一種集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，包括集成在一塊電路板上的主控模塊、電池單體電壓采集電路和接口電路，電池單體電壓采集電路包括至少兩個并聯(lián)在一起的串聯(lián)式電池單體電壓采集電路，每個串聯(lián)式電池單體電壓采集電路包括高壓隔離模塊、濾波模塊和按照菊花鏈模式依次首尾連接的電壓采集芯片；接口電路包括模擬信號輸入電連接器，數(shù)字信號輸入電連接器，數(shù)字信號輸出電連接器，及與所述電壓采集芯片一一對應(yīng)的高壓電連接器。本實用新型的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)具有適用范圍廣及接線效率高的優(yōu)點。
【專利說明】一種集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及電池管理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]電池管理系統(tǒng)是電動汽車的核心組成部分，其主要用于監(jiān)控動力電池包內(nèi)單體電池的電壓和動力電池包的總電壓，用于接收和處理人機接口信號，用于進行動力電池包熱管理，用于根據(jù)整車工況進行能量切換，及用于計算動力電池包與車身間絕緣電阻阻值等。
[0003]電池管理系統(tǒng)架構(gòu)分為集中式架構(gòu)與分布式架構(gòu)，其中，分布式架構(gòu)主要包括分開設(shè)置的主控模塊、電池單體電壓采集模塊及低壓信號接口模塊，該分布式架構(gòu)由于需要為不同的模塊各設(shè)置至少一塊電路板，因此存在多個電路板間通信連接線路不可靠，及架構(gòu)成本高的缺陷；該集中式架構(gòu)是將分布式架構(gòu)中多個模塊的功能集成到一個模塊上，因此集中式架構(gòu)相對分布式架構(gòu)具有可極大節(jié)省布置空間，架構(gòu)成本低，及便于線束走線設(shè)計的優(yōu)勢。
[0004]在現(xiàn)有集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)中，通常采用電壓采集芯片共用同一高壓隔離模塊的串聯(lián)式電池單體電壓采集電路，該種電路能夠采集的電池單體的數(shù)量相對較少，無法應(yīng)用在較大動力電池包的電池單體電壓采集上；另外，現(xiàn)有集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)的各信號接口通常是單獨引出接線端子，沒有對各類信號接口進行分類，這對于信號接口較多的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)而言，會增加接線難度及接線人員的工作量，因此，現(xiàn)有集中式電池管理系統(tǒng)還存在信號接口布置不合理的問題。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)存在的結(jié)構(gòu)布置不合理及適用對象受限制的問題，提供一種經(jīng)改進的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為:一種集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，包括集成在一塊電路板上的主控模塊、電池單體電壓采集電路和接口電路，所述電池單體電壓采集電路包括至少兩個并聯(lián)在一起的串聯(lián)式電池單體電壓采集電路，每個串聯(lián)式電池單體電壓采集電路包括一個高壓隔離模塊、一個濾波模塊和按照菊花鏈模式依次首尾連接的電壓采集芯片，位于末端的電壓采集芯片通過I2C總線順次經(jīng)所述濾波模塊和所述高壓隔離模塊與所述主控模塊的對應(yīng)I2C端口連接；所述接口電路包括模擬信號輸入電連接器，數(shù)字信號輸入電連接器，數(shù)字信號輸出電連接器，及與所述電壓采集芯片一一對應(yīng)的高壓電連接器，所述模擬信號輸入電連接器中各插針或者插孔與所述主控模塊的對應(yīng)模擬信號輸入端口電性連接，所述數(shù)字信號輸入電連接器中各插針或者插孔與所述主控模塊的對應(yīng)數(shù)字信號輸入端口電性連接，所述數(shù)字信號輸出電連接器中各插針或者插孔與所述主控模塊的對應(yīng)數(shù)字信號輸出端口電性連接。
