CN207992310U - 一种单体电压采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子电器领域，提出了一种单体电压采集电路。所述单体电压采集电路包括多个电池模组、多个顺次连接的单体电压采集芯片、多个连接电路、采样电路、均衡控制电路、温度采集电路、差分信号转换电路和主单片机。所述单体电压采集芯片采用菊花链通讯方案，在相邻的两个单体电压采集芯片之间使用差分信号进行通讯。单体电压采集芯片采集到的电池模组信息传输到最后一级单体电压采集芯片上，并在经过转换后输入到主单片机。本实用新型将与主单片机通讯的任务交由最后一级单体电压采集芯片执行，减少了主单片机引脚的占用，简化了电路，同时减少了隔离芯片的使用，降低了成本。

Description

一种单体电压采集电路

技术领域

本实用新型涉及电子电器领域，尤其涉及一种单体电压采集电路。

背景技术

新能源技术现在是当前汽车技术领域的重点研究方向，其中电动汽车因为对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。对于电动汽车而言，为其提供动力的动力电池包是提高电动汽车性能的关键。通常会在电池包中安装BMS电池管理***，实时对电池的状态进行监控。因此BMS对于动力电池包而言是不可或缺的组成部分。

现有技术方案状态下电池管理方案中，所有单体电压采集芯片都是通过了各自的隔离芯片与主单片机之间进行通讯，这种方案需要消耗大量的单片机引脚资源，同时需要采用很多的隔离芯片，很浪费成本。

在当前的技术方案之下所有的单体电压采集芯片都会用各自的通讯隔离芯片与主板处理器进行通讯。因而在整个单体电压信息采集模块上，会有各自的单体电压信息、单体的模组温度信息等都会通过这个隔离芯片与主处理器之间进行通讯。主板处理器需要给每一个单体电压采集芯片提供管脚来进行通讯，这种极大的占用了主板处理器的资源，使得电路的复杂程度增加。

对于整个电池管理统而言，单体电压采集单元则是采用了基本的单体电压采集芯片级联而成的，在现有技术的架构中，每个单体采集模块的信息都是通过单独的隔离芯片给传递到主单片机的。这种方案会造成极大的成本浪费，因为这些隔离通讯的芯片价格会贵的，对于企业来说，这种采购成本是相当大的一些投入。由于采用了过多的具有复杂通讯方案的隔离芯片，例如SP I通讯的芯片等，这样价格比较昂贵的芯片会给整个BMS的开发带来极大的成本增加。对于企业来说是相对不划算的。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是现有的单体电压采集电路需要占用大量单片机使得电路复杂化以及现有的单体电压采集电路需要采用很多隔离芯片使得成本增加的问题。为了解决如上问题，本实用新型提出了一种单体电压采集电路。本实用新型具体是以如下技术方案实现的：

本实用新型实施例提出了一种单体电压采集电路，单体电压采集芯片之间采用了标准的菊花链级联方案，具体地，在所有单体电压采集芯片之间通过差分信号通讯来传输信息。

这些单体电压采集芯片通过了级联之后，最后是通过一个位于主板上的转换芯片来实现信号的转换的，最后一级单体电压采集芯片与转换芯片连接，将差分信号通讯转化为SPI通讯。将单体电压采集芯片反馈回来的信息转化为SPI通讯，最终可以实现与主单片机的通讯。

单体电压采集芯片通过菊花链的方式实现相邻两级芯片之间的通讯，相邻两级采集芯片之间的通讯连接方案具体采用简单的磁隔离方案，这种磁隔离芯片相对成本较低，当最后一级的单体电压采集芯片得到了所有的模组信息之后，就会再通过一个磁隔离芯片与转换芯片连接，最终与位于主板上的主单片机进行通讯，从而实现了菊花链通讯的方案，降低了元器件采购成本。

