CN216085242U - 电池电芯的数据采集电路以及电池控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了电池电芯的数据采集电路以及电池控制系统，该电路包括：电路板，电路板的第一侧布置有第一线连接触点，电路板的第二侧布置有第二线连接触点；第一软排线，第一软排线的一端电连接电池模块的第一出线口，第一软排线的另一端电连接电路板的第一线连接触点；第二软排线，第二软排线的一端电连接电池模块的第二出线口，第二软排线的另一端电连接电路板的第二线连接触点；采集芯片，布置在电路板上，采集芯片分别与第一线连接触点和第二线连接触点电连接，用以采集电池模块的电芯数据。本申请技术方案解决了在采集电池电芯数据时，由于采样线复杂的连接关系而导致的电池包内空间利用率低、采集线路成本高以及产品稳定性差的问题。

Description

电池电芯的数据采集电路以及电池控制系统

技术领域

本申请涉及新能源汽车技术领域，尤其是涉及电池电芯的数据采集电路以及电池控制系统。

背景技术

随着新能源汽车行业的飞速发展，用户对于新能源汽车安全性能的要求也越来越高。动力电池包作为新能源汽车的核心部件，为新能源汽车提供动力来源，动力电池包的性能直接影响了整车的续航性能及安全性能，因此，对于动力电池包的电芯电压、电芯温度等数据的监控是必不可少的。同时，为了增加新能源汽车的续航里程，对于动力电池包的能量密度也提出了较高要求，但是提高动力电池包的能量密度，势必会压缩采集线路所需占用的空间，此时，如何在尽可能提高动力电池包能量密度的前提下，对电芯数据进行采集已成为一个亟待解决的问题。

现有技术中，电芯数据的采集方案通常是：在模组内部通过柔性印制线路(Flexible Print Circuit，FPC软排)将电池电芯与无模组(CellTo Pack，CTP模组)端口相连，并在CTP模组端口安装一个或者多个插件，然后通过线束重新对插件上的电芯采样线进行排列,再将电芯采样线按照指定顺序分别连接到各个采集芯片对应的插件上，以实现对电芯数据的采集。

然而，上述电芯数据的采集方式中，采集芯片无法直接与FPC软排相连，需要利用插件以及线束才能搭建采集线路，使得采集线路的成本较高。还由于插件以及线束都会占用大量的电池包空间，这就降低了电池包的空间利用率，同时，采用多级插件转接的方式搭建采集线路，容易受到振动等因素的影响，造成产品稳定性差的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供电池电芯的数据采集电路以及电池控制系统，其目的是通过简化连接关系，直接将采集芯片与FPC软排相连，解决现有技术中电池包空间利用率低、采集线路成本高以及产品稳定性差的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种电池电芯的数据采集电路，包括电路板，电路板的第一侧布置有第一线连接触点，电路板的第二侧布置有第二线连接触点；

第一软排线，第一软排线的一端电连接电池模块的第一出线口，第一软排线的另一端电连接电路板的第一线连接触点；

第二软排线，第二软排线的一端电连接电池模块的第二出线口，第二软排线的另一端电连接电路板的第二线连接触点；

采集芯片，布置在电路板上，采集芯片分别与第一线连接触点和第二线连接触点电连接，用以采集电池模块的电芯数据。

可选地，第一软排线和第二软排线均为单层排线，第一软排线可包括第一数量的并排设置的第一引线，第二软排线可包括第二数量的并排设置的第二引线。

可选地，电路板的第一侧和第二侧为电路板彼此背对的两侧。

可选地，采集芯片可包括多个，多个采集芯片按序布置在电路板的第一侧和第二侧之间。

可选地，第一线连接触点可包括多个，第二线连接触点可包括多个；其中，每个采集芯片可包括：多个第一采集通道，多个第一采集通道布置在采集芯片的与第一线连接触点相对的一侧，每个第一采集通道分别连接到多个第一线连接触点中对应的一个第一线连接触点；多个第二采集通道，多个第二采集通道布置在采集芯片的与第二线连接触点相对的一侧，每个第二采集通道分别连接到多个第二线连接触点中对应的一个第二线连接触点。

