CN203365535U - 车用电流采集***及具有其的汽车 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种车用电流采集***，包括：供电及通讯接口；电流采集装置，电流采集装置用于采集被测电路的电流；主控芯片，主控芯片与电流采集装置相连以对电流采集装置采集的电流进行处理；电源管理芯片，电源管理芯片分别与供电及通讯接口和主控芯片相连，以为主控芯片供电；通讯装置，通讯装置分别与主控芯片和供电与通讯接口相连。根据本实用新型的车用电流采集***具有电流采集精度高，***成本低的优点。本实用新型还提出了一种汽车。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车制造技术领域，特别涉及一种车用电流采集***及具有其的汽车。
背景技术
为提高车辆的安全性，对车载电子设备驱动单元的电流实时监测就变得极为重要。现有方式中，通过电流采样模块实现电动汽车（EV）/混合动力汽车（HEV）中电池组输出电流的采样监测，是电池管理***（BMS）安全性及可靠性的重要保障之一；
电池组充放电电流的精确测量对于充放电过流保护以及电池组剩余电量的估计具有极为重要的意义。在不同的应用场合会对电流采集有不同的要求，大电流充电、大电流放电以及涓流充电都会遇到，因此要求电流采集在较宽测量范围内保证一定的测量精度。在车载应用中，为确保车载电气设备的安全性，对设备母线或其他执行机构的工作电流要进行实时采集及监控。目前市场上常见的电流采集方法可分为在线检测及离线检测。
在线检测使用分流器（SHUNT）和差分放大器组成电流采样单元。由于分流器的电阻是已知的，所以测量到分流器两端的电压U后可由公式
计算得知电流I的数据。该方案一般用于接地端电流检测，由于分流器精度受温度影响较大，其测量精度较差。同时还存在隔离及安全问题。分流器电流采集原理如图6所示。在线检测将电流采样电阻（通常阻值较小，要求精度较高）串联到被测电路中，通过采集电阻两端的电压后计算出被测电路的电流。该测量方法存在如下不足：采样电阻的精度相对较低，温度变化对电阻阻值的影响较大；受生产工艺限制，电阻的一致性较差；对于电流变化范围较大的工作环境，对后续AD采集处理精度提出了较高的要求，并且其成本较高，为满足大电流的测试范围牺牲了小电流检测的精度。
实用新型内容
本实用新型旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本实用新型的一个目的在于提出一种车用电流采集***，该车用电流采集***具有电流采集精度高、***成本低的优点。
本实用新型的另一目的在于提出一种汽车。
为了实现上述目的，本实用新型的第一方面提供了一种车用电流采集***，包括：供电及通讯接口；电流采集装置，所述电流采集装置用于采集被测电路的电流；主控芯片，所述主控芯片与所述电流采集装置相连以对所述电流采集装置采集的电流进行处理；电源管理芯片，所述电源管理芯片分别与所述供电及通讯接口和所述主控芯片相连，以为所述主控芯片供电；以及通讯装置，所述通讯装置分别与所述主控芯片和所述供电与通讯接口相连。
根据本实用新型实施例的车用电流采集***，将采集的模拟信号的电流数据换成CAN总线数据（即数字信号），可直接与整车控制器或其他智能控制设备通讯。CAN总线采用标准J1939通讯协议，可方便、灵活地与车内其他控制器进行通讯。另外，本实用新型的实施例的车用电流采集***可提高大电流采样的精度及效率。可用于电动汽车（EV）、混合动力汽车（HEV）中电池组充放电双向电流的采样监测，也可满足车载其他电子设备大电流采集的需要。
另外，根据本实用新型上述实施例的车用电流采集***还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述电流采集装置包括设置在PCB板一层上的霍尔电流传感器。
进一步地，所述霍尔电流传感器为2个。
进一步地，所述电流采集装置还包括：汇流条，所述汇流条设置在所述PCB板的另一层上；包围所述汇流条和所述霍尔电流传感器的绝缘体；设置在所述绝缘体外周壁的磁屏蔽体；以及设置在所述汇流条、所述绝缘体和所述磁屏蔽体外的壳体。
进一步地，所述绝缘体为ABS绝缘体。
进一步地，所述磁屏蔽体为坡莫合金磁屏蔽体。
进一步地，所述主控芯片包括A/D转换器，以对所述电流采集装置采集的电流进行A/D转换。
进一步地，所述通讯装置包括CAN通讯接口。
本实用新型的第二发面提供了一种汽车，包括：如上述第一方面的车用电流采集***。
根据本实用新型实施例的汽车，通过车用电流采集***将采集的模拟信号的电流数据换成CAN总线数据（即数字信号），可直接与整车控制器或其他智能控制设备通讯。CAN总线采用标准J1939通讯协议，可方便、灵活地与车内其他控制器进行通讯。另外，本实用新型的实施例的汽车的车用电流采集***可提高大电流采样的精度及效率。可用于电动汽车（EV）、混合动力汽车（HEV）中电池组充放电双向电流的采样监测，也可满足车载其他电子设备大电流采集的需要。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型一个实施例的车用电流采集***的示意图；
