CN208860935U - 高压采样电路和电池管理系统 - Google Patents

Abstract

一种高压采样电路和电池管理系统，高压采样电路与电池组和电池充放电回路连接，所述电池充放电回路包括与所述电池组的正负极连接的继电器组件，所述高压采样电路包括：第一采样模块，被配置为采样所述电池组的第一采样信号，且具有控制通断的第一开关组件；第二采样模块，被配置为采样所述继电器组件的第二采样信号，且具有控制通断的第二开关组件；及控制模块。采样回路中加入开关，在不需要高压采样时开关处于断开状态，可避免采样电路短路失效导致的安全风险，有效提高采样回路的使用寿命，避免消耗电芯电量，只用开一个控制器实现高压采样控制，降低了生产维护成本。

Description

高压采样电路和电池管理系统

技术领域

本实用新型属于电池管理系统领域，尤其涉及一种高压采样电路和电池管理系统。

背景技术

BMS(Battery Management System，电池管理系统)是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，可用于电动汽车，电瓶车，机器人，无人机等。

在传统的BMS中，高压侧MCU(Micro Control Unit，微控制单元)通过对高压分压电路进行采样，再将采样数据通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线发给低压侧MCU后进行数据计算。高压侧AD(Analog-to-Digital)采样芯片通过对高压分压电路进行采样，再将采样数据通过隔离SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)发送给低压侧MCU，高压采样通道无开关控制。

在传统的BMS中，存在以下不足：增加电路的复杂性和软件开发周期，电池管理系统量产时需要进行两次MCU软件烧录，降低了BMS生产效率，增加了设备生产和维护成本；由于高压采样回路没有开关控制，采样分压电路始终处于接入电池回路的工作状态，易发生漏电，也会造成的电池包内电芯电量不平衡等安全隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种高压采样电路和电池管理系统，旨在解决传统的技术方案中存在的高压采样电路生产维护成本高，有安全隐患、寿命低的问题。

本实用新型第一方面提供了一种高压采样电路，与电池组和电池充放电回路连接，所述电池充放电回路包括与所述电池组的正负极连接的继电器组件，所述高压采样电路包括：

第一采样模块，与所述电池组连接，被配置为采样所述电池组的第一采样信号，且具有被配置为控制该第一采样模块通断的第一开关组件；

第二采样模块，与所述继电器组件连接，被配置为采样所述继电器组件的第二采样信号，且具有被配置为控制该第二采样模块通断的第二开关组件；及

控制模块，与所述第二开关组件和所述第二开关组件连接，被配置为控制所述第二开关组件和所述第二开关组件开闭，接收所述第一采样信号和第二采样信号。

可选的，所述控制模块包括：

第一开关控制器，与所述第一开关组件连接；

第二开关控制器，与所述第二开关组件连接；及

主控制器，分别与所述第一开关控制器、第二开关控制器、所述第一采样模块输出端和所述第二采样模块的输出端，被配置为驱动所述第一开关控制器控制所述第一开关组件开闭，驱动所述第二开关控制器控制所述第二开关组件开闭，接收所述第一采样信号和第二采样信号。

可选的，所述第一采样模块包括三条电池采样链路，三条所述采样链路分别与三个电池采样点连接，三个所述电池采样点包括所述电池组的维修开关的高压边、所述维修开关的低压边及所述电池组的正极。

可选的，各个所述电池采样链路包括第一分压网络、第一开关及第二分压网络，所述第一分压网络、所述第一开关及所述第二分压网络以任意顺序串接的在相应的所述电池采样点和所述电池组的负极之间，且所述第一开关的控制端接所述第一开关控制器，所述第一分压网络和所述第二分压网络之间的连接节点作为该电池采样链路的输出端。

