電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，包括多級濾波電路，所述多級濾波電路輸入端分別連接電芯模組輸出端，多級濾波電路輸出端連接采樣芯片的采樣端；所述電芯模組輸出端的電壓信號傳輸至多級濾波電路，所述多級濾波電路對電壓信號的干擾信號進(jìn)行濾波以及衰減后，將電壓信號傳輸至所述采樣芯片的采樣端，所述采樣芯片進(jìn)行電壓采樣。本發(fā)明中提供的電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，既可以進(jìn)行端口ESD防護(hù)，也可以濾除以及衰減電芯模組輸出端電壓信號的干擾信號，提高電芯電壓采樣的可靠性與穩(wěn)定性。
【專利說明】
電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案。
【背景技術(shù)】
[0002]在動力電池應(yīng)用領(lǐng)域中，電池管理系統(tǒng)(BMS)對于電芯電壓值的獲取是否可靠嚴(yán)重影響到BMS對于系統(tǒng)策略的執(zhí)行以及電芯模組的管理，故用于電芯電壓采樣的電路，其可靠性與穩(wěn)定性發(fā)揮的作用就顯得更為突出。
[0003]在實際電芯模組組裝過程中，由于BMS與電芯模組采樣排線的連接過程的不確定性，會導(dǎo)致BMS各采樣端口的上電順序存在不確定性，從而產(chǎn)生瞬時浪涌脈沖將對采樣電路造成損壞，俗稱熱插拔。熱插拔造成的IC(集成電路)損壞率在整個BMS的故障率中會占有較大比重，給生產(chǎn)造成較大的管理成本以及物料報廢成本。
[0004]在某些BMS應(yīng)用中，還會存在電壓采樣線與BMS距離較遠(yuǎn)的問題，這樣用于連接BMS的線束就會很長，由于線上寄生電感的影響，在實際使用中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而損壞BMS，具體表現(xiàn)在電壓采樣端端口的損壞。
[0005]在實際BMS應(yīng)用組裝過程中，由于ESD的影響，需要對采樣芯片的端口進(jìn)行ESD防護(hù)，否則會由于ESD影響，造成采樣芯片損壞。
[0006]電池除了能提供能量外，在其用電負(fù)載的影響下，其電壓也會存在紋波抖動，嚴(yán)重者會產(chǎn)生電壓跳動，共模和差模干擾信號等，都將影響AFE(模擬前端)采樣精準(zhǔn)度甚至損壞BMS相關(guān)電路。
[0007]目前提高電芯電壓可靠性與穩(wěn)定性的方法是在采樣電路中增加濾波電路;但是一般的濾波電路由于其功能單一、濾波能力不足，導(dǎo)致干擾信號仍然存在，影響AFE采樣精度以及電壓采樣的可靠性與實時性。干擾信號不僅能影響自身電源電路，也影響負(fù)載電路的正常工作；除此之外，在普通的濾波電路中，濾波電阻電容存在一定的失效率。一旦電阻出現(xiàn)斷路、電容出現(xiàn)短路/漏電等失效，都將嚴(yán)重影響電池單體電壓的采集，給系統(tǒng)帶來不安全因素。另外，由于單顆AFE芯片管理的電芯串?dāng)?shù)較多，為了保證各串電壓采樣的同時性，必須保證濾波后的電壓更新頻率低于AFE的采樣頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的主要目的為提供一種電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，濾除以及衰減電芯模組輸出端電壓信號的干擾信號，提高電芯電壓采樣的可靠性與穩(wěn)定性。
[0009]本發(fā)明提出一種電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，包括多級濾波電路，所述多級濾波電路輸入端分別連接電芯模組輸出端，多級濾波電路輸出端連接采樣芯片的采樣端；
