CN202593309U - 汽车动力电池电压监控*** - Google Patents

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孙江明
曾庆文
张阳
赵铁鹏
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Abstract

本实用新型涉及一种汽车动力电池电压监控***，其包括感应线圈组、放大积分电路、比较电路、主控模块和电池电压均衡模块，感应线圈组设置于靠近所述的汽车动力电池的位置，且输出端通过放大积分电路连接比较电路；该比较电路还连接主控模块的参考电压生成单元和控制信号生成单元，控制信号生成单元通过电池电压均衡模块连接所述的汽车动力电池。采用该种结构汽车动力电池电压监控***，利用感应线圈感应电池输出电压变化，并判断其变化量，因而避免了测量误差，进而对电池进行均衡，降低了整个电池组的电压损耗，提高电池管理***的工作效率，且本实用新型的汽车动力电池电压监控***的结构简单，成本低廉，应用范围也较为广泛。

Description

汽车动力电池电压监控***
技术领域
本实用新型涉及电动汽车技术领域，特别涉及动力电池监控设备技术领域，具体是指一种汽车动力电池电压监控***。
背景技术
动力电池组是电动汽车的一个关键零部件，动力电池组输出的电压提供了车辆工作的动力。但是动力电池组内的每一节电池在工作时，由于单个电池的特性是有些差异的，向外输出的电压并不一致。如果有某一节电池输出的电压过小，往往会影响电池组内其它电池的正常工作，同时整个电池组的输出电压被拉低，甚至降低了电池的使用寿命。为了保证电池的使用寿命，需要对电池的输出电压进行监控，在发现单体电池输出的电压较小时，对电池进行充电。
传统的电池监控方法主要有：分压电阻压降方法、浮动地测量方法、模拟开关选通方法。分压电阻压降法主要是通过电阻分压将实际电压衰减到测量芯片可接受的电压范围，然后进行模数转换。但是随着单体电池数的增多，单体电池电压测量误差会随着共模电压的增大而增大。浮动地测量方法主要是使用浮动地测量电池端电压时，比较器自动判断当前低电位是否合适，如果合适直接启动模数转换进行测量；否则会通过MCU经数模转换对低电位进行浮动控制，从而使低电位处于合适的状态下。但是该方案由于低电位在现场干扰下会降低对低电位控制的准确性，影响***的测量效果。模拟开关法主要是通过模拟开关选择测量通道，对于被选中的通道模拟开关的输出通过电压跟随器后进行模数转换，但是该方法需要较高的运算精度，成本也较高。
因此，在汽车动力电池组领域亟需一种能够准确判断电池组各电池输出电压的变化量，并对相应电池的电压进行控制，降低电池组整体功耗的电池组监控***。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够有效避免测量误差，准确判断电池组各电池输出电压的变化量，并对相应电池的电压进行均衡控制，从而降低电池组整体功耗，且结构简单，成本低廉，应用范围较为广泛的汽车动力电池电压监控***。
为了实现上述的目的，本实用新型的汽车动力电池电压监控***具有如下构成：
该汽车动力电池电压监控***，包括感应线圈组、放大积分电路、比较电路、主控模块和电池电压均衡模块，所述的感应线圈组设置于靠近所述的汽车动力电池的位置，该感应线圈组的输出端连接所述的放大积分电路的输入端；所述的放大积分电路的输出端连接所述的比较电路的第一输入端；所述的主控模块包括参考电压生成单元和控制信号生成单元，所述的参考电压生成单元的输出端连接所述的比较电路的第二输入端；所述的比较电路的输出端连接所述的主控模块的控制信号生成单元的输入端，该控制信号生成单元的输出端连接所述的电池电压均衡模块的输入端，该电池电压均衡模块的输出端连接所述的汽车动力电池。
