CN215120188U - 一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置 - Google Patents
一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN215120188U CN215120188U CN202120831326.4U CN202120831326U CN215120188U CN 215120188 U CN215120188 U CN 215120188U CN 202120831326 U CN202120831326 U CN 202120831326U CN 215120188 U CN215120188 U CN 215120188U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resistor
- voltage
- voltage acquisition
- pin
- alarm signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn - After Issue
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 15
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置，包括：电压采集芯片、12路电压采集及均衡电路、12路电压比较电路、isoSPI菊花链通信电路、报警信号输出电路和宽输入电源芯片；通过本申请可以有效安全监控和管理轨道交通用锂电池系统，从而保证轨道交通用锂电池系统得到合理高效的利用。同时，针对轨道交通行业的特殊要求，本实用新型在原理设计和物料选型做了相应工作，使得本实用新型适用于轨道交通复杂恶劣的运行环境，符合轨道交通的行业标准。
Description
技术领域
本实用新型涉及轨道交通领域，具体为一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置。
背景技术
锂电池技术及其电池管理系统的发展在电动汽车领域已经达到了一个相对成熟稳定的阶段，但其在轨道交通领域的推广与使用还处于一个初步阶段。轨道交通相对于电动汽车而言，运行环境更为恶劣与复杂，电池电量和电压等级也更高，安全性要求也更为严格，所以，研发出适用于铁路运行环境和符合铁路标准要求的电池管理系统对于锂电池系统在轨道交通领域的推广使用有着重要的意义。
实用新型内容
针对于锂电池的特性和轨道交通行业的特殊要求，本实用新型创造出了适应于轨道交通复杂恶劣的运行环境，符合轨道交通严格的行业标准的锂电池管理系统电压采集装置。本装置的主要作用为采集单体电池电压，并将其通过isoSPI菊花链通信上传给控制板，并接受控制板指令，对单体电池进行均衡放电。同时本装置还可以通过硬件比较电路检测单体电池是否过压，输出硬件报警信号，为电池安全提供双保险。
为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：
一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置，包括：电压采集芯片、12路电压采集及均衡电路、12路电压比较电路、isoSPI菊花链通信电路、报警信号输出电路和宽输入电源芯片；
12个单体电池分别与12路电压采集及均衡电路连接，所述12路电压采集及均衡电路与电压采集芯片连接，所述电压采集芯片与isoSPI菊花链通信电路连接，
12个单体电池分别与12路电压比较电路连接，所述12路电压比较电路与报警信号输出电路连接，
所述12个单体电池串联，所述宽输入电源芯片与12个单体电池的总正、总负连接，所述宽输入电源芯片与电压采集芯片和报警信号输出电路连接，用于为电压采集芯片和报警信号输出电路供电；
电压采集芯片用于通过12路电压采集及均衡电路采集12个单体电池的电压，同时，还能够用于通过12路电压采集及均衡电路来对12个单体电池进行放电均衡处理，电压采集芯片用于通过isoSPI菊花链通信，将采集到的单体电池的信息上传控制板，并接受控制板的开关均衡指令；
所述12路电压比较电路用于实时比较每个单体电池的电压是否过压，若任一单体电池出现过压现象，则将过压报警信号输出至报警信号输出电路，
报警信号输出电路用于接受系统方波发生装置的PWM方波信号，在没有收到电压比较电路的过压报警信号的时，输出同样的PWM信号，若收到12路电压比较电路的过压报警信号，则输出高阻态。
PWM方波信号由系统方波发生装置发出，中间串联若干个电压采集装置，最后返回系统方波发生装置；若中间任一节点发生报警，则系统根据返回信号作出反应；
所述宽输入电源芯片用于从12个单体电池出取电，转换为5V电压，给电压采集芯片和报警信号输出电路供电。
进一步的，所述电压采集芯片采用集成芯片LTC6804-1。
