CN212171981U - 一种48v电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种48V电池管理系统，包括测量模组、主控模组及隔离型电源，隔离型电源对测量模组和主控模组供电，通过测量模组采集电池组的电压和温度，并输出采样信号，接着主控模组对采样信号进行数据处理后，通过CAN总线完成数据传输，其中，测量模组采用型号为LTC6812的测量芯片实现。由此实现了采用型号为LTC6812的测量芯片即可对电池组进行电压数据采集的同时，还具备温度环境的测量功能，并且可测量多达15节电池的电压，满足了对48V电池电压的采集，该电池管理系统结构简单，以及具备良好的放电电量均衡特性，解决了现有技术方案多采用多片数据采集芯片构成系统，结构复杂；而单数据采集芯片构成的管理系统，可测量的电池单体数量少、电池电压测量范围小。

Description

一种48V电池管理系统

技术领域

本申请属于电子电路技术领域，尤其涉及一种48V电池管理系统。

背景技术

近几年来，国内外企业为了应对环境污染和能源短缺的情况，大力发展新能源汽车，以电动汽车代替部分燃油车。然而，电动汽车仍存在许多应用难题，其中限制电动汽车发展的一大难题正是电池的老化、安全以及回收的问题。电池的老化程度以及回收时机则需要获取电池的电压、电流等状态信息，电池模块的状态可以指示出电池电量、安全，此外这些信息也是对电池系统进行管理和控制的重要依据。在电动汽车和电网储能系统中，为了使储能系统具备更好的兼容性，48V电压等级的储能模组被广泛采用。

48V储能系统在通信基站电源系统、电网储能系统、纯电动汽车储能系统、轻型混合动力汽车储能系统中广泛应用，然而，现有技术方案多采用多片数据采集芯片构成系统，结构复杂。而单数据采集芯片构成的管理系统，可以测量的电池单体数量少、电池电压测量范围小。在此背景下，设计一款结构简单的48V电池管理系统十分必要。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种48V电池管理系统，旨在解决现有技术方案多采用多片数据采集芯片构成系统，结构复杂；而单数据采集芯片构成的管理系统，可测量的电池单体数量少、电池电压测量范围小的问题。

本申请实施例提供了一种48V电池管理系统，包括：

测量模组，被配置为采集电池组的电压和温度，并输出采样信号；

主控模组，与所述测量模组及CAN总线连接，被配置为对所述采样信号进行数据处理后，通过所述CAN总线完成数据传输；以及

隔离型电源，与所述测量模组及所述主控模组连接，被配置为对所述测量模组及所述主控模组进行供电；

其中，所述测量模组采用型号为LTC6812的测量芯片实现。

优选地，所述主控模组采用型号为STM32F103VCT6的主控芯片实现。

优选地，所述电池组包括15个串联连接的三元锂电池单体，每个所述三元锂电池单体的标称电压为3.6V。

优选地，所述电池组包括15个串联连接的磷酸铁锂电池单体，每个所述磷酸铁锂电池单体的标称电压为3.2V。

优选地，所述主控模组分别与所述测量模组、所述隔离型电源以及所述CAN总线之间均使用电气隔离设计。

优选地，所述电气隔离设计包括信号隔离和电源隔离。

优选地，所述主控模组与所述测量模组之间设有SPI通信的电磁隔离电路。

优选地，所述电磁隔离电路包括型号为ADUM1401的标准数字隔离器。

优选地，所述主控模组与所述CAN总线之间设有CAN通信电路。

优选地，所述CAN通信电路包括型号为CTM1501的CAN隔离收发器。

上述一种48V电池管理系统，包括测量模组、主控模组以及隔离型电源，隔离型电源对测量模组和主控模组供电，通过测量模组采集电池组的电压和温度，并输出采样信号，接着主控模组对所述采样信号进行数据处理后，通过CAN总线完成数据传输，其中，测量模组采用型号为LTC6812的测量芯片实现。由此实现了采用型号为LTC6812的测量芯片即可对电池组进行电压数据采集的同时，还具备温度环境的测量功能，并且可测量多达15节电池的电压，也即是满足了对48V电池电压的采集，该电池管理系统结构简单，以及具备良好的放电电量均衡特性，解决了现有技术方案多采用多片数据采集芯片构成系统，结构复杂；而单数据采集芯片构成的管理系统，可测量的电池单体数量少、电池电压测量范围小。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种48V电池管理系统的模块结构示意图；

