專利名稱：基于開關切換測量電池組單體電壓的電動車電池管理系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子技術和新能源領域，尤其涉及到一種基于開關切換測量電池組單體電壓的電動車電池管理系統。
背景技術：
目前，在電池組管理系統中的電池電壓測量方式通常采用特定的多節電池采樣芯片，但由于目前這種芯片價格昂貴，并且缺少電池電壓采樣端的反接保護，在電池電壓采樣線接反的情況下，容易引起芯片燒毀，導致整個電池電壓采集模塊報廢，進一步的增加了維護成本，使其在使用4至32節電池組的電動摩托車、電動自行車等成本要求高的應用領域很難得到推廣和使用。本實用新型為了克服上述缺陷，進行了有益的改進。
實用新型內容為了降低電池組管理系統的生產、維修成本，本實用新型電池組管理系統采用由分立元件組成的開關切換式電池組單體電池電壓測量單元。一個上述單元可以測量1至16 節單體電池。通過系統測控單元測量電池組單體電壓和總電壓。為了實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案一種基于開關切換測量電池組單體電壓的電動車電池管理系統，包括系統測控單元和至少一個電池組單體電壓測量單元，其特征在于所述系統測控單元包括一個DC/DC 隔離電源模塊，該DC/DC隔離電源模塊，由電池組總輸出供電，DC/DC隔離電源模塊輸出12V 電源經過穩壓器給主控制電路提供5V電源，主控制電路連接總線通訊模塊、溫度測量電路、高低壓保護信號輸出電路、系統充電鑰匙互鎖電路、掉電檢測電路、電流傳感器接口電路以及電池組單體電壓測量單元；所述電池組單體電壓測量單元包括多節單體電池電壓開關選通電路和單體電池電壓采樣開關電路，所述多節單體電池電壓開關選通電路受系統測控單元控制，并產生1至16路開關選通信號分別控制1至16個單體電池電壓采樣開關電路。進一步地，所述總線通訊模塊包括一個CAN總線通訊接口和一個232總線通訊接口，或包括一個LIN總線通訊接口，所述CAN總線通訊接口連接CAN總線設備，所述232總線通訊接口連接手持顯示器或PC上位機，所述LIN總線通訊接口連接LIN總線設備；進一步地，所述電流傳感器接口電路對外接5V供電霍爾電流傳感器進行采樣，測量電池組輸出總電流；進一步地，所述高低壓保護信號輸出電路采用無源繼電器信號輸出，或有源繼電器驅動信號輸出；進一步地，所述系統充電鑰匙互鎖電路采用一個繼電器輸出公共端給DC/DC隔離電源模塊供電；所述系統充電鑰匙互鎖電路設置三條電源線，包括一條地線和兩條電源線， 地線接至電池組總負極，一條電源線接至電池組總正極，另一條電源線接至車輛電門鎖輸出端，在無充電器連接情況下，系統充電鑰匙互鎖電路使用接至車輛電門鎖輸出端的電源線給系統供電，在充電器連接的情況下使用連接在電池組總正極的電源線供電，從而實現了充電時電池管理系統自動進入充電管理的功能。進一步地，所述多節單體電池電壓開關選通電路采用4-16譯碼器集成電路，可控制1-16路開關導通或關斷，所述多節單體電池電壓開關選通電路采用NPN三極管來導通電池組負極輸入，采用PNP三極管來導通電池組正極輸入，形成一個三極管對，并在NPN三極管和PNP三級管的射極分別串入一個正向二極管來實現采樣線反接保護，通過光耦隔離控制三極管對；進一步地，所述單體電池電壓采樣開關電路，由16路單體電池電壓輸入通道串聯而成，每路所述輸入通道包括一個單體電池正極輸入開關、一個單體電池正極輸入正向二極管、一個單體電池負極輸入開關、一個單體電池負極輸入正向二極管、一個輸入開關隔離控制器。每路所述輸入通道包括的輸出端連接在一起，輸入至系統測控單元。采用開關切換式電池組單體電池電壓測量方法的一個關鍵技術在于如何實現電池采樣通道的切換。使用信號繼電器開關的方案，由于信號繼電器最佳使用壽命一般在10 萬次左右，無法滿足本系統頻繁的開關切換而被排除。更有光MOS繼電器，由于價格昂貴而難以應用。本實用新型采用高耐壓的三極管來做電池采樣通道的切換開關電路，不僅壽命長而且成本低。本實用新型電池管理系統采用的開關切換式電池組單體電池電壓測量單元，由 1-16個所述電池采樣通道的切換開關電路和開關控制電路組成。采用三極管來做電池采樣通道的切換開關另一關鍵技術在于如何實現PN結溫飄的溫度補償。