进一步的，电压采集及均衡电路包含保护与滤波电路，用于将电池电压接入电压采集芯片。
进一步的，每个电压采集及均衡电路包括均衡电阻R1、均衡电阻R2和一个MOS管Q1；
所述均衡电阻R2的一端与均衡电阻R1的一端连接，所述均衡电阻R1的另一端与MOS管Q1的源极连接，所述MOS管Q1的漏极与单体电池的正极连接，同时连接至电压采集芯片的采集管脚C(n)，其中，1≤n≤12，均衡电阻R2的另一端与单体电池的负极连接，同时连接至电压采集芯片的采集管脚C(n-1)，所述MOS管Q1的栅极与电压采集芯片的均衡控制管脚S(n)连接，由电压采集芯片的均衡控制管脚S(n)，来控制MOS管的导通与截止，进而对单体电池进行放电均衡处理。
进一步的，每个电压比较电路包括分压电阻R3、分压电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、PNP型三极管Q2、光耦U1和一个TLV431，
所述单体电池的正极与分压电阻R3的一端、电阻R5的一端和PNP型三极管Q2的发射极均连接，所述分压电阻R3的另一端分别与分压电阻R4的一端和TLV431的1管脚连接，所述分压电阻R4的另一端与单体电池的负极连接，
所述电阻R5的另一端与TLV431的2管脚和电阻R6的一端均连接，所述电阻R6的另一端和PNP型三极管Q2的基极连接，PNP型三极管Q2的集电极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端连与光耦U1的输入侧连接，光耦U1的发射极接地，光耦U1的集电极输出过压报警信号。
当电池电压达到设定报警值时，由分压电阻R3和分压电阻R4分压使TLV431的1管脚电压达到门限值，进而驱动PNP型三极管Q2，使光耦U1输入端导通。
进一步的，所述报警信号输出电路包括一个光耦器件U2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和一片具有三态输出的单线驱动器U3，
光耦器件U2输入侧接受系统方波发生装置的PWM方波信号，通过电阻分压，光耦器件U2的集电极与电阻R10的一端连接、电阻R10的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端接地，光耦器件U2的发射极连接至单线驱动器U3的输入管脚A，单线驱动器U3的使能管脚OE接收每个电压比较电路的过压信号，单线驱动器U3的使能管脚OE与电阻R8的一端、电阻R9的一端均连接，所述电阻R9的另一端接地，电阻R8的另一端与VCC连接，单线驱动器U3的Y管脚为输出管脚；
若单线驱动器U3的使能管脚OE没有接收到过压信号，则单线驱动器U3的输出和输入一致，同样为PWM方波信号，传输至下一个电压采集装置，若单线驱动器U3的使能管脚收到过压信号，则输出为高阻态。
本实用新型有益效果是：
1.本实用新型是专门针对轨道交通而设计的电池管理系统单体电压采集保护装置，可以有效安全监控和管理轨道交通用锂电池系统，从而保证轨道交通用锂电池系统得到合理高效的利用。同时，针对轨道交通行业的特殊要求，本实用新型在原理设计和物料选型做了相应工作，使得本实用新型适用于轨道交通复杂恶劣的运行环境，符合轨道交通的行业标准。
2.本实用新型使用过程中须配合轨道交通用电池管理系统控制装置一起使用。本实用新型在系统中主要负责单体电压的采集，以及单体电池的均衡放电，并将所收集的信息上传给控制装置，除此之外，还提供一套纯硬件的单体电池保护机制，为电池使用提供双保险。
本实用新型采用高低压隔离设计，增加系统安全性能。
附图说明
本实用新型有如下附图：
图1本实用新型的硬件结构图；
图2本实用新型的电压采集基本结构图
图3本实用新型的单体均衡电路原理图。
图4本实用新型的单体电压比较原理图。
图5本实用新型的硬件信号输出原理图。
具体实施方式
以下结合附图1～5对本实用新型作进一步详细说明。
一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置，包括：电压采集芯片、12路电压采集及均衡电路、12路电压比较电路、isoSPI菊花链通信电路、报警信号输出电路和宽输入电源芯片；
12个单体电池分别与12路电压采集及均衡电路连接，所述12路电压采集及均衡电路与电压采集芯片连接，所述电压采集芯片与isoSPI菊花链通信电路连接，
12个单体电池分别与12路电压比较电路连接，所述12路电压比较电路与报警信号输出电路连接，
所述12个单体电池串联，所述宽输入电源芯片与12个单体电池的总正、总负连接，所述宽输入电源芯片与电压采集芯片和报警信号输出电路连接，用于为电压采集芯片和报警信号输出电路供电；
电压采集芯片用于通过12路电压采集及均衡电路采集12个单体电池的电压，同时，还能够用于通过12路电压采集及均衡电路来对12个单体电池进行放电均衡处理，电压采集芯片用于通过isoSPI菊花链通信，将采集到的单体电池的信息上传控制板，并接受控制板的开关均衡指令；
