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高压和电流采集电路的制作方法

2022-05-26 14:50:45 来源:中国专利 TAG:


1.本实用新型涉及电子电路技术领域,尤其涉及一种高压和电流采集电路。


背景技术:

2.现有bms(batterymanagementsystem,电池管理系统)系统的电流和电压采集是各自独立的模块,电压采集一般使用专用的adc(analog-to-digital converter,模拟数字转换器)采样,配合隔离spi(serial peripheral interface,串行外设接口)通信芯片实现数据传输。电流采样常见有两种方式,一种是使用分流器方案,配合专用的电流采集芯片与spi隔离通信芯片进行电流采集;另一种是通过使用霍尔传感器,霍尔传感器通过电磁感应,将电流值转换成电压模拟量,通过can(controller area network,控制器局域网络)通信的方式与主机进行数据传输。但是,这种使用独立电流和电压采集模块的电路所需要的成本高,并且维护复杂。


技术实现要素:

3.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本实用新型的一个目的在于提出一种高压和电流采集电路,具备电流和电压的采集功能,并且降低硬件开发的难度和成本,通用性较强。
4.为达到上述目的,本实用新型提出了一种高压和电流采集电路,包括:电压信号产生模块,用于对车辆的高压采样点和高压回路进行处理,以输出电压信号;采集模块,所述采集模块与所述电压信号产生模块相连,用于采集所述电压信号,并对所述电压信号进行处理,以获取高压信号和电流信号;信号转换模块,所述信号转换模块与所述采集模块相连,用于将所述高压信号和所述电流信号转换为spi信号后发送至电池管理系统的控制芯片。
5.本实用新型的高压和电流采集电路,电压信号产生模块对车辆的高压采样点和高压回路进行处理,以输出电压信号,采集模块采集电压信号,并对电压信号进行处理,以获取高压信号和电流信号,信号转换模块将高压信号和电流信号转换为spi信号后发送至电池管理系统的控制芯片。由此,该电路具备电流和电压的采集功能,并且降低硬件开发的难度和成本,通用性较强。
6.另外,根据本实用新型上述的高压和电流采集电路还可以具有如下的附加技术特征:
7.具体地,所述高压采样点包括:车载电源的正极和负极、主正接触器的后端和主负接触器的后端,所述电压信号产生模块包括:第一电压信号产生单元,所述第一电压信号产生单元连接在所述车载电源的正极和负极之间,所述第一电压信号产生单元还与所述采集模块相连;第二电压信号产生单元,所述第二电压信号产生单元与所述主正接触器的后端和所述采集模块分别相连;第三电压信号产生单元,所述第三电压信号产生单元与所述主负接触器的后端和所述采集模块分别相连;第四电压信号产生单元,所述第四电压信号产
生单元连接在所述高压回路中,所述第四电压信号产生单元还与所述采集模块相连。
8.具体地,所述第一电压信号产生单元包括:第一光耦开关,所述第一光耦开关的第一端与所述车载电源的正极相连,所述第一光耦开关的第二端与所述采集模块的接地端相连,所述第一光耦开关的第三端与所述采集模块的电源输出端相连;第一分压电阻,所述第一分压电阻的一端与所述第一光耦开关的第四端相连且具有第一节点,所述第一分压电阻的另一端与所述车载电源的负极相连,其中,所述第一节点通过第一限流电阻与所述采集模块的第一电压采样端相连。
9.具体地,所述第二电压信号产生单元包括:第二光耦开关,所述第二光耦开关的第一端与所述主正接触器的后端相连,所述第二光耦开关的第二端与所述采集模块的接地端相连;第一三极管,所述第一开关管的控制端与所述采集模块的第一控制端相连,所述第一三极管的第一端与所述采集模块的电源输出端相连,所述第一三极管的第二端通过第二限流电阻与所述第二光耦开关的第三端相连;第二分压电阻,所述第二分压电阻的一端与所述第二光耦开关的第四端相连,且具有第二节点,所述第二分压电阻的另一端与所述车载电源的负极相连,其中,所述第二节点与所述采集模块的第二电压采样端相连。