可选的，所述继电器组件包括第一端与所述电池组负极连接的快充继电器和第一端与所述电池组的负极连接的慢充继电器；

所述第二采样模块包括两个以上继电器采样链路，各个采样继电器采样链路分别连接各个继电器采样点，所述继电器采样点包括所述快充继电器的第二端和所述慢充继电器的第二端。

优选的，所述继电器组件还包括第一端与所述电池组正极连接的正极继电器和第一端与所述电池组的负极连接的负极继电器；

所述继电器采样点还包括所述正极继电器的第二端和所述负极继电器的第二端。

可选的，所述继电器采样链路包括第三分压网络、第二开关及第四分压网络，所述第三分压网络、所述第二开关及所述第四分压网络以任意顺序串接的在相应的所述继电器采样点和所述电池组的负极之间，且所述第二开关的控制端接所述第二开关控制器，所述第三分压网络和所述第四分压网络的连接节点作为该继电器采样链路的输出端。

可选的，还包括：

输出稳压模块，被配置为将预设压值以下的采样信号滤波再输出，该采样信号包括所述第一采样信号和所述第二采样信号；和

跟随放大模块，被配置为将在预设压值以下的采样信号进行放大后输出到所述控制模块。

可选的，所述输出稳压模块包括稳压二极管和第一滤波电容，所述稳压二极管的阴极接所述第一采样模块的输出端或第二采样模块的输出端，所述第一滤波电容与所述稳压二极管并联。

可选的，所述跟随放大模块包括电压跟随器和第二滤波电容，所述电压跟随器输入端接所述输出稳压模块的输出端，所述电压跟随器的输出端接所述控制模块的检测端，并通过所述第二滤波电容接地。

本实用新型第二方面提供了一种电池管理系统，包括上述的高压采样电路。

上述的高压采样电路在采样回路中加入开关，在不需要高压采样时开关处于断开状态，可避免采样电路短路失效导致的安全风险。系统进入休眠状态或者策略上不需要采样时可将开关设置为关闭状态，断开采样回路，可有效提高采样回路的使用寿命。同时，避免由于采样回路构成的放电回路会消耗电芯电量，导致电池包中电芯电量出现差异从而降低了整个电池包的SOC，甚至是高压漏电导致的电池电量不平衡的问题。另外，只用开一个控制器实现高压采样控制，降低了生产维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的高压采样电路结构示意图；

图2为图1所示的高压采样电路的示例电路原理图；

图3为图2所示的电池采样链路的示例电路原理图；

图4为图2所示的继电器采样链路的示例电路原理图；

图5为本实用新型第二实施例提供的高压采样电路结构示意图；

图6为图5所示的高压采样电路中输出稳压模块和跟随放大模块的示例电路原理图；

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型实施例提供的高压采样电路与电池组10和电池充放电回路连接，电池充放电回路包括与电池组10的正负极连接的继电器组件。以一种常见的电池组10和电池充放电回路示例，说明本方案的具体实施方式。电池组10具有维修开关11，继电器组件包括第一端与电池组10正极连接的正极继电器21和第一端与电池组10的负极连接的负极继电器22。在进一步的实施例中，继电器组件还包括第一端与电池组10负极连接的快充继电器23和第一端与电池组10的负极连接的慢充继电器24。

在一个实施例中，高压采样电路包括第一采样模块100、第二采样模块200和控制模块300。

第一采样模块100与电池组10连接，被配置为采样电池组10的第一采样信号，且具有被配置为控制该第一采样模块100通断的第一开关组件110；第二采样模块200与继电器组件连接，被配置为采样继电器组件的第二采样信号，且具有被配置为控制该第二采样模块200通断的第二开关组件210。可以理解的是，两个开关组件110、210断开时，两个采样模块100、200的采样回路将被断开，采样模块100、200的器件不会有电信号通过，更不会使得其形成电池组放电回路。控制模块300与第一采样模块100的输出端、第二采样模块200的输出端、第一开关组件110及第二开关组件210连接，被配置为控制第一开关组件110和第二开关组件210开闭，接收第一采样信号和第二采样信号。