[0007]優(yōu)選的是，所有高壓電連接器布置在集中式電池管理系統(tǒng)的外殼的同一端面上。
[0008]優(yōu)選的是，所述高壓電連接器與其他電連接器位于不同的端面上。
[0009]優(yōu)選的是，所述濾波模塊為共模濾波器。
[0010]優(yōu)選的是，所述電池單體電壓采集電路包括兩個并聯(lián)在一起的串聯(lián)式電池單體電壓采集電路。
[0011]優(yōu)選的是，所述電池單體電壓采集電路共配置九個電壓采集芯片。
[0012]優(yōu)選的是，其中一個串聯(lián)式電池單體電壓采集電路包括按照菊花鏈模式依次首尾連接的五個電壓采集芯片，另一個串聯(lián)式電池單體電壓采集電路包括按照菊花鏈模式依次首尾連接的四個電壓采集芯片。
[0013]優(yōu)選的是，所述接口電路包括一個模擬信號輸入電連接器，一個數(shù)字信號輸入電連接器，及一個數(shù)字信號輸出電連接器。
[0014]優(yōu)選的是，所述主控模塊的數(shù)字信號輸出端口包括用于輸出控制電池切斷單元動作的切斷控制信號的端口、用于輸出控制電池加熱器動作的加熱控制信號的端口和用于輸出控制動力電池包內(nèi)散熱風(fēng)扇動作的風(fēng)扇控制信號的端口。
[0015]本實用新型的有益效果在于，本實用新型的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)的電池單體電壓采集電路在配置相同數(shù)量的電壓采集芯片的前提下，相對為每個電壓采集模塊各配置一個高壓隔離模塊的分布式電池單體電壓采集電路具有較低的成本，而相對串聯(lián)式電池單體電壓采集電路又具有較高的效率，因此，可以擴大本實用新型的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)的適用范圍；另外，本實用新型的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)將各信號接口劃分高壓接口和低壓接口，并將低壓接口劃分為數(shù)字信號輸入接口、數(shù)字信號輸出接口和模擬信號輸入接口，在此基礎(chǔ)上，通過將高壓接口以電壓采集芯片為單位集中連接在各高壓電連接器上，將數(shù)字信號輸入接口集中連接在數(shù)字信號輸入電連接器上，將數(shù)字信號輸出接口集中連接在數(shù)字信號輸出電連接器上，及將模擬信號輸入接口集中連接在模擬信號輸入電連接器上的結(jié)構(gòu)，可以大大提高接線人員的接線效率，而且可以避免出現(xiàn)各種形式的接線錯誤，防止主控模塊損壞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1示出了對應(yīng)本實用新型的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)的集中式電池管理系統(tǒng)的外觀結(jié)構(gòu)；
[0017]圖2示出了圖1所示集中式電池管理系統(tǒng)的分解結(jié)構(gòu)；
[0018]圖3示出了根據(jù)本實用新型的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)的一種實施結(jié)構(gòu)的方框原理圖；
[0019]圖4示出了圖3所示的濾波模塊的對外連接結(jié)構(gòu)；
[0020]圖5示出了圖3所示的高壓隔離模塊的對外連接結(jié)構(gòu)。
[0021]附圖標(biāo)記說明:
[0022]40-電壓采集芯片；10-主控模塊；
[0023]30-濾波模塊；20-高壓隔離模塊；
[0024]SDA、SDA'、SDAM-數(shù)據(jù)信號； SCL、SCL'、SCLM-時鐘信號；
[0025]Rl ?R12-電阻；L1、L2-電感；
[0026]VDDL、Vcc、Vccl-工作電壓； C35-濾波電容；
[0027]D1、D2_ 穩(wěn)壓二極管；VDD2、VDD1_ 引腳；
[0028]SCL2、SCLl-引腳；SDA2、SDAl-引腳；
[0029]GND2、GNDl-引腳；50-高壓電連接器；
[0030]80-總線接口 ；60-模擬信號輸入電連接器；
[0031]71-數(shù)字信號輸入電連接器；72-數(shù)字信號輸出電連接器；
[0032]90-電路板。

【具體實施方式】