所述12路电压比较电路用于实时比较每个单体电池的电压是否过压，若任一单体电池出现过压现象，则将过压报警信号输出至报警信号输出电路，
报警信号输出电路用于接受系统方波发生装置的PWM方波信号，在没有收到电压比较电路的过压报警信号的时，输出同样的PWM信号，若收到12路电压比较电路的过压报警信号，则输出高阻态。
PWM方波信号由系统方波发生装置发出，中间串联若干个电压采集装置，最后返回系统方波发生装置；若中间任一节点发生报警，则系统根据返回信号作出反应；
所述宽输入电源芯片用于从12个单体电池出取电，转换为5V电压，给电压采集芯片和报警信号输出电路供电。
进一步的，所述电压采集芯片采用集成芯片LTC6804-1。
进一步的，电压采集及均衡电路包含保护与滤波电路，用于将电池电压接入电压采集芯片。
进一步的，每个电压采集及均衡电路包括均衡电阻R1、均衡电阻R2和一个MOS管Q1；
所述均衡电阻R2的一端与均衡电阻R1的一端连接，所述均衡电阻R1的另一端与MOS管Q1的源极连接，所述MOS管Q1的漏极与单体电池的正极连接，同时连接至电压采集芯片的采集管脚C(n)，其中，1≤n≤12，均衡电阻R2的另一端与单体电池的负极连接，同时连接至电压采集芯片的采集管脚C(n-1)，所述MOS管Q1的栅极与电压采集芯片的均衡控制管脚S(n)连接，由电压采集芯片的均衡控制管脚S(n)，来控制MOS管的导通与截止，进而对单体电池进行放电均衡处理。
进一步的，每个电压比较电路包括分压电阻R3、分压电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、PNP型三极管Q2、光耦U1和一个TLV431，
所述单体电池的正极与分压电阻R3的一端、电阻R5的一端和PNP型三极管Q2的发射极均连接，所述分压电阻R3的另一端分别与分压电阻R4的一端和TLV431的1管脚连接，所述分压电阻R4的另一端与单体电池的负极连接，
所述电阻R5的另一端与TLV431的2管脚和电阻R6的一端均连接，所述电阻R6的另一端和PNP型三极管Q2的基极连接，PNP型三极管Q2的集电极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端连与光耦U1的输入侧连接，光耦U1的发射极接地，光耦U1的集电极输出过压报警信号。
当电池电压达到设定报警值时，由分压电阻R3和分压电阻R4分压使TLV431的1管脚电压达到门限值，进而驱动PNP型三极管Q2，使光耦U1输入端导通。
进一步的，所述报警信号输出电路包括一个光耦器件U2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和一片具有三态输出的单线驱动器U3，
光耦器件U2输入侧接受系统方波发生装置的PWM方波信号，通过电阻分压，光耦器件U2的集电极与电阻R10的一端连接、电阻R10的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端接地，光耦器件U2的发射极连接至单线驱动器U3的输入管脚A，单线驱动器U3的使能管脚OE接收每个电压比较电路的过压信号，单线驱动器U3的使能管脚OE与电阻R8的一端、电阻R9的一端均连接，所述电阻R9的另一端接地，电阻R8的另一端与VCC连接，单线驱动器U3的Y管脚为输出管脚；
若单线驱动器U3的使能管脚OE没有接收到过压信号，则单线驱动器U3的输出和输入一致，同样为PWM方波信号，传输至下一个电压采集装置，若单线驱动器U3的使能管脚收到过压信号，则输出为高阻态。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (5)
1.一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置，其特征在于，包括：电压采集芯片、12路电压采集及均衡电路、12路电压比较电路、isoSPI菊花链通信电路、报警信号输出电路和宽输入电源芯片；
12个单体电池分别与12路电压采集及均衡电路连接，所述12路电压采集及均衡电路与电压采集芯片连接，所述电压采集芯片与isoSPI菊花链通信电路连接，
12个单体电池分别与12路电压比较电路连接，所述12路电压比较电路与报警信号输出电路连接，
所述12个单体电池串联，所述宽输入电源芯片与12个单体电池的总正、总负连接，所述宽输入电源芯片与电压采集芯片和报警信号输出电路连接，用于为电压采集芯片和报警信号输出电路供电；
电压采集芯片用于通过12路电压采集及均衡电路采集12个单体电池的电压，同时，还能够用于通过12路电压采集及均衡电路来对12个单体电池进行放电均衡处理，电压采集芯片用于通过isoSPI菊花链通信，将采集到的单体电池的信息上传控制板，并接受控制板的开关均衡指令；
所述12路电压比较电路用于实时比较每个单体电池的电压是否过压，若任一单体电池出现过压现象，则将过压报警信号输出至报警信号输出电路，
