CN107561444B - 一种电池组电压检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池组电压检测电路，包括有电压采集电路以及控制芯片。电压采集电路包括有第一检测芯片、第二检测芯片、第一磁隔离芯片和第二磁隔离芯片；第一检测芯片片选端、时钟端、数据输入端和数据输出端均通过第一磁隔离芯片并分别与控制芯片第一片选端、时钟端、数据输出端和数据输入端连接；第二检测芯片片选端、时钟端、数据输入端和数据输出端均通过第二磁隔离芯片并分别与控制芯片第二片选端、时钟端、数据输出端和数据输入端连接。本发明解决了现有的电池组电压检测电路存在的通信数据异常的技术问题，且工作稳定，抗干扰能力强。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种电池组电压检测电路。
背景技术
电池管理系统（简称为“BMS”）是近年来广泛应用于新能源汽车领域内实现汽车内动力锂电池管理的重要组件。单体锂电池串联而成的电池组在充放电过程中，由于单体锂电池内部发生的化学副反应以及单体锂电池的过充和过放，均会严重影响电池的使用性能以及使用寿命，因此电池管理系统需要增设电池组电压检测电路，以实时对电池组进行电压检测，防止对电池自身造成损害，形成对单体锂电池的有效保护，从而延长其使用寿命。
现有的电池组电压检测电路，如附图1所示，包括有控制芯片、两个检测芯片（即第一检测芯片和第二检测芯片）和两个磁隔离芯片（即第一磁隔离芯片和第二磁隔离芯片），两个检测芯片分别通过两个磁隔离芯片与控制芯片连接，两个检测芯片分别与电池组内单体电池连接，该电路虽然能够检测12串或24串单体锂电池的电压，但是长期使用后，特别是单独检测12串单体电池电压时，其中一个检测芯片正常工作而另一个检测芯片不工作，由于不工作的检测芯片产生的随机数据信号叠加至正常工作的检测芯片输出的电压数据信号上，造成正常工作的检测芯片数据输出端输出至控制芯片上的电压数据异常，因此现有的电池组电压检测电路存在抗干扰能力差、工作不稳定的问题。
发明内容
本发明提供了一种电池组电压检测电路，解决了现有的电池组电压检测电路存在的通信数据异常的技术问题，且工作稳定，抗干扰能力强。
本发明的技术方案如下：
一种电池组电压检测电路，包括有至少一个电压采集电路以及与电压采集电路相连接的控制芯片，电压采集电路包括有第一检测芯片、第二检测芯片、第一磁隔离芯片和第二磁隔离芯片。
控制芯片的第一片选端与第二磁隔离芯片第一使能端连接，以及通过第一磁隔离芯片数据输入输出端口与第一检测芯片使能端连接；控制芯片第二片选端与第一磁隔离芯片第一使能端连接，以及通过第二磁隔离芯片数据输入输出端口与第一检测芯片连接；
控制芯片时钟端、数据输出端以及数据输入端通过第一磁隔离芯片数据输入输出端口与第一检测芯片时钟端、数据输入端和数据输出端连接，以及通过第二磁隔离芯片数据输入输出端口与第二检测芯片时钟端、数据输入端和数据输出端连接；
第一磁隔离芯片第二使能端与第一电源连接，第二磁隔离芯片第二使能端与第二电源连接，控制芯片数据输入端通过第三电阻与第三电源连接。