10.具体地,所述第三电压信号产生单元包括:第三光耦开关,所述第三光耦开关的第一端通过上拉电阻与所述采集模块的电源输出端相连,且具有第三节点,所述第三光耦开关的第二端通过第三限流电阻与所述采集模块的接地端相连,其中,所述第三节点与所述采集模块的第三电压采样端相连;第二三极管,所述第二三极管的控制端与所述采集模块的第二控制端相连,所述第二三极管的第一端与所述采集模块的电源输出端相连,所述第二三极管的第二端与所述第三光耦开关的第三端相连;第三分压电阻,所述第三分压电阻的一端与所述第三光耦开关的第四端相连,所述第三分压电阻的另一端与所述主负接触器的后端相连。
11.具体地,所述第四电压信号产生单元包括:并联连接的第一分流器电阻和第二分流器电阻,设置在所述高压回路中,所述第一分流器电阻与所述采集模块的第一电流采集端相连,所述第二分流器电阻与所述采集模块的第二电流采集端相连。
12.进一步地,上述的高压和电流采集电路还包括:电压转换模块,所述电压转换模块与所述采集模块相连,用于将车载电源转换为第一电压,为所述采集模块供电。
13.具体地,所述电压转换模块包括:dcdc芯片,所述dcdc芯片的电源引脚与车载电源相连;第一变压器,所述第一变压器的第一输入端与所述dcdc芯片的转换引脚相连,所述第一变压器的第二输入端与所述dcdc芯片的反馈引脚相连,所述第一变压器的输出端与所述采集模块相连。
14.具体地,所述dcdc芯片为lt8301芯片、所述采集模块为ltc2949芯片、所述信号转换模块包括ltc6820芯片。
15.进一步地,上述的高压和电流采集电路还包括:隔离模块,所述隔离模块与所述信号转换模块和所述采集模块分别相连,用于将所述采集模块和所述信号转换模块进行信号隔离;存储模块,所述存储模块与所述采集模块相连,用于存储采集数据。
16.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
17.图1为根据本实用新型实施例的高压和电流采集电路的方框示意图;
18.图2为根据本实用新型实施例的电压信号生产模块的方框示意图;
19.图3为根据本实用新型一个实施例的第一电压信号产生单元的示意图;
20.图4为根据本实用新型一个实施例的第二电压信号产生单元的示意图;
21.图5为根据本实用新型一个实施例的第三电压信号产生单元的示意图;
22.图6为根据本实用新型一个实施例的第三电压信号产生单元的示意图;图7为根据本实用新型一个实施例的高压和电流采集电路的方框示意图;
23.图8为根据本实用新型实施例的具体电路及部件示意图;
24.图9为根据本实用新型另一个实施例的高压和电流采集电路的方框示意图。
具体实施方式
25.下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
26.下面参考附图描述本实用新型实施例提出的高压和电流采集电路。
27.图1为根据本实用新型实施例的高压和电流采集电路的方框示意图。
28.如图1所示,本实用新型的高压和电流采集电路可包括:电压信号产生模块100、采集模块200和信号转换模块300。
29.其中,电压信号产生模块100用于对车辆的高压采样点和高压回路进行处理,以输出电压信号。采集模块200与电压信号产生模块100相连,用于采集电压信号,并对电压信号进行处理,以获取高压信号和电流信号。信号转换模块300与采集模块200相连,用于将高压信号和电流信号转换为spi信号后发送至电池管理系统的控制芯片。
30.具体而言,在电动汽车运行过程中,动力电池对车辆供电,为了保证车辆的安全行驶,需要对动力电池管理系统中的运行参数进行监控,也即需要对动力电池中的高压系统中的电压和电流进行采集,以判断高压系统中元器件的工作状态。电压信号产生模块100对车辆的高压采样点和高压回路进行处理,可以输出对应的电压信号,然后采集模块200对电压信号进行处理,可以获得对应的电流信号和高压信号,信号转换模块300将高压信号和电流信号转换为spi信号发送至电池管理系统的控制芯片,以便控制芯片根据采集的信息进行对应的处理策略。由此可以实现采集模块可以同时采集电压信号和电流信号,无需单独设置电压采集电路和电流采集信号,降低了硬件成本。根据本实用新型的一个实施例,高压采样点可包括:车载电源的正极和负极、主正接触器的后端和主负接触器的后端。如图2所示,电压信号产生模块100可包括:第一电压信号产生单元110、第二电压信号产生单元120、第三电压信号产生单元130和第四电压信号产生单元140。其中,第一电压信号产生单元110连接在车载电源的正极和负极之间,第一电压信号产生单元110还与采集模块200相连;第二电压信号产生单元120与主正接触器的后端和采集模块200分别相连;第三电压信号产生单元130与主负接触器的后端和采集模块200分别相连;第四电压信号产生单元140连接在高压回路中,第四电压信号产生单元140还与采集模块200相连。
