一種電池組電壓監控系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電壓監控領域，具體涉及一種電池組電壓監控系統，所述電池組由一個或多個電池模組串聯組成，所述電池模組由多個單體電池組成，所述電壓監控系統包括：與所述電池組中電池模組一一對應連接的電壓監控模塊、第一隔離模塊、與所述第一隔離模塊連接的微控制器；不同電壓監控模塊之間通過硬線連接，用于監控電池組中所有單體電池；所述第一隔離模塊分別與所述微控制器、與所述電池組負極連接的電壓監控模塊電連接，用于將所述微控制器與所有所述電壓監控模塊的信號隔離；所述微控制器用于獲取所述第一隔離模塊的信息，以監控電池組中單體電池是否故障，通過本實用新型，提高了電池組單體電池充電或放電的安全性。
【專利說明】
一種電池組電壓監控系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及電壓監控領域，具體涉及一種電池組電壓監控系統。
【背景技術】
[0002]隨著傳統能源的日益枯竭，環境污染的日益嚴重，國家提出了節能減排、發展低碳經濟的策略，電池由于其在應用過程中具有方便快捷、可循環利用等特性而得到廣泛應用。在應用過程中，為了獲得大功率、大容量，需要將單體電池以串并聯方式組成電池組。
[0003]為了確保電池組能夠正常工作，需要電池管理系統實時對電池組進行統一監控，其中一個監控環節就是對電池組中各個單體電池電壓的監控，需要實時采集各個單體電池的電壓值，對各個單體電池的性能進行判斷。
[0004]現有技術方案是通過單體電壓采集芯片對單體電池進行監控，例如，目前單體電池電壓采集芯片可以采集6串、8串、10串、12串或16串單體電池，通過單體電壓采集芯片將單體電壓反饋到電池管理系統的主控模塊，主控模塊識別到單體電池電壓信息后，通過軟件將單體電池電壓與規定的正常單體電壓閾值進行比較，從而判斷出是否有單體電池電壓信息異常的問題。對于此種監控，一旦主控模塊軟件失效，將無法判斷單體電池電壓信息是否異常，那么在整車電池包進行充電或放電過程中，就有可能會出現單體電池電壓的采集芯片的過充電或者過放電，以致影響到電池組的安全性。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型提供了一種電池組電壓監控系統，通過硬件手段或軟硬結合的手段檢測電池組單體電池的過壓或欠壓故障，以提高電池組單體電池充電或放電的安全性。
[0006]為實現上述目的，本實用新型提供了如下技術方案:
[0007]—種電池組電壓監控系統，所述電池組由一個或多個電池模組串聯組成，所述電池模組由多個單體電池組成，所述電壓監控系統包括:
[0008]與所述電池組中電池模組一一對應連接的電壓監控模塊、第一隔離模塊、與所述第一隔離模塊連接的微控制器；
[0009]不同電壓監控模塊之間通過硬線連接，用于監控電池組中所有單體電池；
[0010]所述第一隔離模塊分別與所述微控制器、與所述電池組負極連接的電壓監控模塊電連接，用于將所述微控制器與所有所述電壓監控模塊的信號隔離；
[0011 ]所述微控制器用于獲取所述第一隔離模塊的信息，以監控電池組中單體電池是否故障。
[0012]優選地，所述電壓監控模塊包括:
[0013]多路選擇開關、第一分壓電路、第二分壓電路、第一比較器、第二比較器、第一二極管、第二二極管以及或門電路；
[0014]所述電壓監控模塊具有位于所述或門電路上的信號輸入端口、信號輸出端口；
[0015]所述多路選擇開關連接在電池模組與所述第一分壓電路之間，用于分時選擇電池模組中單體電池；
[0016]第一分壓電路與第二分壓電路，分別將單體電池電壓和參考電壓進行分壓，第一分壓電路具有第一分壓點和第二分壓點的電壓，第二分壓電路具有第三分壓點和第四分壓點的電壓；
[0017]第一比較器，其正、負輸入端分別接第一分壓點和第三分壓點；
[0018]第二比較器，其正、負輸入端分別接第四分壓點和第二分壓點；
[0019]第一二極管正極與第一電壓比較器輸出端連接；
[0020]第二二極管正極與第二電壓比較器輸出端連接；
[0021]所述或門電路分別與第一二極管負極、第二二極管負極連接，以將所述第一二極管、第二二極管輸出的結果與所述信號輸入端口的信號進行或運算，并將或運算后的結果通過所述信號輸出端口輸出給下一個電壓監控模塊。
