總線式微功耗成組電池信息采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種總線式微功耗成組電池信息采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電池信息采集系統(tǒng)是電池管理系統(tǒng)的重要組成部分，它負責實時地采集電池的所有電熱等信息，為電池管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。
[0003]傳統(tǒng)的電池信息采集系統(tǒng)采用的是集成式的采集方式，即采樣系統(tǒng)作為一個單獨的PCB板，通過導(dǎo)線引入各個采樣點信息，然后由采樣模塊集中處理這些信號量。常見電池信息采集方案主要是基于LTC6802芯片的采集方案。
[0004]LTC6802是Linear Technology公司的一款針對12串成組電池的電池電壓采集芯片，一般應(yīng)用于24串成組或者36串成組的鋰電池或者鉛酸電池電池管理系統(tǒng)中。針對24串成組的電池系統(tǒng):需要將25或者26倆根BAT12)跟采樣線從電池25個極點上引到采樣板上，同時需要放置至少四個溫度探頭在電池箱體內(nèi)，并將這4個溫度探頭的8根線引到采樣板上。隨后由LTC6802對這總共28個模擬量做ADCXAnolog to Digital Convert1n),并將數(shù)字信號傳輸?shù)絾纹瑱C。如果需要增加采樣信息，例如把4個溫度采樣點增加到24個，那么就需要在采樣板上另外增加采樣芯片或者變更溫度采樣方案。
[0005]這種傳統(tǒng)的電池信息采集方案有如下一些缺點:
[0006]1、線束多、復(fù)雜:由于集成式的采集需要通過導(dǎo)線將信號量引到采集模塊，那么隨著需要采集的信號量的增加，線束也隨之不斷增加，對于電池箱體體積的要求也不斷增加；
[0007]2、干擾嚴重:在引到采集模塊處理之前，這些信號量基本都是模擬信號，而在一些現(xiàn)場干擾比較嚴重的場合，這些模擬量極容易受到各種電磁干擾，使得采集模塊得到的數(shù)據(jù)不可信；
[0008]3、不具備可擴展性:傳統(tǒng)的采集系統(tǒng)因為是采用集中處理模式，所以更多的是針對某一種成組形式開發(fā)的，如果成組方式改變，特別是單組電池增加電池串聯(lián)節(jié)數(shù)(例如原先是24串電池成組，現(xiàn)在變成36串成組)時，傳統(tǒng)的采集系統(tǒng)就需要重新設(shè)計，并且重新布線.-^4 ，
[0009]4、功耗大:多路電池信息集中采樣，就要求使用高速的ADC來滿足采樣頻率的要求，而高速意味著高功耗，對于BMS來說提供電池續(xù)航時間是主要目標，過多地消耗電池能量顯然是難以接受的。我們以單個LTC6802，12串磷酸鐵鋰電池為例，12串磷酸鐵鋰電池的總電壓約為38.4V，LTC6802在穩(wěn)態(tài)時的電流約為62.5uA,那么實際功耗約為38.4V*62.5uA=2.4mW0

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本實用新型提供了一種線束小、擴展性高、功耗低的總線式微功耗成組電池信息米集系統(tǒng)。
[0011]本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0012]總線式微功耗成組電池信息采集系統(tǒng)，包括多個串聯(lián)連接的電池，其特征在于:每個所述電池上均連接有對其進行信息采樣的獨立的采樣板，每個采樣板均安裝在對應(yīng)的電池附近并與鋪設(shè)在附近的通訊總線連接，所述通訊總線與數(shù)據(jù)匯總用的從控板連接。本實用新型通過在每個電池的附近配備一個采樣板，每個采樣板就近與通訊總線連接，再從通訊總線上引出線與從控板連接，大大簡化了箱體內(nèi)線束，同時有效降低了由于線長、電磁干擾以及各種不可預(yù)知問題的干擾到來的采樣誤差。而且每一個采樣板都是相對獨立的，使得可以適應(yīng)任何的電池成組方案，而不必為了不同成組方案再重新設(shè)計電池信息采集系統(tǒng)，保證了方案的可移植性以及可擴展性。
[0013]進一步，所述采樣板采用KL系列單片機。采樣板做到了體積最小化，不僅可以放置在電池箱體內(nèi)，還可以在電池生產(chǎn)時，跟電池單包一起組裝，從電池“出生”開始一直跟隨電池，成為電池的“生命記錄儀”。
