CN215526051U - 电池包采样电路、电池管理系统和电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种电池包采样电路、电池管理系统和电动汽车，其中，电池包采样电路包括多个模拟前端、多个电流采样电路和一控制器，通过在各电池组的负极与相连接的模拟前端的电源端负极之间串接电流采样电路，从而实现对流入模拟前端的功耗电流进行采样，模拟前端根据电流采样信号确定自身的实时功耗电流，并通过控制器反馈至电池管理系统，实现对各模拟前端的实时功耗电流进行测量的目的，电池管理系统中可通过分流器采样到电池包高压线上流过的充放电电流，并通过电池包采样电路获取模拟前端功耗电流，提高对电池电量估算的精度。

Description

电池包采样电路、电池管理系统和电动汽车

技术领域

本实用新型属于电动汽车技术领域，尤其涉及一种电池包采样电路、电池管理系统和电动汽车。

背景技术

随着国家政策的推动和市场消费需求的增长，国内新能源汽车的发展已经取得了显著的发展，且还在持续稳定地推动中。同时，市场对新能源汽车提出了更高的要求，比如在复杂工况下要求零部件性能更稳定、充电速度更快、续航里程更高等。对作为新能源车三电系统之一的电池管理系统来说，更高的电池电量状态估计精度是其必要的要求。当前估算的方法主要有安时积分法、电芯开路电压(OCV)校正法、神经网络估算法、卡尔曼滤波法等。目前行业内越来越多采用对每各电芯单独估算剩余电量的方法。这种方式更能有效地反映电池整包内部各电芯的状态，也方便进行电池管理系统核心算法的联合估计，如电池健康度、电芯充放电能力和电芯均衡功能的实现；同时有利于在后续售后维修的过程中的对故障电芯的准确定位和替换。

对单体电芯估算剩余电量时，需要考虑电芯的充放电电流和单体端电压两个信号量，在目前行业内的做法，通常将电池包的电流作为电芯电流来处理，但在实际效果上，这样处理存在一定的误差，即模拟前端的电源由它所采样的电芯串联起来提供，电池管理系统中的分流器只能采样到电池包高压线上流过的充放电电流，位于从板的模拟前端，它的功耗电流分流器无法测量到。这个误差短时间内，对电池电量精度影响有限，但长时间积累下来会是一个不可忽视的误差。实际上，对电池电量估算来说，电流的精度和来源是影响估算精度的重要因素之一。

有些对模拟前端功耗进行离线估计的方法，会在研发阶段由开发人员测量模拟前端的功耗，然后在电池剩余电量估计的过程中减去其影响。这种做法，将模拟前端的功耗作为静态值处理，不能完全符合实际的运行工况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电池包采样电路，旨在解决传统的分流器存在无法对模拟前端的实时功耗电流进行测量的问题。

本实用新型实施例的第一方面提了一种电池包采样电路，所述电池包包括串联连接的多组电池组，所述电池包采样电路包括与所述多组电池组一一配对设置的多个模拟前端和一控制器；

所述电池组的正极与对应的所述模拟前端的电源端正极连接，所述电池组的负极与对应的所述模拟前端的电源端负极连接，各所述模拟前端还分别与所述控制器连接，所述电池组包括多个单体电芯，每一所述单体电芯的负极还分别与所述模拟前端的电压采样端连接；

所述电池包采样电路还包括多个电流采样电路，每一所述电流采样电路串联在所述模拟前端的电源端负极和所述电池组的负极之间，所述电流采样电路还与所述模拟前端的通用输入输出端口连接；

各所述电流采样电路，用于采样流经的电流并反馈电流采样信号至对应连接的模拟前端；

所述模拟前端根据所述电流采样信号确定自身的实时功耗电流并反馈至所述控制器，以使所述控制器将各模拟前端的实时功耗电流参数反馈至电池管理系统。

通过采用上述技术方案，实现对模拟前端的实时功耗电流以及各单体电芯的电压进行采样，进而实现对电池包的总功耗电流进行采样，提高了对电池电量估算的精度。

进一步地，所述电流采样电路包括采样电阻，所述采样电阻的第一端、所述电池组的负极和所述模拟前端的通用输入输出端口互连，所述采样电阻的第二端与所述模拟前端的电源端负极连接；