[0022]優選地，所述電壓監控模塊為MAX17880芯片。
[0023]優選地，還包括:
[0024]與所述微控制器通過CAN總線連接的整車控制器；
[0025]所述整車控制器用于根據所述微控制器發送的單體電池的故障情況，控制高壓繼電器。
[0026]優選地，還包括:
[0027]與所述電池組中電池模組一一對應連接的電壓采集模塊、第二隔離模塊;其中，不同所述電壓采集模塊之間通過I2C串口總線通信；
[0028]所述第二隔離模塊分別與所述微控制器、與所述電池組負極連接的電壓采集模塊電連接，用于將所述微控制器與所有所述電壓采集模塊的信號隔離；
[0029]所述微控制器用于獲取所述第二隔離模塊的信息，對所述第二隔離模塊的信息進行分析處理，通過所述第二隔離模塊的信息與所述第一隔離模塊的信息進行校驗，確定電池組中所有單體電池的故障。
[0030]本實用新型的有益效果在于:
[0031]本實用新型提供的電池組電壓監控系統，通過電壓監控模塊監控電池組中各個單體電池，并將監控結果通過第一隔離模塊傳送給微控制器，微控制器獲取第一隔離模塊的信息，以監控電池組中單體電池是否故障，當電池組中任意一個單體電池有欠壓或過壓故障時，本實用新型均可以通過硬件手段監控到單體電池故障，從而提高了電池組充電或放電的安全性。
【附圖說明】
[0032]圖1是本實用新型實施例電池組電壓監控系統的一種結構示意圖。
[0033]圖2是本實用新型實施例中電壓監控模塊的一種結構示意圖。
[0034]圖3是本實用新型實施例電池組電壓監控系統的另一種結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]為了使本領域技術人員能更進一步了解本實用新型的特征及技術內容，下面結合附圖和實施方式對本實用新型實施例作詳細說明。
[0036]針對現有技術中單體電池電壓信息異常的軟件檢測失效或者不準確的問題，本實用新型提供了一種電池組電壓監控系統，通過本系統提高了電池組充電或放電的安全性，該電壓監控系統中，電池組由一個或多個電池模組串聯組成，所述電池模組由多個單體電池組成，該電壓監控系統包括:
[0037]與所述電池組中電池模組一一對應連接的電壓監控模塊、第一隔離模塊、與所述第一隔離模塊連接的微控制器;不同電壓監控模塊之間通過硬線連接，用于監控電池組中所有單體電池;所述第一隔離模塊分別與所述微控制器、與所述電池組負極連接的電壓監控模塊電連接，用于將所述微控制器與所有所述電壓監控模塊的信號隔離;所述微控制器用于獲取所述第一隔離模塊的信息，以監控電池組中單體電池是否故障。
[0038]具體地，單體電池的故障具體為單體電池的欠壓或過壓故障。
[0039]如圖1所示，是本實用新型實施例電池組電壓監控系統的一種結構示意圖，圖1中，電池組由電池模組I至電池模組η串聯組成，所述電池模組由多個單體電池組成，該電壓監控系統包括:
[0040]與電池組中電池模組一一對應連接的電壓監控模塊(監控模塊I至監控模塊η)、第一隔離模塊、與所述第一隔離模塊連接的微控制器;不同電壓監控模塊之間通過硬線連接，用于監控電池組中所有單體電池;所述第一隔離模塊分別與所述微控制器、與所述電池組負極連接的電壓監控模塊電連接，用于將所述微控制器與所有所述電壓監控模塊的信號隔離;所述微控制器用于獲取所述第一隔離模塊的信息，以監控電池組中單體電池是否過壓或者欠壓。
[0041]需要說明的是，電池組具有總正極與總負極，并且在電池組的內部具有維修開關，而本實施例中提到的電池組負極、監控模塊I至監控模塊η的負極即為圖1或圖2中的總負極。
[0042]監控模塊I至監控模塊η是為實現單體電壓故障狀態的檢測及反饋作用，其中，每一個監控模塊檢測到單體電池有過壓或欠壓時，都會通過信號輸出端口向與它連接的監控模塊的信號輸入端口傳送故障電平信號。
[0043]具體地，每個電壓監控模塊均包括:多路選擇開關、第一分壓電路、第二分壓電路、第一比較器、第二比較器、第一二極管、第二二極管以及或門電路。
[0044]所述電壓監控模塊具有位于所述或門電路上的信號輸入端口、信號輸出端口。
[0045]所述多路選擇開關連接在電池模組與所述第一分壓電路之間，用于分時選擇電池模組中單體電池。
[0046]第一分壓電路與第二分壓電路，分別將單體電池電壓和參考電壓進行分壓，第一分壓電路具有第一分壓點和第二分壓點的電壓，第二分壓電路具有第三分壓點和第四分壓點的電壓;第一比較器，其正、負輸入端分別接第一分壓點和第三分壓點；第二比較器，其正、負輸入端分別接第四分壓點和第二分壓點。
