級聯式電池管理系統的制作方法

級聯式電池管理系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種級聯式電池管理系統，所述級聯式電池管理系統包括級聯式信號采集均衡保護電路，電壓及溫度處理電路，電流采集電路，數據處理及通信電路，級聯式信號采集均衡保護電路分別采集電池組各節電池電壓信號至電壓及溫度處理電路，數據處理及通訊電路分別收集電壓及溫度處理電路處理的各單體電池的電壓、溫度信號及電流采集電路采集的電池回路充放電的電流信息進行電池的荷電狀態估計、實現各單體電池的電壓均衡及超溫、低溫、欠壓、過壓、過充、過放等保護，同時將電池信息通過數據處理及通信電路與車載中控系統交互。
【專利說明】
級聯式電池管理系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種級聯式電池管理系統，屬于動力電池應用技術領域。
【背景技術】
[0002]在能源資源日益緊缺和環境污染問題愈演愈烈的今天，全球汽車行業都面臨著產品保留與技術革新的巨大挑戰。現階段，隨著整體生活水平的提高，越來越多的汽車尾氣排放無疑在一定程度上再次加重了全球大氣污染和越來越頻繁的霧霾天氣。使用高效清潔的能源來替代傳統動力源將成為汽車動力改革的主要方面，因此，加快實現汽車動力系統的電氣化已成為各國緩解能源環境問題的重中之重。電池作為一種傳統儲能供電設備，其使用已經獲得我國各行各業的認可，而且隨著電池技術和工藝的不斷提升，單體功率更大，更安全的電池逐漸面世，不但拓展了傳統電池供電設備的應用場合，也衍生了一些適合新能源電動汽車的動力系統。
[0003]但當大量的動力電池進行串聯時，由于電池特性的差異，電池組的整體特性將由最差的單體決定，即所謂的木桶效應，必須增加電池管理系統以實現對不同單體的電壓、電流、荷電狀態、溫度等變量進行監測，并采取合適的平衡與熱管理方法。傳統的電池管理系統多為集中式的電池管理系統，成本相對較低，但連線較多，信號采集受干擾較為嚴重，管理系統可靠性大打折扣，并且針對不同數量的電池組需單獨設計，可擴展性極差；同時，該電池管理系統通過采取電池組溫度檢測或某幾個單體電池溫度檢測來衡量電池組內個電池的溫度，誤差較大，不能對各單體進行超溫保護，其改進方法是，采用分布式采集方案，每個電池的溫度采集都采用一個底層的控制板，通過CAN總線與主控制器相連，該方法避免單體電池溫度檢測誤差較大的現象，但成本太高，底層控制板沒有得到充分利用。因此，迫切的需要一種新的方案解決該技術問題。
【實用新型內容】
[0004]為了解決上述存在的問題，本實用新型公開了一種級聯式電池管理系統，該技術方案可以提高電池管理系統的可靠性，實現對電池組各單體電壓、溫度的實時檢測，可依據電池信息對單體電池進行均衡管理，同時具備良好的可擴展性，成本較低。
[0005]為了實現上述目的，本實用新型的技術方案如下，一種級聯式電池管理系統，所述級聯式電池管理系統包括級聯式信號采集均衡保護電路，電壓及溫度處理電路，電流采集電路，數據處理及通信電路，級聯式信號采集均衡保護電路分別采集電池組各節電池電壓信號至電壓及溫度處理電路，數據處理及通訊電路分別收集電壓及溫度處理電路處理的各單體電池的電壓、溫度信號及電流采集電路采集的電池回路充放電的電流信息進行電池的荷電狀態估計及超溫、低溫、欠壓、過壓、過充、過放等保護，同時將電池信息通過數據處理及通信電路與車載中控系統交互，電流采集電路采集電池組充放電電流信息傳輸至數據處理及通信電路，數據處理及通訊電路根據實時電流信息進行電池的荷電狀態監測，避免電池出現過放、過充現象。
[0006]作為本實用新型的一種改進，所述級聯式信號采集均衡保護電路由基準電位攝取電路及多個單級電位采集均衡保護電路級聯組成，其中單級電位采集均衡保護電路的數量大于等于2的正整數。
[0007]作為本實用新型的一種改進，所述基準電位攝取電路包含一個采樣電路和保險FO，采樣電路具體由一個濾波電容CO和采樣電阻RO組成，濾波電容CO兩端分別與基準電位和公共地連接，采樣電阻RO的兩端分別和基準電位和保險FO連接，保險FO的另一端與電壓及溫度處理電路連接。
[0008]作為本實用新型的一種改進，所述單級電位采集均衡保護電路由采樣電路、均衡保護電路和保險Fl組成，第一節電池的正電位點與采樣電路的輸入端連接，采樣電路的輸出端連接著均衡保護電路的輸入端口 I，均衡保護電路的輸入端口2與電壓及溫度處理電路相連，均衡保護電路的輸出端口 4與前級采樣電路的輸出端相連，均衡保護電路的輸出端口3經保險Fl與電壓及溫度處理電路。
