一种轨道交通用高隔离耐压的电池管理系统技术方案

本实用新型专利技术属于轨道交通技术领域，涉及一种轨道交通用高隔离耐压的电池管理系统。包括：主板、若干从板和若干采集板；主板和若干从板之间采用CAN总线通信连接，每块从板和若干采集板之间采用菊花链总线通信连接；每块采集板与一个电池模组连接；主板通过CAN总线获取从板的电池参数数据；每块从板通过菊花链总线获取采集板的电池参数数据；每块采集板负责采集其对应电池模组的电池的电压和温度参数，并通过菊花链总线传送给从板。本申请采用三级架构的电池管理系统，能简化从板和采集板的电路设计，显著降低硬件成本；高压侧和低压侧之间采用数字隔离+模拟隔离相结合的电气隔离方式，极大提高系统的隔离耐压能力。极大提高系统的隔离耐压能力。极大提高系统的隔离耐压能力。

【技术实现步骤摘要】
一种轨道交通用高隔离耐压的电池管理系统


[0001]本技术属于轨道交通
，涉及一种轨道交通用高隔离耐压的电池管理系统。

技术介绍

[0002]钛酸锂电池具有安全系数高、宽温性能好和循环寿命长等特点，目前已在轨道交通中得到广泛应用。钛酸锂电池需配备电池管理系统来使用，通过电池管理系统实时监测钛酸锂电池的电压和温度等参数，实现钛酸锂电池生命周期内的免维护。按应用需求，钛酸锂电池一般分为动力电源和辅助电源，目前动力电源的额定电压最高已达到1500V～1800V，预计未来的电压等级更高。设备的额定电压越高，则对其隔离耐压的要求则越高；在《GB/T 21413.1
‑
2008铁路应用机车车辆电气设备第1部分：一般使用条件和通用规则》中明确规定：对额定电压大于1200V的设备，需满足2U+2000V(U为设备的额定电压值)的隔离耐压指标。
[0003]现有轨道交通用电池管理系统一般采用主从架构，即从板MCU通过板级SPI信号与一颗或多颗前端采集芯片(AFE)连接，获取电池的电压和温度数据；主板和从板通过CAN总线进行信息交互。从板为满足隔离耐压指标，通常在MCU和AFE之间加入一颗集成电源的数字隔离器芯片进行电气隔离，目前市面该器件的耐压值最高仅为5000V，勉强满足1500V～1800V电压设备的隔离耐压要求，若设备电压等级更高，单纯依靠数字隔离器芯片，则无法满足其隔离耐压的要求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本技术旨在解决现有轨道交通用电池管理系统主从二级架构无法满足更高电压等级设备的隔离耐压要求，简述解决方案就是：采用主板、从板、采集板三级架构的电池管理系统，以解决上述问题，具体技术方案如下：
[0005]一种轨道交通用高隔离耐压的电池管理系统，包括：主板(又称为：BCU(Battery Control Unit，电池控制单元))、若干从板(又称为：BMU(Battery Management Unit，电池管理单元))和若干采集板(又称为：BAU(Battery Acquisition Unit，电池采集单元))；
[0006]所述主板和若干从板之间采用CAN总线通信连接，每块从板和若干采集板之间采用菊花链(isoSPI)总线通信连接；每块采集板与一个电池模组连接(即一块采集板对应一个电池模组)；
[0007]所述主板用于：管理若干从板，通过CAN总线获取从板的电池参数数据；
[0008]所述每块从板用于：管理其对应菊花链总线上的若干采集板(又称为采集板节点)，通过菊花链总线获取采集板的电池参数数据；
[0009]所述每块采集板用于：采集其对应电池模组的电池的电压和温度参数，并通过菊花链总线传送给从板；
[0010]一块从板对应一条菊花链总线。
[0011]在上述技术方案的基础上，所述主板包括：主板MCU(微控制单元)模块、主板DC/DC(直流转直流)电源模块、输入检测模块、输出控制模块、电流采集模块(又称为：电流检测)、电压采集模块(又称为：电压检测)和主板CAN接口模块；
[0012]所述主板DC/DC电源模块、输入检测模块、电流采集模块、电压采集模块、输出控制模块、主板CAN接口模块均与主板MCU模块连接；
[0013]所述主板DC/DC电源模块与输入检测模块、电流采集模块、电压采集模块、输出控制模块、主板CAN接口模块、主板MCU模块均连接；
[0014]所述主板DC/DC电源模块用于：为输入检测模块、电流采集模块、电压采集模块、输出控制模块、主板CAN接口模块和主板MCU模块供电；
[0015]所述输入检测模块用于：通过光耦实现电气隔离和输入信号的电平检测；
[0016]所述输入信号包括：数字输入信号(即DI信号)；
[0017]所述输出控制模块用于：通过继电器实现电气隔离和输出信号的开关控制；
[0018]所述输出信号包括：数字输出信号(即DO信号)；
[0019]所述电流采集模块用于：将霍尔传感器返回的小电流信号进行调理至合适范围后，传送至主板MCU模块上设有的AD(模数)通道管脚；
[0020]所述电流信号包括：母线电流；
[0021]所述电压采集模块用于：检测母线电压，并将电压值传送至主板MCU模块，具体是：通过霍尔传感器采集得到小电流信号，再经调理电路转成电压信号，最后传送至主板MCU模块上设有的AD通道管脚；
[0022]所述主板CAN接口模块用于：实现电气隔离，实现CAN总线通信。
[0023]在上述技术方案的基础上，所述从板包括：从板MCU模块、从板DC/DC电源模块、从板CAN接口模块和菊花链接口模块；
[0024]所述从板DC/DC电源模块、从板CAN接口模块、菊花链接口模块均与从板MCU模块连接；