[0014]進一步，所述采樣板的單片機的電源接口與由其采樣的電池連接對其供電。采用電池供電的方式，從而省去一個電源，減少了采樣板面積，即單片機由電池直接供電，而這又決定了采樣板的ADC無法直接得到電池電壓值，本實用新型以電池電壓為基準電壓，然后讀取芯片內(nèi)部的一個經(jīng)過校準的IV電壓，通過ADC得到的數(shù)值可以反推得到電池電壓數(shù)據(jù)。
[0015]進一步，所述采樣板上設(shè)置有采集電池不同信息的多種傳感器。必要的傳感器比如溫度、電壓的傳感器都是有的，傳感器還可以根據(jù)自己的需要增加。
[0016]進一步，所述采樣板上設(shè)置有隔離用的光耦合器，所述光耦合器的兩端電平是相反的。數(shù)據(jù)傳輸線通過光耦合器與上層數(shù)據(jù)匯總單元實現(xiàn)隔離，為實現(xiàn)總線式傳輸，通訊總線參考了 Iic總線的設(shè)計，并且考慮了 UART通信本身的特點，最終通過光耦合器實現(xiàn)了UART的總線式通信。
[0017]進一步，所述采樣板的靜態(tài)功耗小于3微安。那么針對12串磷酸鐵鋰電池，12個采樣板的功耗為:3.2V*3uA*12 = 115.2uff = 0.1152mW。遠小于LTC6802方案的功耗，最大程度上保證了電池信息采集系統(tǒng)不對電池壽命產(chǎn)生消極影響。而且每個采樣板都會有自己的窗口時間，只有在自己的窗口時間內(nèi)，采樣板才能發(fā)送數(shù)據(jù)，其他時間模塊自休眠，處于低功耗模式，降低功耗。
[0018]本實用新型的有益效果:
[0019]1、線束簡單:采用離散式采樣的方式，就近對電池信息進行采集，就近轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后通過數(shù)字總線將電池信息傳輸?shù)娇刂茊卧?，大大簡化了電池箱體內(nèi)的線束，使得傳統(tǒng)的幾十根采樣線變成了四根數(shù)字通信線。
[0020]2、體積小:采樣板可以放置在電池包內(nèi)，或者就近放置在單體電池邊上，其本身體積小，并且大大減小了其上的數(shù)據(jù)采集中心的體積。
[0021]3、微功耗:傳統(tǒng)LTC6802方案的12串磷酸鐵鋰電池采樣系統(tǒng)靜態(tài)功耗達到了2.4mW，而本實用新型的靜態(tài)功耗低于0.1152mff即115.2uW，真正實現(xiàn)了微功耗設(shè)計。
[0022]4、可擴展性:由于每一個采樣板都是獨立的，所以針對各種不同的電池組成組方案，只需要根據(jù)不同的電池節(jié)數(shù)，配備相應(yīng)的采樣板數(shù)就可以組成一個完整的電池信息采集系統(tǒng)。同時，本實用新型還支持不同傳感器的接入，可以實現(xiàn)其他必要的信息采集。
【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型的電路原理框圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實施例來對本實用新型進行進一步說明，但并不將本實用新型局限于這些【具體實施方式】。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，本實用新型涵蓋了權(quán)利要求書范圍內(nèi)所可能包括的所有備選方案、改進方案和等效方案。
[0025]參照圖1，總線式微功耗成組電池信息采集系統(tǒng)，包括多個串聯(lián)連接的電池1，每個所述電池I上均連接有對其進行信息采樣的獨立的采樣板2，每個采樣板2均安裝在對應(yīng)的電池附近并與鋪設(shè)在附近的通訊總線4連接，所述通訊總線4與數(shù)據(jù)匯總用的從控板3連接。本實用新型通過在每個電池I的附近配備一個采樣板2，每個采樣板2就近與通訊總線4連接，再從通訊總線4上引出線與從控板3連接，大大簡化了箱體內(nèi)線束，同時有效降低了由于線長、電磁干擾以及各種不可預(yù)知問題的干擾到來的采樣誤差。而且每一個采樣板2都是相對獨立的，使得可以適應(yīng)任何的電池成組方案，而不必為了不同成組方案再重新設(shè)計電池信息采集系統(tǒng)，保證了方案的可移植性以及可擴展性。
