一种基于BMS的电芯采集电路的制作方法

本实用新型实施例涉及新能源汽车的电池管理技术领域，尤其涉及一种基于bms的电芯采集电路。

背景技术：

电池管理系统(batterymanagementsystem，bms)是新能源汽车的核心器件之一，能监控电动汽车动力电池和记录单体电池状态，还能具备保护动力电池、绝缘检测、充放电限值设定等功能。

动力电池状态采集一直是电池管理系统最重要的功能，目前通用的电芯采集都是一对一的模式，通过模拟前端ic，采集与其对应的特定的电芯，然后将所采集的数据通过菊花链传递给mcu。

但是模拟前端ic选取的数量必须大于等于需要采集的电芯数量与ic自身通道之比，而市场上主流的ic通常都是面向12～16串设计，基于目前动力电池系统的电压平台，一个电源管理系统通常需要使用8-10个芯片，使得电源管理系统体积变大，造成硬件成本较高。且菊花链里面的采集电路一直处于工作状态，大大增加了系统功耗。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种基于bms的电芯采集电路，以减小bms的体积，降低硬件成本，并减小电芯采集电路的功耗。

本实用新型实施例提供了一种基于bms的电芯采集电路，包括：至少两个电芯组、主控模块、隔离模块、模拟前端ic和开关模块，其中，所述电芯组包括多个串联的单体电芯；

所述开关模块包括至少两组输入端、至少两组开关和至少两个输出端，所述开关模块的一组输入端连接一电芯组的各单体电芯的两端，每一组输入端通过一组开关连接分别连接所述输出端；

所述模拟前端ic包括输入端和输出端，所述模拟前端ic的输入端与所述开关模块的输出端电连接，所述模拟前端ic用于采集所述单体电芯的参数；

所述隔离模块包括输入端和输出端，所述隔离模块的输入端与所述模拟前端ic的输出端电连接，所述隔离模块的输出端与所述主控模块电连接，所述隔离模块用于隔离所述模拟前端ic和所述主控模块。

可选的，所述开关模块包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端与第2n+1个电芯组的各单体电芯电连接，所述第二输入端与第2n+2个电芯组的各单体电芯电连接；不同所述电芯组所电连接的第一输入端和第二输入端均不同；

一组所述电芯组所连接的第一输入端个数或第二输入端的个数与所述开关模块输出端个数相等；

所述开关模块用于选通一组所述电芯组内各单体电芯电连接的输入端与各输出端。

可选的，所述开关模块还包括开关控制端；

所述开关控制端与所述主控模块的控制端电连接，所述开关控制端用于根据所述主控模块生成的控制信号选通所述第一输入端与所述开关模块相对应的输出端或选通所述第二输入端与所述开关模块相对应的输出端。

可选的，所述开关模块采用模拟开关芯片。

可选的，所述模拟前端ic包括电芯采集芯片和多个采样电阻，其中，所述电芯采集芯片包括多个输入通道、信号接收端和信号发射端；

所述采样电阻与所述输入通道一一对应，所述输入通道通过所述采样电阻与所述开关模块的输出端电连接；

所述信号接收端与通过所述隔离模块与所述主控模块的输出端电连接，所述信号发射端通过所述隔离模块与所述主控模块的输入端电连接。

可选的，所述模拟前端ic还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一稳压管和第二稳压管；

所述第一电阻的第一端与所述信号发射端电连接，所述第一电阻的第二端与所述主控模块的输入端电连接，所述第一稳压管的第一端与所述第一电阻的第二端电连接，所述第一稳压管的第二端接地；

所述第二电阻的第一端与所述信号接收端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端与所述主控模块的输出端电连接；所述第二稳压管的第一端与所述第二电阻的第二端电连接，所述第二稳压管的第二端接地，所述第三电阻的第一端通过所述第四电阻接地。

可选的，所述开关模块的输出端的数量总和等于所述电芯采集芯片的输入通道数。

可选的，所述电芯采集芯片的通道数等于所述每一电芯组中所述单体电芯的个数。

可选的，所述开关模块根据所述主控模块发出的控制信号贯序采集每一电芯组中的单体电芯的参数。

本实用新型实施例通过开关模块分时选通一组电芯组内各单体电芯电连接的输入端与各输出端，模拟前端ic采集单体电芯的参数，实现了只需要使用一个模拟前端ic就能完成对bms内所有电芯的采集，大大节省了硬件成本，并且能使bms的总体结构变得更小，占用更小的空间，使bms的布置更加灵活。且在采集过程中，主控模块能够控制开关模块闭合状态，保证了系统的低功耗性能。