[0033]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0034]本實用新型為了解決現(xiàn)有集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)存在的結(jié)構(gòu)布置不合理及適用對象受限制的問題，提出了一種經(jīng)改進的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，對應(yīng)的集中式電池管理系統(tǒng)的外觀結(jié)構(gòu)如圖1所示，該架構(gòu)如圖2和圖3所示，包括集成在一塊電路板90上的主控模塊10、電池單體電壓采集電路和接口電路，該電池單體電壓采集電路包括至少兩個并聯(lián)在一起的串聯(lián)式電池單體電壓采集電路，每個串聯(lián)式電池單體電壓采集電路包括一個高壓隔離模塊20、一個濾波模塊30和按照菊花鏈模式依次首尾連接的電壓采集芯片40，位于末端的電壓采集芯片40通過I2C總線順次地經(jīng)濾波模塊30和高壓隔離模塊20輸出單體電壓數(shù)據(jù)至主控模塊10的對應(yīng)I2C端口，8卩電壓采集芯片40通過I2C總線與主控模塊10通訊連接。在通常情況下，設(shè)置如圖3所示的兩個并聯(lián)在一起的串聯(lián)式電池單體電壓采集電路即可滿足大部分集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)的使用要求。
[0035]位于末端的電壓采集芯片40通過I2C總線順次地經(jīng)濾波模塊30和高壓隔離模塊20輸出單體電壓數(shù)據(jù)至主控模塊10的對應(yīng)I2C端口的具體連接結(jié)構(gòu)參照圖4和圖5所示，由電壓采集芯片40輸出的時鐘信號SCL和數(shù)據(jù)信號SDA分別通過濾波模塊30的兩個濾波電路形成時鐘信號SCL'和數(shù)據(jù)信號SDA'，時鐘信號SCL'和數(shù)據(jù)信號SDA'分別輸入至高壓隔離模塊20的引腳SCL2和引腳SDA2，進行高壓隔離輸出，高壓隔離模塊20的引腳SCLl和引腳SDAl分別輸出與時鐘信號SCU和數(shù)據(jù)信號SDA^相對應(yīng)的時鐘信號SCLM和數(shù)據(jù)信號SDAM至主控模塊10的對應(yīng)I2C端口。這里，濾波模塊30優(yōu)選為共模濾波器。另夕卜，圖4中，本實用新型通過工作電壓Vcc和Vccl實現(xiàn)對通信線的電源的匹配。
[0036]對于在電動汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用，該電池單體電壓采集電路共配置九個電壓采集芯片40，該電壓采集芯片40例如是MAX17830，每個該種電壓采集芯片40具有12個通道，因此，對于該種配置最多可以采集108個通道的電池單體電壓。在此，為了保證數(shù)據(jù)的傳輸效率，每個串聯(lián)式電池單體電壓采集電路設(shè)置的電壓采集芯片40的數(shù)量通常不超過五個，這樣，可使其中一個串聯(lián)式電池單體電壓采集電路包括按照菊花鏈模式依次首尾連接的五個電壓采集芯片40，另一個串聯(lián)式電池單體電壓采集電路包括按照菊花鏈模式依次首尾連接的四個電壓采集芯片40。對此，本實用新型通過對電壓采集芯片40與主控模塊10間通訊進行濾波處理、高壓隔離和電流匹配處理實現(xiàn)了電池單體電壓信息的成功采集，并且實現(xiàn)了 400KHZ的通信速率。
[0037]本實用新型的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)的電池單體電壓采集電路在配置相同數(shù)量的電壓采集芯片的前提下，相對為每個電壓采集模塊各配置一個高壓隔離模塊的分布式電池單體電壓采集電路具有較低的成本，而相對串聯(lián)式電池單體電壓采集電路又具有較高的效率，因此，可以擴大本實用新型的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)的適用范圍。