通過測量環境溫度來進行軟件修正，由于這種方法所修正出來的電壓組誤差較大而被放棄使用。本實用新型采用基準測量來進行溫度補償，有效修正了 PN結引起的電壓測量溫飄，大大減小了電池電壓的測量誤差。本實用新型電池組管理系統采用LIN總線或CAN總線與充電器、車用儀表及其他設備通訊，實現電池信息監控、充放電均衡管理、電池保護等功能，并可通過CAN總線、232 總線或LIN總線連接上位機進行系統參數的設置。本實用新型電池組管理系統使用與電動車輛動力電池組管理時，使用了系統充電鑰匙互鎖電路，實現了車輛安全充電及充電管理功能。本實用新型使用了系統充電鑰匙互鎖電路，采樣一個繼電器來切換系統供電，在正常行車的情況下系統電源由電門鎖輸入供電，在充電的情況下不管電門鎖是否打開，強制切換至直接由電池組總正極供電。并通過軟件使車輛在充電的過程中無法啟動電機。本實用新型的有益效果是用較低的成本實現了電池組單體電池的電壓開關切換采樣，有效降低了電池組管理系統的整體成本，而不降低其性能。
圖1是本實用新型電池組管理系統結構框圖；圖2是本實用新型所采用的電池采樣通道的切換開關電路結構圖；附圖標記1.電池組單體電壓測量單元；2.系統測控單元；3.主控制電路；4.總線通訊模塊；5.溫度測量電路；6. DC/DC隔離電源模塊；7.高低壓保護信號輸出電路；8.系統充電鑰匙互鎖電路；9.掉電檢測電路；10.電流傳感器接口電路；11.單體電池電壓采樣開關電路；12.多節單體電池電壓開關選通電路；a.單體電池正極輸入開關；b.單體電池正極輸入正向二極管；c.單體電池負極輸入開關；d.單體電池負極輸入正向二極管；e.輸入開關隔離控制器。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步的說明。本實用新型的實施例參考圖1所示，本基于開關切換測量電池組單體電壓的電動車電池管理系統包括一個系統測控單元2和電池組單體電壓測量單元1組成。其中系統測控單元2包括主控制電路(3)、總線通訊模塊(4)、溫度測量電路(5)、DC/DC隔離電源模塊 (6)、高低壓保護信號輸出電路(7)、系統充電鑰匙互鎖電路(8)、掉電檢測電路(9)、電流傳感器接口電路(10)；電池組單體電壓測量單元1包括單體電池電壓采樣開關電路(11)和多節單體電池電壓開關選通電路(12)。系統電源取自電池組總正負極，平時(未連充電器的情況下)電源依次通過電門鎖，系統充電鑰匙互鎖電路、DC/DC隔離電源模塊給系統測控單元提供12V和5V電源。在連接充電器的情況下，電源繞過電門鎖，依次通過系統充電鑰匙互鎖電路、DC/DC隔離電源模塊給系統測控單元提供12V和5V電源。電池電壓測量口設有N+1條采樣線(N為單體電池串聯個數)，連接至串聯的單體電池極柱上。系統測控模塊循環依次控制電池組單體電壓測量單元的采樣通道導通，來測量所有單體電池的電壓，并且每次只有一路采樣通道導通。當采樣第M個單體電池電壓時， 單體電池負極通過第M號采樣線和第M路電池采樣通道切換開關電路的NPN三極管輸入連接到系統測控單元的地，單體電池正極通過第M+1號線和第M路電池采樣通道切換開關電路的PNP三極管連接至系統測控單元電池電壓采樣口，系統測控單元便可測得該電池的電壓。系統測控單元在測量所有單體電池電壓后，若檢測出低壓或高壓報警，一方面通過通訊總線傳輸低壓或高壓報警信息，另一方面通過高低壓保護信號輸出電路輸出低壓或高壓保護信號。系統測控單元的主控制電路通過電流傳感器接口電路測量外部霍爾電流傳感器的電流信號，獲得當前電流值，若檢測是過流報警，一方面通過通訊總線傳輸過流報警信息，另一方面通過低壓保護信號輸出電流過流保護信號。系統測控單元的主控制電路通過溫度測量電路檢測電池溫度或環境溫度，若檢測出溫度過高或過低，一方面通過通訊總線傳輸高低溫報警信號，另一方面通過低壓保護信號輸出電路輸出高低溫保護信號。系統測控單元的主控制電路通過總線通訊模塊與外部總線通訊設備連接。系統測控單元的主控制電路通過總線通訊檢測到充電器后，一方面通過通訊總線傳輸充電信息，另一方面通過低壓保護信號輸出電路輸出充電保護信號。系統測控單元的主控制電路總線通訊模塊向外部總線通訊設備，傳輸電池電壓、 輸出電流、S0C、電池溫度、充電信息、報警信息、設置數據等信息。