附图说明

图1为现有技术的一种电芯采集电路结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的一种基于bms的电芯采集电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种基于bms的电芯采集电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种基于bms的电芯采集电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为现有技术的一种电芯采集电路结构框图。参考图1，现有技术的电芯采集电路包括主控模块10、通信模块11、隔离模块12、多组电芯组13和多个采集模块14。其中，主控模块10、通信模块11、隔离模块12和采集模块14均双向连接，隔离模块12用于实现采集模块14输出的采集电芯信号与主控模块10输出的控制信号之间的电气隔离。每一组电芯组13对应一采集模块14，采集模块14分别采集电芯组13中各单体电芯的电芯参数。

采集模块14包括电芯采集芯片，目前市场上主流的电芯采集芯片都是面向12-16串设计。本申请以12通道的电芯采集芯片为例来说明现有的电芯采集电路。采集模块14采用一对一的模式采集与其对应的电芯的参数，然后将所采集的数据通过菊花链模式传递给主控模块10，菊花链模式是简化的级联模式，采集到的电芯的参数以串行的方式进行传输，在bns系统上电后，所有采集模块14一直处于工作状态，加大了bms系统的功耗。

基于现有的bms的电压采集平台，一个bms系统需要使用8-10个电芯采集芯片，每一电芯采集芯片采集对应的电芯组。且由于电芯采集芯片的通道数是固定的，如果需要采集96串的动力电池系统，则可以采用8个12通道的电芯采集芯片进行电芯参数采集；如果是100串的动力电池系统，则需要用9个12通道的电芯采集芯片进行电芯参数采集，但是无法避免要剩余8个通道，造成电芯采集芯片功能上的浪费。如为了不浪费电芯采集芯片的通道数，对不同动力电池系统选取不同通道数的电芯采集芯片，则会使得系统开发周期变长，研发和维护费用大大增加。

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种基于bms的电芯采集电路。图2为本实用新型实施例提供的一种基于bms的电芯采集电路的结构示意图，参考图2，该基于bms的电芯采集电路包括至少两个电芯组20、主控模块60、隔离模块50、模拟前端ic40和开关模块30，其中，所述电芯组20包括多个串联的单体电芯；

开关模块30包括至少两组输入端、至少两组开关和至少两个输出端，开关模块30的一组输入端连接一电芯组20的各单体电芯的两端，每一组输入端通过一组开关连接分别连接输出端；

模拟前端ic40包括输入端和输出端，模拟前端ic40的输入端与开关模块30的输出端电连接，模拟前端ic40用于采集单体电芯的参数；

隔离模块50包括输入端和输出端，隔离模块50的输入端与模拟前端ic40的输出端电连接，隔离模块50的输出端与主控模块60电连接，隔离模块50用于隔离模拟前端ic40和主控模块60。

具体的，以12串设计的模拟前端ic40为例，参考图2，选取12通道的模拟前端ic40，每组电芯组中包括12个串联的单体电芯，开关模块30的一组输入端与一组电芯组20的各单体电芯相连接，每组输入端均对应各输出端，其中，每组输入端都通过一组开关与各输出端电连接。主控模块60输出控制信号，开关模块30根据接收到的控制信号次序控制各组开关的状态，使得模拟前端ic能够分时采集所有电芯组20中各单体电芯的电芯的参数。示例性的，开关可以为光耦继电器或其他开关元件，每组开关均与不同的单体电芯电连接。例如，首先采集第一组电芯组中c_1.1-c_1.12单体电芯的电芯参数，每组开关根据主控模块60发出的控制信号分别选通单体电芯c_1.1-c_1.12与各个输出端，在进行一次电芯参数采集周期内，主控模块60依次控制对应开关的闭合。开关模块30根据控制信号的变化情况，依次选通每组输入端与各输出端，从而完成模拟前端ic40对各组电芯组20中各单体电芯的贯序采集，模拟前端ic40将采集到的电芯的参数转换为数字信号，通过隔离模块50输出到主控模块60，主控模块60对接收到的电芯的参数进行分析，并调节个单体电芯的荷电状态。例如，若模拟前端ic40采集到第一组电芯组20中个单体电芯的电量偏高，则主控模块60可以根据接收到的电芯的参数生成控制策略，对各电芯组20内单体电芯进行均衡处理，以保证各单体电芯的状态相同，避免出现过充过放的现象。电芯的参数可以包括电芯电压、电流、温度等参数。

