡模块，分别与除第一级电池单体电压采集模块外的后级各个电池单体电压采集模块一一对应连接，用于调整后级各个电池单体电压采集模块的功耗。本实用新型利用均衡模块实现电池单体电压采集模块中的电池单体采集芯片功耗的自动均衡，解决了因电池单体采集芯片自身功耗差异而引起的电池组电压不均衡的问题。

Description

一种电池单体电压采集系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电池单体电压采集系统。

背景技术

近年来，我国电动汽车产业迎来爆发式增长，尤其是纯电动汽车，它完全由可充电的动力电池包提供动力源。然而由于纯电动汽车的动力电池包(多个单体电池组成电池模组，多个模组组成电池包)是由上百节电池单体构成，电池在成组使用时，容易发生过度充电和过度放电的现象，造成电池容量以及使用寿命下降，往往两到三年就要更换一次，因此如何提高电池利用率及延长电池的使用寿命成为一个重要课题。

目前，常用BMS(Battery Management System，电池管理系统)提高电池利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态等。由于电池荷电状态(SOC)与电压存在一定的关系，BMS通过监视充放电时电池组的单体电压以及电池包的温度，进行相应的控制策略，主要是通过消耗单体电池的电量从而保证每组电池电压的一致性。

目前市场主流的BMS产品中，电池电压采集方案主要采用NXP、TI、MAXIM以及Linear公司的电池电压采集方案。但由于电池包中单体电池数量较多，而现有的采集芯片最多仅支持16通道的单体电压采集，因此一块采集板上至少需要两颗以上的采集芯片，且各采集芯片之间通过菊花链模式(电子电器工程中菊花链代表一种配线方案，例如设备A和设备B用电缆相连，设备B再用电缆和设备C相连，设备C用电缆和设备D相连，在这种连接方法中不会形成网状的拓扑结构，只有相邻的设备之间才能直接通信)进行级联，具体如图1所示，其中，第一级采集芯片需要和MCU进行通信，而后级的芯片则不需要与MCU连接，导致第一级采集芯片的功耗较大，其对应的电池组功耗较大，这种采集方式忽略了由于采集方式及采集结构不同，所导致的采集芯片功耗差异对电池组电压均衡的影响。

实用新型内容

本实用新型提供一种电池单体电压采集系统，以解决由于采集方式及采集结构不同所导致的单体电池采集芯片功耗差异对电池组电压均衡影响的问题，技术方案如下：

一种电池单体电压采集系统，包括MCU微处理器模块、通过菊花链方式级联的至少两个电池单体电压采集模块，其中，第一级电池单体电压采集模块与MCU微处理器模块通信连接，其中，所述系统还包括：

至少一个均衡模块，分别与除第一级电池单体电压采集模块外的后级各个电池单体电压采集模块一一对应连接，用于调整所述后级各个电池单体电压采集模块的功耗。

上述技术方案中，优选的是，所述均衡模块包括开关模块、第一均衡负载和第二均衡负载；

其中，所述开关模块的控制端与所述电池单体电压采集模块的电平信号输出端电连接，所述开关模块的第一端通过所述第二均衡负载接地，所述开关模块的第二端与所述电池单体电压采集模块的电源端电连接；

所述开关模块的控制端还通过所述第一均衡负载接地。

上述技术方案中，优选的是，所述开关模块为均衡NMOS管、三极管或两级三极管中任意一个，其控制端所需电平信号与所连接的电池单体电压采集模块输出的电平信号匹配。

上述技术方案中，优选的是，所述第一均衡负载为下拉电阻，所述第二均衡负载为均衡电阻。

上述技术方案中，优选的是，所述系统还包括至少一个均衡判断模块和至少一个电流采样模块；

任一所述均衡模块通过所述均衡判断模块和所述电流采样模块分别与其对应的所述电池单体电压采集模块的电源端和基准源信号输出端连接，其中，所述基准源信号输出端包括第一基准源信号输出端和第二基准源信号输出端；

其中，所述电池单体电压采集模块的第一基准源信号输出端与所述均衡判断模块的第一输入端连接，所述电源端通过采样电阻与所述电流采样模块的输入端连接，所述电流采样模块的输出端与所述均衡判断模块的第二输入端连接，所述均衡判断模块的输出端通过二极管与所述均衡模块的输入端连接，所述第二基准源信号输出端通过二极管与所述均衡模块的输入端连接。

上述技术方案中，优选的是，所述均衡模块包括开关模块和均衡负载，其中，所述开关模块为均衡NMOS管、三极管或两级三极管中任意一个，其控制端作为所述均衡模块的输入端。

本实用新型为除第一级电池单体电压采集模块外的其它后级各个电池单体电压采集模块分别连接一个均衡模块，通过均衡模块调整后级各个电池单体电压采集模块的功耗，解决了因电池单体电压采集模块自身功耗差异而引起的电池组电压不均衡的问题。