[0009]作為本實用新型的一種改進，單級電位采集均衡保護電路中的采樣電路由一個濾波電容Cl和采樣電阻Rl組成，濾波電容Cl兩端分別與第一節電池的正電位點和公共地連接，采樣電阻Rl的一端與第一節電池的正電位點相連，另一端作為采樣電路的輸出端與均衡保護電路的輸入端口 I相連。
[0010]作為本實用新型的一種改進，所述均衡保護電路由電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電容C11、發光二極管D11、肖特基二極管D12、肖特基二極管D13、可控開關器件Tl組成，電阻Rll與發光二極管Dll串聯后與電阻R12并聯，R12的兩端分別與均衡保護電路的輸入端口 I與可控開關器件Tl的引腳I相連，均衡保護電路的輸入端口2經電阻R13與可控開關器件Tl的引腳2相連，電阻R13和肖特基二極管D12并聯后分別接于可控開關器件Tl的引腳2和引腳3，電容Cll與肖特基二極管D13并聯，肖特基二極管D13的兩端分別與可控開關器件TI的引腳3和均衡保護電路的輸出端口 3相連，均衡保護電路的輸出端口 3與輸入端口 I直連，輸出端口 4與可控開關器件TI的引腳3相連。
[0011]作為本實用新型的一種改進，所述電壓及溫度處理電路由溫度信號采集電路和數據處理模塊組成。各級電壓及溫度處理電路通過SPI總線傳輸逐級傳輸數據，數據處理及通信電路根據采集到的各個單體電池的電壓、溫度進行各單體電池的過壓、欠壓、超溫、低溫保護，同時依據不同單體間電壓的差異，輸出控制信號，控制級聯式信號采集均衡保護電路中的電池均衡保護電路動作，保證各電池單體的電壓趨于一致。
[0012]作為本實用新型的一種改進，所述溫度信號采集電路有多路溫度傳感器PT、多路選擇開關電路、光電隔離隔電路組成，多路溫度傳感器采集各電池組模塊的溫度信號與多路選擇開關電路的輸入端相連，數據處理及通信電路輸出控制信號經光電隔離電路至多路選擇開關電路的控制端，多路選擇開關電路的輸出端輸出選擇的電池的溫度信號至數據處理模塊。
[0013]作為本實用新型的一種改進，數據處理及通信電路包括數據處理芯片、CAN總線電路及485電路，數據處理芯片采集電壓及溫度處理電路采集的各電池組電壓及溫度信號進行電池狀態監測及估算，數據處理芯片的CAN 口與CAN總線電路相連，數據處理芯片的串口與485電路相連。
[0014]相對于現有技術，本實用新型的優點如下，(I)整個技術方案中所述的級聯式結構設計巧妙，緊湊，結構簡單，成本較低，可擴展性強；(2)該技術方案中單體電池電壓及溫度獨立監測，減小誤差，可實現單體電池的電壓均衡，同時便于實現各種保護；(3)整個技術方案連接線較少，降低了系統的外界干擾，提高了電池管理系統的可靠性；(4)單級式數據處理結構，響應速度快，降低了主處理器的工作負荷，提高了電池管理系統的動態響應及準確性。
【附圖說明】
[0015]圖1是一種級聯式電池管理系統原理框圖；
[0016]圖2是一種2級級聯電池管理系統框圖；
[0017]圖3a_3b是本實用新型的電池信息采集均衡保護電路原理框圖；
[0018]圖4a_4h是本實用新型的均衡保護電路；
[0019]圖5是本實用新型的溫度信號采集及數據處理及通信電路原理框圖；
[0020]圖6是本實用新型的電流采集電路電路圖；
[0021 ]圖7是本實用新型的CAN總線電路圖；
[0022]圖8是本實用新型的485總線電路圖；
[0023]圖中:1、第一級電池信息采集均衡保護電路，2、第二級電池信息采集均衡保護電路，3、第一級電壓及溫度處理電路，4、第二級電壓及溫度處理電路，5、電流采集電路，6、數據處理及通信電路，10、基準電位攝取電路，11、第一級級聯式電位采集均衡保護電路，12、第二級級聯式電位采集均衡保護電路，13、第三級級聯式電位采集均衡保護電路，14、第四級級聯式電位采集均衡保護電路，111、采樣電路，112、均衡保護電路，31、溫度信號采集電路，32數據處理模塊，311、多路選擇開關電路，312、光電隔離隔電路，61、數據處理芯片，62、CAN總線電路，63、485總線電路。
【具體實施方式】
[0024]為了加深對本實用新型的認識和理解，下面結合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本實用新型。
[0025]實施例1:
[0026]本實施例以對8節電池進行分2組采樣進行電池管理，如圖1，2，3所示，本實用新型一種級聯式電池管理系統，包括第一級電池信息采集均衡保護電路I，第二級電池信息采集均衡保護電路2，第一級電壓及溫度處理電路3，第二級電壓及溫度處理電路4，電流采集電路5，數據處理及通信電路6。
