CN203063709U - 电动汽车动力电池电压监测电路 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车动力电池电压监测电路，包括电池采集电路和用于与所述电池采集电路及上位机进行通讯的主控制器，电池采集电路为由若干个串联的集成芯片组成的串联体，集成芯片为一集成有温度信号处理模块、电池电压采集模块、电池电量均衡模块的集成电路，每相邻的两个集成芯片之间通过SPI总线相连，处于所述串联体一端部的集成芯片通过SPI总线与所述主控制器相连，所述主控制器的一串行接口还通过驱动芯片MAX232连接一GPRS无线通讯模块。本实用新型的电池采集电路由若干块集成有温度信号处理模块、电池电压采集模块、电池电量均衡模块的集成芯片组成，不但能满足电动汽车对其电池电压监测电路的要求，而且能有效缩小电路的体积，简化线路连接，提高抗干扰能力。

Description

电动汽车动力电池电压监测电路

技术领域

本实用新型涉及一种电动汽车动力电池电压监测电路。

背景技术

随着电动汽车日益走向商业化，电动汽车动力电池的重要性也越来越突出。电动汽车动力电池是由若干个电池模块串联而成的电池组，每个电池模块又是由若干个单体电池串联而成。电动汽车单体电池的工作电压一般在2.0V到4.2V之间，区间非常窄，电池剩余电量变化引起的电池端电压的变化幅度非常小，因此对电池端电压的测量要求有很高的精度。

另外，由于电池组中的单体电池之间是串联的，在充、方电过程中，容易出现电压分布不均的问题，而电池过充、过放都会导致电池寿命的下降，甚至引发燃烧或爆炸事故，造成严重后果。所以现在的电动汽车动力电池电压监测电路，不仅仅要求其测量精度高，而且还要具有均衡电池电量的功能，以防止电池过充或过放现象。还有，电动汽车对其动力电池的工作温度也有限制，所以上述电池电压监测电路还应具有温度监测部分。

现有技术中的动力电池电压监测电路一般包括主控制器和电池采集电路。电池采集电路包括一个处理器和分别与所述处理器通讯的电池温度采样模块、电池电量均衡模块及用于采集每节单体电池电压的电池电压采集模块。主控制器是整个电池电压监测电路的核心部件，它主要用于与所述电池采集电路和上位机进行通讯，一方面接收电池采集电路传送的数据，对采集的数据进行实时运算和状态判别，另一方面向电池采集电路中的各个模块传送控制命令，把相应的数据传递给所述上位机及接收上位机的控制指令。

在电池电压采集方面，传统的电池电压采集模块一般采用多路开关切换的方式，后级电阻分压，通过同一模数转换电路ADC采用分时方式对若干个单体电池的端电压进行采样。这种方法的优点是，成本较低，多个单体电池共用一个ADC，电压值之间误差较小，校准容易。但它也存在很多缺点，如采样时间不同步， ADC电路的误差和偏差会影响多个单体电池电压的测量，可靠性低，且进行电池模块电压采用需要数量庞大而复杂的线束，造成安装、维修困难，抗电磁干扰能力差等。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种具有较高集成度的电池电压监测电路，本实用新型的电池电压监测电路能有效缩小电路的体积，简化电路的外部接线。

上述技术问题通过如下技术方案实现：一种电动汽车动力电池电压监测电路，包括电池采集电路和用于与所述电池采集电路及上位机进行通讯的主控制器，其特征在于，所述电池采集电路为由若干个串联的集成芯片组成的串联体，所述集成芯片为一集成有温度信号处理模块、电池电压采集模块、电池电量均衡模块的集成电路，每相邻的两个集成芯片之间通过SPI总线相连，处于所述串联体一端部的集成芯片通过SPI总线与所述主控制器相连，所述主控制器的一串行接口还通过驱动芯片MAX232连接一GPRS无线通讯模块。

作为本实用新型的优选实施方式，所述集成芯片为电池监视IC。

所述集成芯片为电池监视IC LTC6803。

本实用新型具有如下有益效果：1）本实用新型的电池采集电路由若干块集成有温度信号处理模块、电池电压采集模块、电池电量均衡模块的集成芯片组成，不但能满足电动汽车对其电池电压监测电路的要求，而且能有效缩小电路的体积，简化线路连接，提高抗干扰能力，方便电路的安装与维修；另外，本实用新型的主控制器通过GPRS无线通讯模块实现与上位机的通讯，可以有效简化电路的外部连接线路；还有，上述集成芯片采用串联方式相连，只通过一端的芯片与主控制器相连，方便扩展更多的芯片以适应电池组规模的变化；还有，本实用新型串联体内的集成芯片通过SPI总线相连，且串联体只有一端通过SPI总线与主控制器相连，这种结构使串联体另一端可方便通过SPI总线串联更多集成芯片以适应动力电池组的扩展需求；

2）本实用新型采用电池监视IC LTC6803作为本实用新型的集成芯片，提高了电路的抗干扰能力，每个电池监视IC LTC6803中内置了多个模数转换器ADC，每个单体电池的端电压信号通过一个独立的模数转换器ADC，使本实用新型的电池采集电路可同步采样多个单体电池的电压，提高了采样速度，还有利于提高电池电压采集的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型的集成芯片LTC-6803的外围接线图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的电动汽车动力电池电压监测电路包括电池采集电路和用于与电池采集电路及上位机进行通讯的主控制器，主控制器的一串行接口通过驱动芯片MAX232连接一GPRS无线通讯模块。本实施例中，主控制器采用C51单片机，一方面收集电压采集电路所采集的电压，运算分析后可判断该电池电压是否超出额定最大电压值及控制电池采集电路均衡电池电压，另一方面将电池采集电路采集的电压数据通过串口接口传输给GPRS模块从而传送到无线网络中，从而实现与可以接收无线信号的上位机的无线通讯，将复杂的运算交予上位机实现，进一步简化控制电路。

