CN218112410U - 一种多路功能信号复用电路 - Google Patents

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陈沿成
覃升
刘淑婷
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Abstract

本实用新型公开了一种多路功能信号复用电路。本实用新型的一种多路功能信号复用电路包括信号筛选模块、主控模块;信号筛选模块与主控模块电性连接;主控模块用于向信号筛选模块发出开关信号;信号筛选模块包括多个筛选电路;每个筛选电路的输入端分别用于接入表示不同功能的功能信号,每个筛选电路的输出端均相互连接;筛选电路包括开关模块;开关模块与筛选电路的输入端直接或间接电性连接,开关模块与主控模块电性连接;开关模块用于根据开关信号对筛选电路进行下电。本实用新型的有益效果在于,避免人工介入切换功能信号的弊端,可设定优先级执行相应的功能,减少执行相应功能的电路结构数量,提高BMS系统对多功能复杂任务的执行能力。

Description

一种多路功能信号复用电路
技术领域
本实用新型属于BMS电池管理系统的技术领域,具体涉及一种多路功能信号复用电路。
背景技术
目前,BMS电池管理系统作为汽车中特别是电动汽车的重要组成部分,面临着越来越复杂、越来越多样的功能任务需求。现有的BMS电池管理系统中,为了实现高压采样、电压电流采样、绝缘采样等功能,需要通过一个能处理发起相应功能请求的信号的电路,利用该电路唤醒与相应功能请求信号对应的功能电路单元或模块,例如高压采样单元、电压电流采样单元、绝缘采样单元,电容量监测模块等等。
现有的BMS系统执行对应功能所发起请求的方式一般为人工介入,通过人机界面或其他零部件产生一系列相应功能的功能信号给到对应的功能模块。当功能模块执行完毕后需要通过人工的方式停止功能信号的输入,从而对当前功能信号进行下电,例如,人工通过人机界面发起检测电池系统当前电容量的请求,由于传感器的采样分布设计,会有多个传感器对不同的电池模组进行检测,从而产生一系列同类型的功能信号给到计算电池系统电容量的功能模块。而为了让相应的功能信号能进入对应的功能模块,现有的BMS系统执行前述过程的电路结构只是简单地通过保护模块串联电阻再与功能模块连接,这种电路结构需要通过人工在人机界面介入的方式才能发出确认终止执行对应功能模块使功能信号下电,否则这个功能信号会一直占用这条电路或信号处理的端口。
另一方面,随着对BMS系统的任务需求量的不断提升,所产生的功能信号的数量也在不断的大幅度增加,为了处理这些功能信号,若只是在现有电路结构的基础上增加处理功能信号的功能模块、增加前述的电路结构,则会造成电路复杂度被极大的拉高,由于空间的限制还会加大电路板的设计难度,增加制造成本。另一方面,功能信号的下电依旧需要人工介入的方式,无法在对应功能模块执行动作完毕后自动下电。
实用新型内容
为了克服现有技术存在的缺陷与不足,本实用新型提供一种多路功能信号复用电路,以实现复用多路功能信号、自动下电、降低电路复杂度的效果。
为了达到上述目的,本实用新型采用以下技术方案:
一种多路功能信号复用电路,包括信号筛选模块、主控模块;
信号筛选模块与主控模块电性连接;主控模块用于向信号筛选模块发出开关信号;
信号筛选模块包括多个筛选电路;
每个筛选电路的输入端分别用于接入表示不同功能的功能信号,每个筛选电路的输出端均相互连接;
筛选电路包括开关模块;开关模块与筛选电路的输入端直接或间接电性连接,开关模块与主控模块电性连接;
开关模块用于根据开关信号对筛选电路进行下电。
优选地,多路功能信号复用电路包括复杂功能模块;
复杂功能模块设有一个输入端口,复杂功能模块的输入端口与每个筛选电路输出端的相互连接处进行电性连接。