[0027]第一級電池信息采集均衡保護電路I由基準電位攝取電路10及多個單級電位采集均衡保護電路級聯組成，具體包含基準電位攝取電路10，第一級級聯式電位采集均衡保護電路11，第二級級聯式電位采集均衡保護電路12，第三級級聯式電位采集均衡保護電路13，第四級級聯式電位采集均衡保護電路14，各級級聯式電位采集均衡保護電路分別采集電池組各節電池電壓信號至第一級電壓及溫度處理電路3。
[0028]參見圖3b，第二級電池信息采集均衡保護電路2由基準電位攝取電路20及多個單級電位采集均衡保護電路級聯組成，具體包含基準電位攝取電路20，第一級級聯式電位采集均衡保護電路21，第二級級聯式電位采集均衡保護電路22，第三級級聯式電位采集均衡保護電路23，第四級級聯式電位采集均衡保護電路24，第二級電壓及溫度處理電路4，各級級聯式電位采集均衡保護電路分別采集電池組各節電池電壓信號至第二級電壓及溫度處理電路4。
[0029]第一級電池信息采集均衡保護電路I與第二級電池信息采集均衡保護電路2的連接通過第一級電壓及溫度處理電路3與第二級電壓及溫度處理電路4及第四級級聯式電位采集均衡保護電路14與第一級級聯式電位采集均衡保護電路21的相互連接實現，具體第四級級聯式電位采集均衡保護電路14與第一級級聯式電位采集均衡保護電路21的兩輸入端分別接有電位電容C，第一級電壓及溫度處理電路3與第二級電壓及溫度處理電路4通過串口通信(SPI)連接在一起。
[0030]數據處理及通信電路6分配不同的物理地址給第一級電壓及溫度處理電路3與第二級電壓及溫度處理電路4，采用尋址的方式分別實現對第一級電壓及溫度處理電路3、第二級電壓及溫度處理電路4內存儲的電壓信號及溫度信號進行采集。
[0031]基準電位攝取電路10包含一個采樣電路101和保險FOl，采樣電路101具體由一個濾波電容COl和采樣電阻ROl組成，濾波電容COl兩端分別與第一組電池的基準電位和公共地連接，采樣電阻ROl的兩端分別和第一組電池的基準電位和保險FOl連接，保險FOl的另一端與第一級電壓及溫度處理電路3連接；
[0032]第一級級聯式電位采集均衡保護電路11由采樣電路111、均衡保護電路112和保險Fll組成，具體的，第一節電池的正電位點與采樣電路111的輸入端連接，采樣電路111的輸出端連接著均衡保護電路112的輸入端口 I，均衡保護電路112的輸入端口 2與第一級電壓及溫度處理電路3相連，均衡保護電路112的輸出端口 4與基準電位攝取電路10的采樣電路101的輸出端相連，均衡保護電路112的輸出端口 3經保險Fll與第一級電壓及溫度處理電路3連接。
[0033]第一級級聯式電位采集均衡保護電路11中的采樣電路111具體由一個濾波電容Cll和采樣電阻Rll組成，濾波電容Cll兩端分別與第一節電池的正電位點和公共地連接，采樣電阻Rll的一端與第一節電池的正電位點相連，另一端作為采樣電路111的輸出端與均衡保護電路112的輸入端口 I相連。
[0034]如圖4a-4h所示，均衡保護電路112由電阻Rl 11、電阻Rl 12、電阻Rl 13、電阻Rl 14、電容Cl 11、發光二極管Dl 11、肖特基二極管Dl 12、肖特基二極管Dl 13、可控開關器件Tl I組成，電阻Rlll與發光二極管Dlll串聯后與電阻R112并聯，R112的兩端分別與均衡保護電路112的輸入端口 I與可控開關器件T11的引腳I相連，均衡保護電路112的輸入端口 2經電阻Rl 13與可控開關器件Tll的引腳2相連，電阻R113和肖特基二極管D112并聯后分別接于可控開關器件Tll的引腳2和引腳3，電容Clll與肖特基二極管D113并聯，肖特基二極管D113的兩端分別與可控開關器件Tll的引腳3和均衡保護電路112的輸出端口 3相連，均衡保護電路112的輸出端口 3與輸入端口 I直連，輸出端口 4與可控開關器件Tl I的引腳3相連。
[0035]第二級級聯式電位采集均衡保護電路12由采樣電路121、均衡保護電路122和保險F12組成，具體的，第二節電池的正電位點與采樣電路121的輸入端連接，采樣電路121的輸出端連接著均衡保護電路122的輸入端口 I，均衡保護電路122的輸入端口 2與第一級電壓及溫度處理電路3相連，均衡保護電路122的輸出端口 4與第一級級聯式電位采集均衡保護電路11的采樣電路111的輸出端相連，均衡保護電路122的輸出端口 3經保險F12與第一級電壓及溫度處理電路3連接。
[0036]第二級級聯式電位采集均衡保護電路12中的采樣電路121具體由一個濾波電容C21和采樣電阻R21組成，濾波電容C21兩端分別與第二節電池的正電位點和公共地連接，采樣電阻R21的一端與第二節電池的正電位點相連，另一端作為采樣電路121的輸出端與均衡保護電路122的輸入端口 I相連。