报警信号输出电路用于接受系统方波发生装置的PWM方波信号，在没有收到电压比较电路的过压报警信号的时，输出同样的PWM信号，若收到12路电压比较电路的过压报警信号，则输出高阻态；
所述宽输入电源芯片用于从所12个单体电池处取电，并转换为5V电压，给电压采集芯片和报警信号输出电路供电。
2.如权利要求1所述的轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置，其特征在于，所述电压采集芯片采用集成芯片LTC6804-1。
3.如权利要求1所述的轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置，其特征在于，每个电压采集及均衡电路包括均衡电阻R1、均衡电阻R2和一个MOS管Q1；
所述均衡电阻R2的一端与均衡电阻R1的一端连接，所述均衡电阻R1的另一端与MOS管Q1的源极连接，所述MOS管Q1的漏极与单体电池的正极连接，同时连接至电压采集芯片的采集管脚C(n)，其中，1≤n≤12，均衡电阻R2的另一端与单体电池的负极连接，同时连接至电压采集芯片的采集管脚C(n-1)，所述MOS管Q1的栅极与电压采集芯片的均衡控制管脚S(n)连接，由电压采集芯片的均衡控制管脚S(n)来控制MOS管的导通与截止，进而对单体电池进行放电均衡处理。
4.如权利要求1所述的轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置，其特征在于，每个电压比较电路包括分压电阻R3、分压电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、PNP型三极管Q2、光耦U1和一个TLV431，
所述单体电池的正极与分压电阻R3的一端、电阻R5的一端和PNP型三极管Q2的发射极均连接，所述分压电阻R3的另一端分别与分压电阻R4的一端和TLV431的1管脚连接，所述分压电阻R4的另一端与单体电池的负极连接，
所述电阻R5的另一端与TLV431的2管脚和电阻R6的一端均连接，所述电阻R6的另一端和PNP型三极管Q2的基极连接，PNP型三极管Q2的集电极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端连与光耦U1的输入侧连接，光耦U1的发射极接地，光耦U1的集电极输出过压报警信号；
当电池电压达到设定报警值时，由分压电阻R3和分压电阻R4分压使TLV431的1管脚电压达到门限值，进而驱动PNP型三极管Q2，使光耦U1输入端导通。
5.如权利要求1所述的轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置，其特征在于，所述报警信号输出电路包括一个光耦器件U2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和一片具有三态输出的单线驱动器U3，
光耦器件U2输入侧接受系统方波发生装置的PWM方波信号，通过电阻分压，光耦器件U2的集电极与电阻R10的一端连接、电阻R10的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端接地，光耦器件U2的发射极连接至单线驱动器U3的输入管脚A，单线驱动器U3的使能管脚OE接收每个电压比较电路的过压报警信号，单线驱动器U3的使能管脚OE与电阻R8的一端、电阻R9的一端均连接，所述电阻R9的另一端接地，电阻R8的另一端与VCC连接，单线驱动器U3的Y管脚为输出管脚；
若单线驱动器U3的使能管脚OE没有接收到过压报警信号，则单线驱动器U3的输出和输入一致，同样为PWM方波信号，传输至下一个电压采集装置，若单线驱动器U3的使能管脚收到过压报警信号，则输出为高阻态。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120831326.4U CN215120188U (zh) | 2021-04-22 | 2021-04-22 | 一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120831326.4U CN215120188U (zh) | 2021-04-22 | 2021-04-22 | 一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN215120188U true CN215120188U (zh) | 2021-12-10 |
Family