所述模拟前端根据所述通用输入输出端口与电源端负极的电压差和所述采样电阻的阻值获取所述实时功耗电流。

通过采用上述技术方案，实现以电压信号表征电流采样信号，实现功耗电流的采样，简化了线路结构。

进一步地，所述电池包采样电路设置于所述电池包内，所述电池包采样电路还包括用于采样当前环境的温度检测电路，所述温度检测电路与各所述模拟前端连接；

所述模拟前端还用于根据所述温度检测电路反馈的温度数据修正所述采样电阻的阻值。

通过采用上述技术方案，可实现对采样电阻的阻值进行实时修正，提高模拟前端的功耗电流的采样精度。

进一步地，所述电池包采样电路还包括多个信号隔离电路，每一所述模拟前端通过一所述信号隔离电路与所述控制器连接；

所述信号隔离电路，用于将每一所述模拟前端输出的所述电流采样信号进行信号隔离并反馈至所述控制器。

通过采用上述技术方案，实现了高低压的数据传输。

进一步地，所述信号隔离电路包括电池管理芯片。

通过采用上述技术方案，电池管理芯片实现对高低压数据的转换传输。

进一步地，所述电池管理芯片通过串行外设接口与所述控制器连接。

通过采用上述技术方案，实现了数据信号的发送和接收。

进一步地，所述串行外设接口包括两线式隔离接口或者四线式串行外设接口。

通过采用上述技术方案，实现了通讯多样化。

进一步地，所述模拟前端为68XX系列模拟前端。

通过采用上述技术方案，可以估算模拟前端的实时功耗电流，具有功能实现简单且成本低的特点。

本实用新型实施例的第二方面提了一种电池管理系统，电池管理系统包括分流器、主控模块和如上所述的电池包采样电路，所述分流器与所述电池包的负极连接，所述电池包采样电路和所述分流器分别与所述主控模块连接。

通过采用上述技术方案，实现对电池包的总功耗电流以及单体电池电压进行采样，提高了对电池电量估算的精度。

本实用新型实施例的第三方面提了一种电动汽车，电动汽车包括电池包和如上所述的电池管理系统。

通过采用上述技术方案，提高了对电池电量估算的精度，保证了整车的可靠性与安全性。

本实用新型实施例通过在各电池组的负极与相连接的模拟前端的电源端负极之间串接电流采样电路，从而实现对流入模拟前端的功耗电流进行采样，模拟前端根据电流采样信号确定自身的实时功耗电流，并通过控制器反馈至电池管理系统，实现对各模拟前端的实时功耗电流进行测量的目的，电池管理系统中可通过分流器采样到电池包高压线上流过的充放电电流，并通过电池包采样电路获取模拟前端功耗电流，提高对电池电量估算的精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的电池包采样电路的第一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的电池包采样电路的第二种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的电池包采样电路的第三种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的电池包采样电路的第四种结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的电池管理系统的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1-电池管理系统，100-电池包，200-电池包采样电路，300-分流器，400-主控模块，110-第一电池组，120-第二电池组，PACK+-电池包的正极，PACK--电池包的负极，10-控制器，AFE1-第一模拟前端，AFE2-第二模拟前端，21-第一电流采样电路，22-第二电流采样电路，V+-模拟前端的电源端正极，V--模拟前端的电源端负极，GPIO-通用输入输出端口，R1-第一采样电阻，30-温度检测电路，41-第一信号隔离电路，CELL-单体电芯。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

本实用新型提出了一种电池包采样电路200，如图1所示，图1为本实用新型实施例提供的电池包采样电路200的第一种结构示意图，本实施例中，电池包100包括串联连接的多组电池组，电池包采样电路200包括与多组电池组100一一配对设置的多个模拟前端和一控制器10；

电池组的正极与对应的模拟前端的电源端正极V+连接，电池组的负极与对应的模拟前端的电源端负极V-连接，各模拟前端还分别与控制器10连接，电池组包括多个单体电芯CELL，每一单体电芯CELL的负极还分别与模拟前端的电压采样端连接；

电池包采样电路200还包括多个电流采样电路，每一电流采样电路串联在模拟前端的电源端负极V-和电池组的负极之间，电流采样电路还与模拟前端的通用输入输出端口GPIO连接；

各电流采样电路，用于采样流经的电流并反馈电流采样信号至对应连接的模拟前端；

模拟前端根据电流采样信号确定自身的实时功耗电流并反馈至控制器10，以使控制器10将各模拟前端的实时功耗电流参数反馈至电池管理系统1。

本实施例中，模拟前端分别与其中一个电池组电性连接并从电池组获取供电电源，因此，电池包100的总功耗电流应等于模拟前端的功耗电流与电池包100输出端的电流之和，为了提高对电池包100电量估算的精度，需对模拟前端的实时功耗电流以及电池包100输出端的电流进行分别采样，其中，电池管理系统1通过分流器300对电池包100输出端的电流进行采样，电池包采样电路200对模拟前端的实时功耗电流以及各单体电芯CELL的电压进行采样，从而实现对电池包100的总功耗电流以及单体电池电压进行采样。

本实施例中，电池包采样电路200通过在各电池组的负极与相连接的模拟前端的电源端负极V-之间串接电流采样电路，电流采样电路对流入模拟前端的功耗电流进行采样并反馈电流采样信号至对应连接的模拟前端，模拟前端利用通用输入输出端口GPIO接收电流采样信号，并根据电流采样信号确定自身的实时功耗电流。