[0025]所述从板DC/DC电源模块与从板CAN接口模块、菊花链接口模块均、从板MCU模块均连接；
[0026]所述从板DC/DC电源模块用于：为从板CAN接口模块、菊花链接口模块和从板MCU模块供电；
[0027]所述从板CAN接口模块用于：实现电气隔离；
[0028]所述菊花链接口模块用于：实现菊花链总线通信。
[0029]在上述技术方案的基础上，所述主板DC/DC电源模块包括：110V转
±
15V隔离型DC
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DC电源模块和主板110V转5V隔离型DC
‑
DC电源模块；
[0030]所述110V转
±
15V隔离型DC
‑
DC电源模块用于：给电压采集模块和电流采集模块供电；
[0031]所述主板110V转5V隔离型DC
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DC电源模块用于：给输入检测模块、输出控制模块、主板CAN接口模块和主板MCU模块供电。
[0032]所述从板DC/DC电源模块为：110V转5V隔离型DC
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DC电源模块。
[0033]在上述技术方案的基础上，所述主板CAN接口模块包括：主板数字隔离器和主板CAN收发器；
[0034]所述主板数字隔离器与主板CAN收发器、主板MCU模块、主板DC/DC电源模块均连接；所述主板CAN收发器通过CAN总线与若干从板进行通信连接；
[0035]所述主板数字隔离器用于：实现电气隔离；
[0036]所述从板CAN接口模块包括：从板数字隔离器一和从板CAN收发器；
[0037]所述从板数字隔离器一与从板CAN收发器、从板MCU模块、从板DC/DC电源模块均连接；所述从板CAN收发器通过CAN总线与主板进行通信连接；
[0038]所述从板数字隔离器一用于：实现电气隔离。
[0039]在上述技术方案的基础上，所述菊花链接口模块包括：从板数字隔离器二、从板菊花链收发器(又称为：isoSPI收发器)和从板信号变压器；
[0040]所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道交通用高隔离耐压的电池管理系统，其特征在于，包括：主板、若干从板和若干采集板；所述主板和若干从板之间采用CAN总线通信连接，每块从板和若干采集板之间采用菊花链总线通信连接；每块采集板与一个电池模组连接；所述主板用于：管理若干从板，通过CAN总线获取从板的电池参数数据；所述每块从板用于：管理其对应菊花链总线上的若干采集板，通过菊花链总线获取采集板的电池参数数据；所述每块采集板用于：采集其对应电池模组的电池的电压和温度参数，并通过菊花链总线传送给从板；一块从板对应一条菊花链总线。2.如权利要求1所述的轨道交通用高隔离耐压的电池管理系统，其特征在于：所述主板包括：主板MCU模块、主板DC/DC电源模块、输入检测模块、输出控制模块、电流采集模块、电压采集模块和主板CAN接口模块；所述主板DC/DC电源模块、输入检测模块、电流采集模块、电压采集模块、输出控制模块、主板CAN接口模块均与主板MCU模块连接；所述主板DC/DC电源模块与输入检测模块、电流采集模块、电压采集模块、输出控制模块、主板CAN接口模块、主板MCU模块均连接；所述主板DC/DC电源模块用于：为输入检测模块、电流采集模块、电压采集模块、输出控制模块、主板CAN接口模块和主板MCU模块供电；所述输入检测模块用于：通过光耦实现电气隔离和输入信号的电平检测；所述输入信号包括：数字输入信号；所述输出控制模块用于：通过继电器实现电气隔离和输出信号的开关控制；所述输出信号包括：数字输出信号；所述电流采集模块用于：采集母线电流信号，并进行调理后，传送至主板MCU模块上设有的AD通道管脚；所述电压采集模块用于：采集母线电压，并将电压值传送至主板MCU模块；所述主板CAN接口模块用于：实现电气隔离，实现CAN总线通信。3.如权利要求2所述的轨道交通用高隔离耐压的电池管理系统，其特征在于：所述主板DC/DC电源模块包括：110V转
±
15V隔离型DC
‑
DC电源模块和主板110V转5V隔离型DC
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DC电源模块；所述110V转
±
15V隔离型DC
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DC电源模块用于：给电压采集模块和电流采集模块供电；所述主板110V转5V隔离型DC
‑
DC电源模块用于：给输入检测模块、输出控制模块、主板CAN接口模块和主板MCU模块供电；所述主板CAN接口模块包括：主板数字隔离器和主板CAN收发器；所述主板数字隔离器与主板CAN收发器、主板MCU模块、主板DC/DC电源模块均连接；所述主板CAN收发器通过CAN总线与若干从板进行通信连接；所述主板数字隔离器用于：实现电气隔离。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：马泽宇，关炀，朱子阳，李路德，孟学东，李军，
申请(专利权)人：北京北交新能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：