进一步地，控制芯片第一片选端与第一磁隔离芯片第一数据输入端连接，并通过第一磁隔离芯片第一数据输出端与第一检测芯片使能端连接；控制芯片第二片选端与第二磁隔离芯片第一数据输入端连接，并通过第二磁隔离芯片第一数据输出端与第二检测芯片使能端连接；控制芯片时钟端与第一磁隔离芯片第二数据输入端连接，并通过第一磁隔离芯片第二数据输出端与第一磁隔离芯片时钟端连接，控制芯片时钟端与第二磁隔离芯片第二数据输入端连接，并通过第二磁隔离芯片第二数据输出端与第二磁隔离芯片时钟端连接；控制芯片数据输出端与第一磁隔离芯片第三数据输入端连接，并通过第一磁隔离芯片第三数据输出端与第一检测芯片数据输入端连接，控制芯片数据输出端与第二磁隔离芯片第三数据输入端连接，并通过第二磁隔离芯片第三数据输出端与第二检测芯片数据输入端连接。
进一步地，控制芯片数据输入端通过第一二极管与第一磁隔离芯片第四数据输出端连接，并通过第一磁隔离芯片第四数据输入端与第一检测芯片数据输出端连接，控制芯片数据输入端通过第二二极管与第二磁隔离芯片第四数据输出端连接，并通过第二磁隔离芯片第四数据输入端与第二检测芯片数据输出端连接。
进一步地，第一检测芯片使能端和第一磁隔离芯片第一数据输出端均通过第一电阻与第一电源连接；第二检测芯片使能端和第二磁隔离芯片第一数据输出端均通过第二电阻与第二电源连接。
进一步地，电压采集电路为多个，且数量为n（n>1）；第n个电压采集电路内，第一检测芯片片选端通过第一磁隔离芯片与控制芯片第2n-1片选端连接且该控制芯片第2n-1片选端还通过第二磁隔离芯片与第2n电源连接，第一检测芯片时钟端、数据输入端通过第一磁隔离芯片与控制芯片时钟端、数据输出端连接，第一检测芯片数据输出端通过第一磁隔离芯片和第2n-1二极管后与控制芯片数据输入端连接；第二检测芯片片选端通过第二磁隔离芯片与控制芯片2n片选端连接且控制芯片第2n片选端还通过第一磁隔离芯片与第2n-1电源连接，第二检测芯片时钟端、数据输入端通过第二磁隔离芯片与控制芯片时钟端、数据输出端连接，第二检测芯片数据输出端通过第二磁隔离芯片和第2n二极管后与控制芯片数据输入端连接；第一检测芯片和第一磁隔离芯片均通过第2n电阻与第2n-1电源连接，第二检测芯片和第二磁隔离芯片均通过第2n+1电阻与第2n电源连接。
本发明的技术原理：
本发明所述的电池组电压检测电路，当控制芯片第一片选端的片选信号处于低电平状态而控制芯片第二片选端的片选信号处于高电平状态时，第一磁隔离芯片处于导通状态，第一检测芯片采集单体电池的电压、电流、温度等数据能够通过第一磁隔离芯片并传送至控制芯片，并由控制芯片进一步传送至上位机，同时第二磁隔离芯片不工作，处于关断状态，第二检测芯片采集单体电池的电压、电流、温度等数据不能通过磁隔离芯片并传送至控制芯片。
当控制芯片第一片选端的片选信号处于高电平状态而控制芯片第二片选端的片选信号处于低电平状态时，第二磁隔离芯片处于导通状态，第二检测芯片采集单体电池的电压、电流、温度等数据能够通过第二磁隔离芯片并传送至控制芯片，并由控制芯片进一步传送至上位机，而第一磁隔离芯片处于关断状态，第一检测芯片采集单体电池的电压、电流、温度等数据不能通过磁隔离芯片并传送至控制芯片。
由于控制芯片控制其两个片选端上的片选信号，一个片选信号为高电平状态而另一个片选信号为低电平状态，且两个片选信号处于高电平信号和低电平信号之间交替转换，因此，同一时间点，只有一个磁隔离芯片（第一磁隔离芯片或第二磁隔离芯片）能够将与其连接的检测芯片（第一检测芯片或第二检测芯片）采集的单体电池的电压、电流、温度等数据能够传送至控制芯片,从而实现了两个检测芯片（第一检测芯片和第二检测芯片）交叉检测电池组内单体电池的电压、电流、温度等数据。
本发明产生的有益效果：