[0047]第一二極管正極與第一比較器輸出端連接;第二二極管正極與第二比較器輸出端連接。
[0048]所述或門電路分別與第一二極管負極、第二二極管負極連接，以將所述第一二極管、第二二極管輸出的結果與所述信號輸入端口的信號進行或運算，并將或運算后的結果通過所述信號輸出端口輸出給下一個電壓監控模塊。
[0049]如圖2是本實用新型實施例中電壓監控模塊的一種結構示意圖，在電壓監控模塊中，每路單體電池(CELLO至CELL12中任意一個)均會通過多路分選開關分時引入，以檢測并判斷是否有過壓或欠壓狀態。
[0050]第一分壓電路包括第一電阻Rl、第二電阻R2和第三電阻R3，第一分壓點的電壓為第二電阻R2和第三電阻R3所分的電壓，第二分壓點的電壓為第三電阻R3所分的電壓。
[0051]第二分壓電路的輸入電壓端接參考電壓VREFI，包括第四電阻RJ1、第五電阻RJ2和第六電阻RJ3，第三分壓點的電壓為第五電阻RJ2和第六電阻RJ3所分的電壓，第四分壓點的電壓為第六電阻RJ3所分的電壓。
[0052]比較器1(即第一比較器)的正輸入端接至第一分壓點，其正輸入端輸入電壓為(R2+R3)*UB/(R1+R2+R3)，第一比較器的負輸入端接至第三分壓點，其負輸入端的輸入電壓為(RJ2+RJ3)*VREFI/(RJ1+RJ2+RJ3)，比較器2(即第二比較器)的負輸入端接至第二分壓點，其負輸入端輸入電壓R3*UB/(R1+R2+R3)，第二比較器的正輸入端接至第四分壓點，其正輸入端的輸入電壓為RJ3*VREFI/(RJ1+RJ2+RJ3)。
[0053]需要說明的是，基準電壓VREFI是由電源芯片UCl得出的，具體地，通過CEELL12和CELLO上掛接參考電源芯片UCl (比如，AMSl117-3.3V)，產生了一個基準電壓VREFI(比如，基準電壓VREFI為3.3V)，而這個基準電壓VREFI有獨立的參考地GNDI，參考地GNDI和CELLO是相互隔離的。
[0054]具體地，上述公式中UB表示為單體電池電壓。比如鋰單體電池的電壓UB允許電壓范圍為2.8V?4.15V，在比較器I的正向輸入端輸入2.2V電壓，在比較器2的反向輸入端輸入
1.1V電壓，當第二分壓點的電壓小于2.2V時，比較器I輸出低電平，此時單體電池為欠壓狀態；當第四分壓點的電壓大于1.1V時，比較器2輸出低電平，此時單體電池為過壓狀態;除此之外，當比較器I或比較器2均輸出高電平時，單體電池的電壓UB在允許的電壓范圍2.8V?4.15V之內，屬于正常狀態。
[0055]在一個具體的實施例中，1?1、1?2、1?分別為58.981(、18.31(、501(，町1+耵2+耵3分別為50K、50K、50K，欠電壓和過電壓的閾值分別為2.2V、1.1V，VREFI為3.3V。
[0056]具體地，電壓監控模塊可以為MAX17880芯片。
[0057]本實用新型實施例提供的電壓監控系統，通過電壓監控模塊對電池組中各個單體電池進行過壓或欠壓檢測，從硬件上保證了電池故障檢測的可靠性。
[0058]本實用新型實施中，電壓監控系統還可以包括:與所述微控制器通過CAN總線連接的整車控制器;所述整車控制器用于根據所述微控制器發送的單體電池的故障情況，控制高壓繼電器。
[0059]更進一步，為了提高對電池組中單體電池欠壓或過壓的冗余檢測，所述電壓監控系統還可以包括:與所述電池組中電池模組一一對應連接的電壓采集模塊、第二隔離模塊；其中，不同所述電壓采集模塊之間通過I2C串口總線通信;所述第二隔離模塊分別與所述微控制器、與所述電池組負極連接的電壓采集模塊電連接，用于將所述微控制器與所有所述電壓采集模塊的信號隔離;所述微控制器用于獲取所述第二隔離模塊的信息，對所述第二隔離模塊的信息進行分析處理，通過所述第二隔離模塊的信息與所述第一隔離模塊的信息進行校驗，確定電池組中所有單體電池的故障。
[0060]如圖3是本實用新型實施例電池組電壓監控系統的另一種結構示意圖。本實施例中，包括:電池組、與電池組中電池模組一一對應連接的電壓監控模塊(監控模塊I至監控模塊Π)、與電池組中電池模組一一對應連接的單體電壓采集模塊(單體電壓采集模塊I至單體電壓采集模塊η)、第一隔離模塊、第二隔離模塊以及微控制器。
