CN211123710U - 数据采集装置及供电装置 - Google Patents

Abstract

本申请适用于数据采集技术领域，提供了数据采集装置及供电装置，数据采集装置包括控制器、数据放大模块和至少一个矩阵开关，矩阵开关具备多个采集数据输入端，矩阵开关的采集数据输出端通过数据放大模块连接控制器的采集数据输入端，矩阵开关的通信端连接控制器的通信端。采用至少一个矩阵开关实现数据采集能够满足数据采集通道的需求，解决了温度采集路数不足问题，避免产生因数据采集不全面导致的一系列后果；通过控制器对矩阵开关的数据采集通道进行选通，可以实现多路复用的功能，无需在装置中专门设置多路复用器，降低了装置结构复杂度以及装置经济成本；数据放大模块实现数据放大增强，预防传输过程中信号失真，保证数据准确。

Description

数据采集装置及供电装置

技术领域

本申请属于数据采集技术领域，尤其涉及数据采集装置及供电装置。

背景技术

电池管理系统在对电池进行管理时，需要对电池中的各单体电池进行温度采集，目前对各个单体电池的电池温度进行采集的方式通常是利用采样芯片自带的数据采集端来进行采集，在实际应用中往往需要同时采集电池中多个单体电池的温度，而采样芯片自带的数据采集端由于数量有限，将无法满足数据采集的需求，进而导致电池管理系统无法全面采集电池温度，这将会影响电池管理系统对各个电池荷电状态的估算精度，进而影响电池使用寿命。

综上所述，目前电池管理系统存在温度采集路数不足的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供了数据采集装置及供电装置，以解决利用采样芯片自带的数据采集端进行数据采集时，数据采集端数量有限，会导致数据采集不全面的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种数据采集装置，包括：

至少一个矩阵开关；

数据放大模块；以及

控制器；

所述矩阵开关具备多个采集数据输入端，所述矩阵开关的各采集数据输入端用于连接对应的数据检测设备，所述矩阵开关的采集数据输出端通过所述数据放大模块连接所述控制器的采集数据输入端，所述矩阵开关的通信端连接所述控制器的通信端，所述控制器通过通信端控制所述矩阵开关中各采集数据输入端和采集数据输出端之间的选通。

通过采用上述技术方案，采用至少一个矩阵开关实现数据采集，由于每一个矩阵开关均有多个采集数据输入端，能够满足数据采集通道的需求，解决了电池管理系统温度采集路数不足问题，实现数据的全面采集，进而避免产生因数据采集不全面导致的一系列后果；通过控制器对矩阵开关的数据采集通道进行选通，可以实现多路复用的功能，无需在装置中专门设置多路复用器，降低了装置结构复杂度以及装置经济成本；数据放大模块对矩阵开关的采集数据输出端输出的数据进行放大增强，预防传输过程中信号失真，保证数据准确。

在一个实施例中，所述数据放大模块包括运算放大器和第一电阻，所述运算放大器的同相输入端连接所述矩阵开关的采集数据输出端，所述运算放大器的同相输入端通过所述第一电阻接地，所述运算放大器的反相输入端连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的输出端连接所述控制器的采集数据输入端。

通过采用上述技术方案，能够提升数据放大的可靠性，保证数据准确。

在一个实施例中，所述数据放大模块还包括第二电阻和第一滤波电容，所述运算放大器的输出端通过所述第二电阻连接所述控制器的采集数据输入端，所述控制器的采集数据输入端连接所述第一滤波电容的一端，所述第一滤波电容的另一端接地。