[0010]所述電芯模組輸出端的電壓信號傳輸至多級濾波電路，所述多級濾波電路對電壓信號的干擾信號進(jìn)行濾波以及衰減后，將電壓信號傳輸至所述采樣芯片的采樣端，所述采樣芯片進(jìn)行電壓采樣。
[0011]進(jìn)一步地，所述多級濾波電路包括ESD防護(hù)電路、RC共模濾波電路以及RC差模濾波電路。
[0012]進(jìn)一步地，所述ESD防護(hù)電路采用共模電容對靜電釋放脈沖進(jìn)行衰減以及對共模脈沖信號進(jìn)行衰減;所述RC共模濾波電路對共模干擾信號進(jìn)行衰減以及對共模脈沖電流進(jìn)行限流;所述RC差模濾波電路對差模干擾信號進(jìn)行衰減以及對差模脈沖電流進(jìn)行限流。
[0013]進(jìn)一步地，所述多級濾波電路包括電阻以及電容，所述電阻并聯(lián)連接，所述電容串聯(lián)連接。
[0014]進(jìn)一步地，所述ESD防護(hù)電路、RC共模濾波電路以及RC差模濾波電路之間依次連接;所述ESD防護(hù)電路輸入端連接電芯模組輸出端，所述RC差模濾波電路輸出端連接采樣芯片的采樣端。
[0015]進(jìn)一步地，所述采樣芯片包括多級采樣端，所述采樣芯片的每一級采樣端均通過多級濾波電路連接所述電芯模組的輸出端。
[0016]進(jìn)一步地，所述ESD防護(hù)電路第一電容以及第二電容;所述RC共模濾波電路包括第一電阻、第二電阻、第三電容以及第四電容;所述RC差模濾波電路包括第三電阻、第四電阻、第五電容以及第六電容；
[0017]所述電芯模組輸出端連接第一電容、第一電阻以及第二電阻，所述第一電容串聯(lián)連接第二電容后接地;所述第一電阻與第二電阻并聯(lián)連接后連接第三電阻、第四電阻以及第三電容，所述第三電容串聯(lián)連接第四電容后接地;所述第三電阻與第四電阻并聯(lián)連接后連接采樣芯片的采樣端以及第五電容;所述第五電容串聯(lián)連接第六電容后連接采樣芯片的下一級采樣端。
[0018]本發(fā)明中提供的電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，具有以下有益效果:
[0019 ]本發(fā)明中提供的電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，通過多級濾波電路，對ESD進(jìn)行防護(hù)，濾除以及衰減電芯模組輸出端電壓信號的干擾信號，提高電芯電壓采樣的可靠性與穩(wěn)定性;經(jīng)過多級濾波處理，能夠提取相關(guān)有用實時可靠的電壓信號，保證采樣芯片的電芯電壓采樣可靠準(zhǔn)確;通過ESD防護(hù)電路對靜電釋放脈沖進(jìn)行衰減以及對共模脈沖信號進(jìn)行衰減，可以提高芯片的熱插拔能力;通過RC共模濾波電路對共模干擾信號進(jìn)行衰減以及對共模脈沖電流進(jìn)行限流，能夠最大限度的對共模信號進(jìn)行衰減，保護(hù)回路，防止瞬間浪涌電流對監(jiān)控取樣電壓端口的沖擊;通過RC差模濾波電路對差模干擾信號進(jìn)行衰減以及對差模脈沖電流進(jìn)行限流，保護(hù)回路，防止瞬間浪涌電流對監(jiān)控取樣電壓端口的沖擊。通過上述三個濾波電路可以對回路中由于復(fù)雜工況下產(chǎn)生的相關(guān)電壓抖動干擾信號進(jìn)行一定的衰減，并能濾除相關(guān)電機干擾信號，從而保證電芯電壓采樣同步并準(zhǔn)確;濾波電路中電阻并聯(lián)連接，電容串聯(lián)連接，濾波電路中電阻電容出現(xiàn)斷路/短路/漏電/偏移等失效，對系統(tǒng)均不造成影響，降低電路的失效概率，提高可靠性。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明一實施例中電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明一實施例中電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。