同时，通过控制器10反馈实时功耗电流参数至电池管理系统1，电池管理系统1实现对各模拟前端的实时功耗电流进行采样测量。

电池管理系统1通过分流器300采样到电池包100高压线上流过的充放电电流，并通过电池包采样电路200获取模拟前端的功耗电流，提高了对电池电量估算的精度。

其中，电池组依次串联，并分别与一模拟前端连接，如图1所示，第一电池组110、第一模拟前端AFE1和第一电流采样电路21构成第一电源回路，第二电池组120、第二模拟前端AFE2和第二电流采样电路22构成第二电源回路，模拟前端实现电池组内各单体电芯CELL的电压采样，由于模拟前端对每个单体电芯CELL都有单独的电压采样，其中上下两串单体电芯CELL共用同一采样线，考虑到会有部分漏电流在公用采样线上流过，因此，将电流采样电路放置于模拟前端的电源端负极V-，从而电池组内的所有单体电芯CELL的电流都会经模拟前端流过此电流采样电路，从而根据电流采样电路输出的电流采样信号获取模拟前端的功耗电流。

其中，模拟前端可采用不同类型的模拟前端，例如凌特的68XX系列，飞思卡尔的MC33771以及德州仪器的BQ76940等。

电流采样电路可采用采样电阻、电流互感器等结构，具体根据模拟前端的类型对应设置。

控制器10可采用微处理器、单片机、PLC控制器等结构。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上进行具体化，如图2所示，图2为本实用新型实施例提供的电池包采样电路200的第二种结构示意图，为了简化电流采样电路的结构，本实施例中，电流采样电路包括采样电阻，采样电阻的第一端、电池组的负极和模拟前端的通用输入输出端口GPIO互连，采样电阻的第二端与模拟前端的电源端负极V-连接，例如第一电流采样电路21包括第一采样电阻R1等；

模拟前端根据通用输入输出端口GPIO与电源端负极的电压差和采样电阻的阻值获取实时功耗电流。

模拟前端为68XX系列模拟前端。

本实施例中，68XX系列模拟前端因资源丰富，功能强大，有自诊断和安全功能，且开发简单，目前被使用的较多，本实施例中，针对68XX系列模拟前端实际使用过程中存在没有功耗检测的功能的问题，在其采样回路中增加一个采样电阻，再通过该68XX系列模拟前端具有的ADC通道进行电压采样，然后经过计算可以估算模拟前端的实时功耗电流，具有功能实现简单且成本低的特点。

68XX系列模拟前端拥有多个通用I/O(GPIO)资源，这几个I/O测量都是相对模拟前端的电源端负极V-引脚的电压，通过把其中一个通用输入输出端口GPIO用于采样采样电阻电阻的电压U，再除以采样电阻的阻值就可以得到模拟前端当前的功耗电流I，即计算公式为

实施例三

本实施例在实施例二的基础上进行优化，如图3所示，图3为本实用新型实施例提供的电池包采样电路200的第三种结构示意图，本实施例中，电池包采样电路200设置于电池包100内，电池包采样电路200还包括用于采样当前环境的温度检测电路30，温度检测电路30与模拟前端连接；

模拟前端还用于根据温度检测电路30反馈的温度数据修正采样电阻的阻值。

本实施例中，由于电池包100在工作时不断发热，导致电池包100当前环境的温度变化，进而导致电阻的实时阻值变化，采样电阻因温度的变化会存在5％-8％的误差，因此，为了消除对功耗电流造成的误差，模拟前端还根据温度数据修正采样电阻的阻值，模拟前端根据温度与电阻变化的映射表通过查表获取实时采样电阻的阻值，进而根据修正后的采样电阻的阻值进行功耗电流的计算，提高了对模拟前端的功耗电流的采样精度。

映射表可由电阻供应商提供，也可通过环境试验设备进行高低温循环试验来获取，表中的电阻值和温度值为一一对应关系，且为顺序排列。

实施例四

本实施例在实施例二的基础上进行优化，如图4所示，图4为本实用新型实施例提供的电池包采样电路200的第四种结构示意图，本实施例中，电池包采样电路200还包括多个信号隔离电路，每一模拟前端通过一信号隔离电路与控制器10连接，例如第一模拟前端AFE1通过第一信号隔离电路41与控制器10连接；

