CN209842023U - 基于隔离耦合器件的汽车电池电流电压检测设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及基于隔离耦合器件的汽车电池电流电压检测设备。本实用新型电压检测单元采集电动汽车电池电压信号后传输到控制与数据处理单元；电流检测单元采集电动汽车电池电流信号并将电池电流信号传输到控制与数据处理单元处理。高低压隔离单元通过高隔离度DC‑DC变换器和高隔离度的数字耦合器实现信号和电源的隔离。控制与数据处理单元处理电流电压信号以及控制所有单元运行，将数据传输到高速CAN总线上。本实用新型中电流电压检测单元独立化，缩短了检测距离，降低了外界干扰对信号检测的影响，提高了检测精度和BMS可靠性。迁移到位于高低压接驳处的高压配电单元内，与高压配电系统的硬件资源整合，降低成本。
Description
技术领域
本实用新型属于电池管理系统(BMS)技术领域，涉及了一种基于隔离耦合器件的汽车电池电流电压检测设备。
背景技术
近年来，随着电动汽车越来越普及，电池寿命的长短决定着电动汽车未来长远发展，高效和准确的电池电流电压检测能有效的优化电池使用，从而有效的延长电池的寿命，同时通过对电池的优化，也能较大的提高整车的安全系数，这样电动汽车电池的电流电压检测显得是尤为重要。
目前市场上较多的电动汽车的BMS将所有的电流电压检测集成在BMS之内，例如美国通用汽车公司研发的EV1电池管理系统、德国的BATTMAN电池管理系统、韩国大宇公司DEV5-5等等。BMS是电动汽车的核心模块，对隔离的要求较高，BMS中高压检测单元中的一些异常现象如过充、大电压的放电，极有可能造成BMS的损坏，此外由于高压检测单元线路接入到BMS之中，信号检测通路比较长，在汽车车身复杂的电磁环境中容易受到电磁干扰。因此提出一种基于隔离耦合器件的汽车电池电流电压检测设备，通过高速CAN总线把高压检测单元从原有的BMS中完全剥离，使其更靠近所检测的信号节点，降低干扰。电流检测采用高隔离、非接触式电流传感器，把检测得到数据通过高速CAN总线传送给BMS的数据处理单元中。该设备最大的优势在于既提高了信号的抗干扰性，又增强了BMS的可靠性，同时该设备可以迁移到汽车高低压接驳处的高压配电系统内，整合其硬件资源降低成本。该技术在新能源汽车电池检测方面具有广阔的市场应用前景。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种基于隔离耦合器件的汽车电池电流电压检测设备。
本实用新型包括电压检测单元、电流检测单元、高低压隔离单元、控制与数据处理单元。所述的电压检测单元设置在电路板的高压区，分别与电动汽车电池和高低压隔离单元连接，采集电动汽车电池电压信号并将电池电压信号经高低压隔离单元中数字隔离芯片后传输到控制与数据处理单元；电流检测单元设置在与被测负载连接的通电导线上，与控制与数据处理单元连接，采集电动汽车电池电流信号并将电池电流信号传输到控制与数据处理单元处理。高低压隔离单元设置在电路板的高压区和低压区之间，分别与电压检测单元和控制与数据处理单元连接，通过高隔离度DC-DC变换器和高隔离度的数字耦合器实现信号和电源的隔离。控制与数据处理单元设置在电路板的低压区，包括微控制器和高速CAN收发器，微控制器采用汽车级微控制器芯片。控制与数据处理单元分别与其余所有单元连接，处理电流电压信号以及控制所有单元运行。微控制器处理好的数据通过高速CAN收发器传输到汽车上的高速CAN总线上。
所述的电压检测单元包括多个低温漂精密分压电阻和多通道高速模数转换芯片。每个低温漂精密分压电阻对应多通道高速模数转换芯片的一路通道，多通道高速模数转换芯片与高低压隔离单元中高隔离度的数字耦合器通过串行外围设备接口总线连接，将采集到的电压信号传输到高低压隔离单元。
所述的电流检测单元包括具高精度检测能力且交流隔离能力不低于 2.5kVAC的霍尔电流传感器。
所述的控制与数据处理单元外接固态继电器，通过控制固态继电器实现电压检测单元工作状态的转换，即控制电压检测单元的启动与停止。