可选地，电池模块可包括串联连接的多个单体电池电芯；多个单体电池电芯中位于奇数位置的单体电池电芯连接到第一出线口；多个单体电池电芯中位于偶数位置的单体电池电芯连接到第二出线口。

可选地，第一线连接触点和第二线连接触点由焊盘形成。

第二方面，本申请实施例提供了一种电池控制系统，电池控制系统包括电池模块和上述的数据采集电路。

可选地，电池模块可包括串联连接的多个单体电池电芯，多个单体电池电芯中位于奇数位置的单体电池电芯连接到第一出线口；多个单体电池电芯中位于偶数位置的单体电池电芯连接到第二出线口。

可选地，多个单体电池电芯在电池模块中并排布置，相邻的两个单体电池电芯同一端的极性相反。

本申请实施例带来了以下有益效果：

本申请实施例提供了电池电芯的数据采集电路以及电池控制系统，包括电路板，电路板的第一侧布置有第一线连接触点，电路板的第二侧布置有第二线连接触点；第一软排线，第一软排线的一端电连接电池模块的第一出线口，第一软排线的另一端电连接电路板的第一线连接触点；第二软排线，第二软排线的一端电连接电池模块的第二出线口，第二软排线的另一端电连接电路板的第二线连接触点；采集芯片，布置在电路板上，采集芯片分别与第一线连接触点和第二线连接触点电连接，用以采集电池模块的电芯数据。本申请通过简化连接关系，直接将采集芯片与FPC软排相连，解决现有技术中电池包空间利用率低、采集线路成本高以及产品稳定性差的问题。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有技术中电池电芯的数据采集电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的电池电芯的数据采集电路的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的电池控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

现有技术中，电池管理系统(BMS)是电动汽车动力电池系统的重要组成部分，它能够检测、收集以及初步计算电池的实时状态参数，同时根据检测值与允许值的比较关系控制供电回路的通断。此外，电池管理系统还会将收集到的关键数据反馈给整车控制器,并接收整车控制器的指令与汽车上的其他系统协调工作。然而，不同类型的电芯对电池管理系统的要求不太一样，例如：电动汽车所用的锂离子电池容量大、串并联节数多、系统复杂，而且对安全性、耐久性以及动力性等均有较高的要求且实现难度大，这已成为影响电动汽车推广普及的瓶颈。锂离子电池的安全工作区域受到温度、电压的窗口限制，当超过该窗口的范围时，电池性能就会加速衰减，甚至会引发安全问题，因此，采集电池电芯的数据对于电池性能的安全控制来说至关重要。

随着电动车续航里程的增加,对电池包能量密度的要求也越来越高，为了提高能量密度，需要压缩电池包内空间，以达到放置更多电池电芯的目的，由此，无模组电池包便应运而生，它能够最大程度的利用包内空间，但是，如何对无模组电池包内电池电芯的数据进行采集，便成为一个亟待解决的问题。现有的电芯数据采集方案通常是：通过线束将CTP模组中的各个电芯与采集板连接起来，以实现对电芯数据的采集。

图1为现有技术中电池电芯的数据采集电路的结构示意图，如图1所示，在CTP模组内部通过FPC软排将电芯与CTP模组端口相连，并在CTP模组端口安装奇通道采样线插件以及偶通道采样线插件，然后通过线束重新对奇通道采样线插件以及偶通道采样线插件上的电芯采样线进行排列组合，再按照采样线序号分别连接到各个采集芯片对应的插件上，实现对电芯数据的采集。然而，上述电芯数据的采集方式中采集芯片无法直接与FPC软排相连，需要利用插件以及线束才能搭建采集线路，使得采集线路的成本较高，还由于插件以及线束都会占用大量的电池包空间，降低了电池包的空间利用率，同时，采用多级插件转接的方式搭建采集线路容易受到振动等因素的影响，造成产品稳定性差的问题。