进一步地,复杂功能模块包括功能信号识别模块、多个子功能模块;
功能信号识别模块设有一个输入端口,功能信号识别模块的输入端口与每个筛选电路输出端的相互连接处进行电性连接;
功能信号识别模块用于识别同一个输入端口所接入的表示不同功能的功能信号;
多个子功能模块分别与功能信号识别模块电性连接。
进一步地,多路功能信号复用电路还包括通信模块;
通信模块分别与复杂功能模块、主控模块连接;
复杂功能模块还设有第一通信接口;第一通信接口与子功能模块电性连接,第一通信接口用于与通信模块进行通信。
再进一步地,主控模块包括第二通信接口、控制单元、信号处理模块;
第二通信接口用于与通信模块进行通信;
控制单元分别与第二通信接口、信号处理模块电性连接;
信号处理模块与开关模块电性连接。
更进一步地,通信模块采用SPI总线通信的方式;
第一通信接口为SPI总线第一接口,第二通信接口为SPI总线第二接口。
优选地,筛选电路设有电平转换模块;
电平转换模块的输入端与筛选电路的输入端电性连接,同一个信号筛选模块中的每个电平转换模块的输出端均相互电性连接。
进一步地,开关模块与电平转换模块的输入端电性连接,并将连接处设为筛选电路的输入端;
或者开关模块与电平转换模块的输出端电性连接。
进一步地,筛选电路设有采样模块;采样模块的一端与筛选电路的输入端电性连接,另一端与主控模块电性连接。
优选地,筛选电路设有保护模块;保护模块的一端与筛选电路的输入端电性连接,另一端接地。
本实用新型与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
通过开关模块与主控模块的配合,使信号筛选模块能够将多个不同类型的功能信号处理后的输出连接到同一个输出端口,实现了多路复用的效果;通过信号筛选模块的多路复用与复杂功能模块的结合,使BMS系统在任务量和复杂度都大幅增加的情况下,无需对应大幅增加处理功能信号的电路,从而降低了BMS系统电路结构的复杂度、电路板设计难度,节约了电路板的空间,减少了制造成本;主控模块、开关模块、子功能模块三者的配合,在子功能模块执行完毕相应功能信号对应的动作后,具有自动转发该消息驱动开关模块对应断开该路功能信号的效果,实现了无人工介入的自动下电的功能;采样模块与主控模块、开关模块、子功能模块的配合,能够对功能信号的优先级区分,从而能够对不同子功能模块执行动作的先后顺序、不同路功能信号执行的先后顺序进行调度,对BMS系统的功能实现过程做进一步地管理。
附图说明
图1为本实用新型其中一种多路功能信号复用电路的系统结构框图;
图2为图1中筛选电路的电路结构原理图;
图3为本实用新型另一种多路功能信号复用电路的系统结构框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、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。
实施例1
在图1、图2和图3中,连线上的黑色圆点表示两条连线在此处相互连接;连线之外的六个连续的黑色圆点表示与上、下两部分结构相同或功能递进,但为方便图示而被省略的部分结构,连线出现交叉但没有黑色圆点的表示两条连线没有相互连接;箭头表示信号的去向;功能信号1至功能信号K的文字描述表示输入的功能信号对应第几种BMS电池管理系统的功能类型,不同的功能信号表示对应执行不同的功能。在本实施例中,优选将功能信号中的数字大小设定为对应功能信号的优先级,数字越小优先级越高。
如图1和图2所示,本实施例提供的一种多路功能信号复用电路,包括了主控模块、复杂功能模块、SPI通信模块、信号筛选模块。主控模块、复杂功能模块分别与信号筛选模块电性连接,主控模块、复杂功能模块之间通过SPI通信模块进行通信传递消息或数据。复杂功能模块中设有K个子功能模块。信号筛选模块内设有多个筛选电路。