图3为本实用新型实施例提供的另一种基于bms的电芯采集电路的结构示意图，在上述实施例的基础上，参考图3，开关模块30可以包括多个，均采用模拟开关芯片，示例性的，开关模块30可以为max333a型号的模拟开关芯片，max333a是一种高精度可控芯片。

可选的，开关模块30包括第一输入端和第二输入端，第一输入端与第2n+1个电芯组20的各单体电芯电连接，第二输入端与第2n+2个电芯组20的各单体电芯电连接；不同电芯组20所电连接的第一输入端和第二输入端均不同；

一组电芯组20所连接的第一输入端个数或第二输入端的个数与开关模块30输出端个数相等；

开关模块30用于选通一组电芯组20内各单体电芯电连接的输入端与各输出端。

具体的，第一输入端与第2n+1个电芯组20的各单体电芯电连接，第二输入端与第2n+2个电芯组20的各单体电芯电连接，即，第一输入端与奇数电芯组20的单体电芯电连接，第二输入端与偶数电芯组20的单体电芯电连接。为了方便描述，将开关模块30与第一组电芯组20电连接的一组第一输入端用1-1、1-2、1-3……表示，与第二组电芯组20电连接的一组第二输入端用2-1、2-2、2-3……表示，以此类推。示例性的，开关模块30与第一组电芯组20电连接的第一输入端1-1与第一组电芯组20的单体电芯c_1的正极电连接，与第二组电芯组20电连接的第二输入端2-1与第二组电芯组20的单体电芯c_13的正极电连接；开关模块30与第一组电芯组20电连接的第一输入端1-2与第一组电芯组20的单体电芯c_2的正极(单体电芯c_1的负极)电连接，第二输入端2-2与第二组电芯组20的单体电芯c_14的正极(单体电芯c_13的负极)电连接。与第一组电芯组20电连接的第一输入端1-1和与第二组电芯组20电连接的第二输入端2-1对应第一输出端301，第一组开关k1用于选通第一输出端301与第一输入端1-1，或选通第一输出端301与第二输入端2-1，第一输出端301与模拟前端ic40的第一通道401电连接。与第一组电芯组20电连接的第一输入端1-2和与第二组电芯组20电连接的第二输入端2-2对应第二输出端302，第二组开关k2用于选通第二输出端302与第一输入端1-2，或选通第二输出端302与第二输入端2-2，第二输出端302与模拟前端ic40的第二通道402电连接(图3中未画出连接线)。开关模块30根据主控模块60输出的控制信号，选通奇数电芯组20中单体电芯与第一输入端电连接或选通偶数电芯组20中单体电芯与第二输入端电连接。

需要说明的是，本实用新型实施例仅以两组电芯组为例说明电芯组与开关模块的连接关系，并未示出全部电芯组，且不对电芯组的数量做出限定。

可选的，继续参考图3，开关模块30还包括开关控制端31；

开关控制端31与主控模块60的控制端a1电连接，开关控制端31用于根据主控模块60生成的控制信号选通第一输入端与开关模块30相对应的输出端或选通第二输入端与开关模块30相对应的输出端。