31.具体而言,当动力电池给车辆供电时,电压信号产生模块100将对车载电源的正负极的电压、主正接触器后端的电压、主负接触器后端的电压和高压回路中的电压进行处理并输出电压信号。例如,采集模块200根据第一电压信号产生单元110产生的电压信号可以确定动力电池的状态,根据第二电压信号产生单元120产生的电压信号确定主正接触器的工作状态,根据第三电压信号产生单元130产生的电压信号确定主负接触器的工作状态,根据第四电压信号产生单元140的电压信号确定高压回路中的电流参数。由此,可以实现同时采集电流和电压信号,无需独立设置电压采集模块和电流采集模块,降低了硬件成本。
32.下面详细描述第一电压信号产生单元110、第二电压信号产生单元120、第三电压信号产生单元130和第四电压信号产生单元140。
33.根据本实用新型的一个实施例,如图3和8所示,第一电压信号产生单元110包括:第一光耦开关111和第一分压电阻r10。其中,第一光耦开关111的第一端与车载电源的正极hv_bat 相连,第一光耦开关111的第二端与采集模块200的接地端gnd相连,第一光耦开关111的第三端与采集模块200的电源输出端vacc相连;第一分压电阻r10的一端与第一光耦开关111的第四端相连且具有第一节点j1,第一分压电阻r10的另一端与车载电源的负极hv_bat-相连,其中,第一节点j1通过第一限流电阻r7与采集模块200的第一电压采样端相连。
34.具体而言,第一光耦开关111的开启或者关闭,可以确定第一电压信号产生单元是否能够产生电压信号,其中,在车辆上电后,第一光耦开关111处于工作状态,此时车载电源的正极产生的电压信号为在第一分压电阻r10上的分压,采集模块200中的第一电压采样端v1通过采集第一节点j1上的分压电阻,可以确定车载电源的电压。其中,第一限流电阻r7起到限流作用,可以防止电流过大,导致芯片接口被烧坏。
35.根据本实用新型的一个实施例,如图4和8所示,第二电压信号产生单元120包括:第二光耦开关121、第一三极管q1和第二分压电阻r17。其中,第二光耦开关121的第一端与主正接触器125的后端相连,第二光耦开关121的第二端与采集模块200的接地端gnd相连;第一三极管q1的控制端与采集模块200的第一控制端gpio1相连,第一三极管122的第一端与采集模块200的电源输出端vacc相连,第一三极管122的第二端通过第二限流电阻r12与第二光耦开关121的第三端相连;第二分压电阻r17的一端与第二光耦开关121的第四端相连,且具有第二节点j2,第二分压电阻r17的另一端与车载电源的负极hv_bat-相连,其中,第二节点j2与采集模块200的第二电压采样端v2相连。
36.具体而言,采集模块200的第一控制端gpio1控制第一三极管122的导通状态,当采集模块200的第一控制端gpio1输出高电平信号时,第一三极管q1处于导通状态,通过第二限流电阻r12将电流传到第二光耦开关121,第二光耦开关121开始工作,主正接触器后端产生的电压通过第二分压电阻r17可以获得,采集模块200的第二电压采样端v2通过采集第二分压电阻r17的分压值可以判断主正接触器的闭合状态。如果采集到分压值,则表明主正接触器闭合,主正接触器后端有电流通过;如果未采集到分压值,则表明主正接触器断开,主正接触器后端有未有电流通过。其中,第二限流电阻第二限流电阻r12起到限流作用,可以防止电流过大,导致芯片接口被烧坏。
37.根据本实用新型的一个实施例,如图5和8所示,第三电压信号产生单元130包括:第三光耦开关131、第二三极管q2和第三分压电阻r14。其中第三光耦开关131的第一端通过
上拉电阻r13与采集模块200的电源输出端vacc相连,且具有第三节点j3,第三光耦开关131的第二端通过第三限流电阻r11与采集模块200的接地端gnd相连,其中,第三节点j3与采集模块200的第三电压采样端v3相连;第二三极管q2的控制端与采集模块200的第二控制端gpio2相连,第二三极管q2的第一端与采集模块200的电源输出端avcc相连,第二三极管q2的第二端与第三光耦开关131的第三端相连;第三分压电阻r14的一端与第三光耦开关131的第四端相连,第三分压电阻r14的另一端与主负接触器135的后端相连。