该汽车动力电池电压监控***中，所述的汽车动力电池为由多个单体电池组成的动力电池组，所述的感应线圈组具有与所述的单体电池数量相同的感应线圈；每个感应线圈对应一个所述的单体电池，并设置于靠近该单体电池的位置；各个感应线圈均连接所述的放大积分电路的输入端。
该汽车动力电池电压监控***中，所述的各个单体电池均具有单体电池包，所述的各个感应线圈均封装于与其对应的单体电池包内。
该汽车动力电池电压监控***中，所述的电池电压均衡模块包括均衡电流输出单元，所述的均衡电流输出单元的输出端连接所述的各个单体电池，所述主控模块控制信号生成单元的输出端连接所述的均衡电流输出单元。
该汽车动力电池电压监控***中，所述的主控模块还包括存储单元，所述的比较电路的输出端连接于该存储单元，所述的存储单元还连接所述的控制信号生成单元。
该汽车动力电池电压监控***中，所述的主控模块还包括报警单元，所述的报警单元连接所述的控制信号生成单元。
该汽车动力电池电压监控***中，所述的汽车还包括连接所述动力电池的电动电机，所述的电动电机具有电机转速测定单元，所述的主控模块的控制信号生成单元还连接该电机转速测定单元。
该汽车动力电池电压监控***中，所述的汽车具有车辆控制总线，所述的汽车动力电池、汽车动力电池电压监控***以及电动电机均连接于所述的车辆控制总线，所述的控制信号生成单元通过所述的车辆控制总线连接该电机转速测定单元。
该汽车动力电池电压监控***中，所述的主控模块为单片机。
采用了该实用新型的汽车动力电池电压监控***，由于其包括感应线圈组、放大积分电路、比较电路、主控模块和电池电压均衡模块，所述的感应线圈组设置于靠近所述的汽车动力电池的位置，且输出端连接所述的放大积分电路的输入端；放大积分电路的输出端连接所述的比较电路的第一输入端；主控模块的参考电压生成单元的输出端连接所述的比较电路的第二输入端；所述的比较电路的输出端连接所述的主控模块的控制信号生成单元的输入端，该控制信号生成单元的输出端连接所述的电池电压均衡模块的输入端，该电池电压均衡模块的输出端连接所述的汽车动力电池。使得该***能够利用分布在动力电池周围的感应线圈感应电池输出电压变化。通过对动力电池组的电池输出电压的变化量进行判断，找到电压变化较大的电池编号，并对该号电池进行均衡，从而降低整个电池组的电压损耗，由于本***采用了非接触式的感应线圈采集电池输出电压的变化量，因而有效避免了现有技术中的测量误差，提高电池管理***的工作效率，且本实用新型的汽车动力电池电压监控***的结构简单，成本低廉，应用范围也较为广泛。
附图说明
图1为本实用新型的汽车动力电池电压监控***的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图1所示，为本实用新型的汽车动力电池电压监控***的结构示意图。
在一种实施方式中，该汽车动力电池电压监控***包括感应线圈组、放大积分电路、比较电路、主控模块和电池电压均衡模块。所述的汽车动力电池为由多个单体电池组成的动力电池组，所述的感应线圈组具有与所述的单体电池数量相同的感应线圈；每个感应线圈对应一个所述的单体电池，并设置于靠近该单体电池的位置；各个感应线圈均连接所述的放大积分电路的输入端。所述的放大积分电路的输出端连接所述的比较电路的第一输入端；所述的主控模块包括参考电压生成单元和控制信号生成单元，所述的参考电压生成单元的输出端连接所述的比较电路的第二输入端；所述的比较电路的输出端连接所述的主控模块的控制信号生成单元的输入端，该控制信号生成单元的输出端连接所述的电池电压均衡模块的输入端，该电池电压均衡模块的输出端连接所述的汽车动力电池。所述的主控模块可采用单片机。
在一种较优选的实施方式中，所述的各个单体电池均具有单体电池包，所述的各个感应线圈均封装于与其对应的单体电池包内。