图2为对应图1的一种48V电池管理系统的示例电路图；

图3为对应图2的主控模组的具体电路示意图；

图4为对应图2的测量模组的具体电路示意图；

图5为对应图2中主控模组和测量模组之间的SPI通信的电磁隔离电路示意图；

图6为对应图2中主控模组和CAN总线的CAN通信电路示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

请参阅图1和图2，本申请提供的一种48V电池管理系统的模块结构和示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本申请提供了一种48V电池管理系统，包括测量模组101、主控模组102以及隔离型电源103。

测量模组101，被配置为采集电池组(外接)的电压和温度，并输出采样信号。

具体地，测量模组101一方面可对电池组(外接)的电压进行测量，另一方面可对电池组(外接)的温度进行测量。因此，对于获取电池组的电压及温度，可得知电池组的老化程度和安全性能，以便及时的对电池组采取有效措施，包括更换电池组或维护电池组等操作。

主控模组102，与测量模组101及CAN总线104连接，被配置为对采样信号进行数据处理后，通过CAN总线104完成数据传输。

具体地，设置主控模组102对测量模组101获取的电压及温度信息进行模数转换，并且根据其电压值或温度值判断是否超过预设阈值、是否达到已老化现象、是否发热过多导致安全性下降等，同时，主控模组102与外界进行数据传输是通过CAN(Controller AreaNetwork，控制器局域网络)总线104进行的。

隔离型电源103，与测量模组101及主控模组102连接，被配置为对测量模组101及主控模组102进行供电。

具体地，隔离型电源103是使用变压器将220V电压通过变压器将电压降到较低的电压，然后再整流成直流电输出供电使用，也即是隔离型电源103将市电220V电压降压至预设电压值后，对测量模组101及主控模组102进行供电。电源隔离的作用是净化电源，以及使得电源更为安全。

并且，电池组为多个电池单体组装而成，包括由多个三元锂电池或多个磷酸铁锂电池串联而成。由于储能系统中常用的三元锂电池、磷酸铁锂电池单体的标称电压分别是3.6V和3.2V，因此，对于15个串联而成的三元锂电池组，电压可达到3.6V*15＝54V，大于48V；对于15个串联而成的磷酸铁锂电池组，电压可达到3.2V*15＝48V。由此解决了现有的通信基站系统仅可实现36V的电压规格的弊端，满足了现代电气化及智能化的需求。

其中，上述测量模组101采用型号为LTC6812的测量芯片实现。由上述描述可得，采用LTC6812单个数据采集芯片即可满足48V电池模组电压的采集。

作为本申请一实施例，上述电池组包括15个串联连接的三元锂电池单体，每个三元锂电池单体的标称电压为3.6V。

作为本申请一实施例，上述电池组包括15个串联连接的磷酸铁锂电池单体，每个所述磷酸铁锂电池单体的标称电压为3.2V。

上述一种48V电池管理系统可应用于电动汽车、新能源汽车，以对整车提供蓄电供电功能。同时，该种48V电池管理系统也可应用于通信基站系统、电网储能系统以及后备电源储能系统中。

并且，主控模组102分别与测量模组101、隔离型电源103以及CAN总线104之间均使用电气隔离设计，电气隔离设计包括信号隔离和电源隔离。其中，信号隔离是为了用于干扰地环流、用于自然干扰以及用于人为的干扰。

图3示出了对应图2的主控模组的具体电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本申请一实施例，上述主控模组采用型号为STM32F103VCT6的主控芯片实现。

需要说明的是，由于主控芯片选用STM32F103VCT6芯片，具有成本低，功能丰富，可扩展性好的特点。采用STM32F103VCT6作为主控芯片，PCB电路板封装选取LQFP100标准，该主控芯片拥有基于Cortex-M3内核的32位微处理器，多达80个IO口、11个定时器、256到512Kb闪存，包含SPI、I2C、USB、SWDIO、CAN、串口通讯等一共13个通讯接口，供电电压只需2.0到3.6V，极其适合用于实现电动汽车电池模块电压、温度信息采集、处理以及传输等功能。