通过采用上述技术方案，设置第一滤波电容能够保证控制器的采集数据输入端接收到稳定的数据信号。

在一个实施例中，所述数据放大模块还包括第二滤波电容，所述运算放大器的正极供电端连接所述第二滤波电容的一端，所述第二滤波电容的另一端接地。

通过采用上述技术方案，设置第二滤波电容能够对运算放大器的正极供电端接入的直流电源进行滤波，保证供电稳定，提升运算放大器的运行可靠性。

在一个实施例中，所述矩阵开关的通信端为IIC通信端。

通过采用上述技术方案，能够提升通信可靠性。

在一个实施例中，所述数据采集装置还包括上拉电阻，所述矩阵开关的IIC通信端通过所述上拉电阻连接直流电源。

通过采用上述技术方案，通过上拉电阻能够将信号线拉至高电平，提升信号传输的可靠性。

在一个实施例中，所述数据采集装置还包括第三电阻，所述矩阵开关的IIC通信端通过所述第三电阻连接所述控制器的通信端。

通过采用上述技术方案，能够提升信号传输的可靠性。

在一个实施例中，所述数据采集装置还包括第三滤波电容，所述矩阵开关的正极供电端连接所述第三滤波电容的一端，所述第三滤波电容的另一端接地。

通过采用上述技术方案，当各矩阵开关的正极供电端接入直流电源时，能够对直流电源进行滤波，保证供电稳定，提升各矩阵开关的运行可靠性。

本申请实施例的第二方面提供了一种供电装置，包括：

电池；

数据检测设备；以及

如上述本申请实施例的第一方面提供的数据采集装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式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申请的一些实施方式，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是本申请实施例一提供的数据采集装置的第一种电路结构示意图；

图2是本申请实施例一提供的数据采集装置的第二种电路结构示意图；

图3是本申请实施例二提供的供电装置的第一种电路结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施方式。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施方式中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施方式的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施方式来进行说明。

参见图1，是本申请实施例一提供的数据采集装置的第一种电路结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。

如图1所示，数据采集装置包括控制器101、数据放大模块105和至少一个矩阵开关。其中，控制器101可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、DSP(DigitalSignal Processing，数字信号处理芯片)、单片机等数据处理芯片。矩阵开关可以只设置一个，也可以设置至少两个，具体个数由需要采集的数据通道个数决定，数据通道个数越多，矩阵开关的个数越多。各矩阵开关具备多个(即至少两个)采集数据输入端，通常情况下，矩阵开关具有8个采集数据输入端。矩阵开关为现有器件，比如型号为ADG738或者ADG739的矩阵开关。附图1以两个矩阵开关为例，分别为矩阵开关102和矩阵开关103。

矩阵开关102的各采集数据输入端以及矩阵开关103的各采集数据输入端用于连接数据检测设备104，那么，数据检测设备104的个数需要满足至少等于矩阵开关102和矩阵开关103的总的采集数据输入端的个数，即数据检测设备104的个数大于或者等于所有矩阵开关的所有采集数据输入端的个数。数据检测设备104具体种类不唯一，可以是温度传感器、电流传感器、电压传感器等等。矩阵开关102的各采集数据输入端以及矩阵开关103的各采集数据输入端连接对应的数据检测设备104，以接收数据检测设备104检测到的数据。图1中将所有的数据检测设备104整合到一起进行表示。数据检测设备104可以是该数据采集装置的一部分；也可以不是该数据采集装置的一部分，而是检测对象的一部分。

矩阵开关102和矩阵开关103的采集数据输出端通过数据放大模块105连接控制器101的采集数据输入端。数据放大模块105用于将矩阵开关102和矩阵开关103输出的数据进行放大增强，预防传输过程中信号失真，保证数据准确。上述中，只设置一个数据放大模块，对所有的矩阵开关输出的数据进行放大增强，本领域技术人员能够理解，还可以设置与矩阵开关个数相等的数据放大模块，各个矩阵开关与各个数据放大模块一一对应，各个数据放大模块用于放大增强对应的矩阵开关输出的数据。而且，当设置多个数据放大模块时，各数据放大模块可以连接控制器101同一个采集数据输入端，也可以连接控制器101不同的采集数据输入端。

矩阵开关102和矩阵开关103的通信端连接控制器101的通信端，控制器101与矩阵开关102和矩阵开关103进行通信，控制器101通过通信端能够向矩阵开关102和矩阵开关103发送通道选择采集指令，控制矩阵开关102和矩阵开关103中各采集数据输入端和采集数据输出端之间的选通，实现数据采集通道的选择。

采用至少一个矩阵开关实现数据采集，由于每一个矩阵开关均有多个采集数据输入端，能够满足数据采集通道的需求，解决了电池管理系统温度采集路数不足问题，实现数据的全面采集，进而避免产生因数据采集不全面导致的一系列后果；通过控制器101对矩阵开关的数据采集通道进行选通，可以实现多路复用的功能，无需在装置中专门设置多路复用器，降低了装置结构复杂度以及装置经济成本；数据放大模块105对矩阵开关的采集数据输出端输出的数据进行放大增强，预防传输过程中信号失真，保证数据准确。