如图1所示,信号筛选模块有K路(K为正整数)功能信号输入,子功能模块对应包括有第一至第K总共K个。每路功能信号输入对应的一个筛选电路,信号筛选模块内的筛选电路共有K个。每个筛选电路对应的子功能模块的具体功能可以均不相同或者部分相同,本实施例优选每个子功能模块均设置为采用高电平信号来激活相应功能的方式。不同功能的各路功能信号在输入信号筛选模块前,可以预先进行PWM调制使不同的功能信号具有不同的占空比,以实现对功能信号的区分。
如图1所示,复杂功能模块内设有功能信号识别模块,功能信号识别模块用于识别出所输入的功能信号所对应的执行功能的类型,再根据识别的结果启动对应的子功能模块。本实施例优选功能信号识别模块只单独设置一个输入端口与筛选电路电性连接。
如图1所示,复杂功能模块内设有多个所执行的功能不相同的子功能模块,每个子功能模块分别对应BMS电池管理系统中的某个具体功能,包括且不仅限于电压检测、电流检测、绝缘采样、电池容量监测、SOC计算、电流计算、能量均衡、电池组充放电、数据记录、温度检测、通讯控制、故障检测、电机调速、换挡制动等。本实施优选复杂功能模块内的子功能模块包括从第一功能模块至第K功能模块的总共K个,总共能处理K种BMS电池管理系统中不同功能。每个子功能模块分别与功能信号识别模块电性连接。
如图1所示,本实施例中的保护模块、采样模块、开关模块、电平转换模块,保护模块和开关模块均共同接入功能信号、接地,采样模块一端接入功能信号另一端接入主控模块,开关模块一端连接电平转换模块输入端另一端接地,且开关模块还与主控模块连接,信号筛选模块的所有电平转换模块的输出端还连接到一起。
如图2所示,本实施例中的保护模块、采样模块、开关模块、电平转换模块所组成的具体筛选电路结构如下:
(1)筛选电路在输入侧引出一条连线做为输入端,接收功能信号,然后连接电阻R3的一端;
(2)保护模块为一个双向TVS管T1,双向TVS管T1的一端连接筛选电路的输入端,另一端接地,双向TVS管T1的一端还与电阻R3的一端连接;双向TVS管T1在外部异常浪涌进入电路后,将外部异常浪涌钳位到安全范围内,输出稳定的电平,保护后级电路;
(3)电阻R3的另一端设为接入点A,接入点A分别连接采样模块和电阻R4的一端,电阻R4的另一端设为接入点B,接入点B分别与开关模块、电平转换模块连接;
(4)采样模块包括电阻R10、电阻R11、电容C1,电阻R10的一端连接接入点A实现接入功能信号的效果,另一端分别连接电阻R11的一端、电容C1的一端,电阻R11的另一端与电容C1的另一端相互连接后接地,电容C1的一端连接主控模块,采样模块对功能信号进行分压和滤波后形成采样信号输入到主控模块;
(5)开关模块包括电阻R1、电阻R2、NPN型三极管Q3,NPN型三极管Q3的集电极连接到接入点B,发射极接地,基极连接电阻R2的一端,电阻R2的另一端连接到主控模块,用于接收主控模块发来的下电的开关信号,NPN型三极管Q3的基极和发射之间还并联有电阻R1;本实施例优选NPN型三极管Q3的常态为基极处于高电平的导通状态,从而实现在常态下断开功能信号的传输到复杂功能模块的效果,仅在主控模块不再发来下电的开关信号时NPN型三极管Q3处于截止状态不再将功能信号引向信号地从而接通筛选电路;本实施例的NPN型三极管Q3还可以替换为N型MOS管,N型MOS管的栅极连接电阻R2的一端,漏极连接到接入点B,源极接地,电阻R1并联在栅极和源极之间;
