锂离子电池组电芯电压采集及均衡电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种锂离子电池组电芯电压采集及均衡电路，电池组包括至少两个串联的电芯，它包括BMS控制单元、控制器单元、电压采集模块和电压均衡模块；电压采集模块和电压均衡模块分别连接在控制器单元和每个电芯之间，控制器单元与BMS控制单元相连；电压采集模块适于采集每个电芯的的单体电压信号；BMS控制单元适于向控制器单元下发电压采集指令或电压均衡指令；控制器单元适于在接收到电压采集指令时将电压采集模块采集的所有单体电压信号进行处理并发送至BMS控制单元；及在接收到电压均衡指令时驱动电压均衡模块工作。本实用新型专利技术集电压采集和电压均衡为一体，可以保证锂离子电池组中的所有电芯电压都能控制在合理范围内，且结构简单、成本低。

Voltage collection and equalization circuit of Li-ion battery cell

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池组电芯电压采集及均衡电路
本技术涉及一种锂离子电池组电芯电压采集及均衡电路。
技术介绍
动力电池作为电动汽车的核心零部件，电池技术的发展始终引领着电动汽车技术不断向前革新突破。动力电池按材料分为铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池以及锂离子电池等类型，其中锂离子电池能量密度最高，因而锂离子电池已经成为动力电池最主要的制造类型。但是，使用锂离子电池需要保证其在充电和放电过程中，其单体电芯电压要控制在一个合理的范围内，避免单体电芯发生过压和欠压现象而影响锂离子电池组使用寿命。目前针对锂离子电池组电芯电压采样电路主要分为分立器件式和专用集成芯片式两种类型。专用集成芯片式主要采用TI公司的BQ78PL102和Linear公司的LTC6811等专用模拟前端采样芯片，虽然这种电路集成度高、可靠性强，但是这些芯片价格昂贵，同时其采样通道固定而造成可扩展性低，设计开发成本极高。分立器件式主要采用采样保持电路结构，即通过很多个固态继电器组成的开关阵列分别将每个电芯电压信号传输给电容，再由ADC设备对该电容两端电压进行采集，从而间接地实现对每个电芯电压进行采集。虽然这种方法可扩展性强，但是电路结构复杂，采集时序冗长，采样过程容易受干扰而引起较大的测量误差；同时，该电路一般没有电压均衡功能，无法保证所有电芯电压均能控制在合理范围内。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种锂离子电池组电芯电压采集及均衡电路，它集电压采集和电压均衡为一体，可以保证锂离子电池组中的所有电芯电压都能控制在合理范围内，且结构简单、成本低。为了解决上述技术问题，本技术的技术方案是：一种锂离子电池组电芯电压采集及均衡电路，电池组包括至少两个依次串联的电芯，它包括BMS控制单元、控制器单元、电压采集模块和电压均衡模块；其中，所述电压采集模块和电压均衡模块分别连接在控制器单元和每个电芯之间，所述控制器单元与所述BMS控制单元相连；所述电压采集模块适于采集每个电芯的的单体电压信号；所述BMS控制单元适于向控制器单元下发电压采集指令；所述控制器单元适于在接收到电压采集指令时将电压采集模块采集的所有单体电压信号进行处理并发送至BMS控制单元；所述BMS控制单元还适于根据接收到的处理后的单体电压信号向控制器单元下发相应的电压均衡指令；所述控制器单元还适于根据相应的电压均衡指令驱动电压均衡模块工作以均衡相应电芯的电压。进一步提供了一种控制器单元的具体结构，所述控制器单元包括微控制器U7、晶体振荡器OSC、数字隔离器U8和CAN收发器U9；其中，所述晶体振荡器OSC连接在微控制器U7的XTAL管脚和EXTAL管脚之间；所述微控制器U7的ADC输入端与电压采集模块的输出端相连以将单体电压信号转换为数字电压信号，及将数字电压信号转换为CAN通信数据帧；所述CAN收发器通过CAN总线与所述BMS控制单元相连，所述微控制器U7的TXD引脚和RXD引脚通过数字隔离器U8与CAN收发器U9相连以将CAN通信数据帧通过CAN收发器发送至BMS控制单元及通过CAN收发器获取BMS控制单元下发的电压采集指令及电压均衡指令；所述微控制器U7的IO输出端与所述电压均衡模块的输入端相连。进一步提供了一种电压采集模块的具体结构，所述电压采集模块包括与所述电芯一一对应的差分放大电路，所述差分放大电路包括运算放大器和四个电阻；其中，所述运算放大器的正输入端通过电阻与相应电芯的正极相连，负输入端通过电阻与相应电芯的负极相连，输出端与控制器单元的相应输入端相连；所述运算放大器的正输入端还通过电阻与电池组的负极相连，运算放大器的负输入端还通过电阻与其输出端相连。进一步提供了一种电压均衡模块的具体结构，所述电压均衡模块包括与所述电芯一一对应的电压均衡电路，所述电压均衡电路包括NPN型三极管、PNP型三极管和光电耦合器；其中，所述光电耦合器的正输入端与控制器单元的相应输出端相连，负输入端接地，一输出端连接NPN型三极管的基极，另一输出端连接PNP型三极管的基极；NPN型三极管的集电极和PNP型三级管的集电极通过电阻连接，NPN型三级管的发射极与相应电芯的正极相连，PNP型三极管的发射极与相应电芯的负极相连。