开关模块30根据主控模块60发出的控制信号贯序采集每一电芯组20中的单体电芯的参数。

示例性的，主控模块60生成控制信号，开关模块30的开关控制端31根据接收到的控制信号控制开关闭合。例如，第一组开关k1与第一组电芯组20电连接的第一输入端1-1电连接，即，与第一组电芯组20电连接的第一输入端1-1与第一输出端301连通；第二组开关k2与第一组电芯组20电连接的第一输入端1-2电连接，即，与第一组电芯组20电连接的的第一输入端1-2与第二输出端302连通。此时，每组开关与第二输入端是断开的，模拟前端ic40依次采集第一组电芯组20中的各单体电芯的参数，当在一个电芯的参数采集周期内，控制信号发生变化，使得第一组开关k1与第二组电芯组20电连接的第二输入端2-1电连接，第二组开关k2与第二组电芯组20电连接的的第二输入端2-2电连接，模拟前端ic40对第二组电芯组20中各单体电芯的参数进行采集，模拟前端ic40的12个通道采集时间仅为几十微秒，因此在很短时间内即可以完成全部单体电芯的参数采集，从而实现对每组电芯组的电芯参数的贯序采集。且只需要一个模拟前端ic40就能够完成对全部单体电芯的参数采集，对应模拟前端ic40的外围电路也不需要重复设置，相比现有技术，可以大大节省硬件成本，使得bms的布置更加灵活。

需要说明的是，本实用新型实施例仅以12通道的模拟前端ic为例进行说明，不对本实用新型实施例构成限定，本实用新型实施例可以根据需要选取16通道等多通道的模拟前端ic，且可以根据需要任意选取开关模块的数量。

可选的，图4为本实用新型实施例提供的另一种基于bms的电芯采集电路的结构示意图，在上述实施例的基础上，参考图4，模拟前端ic40包括电芯采集芯片u1和多个采样电阻，其中，电芯采集芯片u1包括多个输入通道、信号接收端5和信号发射端6；

采样电阻与输入通道一一对应，输入通道通过采样电阻与开关模块30的输出端电连接；

信号接收端5与通过隔离模块50与主控模块60的输出端a2电连接，信号发射端6通过隔离模块50与主控模块60的输入端a3电连接。

具体的，电芯采集芯片u1可以为max17823系列的芯片，为方便描述，将电芯采集芯片u1的多个输入通道分别称为第一输入通道1、第二输入通道2等等，第一输入通道1与第一采样电阻rs1电连接，第二输入通道2与第2采样电阻rs2电连接，以此类推，电芯采集芯片u1输入通道均通过相应的采样电阻与对应开关模块的输出端电连接。

可选的，继续参考图4，模拟前端ic40还包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一稳压管vd1和第二稳压管vd2；

第一电阻r1的第一端与信号发射端6电连接，第一电阻r1的第二端与主控模块60的输入端a3电连接，第一稳压管vd1的第一端与第一电阻r1的第二端电连接，第一稳压管vd1的第二端接地；

第二电阻r2的第一端与信号接收端5电连接，第二电阻r2的第二端与第三电阻r3的第一端电连接，第三电阻r3的第二端与主控模块60的输出端a2电连接；第二稳压管vd2的第一端与第二电阻r2的第二端电连接，第二稳压管vd2的第二端接地，第三电阻r3的第一端通过第四电阻r4接地。

具体的，电芯采集芯片u1的信号发射端6通过第一电阻r1经隔离模块50与主控模块60的输入端a3电连接，用于将模拟前端ic40采集的电芯的参数输出至主控模块60，第一稳压管vd1用于稳定信号发射端6的输出电压。电芯采集芯片u1的信号接收端5用于接收主控模块60输出的控制信号，模拟前端ic40根据接收到的控制信号将采集到的电芯的参数转换为数字信号输出至主控模块60，第二稳压管vd2用于稳定信号接收端5的输入电压，第四电阻r4用于限制信号接收端5的输入电流，防止高压大电流对电芯采集芯片u1产生影响。

在上述实施例的基础上，开关模块30的输出端的数量总和等于电芯采集芯片u1的输入通道数。

可选的，电芯采集芯片u1的通道数等于每一电芯组20中单体电芯的个数。这样设置的好处是，保证在一次电芯参数的采集周期内，完成主控模块60控制对应开关的闭合，实现电芯采集芯片u1对每组电芯组20中个单体电芯的贯序采集，且不会浪费电芯采集芯片u1的功能。

本实用新型实施例通过开关模块分时选通一组电芯组内各单体电芯电连接的输入端与各输出端，模拟前端ic采集单体电芯的参数，实现了只需要使用一个模拟前端ic就能完成对bms内所有电芯的采集，大大节省了硬件成本，并且能使bms的总体结构变得更小，占用更小的空间，使bms的布置更加灵活。且在采集过程中，主控模块能够控制开关模块闭合状态，保证了系统的低功耗性能。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。