附图说明

图1是现有技术中电池电压采集的电路图；

图2是本实用新型实施例一提供的电池单体电压采集系统的结构图；

图3是本实用新型实施例一提供的开关模块为NMOS管的电池单体电压采集系统的电路图；

图4是本实用新型实施例一提供的开关模块为三极管的电池单体电压采集系统的电路图；

图5是本实用新型实施例一提供的开关模块为两级三极管的电池单体电压采集系统的电路图；

图6是本实用新型实施例二提供的电池单体电压采集系统的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图2本实用新型实施例提供的一种电池单体电压采集系统的电路结构图，包括MCU微处理器模块1、通过菊花链方式级联的至少两个电池单体电压采集模块(2_1-2_N)，其中，第一级电池单体电压采集模块2_1与MCU微处理器模块1通信连接，其中，电池单体电压采集系统还包括：至少一个均衡模块(3_2-3_N)，分别与除第一级电池单体电压采集模块2_1外的后级各个电池单体电压采集模块(2_2-2_N)一一对应连接，用于调整后级各个电池单体电压采集模块的功耗。

具体的，由于第一级电池单体电压采集模块2_1用于采集对应电池组内电池单体的电压以及与MCU通信，因此，电池单体电压采集模块2_1的功耗最大。均衡模块3_2-3_N分别一一对应连接电池单体电压采集模块2_2-2_N，并对应调整电池单体电压采集模块2_2-2_N的功耗，使其与电池单体电压采集模块2_1的功耗一致。

其中，每个均衡模块均包括开关模块、第一均衡负载和第二均衡负载；其中，开关模块的控制端与电池单体电压采集模块的电平信号输出端电连接，开关模块的第一端通过第二均衡负载接地，开关模块的第二端与电池单体电压采集模块的电源端连接；开关模块的控制端还通过第一均衡负载接地。优选的，开关模块为均衡NMOS管、三极管或两级三极管中任意一个，其控制端所需电平信号与所连接的电池单体电压采集模块输出的电平信号匹配，所述第一均衡负载为下拉电阻，用于保证开关模块处于稳定状态，第二均衡负载为均衡电阻，用于均衡与其相连的电池单体电压采集模块的功耗。示例性的，如图3示出了开关模块为均衡NMOS管时的均衡模块的电路图，在均衡模块3_2中，均衡NMOS管Q2为开关模块，下拉电阻R21为第一均衡负载，均衡电阻R22为第二均衡负载。其中，均衡NMOS管Q2的控制端所需电平信号与其所连接的电池单体电压采集模块2_2输出的电平信号匹配，下拉电阻R21用于保证开关模块Q2处于稳定状态，均衡电阻R22用于均衡与均衡模块3_2所连接的电池单体电压采集模块2_2的功耗，保证电池单体电压采集模块2_2与其他电池单体电压采集模块功耗一致。

图3示出了电池单体电压采集系统的具体电路图，其中，每个电池单体电压采集模块包括一个电池单体采集芯片及外围采集电路。示例性的，电池单体电压采集模块2_N包括电池单体采集芯片1_N和外围采集电路。根据电池组单体数量、连接方式以及温度采集数量，每个电池单体采集芯片通过外围采集电路分别与对应的电池组连接。电池电压采集过程中，与第一级电池单体电压采集模块2_1相比，其它后级电池单体电压采集模块2_2-2_N的功耗较低，由于各电池电压采集芯片之间可相互通信，后级电池单体电压采集模块均能获取第一级电池单体电压采集模块的功耗，并根据该功耗，后级电池单体电压采集模块中的电池电压采集芯片控制与之连接的均衡模块开启，调整后级电池单体电压采集模块的功耗，使之与第一级电池单体电压采集模块的功耗相同。示例性的，电池单体采集芯片1_N输出高电平信号到均衡模块3_N并控制其启动。具体的，高电平信号经过下拉电阻即第一均衡负载RN1，输入到均衡NMOS管的控制端，开启均衡NMOS管QN。当均衡NMOS管QN开启后，电源VCC_N在均衡电阻RN2上产生一定的功耗，从而增加电池电压采集芯片1_N的功耗，保证电池电压采集芯片1_N和其他电池电压采集芯片功耗相同，也即是各个电池单体电压采集模块的功耗相同。

图4示出了开关模块为三极管时的电池单体电压采集系统的电路图，其中三极管优选的为NPN型三极管，具体的工作原理与上述相同，在此不再赘述。图5示出了开关模块为两级三极管时的电池单体电压采集系统的电路图，其中，第一级三极管优选NPN型三极管，如三极管Q21，第二级三极管选择PNP型三极管，如三极管Q22，第一级三极管的控制端作为开关模块的控制端，并通过第一均衡负载接地，第二级三极管的发射极作为开关模块的第二端，与电池单体电压采集模块的电源端连接，第二级三极管的集电极作为开关模块的第一端，并通过第二均衡负载接地。具体的工作原理与上述相同，在此不再赘述。

本实用新型实施例为除第一级电池单体电压采集模块外的其它后级各个电池单体电压采集模块分别连接一个均衡模块，通过均衡模块调整后级各个电池单体电压采集模块的功耗，解决了因电池单体电压采集模块中电压采集芯片自身功耗差异而引起的电池组电压不均衡的问题。