信号隔离电路，用于将每一模拟前端输出的电流采样信号进行信号隔离并反馈至控制器10。

本实施例中，为了实现高低压的数据传输，在模拟前端后端设置一信号隔离电路，从而对模拟前端输出的高压数据进行信号隔离传输至控制器10的低压部分，信号隔离电路可采用光耦、信号隔离芯片等结构，在一个实施例中，信号隔离电路包括电池管理芯片，电池管理芯片实现对高低压数据的转换传输，其中，电池管理芯片可通过多种通讯接口与控制器10进行连接通讯，在一个实施例中，控制器10为微处理器，电池管理芯片通过串行外设接口与控制器10连接，实现数据发送、接收等功能。

其中，串行外设接口可采用不同类型的接口，在一个实施例中，串行外设接口包括两线式隔离接口或者四线式串行外设接口，实现通讯多样化。

本实施例中，两线式隔离接口包括MOSI引脚和MISO引脚，实现数据发送和接收，四线式串行外设接口包括MOSI引脚、MISO引脚、选择引脚和串行时钟引脚，实现数据发送、接收，以及时钟信号的传递等。

实施例五

本实用新型实施例的第二方面提了一种电池管理系统1，如图5所示，图5为本实用新型实施例提供的电池管理系统1的结构示意图，本实施例中，电池管理系统1包括分流器300、主控模块400和如上的电池包采样电路200，分流器300与电池包负极PACK-连接，电池包采样电路200和分流器300分别与主控模块400连接。

本实施例中，电池管理系统1通过分流器300对电池包100输出端的电流进行采样，电池包采样电路200对模拟前端的实时功耗电流以及各单体电芯CELL的电压进行采样，从而实现对电池包100的总功耗电流以及单体电池电压进行采样，提高了对电池电量估算的精度。

实施例六

本实用新型实施例的第三方面提了一种电动汽车，电动汽车包括电池包100和如上的电池管理系统1。

本实施例中，电池管理系统1可对电池包100进行单体电芯CELL的电压采样以及输出电流采样，同时可实现对电池包100内的模拟前端的实时功耗电流进行采样，提高了对电池电量估算的精度，保证了整车的可靠性与安全性。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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例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实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池包采样电路，所述电池包包括串联连接的多组电池组，其特征在于，所述电池包采样电路包括与所述多组电池组一一配对设置的多个模拟前端和一控制器；

所述电池组的正极与对应的所述模拟前端的电源端正极连接，所述电池组的负极与对应的所述模拟前端的电源端负极连接，各所述模拟前端还分别与所述控制器连接，所述电池组包括多个单体电芯，每一所述单体电芯的负极还分别与所述模拟前端的电压采样端连接；

所述电池包采样电路还包括多个电流采样电路，每一所述电流采样电路串联在所述模拟前端的电源端负极和所述电池组的负极之间，所述电流采样电路还与所述模拟前端的通用输入输出端口连接；

各所述电流采样电路，用于采样流经的电流并反馈电流采样信号至对应连接的模拟前端；

所述模拟前端，根据所述电流采样信号确定实时功耗电流并反馈至所述控制器，以使所述控制器将各模拟前端的实时功耗电流参数反馈至电池管理系统。

2.如权利要求1所述的电池包采样电路，其特征在于，所述电流采样电路包括采样电阻，所述采样电阻的第一端、所述电池组的负极和所述模拟前端的通用输入输出端口互连，所述采样电阻的第二端与所述模拟前端的电源端负极连接；

所述模拟前端根据所述通用输入输出端口与电源端负极的电压差和所述采样电阻的阻值获取所述实时功耗电流。

3.如权利要求2所述的电池包采样电路，其特征在于，所述电池包采样电路设置于所述电池包内，所述电池包采样电路还包括用于采样当前环境的温度检测电路，所述温度检测电路与各所述模拟前端连接；

所述模拟前端还用于根据所述温度检测电路反馈的温度数据修正所述采样电阻的阻值。

4.如权利要求2所述的电池包采样电路，其特征在于，所述电池包采样电路还包括多个信号隔离电路，每一所述模拟前端通过一所述信号隔离电路与所述控制器连接；

所述信号隔离电路，用于将每一所述模拟前端输出的所述电流采样信号进行信号隔离并反馈至所述控制器。

5.如权利要求4所述的电池包采样电路，其特征在于，所述信号隔离电路包括电池管理芯片。

6.如权利要求5所述的电池包采样电路，其特征在于，所述电池管理芯片通过串行外设接口与所述控制器连接。

7.如权利要求6所述的电池包采样电路，其特征在于，所述串行外设接口包括两线式隔离接口或者四线式串行外设接口。

8.如权利要求1所述的电池包采样电路，其特征在于，所述模拟前端为68XX系列模拟前端。

9.一种电池管理系统，其特征在于，包括分流器、主控模块和如权利要求1～8任一项所述的电池包采样电路，所述分流器与所述电池包的负极连接，所述电池包采样电路和所述分流器分别与所述主控模块连接。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括电池包和如权利要求9所述的电池管理系统。

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