请参阅图1和2，控制模块300包括与第一开关组件110连接的第一开关控制器310、与第二开关组件210连接的第二开关控制器320及主控制器330，主控制器330分别与第一开关控制器310、第二开关控制器320、第一采样模块100输出端和第二采样模块200的输出端连接，被配置为驱动第一开关控制器310控制第一开关组件110开闭，驱动第二开关控制器320控制第二开关组件210开闭，接收第一采样信号和第二采样信号。如此，电池端的高压采样开关由第一开关控制器310控制，继电器端的高压采样由第二开关控制器320控制，分别独立，便于布线设置，提高系统的容错率。主控制器330可以是BMS系统中的低压侧MCU，也可以是高压侧的MCU，只用开一个MCU实现高压采样控制，降低了生产维护成本。

上述的高压采样电路在采样回路中加入开关，在不需要高压采样时开关处于断开状态，可避免采样电路短路失效导致的安全风险。系统进入休眠状态或者策略上不需要采样时可将开关设置为关闭状态，断开采样回路，可有效提高采样回路的使用寿命。同时，避免由于采样回路构成的放电回路会消耗电芯电量，导致电池包中电芯电量出现差异从而降低了整个电池包的SOC，甚至是高压漏电导致的电池电量不平衡的问题。

在一个实施例中，第一采样模块100包括三条电池采样链路，三条采样链路分别与三个电池采样点连接，以对三个电池采样点分别独立采样，三个电池采样点包括电池组10的维修开关的高压边11a、维修开关11的低压边11b及电池组的正极10a。

具体地，请参阅附图2，三条电池采样链路分别是高边采样链路101、低边采样链路102和第一正极采样链路103。

高边采样链路101与维修开关的高压边11a、电池组的负极10b和主控制器330的第一采样端子P1连接，被配置为通过开关控制，可通断地采集维修开关的高压边11a的高边采样信号。

低边采样链路102与维修开关11的低压边11b、电池组的负极10b和主控制器330的第二采样端子P2，被配置为通过开关控制，可通断地采维修开关的低压边11a的低边采样信号。

第一正极采样链路103与电池组的正极10a、电池组的负极10b和主控制器330的第三采样端子P3，被配置为通过开关控制，可通断地采集电池组的正极10a的第一正极采样信号。

各个电池采样链路可按需独立控制其通断以对相应的采样节点进行采样，降低系统功耗的同时，避免相互干扰，且在某一链路出现故障时可以独立关断，增加其可靠性及使用寿命。

请参阅图2和3，各个电池采样链路包括第一分压网络104、第一开关105及第二分压网络106。以高边采样链路101为例，第一分压网络104、第一开关105及第二分压网络106以任意顺序串接的在相应的电池采样点(维修开关的高压边11a)和电池组的负极10b之间，且第一开关105接第一开关控制器310，第一分压网络104和第二分压网络106之间的连接节点作为该电池采样链路的输出端。本实施例中，第一分压网络104、第一开关105及第二分压网络106依次串接，在其他实施方式中，可以是第一分压网络104、第二分压网络106及第一开关105依次串接，或是第一开关105、第一分压网络104及第二分压网络106依次串接，或是第一开关105、第二分压网络106及第一分压网络104依次串接，或是第二分压网络106、第一开关105及第一分压网络104依次串接，第二分压网络106、第一分压网络104及第一开关105依次串接。其中，分压网络为一个或多个电阻串并联构成，第一开关105为功率开关管，如MOSFET，或者是继电器。各个采样链路通过对采样点的电压进行采样后通过分压网络电压分压后输出，并利用开关控制链路的通断，可以避免短路风险，也可以避免长期接入主回路以消耗电能，降低使用寿命。

在一个实施例中，第二采样模块200包括两个以上继电器采样链路，各个采样继电器采样链路分别连接各个继电器采样点，以对各个继电器采样点分别独立采样，继电器采样点包括正极继电器的第二端21a和负极继电器的第二端22a。在其他实施方式中，继电器采样点还包括快充继电器的第二端23a和慢充继电器的第二端24a。