系統測控單元的主控制電路通過掉電檢測電路，檢測系統掉電狀態。[0034] 以上所述實施方式僅表達了本實用新型的一種實施方式，但并不能因此而理解為對本實用新型范圍的限制。應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種基于開關切換測量電池組單體電壓的電動車電池管理系統，包括系統測控單元和至少一個電池組單體電壓測量單元，其特征在于所述系統測控單元包括一個DC/DC隔離電源模塊，該DC/DC隔離電源模塊，由電池組總輸出供電，DC/DC隔離電源模塊輸出12V電源經過穩壓器給主控制電路提供5V電源，主控制電路連接總線通訊模塊、溫度測量電路、 高低壓保護信號輸出電路、系統充電鑰匙互鎖電路、掉電檢測電路、電流傳感器接口電路以及電池組單體電壓測量單元；所述電池組單體電壓測量單元包括多節單體電池電壓開關選通電路和單體電池電壓采樣開關電路，所述多節單體電池電壓開關選通電路受系統測控單元控制，并產生1至16路開關選通信號分別控制1至16個單體電池電壓采樣開關電路。
2.根據權利要求1所述的基于開關切換測量電池組單體電壓的電動車電池管理系統， 其特征在于所述總線通訊模塊包括一個CAN總線通訊接口和一個232總線通訊接口，或包括一個LIN總線通訊接口，所述CAN總線通訊接口連接CAN總線設備，所述232總線通訊接口連接手持顯示器或PC上位機，所述LIN總線通訊接口連接LIN總線設備。
3.根據權利要求1所述的基于開關切換測量電池組單體電壓的電動車電池管理系統， 其特征在于所述電流傳感器接口電路對外接5V供電霍爾電流傳感器進行采樣，測量電池組輸出總電流。
4.根據權利要求1所述的基于開關切換測量電池組單體電壓的電動車電池管理系統， 其特征在于所述高低壓保護信號輸出電路采用無源繼電器信號輸出，或有源繼電器驅動信號輸出。
5.根據權利要求1所述的基于開關切換測量電池組單體電壓的電動車電池管理系統， 其特征在于所述系統充電鑰匙互鎖電路采用一個繼電器輸出公共端給DC/DC隔離電源模塊供電；所述系統充電鑰匙互鎖電路設置三條電源線，包括一條地線和兩條電源線，地線接至電池組總負極，一條電源線接至電池組總正極，另一條電源線接至車輛電門鎖輸出端，在無充電器連接情況下，系統充電鑰匙互鎖電路使用接至車輛電門鎖輸出端的電源線給系統供電，在充電器連接的情況下使用連接在電池組總正極的電源線供電。
6.根據權利要求1所述的基于開關切換測量電池組單體電壓的電動車電池管理系統， 其特征在于所述多節單體電池電壓開關選通電路采用4-16譯碼器集成電路，可控制1-16 路開關導通或關斷，所述多節單體電池電壓開關選通電路采用NPN三極管來導通電池組負極輸入，采用PNP三極管來導通電池組正極輸入，形成一個三極管對，并在NPN三極管和PNP 三級管的射極分別串入一個正向二極管來實現采樣線反接保護，通過光耦隔離控制三極管對。
7.根據權利要求1所述的基于開關切換測量電池組單體電壓的電動車電池管理系統， 其特征在于所述單體電池電壓采樣開關電路，由16路單體電池電壓輸入通道串聯而成， 每路所述輸入通道包括一個單體電池正極輸入開關、一個單體電池正極輸入正向二極管、 一個單體電池負極輸入開關、一個單體電池負極輸入正向二極管、一個輸入開關隔離控制器。每路所述輸入通道包括的輸出端連接在一起，輸入至系統測控單元。
專利摘要本實用新型公開一種基于開關切換測量電池組單體電壓的電動車電池管理系統，包括系統測控單元和至少一個電池組單體電壓測量單元，所述系統測控單元包括一個DC/DC隔離電源模塊，該DC/DC隔離電源模塊輸出12V電源經過穩壓器給主控制電路提供5V電源，主控制電路連接總線通訊模塊、溫度測量電路、高低壓保護信號輸出電路、系統充電鑰匙互鎖電路、掉電檢測電路、電流傳感器接口電路以及電池組單體電壓測量單元；所述電池組單體電壓測量單元包括多節單體電池電壓開關選通電路和單體電池電壓采樣開關電路，用較低的成本實現了電池組單體電池的電壓開關切換采樣，有效降低了電池組管理系統的整體成本。
文檔編號H02J7/00GK202260564SQ20112040860
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月24日 優先權日2011年10月24日
發明者俞金華 申請人:俞金華