[0037]參見圖4b，均衡保護電路122由電阻R121、電阻R122、電阻R123、電阻R124、電容C121、發光二極管D121、肖特基二極管D122、肖特基二極管D123、可控開關器件T12組成，電阻R121與發光二極管D121串聯后與電阻R122并聯，R122的兩端分別與均衡保護電路122的輸入端口 I與可控開關器件T12的引腳I相連，均衡保護電路122的輸入端口 2經電阻Rl23與可控開關器件T12的引腳2相連，電阻R123和肖特基二極管D122并聯后分別接于可控開關器件T12的引腳2和引腳3，電容C121與肖特基二極管D123并聯，肖特基二極管D123的兩端分別與可控開關器件T12的引腳3和均衡保護電路122的輸出端口 3相連，均衡保護電路122的輸出端口 3與輸入端口 I直連，輸出端口 4與可控開關器件Tl2的引腳3相連。
[0038]第三級級聯式電位采集均衡保護電路13由采樣電路131、均衡保護電路132和保險F13組成，具體的，第三節電池的正電位點與采樣電路131的輸入端連接，采樣電路131的輸出端連接著均衡保護電路132的輸入端口 I，均衡保護電路132的輸入端口 2與第一級電壓及溫度處理電路3相連，均衡保護電路132的輸出端口 4與第二級級聯式電位采集均衡保護電路12的采樣電路121的輸出端相連，均衡保護電路132的輸出端口 3經保險F13與第一級電壓及溫度處理電路3連接。
[0039]第三級級聯式電位采集均衡保護電路13中的采樣電路131具體由一個濾波電容C31和采樣電阻R31組成，濾波電容C31兩端分別與第三節電池的正電位點和公共地連接，采樣電阻R31的一端與第三節電池的正電位點相連，另一端作為采樣電路131的輸出端與均衡保護電路132的輸入端口 I相連。
[0040]參見圖4c，均衡保護電路132由電阻R131、電阻R132、電阻R133、電阻R134、電容C131、發光二極管D131、肖特基二極管D132、肖特基二極管D133、可控開關器件T31組成，電阻R131與發光二極管D131串聯后與電阻R132并聯，R132的兩端分別與均衡保護電路132的輸入端口 I與可控開關器件T13的引腳I相連，均衡保護電路132的輸入端口 2經電阻R133與可控開關器件T13的引腳2相連，電阻R133和肖特基二極管D132并聯后分別接于可控開關器件T13的引腳2和引腳3，電容C131與肖特基二極管D133并聯，肖特基二極管D133的兩端分別與可控開關器件T13的引腳3和均衡保護電路132的輸出端口 3相連，均衡保護電路132的輸出端口 3與輸入端口 I直連，輸出端口 4與可控開關器件Tl3的引腳3相連。
[0041]第四級級聯式電位采集均衡保護電路14由采樣電路141、均衡保護電路142和保險F14組成，具體的，第四節電池的正電位點與采樣電路141的輸入端連接，采樣電路141的輸出端連接著均衡保護電路142的輸入端口 1，均衡保護電路142的輸入端口 2與第一級電壓及溫度處理電路3相連，均衡保護電路142的輸出端口 4與第三級級聯式電位采集均衡保護電路13的采樣電路131的輸出端相連，均衡保護電路142的輸出端口 3經保險F14與第一級電壓及溫度處理電路3連接。
[0042]第四級級聯式電位采集均衡保護電路14中的采樣電路141具體由一個濾波電容C41和采樣電阻R41組成，濾波電容C41兩端分別與第四節電池的正電位點和公共地連接，采樣電阻R41的一端與第四節電池的正電位點相連，另一端作為采樣電路141的輸出端與均衡保護電路142的輸入端口 I相連。
[0043]參見圖4d，均衡保護電路142由電阻R141、電阻R142、電阻R143、電阻R144、電容C141、發光二極管D141、肖特基二極管D142、肖特基二極管D143、可控開關器件T14組成，電阻R141與發光二極管D141串聯后與電阻R142并聯，R142的兩端分別與均衡保護電路142的輸入端口 I與可控開關器件T14的引腳I相連，均衡保護電路142的輸入端口2經電阻R143與可控開關器件T14的引腳2相連，電阻R143和肖特基二極管D142并聯后分別接于可控開關器件T14的引腳2和引腳3，電容C141與肖特基二極管D143并聯，肖特基二極管D143的兩端分別與可控開關器件T14的引腳3和均衡保護電路142的輸出端口 3相連，均衡保護電路142的輸出端口 3與輸入端口 I直連，輸出端口 4與可控開關器件T14的引腳3相連。