【具體實施方式】
[0023]應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]參照圖1，為本發(fā)明一實施例中電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案示意圖。
[0025]本發(fā)明一實施例中提出一種電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，包括多級濾波電路100，上述多級濾波電路100輸入端分別連接電芯模組200輸出端，多級濾波電路100輸出端連接采樣芯片300的采樣端。
[0026]上述電芯模組200輸出端的電壓信號傳輸至多級濾波電路100，上述多級濾波電路100對電壓信號的干擾信號進(jìn)行濾波以及衰減后將電壓信號傳輸至上述采樣芯片300的采樣端，上述采樣芯片300進(jìn)行電壓采樣。
[0027]目前提高電芯電壓可靠性與穩(wěn)定性的方法是在采樣電路中增加濾波電路，但是一般的濾波電路由于其功能單一、濾波能力不足，導(dǎo)致干擾信號仍然存在，這樣就會影響AFE采樣精度以及采樣電壓的可靠性與實時性，干擾信號不僅能影響自身電源電路，也影響負(fù)載電路的正常工作，常用解決電路包括加入共模或者差模濾波電路。在本實施例中，在電芯模組200輸出端以及采樣芯片300的模擬前端(AFE)設(shè)置多級濾波電路100，濾除以及衰減電芯模組200輸出端電壓信號的干擾信號，提高電芯電壓采樣的可靠性與穩(wěn)定性;經(jīng)過多級濾波處理，能夠提取相關(guān)有用實時可靠的電壓信號，保證AFE的電芯電壓采樣可靠準(zhǔn)確。多級濾波電路100包括多個濾波電路100，濾波電路100輸出端分別對應(yīng)連接采樣芯片300的VsenseO、VsenseI…Vsense η端口，濾波電路100輸入端分別連接電芯模組200的BatO、BatUBat η端口。(參照圖2)
[0028]進(jìn)一步地，在本實施例中，上述多級濾波電路100包括ESD防護(hù)電路、RC共模濾波電路以及RC差模濾波電路。
[0029]進(jìn)一步地，上述ESD防護(hù)電路采用共模電容對靜電釋放脈沖進(jìn)行衰減以及對共模脈沖信號進(jìn)行衰減;上述RC共模濾波電路對共模干擾信號進(jìn)行衰減以及對共模脈沖電流進(jìn)行限流;上述RC差模濾波電路對差模干擾信號進(jìn)行衰減以及對差模脈沖電流進(jìn)行限流。
[0030]在本實施例中，上述ESD防護(hù)電路采用共模電容，既可以衰減靜電釋放(ESD)脈沖，也可以提高采樣芯片300的熱插拔能力，也能對短時共模脈沖進(jìn)行幅度衰減以及對相關(guān)共模脈沖信號，提供一個低阻抗的卸荷通道。上述RC共模濾波電路，可進(jìn)一步濾除共模干擾信號，并對回路中共模脈沖電流進(jìn)行限流處理，能夠最大限度的對共模信號進(jìn)行衰減，保護(hù)回路，防止瞬間浪涌電流對監(jiān)控取樣電壓(Vsense)端口的沖擊。上述RC差模濾波，對采樣回路中的差模干擾信號進(jìn)行一定程度的衰減，并對回路中的差模脈沖電流進(jìn)行限流處理，從而保護(hù)回路，防止瞬間浪涌電流對監(jiān)控取樣電壓端口的沖擊。