所述单体电压采集电路包括多个电池模组、多个顺次连接的单体电压采集芯片、多个连接电路、采样电路、均衡控制电路、温度采集电路、差分信号转换电路和主单片机。

所述每个单体电压采集芯片连接一个电池模组，所述每个单体电压采集芯片采集一个电池模组的信息。所述单体电压采集芯片具有信息传输差分端口，所述信息传输差分端口包括信息传输差分端口A和信息传输差分端口B；

所述相邻的两级单体电压采集芯片间设有一个连接电路。所述上一级单体电压采集芯片的信息传输差分端口A与连接电路的一端相连，所述下一级单体电压采集芯片的信息传输差分端口B与连接电路的另一端相连。

所述第一级单体电压采集芯片与第一差分信号转换电路之间设有一个连接电路，所述第一级单体电压采集芯片的信息传输差分端口B与连接电路的一端连接，所述连接电路的另一端连接第一差分信号转换电路，所述第一差分信号转换电路连接主单片机。

所述最后一级单体电压采集芯片与第二差分信号转换电路之间设有一个连接电路，所述最后一级单体电压采集芯片的信息传输差分端口A与连接电路的一端连接，所述连接电路的另一端连接第二差分信号转换电路，所述第二差分信号转换电路连接主单片机。

进一步地，所述连接电路具有磁隔离芯片。

进一步地，所述差分信号转换电路具有转换芯片。所述转换芯片用于将差分信号转换为SPI信号。

进一步地，所述单体电压采集芯片还具有采样通道、通道均衡口、芯片参考电源输出端口和数字/模拟输入/输出口。

所述通道均衡口包括通道均衡口A和通道均衡口B。所述通道均衡口A有14个，所述通道均衡口B有14个。

所述采样通道用于实现采集功能。所述采样通道有14个。

所述数字/模拟输入/输出口有7个。

所述单体电压采集芯片还具有供电端口、芯片供电地和故障状态输出，所述故障状态输出用于输出故障信号电平。

进一步地，述单体电压采集芯片上至少具有两个采样通道，每个采样通道连接一个采样电路，所述采样电路具有采样电阻，所述采样电阻的一端连接单体电压采集芯片上的采样通道，所述采样电阻的另一端连接电芯单体的正极或者负极，所述采样电阻与采样通道的数目一一对应。具体地，所述第14通道连接一个单体电芯的正极，所述第13通道连接这个单体电芯的负极，同时，所述第13通道连接下一节单体电芯的正极，以此类推，最后为所述第0通道连接末节单体电芯的负极。

进一步地，所述均衡控制电路穿插在采样电路中间，具体地，即在第14通道和第13通道间设有第14通道均衡口A和第14通道均衡口B，在第13通道和第12通道间设有第13通道均衡口A和第13通道均衡口B，以此类推，最后为第1通道和第0通道间设有第1通道均衡口A和第1通道均衡口B。

进一步地，所述均衡控制电路具有多个均衡电阻，所述均衡电阻连接通道均衡口A。

所述连接通道均衡口A的均衡电阻的另一端与连接正极极柱的采样电阻并联，即所述均衡电阻连接在采样电阻的前端。

所述通道均衡口B连接一条传输线，所述传输线的另一端在负极极柱和连接负极极柱的采样电阻之间。所述通道均衡口B也可以设置均衡电阻。

进一步地，所述单体电压采集芯片上至少连接一个温度采集电路，所述温度采集电路包括精密电阻、热敏电阻和温度采集线。

进一步地，所述精密电阻的一端连接芯片参考电源输出，所述精密电阻的另一端连接热敏电阻，所述热敏电阻的另一端连接芯片地。

所述温度采集线的一端连接在精密电阻和热敏电阻之间，所述温度采集线的另一端连接数字/模拟输入/输出口。

所述温度采集电路的数目可以根据具体需求来设置。

采用上述技术方案，本实用新型所述的一种单体电压采集电路，具有如下有益效果：

1)本实用新型在单体电压采集芯片间采用菊花链的形式连接，在两个相邻的单体电压采集芯片间通过磁隔离芯片通讯，将模组信息传输到最后一级单体电压采集芯片再反馈给主单片机，使得主单片机的引脚不会被过多占用，降低了电路的复杂程度；