基于此，本申请实施例提供一种电池电芯的数据采集电路以及电池控制系统，利用采集芯片的采集特性，对电池管理系统的采集板进行合理布局，使得CTP模组上的FPC软排能够直接焊接到BMS采集板上，从而节省了各种插件及线束，解决了电池包的空间利用率较低、采集线路成本高以及产品稳定性差的问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本申请实施例所公开的一种电池电芯的数据采集电路进行详细介绍，请参阅图2，图2为本申请实施例提供的电池电芯的数据采集电路100的结构示意图，如图2所示，该电路包括：电路板101、第一软排线102、第二软排线103和采集芯片104。

具体的，电路板101的第一侧布置有第一线连接触点105，电路板101的第二侧布置有第二线连接触点106。

在一优选示例中，电路板101的第一侧和第二侧为电路板101彼此背对的两侧。第一线连接触点105可包括多个，第二线连接触点106可包括多个。示例性的，第一线连接触点105和第二线连接触点106可由焊盘形成。

在图2所示的示例中，电路板101的第一侧可指图中所示的左侧，该侧布置有多个第一线连接触点105，优选地，多个第一线连接触点105彼此之间的排列间距相同，该第一线连接触点105由焊盘形成，负责将第一软排线102焊接在电路板101上。电路板101的第二侧可指图中所示的右侧，该侧布置有多个第二线连接触点106，多个第二线连接触点106彼此之间的排列间距相同，该第二线连接触点106同样由焊盘形成，负责将第二软排线103焊接在电路板101上。

第一软排线102的一端电连接电池模块的第一出线口，第一软排线102的另一端电连接电路板101的第一线连接触点105。

在一优选示例中，第一软排线102为单层排线，第一软排线102包括第一数量的并排设置的第一引线。这里，第一软排线102采用单层排线，可以减小空间占用率，此外，多个第一引线采用并排设置的方式，使得多个第一引线之间避免交叉、重叠。

在一示例中，第一软排线102为奇通道FPC软排线，其作用是将CTP模组中多个单体电池电芯中位于奇数位置的单体电池电芯与第一线连接触点105相连。

示例性的，第一软排线102中的第一引线可以是电芯采样线，通过第一引线将CTP模组中位于奇数位置的电池电芯的采样数据发送至采集芯片104中，并且每条第一引线都有对应的编号，第一引线的编号大小与连接该第一引线的CTP模组中电池电芯位置的序号大小相对应。这里，多条第一引线可以按照编号从小到大或者从大到小的固定顺序与电路板101的多个第一线连接触点105相连。需要说明的是，之所以将第一引线进行并排设置，且按照固定顺序与电路板101的第一线连接触点105连接，一方面是因为第一软排线102具有单层特性，其内部走线是不允许交叉的，另一方面是因为BMS采集芯片具有无法跨电芯采集的特性。第一数量与CTP模组中位于奇数位置的电池电芯的数量相等，例如：CTP模组中电池电芯的总数为64，则第一数量可为32。

第二软排线103的一端电连接电池模块的第二出线口，第二软排线103的另一端电连接电路板101的第二线连接触点106。

在一优选示例中，第二软排线103为单层排线，第二软排线103包括第二数量的并排设置的第二引线。这里，第二软排线103采用单层排线，可以减小空间占用率，此外，多个第二引线采用并排设置的方式，使得多个第二引线之间避免交叉、重叠。

以上述示例为例，第二软排线103为偶通道FPC软排线，其作用是将CTP模组中多个单体电池电芯中位于偶数位置的单体电池电芯与第二线连接触点106相连。

示例性的，第二软排线103中的第二引线可以是电芯采样线，通过第二引线将CTP模组中位于偶数位置的电池电芯的采样数据发送至采集芯片104中，并且每条第二引线都有对应的编号，第二引线的编号大小与连接该第二引线的CTP模组中电池电芯位置的序号大小相对应。这里，多条第二引线可以按照编号从小到大或者从大到小的固定顺序与电路板101的多个第二线连接触点106相连。需要说明的是，之所以将第二引线进行并排设置，且按照固定顺序与电路板101的第二线连接触点106连接，一方面是因为第二软排线103具有单层特性，其内部走线是不允许交叉的，另一方面是因为BMS采集芯片具有无法跨电芯采集的特性。第二数量与比CTP模组中位于偶数位置的电池电芯的数量多一的数量相等，例如：CTP模组中电池电芯的总数为64，则第二数量为33。