在另一种较优选的实施方式中，所述的电池电压均衡模块包括均衡电流输出单元，所述的均衡电流输出单元的输出端连接所述的各个单体电池，所述主控模块控制信号生成单元的输出端连接所述的均衡电流输出单元。该电池电压均衡模块为常见的电池组单体电池电压均衡保护模块，其不依赖于软件，而通过硬件实现其功能均衡功能。该电池电压均衡模块在接收到来自主控模块的控制信号后，对控制信号中对应的单体电池输出均衡电流，以提高该单体电池输出电压，缩小各单体电池间的输出电压差。
在一种进一步优选的实施方式中，所述的主控模块还包括存储单元和报警单元，所述的比较电路的输出端连接于该存储单元，所述的存储单元和报警单元均连接所述的控制信号生成单元。
在一种更进一步优选的实施方式中，所述的汽车还包括连接所述动力电池的电动电机，所述的电动电机具有电机转速测定单元，所述的主控模块的控制信号生成单元还连接该电机转速测定单元。
在一种更优选的实施方式中，所述的汽车具有车辆控制总线，所述的汽车动力电池、汽车动力电池电压监控***以及电动电机均连接于所述的车辆控制总线，所述的控制信号生成单元通过所述的车辆控制总线连接该电机转速测定单元。
在实际应用中，本实用新型的汽车动力电池电压监控***，如图1所示，在动力电池组的每个单体电池的电池包内设置感应线圈。由于感应线圈感应出的感应电流较小，所以需要经过放大、积分电路，然后在于比较器电路中与基准电压进行比对，基准电压是由MCU所控制的数模转换电路进行输出的。将比较后的电平信号送到MCU的I/O端口并储存，经过MCU的判断后对电压较低的单体电池进行均衡控制。
当动力电池在放电或充电状态时，如果单体电池的电压发生瞬间变化，则其周围会产生磁场，在磁场中的感应线圈产生感应电流。利用在电池包内放置的感应线圈所产生的感应电流对电磁场进行判断，将采集到的感应电流进行放大、积分，并与基准电压进行比对。基准电压是利用MCU控制的，用基准电压UREF与采集的电压UG在比较电路中完成比较，将比较后的结果（即高、低电平）送到主控制板上的MCU并储存。
将采集的电压UG与基准电压UREF进行比较，可以得到以下几种情况：
（1）UREF＜UG：说明电池输出的电压有较大变化。此时，需要判断车辆的所处的状态：
i、如果车辆在行车状态下，可以通过监控车辆电机的状态，即监控是否加速运转，来判断该段时间电池输出的电压变化是否属于正常情况。若电机加速运转，则判定电池的输出电压变化属于正常情况，MCU不会发出报警信号；否则MCU发出报警信号，提示电池输出电压存在异常，并且MCU将启动电池均衡模块。
ii、如果车辆在充电状态下，则说明电池电压有异常，向MCU发出报警信号并提示电池需要进行均衡。
（2）、UREF≥UG：说明电池的输出电压没有较大变化。此时，无论车辆在行车状态或充电状态，判定该时刻单体电池输出电压变化为正常情况，不向MCU发出报警信号也不启动电池均衡模块。
举例而言，当车辆在行驶或充电的过程中，动力电池组1号单体电池输出电压瞬间产生100mV变化，其对应的感应线圈将产生110uA左右的感应电流Ig。感应电流Ig在经过放大、积分电路后输出3.3V左右的电压UG，并与基准电压UREF（3V）进行比较，比较后的结果为高电平即“1”并发到MCU，并存储。
因为UG>UREF，说明1号单体电池电压较低，MCU发出报警信号，同时启动电池均衡模块对1号单体电池进行充电。
若车辆在行驶或充电的过程中，动力电池组3号单体电池输出电压发生50mV的瞬间变，其对应的感应线圈将产生约为60uA左右的感应电流Ig。感应电流Ig在经过放大、积分电路后输出1.8V左右的电压UG，并与基准电压UREF（3V）进行比较，比较后的结果为低电平即“0”并发到MCU，并存储。
因为UG＜UREF，则说明3号单体电池电压变化在正常范围内，MCU不会发出报警信号也不会开启电池均衡模块。
本实用新型的汽车动力电池电压监控***技术方案中，其中所包括的各个功能模块和模块单元均能够对应于集成电路结构中的具体硬件电路，因此这些模块和单元仅利用硬件电路结构就可以实现，不需要辅助以特定的控制软件即可以自动实现相应功能。