[0031]通過多級濾波電路100，能對回路中由于復(fù)雜工況下產(chǎn)生的相關(guān)電壓抖動干擾信號進(jìn)行一定的衰減，濾除相關(guān)電機干擾信號，從而保證電芯電壓同步并準(zhǔn)確；同時還可以解決電壓采樣線較長引起的感應(yīng)電動勢擊穿問題。在實際應(yīng)用中，可以保證在采樣同步時間內(nèi)，監(jiān)控取樣電壓端口的電壓是同一時刻的精準(zhǔn)電壓，電壓誤差不超過2mV，同步電壓可靠性時間在500uS內(nèi)。
[0032]進(jìn)一步地，上述多級濾波電路100包括電阻以及電容，上述電阻并聯(lián)連接，上述電容串聯(lián)連接。
[0033]濾波電路100電阻電容存在一定的失效率。一旦電阻出現(xiàn)斷路、電容出現(xiàn)短路/漏電等失效，都將嚴(yán)重影響電池單體的采集，給系統(tǒng)帶來不安全因素。因此，在本實施例中，為了保證采樣回路的可靠連通，電容采用串聯(lián)連接，電阻采用并聯(lián)連接。濾路回路中電阻電容出現(xiàn)斷路/短路/漏電/偏移等失效，對系統(tǒng)均不造成影響。
[0034]進(jìn)一步地，上述ESD防護(hù)電路、RC共模濾波電路以及RC差模濾波電路之間依次連接;上述ESD防護(hù)電路輸入端連接電芯模組200的輸出端，上述RC差模濾波電路輸出端連接采樣芯片300的采樣端。
[0035]對于濾除差模干擾與濾除共模干擾的先后順序，由于差模干擾的影響對于采樣芯片300集成電路較大，且集成電路獲取的有用信號為差模信號，因此，將ESD防護(hù)電路設(shè)置為第一級濾波電路，RC共模濾波電路設(shè)置為第二級濾波電路，RC差模濾波電路設(shè)置為第三級濾波電路。提升電壓信號的穩(wěn)定性，便于采樣芯片300的集成電路對差模信號的獲取。
[0036]采樣芯片300包括多級采樣端，且采樣芯片300的每一級采樣端均通過多級濾波電路100連接電芯模組200的輸出端。
[0037]為了保證采樣芯片300采樣端口的電壓短時穩(wěn)定，讓采樣芯片300在短時內(nèi)采集到的各級電壓是同時刻的，調(diào)節(jié)濾波電路100的RC常數(shù)，即可控制采樣芯片300采樣端口的電壓更新頻率低于采樣頻率。
[0038]上述ESD防護(hù)電路第一電容以及第二電容;上述RC共模濾波電路包括第一電阻、第二電阻、第三電容以及第四電容;上述RC差模濾波電路包括第三電阻、第四電阻、第五電容以及第六電容；
[0039]上述電芯模組200輸出端連接第一電容、第一電阻以及第二電阻，上述第一電容串聯(lián)連接第二電容后接地;上述第一電阻與第二電阻并聯(lián)連接后連接第三電阻、第四電阻以及第三電容，上述第三電容串聯(lián)連接第四電容后接地;上述第三電阻與第四電阻并聯(lián)連接后連接采樣芯片300的采樣端以及第五電容;上述第五電容串聯(lián)連接第六電容后連接采樣芯片300的下一級采樣端，在第一級采樣端中，對應(yīng)的為通過第六電容接地。采樣芯片300每一級采樣端對應(yīng)的多級濾波電路100的輸出端之間串聯(lián)連接。
[0040]在一具體實施例中，參照圖2，為本發(fā)明一實施例中電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施例中，采樣芯片300每一級采樣端對應(yīng)一個多級濾波電路100，可設(shè)置多個Bat，對應(yīng)每一個采樣電路。
[0041 ] 如圖中端口 BatO所示，上述ESD防護(hù)電路包括電容Cl以及電容C2組成的電容電路，上述RC共模濾波電路包括電阻Rl、電阻R2、電容C3以及電容C4;上述RC差模濾波電路包括電阻R3、電阻R4、電容C5以及電容C6。