1.本发明在现有技术的基础上，通过将控制芯片第一片选端分别与第一磁隔离芯片数据输入端、第二磁隔离芯片使能端连接，将控制芯片第二片选端分别与第一磁隔离芯片使能端、第二磁隔离芯片数据输入端连接，当第一磁隔离芯片导通时，与第一磁隔离芯片连接的第一检测芯片将采集到的电压、电流、温度等数据通过第一磁隔离芯片传送至控制芯片，而第二磁隔离芯片处于关断状态，从而防止第二检测芯片数据输出端的信号叠加至第一检测芯片输出的信号上，反之亦然；因此，本发明解决了现有的电池组电压检测电路存在的通信数据异常的技术问题，且工作稳定，抗干扰能力强。
2. 本发明中，一个电压采集电路内通过设置两个检测芯片，一个检测芯片能够检测12串电池电压，因此本发明通过一个电压采集电路，能实现24串电池电压的检测；进一步地，本发明还包括有多个与控制芯片连接的电压采集电路，每个电压采集电路内，两个检测芯片（第一检测芯片和第二检测芯片）交叉检测电池组内单体电池的电压、电流、温度等数据，因此本发明能够实现多个电池组中单体电池电压的检测，防止电池发生过充电和过放电，同时也节约了生产成本。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有技术所述电池组电压检测电路的电路原理图；
图2是图1中磁隔离芯片使能端信号示意图；
图3是本发明中实施例1的电路原理图；
图4是图3中磁隔离芯片使能端信号示意图；
图5是本发明中实施例2的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
参照图3，一种电池组电压检测电路，包括有一个电压采集电路以及与电压采集电路相连接的控制芯片MCU；电压采集电路包括有第一检测芯片IC1、第二检测芯片IC3、第一磁隔离芯片IC2和第二磁隔离芯片IC4。第一检测芯片IC1和第二检测芯片IC3均采用LTC6804，且低电平有效；第一磁隔离芯片IC2和第二磁隔离芯片IC4均采用ADuM1401，高电平有效。作为现有技术，第一检测芯片IC1和第二检测芯片IC3的多个数据输入端分别通过13个外围电路组成13个数据通道，相邻的两个数据通道组成一个采集单体电池电压的检测回路，每个检测回路均连接一个电压均衡电路。
控制芯片第一片选端GPIO1与第二磁隔离芯片第一使能端VE1-2连接，控制芯片第一片选端GPIO1还与第一磁隔离芯片第一数据输入端VIA-1连接，并通过第一磁隔离芯片第一数据输出端VOA-1与第一检测芯片使能端nCS-1连接；控制芯片第二片选端GPIO2与第一磁隔离芯片第一使能端VE1-1连接，控制芯片第二片选端GPIO2与第二磁隔离芯片第一数据输入端VIA-2连接，并通过第二磁隔离芯片第一数据输出端VOA-2与第二检测芯片使能端nCS-2连接。
控制芯片时钟端SCLK与第一磁隔离芯片第二数据输入端VIB-1连接，并通过第一磁隔离芯片第二数据输出端VOB-1与第一检测芯片时钟端SCLK-1连接，控制芯片时钟端SCLK与第二磁隔离芯片第二数据输入端VIB-2连接，并通过第二磁隔离芯片第二数据输出端VOB-2与第二检测芯片时钟端SCLK-2连接；控制芯片数据输出端SDO与第一磁隔离芯片第三数据输入端VIC-1连接，并通过第一磁隔离芯片第三数据输出端VOC-1与第一检测芯片数据输入端SDI-1连接，控制芯片数据输出端SDO与第二磁隔离芯片第三数据输入端VIC-2连接，并通过第二磁隔离芯片第三数据输出端VOC-2与第二检测芯片数据输入端SDI-2连接。
第一磁隔离芯片第二使能端VE2-1与第一电源VCC1连接，第二检测芯片第二使能端VE2-2与第二电源VCC2连接，控制芯片数据输入端SDI通过第三电阻R3与第三电源VDD连接。