[0038]如圖1至圖3所示，上述接口電路在本實用新型中將各信號接口劃分為高壓接口和低壓接口，并根據(jù)信號類型再將低壓接口劃分為模擬信號輸入接口、數(shù)字信號輸入接口和數(shù)字信號輸出接口，在此基礎(chǔ)上，上述接口電路將所有高壓接口(用于建立電池單體與電壓采集芯片40之間的連接)以電壓采集芯片40為單位集中連接在各高壓電連接器50上，將模擬信號輸入接口集中連接在模擬信號輸入電連接器60上，將數(shù)字信號輸入接口集中連接在數(shù)字信號輸入電連接器71上，及將數(shù)字信號輸出接口集中連接在數(shù)字信號輸出電連接器72上，因此，本實用新型的接口電路包括模擬信號輸入電連接器60，數(shù)字信號輸入電連接器71，數(shù)字信號輸出電連接器72，及與電壓采集芯片40 —一對應(yīng)的高壓電連接器50 (圖3僅示出了少部分高壓電連接器50)，該模擬信號輸入電連接器60中各插針或者插孔與主控模塊10的對應(yīng)模擬信號輸入端口電性連接，數(shù)字信號輸入電連接器71中各插針或者插孔與主控模塊10的對應(yīng)數(shù)字信號輸入端口電性連接，數(shù)字信號輸出電連接器72中各插針或者插孔與主控模塊10的對應(yīng)數(shù)字信號輸出端口電性連接。
[0039]由于每個電連接器僅需要一次插接動作即可完成其中所有插針或者插孔與相適配的電連接器中對應(yīng)插孔或者插針的連接，而且電連接器均具有防誤插結(jié)構(gòu)，所以，本實用新型的上述接口電路結(jié)構(gòu)可以大大提高接線人員的接線效率，而且可以避免出現(xiàn)各種形式的接線錯誤，進而可以防止主控模塊10損壞。
[0040]為了提高集中式電池管理系統(tǒng)外觀的視覺效果，及便于接線人員集中完成所有高壓電連接器50的插接，如圖1和圖2所示，可將所有高壓電連接器50布置在集中式電池管理系統(tǒng)的外殼的同一端面上。
[0041]另外，為了避免高壓信號對低壓信號的干擾，可將高壓電連接器50與其他電連接器(包括模擬信號輸入電連接器60，數(shù)字信號輸入電連接器71，及數(shù)字信號輸出電連接器72)設(shè)置在不同的端面上。而且，如圖2所示，還可將數(shù)字信號輸入電連接器71和數(shù)字信號輸出電連接器72布置在外殼的同一端面上，并將模擬信號輸入電連接器60布置在外殼的另外的端面上。
[0042]根據(jù)集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)中模擬信號輸入接口、數(shù)字信號輸入接口和數(shù)字信號輸出接口的數(shù)量，該接口電路可包括一個模擬信號輸入電連接器60，一個數(shù)字信號輸入電連接器71，及一個數(shù)字信號輸出電連接器72。這樣，接線人員僅需三次插接動作即可完成所有模擬信號輸入接口、數(shù)字信號輸入接口和數(shù)字信號輸出接口的連接。
[0043]在本實用新型的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)中，該主控模塊10的數(shù)字信號輸出端口可包括用于輸出控制電池切斷單元動作的切斷控制信號的端口、用于輸出控制電池加熱器(PTC)動作的加熱控制信號的端口和用于輸出控制動力電池包內(nèi)散熱風(fēng)扇動作的風(fēng)扇控制信號的端口。
[0044]上述電池切斷單元(BDU)主要是控制動力電池包的高壓輸出?，F(xiàn)有電池切斷單元(BDU)的硬件電路部分主要包含三個接觸器，分別是正極主接觸器、負極主接觸器和預(yù)充接觸器，其中，預(yù)充接觸器的常開觸點與限流電阻串聯(lián)在動力電池包的正極母線與高壓盒的正極接線端子之間，正極主接觸器的常開觸點也電連接在動力電池包的正極母線與高壓盒的正極接線端子之間，而負極主接觸器則電連接在動力電池包的負極母線與高壓盒的負極接線端子之間。集中式電池管理系統(tǒng)通過控制三個接觸器，即可實現(xiàn)對高壓盒的預(yù)充及供電，再由高壓盒實現(xiàn)下一級電能分配。
[0045]另外，對于現(xiàn)有的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，動力電池包內(nèi)未設(shè)置散熱風(fēng)扇，因此無法保證不同電池單體間的溫度均衡性，為了解決該問題，可在動力電池包內(nèi)設(shè)置散熱風(fēng)扇進行熱均衡控制，為此，本實用新型的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)中為主控模塊10增加了用于輸出控制動力電池包內(nèi)散熱風(fēng)扇動作的風(fēng)扇控制信號的端口，相應(yīng)地，在數(shù)字信號輸出電連接器72中具有與該端口相對應(yīng)的插針或者插孔。
