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CN112644329A - 一种可管理48串电芯的电池电子部件 - Google Patents

一种可管理48串电芯的电池电子部件 Download PDF

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CN112644329A CN202011216942.5A CN202011216942A CN112644329A CN 112644329 A CN112644329 A CN 112644329A CN 202011216942 A CN202011216942 A CN 202011216942A CN 112644329 A CN112644329 A CN 112644329A
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李国辉
毛俊鑫
路程祥
鲁群
李万强
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Abstract

本发明公开了一种可管理48串电芯的电池电子部件，包括电池电子部件、电池组件和上位机，所述电池电子部件包括四个前端采集芯片、变压器隔离芯片、控制器、系统电源电路和隔离CAN通信电路，每两个所述前端采集芯片为一组，每两个所述前端采集芯片之间通过菊花链方式电性连接，本发明涉及新能源汽车电池管理技术领域。该可管理48串电芯的电池电子部件，通过电池电子部件包括四个前端采集芯片、变压器隔离芯片、控制器、系统电源电路和隔离CAN通信电路，本发明设计的电池电子部件采用串并连结合的方式进行设计，既保证了每个电池电子部件能够采集数量较多电池电压信息，又能保证电池电压数据的传输效率和信息传输的稳定性。

Description

一种可管理48串电芯的电池电子部件
技术领域
本发明涉及新能源汽车电池管理技术领域，具体为一种可管理48串电芯的电池电子部件。
背景技术
随着能源危机的加深和环境保护意识增强，新能源汽车的发展速度日新月异，在过去的十几年间，纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车及其相关的零部件技术得到了很大发展，世界汽车工业正在经历从传统燃油汽车向未来氢燃料电池汽车的过渡和发展。
电动汽车锂电池的安全运行，离不开稳定可靠的电池管理系统，现有电池管理系统的设计方案，前端采集芯片大多采用单一的并联或串联的方案进行级联，单一的级联方案，限制了前端采集芯片的级联数量。
由于电动汽车续航里程的需要越来越高，装配的电池单体串数也就越来越多，现有电池电子部件的前端采集芯片多采用单一的并联或串联的方式，对于并联方案来说，由于电池串数的增加，并联的支路也需要增加，这样就会造成电池管理系统的结构更为复杂，由于每个并联支路都需要采用变压器隔离的方式进行电气隔离，来保证电池管理单元的安全可靠运行，所以隔离变压器的增加会导致电池管理单元的生产成本增加，对于串联方案来说，前端采集芯片串联的个数越多，通信的稳定性就越低，存在数据传输错误的风险，对于电动汽车是一种安全隐患，以上问题的存在都不利于电动汽车的推广普及。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种可管理48串电芯的电池电子部件，解决了电池管理系统的结构更为复杂，隔离变压器的增加会导致电池管理单元的生产成本增加，对于串联方案来说，前端采集芯片串联的个数越多，通信的稳定性就越低，存在数据传输错误的风险，对于电动汽车是一种安全隐患的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种可管理48串电芯的电池电子部件，包括电池电子部件、电池组件和上位机，所述电池电子部件包括四个前端采集芯片、变压器隔离芯片、控制器、系统电源电路和隔离CAN通信电路，每两个所述前端采集芯片为一组，每两个所述前端采集芯片之间通过菊花链方式电性连接，所述前端采集芯片的接线端与变压器隔离芯片的接线端电性连接，所述变压器隔离芯片的接线端与控制器的接线端电性连接，所述控制器的接线端分别与系统电源电路和隔离CAN通信电路的接线端电性连接。
优选的，所述四个前端采集芯片的接线端均与电池组件的接线端电性连接，所述电池电子部件的接线端与上位机的接线端电性连接。
优选的，所述每组前端采集芯片与控制器之间采用SPI通信方式进行通信，所述电池电子部件具有电压数据采集、电池温度数据采集、电池电压均衡、故障信息报警、CAN通信、电源电压转换和历史数据存储的功能。
优选的，所述前端采集芯片用于采集电池电压、电池温度和对电池中电压较高的电池单体进行均衡。