[0061]需要說明的是，圖2中，單體電壓采集模塊I至單體電壓采集模塊η均通過單體電壓采集線與電池組中電池模組一一對應連接;監控模塊I至監控模塊η為電壓監控模塊，電壓監控模塊通過單體電壓連接線與電池組中電池模組一一對應連接。
[0062]電壓監控模塊(監控模塊I至監控模塊η)將監控到的故障狀態通過第一隔離模塊傳送到微控制器的數字輸入接口；各個單體電壓采集模塊(單體電壓采集模塊I至單體電壓采集模塊η)之間通過通訊線將各個單體電池的信息傳送給第二隔離模塊，以使第二隔離模塊將各個單體電池的信息傳送給微控制器的通訊接口，微控制器將第二隔離模塊的信息與所述第一隔離模塊的信息進行校驗，確定電池組中所有單體電池的故障。
[0063]需要說明的是，本實施例中總負地為電池組的高壓地，而圖1、圖3中，整車地為低壓地。
[0064]本實用新型實施例提供的電壓監控系統，通過電壓監控模塊對電池組中各個單體電池進行過壓或欠壓檢測，從硬件上保證了電池故障檢測的可靠性;通過單體電壓采集模塊對電池組中各個單體電池進行單體信息采集，并通過微控制器對電壓監控模塊的信息與單體電壓采集模塊的信息進行校驗，更加保證了故障檢測的可靠性。
[0065]以上對本實用新型實施例進行了詳細介紹，本文中應用了【具體實施方式】對本實用新型進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本【實用新型內容】不應理解為對本實用新型的限制。
【主權項】
1.一種電池組電壓監控系統，所述電池組由一個或多個電池模組串聯組成，所述電池模組由多個單體電池組成，其特征在于，所述電壓監控系統包括: 與所述電池組中電池模組一一對應連接的電壓監控模塊、第一隔離模塊、與所述第一隔離模塊連接的微控制器； 不同電壓監控模塊之間通過硬線連接，用于監控電池組中所有單體電池； 所述第一隔離模塊分別與所述微控制器、與所述電池組負極連接的電壓監控模塊電連接，用于將所述微控制器與所有所述電壓監控模塊的信號隔離； 所述微控制器用于獲取所述第一隔離模塊的信息，以監控電池組中單體電池是否故障。2.根據權利要求1所述的電池組電壓監控系統，其特征在于，所述電壓監控模塊包括: 多路選擇開關、第一分壓電路、第二分壓電路、第一比較器、第二比較器、第一二極管、第二二極管以及或門電路； 所述電壓監控模塊具有位于所述或門電路上的信號輸入端口、信號輸出端口； 所述多路選擇開關連接在電池模組與所述第一分壓電路之間，用于分時選擇電池模組中單體電池； 第一分壓電路與第二分壓電路，分別將單體電池電壓和參考電壓進行分壓，第一分壓電路具有第一分壓點和第二分壓點的電壓，第二分壓電路具有第三分壓點和第四分壓點的電壓； 第一比較器，其正、負輸入端分別接第一分壓點和第三分壓點； 第二比較器，其正、負輸入端分別接第四分壓點和第二分壓點； 第一二極管正極與第一電壓比較器輸出端連接； 第二二極管正極與第二電壓比較器輸出端連接； 所述或門電路分別與第一二極管負極、第二二極管負極連接，以將所述第一二極管、第二二極管輸出的結果與所述信號輸入端口的信號進行或運算，并將或運算后的結果通過所述信號輸出端口輸出給下一個電壓監控模塊。3.根據權利要求2所述的電池組電壓監控系統，其特征在于，所述電壓監控模塊為ΜΑΠ7880芯片。4.根據權利要求2或3所述的電池組電壓監控系統，其特征在于，還包括: 與所述微控制器通過CAN總線連接的整車控制器； 所述整車控制器用于根據所述微控制器發送的單體電池的故障情況，控制高壓繼電器。5.根據權利要求4所述的電池組電壓監控系統，其特征在于，還包括: 與所述電池組中電池模組一一對應連接的電壓采集模塊、第二隔離模塊;其中，不同所述電壓采集模塊之間通過I2C串口總線通信； 所述第二隔離模塊分別與所述微控制器、與所述電池組負極連接的電壓采集模塊電連接，用于將所述微控制器與所有所述電壓采集模塊的信號隔離； 所述微控制器用于獲取所述第二隔離模塊的信息，對所述第二隔離模塊的信息進行分析處理，通過所述第二隔離模塊的信息與所述第一隔離模塊的信息進行校驗，確定電池組中所有單體電池的故障。
【文檔編號】G01R19/165GK205484533SQ201620102267
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月28日
【發明人】丁更新
【申請人】安徽江淮汽車股份有限公司