(6)电平转换模块包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2,电阻R5的一端连接到接入点B,电阻R5的另一端分别连接NPN型三极管Q1的基极、电阻R6的一端,电阻R6的另一端接地,NPN型三极管Q1的发射极接地,NPN型三极管Q1的集电极与电阻R8的一端连接,电阻R8的另一端与PNP型三极管Q2的基极连接,PNP型三极管Q2的发射极连接到电源Vdd,PNP型三极管Q2的发射极和基极之间还并联电阻R7,PNP型三极管Q2的集电极末端设为接入点C,从接入点C引出一条连线连接功能信号识别模块的输入端口,由功能信号识别模块向子功能模块发送与相应功能信号对应的筛选信号,PNP型三极管Q2的集电极连接电阻R9的一端,电阻R9的另一端接地;本实施例的NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2还可分别替换为N型MOS管、P型MOS管,N型MOS管的栅极连接电阻R5、漏极连接电阻R8、源极接地,P型MOS管的栅极连接电阻R7、漏极连接电阻R9、源极接电源Vdd;本实施例的电平转换模块可以将功能信号的电平拉到高位并不影响信号的占空比;
(7)本实施例优选在电平转换模块输出筛选信号接入子功能模块前,先经过一个二极管D1,二极管D1的正极连接到接入点C,负极与其他筛选电路的最后输出端连接到同一个汇集点后,再从该汇集点引出一条连线接入到功能信号识别模块的单一输入端口进行信号识别,从而实现高电平信号才能触发复杂功能模块执行对应功能动作的效果。
如图1所示,复杂功能模块除了K个子功能模块外,还包括一个SPI总线第一接口。SPI总线第一接口分别与每个子功能模块电性连接,用于接收子功能模块执行完毕对应功能的动作的消息或接收相应的数据,然后将消息或数据发送到SPI通信模块,子功能模块所产生的消息带有其所对应执行的功能的标签,该标签可采用比特流编码定义的方式。SPI通信模块与SPI总线第一接口之间采用有线连接的方式,SPI通信模块用于转发前述的消息或数据。在其他的实施方式中,SPI通信模块还可以替换为无线通信的方式。
如图1所示,主控模块包括了SPI总线第二接口、采样信号处理模块、开关信号处理模块、MCU控制单元。SPI总线第二接口与SPI通信模块采用有线连接的方式,用于接收复杂功能模块产生的消息或数据。MCU控制单元用于对接收到的信号,接收到的消息或数据进行处理,再根据处理结果发出对应的开关信号给到相应的信号筛选模块。本实施例优选MCU控制单元具体由MCU芯片及其外围电路组成,在本实施例中可根据实际需求设计MCU控制单元中的MCU芯片及其外围电路结构。MCU控制单元分别与SPI总线第二接口、采样信号处理模块、开关信号处理模块电性连接。采样信号处理模块、开关信号处理模块分别与每个采样模块、开关模块均电性连接,用于传递下电的开关信号到开关模块、接收采样信号。本实施例优选通过引脚关联定义的方式来确定信号筛选模块中采样模块所采样的功能信号的优先级,或者采用比特流编码定义的方式确定功能信号的优先级,或者采用根据占空比大小的方式确定功能信号的优先级。
本实施例在运作时,信号筛选模块在收到执行某一功能的功能信号后,多路筛选电路的多个采样模块向MCU控制单元发送采样信号,功能信号识别模块用于识别筛选信号所对应的功能类型,MCU控制单元根据预先设定的功能信号优先级发送控制多个开关模块依据优先级的通断状态的开关信号,使子功能模块按照优先级依次执行相应功能信号的对应功能的动作,子功能模块在执行完毕后发送执行完毕的消息到MCU控制单元,MCU控制单元在收到消息后将对应的那一路筛选电路下电,然后执行下一个优先级的功能信号。
本实施例相比现有技术,其有益效果在于:
能够将多个表示不同功能类型的功能信号的输出连接到同一个输出端口,实现了多路复用的效果;在任务量和复杂度都大幅增加的情况下,无需为每路功能信号都设置对应的子功能模块或功能电路,降低了BMS系统电路结构的复杂度、电路板设计难度,节约了电路板的空间,减少了制造成本;具有自动转发该消息驱动开关模块对应断开该路功能信号的效果,实现了无人工介入的自动下电的功能;实现了对功能信号的优先级区分,从而能够对不同子功能模块执行动作的先后顺序、不同路功能信号执行的先后顺序进行调度,对BMS系统的功能实现过程进行进一步地管理。
实施例2
如图3所示,本实施例的一种多路功能信号复用电路,包括了信号筛选模块、复杂功能模块、无线通信模块、主控模块。信号筛选模块用于处理功能信号,复杂功能模块用于执行BMS系统中各类具体的功能,主控模块用于控制信号筛选模块的工作状态。
如图3所示,信号筛选模块分别与复杂功能模块、主控模块电性连接。复杂功能模块、主控模块之间通过无线通信模块进行无线通信,以实现消息传递和数据交互。信号筛选模块内包含N路筛选电路。
信号筛选模块内的每路筛选电路均包括保护模块、采样模块、开关模块、电平转换模块,筛选电路在输入侧设有一条引线作为筛选电路的输入端以便接收功能信号。
保护模块的一端与筛选电路的输入端电性连接,另一端接地。保护模块用于保护后级电路,将外部异常浪涌电流钳位到安全范围内。
采样模块的一端与筛选电路的输入端电性连接,另一端与主控模块电性连接。采样模块用于将相应的功能信号采样后发送到主控模块,供主控模块进行比较优先级和确定哪路功能信号被执行或占用。
电平转换模块除去接入电源Vdd和接地这两处外,信号筛选模块中所有电平转换模块的输入端分别接入对应的功能信号,输出端则均相互连接到同一个电势点上,在具体空间连线上表现为全部连线均连接到同一个汇集点。信号筛选模块中全部电平转换模块的输出端均相互连接道同一个汇集点后,在该汇集点引出一条连线再与复杂功能模块的其中一个输入端口电性连接。电平转换模块用于将较高或较低的功能信号的电平转换到符合复杂功能模块对应输入端口要求的电平。
开关模块的一端连接在电平转换模块输出端到达汇集点之前的位置,另一端接地,开关模块还与主控模块电性连接。开关模块用于接通或断开相应功能信号的传输路径,本实施例优选开关模块在常态下为接通的模式。
结合图2和图3所示,本实施例电平转换模块和开关模块的具体电路结构组成可以采用实施例1中的电路结构,只需将连接在接入点B的开关模块移动连接到接入点C即可。
结合图3所示,本实施例的复杂功能模块,可以采用与实施例1中相同或类似的功能模块组成,在其他实施方式中还可以增加数字信号处理模块,进一步对所发出的消息或数据进行处理后再接入无线通信模块。
结合图3所示,本实施例的保护模块、电平转换模块、采样模块的具体电路结构,可以采用与实施例1中相同或类似的电路结构,也可根据实际所处理的功能信号的类型结合所需的电路参数进行设计。
结合图3所示,本实施例的主控模块的具体电路组成,可以采用与实施例1相同或类似的以MCU控制单元为主体的结构设计,也可以根据实际需求采用其他类型的嵌入式单片型计算机或可编程逻辑器件或微型计算机等。本实施例优选主控模块预先设定了N路功能信号的优先级,具体采用对应采样模块的引脚关联定义方式,每个采样模块对应不同的功能信号优先级。
结合图3所示,无线通信模块具体可以采用蓝牙、ZigBee、Thread、FSO、WiFi等无线通信方式。通信模块除了可以是无线通信模块外,在其他实施方式中也可以替换为有线通信模块,如在汽车行业成熟的CAN总线通信模块等。
本实施例在运作时,信号筛选模块接收到多路功能类型不相同的功能信号,多路功能信号分别在对应的筛选电路上进行处理,功能信号输入信号筛选模块后,采样模块将采集到的功能信号发送到主控模块,主控模块根据接收到的多路功能信号的优先级,发出开关信号控制对应筛选电路的开关模块接通筛选电路,然后该路功能信号经过开关模块和电平转换模块后形成筛选信号,筛选信号被输入复杂功能模块的其中一个输入端口,驱动复杂功能模块执行对应功能的动作,复杂功能模块执行完毕后发送执行完毕的消息,由无线通信模块将消息转发到主控模块,主控模块根据消息发送开关信号让对应的开关模块断开功能信号的传输路径,使筛选电路自动下电,接着按照前述的过程执行下一个优先级的功能信号。