控制芯片数据输入端SDI通过第一二极管D1与第一磁隔离芯片第四数据输出端VOD-1连接，并通过第一磁隔离芯片第四数据输入端VID-1与第一检测芯片数据输出端SDO-1连接，控制芯片数据输入端SDI通过第二二极管D2与第二磁隔离芯片第四数据输出端VOD-2连接，并通过第二磁隔离芯片第四数据输入端VID-2与第二检测芯片数据输出端SDO-2连接。
第一检测芯片使能端nCS-1和第一磁隔离芯片第一数据输出端VOA-2均通过第一电阻R1与第一电源VCC1连接；第二检测芯片使能端nCS-2和第二磁隔离芯片第一数据输出端VOA-2均通过第二电阻R2与第二电源VCC2连接。
电压采集电路与控制芯片MCU之间工作过程:
当控制芯片第一片选端GPIO1的片选信号处于低电平状态而控制芯片第二片选端GPIO2的片选信号处于高电平状态时，第一磁隔离芯片第一使能端VE1-1和第一磁隔离芯片第二使能端VE2-1均处于高电平状态，此时第一磁隔离芯片IC2处于导通状态，此时第一检测芯片使能端nCS-1处于低电平状态，第一检测芯片IC1正常工作，第一检测芯片数据输出端SDO-1将检测回路所采集到的电压、电流和温度等数据信号通过第一磁隔离芯片IC2传递至控制芯片，并由控制芯片MCU传至上位机；同时，与控制芯片第一片选端GPIO1连接的第二磁隔离芯片第一使能端VE1-2处于低电平状态，第二磁隔离芯片第二使能端VE2-2处于高电平状态，因此第二磁隔离芯片IC4便处于关断状态，第二检测芯片数据输出端SDO-2将检测回路所采集到的电压、电流和温度等数据信号便不能通过第二磁隔离芯片IC4传递至控制芯片；同时处于关断状态的第二磁隔离芯片IC4也能防止第二检测芯片数据输出端SDO-2的信号叠加至第一检测芯片输出至控制芯片的数据信号上，从而有效地避免正常工作的第一检测芯片数据输出端SDO-1输出至控制芯片上的电压数据异常；
当控制芯片第一片选端GPIO1的片选信号处于高电平状态而控制芯片第二片选端GPIO2的片选信号处于低电平状态时，第二磁隔离芯片第一使能端VE1-2和第二磁隔离芯片第二使能端VE2-2均处于高电平状态，此时第二磁隔离芯片IC4处于导通状态，此时第二检测芯片使能端nCS-2处于低电平状态，第二检测芯片IC3正常工作，第二检测芯片数据输出端SDO-2将检测回路所采集到的电压、电流和温度等数据信号通过第二磁隔离芯片IC4传递至控制芯片，并由控制芯片MCU传至上位机；同时，与控制芯片第一片选端GPIO2连接的第一磁隔离芯片第一使能端VE1-1处于低电平状态，第一磁隔离芯片第二使能端VE2-1处于高电平状态，因此第一磁隔离芯片IC2便处于关断状态，第一检测芯片数据输出端SDO-1将检测回路所采集到的电压、电流和温度等数据信号便不能通过第一磁隔离芯片IC2传递至控制芯片；同时处于关断状态的第一磁隔离芯片IC2也能防止第一检测芯片数据输出端SDO-1的信号叠加至第二检测芯片输出至控制芯片的数据信号上，从而有效地避免正常工作的第二检测芯片数据输出端SDO-2输出至控制芯片上的电压数据异常；