图4示出了对应图2的测量模组的具体电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本申请一实施例，上述型号为LTC6812的测量芯片拥有如下特点：可测量多达15节电池单元，最大测量误差2.2mV；拥有可堆叠架构，适用于高压系统；可以在245us内测量完系统内所有电池；带有可编程三阶噪声滤波器的16位Delta-Sigma ADC，9个通用的数字IO口或模拟输入口；睡眠模式供电电流只需6uA。同时，型号为LTC6812的测量芯片拥有三个可同时工作的ADC(Analog-to-Digital Converter，模/数转换器)，能更好的确保数据采集的同步性，工作效率大大提高；第六节和第十一节的电池同时使用不同ADC进行测量，确保电池单体电压采集后ADC转换结果的准确性；此外，利用型号为LTC6812的测量芯片组建的电池管理系统还具备良好的放电电量均衡特性。该实施例中采用型号为LTC6812的测量芯片，可测量多达15组电池电压，实现对48V、15串电池系统的电压、温度的测量。其中，使用型号为LTC6812的测量芯片的GPIO口测量负温度系数热敏电阻的电压值，以计算出当前环境温度。

图5示出了对应图2中主控模组和测量模组之间的SPI通信的电磁隔离电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本申请一实施例，上述主控模组102与测量模组101之间设有SPI通信的电磁隔离电路。

具体地，电磁隔离电路包括型号为ADUM1401的标准数字隔离器。由于使用隔离通信芯片，实现数据传输，提高数据准确度，方便数据获取。ADUM1401是带有3/1通道方向性的四通道数字隔离器，可应用于电动汽车上，具备低功耗的效果，3/1通道适用于SPI双向通信，即CSB、SCK、SDI/SDO，其性能优于光耦合器，可消除光耦合器通常具有的放大倍数(电流传输比CTR)不确定、非线性传递函数以及温度和使用寿命影响等问题。

图6示出了对应图2中主控模组和CAN总线的CAN通信电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本申请一实施例，上述主控模组102与CAN总线104之间设有CAN通信电路。

具体地，CAN通信电路包括型号为CTM1501的CAN隔离收发器。

示例性的，主控芯片需要3.3V供电，而测量芯片需要60V以及5V供电，因此，使用24V的电压输入板内，板内使用开关型DC-DC电源模块(型号为金升阳B2405)以及(型号为B0560)，将24V的输入电压转为5V以及60V用于测量芯片供电，同时使用AMS1117-3.3V芯片将型号为再将5V的电压转为3.3V用于给主控芯片供电。

下面参照图3-图6对上述48V电源管理系统的工作原理进行描述：

1、唤醒串行接口：发送虚字节，等待Twake给LTC6812上电；

2、写配置寄存器：把CSB拉至低电平并发送写配置寄存器命令及其PEC，然后拉高CSB；

3、读配置寄存器：把CSB拉至低电平并发送读配置寄存器命令及其PEC，然后拉高CSB；

4、启动电池电压ADC转换；

5、读电池组及GPIO1的电压；

6、根据热敏电阻温度-电压曲线将GPIO1的电压转为温度值；

7、将电压数据以及温度数据通过CAN总线传输到其它终端上。

由此可得，上述一种48V电池管理系统的优势体现在以下几点：

1、主控芯片选用STM32F103VCT6芯片，具有成本低，功能丰富，可扩展性好的特点。

2、为了确保电路功能的可靠性，主控芯片外围电路均使用了电气隔离设计，包括信号隔离和电源隔离。其中信号隔离方案包括：主控芯片和测量芯片之间，采用电气隔离式的SPI通信方案；主控芯片与外界通过CAN总线通信的接口也采用了电气隔离式CAN通信方案；电源隔离方案包括：主控芯片、电池组与测量芯片电压采集端的电源之间存在电气隔离；主控芯片、电池组与CAN收发器输出端的电源之间存在电气隔离；主控芯片、电池组与系统外接电源之间存在电气隔离。

3、电路在实现48V电池系统电压数据采集的同时，具备环境温度的测量功能。

4、结构简单，构建方便，使用合适的测量芯片、处理芯片、设计硬件电路，完成电池组测量功能，并通过CAN总线完成数据传输。

综上所述，本申请实施例中的一种48V电池管理系统，包括测量模组、主控模组以及隔离型电源，隔离型电源对测量模组和主控模组供电，通过测量模组采集电池组的电压和温度，并输出采样信号，接着主控模组对所述采样信号进行数据处理后，通过CAN总线完成数据传输，其中，测量模组采用型号为LTC6812的测量芯片实现。由此实现了采用型号为LTC6812的测量芯片即可对电池组进行电压数据采集的同时，还具备温度环境的测量功能，并且可测量多达15节电池的电压，也即是满足了对48V电池电压的采集，该电池管理系统结构简单，以及具备良好的放电电量均衡特性，解决了现有技术方案多采用多片数据采集芯片构成系统，结构复杂；而单数据采集芯片构成的管理系统，可测量的电池单体数量少、电池电压测量范围小。