所述的低温漂精密分压电阻、多通道高速模数转换芯片与霍尔电流传感器分布在高压区，MCU、高速CAN收发器与稳压芯片分布在低压区。
作为优选，所述的汽车级微控制器芯片采用ST公司生产的STM8AF系列单片机或Freescale公司生产的MC9S08系列的单片机。
本实用新型通过高速CAN总线将BMS系统中电流电压检测单元独立化，缩短了与被测电池的检测距离，降低了外界干扰对信号检测的影响，提高了检测精度。整个高压检测回路脱离了BMS,避免了高压回路的异常影响BMS的正常工作，提高了BMS可靠性。该检测设备可以自成一体、独立出来，迁移到位于高低压接驳处的高压配电单元内，可以和高压配电系统的控制电路的硬件资源整合，降低成本。
附图说明：
图1为本实用新型整体结构框图。
具体实施方式：
如图1所示，一种基于隔离耦合器件的汽车电池电流电压检测设备，包括电压检测单元1、电流检测单元2、高低压隔离单元3、控制与数据处理单元4。电压检测单元1设置在电路板的高压区，用于采集电动汽车电池电压信号，并将电池电压信号经高低压隔离单元3中数字隔离芯片后传输到控制与数据处理单元4；电流检测单元2设置在与被测负载连接的通电导线上，用于采集电动汽车电池电流信号，并将电池电流信号传输到控制与数据处理单元4 处理。高低压隔离单元3设置在电路板的高压区和低压区之间，通过高隔离度DC-DC变换器7和高隔离度的数字耦合器8实现信号和电源的隔离。控制与数据处理单元4设置在电路板的低压区，用于处理电流电压信号以及控制所有单元运行。
电压检测单元1包括多个低温漂精密分压电阻5和多通道高速模数转换芯片6。每个低温漂精密分压电阻对应多通道高速模数转换芯片6的一路通道，汽车电池电压经过低温漂精密分压电阻5降压达到多通道高速模数转换芯片采集范围，多通道高速模数转换芯片采集到的电压信号通过串行外围设备接口(SPI)总线传输到高低压隔离单元3。多通道高速模数转换芯片至少设置有三路采集通道，为了配合BMS的工作逻辑，可以测量包括电池开路电压在内的三路关键节点的电压。
电流检测单元2包括具高精度检测能力且交流隔离能力不低于2.5kVAC 的霍尔电流传感器。霍尔电流传感器中的霍尔传感芯片用于检测磁场，聚磁铁芯使通电导线产生的磁场聚集。霍尔传感芯片通过测量通电导线产生的磁场的大小，进而实现对电流的测量。该霍尔传感芯片内部已集成信号调理电路，无需进行信号放大，直接输入给MCU内置的模数转换器进行数据转换。该电流检测单元是属于非接触式、高隔离度电流检测，具备高精度检测能力。
高低压隔离单元3包括高隔离度DC-DC变换器7和高隔离度的数字耦合器8。设备中，各器件的供电电源是通过稳压芯片9和高隔离度DC-DC变换器 7转换得到，在低压区12V的供电电源经过稳压芯片9稳压得到5V电压，供电给低压区的微控制器11、高速CAN收发器12以及高隔离度的数字耦合器8。在高压区，通过高隔离度的DC-DC变换器7将稳压芯片9输出5V电压经滤波电路10得到的5V电压供电给高压区多通道高速模数转换芯片6和高隔离度的数字耦合器8。高隔离度的数字耦合器8将电压检测单元1采集到的电压信号传输给微控制器11(MCU)，即汽车级微控制器进行数据处理，最后发送到高速CAN总线上。高压区的5V是相对于高压地，低压区的5V是相对于低压地，隔离了电气连接。
控制与数据处理单元4包括微控制器11(MCU)和高速CAN收发器12。微控制器11(MCU)采用汽车级的微控制器芯片，主要是接受电压检测单元和电流检测单元传输过来的数据以及控制整个系统的运行。高速CAN收发器12 是将MCU处理好的数据传输到汽车上的高速CAN总线上。汽车级微控制器芯片采用ST公司生产的STM8AF系列单片机或Freescale公司生产的MC9S08系列的单片机。
控制与数据处理单元4外接固态继电器13，通过控制固态继电器13实现电压检测单元1工作状态的转换，即控制电压检测单元1的启动与停止。
本实用新型布局结构为：低温漂精密分压电阻5、多通道高速模数转换芯片6与霍尔电流传感器分布在高压区，微控制器11、高速CAN收发12器与稳压芯片9分布在低压区。