如附图2所示，现有技术所述的电池组电压检测电路，第一磁隔离芯片IC2第一使能端VE1-1和第二磁隔离芯片IC4第一使能端VE1-2上的使能信号则一直处于高电平状态，因此电压采集电路内的第一检测芯片IC1和第二检测芯片IC3能够同时检测与每个检测芯片连接的电池组内12串单体电池的电压、电流、温度等数据，并将数据传送至控制芯片MCU；而本实施例所述的池组电压检测电路，如附图4所示，控制芯片MCU通过交叉控制第一磁隔离芯片IC2第一使能端VE1-1或第二磁隔离芯片IC4第一使能端VE1-2上的使能信号在高电平与低电平之间交替变化，从而电压采集电路内的第一检测芯片IC1或第二检测芯片IC3能够交叉检测与每个检测芯片连接的电池组内12串单体电池的电压、电流、温度等数据，并通过第一磁隔离芯片IC2或第二磁隔离芯片IC4传递至控制芯片MCU，因此本实施例所述的电池组电压检测电路实现了对24串电池电压的检测；同时处于关断状态的磁隔离芯片阻止了与其连接的检测芯片数据输出端的信号传递至控制芯片MCU，因此解决了正常工作的检测芯片数据输出端输出至控制芯片上的电压数据异常二导致现有的电池组电压检测电路存在抗干扰能力差、工作不稳定的问题。经过长期测试，本实施例所述的池组电压检测电路，抗干扰能力强，工作稳定，未出现异常。
实施例2
参照图5，一种电池组电压检测电路，包括有两个电压采集电路以及与电压采集电路相连接的控制芯片MCU；电压采集电路包括有第一检测芯片IC1、第二检测芯片IC3、第一磁隔离芯片IC2和第二磁隔离芯片IC4。第一检测芯片IC1和第二检测芯片IC3均采用LTC6804，第一磁隔离芯片IC2和第二磁隔离芯片IC4均采用ADuM1401。作为现有技术，第一检测芯片IC1和第二检测芯片IC2的多个数据输入端分别通过13个外围电路组成13个数据通道，相邻的两个数据通道组成一个采集单体电池电压的检测回路，每个检测回路均连接一个电压均衡电路。
第一个电压采集电路与控制芯片MCU之间的连接方式参考实施例1。
第二个电压采集电路内，第一检测芯片片选端nCS-1通过第一磁隔离芯片IC2与控制芯片第三片选端GPIO3连接且该控制芯片第三片选端GPIO3还通过第二磁隔离芯片IC4与第四电源连接，第一检测芯片时钟端SCLK-1、数据输入端SDI-1通过第一磁隔离芯片IC2与控制芯片时钟端SCLK、数据输出端SDO连接，第一检测芯片数据输出端SDO-1通过第一磁隔离芯片IC2和第三二极管D3后与控制芯片数据输入端SDI连接；第二检测芯片片选端nCS-2通过第二磁隔离芯片IC2与控制芯片第四片选端连接且控制芯片第四片选端GPIO4还通过第一磁隔离芯片IC2与第三电源VCC3连接，第二检测芯片时钟端SCLK-2、数据输入端SDO-2通过第二磁隔离芯片IC4与控制芯片时钟端SCLK、数据输出端SDO连接，第二检测芯片数据输出端SDO-2通过第二磁隔离芯片IC4和第四二极管D4后与控制芯片数据输入端SDI连接；第一检测芯片IC1和第一磁隔离芯片IC2均通过第四电阻R4与第三电源VCC3连接，第二检测芯片IC2和第二磁隔离芯片IC4均通过第五电阻R5与第四电源VCC4连接。
每个电压采集电路与控制芯片MCU之间工作过程参考实施例1。
在实施例1的基础上，本实施例所述的电池组电压检测电路增加了一个电压检测电路，因此，相对于实施例一，本实施例能够检测4个电池组（48串单体电池）的电压、电流、温度等数据，且电路工作稳定，抗干扰能力强。