[0044]基準電位攝取電路20包含一個采樣電路201和保險F02，采樣電路201具體由一個濾波電容C02和采樣電阻R02組成，濾波電容C02兩端分別與第二組電池的基準電位和公共地連接，采樣電阻R02的兩端分別和第二組電池的基準電位和保險R)2連接，保險F02的另一端與第二級電壓及溫度處理電路4連接；
[0045]參見圖3b，第一級級聯式電位采集均衡保護電路21由采樣電路211、均衡保護電路212和保險F21組成，具體的，第二組的第一節電池的正電位點與采樣電路211的輸入端連接，采樣電路211的輸出端連接著均衡保護電路212的輸入端口 I，均衡保護電路212的輸入端口 2與第二級電壓及溫度處理電路4相連，均衡保護電路212的輸出端口 4與基準電位攝取電路20的采樣電路201的輸出端相連，均衡保護電路212的輸出端口 3經保險F21與第二級電壓及溫度處理電路4連接。
[0046]第一級級聯式電位采集均衡保護電路21中的采樣電路211具體由一個濾波電容C51和采樣電阻R51組成，濾波電容C51兩端分別與第二組的第一節電池的正電位點和公共地連接，采樣電阻R51的一端與第二組的第一節電池的正電位點相連，另一端作為采樣電路211的輸出端與均衡保護電路212的輸入端口 I相連。
[0047]均衡保護電路212由電阻R211、電阻R212、電阻R213、電阻R214、電容C211、發光二極管D211、肖特基二極管D212、肖特基二極管D213、可控開關器件T21組成，電阻R211與發光二極管D211串聯后與電阻R212并聯，R212的兩端分別與均衡保護電路212的輸入端口 I與可控開關器件T21的引腳I相連，均衡保護電路212的輸入端口 2經電阻R213與可控開關器件T21的引腳2相連，電阻R213和肖特基二極管D212并聯后分別接于可控開關器件T21的引腳2和引腳3，電容C211與肖特基二極管D213并聯，肖特基二極管D213的兩端分別與可控開關器件T21的引腳3和均衡保護電路212的輸出端口 3相連，均衡保護電路212的輸出端口 3與輸入端口 I直連，輸出端口 4與可控開關器件T21的引腳3相連。
[0048]第二級級聯式電位采集均衡保護電路22由采樣電路221、均衡保護電路222和保險F22組成，具體的，第二組的第二節電池的正電位點與采樣電路221的輸入端連接，采樣電路221的輸出端連接著均衡保護電路222的輸入端口 I，均衡保護電路222的輸入端口2與第二級電壓及溫度處理電路4相連，均衡保護電路222的輸出端口 4與第一級級聯式電位采集均衡保護電路21的采樣電路211的輸出端相連，均衡保護電路222的輸出端口 3經保險F22與第二級電壓及溫度處理電路4連接。
[0049]第二級級聯式電位采集均衡保護電路22中的采樣電路221具體由一個濾波電容C61和采樣電阻R61組成，濾波電容C61兩端分別與第二節電池的正電位點和公共地連接，采樣電阻R61的一端與第二節電池的正電位點相連，另一端作為采樣電路221的輸出端與均衡保護電路222的輸入端口 I相連。
[0050]均衡保護電路222由電阻R221、電阻R222、電阻R223、電阻R224、電容C221、發光二極管D221、肖特基二極管D222、肖特基二極管D223、可控開關器件T22組成，電阻R221與發光二極管D221串聯后與電阻R222并聯，R222的兩端分別與均衡保護電路222的輸入端口 I與可控開關器件T22的引腳I相連，均衡保護電路222的輸入端口 2經電阻R223與可控開關器件T22的引腳2相連，電阻R223和肖特基二極管D222并聯后分別接于可控開關器件T22的引腳2和引腳3，電容C221與肖特基二極管D223并聯，肖特基二極管D223的兩端分別與可控開關器件T22的引腳3和均衡保護電路222的輸出端口 3相連，均衡保護電路222的輸出端口 3與輸入端口 I直連，輸出端口4與可控開關器件T22的引腳3相連。
[0051 ]第三級級聯式電位采集均衡保護電路23由采樣電路231、均衡保護電路232和保險F23組成，具體的，第三節電池的正電位點與采樣電路231的輸入端連接，采樣電路231的輸出端連接著均衡保護電路232的輸入端口 I，均衡保護電路232的輸入端口 2與第二級電壓及溫度處理電路4相連，均衡保護電路232的輸出端口 4與第二級級聯式電位采集均衡保護電路22的采樣電路221的輸出端相連，均衡保護電路232的輸出端口 3經保險F23與第二級電壓及溫度處理電路4連接。
[0052]第三級級聯式電位采集均衡保護電路23中的采樣電路231具體由一個濾波電容C71和采樣電阻R71組成，濾波電容C71兩端分別與第三節電池的正電位點和公共地連接，采樣電阻R71的一端與第三節電池的正電位點相連，另一端作為采樣電路231的輸出端與均衡保護電路232的輸入端口 I相連。
