CN220626506U - 一种非接触式的电芯采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电子电路技术领域，具体为一种非接触式的电芯采样电路，包括电机DC‑DC压缩机串联连接若干个电芯构成驱动车辆的高压回路，所述电芯通过采样线一一对应地连接有采样芯片构成采样芯片连接电路，其中，高压回路和采样芯片连接电路通过通信总线直接连接有主控制器，所述采样芯片连接电路的采样工作过程分为采样电路和电流产生电路；该非接触式的电芯采样电路中，通过在新能源电车的电池系统中，在电芯上采用非接触式连接的采样芯片结构，并且通过主控制器连接总线直接连接采样芯片进行直接通信，实现了隔离式电芯的电压采集和避免电芯干扰和浪涌脉冲损坏采样芯片功能，保护了采样芯片的使用寿命和提高了采样效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，具体涉及一种非接触式的电芯采样电路。
背景技术
现今新能源汽车行业日新月异，技术快速发展，新能源电池系统装机量快速上升，该电池系统主要由电芯、结构件、线束、热管理组件、电气组件和BMS部分构成，是车辆的动力来源，为车辆提供动力并保证车辆的性能；若电池系统故障则直接影响车辆的安全行驶，为保证电池系统的稳定运行，需要实时检测电芯关键参数的电压状态；由于新能源汽车快速发展，电化学电芯装机量不断增加，电芯采样芯片使用量也随之攀升。现有电芯采样电路的采样芯片通过线束连接到电芯正负极两端，直接使用模数转换模块进行电压采样，得到电芯电压数字量，采样芯片和高压回路直接连接，但是汽车运行工况复杂，高压部件较多，在运行过程中存在较多干扰，在急加速和紧急制动过程中产生高压浪涌，直接连接在电芯上的采样芯片容易被损坏。
目前的电芯采样芯片是直接连接在电芯两端，进行电压采集，这样高压回路上的干扰信号和浪涌脉冲就会通过线束进入芯片采样电路，且数据传输需隔离，如果干扰和浪涌超过一定限值，就会影响采集精度和导致损坏芯片的缺陷；
针对传统方案的不足，本发明的目的是提供一种非接触式的电芯采样电路，在能实现电芯的采集功能，还能避免干扰和浪涌脉冲损坏芯片。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种非接触式的电芯采样电路，以解决上述背景技术中提到的技术问题。
为了实现上述目的，本实用新型公开了一种非接触式的电芯采样电路，包括电机DC-DC压缩机串联连接若干个电芯构成驱动车辆的高压回路，所述电芯通过采样线一一对应地连接有采样芯片构成采样芯片连接电路，其中，高压回路和采样芯片连接电路通过通信总线直接连接有主控制器。
可选地，所述采样芯片连接电路的采样工作过程分为采样电路和电流产生电路，所述采样电路包括内置霍尔模块、数据采集转换模块、通信模块和通信接口且串联连接通信总线形成的采样芯片，且所述采样芯片上依次连接有第一电源、GPIO控制接口和接地端，其中，所述霍尔模块、数据采集转换模块、通信模块和通信总线是通过通信接口进行串口连接；所述电流产生电路包括开关、第一电阻和第二电阻串联连接，以及与第一电阻并联连接的电容形成的电芯。
可选地，所述电芯上的开关和采样芯片上的GPIO控制接口之间串联相连有第二电源构成采样芯片电路，用于采用隔离不接触式的方式，通过U1芯片对电芯直接采样。
可选地，所述采样芯片上的GPIO控制接口控制闭合开关，导通电芯连接第一电阻和第二电阻的回路，且回路有电流通过，则电容串联连接第二电阻构成滤波电路，用于保持开关瞬间的电流稳定及滤除电芯上的干扰；其中开关使用隔离光耦，用于实现高低压之间的电气和信号隔离，可作为均衡开关，当所采集电芯电压偏高时，增加开关闭合时间，电压偏低式，减少开关闭合时间。
可选地，所述霍尔模块能感应并采集电芯内稳定电流后的稳定电压，采集后的电压信号通过数据采集转换模块进行数据处理，并通过通信模块发送出去，所述主控制器通过所述通信总线得到数据并计算所述电芯的电压，其计算公式为Vcell＝kVa(R1+R2)，式中，Vcell是电芯电压，k为霍尔模块转换系数，R1，R2为电流产生电阻阻值，阻值依据霍尔模块采样范围进行选择。