ID=79270889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202120831326.4U Withdrawn - After Issue CN215120188U (zh) | 2021-04-22 | 2021-04-22 | 一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN215120188U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113224810A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-08-06 | 北京北交新能科技有限公司 | 一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置 |
| CN113224810B (zh) * | 2021-04-22 | 2024-05-31 | 北京北交新能科技有限公司 | 一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置 |
-
2021
- 2021-04-22 CN CN202120831326.4U patent/CN215120188U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113224810A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-08-06 | 北京北交新能科技有限公司 | 一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置 |
| CN113224810B (zh) * | 2021-04-22 | 2024-05-31 | 北京北交新能科技有限公司 | 一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN201956938U (zh) | 光伏阵列汇流箱 | |
| CN103199832B (zh) | Igbt驱动保护电路及系统 | |
| CN206650446U (zh) | 一种bms用的待机低功耗电路 | |
| CN209389733U (zh) | 锂电池保护板 | |
| CN102882244A (zh) | 一种电池管理系统 | |
| CN104167800A (zh) | 可扩展通信后备电源锂电池管理系统及方法 | |
| CN102436972A (zh) | 差分式继电器输出控制电路 | |
| CN211579638U (zh) | 一种自动分配功率的快充电路及车载充电器 | |
| CN215120188U (zh) | 一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置 | |
| CN202424663U (zh) | Igbt驱动保护电路及系统 | |
| CN204517449U (zh) | 一种助力车的锂电池综合管理系统 | |
| CN206023249U (zh) | 一种用于电动汽车蓄电池的智能充放电控制器 | |
| CN108417002A (zh) | 一种用于水表的高性能mbus采集器 | |
| CN113224810B (zh) | 一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置 | |
| CN113224810A (zh) | 一种轨道交通用带硬件保护功能的电压采集装置 | |
| CN204012767U (zh) | 一种锂电池充放电管理电路及锂电池管理系统 | |
| CN110077275A (zh) | 一种储能电池管理系统的从机控制电路 | |
| CN208198313U (zh) | 一种汽车电子控制单元 | |
| CN110994746B (zh) | 电压均衡系统 | |
| CN102520359A (zh) | 电池管理系统及采用该系统进行短路检测与关断的方法 | |
| CN207504636U (zh) | 一种具有断电保护功能的投影仪 | |
| Xiao et al. | A li-ion battery management system based on MCU and OZ8920 | |
| CN204188738U (zh) | 一种实现蓄电池接反检查的电压采集装置及系统 | |
| CN206894265U (zh) | 一种插枪唤醒电路 | |
| CN106484648A (zh) | 一种通信设备、系统及数据发送、接收方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20211210 Effective date of abandoning: 20240531 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20211210 Effective date of abandoning: 20240531 |