2)在本实用新型中，由于全部的模组信息都从最后一级单体电压采集芯片传输给主单片机，而不是每个单体电压采集芯片都和主单片机通讯，减少了隔离芯片的使用数目，同时采用价格较低的磁隔离芯片使得两个相邻的单体电压采集芯片间能够通讯，降低了元器件的采购成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种单体电压采集电路的电路图；

图2为本实用新型实施例提供的一种单体电压采集电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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者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。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以使直接相连，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例：

本实用新型实施例中提供了一种单体电压采集电路，如图1所示，单体电压采集芯片之间采用了标准的菊花链级联方案，具体地，在所有单体电压采集芯片之间通过差分信号通讯来传输信息。

这些单体电压采集芯片通过了级联之后，最后是通过一个位于主板上的转换芯片来实现信号的转换的，最后一级单体电压采集芯片与转换芯片连接，将UART通讯转化为可由主单片机识别的SPI通讯。将单体电压采集芯片反馈回来的信息转化为SPI通讯，最终可以实现与主单片机的通讯。所述UART通讯为差分信号通讯的一种。

单体电压采集芯片通过菊花链的方式实现相邻两级芯片之间的通讯，相邻两级采集芯片之间的通讯连接方案具体采用简单的磁隔离方案，这种磁隔离芯片相对成本较低，当最后一级的单体电压采集芯片得到了所有的模组信息之后，就会再通过一个磁隔离芯片与转换芯片连接，最终与位于主板上的主单片机进行通讯，从而实现了菊花链通讯的方案，降低了元器件采购成本。

所述单体电压采集电路连接电池包，电池包包括多个电池模组，每个电池模组中包括多个单体电芯，所述单体电压采集电路包括多个顺次连接的单体电压采集芯片、采样电路、均衡控制电路、温度采集电路、连接电路和差分信号转换电路。每个单体电压采集芯片连接一个电池模组。如图2所示。

单体电压采集芯片设有信息传输B差分+端口、信息传输B差分-端口、信息传输A差分+端口、信息传输A差分-端口、28个通道均衡口、15个采样通道、故障状态输出端口、芯片参考电源输出端口、数字/模拟输入/输出口、供电端口和芯片供电地。

所述28个通道均衡口分为A和B两组，所述通道均衡口A有14个，通道均衡口B有14个。所述采样通道，用于实现采集功能。所述故障状态输出用于输出故障信号电平。所述数字/模拟输入/输出口有7个。所述供电端口接电池模组的正极，所述芯片供电地接电池模组的负极。

述单体电压采集芯片上至少具有两个采样通道，所述单体电压采集电路需要一个采样通道进行电芯单体正极的采样，以及一个采样通道进行电芯单体负极的采样，因此至少需要两个采样通道。每个采样通道连接一个采样电路。所述采样电路具有采样电阻，所述采样电阻的一端连接单体电压采集芯片上的采样通道，所述采样电阻的另一端连接电芯单体的正极或者负极，所述采样电阻与采样通道的数目一一对应。具体地，所述第14通道连接一个单体电芯的正极，所述第13通道连接这个单体电芯的负极，同时，所述第13通道连接下一节单体电芯的正极，以此类推，直到所述第0通道连接末节单体电芯的负极。

所述均衡控制电路穿插在采样电路中间，具体地，即在第14通道和第13通道间设有第14通道均衡口A和第14通道均衡口B，在第13通道和第12通道间设有第13通道均衡口A和第13通道均衡口B，以此类推直到第1通道和第0通道间设有第1通道均衡口A和第1通道均衡口B。