参见图2，是本申请实施例一提供的数据采集装置的第二种电路结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。

如图2所示，数据采集装置包括控制器201、数据放大模块和至少一个矩阵开关。其中，控制器201可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、DSP(Digital SignalProcessing，数字信号处理芯片)、单片机等数据处理芯片。矩阵开关可以只设置一个，也可以设置至少两个，具体个数由需要采集的数据通道个数决定，数据通道个数越多，矩阵开关的个数越多。各矩阵开关具备多个(即至少两个)采集数据输入端。矩阵开关为现有器件，比如型号为ADG738或者ADG739的矩阵开关。附图2以两个矩阵开关为例，分别为矩阵开关202和矩阵开关203。

矩阵开关202的各采集数据输入端以及矩阵开关203的各采集数据输入端连接用于连接数据检测设备205，那么，数据检测设备205的个数需要满足至少等于矩阵开关202和矩阵开关203的总的采集数据输入端的个数，即数据检测设备205的个数大于或者等于所有矩阵开关的所有采集数据输入端的个数。本实施例中，数据检测设备205为温度传感器，用于检测电池204中的各单体电池(即电芯)的温度，温度传感器与电池204之间的位置关系为：温度传感器设置在对应单体电池的外侧。那么，矩阵开关202的各采集数据输入端以及矩阵开关203的各采集数据输入端连接对应的数据检测设备205，以接收数据检测设备205检测到的温度数据。数据检测设备205可以是该数据采集装置的一部分；也可以不是该数据采集装置的一部分，而是电池204的一部分。

矩阵开关202和矩阵开关203具体为多选通2线制串行控制矩阵开关，各具有8个采集数据输入端，分别是S1-S8；矩阵开关202和矩阵开关203中的A0端和A1端为选址信号端；D端为采集数据输出端；SCL端和SDA端为通信端，SCL端对应串行时钟线，SDA端对应串行数据线，那么，通信端具体为IIC通信端；RESET端为内部复位管脚；VDD为供电端，连接直流电源VREG1(直流电源VREG1的电压根据实际需要设置，下同)；GND为接地端，用于接地。

矩阵开关202的A0端和A1端均接地，矩阵开关203的A0端接地，A1端连接直流电源VREG1，那么，通过这种选址方式能够将矩阵开关202和矩阵开关203的各采集数据输入端进行排序，矩阵开关203的采集数据输入端排在矩阵开关202的采集数据输入端之后，矩阵开关202和矩阵开关203的各采集数据输入端排序为：S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15和S16。

矩阵开关202和矩阵开关203的采集数据输出端通过数据放大模块连接控制器201的采集数据输入端(图2中的GPIO3端)。将矩阵开关202和矩阵开关203输出的数据进行放大增强，预防传输过程中信号失真，保证数据准确。本实施例中，数据放大模块包括运算放大器206和第一电阻207，矩阵开关202和矩阵开关203的采集数据输出端连接运算放大器206的同相输入端，运算放大器206的同相输入端通过第一电阻207接地，运算放大器206的反相输入端连接运算放大器206的输出端，运算放大器206的输出端连接控制器201的采集数据输入端。

在一个实施例中，数据放大模块还包括第二电阻208和第一滤波电容209，运算放大器206的输出端通过第二电阻208连接控制器201的采集数据输入端，控制器201的采集数据输入端连接第一滤波电容209的一端，第一滤波电容209的另一端接地。第一滤波电容209起到起到滤波作用，保证控制器201的采集数据输入端接收到稳定的数据信号。

在一个实施例中，数据放大模块还包括第二滤波电容210，运算放大器206的正极供电端连接第二滤波电容210的一端，第二滤波电容210的另一端接地。当运算放大器206的正极供电端接入直流电源VREG1时，能够对直流电源VREG1进行滤波，保证供电稳定，提升运算放大器206的运行可靠性。