本实施例相比现有技术,其有益效果在于:
实现了不同类型的多个功能信号复用到复杂功能模块同一个输入端口的效果;在任务量和复杂度都大幅增加的情况下也无需大幅增加功能电路,降低了BMS系统电路结构的复杂度、电路板设计难度,节约了电路板的空间,减少了制造成本;实现了无人工介入的自动下电的功能。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式,但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的该变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多路功能信号复用电路,其特征在于,包括信号筛选模块、主控模块;
所述信号筛选模块与主控模块电性连接;所述主控模块用于向信号筛选模块发出开关信号;
信号筛选模块包括多个筛选电路;
每个所述筛选电路的输入端分别用于接入表示不同功能的功能信号,每个筛选电路的输出端均相互连接;
筛选电路包括开关模块;所述开关模块与筛选电路的输入端直接或间接电性连接,开关模块与主控模块电性连接;
开关模块用于根据开关信号对筛选电路进行下电。
2.根据权利要求1所述多路功能信号复用电路,其特征在于,多路功能信号复用电路包括复杂功能模块;
所述复杂功能模块设有一个输入端口,复杂功能模块的输入端口与每个筛选电路输出端的相互连接处进行电性连接。
3.根据权利要求2所述多路功能信号复用电路,其特征在于,复杂功能模块包括功能信号识别模块、多个子功能模块;
所述功能信号识别模块设有一个输入端口,功能信号识别模块的输入端口与每个筛选电路输出端的相互连接处进行电性连接;
功能信号识别模块用于识别同一个输入端口所接入的表示不同功能的功能信号;
所述多个子功能模块分别与功能信号识别模块电性连接。
4.根据权利要求2所述多路功能信号复用电路,其特征在于,多路功能信号复用电路还包括通信模块;
所述通信模块分别与复杂功能模块、主控模块连接;
复杂功能模块还设有第一通信接口;所述第一通信接口与子功能模块电性连接,第一通信接口用于与通信模块进行通信。
5.根据权利要求4所述多路功能信号复用电路,其特征在于,主控模块包括第二通信接口、控制单元、信号处理模块;
所述第二通信接口用于与通信模块进行通信;
所述控制单元分别与第二通信接口、所述信号处理模块电性连接;
信号处理模块与开关模块电性连接。
6.根据权利要求5所述多路功能信号复用电路,其特征在于,通信模块采用SPI总线通信的方式;
第一通信接口为SPI总线第一接口,第二通信接口为SPI总线第二接口。
7.根据权利要求1所述多路功能信号复用电路,其特征在于,筛选电路设有电平转换模块;
所述电平转换模块的输入端与筛选电路的输入端电性连接,同一个信号筛选模块中的每个电平转换模块的输出端均相互电性连接。
8.根据权利要求7所述多路功能信号复用电路,其特征在于,开关模块与电平转换模块的输入端电性连接,并将连接处设为筛选电路的输入端;
或者开关模块与电平转换模块的输出端电性连接。
9.根据权利要求7所述多路功能信号复用电路,其特征在于,筛选电路设有采样模块;所述采样模块的一端与筛选电路的输入端电性连接,另一端与主控模块电性连接。
10.根据权利要求1-9中任一项所述多路功能信号复用电路,其特征在于,筛选电路设有保护模块;所述保护模块的一端与筛选电路的输入端电性连接,另一端接地。
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