同时，本发明的实施方式还可以在实施例1的基础上增加多个电压检测电路，电压检测电路数量为n（n>1）；第n个电压采集电路内，第一检测芯片片选端通过第一磁隔离芯片与控制芯片第2n-1片选端连接且该控制芯片第2n-1片选端还通过第二磁隔离芯片与第2n电源连接，第一检测芯片时钟端、数据输入端通过第一磁隔离芯片与控制芯片时钟端、数据输出端连接，第一检测芯片数据输出端通过第一磁隔离芯片和第2n-1二极管后与控制芯片数据输入端连接；第二检测芯片片选端通过第二磁隔离芯片与控制芯片2n片选端连接且控制芯片第2n片选端还通过第一磁隔离芯片与第2n-1电源连接，第二检测芯片时钟端、数据输入端通过第二磁隔离芯片与控制芯片时钟端、数据输出端连接，第二检测芯片数据输出端通过第二磁隔离芯片和第2n二极管后与控制芯片数据输入端连接；第一检测芯片和第一磁隔离芯片均通过第2n电阻与第2n-1电源连接，所述第二检测芯片和第二磁隔离芯片均通过第2n+1电阻与第2n电源连接。
Claims (4)
1.一种电池组电压检测电路，包括有至少一个电压采集电路以及与电压采集电路相连接的控制芯片，所述电压采集电路包括有第一检测芯片、第二检测芯片、第一磁隔离芯片和第二磁隔离芯片；其特征在于，
所述控制芯片的第一片选端与第二磁隔离芯片第一使能端连接，以及通过第一磁隔离芯片数据输入输出端口与第一检测芯片使能端连接；控制芯片第二片选端与第一磁隔离芯片第一使能端连接，以及通过第二磁隔离芯片数据输入输出端口与第二检测芯片连接；
所述控制芯片时钟端、数据输出端以及数据输入端通过第一磁隔离芯片数据输入输出端口与第一检测芯片时钟端、数据输入端和数据输出端连接，以及通过第二磁隔离芯片数据输入输出端口与第二检测芯片时钟端、数据输入端和数据输出端连接；
所述第一磁隔离芯片第二使能端与第一电源连接，第二磁隔离芯片第二使能端与第二电源连接，控制芯片数据输入端通过第三电阻与第三电源连接；
所述第一检测芯片和第二检测芯片均在低电平有效；第一磁隔离芯片和第二磁隔离芯片均在高电平有效。
2.根据权利要求1所述的一种电池组电压检测电路，其特征在于：
所述控制芯片第一片选端与第一磁隔离芯片第一数据输入端连接，并通过第一磁隔离芯片第一数据输出端与第一检测芯片使能端连接；所述控制芯片第二片选端与第二磁隔离芯片第一数据输入端连接，并通过第二磁隔离芯片第一数据输出端与第二检测芯片使能端连接；
所述控制芯片时钟端与第一磁隔离芯片第二数据输入端连接，并通过第一磁隔离芯片第二数据输出端与第一检测芯片时钟端连接，所述控制芯片时钟端与第二磁隔离芯片第二数据输入端连接，并通过第二磁隔离芯片第二数据输出端与第二检测芯片时钟端连接；
所述控制芯片数据输出端与第一磁隔离芯片第三数据输入端连接，并通过第一磁隔离芯片第三数据输出端与第一检测芯片数据输入端连接，所述控制芯片数据输出端与第二磁隔离芯片第三数据输入端连接，并通过第二磁隔离芯片第三数据输出端与第二检测芯片数据输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种电池组电压检测电路，其特征在于：
所述控制芯片数据输入端通过第一二极管与第一磁隔离芯片第四数据输出端连接，并通过第一磁隔离芯片第四数据输入端与第一检测芯片数据输出端连接，所述控制芯片数据输入端通过第二二极管与第二磁隔离芯片第四数据输出端连接，并通过第二磁隔离芯片第四数据输入端与第二检测芯片数据输出端连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种电池组电压检测电路，其特征在于：
所述第一检测芯片的第二使能端和第一磁隔离芯片第一数据输出端均通过第一电阻与第一电源连接;所述第二检测芯片的第二使能端和第二磁隔离芯片第一数据输出端均通过第二电阻与第二电源连接。
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