优选的，所述前端采集芯片具有两组串行端口引脚，分别指定为低侧和高侧，所述前端采集芯片的低侧和高侧两个串行端口中设置有一根芯片选择输入或输出线。
优选的，所述变压器隔离芯片用于隔离锂电池形成的高压和控制器的工作电压。
优选的，所述系统电源电路用于给电池电子部件提供稳定的5V工作电压，所述系统电源电路中具有DC-DC变换器，用于将外部提供的12V或24V电源转化为稳定的5V电压。
优选的，所述隔离CAN通信电路为电池电子部件提供CAN通信功能，所述上位机为电池系统的主机BMU或上位机软件。
(三)有益效果
本发明提供了一种可管理48串电芯的电池电子部件。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)、该可管理48串电芯的电池电子部件，通过电池电子部件包括四个前端采集芯片、变压器隔离芯片、控制器、系统电源电路和隔离CAN通信电路，每两个前端采集芯片为一组，每两个前端采集芯片之间通过菊花链方式电性连接，前端采集芯片的接线端与变压器隔离芯片的接线端电性连接，变压器隔离芯片的接线端与控制器的接线端电性连接，控制器的接线端分别与系统电源电路和隔离CAN通信电路的接线端电性连接，每个电池电子部件包括4个前端采集芯片，每两个前端采集芯片为一组，每组内前端采集芯片采用菊花链方式进行连接，每组菊花链的第一个前端采集芯片与控制器之间采用独立的SPI通信，本发明设计的电池电子部件采用串并连结合的方式进行设计，既保证了每个电池电子部件能够采集数量较多电池电压信息，又能保证电池电压数据的传输效率和信息传输的稳定性。
(2)、该可管理48串电芯的电池电子部件，通过每组前端采集芯片与控制器之间采用SPI通信方式进行通信，两组前端采集芯片采用两个独立的SPI通信接口与控制器进行通信，控制器通过SPI接口发出的命令和控制信号，在菊花链上依次传输，来实现控制器对每组前端采集芯片的控制和数据读写，采用两个独立的SPI接口，可以减少每条菊花链的数据量，增加数据传输的稳定性，提高电池管理系统的安全性能。
(3)、该可管理48串电芯的电池电子部件，通过前端采集芯片具有两组串行端口引脚，分别指定为低侧和高侧，前端采集芯片的低侧和高侧两个串行端口中设置有一根芯片选择输入或输出线，每个前端采集芯片具有两组串行端口引脚，被指定为低侧和高侧，低侧和高侧的端口能够使多个前端采集芯片以菊花链的方式连接起来，即使这些前端采集芯片工作在不同的电源电压也可以正常工作，依次保证信息的传输，通过这种低侧和高侧之间的菊花链级联方式，可以使多个前端采集芯片相互串行连接。
附图说明
图1为本发明电池电子部件结构的示意图。
图中，100电池电子部件、200控制器、300变压器隔离芯片、400前端采集芯片、500隔离CAN通信电路、600系统电源电路、700电池组件、800上位机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供一种技术方案：一种可管理48串电芯的电池电子部件，包括电池电子部件100、电池组件700和上位机800，电池电子部件100设置有若干个，并采用串并连结合的方式进行设计，电池电子部件100包括四个前端采集芯片400、变压器隔离芯片300、控制器200、系统电源电路600和隔离CAN通信电路500，每两个前端采集芯片400为一组，每两个前端采集芯片400之间通过菊花链方式电性连接，两组前端采集芯片400采用两个独立的SPI通信接口与控制器200进行通信，控制器200通过SPI接口发出的命令和控制信号，在菊花链上依次传输，来实现控制器200对每组前端采集芯片400的控制和数据读写，前端采集芯片400的接线端与变压器隔离芯片300的接线端电性连接，变压器隔离芯片300的接线端与控制器200的接线端电性连接，控制器200的接线端分别与系统电源电路600和隔离CAN通信电路500的接线端电性连接。
本发明实施例中，四个前端采集芯片400的接线端均与电池组件700的接线端电性连接，电池电子部件100的接线端与上位机800的接线端电性连接。
本发明实施例中，每组前端采集芯片400与控制器200之间采用SPI通信方式进行通信，控制器200与每组前端采集芯片400之间的菊花链级联关系由近及远，通信数据也是按照前端采集芯片400的级联顺序由近及远，串行传输，电池电子部件100具有电压数据采集、电池温度数据采集、电池电压均衡、故障信息报警、CAN通信、电源电压转换和历史数据存储的功能。
本发明实施例中，前端采集芯片400用于采集电池电压、电池温度和对电池中电压较高的电池单体进行均衡。
本发明实施例中，前端采集芯片400具有两组串行端口引脚，分别指定为低侧和高侧，前端采集芯片400的低侧和高侧两个串行端口中设置有一根芯片选择输入或输出线，高侧前端采集芯片400通过拉低芯片选择输出线，使低侧前端采集芯片400的芯片选择输入线，来控制低侧的前端采集芯片400接受和发送数据，依次保证信息的传输。