可选地，所述采样芯片是采用霍尔效应原理，感应所述电芯并采集通过所述采样芯片的电流，再通过所述通信总线发送出去到所述主控制器，用于所述采样芯片不用直接连接到高压部分，实现一对一单个所述电芯采集，与所述主控制器直接通信，且通信信号不需要进行隔离。
可选地，所述电芯的脉冲信号和干扰噪声信号不能传输到达所述采样芯片，用于保护采样芯片不被损伤，所述主控制器通过通信总线与采样芯片直接通信，不需要使用隔离通信，用于简化电路结构，提高通信效率，以及降低电路电子元件成本和功耗。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、该非接触式的电芯采样电路中，通过在新能源电车的电池系统中，在电芯上采用非接触式连接的采样芯片结构，并且通过主控制器连接总线直接连接采样芯片进行直接通信，实现了隔离式电芯的电压采集和避免电芯干扰和浪涌脉冲损坏采样芯片功能，保护了采样芯片的使用寿命和提高了采样效率。
附图说明
图1为本实用新型非接触式的电芯采样电路的芯片连接结构示意图。
图2为本实用新型的非接触式的电芯采样电路结构示意图。
附图标记为：1、电机DC-DC压缩机；2、通信总线；3、主控制器；4、采样芯片；5、电芯；6、霍尔模块；7、数据采集转换模块；8、第一电源；9、通信模块；10、通信接口；11、GPIO控制接口；12、接地端；13、开关；14、第二电源；15、电容；16、第一电阻；17、第二电阻。
具体实施方式
下面通过具体实施例进行详细阐述，说明本实用新型的技术方案。
参照图1所示，本实用新型公开了一种非接触式的电芯采样电路结构，包括电机DC-DC压缩机1串联连接若干个电芯5构成驱动车辆的高压回路，电芯5通过采样线一一对应地连接有采样芯片4构成采样芯片连接电路，其中，高压回路和采样芯片连接电路通过通信总线2直接连接有主控制器3。
优选地，采样芯片连接电路的采样工作过程分为采样电路和电流产生电路，采样电路包括内置霍尔模块6、数据采集转换模块7、通信模块9和通信接口10且串联连接通信总线2形成的采样芯片4，且采样芯片4上依次连接有第一电源8、GPIO控制接口11和接地端12，其中，霍尔模块6、数据采集转换模块7、通信模块9和通信总线2是通过通信接口10进行串口连接；电流产生电路包括开关13、第一电阻16和第二电阻17串联连接，以及与第一电阻16并联连接的电容15构成的电芯。
优选地，电芯5上的开关13和U1芯片上的GPIO控制接口11之间串联相连有第二电源14构成采样芯片电路，用于采用隔离不接触式的方式，即采样芯片4非接触式采样电芯5。
优选地，采样芯片4上的GPIO控制接口11控制闭合开关13，导通电芯5连接第一电阻16和第二电阻17的回路，且回路有电流通过，则电容15串联连接第二电阻17构成滤波电路，用于保持开关瞬间的电流稳定及滤除电芯上的干扰；其中开关13使用隔离光耦，用于实现高低压之间的电气和信号隔离，可作为均衡开关，当所采集电芯电压偏高时，增加开关13闭合时间，电压偏低式，减少开关13闭合时间，以实现均衡功能。
优选地，霍尔模块6能感应并采集电芯5内稳定电流后的稳定电压，采集后的电压信号通过数据采集转换模块7进行数据处理，并通过通信模块9发送出去，主控制器3通过通信总线2得到数据并计算电芯5的电压，其计算公式为Vcell＝kVa(R1+R2)，式中，Vcell是电芯电压，k为霍尔模块转换系数，R1，R2为电流产生电阻阻值，阻值依据霍尔模块采样范围进行选择。
优选地，采样芯片4是采用霍尔效应原理，感应电芯5并采集通过采样芯片4的电流，再通过通信总线2发送出去到主控制器3，用于采样芯片4不用直接连接到高压部分，实现一对一单个电芯5采集，与主控制器3直接通信，且通信信号不需要进行隔离，其中，所述霍尔效应是基于洛伦兹力的物理现象，当电流通过载流导体时，垂直于电流方向的磁场会在导体两侧产生电势差，通过测量该电势差来间接测量电流大小。
优选地，电芯5的脉冲信号和干扰噪声信号不能传输到达采样芯片4，用于保护采样芯片4不被损伤，主控制器3通过通信总线2与采样芯片4直接通信，不需要使用隔离通信，用于简化电路结构，提高通信效率，以及降低电路电子元件成本和功耗。