在一可选示例中，第一引线连接至第一线连接触点105时所采用的编号顺序与第二引线连接至第二线连接触点106时所采用的编号顺序是相同的，如果多条第一引线按照编号从小到大的顺序与多个第一线连接触点105相连，则多条第二引线也是按照编号从小到大的顺序与多个第二线连接触点106相连；如果多条第一引线是按照编号从大到小的顺序与多个第一线连接触点105相连，则多条第二引线也是按照编号从大到小的顺序与多个第二线连接触点106相连。之所以要求第一引线连接至第一线连接触点105时所采用的编号顺序与第二引线连接至第二线连接触点106时所采用的编号顺序相同，是为了满足BMS采集芯片无法跨电芯采集的特性。

在一示例中，电池模块包括串联连接的多个单体电池电芯，多个单体电池电芯中位于奇数位置的单体电池电芯连接到第一出线口，以通过第一出线口连接到电路板101的第一线连接触点105。多个单体电池电芯中位于偶数位置的单体电池电芯连接到第二出线口，以通过第二出线口连接到电路板101的第二线连接触点106。

示例性的，电池模块可包括CTP模组，第一出线口和第二出线口可设置在电池模块的任意位置。这里，多个单体电池电芯在电池模块中可以采用并排布置的方式，相邻的两个单体电池电芯同一端的极性相反，并且相互连接。为了便于确定电池电芯与第一线连接触点105以及第二线连接触点106的连接顺序，需要对电池模块中的每个电池电芯进行编号，例如，可设定从右向左并排布置的电池电芯的编号顺序为从小到大，且最小编号为1。

需要指出的是，将多个单体电池电芯中位于奇数位置的单体电池电芯连接到第一出线口时，是将单体电池电芯的正极与第一出线口相连，将多个单体电池电芯中位于偶数位置的单体电池电芯连接到第二出线口时，也是将单体电池电芯的正极与第二出线口相连，并且编号为1的单体电池电芯的负极也与第二出线口相连，其对应的第二引线编号为0。可以理解的，CTP模组为概念模组，因为CTP模组是由不定数量的电池电芯堆叠而成的，可根据整包空间随意调整其电芯数量及其串并联方式，它是整个动力系统的源头。

具体的，采集芯片104布置在电路板101上，采集芯片104分别与第一线连接触点105和第二线连接触点106电连接，用以采集电池模块的电芯数据。

示例性的，采集芯片104包括多个，多个采集芯片104按序布置在电路板的第一侧和第二侧之间，每个采集芯片104可包括多个第一采集通道，多个第一采集通道布置在采集芯片104的与第一线连接触点105相对的一侧，即，靠近第一线连接触点105的一侧，以便于走线。每个第一采集通道分别连接到多个第一线连接触点105中对应的一个第一线连接触点105。

每个采集芯片104可包括多个第二采集通道，多个第二采集通道布置在采集芯片104的与第二线连接触点106相对的一侧，即，靠近第二线连接触点106的一侧，以便于走线。每个第二采集通道分别连接到多个第二线连接触点106中对应的一个第二线连接触点106。

采集芯片104经由多个第一采集通道、第一线连接触点105、第一软排线102、第一出线口，采集位于电池模块中奇数位置的单体电池电芯的电芯数据，同时，采集芯片104还经由多个第二采集通道、第二线连接触点106、第二软排线103、第二出线口，采集位于电池模块中偶数位置的单体电池电芯的电芯数据，从而对电芯状态进行监控。

在一示例中，每个采集芯片104可包括至少4个第一采集通道以及至少4个第二采集通道，以保证采集芯片的工作电压满足要求。采集芯片104的数量可根据电池电芯的数量进行调整，例如，以每个采集芯片104包括4个第一采集通道以及4个第二采集通道为例，如果需要对64个单体电池电芯进行数据采集，则一共需要8个采集芯片104，如果需要对72个单体电池芯片进行数据采集，则一共需要9个采集芯片104。