[0053]均衡保護電路232由電阻R231、電阻R232、電阻R233、電阻R234、電容C231、發光二極管D231、肖特基二極管D232、肖特基二極管D133、可控開關器件T23組成，電阻R231與發光二極管D231串聯后與電阻R232并聯，R232的兩端分別與均衡保護電路232的輸入端口 I與可控開關器件T23的引腳I相連，均衡保護電路232的輸入端口 2經電阻R233與可控開關器件T23的引腳2相連，電阻R233和肖特基二極管D232并聯后分別接于可控開關器件T23的引腳2和引腳3，電容C231與肖特基二極管D233并聯，肖特基二極管D233的兩端分別與可控開關器件T23的引腳3和均衡保護電路232的輸出端口 3相連，均衡保護電路232的輸出端口 3與輸入端口 I直連，輸出端口4與可控開關器件T23的引腳3相連。
[0054]第四級級聯式電位采集均衡保護電路24由采樣電路241、均衡保護電路242和保險F24組成，具體的，第四節電池的正電位點與采樣電路241的輸入端連接，采樣電路241的輸出端連接著均衡保護電路242的輸入端口 I，均衡保護電路242的輸入端口 2與第二級電壓及溫度處理電路4相連，均衡保護電路242的輸出端口 4與第三級級聯式電位采集均衡保護電路23的采樣電路231的輸出端相連，均衡保護電路242的輸出端口 3經保險F24與第二級電壓及溫度處理電路4連接。
[0055]第四級級聯式電位采集均衡保護電路24中的采樣電路241具體由一個濾波電容C81和采樣電阻R81組成，濾波電容C81兩端分別與第四節電池的正電位點和公共地連接，采樣電阻R81的一端與第四節電池的正電位點相連，另一端作為采樣電路241的輸出端與均衡保護電路242的輸入端口 I相連。
[0056]均衡保護電路242由電阻R241、電阻R242、電阻R243、電阻R244、電容C241、發光二極管D241、肖特基二極管D242、肖特基二極管D243、可控開關器件T24組成，電阻R241與發光二極管D241串聯后與電阻R242并聯，R242的兩端分別與均衡保護電路242的輸入端口 I與可控開關器件T24的引腳I相連，均衡保護電路242的輸入端口 2經電阻R243與可控開關器件T24的引腳2相連，電阻R243和肖特基二極管D242并聯后分別接于可控開關器件T24的引腳2和引腳3，電容C241與肖特基二極管D243并聯，肖特基二極管D243的兩端分別與可控開關器件T24的引腳3和均衡保護電路242的輸出端口 3相連，均衡保護電路242的輸出端口 3與輸入端口 I直連，輸出端口 4與可控開關器件T24的引腳3相連。
[0057]第一級電壓及溫度處理電路3由溫度信號采集電路31和數據處理模塊32組成，第一組電池組的4塊電池溫度信號，通過溫度信號采集電路31采集，并傳輸到數據處理模塊32，數據處理模塊32通過SPI總線傳輸逐級傳輸第一組電池組的電壓及電流數據。
[0058]第二級電壓及溫度處理電路4由溫度信號采集電路41和數據處理模塊42組成，第二組電池組的4塊電池溫度信號，通過溫度信號采集電路41采集，并傳輸到數據處理模塊42，數據處理模塊42通過SPI總線傳輸逐級傳輸第二組電池組的電壓及電流數據。
[0059]如圖5所示，溫度采集電路31有4路溫度傳感器PTll?PT14、多路選擇開關電路311、2路光電隔離隔電路312組成，4路溫度傳感器PTll?PT14采集第一組電池組4塊電池的溫度信號與多路選擇開關電路311的輸入端相連，數據處理及通信電路6輸出控制信號經光電隔離電路312至多路選擇開關電路311的控制端，多路選擇開關電路311的輸出端輸出選擇的電池的溫度信號至第一級電壓及溫度處理電路3的數據處理模塊32進行存儲。
[0060]溫度采集電路41有4路溫度傳感器PT21?PT24、多路選擇開關電路411、2路光電隔離隔電路412組成，4路溫度傳感器PTll?PT14采集第二組電池組4塊電池的溫度信號與多路選擇開關電路411的輸入端相連，數據處理及通信電路6輸出控制信號經光電隔離電路412至多路選擇開關電路411的控制端，多路選擇開關電路411的輸出端輸出選擇的電池的溫度信號至第二級電壓及溫度處理電路4的數據處理模塊42進行存儲。