工作原理：当采样芯片在电路中进行采电压工作过程时，通过采样芯片4的GPIO控制接口控制闭合开关13，此时电芯5与第一电阻16,第二电阻17组成的回路导通，有电流通过，其中15,第二电阻17组成滤波电路，保持开关瞬间的电流稳定及滤除电芯上的干扰；其中开关13使用隔离光耦实现高低压之间的隔离，也可作为均衡开关，当所采集电芯5电压偏高时，增加开关13闭合时间，电压偏低式，减少开关13闭合时间，即可实现均衡功能；
电芯5通过第一电阻16,第二电阻17生产了电流，且该电流产生了磁场，根据霍尔效应的原理，当磁场通过霍尔模块6时，霍尔模块6中移动的电荷受到磁场洛伦兹力作用，电荷偏移之后，就会形成电场，电荷同时会受到电场力，这个力正好与洛伦兹力方向相反，阻碍其移动，电场力与洛伦兹力平衡；霍尔模块6两侧出现稳定的电势差为霍尔电压，调整电路负责调整霍尔模块6中通过的电流，使其输出电压能够被采集；当霍尔电压稳定后，此时数据采集转环模块7进行电压采集，并将采集到的电压数据通过通信模块9发送出去，因数据采集转环模块7与电芯5无接触，因此处于低压区域，能直接与主控制器3通信，不需要隔离，最后主控制器3通过通信总线2得到数据并计算电芯5的电压即可。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于限制实用新型，凡在本实用新型的设计构思之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种非接触式的电芯采样电路，其特征在于：包括电机DC-DC压缩机(1)串联连接若干个电芯(5)构成驱动车辆的高压回路，所述电芯(5)通过采样线一一对应地连接有采样芯片(4)构成采样芯片连接电路，其中，高压回路和采样芯片连接电路通过通信总线(2)直接连接有主控制器(3)。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式的电芯采样电路，其特征在于：所述采样芯片连接电路的采样工作过程分为采样电路和电流产生电路，所述采样电路包括内置霍尔模块(6)、数据采集转换模块(7)、通信模块(9)和通信接口(10)且串联连接通信总线(2)形成的采样芯片(4)，且所述采样芯片(4)上依次连接有第一电源(8)、GPIO控制接口(11)和接地端(12)；所述电流产生电路包括开关(13)、第一电阻(16)和第二电阻(17)串联连接，以及与第一电阻(16)并联连接的电容(15)形成的电芯(5)。
3.根据权利要求2所述的一种非接触式的电芯采样电路，其特征在于：所述电芯(5)上的开关(13)和所述采样芯片(4)上的GPIO控制接口(11)之间串联相连有第二电源(14)构成采样芯片电路。
4.根据权利要求3所述的一种非接触式的电芯采样电路，其特征在于：所述采样芯片(4)上的GPIO控制接口(11)控制闭合开关(13)，导通电芯(5)连接第一电阻(16)和第二电阻(17)的回路，且回路有电流通过，则所述电容(15)串联连接第二电阻(17)构成滤波电路；其中所述开关(13)使用隔离光耦。
5.根据权利要求3所述的一种非接触式的电芯采样电路，其特征在于：所述霍尔模块(6)能感应并采集电芯(5)内稳定电流后的稳定电压，采集后的电压信号通过数据采集转换模块(7)进行数据处理，并通过通信模块(9)发送出去，所述主控制器(3)通过所述通信总线(2)得到数据并计算所述电芯(5)的电压，其计算公式为Vcell＝kVa(R1+R2)，式中，Vcell是电芯电压，k为霍尔模块转换系数，R1，R2为电流产生电阻阻值，阻值依据霍尔模块采样范围进行选择。
6.根据权利要求3所述的一种非接触式的电芯采样电路，其特征在于：所述采样芯片(4)是采用霍尔效应原理，感应所述电芯(5)并采集通过所述采样芯片(4)的电流，再通过所述通信总线(2)发送出去到所述主控制器(3)。
7.根据权利要求5所述的一种非接触式的电芯采样电路，其特征在于：所述电芯(5)的脉冲信号和干扰噪声信号不能传输到达所述采样芯片(4)，用于保护采样芯片(4)不被损伤，所述主控制器(3)通过通信总线(2)与采样芯片(4)直接通信，不需要使用隔离通信。
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