工作过程：系统上电后，汽车电池的两端高电压经过电压检测单元中低温漂精密分压电阻分压，给到电压检测单元中高速模数转换芯片，采集到的信号通过高低压隔离单元中高隔离度的数字耦合器把数据传输给低压区的 MCU，霍尔电流传感器采集到的电流信号传输给MCU自带的模数转换器进行处理。MCU对传输过来的数据经过处理与优化，后传输给高速CAN收发器通过汽车上的高速CAN总线传输给BMS的数据处理单元，完成对汽车电池电流电压检测。
Claims (1)
1.基于隔离耦合器件的汽车电池电流电压检测设备，由电压检测单元、电流检测单元、高低压隔离单元、控制与数据处理单元组成；其特征在于：所述的电压检测单元设置在电路板的高压区，分别与电动汽车电池和高低压隔离单元连接，采集电动汽车电池电压信号并将电池电压信号经高低压隔离单元中数字隔离芯片后传输到控制与数据处理单元；电流检测单元设置在与被测负载连接的通电导线上，与控制与数据处理单元连接，采集电动汽车电池电流信号并将电池电流信号传输到控制与数据处理单元处理；高低压隔离单元设置在电路板的高压区和低压区之间，分别与电压检测单元和控制与数据处理单元连接，通过高隔离度DC-DC变换器和高隔离度的数字耦合器实现信号和电源的隔离；控制与数据处理单元设置在电路板的低压区，包括微控制器和高速CAN收发器，微控制器采用汽车级微控制器芯片；控制与数据处理单元分别与其余所有单元连接，处理电流电压信号以及控制所有单元运行；微控制器处理好的数据通过高速CAN收发器传输到汽车上的高速CAN总线上；
所述的电压检测单元包括多个低温漂精密分压电阻和多通道高速模数转换芯片；多通道高速模数转换芯片与高低压隔离单元中高隔离度的数字耦合器通过串行外围设备接口总线连接，将采集到的电压信号传输到高低压隔离单元；
所述的电流检测单元包括具高精度检测能力且交流隔离能力不低于2.5kVAC的霍尔电流传感器；
所述的控制与数据处理单元外接固态继电器，通过控制固态继电器实现电压检测单元工作状态的转换，即控制电压检测单元的启动与停止；
所述的低温漂精密分压电阻、多通道高速模数转换芯片与霍尔电流传感器分布在高压区，MCU、高速CAN收发器与稳压芯片分布在低压区；
所述的汽车级微控制器芯片采用ST公司生产的STM8AF系列单片机或Freescale公司生产的MC9S08系列的单片机。
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| CN201721727095.2U CN209842023U (zh) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | 基于隔离耦合器件的汽车电池电流电压检测设备 |
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| CN201721727095.2U CN209842023U (zh) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | 基于隔离耦合器件的汽车电池电流电压检测设备 |
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| CN (1) | CN209842023U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113223385A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-08-06 | 深圳职业技术学院 | 一种基于新能源汽车充电过程的充电原理演示系统 |
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2017
- 2017-12-12 CN CN201721727095.2U patent/CN209842023U/zh active Active
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