实施例二

图6本实用新型实施例提供的一种电池单体电压采集系统的电路结构图，在上述实施例的基础上，进一步的，电池单体电压采集系统还包括至少一个均衡判断模块和至少一个电流采样模块；任一均衡模块通过均衡判断模块和电流采样模块分别与其对应的电池单体电压采集模块的电源端和基准源信号输出端连接，其中，基准源信号输出端包括第一基准源信号输出端和第二基准源信号输出端；

其中，电池单体电压采集模块的第一基准源信号输出端与均衡判断模块的第一输入端连接，电池单体电压采集模块的电源端通过采样电阻与电流采样模块的输入端连接，电流采样模块的输出端与均衡判断模块的第二输入端连接，均衡判断模块的输出端通过二极管与均衡模块的输入端连接，第二基准源信号输出端通过二极管与均衡模块的输入端连接。

均衡模块包括开关模块和均衡负载，其中，开关模块为均衡NMOS管、三极管或两级三极管中任意一个，其控制端作为均衡模块的输入端。

如此，根据本实施例的电池单体电压采集系统可通过两种均衡方式实现对电池单体电压采集模块功耗的均衡。

均衡方式1

示例性的，以图6中对电池单体电压采集模块2_2进行功耗均衡来说明，第二基准源信号输出端输出的基准源信号Signal 22通过二极管直接输入到均衡模块3_2，并开启均衡模块3_2，对电池单体电压采集模块2_2进行功耗均衡。

均衡方式2

示例性的，以图6中对电池单体电压采集模块2_N进行功耗均衡来说明，电流采样模块4_N通过采样电阻RN采集电池单体采集芯片1_N电源总线上的电流，并将采集到的电流值传输到均衡判断模块5_N，均衡判断模块5_N同时接收第一基准源信号输出端输出的基准源信号Signal N1，通过比较采集到的电流值与基准源信号Signal N1，确定是否需要开启均衡模块，若需要，均衡判断模块5_N发出相关指令开启均衡模块3_N，对电池单体电压采集模块2_N进行功耗均衡。

本实用新型实施例中，任一均衡模块通过均衡判断模块和电流采样模块分别与其对应的电池单体电压采集模块的电源端和基准源信号输出端连接，由此可通过基准源信号直接开启均衡模块或者均衡判断模块根据基准源信号与采集到的电流值的比较结果开启均衡模块，对相应的电池单体电压采集模块进行功耗均衡，解决了因电池单体电压采集模块自身功耗差异而引起的电池组电压不均衡的问题，两种均衡方式为冗余关系，通过两重控制方式增加电池单体电压采集系统的可靠性。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种电池单体电压采集系统，包括MCU微处理器模块、通过菊花链方式级联的至少两个电池单体电压采集模块，其中，第一级电池单体电压采集模块与MCU微处理器模块通信连接，其特征在于，所述系统还包括：

至少一个均衡模块，分别与除第一级电池单体电压采集模块外的后级各个电池单体电压采集模块一一对应连接，用于调整所述后级各个电池单体电压采集模块的功耗。

2.根据权利要求1所述的电池单体电压采集系统，其特征在于，所述均衡模块包括开关模块、第一均衡负载和第二均衡负载；

其中，所述开关模块的控制端与所述电池单体电压采集模块的电平信号输出端连接，所述开关模块的第一端通过所述第二均衡负载接地，所述开关模块的第二端与所述电池单体电压采集模块的电源端连接；

所述开关模块的控制端还通过所述第一均衡负载接地。

3.根据权利要求2所述的电池单体电压采集系统，其特征在于，所述开关模块为均衡NMOS管、三极管或两级三极管中任意一个，其控制端所需电平信号与所连接的电池单体电压采集模块输出的电平信号匹配。

4.根据权利要求2所述的电池单体电压采集系统，其特征在于，所述第一均衡负载为下拉电阻，所述第二均衡负载为均衡电阻。

5.根据权利要求1所述的电池单体电压采集系统，其特征在于，所述系统还包括：

至少一个均衡判断模块和至少一个电流采样模块；

任一所述均衡模块通过所述均衡判断模块和所述电流采样模块分别与其对应的所述电池单体电压采集模块的电源端和基准源信号输出端连接，其中，所述基准源信号输出端包括第一基准源信号输出端和第二基准源信号输出端；

其中，所述电池单体电压采集模块的第一基准源信号输出端与所述均衡判断模块的第一输入端连接，所述电源端通过采样电阻与所述电流采样模块的输入端连接，所述电流采样模块的输出端与所述均衡判断模块的第二输入端连接，所述均衡判断模块的输出端通过二极管与所述均衡模块的输入端连接，所述第二基准源信号输出端通过二极管与所述均衡模块的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的电池单体电压采集系统，其特征在于，所述均衡模块包括开关模块和均衡负载，其中，所述开关模块为均衡NMOS管、三极管或两级三极管中任意一个，其控制端作为所述均衡模块的输入端。