图3为本申请实施例的电池电芯的数据采集电路能够适用的一种应用场景，在该应用场景中，上述电池电芯的数据采集电路100可应用于电池控制系统中。

请参阅图3，图3为本申请实施例提供的电池控制系统10的结构示意图，如图3所示，电池控制系统10包括电池电芯的数据采集电路100和电池模块200。

可选地，电池模块200可包括串联连接的多个单体电池电芯，多个单体电池电芯中位于奇数位置的单体电池电芯连接到第一出线口，多个单体电池电芯中位于偶数位置的单体电池电芯连接到第二出线口。多个单体电池电芯在电池模块中并排布置，相邻的两个单体电池电芯同一端的极性相反。

在本申请实施例中，电池控制系统10能够实现上述电池电芯的数据采集电路的功能，利用采集芯片的采集特性，对BMS的采集板进行合理布局，使得CTP模组上FPC软排能够直接焊接到BMS采集板上，从而节省了各种插件及线束，解决了电池包的空间利用率较低、采集线路成本高以及产品稳定性差的问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考上述电路实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和电路，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述电路的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池电芯的数据采集电路，其特征在于，所述数据采集电路包括：

电路板，所述电路板的第一侧布置有第一线连接触点，所述电路板的第二侧布置有第二线连接触点；

第一软排线，所述第一软排线的一端电连接电池模块的第一出线口，所述第一软排线的另一端电连接所述电路板的第一线连接触点；

第二软排线，所述第二软排线的一端电连接电池模块的第二出线口，所述第二软排线的另一端电连接所述电路板的第二线连接触点；

采集芯片，布置在电路板上，所述采集芯片分别与所述第一线连接触点和所述第二线连接触点电连接，用以采集电池模块的电芯数据。

2.如权利要求1所述的数据采集电路，其特征在于，所述第一软排线和所述第二软排线均为单层排线，所述第一软排线包括第一数量的并排设置的第一引线，所述第二软排线包括第二数量的并排设置的第二引线。

3.如权利要求1所述的数据采集电路，其特征在于，所述电路板的第一侧和第二侧为电路板彼此背对的两侧。

4.如权利要求3所述的数据采集电路，其特征在于，所述采集芯片包括多个，多个采集芯片按序布置在所述电路板的第一侧和第二侧之间。

5.如权利要求4所述的数据采集电路，其特征在于，所述第一线连接触点包括多个，所述第二线连接触点包括多个；

其中，每个采集芯片包括：

多个第一采集通道，所述多个第一采集通道布置在所述采集芯片的与第一线连接触点相对的一侧，每个第一采集通道分别连接到多个第一线连接触点中对应的一个第一线连接触点；

多个第二采集通道，所述多个第二采集通道布置在所述采集芯片的与第二线连接触点相对的一侧，每个第二采集通道分别连接到多个第二线连接触点中对应的一个第二线连接触点。

6.如权利要求1所述的数据采集电路，其特征在于，所述电池模块包括串联连接的多个单体电池电芯；

所述多个单体电池电芯中位于奇数位置的单体电池电芯连接到所述第一出线口；

所述多个单体电池电芯中位于偶数位置的单体电池电芯连接到所述第二出线口。

7.如权利要求1所述的数据采集电路，其特征在于，所述第一线连接触点和所述第二线连接触点由焊盘形成。

8.一种电池控制系统，其特征在于，所述电池控制系统包括电池模块和如权利要求1-7中的任一项所述的数据采集电路。

9.如权利要求8所述的电池控制系统，其特征在于，所述电池模块包括串联连接的多个单体电池电芯；

所述多个单体电池电芯中位于奇数位置的单体电池电芯连接到所述第一出线口；

所述多个单体电池电芯中位于偶数位置的单体电池电芯连接到所述第二出线口。

10.如权利要求9所述的电池控制系统，其特征在于，所述多个单体电池电芯在电池模块中并排布置，相邻的两个单体电池电芯同一端的极性相反。

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