本发明实施例中，变压器隔离芯片300用于隔离锂电池形成的高压和控制器200的工作电压。
本发明实施例中，系统电源电路600用于给电池电子部件100提供稳定的5V工作电压，系统电源电路600中具有DC-DC变换器，用于将外部提供的12V或24V电源转化为稳定的5V电压。
本发明实施例中，隔离CAN通信电路500为电池电子部件100提供CAN通信功能，上位机800为电池系统的主机BMU或上位机软件，多个电池电子部件100通过隔离CAN通信电路500连接到上位机800的CAN总线上，由上位机800来读取每个电池电子部件100检测到的信息进行处理。
使用时，每两个前端采集芯片400为一组，两者之间采用菊花链的方式进行连接，每组前端采集芯片400与控制器200之间采用SPI通信方式进行通信，用于读取该组前端采集芯片400采集到的电池电压和温度数据，采集芯片400与控制器200之间增加有隔离变压器芯片300，用来隔离锂电池形成的高压和控制器200的工作电压，前端采集芯片400的低侧和高侧两个串行端口中，增加有一根芯片选择输入或输出线，选择输入和输出线低电平有效，高侧前端采集芯片400通过拉低芯片选择输出线，使能低侧前端采集芯片400的芯片选择输入线，来控制低侧的前端采集芯片，依次保证信息的传输，同时前端采集芯片400与控制器200之间通过SPI通信方式进行通信，系统电源电路600主要用来给电池电子部件100提供稳定的5V工作电压，隔离CAN通信电路500，为电池电子部件100提供CAN通信功能，多个电池电子部件100通过隔离CAN通信电路500连接到上位机800的CAN总线上，由上位机800来读取每个电池电子部件100检测到的信息进行处理。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种可管理48串电芯的电池电子部件，包括电池电子部件(100)、电池组件(700)和上位机(800)，其特征在于：所述电池电子部件(100)包括四个前端采集芯片(400)、变压器隔离芯片(300)、控制器(200)、系统电源电路(600)和隔离CAN通信电路(500)，每两个所述前端采集芯片(400)为一组，每两个所述前端采集芯片(400)之间通过菊花链方式电性连接，所述前端采集芯片(400)的接线端与变压器隔离芯片(300)的接线端电性连接，所述变压器隔离芯片(300)的接线端与控制器(200)的接线端电性连接，所述控制器(200)的接线端分别与系统电源电路(600)和隔离CAN通信电路(500)的接线端电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种可管理48串电芯的电池电子部件，其特征在于：所述四个前端采集芯片(400)的接线端均与电池组件(700)的接线端电性连接，所述电池电子部件(100)的接线端与上位机(800)的接线端电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种可管理48串电芯的电池电子部件，其特征在于：所述每组前端采集芯片(400)与控制器(200)之间采用SPI通信方式进行通信，所述电池电子部件(100)具有电压数据采集、电池温度数据采集、电池电压均衡、故障信息报警、CAN通信、电源电压转换和历史数据存储的功能。
4.根据权利要求1所述的一种可管理48串电芯的电池电子部件，其特征在于：所述前端采集芯片(400)用于采集电池电压、电池温度和对电池中电压较高的电池单体进行均衡。
5.根据权利要求1所述的一种可管理48串电芯的电池电子部件，其特征在于：所述前端采集芯片(400)具有两组串行端口引脚，分别指定为低侧和高侧，所述前端采集芯片(400)的低侧和高侧两个串行端口中设置有一根芯片选择输入或输出线。
6.根据权利要求1所述的一种可管理48串电芯的电池电子部件，其特征在于：所述变压器隔离芯片(300)用于隔离锂电池形成的高压和控制器(200)的工作电压。
7.根据权利要求1所述的一种可管理48串电芯的电池电子部件，其特征在于：所述系统电源电路(600)用于给电池电子部件(100)提供稳定的5V工作电压，所述系统电源电路(600)中具有DC-DC变换器，用于将外部提供的12V或24V电源转化为稳定的5V电压。
8.根据权利要求1所述的一种可管理48串电芯的电池电子部件，其特征在于：所述隔离CAN通信电路(500)为电池电子部件(100)提供CAN通信功能，所述上位机(800)为电池系统的主机BMU或上位机软件。
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