进一步，所述电池组包括三个依次串联的电芯。采用了上述技术方案后，本技术使用分立器件组合电路来代替专用集成芯片，提高了采样电路的可扩展性，也降低了设计开发成本；同时，本技术采用了并行采集模式，相比现有的分立器件式电路的串行采集结构，加快了采样速度，也增强了采样电路的抗干扰性；并且本技术集成了电压均衡模块，可以保证锂离子电池组中所有电芯电压均能控制在合理范围内。相比于现有的电池组模拟前端采样模块，本技术具有电路结构简单、开发成本低廉以及抗干扰能力强等优势。附图说明图1为本技术的锂离子电池组电芯电压采集及均衡电路的电路图。具体实施方式为了使本技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本技术作进一步详细的说明。如图1所示，一种锂离子电池组电芯电压采集及均衡电路，电池组包括至少两个依次串联的电芯，它包括BMS控制单元、控制器单元、电压采集模块和电压均衡模块；其中，所述电压采集模块和电压均衡模块分别连接在控制器单元和每个电芯之间，所述控制器单元与所述BMS控制单元相连；所述电压采集模块适于采集每个电芯的的单体电压信号；所述BMS控制单元适于向控制器单元下发电压采集指令；所述控制器单元适于在接收到电压采集指令时将电压采集模块采集的所有单体电压信号进行处理并发送至BMS控制单元；所述BMS控制单元还适于根据接收到的处理后的单体电压信号向控制器单元下发相应的电压均衡指令；所述控制器单元还适于根据相应的电压均衡指令驱动电压均衡模块工作以均衡相应电芯的电压。如图1所示，所述控制器单元包括微控制器U7、晶体振荡器OSC、数字隔离器U8和CAN收发器U9；其中，所述晶体振荡器OSC连接在微控制器U7的XTAL管脚和EXTAL管脚之间；所述微控制器U7的ADC输入端与电压采集模块的输出端相连以将单体电压信号转换为数字电压信号，及将数字电压信号转换为CAN通信数据帧；所述CAN收发器通过CAN总线与所述BMS控制单元相连，所述微控制器U7的TXD引脚和RXD引脚通过数字隔离器U8与CAN收发器U9相连以将CAN通信数据帧通过CAN收发器发送至BMS控制单元及通过CAN收发器获取BMS控制单元下发的电压采集指令及电压均衡指令；所述微控制器U7的IO输出端与所述电压均衡模块的输入端相连。如图1所示，所述电压采集模块包括与所述电芯一一对应的差分放大电路，所述差分放大电路包括运算放大器和四个电阻；其中，所述运算放大器的正输入端通过电阻与相应电芯的正极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池组电芯电压采集及均衡电路，电池组包括至少两个依次串联的电芯，其特征在于，/n它包括BMS控制单元、控制器单元、电压采集模块和电压均衡模块；其中，/n所述电压采集模块和电压均衡模块分别连接在控制器单元和每个电芯之间，所述控制器单元与所述BMS控制单元相连；/n所述电压采集模块适于采集每个电芯的单体电压信号；/n所述BMS控制单元适于向控制器单元下发电压采集指令；/n所述控制器单元适于在接收到电压采集指令时将电压采集模块采集的所有单体电压信号进行处理并发送至BMS控制单元；/n所述BMS控制单元还适于根据接收到的处理后的单体电压信号向控制器单元下发相应的电压均衡指令；/n所述控制器单元还适于根据相应的电压均衡指令驱动电压均衡模块工作以均衡相应电芯的电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池组电芯电压采集及均衡电路，电池组包括至少两个依次串联的电芯，其特征在于，
它包括BMS控制单元、控制器单元、电压采集模块和电压均衡模块；其中，
所述电压采集模块和电压均衡模块分别连接在控制器单元和每个电芯之间，所述控制器单元与所述BMS控制单元相连；
所述电压采集模块适于采集每个电芯的单体电压信号；
所述BMS控制单元适于向控制器单元下发电压采集指令；
所述控制器单元适于在接收到电压采集指令时将电压采集模块采集的所有单体电压信号进行处理并发送至BMS控制单元；
所述BMS控制单元还适于根据接收到的处理后的单体电压信号向控制器单元下发相应的电压均衡指令；
所述控制器单元还适于根据相应的电压均衡指令驱动电压均衡模块工作以均衡相应电芯的电压。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池组电芯电压采集及均衡电路，其特征在于，
所述控制器单元包括微控制器U7、晶体振荡器OSC、数字隔离器U8和CAN收发器U9；其中，
所述晶体振荡器OSC连接在微控制器U7的XTAL管脚和EXTAL管脚之间；
所述微控制器U7的ADC输入端与电压采集模块的输出端相连以将单体电压信号转换为数字电压信号，及将数字电压信号转换为CAN通信数据帧；
所述CAN收发器通过CAN总线与所述BMS控制单元相连，所述微控制器U7的TXD引脚和RXD引脚通过数字隔离器U8与CAN收发器U9相连以将CAN通信数据帧通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：付瑜，阳威，杨锡旺，
申请(专利权)人：江苏由甲申田新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32