[0042]上述電阻Rl與R2并聯(lián)連接且一端分別連接電芯模組200輸出端以及電容Cl，另一端分別連接電阻R3、電阻R4以及電容C3，電阻R3以及電阻R4并聯(lián)連接并分別輸出連接(電阻R3以及電阻R4的另一端即為輸出端)采樣芯片300的采樣端(在本實施例中為VsenseO端口)以及電容C5;電容Cl通過連接電容C2接地，電容C3通過連接電容C4接地，電容C5通過連接電容C6接地。上述電芯模組200以及采樣芯片300分別接地，并通過線纜構(gòu)成濾波回路。
[0043]該ESD防護(hù)電路采用共模電容，最大作用在于濾除熱插拔時的短時高壓脈沖，類似于ESD作用，電容分壓就會將輸入電壓脈沖限制在合理值內(nèi)，不僅能夠保護(hù)集成電路，還能由于電容的瞬時短路特性，為高壓脈沖提供一個卸荷通道。
[0044]如圖中Bat I端口所示，上述ESD防護(hù)電路包括電容C7以及電容C8組成的電容電路，上述RC共模濾波電路包括電阻R5、電阻R6、電容C9以及電容C1;上述RC差模濾波電路包括電阻R7、電阻R8、電容Cll以及電容C12。
[0045]上述電阻R5與R6并聯(lián)連接且一端分別連接電芯模組200輸出端以及電容C7，另一端分別連接電阻R7、電阻R8以及電容C9，電阻R7以及電阻R8并聯(lián)連接并輸出連接(電阻R7以及電阻R8的另一端即為輸出端)采樣芯片300的采樣前端(在本實施例中為Vsensel端口)以及電容Cll;電容C7通過連接電容C8接地，電容C9通過連接電容ClO接地，電容CU通過連接電容C12連接至采樣芯片300的下一級采樣端。
[0046]如圖中Bat η端口所示，上述ESD防護(hù)電路包括電容C13以及電容C14組成的電容電路，上述RC共模濾波電路包括電阻R9、電阻Rl O、電容Cl 5以及電容Cl 6;上述RC差模濾波電路包括電阻町1、電阻1?12、電容(:17以及電容(:18。
[0047]上述電阻R9與RlO并聯(lián)連接且一端分別連接電芯模組200輸出端以及電容C13，另一端分別連接電阻Rll、電阻R12以及電容C15，電阻Rll以及電阻R12并聯(lián)連接并輸出連接(電阻Rl I以及電阻R12的另一端即為輸出端)采樣芯片300的采樣前端(在本實施例中為Vsense2端口)以及電容C17;電容C13通過連接電容C14接地，電容C15通過連接電容C16接地，電容C17通過連接電容C18連接至采樣芯片300的下一級采樣端。
[0048]上述RC共模濾波電路以及RC差模濾波電路需要根據(jù)采樣芯片300集成電路的實際采樣漏電流決定電阻的取值。電阻的取值不可以過大，過大時會影響到集成電路的采樣精度；同時其值也不可以過小，過小會增大電容值，降低濾波效果。因此電阻與電容的選擇需要根據(jù)采樣芯片300集成電路的輸入端漏電流以及濾波范圍決定。
[0049]另外，上述RC共模濾波電路以及RC差模濾波電路的濾波常數(shù)，需要根據(jù)實際工況中，客戶想要得到的電壓范圍值以及電機工作頻率決定。
[0050]本發(fā)明實施例中提供的電芯電壓采樣的濾波抗擾方案，通過多級濾波電路100，濾除以及衰減電芯模組200輸出端電壓信號的干擾信號，提高電芯電壓采樣的可靠性與穩(wěn)定性;經(jīng)過多級濾波處理，能夠提取相關(guān)有用實時可靠的電壓信號，保證采樣芯片300的電芯電壓采樣可靠準(zhǔn)確;通過電容濾波電路對靜電釋放脈沖進(jìn)行衰減以及對共模脈沖信號進(jìn)行衰減，可以提高芯片的熱插拔能力;通過RC共模濾波電路對共模干擾信號進(jìn)行濾除以及對共模脈沖電流進(jìn)行限流，能夠最大限度的對共模信號進(jìn)行衰減，保護(hù)回路，防止瞬間浪涌電流對監(jiān)控取樣電壓端口的沖擊;通過RC差模濾波電路對差模干擾信號進(jìn)行衰減以及對差模脈沖電流進(jìn)行限流，保護(hù)回路，防止瞬間浪涌電流對監(jiān)控取樣電壓端口的沖擊。；通過上述三個濾波電路可以對回路中由于復(fù)雜工況下產(chǎn)生的相關(guān)電壓抖動干擾信號進(jìn)行一定的衰減，并能濾除相關(guān)電機干擾信號，從而保證電芯電壓采樣同步并準(zhǔn)確;濾波電路中電阻并聯(lián)連接，電容串聯(lián)連接，濾路電路中電阻電容出現(xiàn)斷路/短路/漏電/偏移等失效，對系統(tǒng)均不造成影響，降低電路的失效概率，提高可靠性。