[0061]如圖6所示，電流采集電路5采集電池組充放電電流信息傳輸至數據處理及通信電路6，具體的電流采集電路5由電容C501、電容C502、電容C503、電容C504、電阻R501、電阻R502、電阻R503、電阻R504、電阻R505、電阻R506、電阻R507、電阻R508、電阻R509、運算放大器Ul、運算放大器U2組成。電容C501、電阻R501、電容C502依次串聯，通過電阻R501對電流傳感器傳輸來的差分信號ADI +、ADl-進行米樣，分別經電阻R502、電阻R503與運算放大器Ul的輸入端引腳2、3連接，電阻R504與電容C503并聯后分別與運算放大器Ul的輸入端引腳3與模擬地相連接，運算放大器Ul的的引腳2與引腳6之間并聯有電容C504、電阻R506，運算放大器Ul的引腳7與引腳4分別連接+12V與-12V電壓，運算放大器Ul的輸出端引腳6經電阻R507與運算放大器U2的引腳5連接，電阻R506分別與運算放大器U2的輸入端引腳5和直流電源+
2.5V連接，電阻R508分別與運算放大器U2的輸入端引腳6和模擬地連接，運算放大器U2的輸入端引腳6與輸出端引腳7之間并聯有電阻R509，運算放大器U2的引腳4與引腳11分別與直流電源的+5V與地相連。
[0062]數據處理及通信電路6包含數據處理芯片61、CAN總線電路62及485電路63組成，數據處理芯片61采集分別采集電池組充放電電流信息、第一級電壓及溫度處理電路3、第二級電壓及溫度處理電路4中處理后的各電池組電壓及溫度信號進行電池狀態監測及電池荷電狀態的估算，數據處理芯片61的CAN 口與CAN總線電路62相連，數據處理芯片61的串口與485電路63相連。
[0063]如圖7所示，CAN總線電路62由隔離轉換芯片U60、CAN總線芯片U61、濾波電感L1、雙向穩壓二極管D61、雙向穩壓二極管D62、雙向穩壓二極管D63、肖特基二極管D64，電阻R620、電阻R621、電阻R622、電阻R623、電阻R624、電阻R625、電阻R626、電阻R627、電容C620組成。隔離轉換芯片U60的引腳1、引腳4、引腳6、引腳7分別經電阻R620、電阻R621、電阻R623、電阻R622與直流電源+5V連接，隔離轉換芯片U60的引腳2和引腳6分別與數據處理芯片61的CAN_TX、CAN_RX口相連接；隔離轉換芯片U60的引腳3與CAN總線芯片U61的引腳4相連，隔離轉換芯片U60的引腳8與直流電源+5V相連，隔離轉換芯片U60的引腳5與地相連，隔離轉換芯片U60的引腳7與CAN總線芯片U61的引腳I相連，用于傳輸發送信息，CAN總線芯片U61的引腳3與直流電源+5V相連，電容C620兩端分別連接直流電源+5V和地，CAN總線芯片U61的引腳7與濾波電感LI的引腳I相連，CAN總線芯片U61的引腳6、引腳2及串聯電阻R624后的引腳8均與濾波電感LI的引腳4連接在一起，濾波電感LI的引腳2和引腳3分別串接電阻R626、電阻R627作為CAN總線的兩個端口ECAN_TX、ECAN_RX，雙向穩壓二極管D61與雙向穩壓二極管D62串聯與電阻R625、雙向穩壓二極管D63共同并聯與濾波電感LI的引腳2和引腳3，肖特基二極管D64并聯于CAN總線的兩個端口 ECAN_TX、ECAN_RX。
[0064]如圖8所示，485總線電路63由隔離轉換芯片U63、隔離轉換芯片U64、串口總線芯片U65、雙向穩壓二極管D65、雙向穩壓二極管D66、雙向穩壓二極管D67、肖特基二極管D68，電阻R631、電阻R632、電阻R633、電阻R634、電阻R635、電阻R636、電阻R637、電阻R638、電阻R639、電阻R640組成。隔離轉換芯片U63的引腳1、引腳4、引腳6、引腳7分別經電阻R636、電阻R635、電阻R631、電阻R632與直流電源+5V連接，隔離轉換芯片U63的引腳8與直流電源+5V相連，隔離轉換芯片U63的引腳5與地相連，隔離轉換芯片U63的引腳6與數據處理芯片61的串口 SCI_RX相連接，隔離轉換芯片U63的引腳3與串口總線芯片U65的引腳I相連，隔離轉換芯片U64的引腳1、引腳4、引腳6、引腳7分別經電阻R633、電阻R634、電阻R638、電阻R637與直流電源+5V連接，隔離轉換芯片U64的引腳2和引腳3分別與數據處理芯片61的串口 SCI_CTR、SCI_TX口相連接；隔離轉換芯片U64的引腳6和引腳7分別與串口總線芯片U65的引腳4和引腳2相連，隔離轉換芯片U64的引腳8與直流電源+5V相連，隔離轉換芯片U64的引腳5與地相連，串口總線芯片U65的引腳8與直流電源+5V相連，串口總線芯片U65的引腳5與地相連，串口總線芯片U65的引腳3和引腳2相連，串口總線芯片U65的引腳7與引腳6分別串接電阻R639、電阻R640作為485總線的兩個端口 E485_B、E485_A，雙向穩壓二極管D65與雙向穩壓二極管D66串聯與雙向穩壓二極管D67共同并聯與串口總線芯片U65的引腳7和引腳6，肖特基二極管D68并聯于485總線的兩個端口 E485_B、E485_A。