所述均衡控制电路具有多个均衡电阻，所述单体电压采集芯片上的通道均衡口A连接均衡电阻的一端，所述均衡电阻的另一端连接在采样电阻前端，与采样电阻并联。所述通道均衡口A的均衡电阻连接的采样电阻为连接正极极柱的采样电阻。

所述通道均衡口B连接一条传输线，所述传输线的另一端在负极极柱和连接负极极柱的采样电阻之间。所述通道均衡口B也可以设置均衡电阻。

这些单体电压采集端口上外挂的均衡电阻是在采样电阻前端的，这种方式很好的实现整个均衡电路和采集功能两个功能相互不影响。

所述连接电路设置在本级单体电压采集芯片与下一级单体电压采集芯片之间，所述连接电路具有磁隔离芯片，通过磁隔离芯片实现本级电梯电压采集电路和下一级单体电压采集电路之间的连接与通讯。

所述本级单体电压采集芯片与下一级单体电压采集芯片间设有一个连接电路，所述连接电路具有磁隔离芯片。所述本级单体电压采集芯片的信息传输差分端口连接到下一级单体电压采集芯片的信息传输差分端口的时候，通过磁隔离芯片进行通讯连接。

所述本级单体电压采集芯片的信息传输A差分+端口通过磁隔离芯片连接下一级单体电压采集芯片的信息传输B差分+端口。所述本级单体电压采集芯片的信息传输A差分-端口通过磁隔离芯片连接下一级单体电压采集芯片的信息传输B差分-端口。

所述差分信号转换电路包括转换芯片和磁隔离芯片，所述差分信号转换电路设置在第一级单体电压采集芯片的信息传输差分端口和最后一级单体电压采集芯片的信息传输差分端口。

所述第一级单体电压采集芯片的信息传输B差分+端口和信息传输B差分-端口通过磁隔离芯片与第一转换芯片连接，所述最后一级的单体电压采集芯片的信息传输A差分+端口和信息传输A差分-端口通过磁隔离芯片与第二转换芯片连接。

所述转换芯片连接到主单片机上，所述第一转换芯片连接主单片机上的SCK(同步时钟)、MOSI(为主输出从输入)、M I SO(主输入从输出)和CS1(片选信号1)，所述第二转换芯片连接主单片机上的SCK(同步时钟)、MOS I(为主输出从输入)、MISO(主输入从输出)和CS2(片选信号2)，所述转换芯片可以将差分信号转换为SPI通讯。

单体电压采集芯片之间采用的是一种差分信号的传输通讯方案，通过这种磁隔离的方案，将差分信号从本级单体电压采集芯片向下一级单体电压采集芯片传输。所述信息传输差分信号+和所述信息传输差分信号-都是一种正弦信号，而这两个信号之间的差则构成了相应的逻辑1和0，例如差分信号+为正半周期，差分信号-为负半周期，此时代表逻辑“1”，相反，差分信号+为正负周期，差分信号-为正半周期，此时代表逻辑“0”，图中，高端的采集芯片与低端的采集芯片，都会有各自的差分信号对外输出，这种输出分别通过各自的转换芯片，这就是一种实现差分信号转化为SPI通讯，所述第一级单体电压采集芯片和最后一级单体电压采集芯片分别连接的两个转换芯片，都是与位于主板上的主单片机进行通讯的。

所述温度采集电路包括一个精密电阻和一个NTC热敏电阻。所述精密电阻的一端连接芯片参考电源输出，所述精密电阻的另一端连接NTC热敏电阻，所述NTC热敏电阻不与精密电阻相连的一端接地。所述数字/模拟输入/输出口连接在精密电阻与NTC热敏电阻之间。所述温度采集电路的设置可以根据实际需要进行调整，比如说，此处需要两路温度采集，那么可以设置两个温度采集电路分别连接到两个数字/模拟输入/输出口，构成两路温度采集，配合整体电路。