上述给出了数据放大模块的一种具体电路结构，本申请不局限于上述具体电路结构，还可以是基于运算放大器的其他放大电路结构，或者运算放大器之外的其他类型的放大电路结构。

在一个实施例中，数据采集装置还包括上拉电阻213、上拉电阻214、上拉电阻217和上拉电阻218，矩阵开关202的SCL端通过上拉电阻213连接直流电源VREG1，矩阵开关202的SCL端通过电阻215连接控制器201的GPIO4端；矩阵开关202的SDA端通过上拉电阻214连接直流电源VREG1，矩阵开关202的SDA端通过电阻216连接控制器201的GPIO5端。矩阵开关203的SCL端通过上拉电阻217连接直流电源VREG1，矩阵开关203的SCL端通过电阻219连接控制器201的GPIO4端；矩阵开关203的SDA端通过上拉电阻218连接直流电源VREG1，矩阵开关203的SDA端通过电阻220连接控制器201的GPIO5端。控制器201的GPIO4端和GPIO5端为控制器的通信端，具体为IIC通信端。通过上拉电阻能够将信号线拉至高电平。

控制器201与矩阵开关202和矩阵开关203之间采用IIC通信方式，能够提升通信可靠性，作为其他的实施方式，还可以采用常规的其他通信方式进行通信，比如采用普通的GPIO多选通复用方式实现对温度数据的采集。

在一个实施例中，数据采集装置还包括第三滤波电容211和第四滤波电容212，矩阵开关202的VDD端连接第三滤波电容211的一端，第三滤波电容211的另一端接地；矩阵开关203的VDD端连接第四滤波电容212的一端，第四滤波电容212的另一端接地。当矩阵开关202和矩阵开关203的VDD端接入直流电源VREG1时，能够对直流电源VREG1进行滤波，保证供电稳定，提升矩阵开关202和矩阵开关203的运行可靠性。

在一个实施例中，给出图2中部分元器件的参数：第一电阻207的参数为50R/NC，第二电阻208的参数为100R，上拉电阻213、上拉电阻214、上拉电阻217和上拉电阻218的参数均为4.7k，电阻215、电阻216、电阻219和电阻220的参数均为33R。

控制器201通过IIC通信方式向矩阵开关202和矩阵开关203发送通道选择采集指令，实现数据采集通道的选择。矩阵开关202和矩阵开关203将采集数据输入端采集到的数据传输至采集数据输出端，采集数据输出端将数据传输至运算放大器206的同相输入端，运算放大器206对数据进行缓冲放大，实现选定信号的快速稳定传输，然后传输至控制器201的采集数据输入端，至此采集过程完成。在具体应用中，控制器201将采集数据进行运算，用于电池管理系统功能诊断及SOC估算等。

数据采集装置采用模拟IIC通信方式对多路复用通道进行选通，再通过一个GPIO端将数据上传至控制器201。通过控制器201的3个GPIO端(即GPIO3端、GPIO4端和GPIO5端，带ADC功能)控制16路数据的采集。

数据采集装置在不增加控制器201个数的情况下，实现更多路数据信号的采集，解决了电池管理系统温度采集路数不足问题，并能保持采集信号快速稳定传输；本数据采集装置将提高新能源汽车电池适用寿命，提升汽车续航能力估算准确度；通过控制器201对矩阵开关的数据采集通道进行选通，可以实现多路复用的功能，无需在装置中专门设置多路复用器，降低了装置结构复杂度以及装置经济成本；数据放大模块对矩阵开关的采集数据输出端输出的数据进行放大增强，预防传输过程中信号失真，保证数据准确。

本申请提供第一种供电装置，如图3所示，包括电池306、数据检测设备304以及数据采集装置。

数据检测设备304用于检测电池306中的各单体电池(即电芯)的相关数据信息，比如：温度、电流、电压等等，那么，数据检测设备304可以是温度传感器、电流传感器、电压传感器等等。数据检测设备304与电池306之间的位置关系为常规技术，比如：若数据检测设备304为温度传感器，则各温度传感器设置在对应单体电池的外侧；若数据检测设备304为电流传感器，则各电流传感器设置在对应单体电池的正极输出端。

数据采集装置包括控制器301、数据放大模块305和至少一个矩阵开关。数据检测设备304的个数大于或者等于所有矩阵开关的所有采集数据输入端的个数。图3中将所有的数据检测设备304整合到一起进行表示。

控制器301可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、DSP(DigitalSignal Processing，数字信号处理芯片)、单片机等数据处理芯片。矩阵开关可以只设置一个，也可以设置多个，具体个数由需要采集的数据通道个数决定，数据通道个数越多，矩阵开关的个数越多。各矩阵开关具备多个(即至少两个)采集数据输入端，通常情况下，矩阵开关具有8个采集数据输入端。矩阵开关为现有器件，比如型号为ADG738或者ADG739的矩阵开关。附图3以两个矩阵开关为例，分别为矩阵开关302和矩阵开关303。