继电器采样链路具体包括第二正极采样链路201、第一负极采样链路202、第二负极采样链路203及第三负极采样链路204。

第二正极采样链路201与正极继电器的第二端21a、电池组的负极10b和主控制器330的第四采样端子P4，被配置为通过开关控制，可通断地采集正极继电器的第二端21a的第二正极采样信号；第一负极采样链路202与负极继电器的第二端22a、电池组的负极10b和主控制器330的第五采样端子P5，被配置为通过开关控制，可通断地采集负极继电器的第二端22a的第一负极采样信号。第二负极采样链路203与快充继电器的第二端23a、电池组的负极10b和主控制器330的第六采样端子P6，被配置为通过开关控制，可通断地采集快充继电器的第二端23a的第二负极采样信号；和第三负极采样链路204与慢充继电器的第二端24a、电池组的负极10b和主控制器330的第七采样端子P7，被配置为通过开关控制，可通断地采集慢充继电器的第二端24a的第三负极采样信号。

电池采样链路和继电器采样链路通过不同的开关控制器控制，且各个继电器采样链路也可按需独立控制其通断以对相应的采样节点进行采样，降低系统功耗的同时，避免相互干扰，且在某一链路出现故障时可以独立关断，增加其可靠性。

在一个实施例中，请参阅图2和3，各个继电器采样链路包括第三分压网络205、第二开关206及第四分压网络207，以第二正极采样链路201为例，第三分压网络205、第二开关206及第四分压网络207以任意顺序串接的在相应的继电器采样点(正极继电器的第二端21a)和电池组的负极10b之间，且第二开关206的控制端接第二开关控制器320，第三分压网络205和第四分压网络207的连接节点作为该继电器采样链路的输出端。本实施例中，第三分压网络205、第二开关206及第四分压网络207依次串接，在其他实施方式中，可以是第三分压网络205、第四分压网络207及第二开关206依次串接，或是第二开关206、第三分压网络205及第四分压网络207依次串接，或是第二开关206、第四分压网络207及第三分压网络205依次串接，或是第四分压网络207、第二开关206及第三分压网络205依次串接，第四分压网络207、第三分压网络205及第二开关206依次串接。其中，分压网络为一个或多个电阻串并联构成，第二开关206为功率开关管，如MOSFET，或者是继电器。各个采样链路通过对采样点的通过分压网络电压分压后输出，并利用开关控制链路的通断，可以避免短路风险，也可以避免长期接入主回路以消耗电能，降低使用寿命。

在进一步的实施例中，请参阅图5，高压采样电路还包括多个输出稳压模块400和跟随放大模块500。输出稳压模块400，被配置为将预设压值以下的采样信号滤波再输出，该采样信号包括第一采样信号和第二采样信号；跟随放大模块500被配置为将在预设压值以下的采样信号进行放大后输出到控制模块300。可以理解的是，输出稳压模块400接收到的预设压值以下采样信号将其滤波稳压后输出在预设压值以下采样信号，表明此时充放电回路工作在正常状态，当采样信号超过预设值时，将会被输出稳压模块400泄放到地，控制模块300将接收不到采样信号，表明此时充放电回路工作在异常状态。跟随放大模块500可以将预设压值以下采样信号增益放大，以匹配控制模块300识别判断。

在一个实施例中，请参阅图5和6，输出稳压模块400包括稳压二极管401和第一滤波电容402，稳压二极管401的阴极接第一采样模块100的输出端或第二采样模块200的输出端，第一滤波电容402与稳压二极管401并联。稳压二极管401用于将超过预设值的采样信号泄放到地，预设压值以下采样信号将被第一滤波电容402滤波。

在一个实施例中，请参阅图5和6，跟随放大模块500包括用于对电信号增益放大的电压跟随器501和用于滤波的第二滤波电容502，电压跟随器501输入端接输出稳压模块400的输出端，电压跟随器501的输出端接控制模块300的检测端，并通过第二滤波电容502接地。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种电池管理系统，包括上述的高压采样电路。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种高压采样电路，与电池组和电池充放电回路连接，所述电池充放电回路包括与所述电池组的正负极连接的继电器组件，其特征在于，所述高压采样电路包括：