采用了该实用新型的汽车动力电池电压监控***，由于其包括感应线圈组、放大积分电路、比较电路、主控模块和电池电压均衡模块，所述的感应线圈组设置于靠近所述的汽车动力电池的位置，且输出端连接所述的放大积分电路的输入端；放大积分电路的输出端连接所述的比较电路的第一输入端；主控模块的参考电压生成单元的输出端连接所述的比较电路的第二输入端；所述的比较电路的输出端连接所述的主控模块的控制信号生成单元的输入端，该控制信号生成单元的输出端连接所述的电池电压均衡模块的输入端，该电池电压均衡模块的输出端连接所述的汽车动力电池。使得该***能够利用分布在动力电池周围的感应线圈感应电池输出电压变化。通过对动力电池组的电池输出电压的变化量进行判断，找到电压变化较大的电池编号，并对该号电池进行均衡，从而降低整个电池组的电压损耗，由于本***采用了非接触式的感应线圈采集电池输出电压的变化量，因而有效避免了现有技术中的测量误差，提高电池管理***的工作效率，且本实用新型的汽车动力电池电压监控***的结构简单，成本低廉，应用范围也较为广泛。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种汽车动力电池电压监控***，其特征在于，所述的***包括感应线圈组、放大积分电路、比较电路、主控模块和电池电压均衡模块，所述的感应线圈组设置于靠近所述的汽车动力电池的位置，该感应线圈组的输出端连接所述的放大积分电路的输入端；所述的放大积分电路的输出端连接所述的比较电路的第一输入端；所述的主控模块包括参考电压生成单元和控制信号生成单元，所述的参考电压生成单元的输出端连接所述的比较电路的第二输入端；所述的比较电路的输出端连接所述的主控模块的控制信号生成单元的输入端，该控制信号生成单元的输出端连接所述的电池电压均衡模块的输入端，该电池电压均衡模块的输出端连接所述的汽车动力电池。
2.根据权利要求1所述的汽车动力电池电压监控***，其特征在于，所述的汽车动力电池为由多个单体电池组成的动力电池组，所述的感应线圈组具有与所述的单体电池数量相同的感应线圈；每个感应线圈对应一个所述的单体电池，并设置于靠近该单体电池的位置；各个感应线圈均连接所述的放大积分电路的输入端。
3.根据权利要求2所述的汽车动力电池电压监控***，其特征在于，所述的各个单体电池均具有单体电池包，所述的各个感应线圈均封装于与其对应的单体电池包内。
4.根据权利要求2所述的汽车动力电池电压监控***，其特征在于，所述的电池电压均衡模块包括均衡电流输出单元，所述的均衡电流输出单元的输出端连接所述的各个单体电池，所述主控模块控制信号生成单元的输出端连接所述的均衡电流输出单元。
5.根据权利要求1所述的汽车动力电池电压监控***，其特征在于，所述的主控模块还包括存储单元，所述的比较电路的输出端连接于该存储单元，所述的存储单元还连接所述的控制信号生成单元。
6.根据权利要求1所述的汽车动力电池电压监控***，其特征在于，所述的主控模块还包括报警单元，所述的报警单元连接所述的控制信号生成单元。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的汽车动力电池电压监控***，其特征在于，所述的汽车还包括连接所述动力电池的电动电机，所述的电动电机具有电机转速测定单元，所述的主控模块的控制信号生成单元还连接该电机转速测定单元。
8.根据权利要求7所述的汽车动力电池电压监控***，其特征在于，所述的汽车具有车辆控制总线，所述的汽车动力电池、汽车动力电池电压监控***以及电动电机均连接于所述的车辆控制总线，所述的控制信号生成单元通过所述的车辆控制总线连接该电机转速测定单元。
9.根据权利要求1所述的汽车动力电池电压监控***，其特征在于，所述的主控模块为单片机。
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