矩阵开关302的各采集数据输入端以及矩阵开关303的各采集数据输入端连接对应的数据检测设备304，以接收数据检测设备304检测到的数据。

矩阵开关302和矩阵开关303的采集数据输出端通过数据放大模块305连接控制器301的采集数据输入端。数据放大模块305用于将矩阵开关302和矩阵开关303输出的数据进行放大增强，预防传输过程中信号失真，保证数据准确。上述中，只设置一个数据放大模块，对所有的矩阵开关输出的数据进行放大增强，本领域技术人员能够理解，还可以设置与矩阵开关个数相等的数据放大模块，各个矩阵开关与各个数据放大模块一一对应，各个数据放大模块用于放大增强对应的矩阵开关输出的数据。而且，当设置多个数据放大模块时，各数据放大模块可以连接控制器301同一个采集数据输入端，也可以连接控制器301不同的采集数据输入端。

矩阵开关302和矩阵开关303的通信端连接控制器301的通信端，控制器301与矩阵开关302和矩阵开关303进行通信，控制器301通过通信端能够向矩阵开关302和矩阵开关303发送通道选择采集指令，控制矩阵开关302和矩阵开关303中各采集数据输入端和采集数据输出端之间的选通，实现数据采集通道的选择。

采用至少一个矩阵开关实现数据采集，由于每一个矩阵开关均有多个个采集数据输入端，能够满足数据采集通道的需求，解决了电池管理系统温度采集路数不足问题，实现数据的全面采集，进而避免产生因数据采集不全面导致的一系列后果；通过控制器301对矩阵开关的数据采集通道进行选通，可以实现多路复用的功能，无需在装置中专门设置多路复用器，降低了装置结构复杂度以及装置经济成本；数据放大模块305对矩阵开关的采集数据输出端输出的数据进行放大增强，预防传输过程中信号失真，保证数据准确。

本申请提供第二种供电装置，包括电池、数据检测设备以及数据采集装置。该第二种供电装置的结构附图以及具体文字描述具体参见图2以及上文中的数据采集装置实施例的第二种实施方式，不再赘述。

以上所述实施方式仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施方式技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数据采集装置，其特征在于，包括：

至少一个矩阵开关；

数据放大模块；以及

控制器；

所述矩阵开关具备多个采集数据输入端，所述矩阵开关的各采集数据输入端用于连接对应的数据检测设备，所述矩阵开关的采集数据输出端通过所述数据放大模块连接所述控制器的采集数据输入端，所述矩阵开关的通信端连接所述控制器的通信端，所述控制器通过通信端控制所述矩阵开关中各采集数据输入端和采集数据输出端之间的选通。

2.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据放大模块包括运算放大器和第一电阻，所述运算放大器的同相输入端连接所述矩阵开关的采集数据输出端，所述运算放大器的同相输入端通过所述第一电阻接地，所述运算放大器的反相输入端连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的输出端连接所述控制器的采集数据输入端。

3.根据权利要求2所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据放大模块还包括第二电阻和第一滤波电容，所述运算放大器的输出端通过所述第二电阻连接所述控制器的采集数据输入端，所述控制器的采集数据输入端连接所述第一滤波电容的一端，所述第一滤波电容的另一端接地。

4.根据权利要求2所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据放大模块还包括第二滤波电容，所述运算放大器的正极供电端连接所述第二滤波电容的一端，所述第二滤波电容的另一端接地。

5.根据权利要求1-4任一项所述的数据采集装置，其特征在于，所述矩阵开关的通信端为IIC通信端。

6.根据权利要求5所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据采集装置还包括上拉电阻，所述矩阵开关的IIC通信端通过所述上拉电阻连接直流电源。

7.根据权利要求6所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据采集装置还包括第三电阻，所述矩阵开关的IIC通信端通过所述第三电阻连接所述控制器的通信端。

8.根据权利要求1-4任一项所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据采集装置还包括第三滤波电容，所述矩阵开关的正极供电端连接所述第三滤波电容的一端，所述第三滤波电容的另一端接地。

9.一种供电装置，其特征在于，包括：

电池；

数据检测设备；以及

如权利要求1-8任一项所述的数据采集装置。

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