[0046]另外，本實用新型的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)還設(shè)置有總線接口 80，對于在電動汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用，該總線接口 80通常為CAN總線接口。
[0047]以上依據(jù)圖式所示的實施例詳細說明了本實用新型的構(gòu)造、特征及作用效果，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，但本實用新型不以圖面所示限定實施范圍，凡是依照本實用新型的構(gòu)想所作的改變，或修改為等同變化的等效實施例，仍未超出說明書與圖示所涵蓋的精神時，均應(yīng)在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，包括集成在一塊電路板上的主控模塊、電池單體電壓采集電路和接口電路，其特征在于，所述電池單體電壓采集電路包括至少兩個并聯(lián)在一起的串聯(lián)式電池單體電壓采集電路，每個串聯(lián)式電池單體電壓采集電路包括一個高壓隔離模塊、一個濾波模塊和按照菊花鏈模式依次首尾連接的電壓采集芯片，位于末端的電壓采集芯片通過I2C總線順次經(jīng)所述濾波模塊和所述高壓隔離模塊與所述主控模塊的對應(yīng)I2C端口連接；所述接口電路包括模擬信號輸入電連接器，數(shù)字信號輸入電連接器，數(shù)字信號輸出電連接器，及與所述電壓采集芯片一一對應(yīng)的高壓電連接器，所述模擬信號輸入電連接器中各插針或者插孔與所述主控模塊的對應(yīng)模擬信號輸入端口電性連接，所述數(shù)字信號輸入電連接器中各插針或者插孔與所述主控模塊的對應(yīng)數(shù)字信號輸入端口電性連接，所述數(shù)字信號輸出電連接器中各插針或者插孔與所述主控模塊的對應(yīng)數(shù)字信號輸出端口電性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于:所有高壓電連接器布置在集中式電池管理系統(tǒng)的外殼的同一端面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于:所述高壓電連接器與其他電連接器位于不同的端面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于:所述濾波模塊為共模濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于:所述電池單體電壓采集電路包括兩個并聯(lián)在一起的串聯(lián)式電池單體電壓采集電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于:所述電池單體電壓采集電路共配置九個電壓采集芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于:其中一個串聯(lián)式電池單體電壓采集電路包括按照菊花鏈模式依次首尾連接的五個電壓采集芯片，另一個串聯(lián)式電池單體電壓采集電路包括按照菊花鏈模式依次首尾連接的四個電壓采集芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于:所述接口電路包括一個模擬信號輸入電連接器，一個數(shù)字信號輸入電連接器，及一個數(shù)字信號輸出電連接器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集中式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于:所述主控模塊的數(shù)字信號輸出端口包括用于輸出控制電池切斷單元動作的切斷控制信號的端口、用于輸出控制電池加熱器動作的加熱控制信號的端口和用于輸出控制動力電池包內(nèi)散熱風(fēng)扇動作的風(fēng)扇控制信號的端口。
【文檔編號】H01M10/42GK204243155SQ201420830249
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】丁更新, 周鵬, 胡有亮, 宋健 申請人:安徽江淮汽車股份有限公司