图2是根据本实用新型一个实施例的车用电流采集***的电流采集装置的剖面图；
图3是根据本实用新型另一个实施例的车用电流采集***的剖面图；
图4是根据本实用新型一个实施例的车用电流采集***的各个元器件的布局图；
图5是通过本实用新型一个实施例的车用电流采集***采集的电流的测试曲线示意图；以及
图6是现有的一种通过分流器进行电流采集的电流采集装置的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以下结合附图描述根据本实用新型实施例的车用电流采集***及具有该车用电流采集***的汽车。
图1是根据本实用新型一个实施例的车用电流采集***的示意图。如图1所示，根据本实用新型一个实施例的车用电流采集***，包括：供电及通讯接口110、电流采集装置120、主控芯片130、电源管理芯片140和通讯装置150。
其中，电流采集装置120用于采集被测电路的电流。主控芯片130与电流采集装置120相连以对电流采集装置120采集的电流进行处理。电源管理芯片140分别与供电及通讯接口110和主控芯片130相连，以为主控芯片130供电。通讯装置150分别与主控芯片130和供电与通讯接口110相连。
具体地说，电源管理芯片140可采用现有的供电模块，其温度、湿度、海拔、振动、电磁兼容性等满足汽车级设计要求。设计参数如下：
输入电压：8～36VDC100mA（max）；
整板最大功耗：2W；
为了消除静电放电的危害，电路设计中采取了如下措施：
建立完善的屏蔽结构，通过搭铁的金属壳将静电荷释放到地；
内部电路与金属壳的连接应采用一点搭铁；
增加瞬变电压吸收二极管（STVS）等快速保护元件。
将高压电荷泄放到地；
印制电路板设计中增加保护环带，将人手拔插线路板的电荷通过最短的路径泄放到地。
结合图2所示，电流采集装置120包括设置在PCB板121一层（如图2所示，PCB板121的上表面）上的霍尔电流传感器。结合图1、图3或图4所示，霍尔电流传感器为2个，分别为霍尔电流传感器122和霍尔电流传感器123。
具体地说，霍尔电流传感器芯片是一种基于霍尔效应的单向偏置集磁极传感器。它由CMOS霍尔电路与薄的铁磁集中器集成。CMOS电路包括两对霍尔元件，它对芯片表面平行方向的磁场敏感。铁磁集中器放大外部磁场并且将其集中在霍尔元件上。
霍尔电流传感器芯片可理想地应用于汽车和工业恶劣环境中的直流和交流电流采集。它产生一个模拟的、线性的、与磁场成比例的输出电压。该电路由标准CMOS工艺制成。附加的铁磁层通过一道简单的后处理工艺添加。该整体器件集成了霍尔器件，去偏移电路，电流源，斩波稳定放大电路和参数可编程能力。
通过动态偏移消除，任何由温度变化、封装或者其他情况引起的偏移电压都可以被很强地消除。因此，该霍尔电流传感器芯片具有非常稳定的信号输出，不受机械压力及温度变化的影响。因此，该霍尔电流传感器芯片具有很广泛的应用范围和非常高的准确性。该霍尔电流传感器芯片可理想作为PCB装配中的开环电路传感器。它可以用于小尺寸应用设计和不同电流范围的简单架构中。由于该霍尔电流传感器芯片具有短的响应时间和高带宽，因此，该霍尔电流传感器芯片适用于无接触、高电流、高电压体系中的快速电流采集。
上述的两个霍尔电流传感器（即霍尔电流传感器122和霍尔电流传感器123）可采用两个不同测量范围的霍尔电流传感器对应测量不周量程的电流范围，从而确保了各个量程的电流采集精度。如表1所示，大量程的霍尔电流传感器（如霍尔电流传感器122）可测量的电流范围是±30A到±300A，测量分辨率优于1.5A；小量程的霍尔电流传感器（如霍尔电流传感器123）可精确测量电流范围区间为：-30A～30A，测量分辨率优于100mA。上述的两个霍尔电流传感器自带保护装置，确保在大电流采集时小测量范围的霍尔电流传感器处于安全保护状态。该霍尔电流传感器可检测双向的电流数据，是动力电池***理想的电流监测装置。
表1
| 参数 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
| 大电流采集范围 | -300 | +300 | A | |
| 大电流采集分辨率 | 1.5 | A | ||
| 小电流采集范围 | -30 | +30 | A | |
| 小电流采集分辨率 | 100 | mA |
如图2、3和4所示，电流采集装置120还包括：汇流条124、绝缘体125、磁屏蔽体126和壳体127。其中，汇流条124设置在PCB板121的另一层（如图2所示，PCB板121的下表面）上。绝缘体125包围汇流条124和霍尔电流传感器（即霍尔电流传感器122和霍尔电流传感器123）。磁屏蔽体126设置在绝缘体125外周壁。壳体127设置在汇流条124、绝缘体125和磁屏蔽体126外。