[0026]本實用新型所述采樣板2采用KL系列單片機。采樣板2做到了體積最小化，不僅可以放置在電池箱體內(nèi)，還可以在電池生產(chǎn)時，跟電池單包一起組裝，從電池“出生”開始一直跟隨電池，成為電池的“生命記錄儀”。
[0027]本實用新型所述采樣板2的單片機的電源接口與由其采樣的電池I連接對其供電。采用電池供電的方式，從而省去一個電源，減少了采樣板2面積，即單片機由電池I直接供電，而這又決定了采樣板的ADC無法直接得到電池I電壓值，本實用新型以電池I電壓為基準電壓，然后讀取芯片內(nèi)部的一個經(jīng)過校準的IV電壓，通過ADC得到的數(shù)值可以反推得到電池I電壓數(shù)據(jù)。
[0028]本實用新型所述采樣板2上設(shè)置有采集電池不同信息的多種傳感器。必要的傳感器比如溫度、電壓的傳感器都是有的，傳感器還可以根據(jù)自己的需要增加。
[0029]本實用新型所述采樣板2上設(shè)置有隔離用的光耦合器(圖中未標示)，所述光耦合器的兩端電平是相反的。數(shù)據(jù)傳輸線通過光耦合器與上層數(shù)據(jù)匯總單元實現(xiàn)隔離，為實現(xiàn)總線式傳輸，通訊總線參考了 Iic總線的設(shè)計，并且考慮了 UART通信本身的特點，最終通過光耦合器實現(xiàn)了 UART的總線式通信。將光耦合器的兩端電平設(shè)置成相反的，符合低功耗的設(shè)計。
[0030]本實用新型所述采樣板2的靜態(tài)功耗小于3微安。那么針對12串磷酸鐵鋰電池，12個采樣板2的功耗為:3.2V*3uA*12 = 115.2uff = 0.1152mW。遠小于LTC6802方案的功耗，最大程度上保證了電池信息采集系統(tǒng)不對電池壽命產(chǎn)生消極影響。而且每個采樣板2都會有自己的窗口時間，只有在自己的窗口時間內(nèi)，采樣板才能發(fā)送數(shù)據(jù)，其他時間模塊自休眠，處于低功耗模式，降低功耗。
【主權(quán)項】
1.總線式微功耗成組電池信息采集系統(tǒng)，包括多個串聯(lián)連接的電池，其特征在于:每個所述電池上均連接有對其進行信息采樣的獨立的采樣板，每個采樣板均安裝在對應(yīng)的電池附近并與鋪設(shè)在附近的通訊總線連接，所述通訊總線與數(shù)據(jù)匯總用的從控板連接。
2.如權(quán)利要求1所述的總線式微功耗成組電池信息采集系統(tǒng)，其特征在于:所述采樣板采用KL系列單片機。
3.如權(quán)利要求1所述的總線式微功耗成組電池信息采集系統(tǒng)，其特征在于:所述采樣板的單片機的電源接口與由其采樣的電池連接對其供電。
4.如權(quán)利要求1所述的總線式微功耗成組電池信息采集系統(tǒng)，其特征在于:所述采樣板上設(shè)置有采集電池不同信息的多種傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的總線式微功耗成組電池信息采集系統(tǒng)，其特征在于:所述采樣板上設(shè)置有隔離用的光耦合器，所述光耦合器的兩端電平是相反的。
6.如權(quán)利要求1~5之一所述的總線式微功耗成組電池信息采集系統(tǒng)，其特征在于:所述采樣板的靜態(tài)功耗小于3微安。
【專利摘要】總線式微功耗成組電池信息采集系統(tǒng)，包括多個串聯(lián)連接的電池，每個所述電池上均連接有對其進行信息采樣的獨立的采樣板，每個采樣板均安裝在對應(yīng)的電池附近并與鋪設(shè)在附近的通訊總線連接，所述通訊總線與數(shù)據(jù)匯總用的從控板連接。本實用新型通過在每個電池的附近配備一個采樣板，每個采樣板就近與通訊總線連接，再從通訊總線上引出線與從控板連接，大大簡化了箱體內(nèi)線束，同時有效降低了由于線長、電磁干擾以及各種不可預(yù)知問題的干擾到來的采樣誤差。而且每一個采樣板都是相對獨立的，使得可以適應(yīng)任何的電池成組方案，而不必為了不同成組方案再重新設(shè)計電池信息采集系統(tǒng)，保證了方案的可移植性以及可擴展性。
【IPC分類】G01D21-02, G01R31-36
【公開號】CN204359352
【申請?zhí)枴緾N201420842703
【發(fā)明人】李曉杰, 顏曦, 舒家樂, 周遜偉
【申請人】杭州協(xié)能科技有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月25日