[0051]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，其特征在于，包括多級濾波電路，所述多級濾波電路輸入端分別連接電芯模組輸出端，多級濾波電路輸出端連接采樣芯片的采樣端； 所述電芯模組輸出端的電壓信號傳輸至多級濾波電路，所述多級濾波電路對電壓信號的干擾信號進(jìn)行濾波以及衰減后，將電壓信號傳輸至所述采樣芯片的采樣端，所述采樣芯片進(jìn)行電壓采樣。2.如權(quán)利要求1所述的電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，其特征在于，所述多級濾波電路包括ESD防護(hù)電路、RC共模濾波電路以及RC差模濾波電路。3.如權(quán)利要求2所述的電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，其特征在于，所述ESD防護(hù)電路采用共模電容對靜電脈沖進(jìn)行衰減以及對共模脈沖信號進(jìn)行衰減;所述RC共模濾波電路對共模干擾信號進(jìn)行衰減以及對共模脈沖電流進(jìn)行限流;所述RC差模濾波電路對差模干擾信號進(jìn)行衰減以及對差模脈沖電流進(jìn)行限流。4.如權(quán)利要求1或2所述的電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，其特征在于，所述多級濾波電路包括電阻以及電容，所述電阻并聯(lián)連接，所述電容串聯(lián)連接。5.如權(quán)利要求2或3所述的電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，其特征在于，所述ESD防護(hù)電路、RC共模濾波電路以及RC差模濾波電路之間依次連接;所述ESD防護(hù)電路輸入端連接電芯模組輸出端，所述RC差模濾波電路輸出端連接采樣芯片的采樣端。6.如權(quán)利要求5所述的電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，其特征在于，所述采樣芯片包括多級采樣端，所述采樣芯片的每一級采樣端均通過多級濾波電路連接所述電芯模組的輸出端。7.如權(quán)利要求6所述的電芯電壓采樣的濾波同步抗擾方案，其特征在于，所述ESD防護(hù)電路第一電容以及第二電容;所述RC共模濾波電路包括第一電阻、第二電阻、第三電容以及第四電容;所述RC差模濾波電路包括第三電阻、第四電阻、第五電容以及第六電容； 所述電芯模組輸出端連接第一電容、第一電阻以及第二電阻，所述第一電容串聯(lián)連接第二電容后接地;所述第一電阻與第二電阻并聯(lián)連接后連接第三電阻、第四電阻以及第三電容，所述第三電容串聯(lián)連接第四電容后接地;所述第三電阻與第四電阻并聯(lián)連接后連接采樣芯片的采樣端以及第五電容;所述第五電容串聯(lián)連接第六電容后連接采樣芯片的下一級采樣端。
【文檔編號】G01R31/36GK106093788SQ201610511784
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】雷晶晶, 徐童輝, 穆明
【申請人】欣旺達(dá)電動汽車電池有限公司, 欣旺達(dá)電子股份有限公司