电池采集电路为由若干个串联的集成芯片组成的串联体，所述集成芯片为一集成有温度信号处理模块、电池电压采集模块、电池电量均衡模块的集成电路，如图1所示，每相邻的两个集成芯片之间通过SPI总线相连，处于串联体最上端的集成芯片通过SPI总线与主控制器相连，每个集成芯片还分别与电动汽车的动力电池组相连。

本实施例中的所述集成芯片采用的是电池监视IC LTC-6803，LTC-6803是第二代的完整电池监视IC，内置了一个12位模数转换器ADC、一个精准性电压基准、一个高电压输入多路复用器和一个串行接口。每个LTC-6803能够测量多达12节串联电池的电压，一个输入多路复用器将电池连接到一个12位                                               

模数转换器ADC。一个内部

电压基准与该ADC相结合，使LTC-6803具有了出色的测量准确度。

模数转换器ADC与其他类型的转换器相比，虽然都是在一个转换的过程中对输入进行多次采样，然后进行滤波或平均处理以产生数字代码输出，但是对于一个给定的采样频率，模数转换器能实现卓超的噪声抑制功能并能在单个转换周期之内完全稳定下来，具有很强的抗干扰能力。

在LTC-6803芯片中，每个电池输入具有一个相关联的MOSFET电源开关，MOSFET作为本实用新型的电池电量均衡模块，用于对过度充电的电池进行放电，还可用于控制外部平衡电路，从而实现电池组电压的均衡。LTC-6803并不决定内部MOSFET的接通与关断，内部MOSFET的接通与关断完全由主控制器来控制，主控制器将数值写入LCT-6803中的一个配置寄存器以控制MOSFET的开、关。

LTC-6803集成了电池电量均衡模块和电池电压采集模块，可以同时通过主控制器控制其进行电压的采集与电压的均衡。LTC-6803还集成了温度信号处理模块，可以接收温度传感器和热敏电阻的输入，以实现对电池工作温度的监控。

LTC-6803芯片具有一个SPI总线兼容型串行接口，可采用菊链的方式将多个LTC-6803芯片串联起来，以监测长串串接电池中每节单体电池的电压。LTC-6803芯片有两组串行端口引脚，被指定为低侧和高侧，低侧和高侧端口使得能够将多个LTC-6803芯片以菊链的方式连接起来，采用这种布局结构时，主控制器可对串联的LTC-6803芯片进行读写操作，就好像它们形成了一个长的移位寄存器。LTC-6803负责转换低侧与高侧端口之间信号的电压电平，以沿着电池组上、下传送数据。根据SPI总线协议，可以通过编程输入控制指令控制串行接口读写数据，一方面将采集的电压数据读出，另一方面可以读入电压控制数据，控制LTC-6803芯片内部的MOSFET电源的开关，用于对过度充电的电池进行放电，从而实现电池组电压的均衡。

LTC-6803芯片可以采集10到12路单体电池电压并分别进行模数转换后将数字信息存储于其内置储存器中，有利于提高电压采集的速度和电池电压测量的可靠性。如图2所示，集成芯片LTC-6803的外围电路很简单，与现有技术并无差别。如图所示，其中引脚C1-C12是电池电压测量管脚，用于监视电池电压的输入，外接单体电池，串接的每节单体电池都必须具有一个大于或等于位于其下方之电池电压的共模电压。引脚S1-S12是均衡控制管脚，用于平衡电池组里电池的电量，如果串联电池中的一节电池过度充电，则S输出的内部的可放电N沟道MOSFET可用于对该节单体电池放电，该NMOS的最大导通电阻一般为20Ω。为了加强LTC-6803的散热功能，还可给所述NMOS串联一散热电阻。

LTC-6803有两组串行端口引脚，被指定为低侧和高侧，低侧引脚为CSBI、SCKI、SDI和SDO，高侧引脚为CSBO、SCKO和SDOI，CSBI、SCKI引脚恒为输入，由主控制器或串联体中位于其下方的那个LTC-6803来驱动。CSBO、SCKO恒为输出，可驱动穿连体中位于其上方的那个LTC-6803。为了在采取菊链式连接的LTC-6803之间进行通信，一个位置较低的LTC-6803的高侧端口引脚（CSBO、SCKO和SDOI）应通过高压二极管连接至与其相邻的、位置较高的那个LTC-6803相应的低侧端口引脚(CSBI、SCKI、SDI和SDO)，在此配置中，LTC-6803采用电流（而不是电压）进行通信。

Claims (3)

1.一种电动汽车动力电池电压监测电路，包括电池采集电路和用于与所述电池采集电路及上位机进行通讯的主控制器，其特征在于，所述电池采集电路为由若干个串联的集成芯片组成的串联体，所述集成芯片为一集成有温度信号处理模块、电池电压采集模块、电池电量均衡模块的集成电路，每相邻的两个集成芯片之间通过SPI总线相连，处于所述串联体一端部的集成芯片通过SPI总线与所述主控制器相连，所述主控制器的一串行接口还通过驱动芯片MAX232连接一GPRS无线通讯模块。

2.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池电压监测电路，其特征在于，所述集成芯片为电池监视IC。

3.根据权利要求2所述的电动汽车动力电池电压监测电路，其特征在于，所述集成芯片为电池监视IC LTC6803。

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