具体地说，结合图2、图3和图4，PCB板121可通过螺钉固定在外壳127内，如图3或4所示，仅通过4颗M3的螺钉即可完成PCB板与外壳的装配。具有结构配合精确、装配简单，提高***的可靠性及安全性的优点。
在上述示例中，绝缘体125为但不限于ABS绝缘体，即绝缘体125的材料选用ABS材料。此外，磁屏蔽体126为但不限于坡莫合金磁屏蔽体。即磁屏蔽体126的材料用于对被测电流磁场进行有效屏蔽，从而确保霍尔电流传感器采集数据的准确性。坡莫合金由具有高磁导率的铁磁性（软磁）材料所构成的，通过制作成半闭合屏蔽体（如图2所示，上侧开口），确保对除霍尔电流传感器外的周围磁场进行有效的磁屏蔽。汇流条124承载被测母线（被测电路）中电流的流通路径。
在本实用新型的一个实施例中，主控芯片130包括A/D转换器（图中未示出），以对电流采集装置120采集的电流进行A/D转换。即A/D转换器接收霍尔电流传感器发送的电流的模拟信号、自检测模拟信号输入，并可通过一些扩展的电路对接收的电流的模拟信号进行测试以及可提供对霍尔电流传感器进行校准的接口，以便对霍尔电流传感器进行校准。
A/D转换器的功能为将输入的模拟信号调理成ADC可识别的0～5V信号（数字信号）。可使用主控芯片130内置的12Bit ADC模块进行数据采集及处理工作。
在本实用新型的一个实施例中，通讯装置150包括CAN通讯接口。即通讯装置通过CAN总线和供电及通讯接口110接收智能外部控制器（***设备）的电流采集指令并依据通讯协议上传电流数据至智能外部控制器。此外，为了增强电路的抗干扰性及可靠性，本***还可在智能外部控制器与通讯装置150之间增加隔离电路。
如图5所示，通过对使用本实用新型实施例的车用电流采集***采集的电流进行测试验证，其测试曲线如图5所示，可明显地看出其采集的电流具有高的精度和准确性。
根据本实用新型实施例的车用电流采集***，将采集的模拟信号的电流数据换成CAN总线数据（即数字信号），可直接与整车控制器或其他智能控制设备通讯。CAN总线采用标准J1939通讯协议，可方便、灵活地与车内其他控制器进行通讯。另外，本实用新型的实施例的车用电流采集***可提高大电流采样的精度及效率。可用于电动汽车（EV）、混合动力汽车（HEV）中电池组充放电双向电流的采样监测，也可满足车载其他电子设备大电流采集的需要。
本实用新型的进一步实施例提出了一种汽车，包括上述实施例的车用电流采集***。
根据本实用新型实施例的汽车，可通过车用电流采集***将采集的模拟信号的电流数据换成CAN总线数据（即数字信号），可直接与整车控制器或其他智能控制设备通讯。CAN总线采用标准J1939通讯协议，可方便、灵活地与车内其他控制器进行通讯。另外，本实用新型的实施例的汽车的车用电流采集***可提高大电流采样的精度及效率。可用于电动汽车（EV）、混合动力汽车（HEV）中电池组充放电双向电流的采样监测，也可满足车载其他电子设备大电流采集的需要。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同限定。
Claims (9)
1.一种车用电流采集***，其特征在于，包括：
供电及通讯接口；
电流采集装置，所述电流采集装置用于采集被测电路的电流；
主控芯片，所述主控芯片与所述电流采集装置相连以对所述电流采集装置采集的电流进行处理；
电源管理芯片，所述电源管理芯片分别与所述供电及通讯接口和所述主控芯片相连，以为所述主控芯片供电；以及
通讯装置，所述通讯装置分别与所述主控芯片和所述供电与通讯接口相连。
2.根据权利要求1所述的车用电流采集***，其特征在于，所述电流采集装置包括设置在PCB板一层上的霍尔电流传感器。
3.根据权利要求2所述的车用电流采集***，其特征在于，所述霍尔电流传感器为2个。
4.根据权利要求2或3任一项所述的车用电流采集***，其特征在于，所述电流采集装置还包括：
汇流条，所述汇流条设置在所述PCB板的另一层上；
包围所述汇流条和所述霍尔电流传感器的绝缘体；
设置在所述绝缘体外周壁的磁屏蔽体；以及
设置在所述汇流条、所述绝缘体和所述磁屏蔽体外的壳体。
5.根据权利要求4所述的车用电流采集***，其特征在于，所述绝缘体为ABS绝缘体。
6.根据权利要求4所述的车用电流采集***，其特征在于，所述磁屏蔽体为坡莫合金磁屏蔽体。
7.根据权利要求1所述的车用电流采集***，其特征在于，所述主控芯片包括A/D转换器，以对所述电流采集装置采集的电流进行A/D转换。
8.根据权利要求1所述的车用电流采集***，其特征在于，所述通讯装置包括CAN通讯接口。
9.一种汽车，其特征在于，包括：
如权利要求1-8任一项所述的车用电流采集***。
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