在本文对各种器件、电路、装置、系统和/或方法描述了各种实施方式。阐述了很多特定的细节以提供对如在说明书中描述的和在附图中示出的实施方式的总结构、功能、制造和使用的彻底理解。然而本领域中的技术人员将理解，实施方式可在没有这样的特定细节的情况下被实施。在其它实例中，详细描述了公知的操作、部件和元件，以免使在说明书中的实施方式难以理解。本领域中的技术人员将理解，在本文和所示的实施方式是非限制性例子，且因此可认识到，在本文公开的特定的结构和功能细节可以是代表性的且并不一定限制实施方式的范围。

在整个说明书中对“各种实施方式”、“在实施方式中”、“一个实施方式”或“实施方式”等的引用意为关于实施方式所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，短语“在各种实施方式中”、“在一些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在实施方式中”等在整个说明书中的适当地方的出现并不一定都指同一实施方式。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方式中以任何适当的方式组合。因此，关于一个实施方式示出或描述的特定特征、结构或特性可全部或部分地与一个或多个其它实施方式的特征、结构或特性进行组合，而没有假定这样的组合不是不合逻辑的或无功能的限制。任何方向参考(例如，加上、减去、上部、下部、向上、向下、左边、右边、向左、向右、顶部、底部、在…之上、在…之下、垂直、水平、顺时针和逆时针)用于识别目的以帮助读者理解本公开内容，且并不产生限制，特别是关于实施方式的位置、定向或使用。

虽然上面以某个详细程度描述了某些实施方式，但是本领域中的技术人员可对所公开的实施方式做出很多变更而不偏离本公开的范围。连接参考(例如，附接、耦合、连接等)应被广泛地解释，并可包括在元件的连接之间的中间构件和在元件之间的相对运动。因此，连接参考并不一定暗示两个元件直接连接/耦合且彼此处于固定关系中。“例如”在整个说明书中的使用应被广泛地解释并用于提供本公开的实施方式的非限制性例子，且本公开不限于这样的例子。意图是包含在上述描述中或在附图中示出的所有事务应被解释为仅仅是例证性的而不是限制性的。可做出在细节或结构上的变化而不偏离本公开。

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

Claims (10)

1.一种48V电池管理系统，其特征在于，包括：

测量模组，被配置为采集电池组的电压和温度，并输出采样信号；

主控模组，与所述测量模组及CAN总线连接，被配置为对所述采样信号进行数据处理后，通过所述CAN总线完成数据传输；以及

隔离型电源，与所述测量模组及所述主控模组连接，被配置为对所述测量模组及所述主控模组进行供电；

其中，所述测量模组采用型号为LTC6812的测量芯片实现。

2.根据权利要求1所述的48V电池管理系统，其特征在于，所述主控模组采用型号为STM32F103VCT6的主控芯片实现。

3.根据权利要求1所述的48V电池管理系统，其特征在于，所述电池组包括15个串联连接的三元锂电池单体，每个所述三元锂电池单体的标称电压为3.6V。

4.根据权利要求1所述的48V电池管理系统，其特征在于，所述电池组包括15个串联连接的磷酸铁锂电池单体，每个所述磷酸铁锂电池单体的标称电压为3.2V。

5.根据权利要求1所述的48V电池管理系统，其特征在于，所述主控模组分别与所述测量模组、所述隔离型电源以及所述CAN总线之间均使用电气隔离设计。

6.根据权利要求5所述的48V电池管理系统，其特征在于，所述电气隔离设计包括信号隔离和电源隔离。

7.根据权利要求5所述的48V电池管理系统，其特征在于，所述主控模组与所述测量模组之间设有SPI通信的电磁隔离电路。

8.根据权利要求7所述的48V电池管理系统，其特征在于，所述电磁隔离电路包括型号为ADUM1401的标准数字隔离器。

9.根据权利要求5所述的48V电池管理系统，其特征在于，所述主控模组与所述CAN总线之间设有CAN通信电路。

10.根据权利要求9所述的48V电池管理系统，其特征在于，所述CAN通信电路包括型号为CTM1501的CAN隔离收发器。

Images