第一采样模块，与所述电池组连接，被配置为采样所述电池组的第一采样信号，且具有被配置为控制该第一采样模块通断的第一开关组件；

第二采样模块，与所述继电器组件连接，被配置为采样所述继电器组件的第二采样信号，且具有被配置为控制该第二采样模块通断的第二开关组件；及

控制模块，与所述第二开关组件和所述第二开关组件连接，被配置为控制所述第二开关组件和所述第二开关组件开闭，接收所述第一采样信号和第二采样信号。

2.如权利要求1所述的高压采样电路，其特征在于，所述控制模块包括：

第一开关控制器，与所述第一开关组件连接；

第二开关控制器，与所述第二开关组件连接；及

主控制器，分别与所述第一开关控制器、第二开关控制器、所述第一采样模块输出端和所述第二采样模块的输出端连接，被配置为驱动所述第一开关控制器控制所述第一开关组件开闭，驱动所述第二开关控制器控制所述第二开关组件开闭，接收所述第一采样信号和第二采样信号。

3.如权利要求1或2所述的高压采样电路，其特征在于，所述第一采样模块包括三条电池采样链路，三条所述采样链路分别与三个电池采样点连接，三个所述电池采样点包括所述电池组的维修开关的高压边、所述维修开关的低压边及所述电池组的正极。

4.如权利要求3所述的高压采样电路，其特征在于，各个所述电池采样链路包括第一分压网络、第一开关及第二分压网络，所述第一分压网络、所述第一开关及所述第二分压网络以任意顺序串接的在相应的所述电池采样点和所述电池组的负极之间，且所述第一开关的控制端接所述第一开关控制器，所述第一分压网络和所述第二分压网络之间的连接节点作为该电池采样链路的输出端。

5.如权利要求1所述的高压采样电路，其特征在于，所述继电器组件包括第一端与所述电池组负极连接的快充继电器和第一端与所述电池组的负极连接的慢充继电器；

所述第二采样模块包括两个以上继电器采样链路，各个采样继电器采样链路分别连接各个继电器采样点，所述继电器采样点包括所述快充继电器的第二端和所述慢充继电器的第二端。

6.如权利要求5所述的高压采样电路，其特征在于，所述继电器组件还包括第一端与所述电池组正极连接的正极继电器和第一端与所述电池组的负极连接的负极继电器；

所述继电器采样点还包括所述正极继电器的第二端和所述负极继电器的第二端。

7.如权利要求6所述的高压采样电路，其特征在于，所述继电器采样链路包括第三分压网络、第二开关及第四分压网络，所述第三分压网络、所述第二开关及所述第四分压网络以任意顺序串接的在相应的所述继电器采样点和所述电池组的负极之间，且所述第二开关的控制端接所述第二开关控制器，所述第三分压网络和所述第四分压网络的连接节点作为该继电器采样链路的输出端。

8.如权利要求1或2所述的高压采样电路，其特征在于，还包括：

输出稳压模块，被配置为将预设压值以下的采样信号滤波再输出，该采样信号包括所述第一采样信号和所述第二采样信号；和

跟随放大模块，被配置为将在预设压值以下的采样信号进行放大后输出到所述控制模块。

9.如权利要求8所述的高压采样电路，其特征在于，所述输出稳压模块包括稳压二极管和第一滤波电容，所述稳压二极管的阴极接所述第一采样模块的输出端或第二采样模块的输出端，所述第一滤波电容与所述稳压二极管并联。

10.如权利要求8所述的高压采样电路，其特征在于，所述跟随放大模块包括电压跟随器和第二滤波电容，所述电压跟随器输入端接所述输出稳压模块的输出端，所述电压跟随器的输出端接所述控制模块的检测端，并通过所述第二滤波电容接地。

11.一种电池管理系统，其特征在于，包括权利要求1至10任一项所述的高压采样电路。