[0065]需要說明的是，上述實施例僅僅是本實用新型的較佳實施例，并沒有用來限定本實用新型的保護范圍，在上述技術方案的基礎上作出的等同替換或者替代，均屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種級聯式電池管理系統，其特征在于，所述級聯式電池管理系統包括級聯式信號采集均衡保護電路，電壓及溫度處理電路，電流采集電路，數據處理及通信電路，級聯式信號采集均衡保護電路分別采集電池組各節電池電壓信號至電壓及溫度處理電路，數據處理及通訊電路分別收集電壓及溫度處理電路處理的各單體電池的電壓、溫度信號及電流采集電路采集的電池回路充放電的電流信息進行電池的荷電狀態估計、實現各單體電池的電壓均衡及超溫、低溫、欠壓、過壓、過充、過放保護，同時將電池信息通過數據處理及通信電路與車載中控系統交互，電流采集電路采集電池組充放電電流信息傳輸至數據處理及通信電路，數據處理及通訊電路根據實時電流信息進行電池的荷電狀態監測，避免電池出現過放、過充現象。2.根據權利要求1所述的一種級聯式電池管理系統，其特征在于，所述級聯式信號采集均衡保護電路由基準電位攝取電路及多個單級電位采集均衡保護電路級聯組成。3.根據權利要求2所述的一種級聯式電池管理系統，其特征在于，所述基準電位攝取電路包含一個采樣電路和保險F0，采樣電路具體由一個濾波電容CO和采樣電阻RO組成，濾波電容CO兩端分別與基準電位和公共地連接，采樣電阻RO的兩端分別和基準電位和保險FO連接，保險FO的另一端與電壓及溫度處理電路連接。4.根據權利要求3所述的一種級聯式電池管理系統，其特征在于，所述單級電位采集均衡保護電路由采樣電路、均衡保護電路和保險Fl組成，第一節電池的正電位點與采樣電路的輸入端連接，采樣電路的輸出端連接著均衡保護電路的輸入端口 I，均衡保護電路的輸入端口 2與電壓及溫度處理電路相連，均衡保護電路的輸出端口 4與前級采樣電路的輸出端相連，均衡保護電路的輸出端口 3經保險Fl與電壓及溫度處理電路。5.根據權利要求4所述的一種級聯式電池管理系統，其特征在于，單級電位采集均衡保護電路中的采樣電路由一個濾波電容Cl和采樣電阻Rl組成，濾波電容Cl兩端分別與第一節電池的正電位點和公共地連接，采樣電阻Rl的一端與第一節電池的正電位點相連，另一端作為采樣電路的輸出端與均衡保護電路的輸入端口 I相連。6.根據權利要求5所述的一種級聯式電池管理系統，其特征在于，所述均衡保護電路由電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電容C11、發光二極管D11、肖特基二極管D12、肖特基二極管D13、可控開關器件Tl組成，電阻Rll與發光二極管Dll串聯后與電阻R12并聯，R12的兩端分別與均衡保護電路的輸入端口 I與可控開關器件Tl的引腳I相連，均衡保護電路的輸入端口 2經電阻R13與可控開關器件Tl的引腳2相連，電阻R13和肖特基二極管D12并聯后分別接于可控開關器件Tl的引腳2和引腳3，電容CU與肖特基二極管D13并聯，肖特基二極管D13的兩端分別與可控開關器件Tl的引腳3和均衡保護電路的輸出端口 3相連，均衡保護電路的輸出端口 3與輸入端口 I直連，輸出端口 4與可控開關器件TI的引腳3相連。7.根據權利要求5或6所述的一種級聯式電池管理系統，其特征在于，所述電壓及溫度處理電路由溫度信號采集電路和數據處理模塊組成。8.根據權利要求7所述的一種級聯式電池管理系統，其特征在于，所述溫度信號采集電路有多路溫度傳感器PT、多路選擇開關電路、光電隔離隔電路組成，多路溫度傳感器采集各電池組模塊的溫度信號與多路選擇開關電路的輸入端相連，數據處理及通信電路輸出控制信號經光電隔離電路至多路選擇開關電路的控制端，多路選擇開關電路的輸出端輸出選擇的電池的溫度信號至數據處理模塊。9.根據權利要求8所述的一種級聯式電池管理系統，其特征在于，數據處理及通信電路包括數據處理芯片、CAN總線電路及485電路，數據處理芯片采集電壓及溫度處理電路采集的各電池組電壓及溫度信號進行電池狀態監測及估算，數據處理芯片的CAN 口與CAN總線電路相連，數據處理芯片的串口與485電路相連。10.根據權利要求9所述的一種級聯式電池管理系統，其特征在于，單級電位采集均衡保護電路的數量為大于等于2的正整數。
【文檔編號】H01M10/42GK205488397SQ201521119190
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月30日
【發明人】譚國俊, 李 浩, 何鳳有, 劉毅
【申請人】徐州中礦大傳動與自動化有限公司