单体电压采集芯片上都会提供各自的参考电压源，所述参考电压源连接温度采集能力，所述温度采集电路由一个精密电阻与NTC热敏电阻共同构成，可以将NTC热敏电阻布置在电池单体的极柱上，从而来感知电池包内电芯的温度。

本实用新型将单体电压采集芯片以菊花链的形式连接起来，在相邻的两个单体电压采集芯片间采用差分信号传输的传输方式，将所有的模组信息一级一级向下传输到最后一级单体电压采集芯片，最后一级单体电压采集芯片收集到所有模组的信息之后，通过磁隔离芯片与主单片机进行通讯，并通过转换芯片将差分信号转换为SPI通讯。改变了原本的每个单体电压采集芯片都需要一个隔离芯片与主单片机通讯的信息传输方式，从而减少了复杂的信息隔离芯片的使用数量，降低了生产的成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单体电压采集电路，其特征在于，所述单体电压采集电路包括多个顺次连接的单体电压采集芯片、多个连接电路、采样电路、均衡控制电路、温度采集电路、差分信号转换电路和主单片机；

所述单体电压采集芯片具有信息传输差分端口，所述相邻的两个单体电压采集芯片间设有一个连接电路，所述连接电路连接相邻的两个单体电压采集芯片的信息传输差分端口；

所述第一级单体电压采集芯片与第一差分信号转换电路之间设有一个连接电路，所述第一差分信号转换电路连接主单片机；

所述最后一级单体电压采集芯片与第二差分信号转换电路之间设有一个连接电路，所述第二差分信号转换电路连接主单片机。

2.根据权利要求1所述的一种单体电压采集电路，其特征在于，所述信息传输差分端口包括信息传输差分端口A和信息传输差分端口B；

所述上一级单体电压采集芯片的信息传输差分端口A与所述连接电路的一端相连，所述下一级单体电压采集芯片的信息传输差分端口B与所述连接电路的另一端相连。

3.根据权利要求2所述的一种单体电压采集电路，其特征在于，所述第一级单体电压采集芯片的信息传输差分端口B与所述连接电路的一端连接，所述连接电路的另一端连接第一差分信号转换电路，所述第一差分信号转换电路连接主单片机；

所述最后一级单体电压采集芯片的信息传输差分端口A与所述连接电路的一端连接，所述连接电路的另一端连接第二差分信号转换电路，所述第二差分信号转换电路连接主单片机。

4.根据权利要求1到3任意一项所述的一种单体电压采集电路，其特征在于，所述连接电路具有磁隔离芯片。

5.根据权利要求1所述的一种单体电压采集电路，其特征在于，所述单体电压采集芯片还具有采样通道、通道均衡口、芯片参考电源输出端口和数字/模拟输入/输出口。

6.根据权利要求5所述的一种单体电压采集电路，其特征在于，所述单体电压采集芯片上至少具有两个采样通道，每个采样通道连接一个采样电路，所述采样电路具有采样电阻。

7.根据权利要求6所述的一种单体电压采集电路，其特征在于，在单体电压采集芯片上，所述通道均衡口设置在两个相邻的采样通道之间。

8.根据权利要求7所述的一种单体电压采集电路，其特征在于，所述均衡控制电路具有均衡电阻，所述均衡电阻的一端连接通道均衡口，所述均衡电阻的另一端与采样电阻并联。

9.根据权利要求5所述的一种单体电压采集电路，其特征在于，所述单体电压采集芯片上至少连接一个温度采集电路，所述温度采集电路包括精密电阻、热敏电阻和温度采集线。

10.根据权利要求9所述的一种单体电压采集电路，其特征在于，所述精密电阻的一端连接芯片参考电源输出，所述精密电阻的另一端连接热敏电阻，所述热敏电阻的另一端连接芯片地；

所述温度采集线的一端连接在精密电阻和热敏电阻之间，所述温度采集线的另一端连接数字/模拟输入/输出口。