38.具体而言,采集模块200的第二控制端gpio2控制三极管132的导通状态。当采集模块200的第二控制端gpio2输出高电平信号时,第二三极管q2处于导通状态,电流可流经第三光耦开关131,第三光耦开关131开始工作,主负接触器后端产生的电压通过第三分压电阻r14可以获得,采集模块200的三电压采样端v3采集通过第三分压电阻r14的分压值来判断主负接触器的闭合状态。当采集到第三分压电阻r14的分压值时,则表明主负接触器的开关是闭合状态,主负接触器的后端有电流经过;当未采集到第三分压电阻r14的分压值时,则表明主负接触器的开关是断开状态,主负接触器的后端未有电流经过。其中,限流电阻r11起到限流作用,可以防止电流过大,导致芯片接口被烧坏。
39.由此,可以单独判断主正接触器和主负接触器的工作状态,通过确定主正接触器或者主负接触的工作状态,确定高压系统是否正常工作,在确定工作正常时,采集模块200通过信号转换模块300将采集到的高压信号转换为spi信号给电池管理系统的控制芯片,以使控制芯片根据spi信号对车辆进行控制。
40.根据本实用新型的一个实施例,如图6和8所示,第四电压信号产生单元140包括:并联连接的第一分流器电阻141和第二分流器电阻142,设置在高压回路中,第一分流器电阻141与采集模块200的第一电流采集端(i1p和i1m)相连,第二分流器电阻142与采集模块200的第二电流采集端(i2p和i2m)相连。
41.具体而言,将采集模块200的第一电流采集端和第二电流采集端两个分流器通过的电流值互相比较,当两者电流值相同时,则表明该电路是安全的,汽车可正常行驶,两者电流值不相同时,则其中一路电流失效,应当及时进行检查,起到了双向验证,满足了相应的功能安全作用。
42.进一步地,根据本实用新型的一个实施例,如图7所示,上述的高压和电流采集电路,还可包括:电压转换模块400。其中,电压转换模块400与采集模块200相连,用于将车载电源转换为第一电压,为采集模块200供电。
43.进一步地,在本实用新型的一个实施例中,如图7和8所示,电压转换模块400可包括:dcdc芯片410和第一变压器420。其中,dcdc芯片的电源引脚vin与车载电源相连。第一变压器420的第一输入端与dcdc芯片410的转换引脚sw相连,第一变压器420的第二输入端与dcdc芯片的反馈引脚rfb相连,第一变压器420的输出端与采集模块200相连。其中dcdc芯片410表示的是将某一电压等级的直流电源变换其他电压等级直流电源的装置。dc/dc按电压等级变换关系分升压电源和降压电源两类,按输入输出关系分隔离电源和无隔离电源两类。例如本车载直流电源上接的dc/dc变换器是把高压的直流电变换为低压的直流电。
44.根据本实用新型的一个实施例,如图8所示,dcdc芯片为lt8301芯片、采集模块200可以为ltc2949芯片、信号转换模块300可包括ltc6820芯片。
45.具体而言,如图8所示,电压转换模块400中的ltc8301芯片的vin引脚(电源输入引
脚)与12v车载电源相连接,用于给ltc2949芯片供电。第一变压器420的第二输入端与ltc8301芯片的rfb引脚(输出电压反馈脚)相连,根据第一变压器420的原副边匝数配比,可以将ltc2949芯片的输入电压从12v降为5v。其中,电压变比和匝数比成正比关系。ltc2949芯片的avcc与dvcc为芯片的电源输入引脚,通过降过后的5v电压进行供电,o1为4mhz晶振,可以为ltc2949芯片提供稳定的时钟输入。该ltc2949芯片的引脚最高可提供12路高压采集,以及两路电流采集。
46.进一步地,根据本实用新型的一个实施例,如图9所示,上述的高压和电流采集电路,还可包括:隔离模块500和存储模块600。其中,隔离模块500与信号转换模块300和采集模块200分别相连,用于将采集模块200和信号转换模块300进行信号隔离。存储模块600与采集模块200相连,可以通过iic(inter-integrated circuit,集成电路总线)进行通信,将采集到的电压和电流数据存储在存储模块600当中。
47.需要说明的是,如图8所示,由t2与t3变压器组成的隔离模块500可以在总线通讯的过程中如果出现了瞬间的大电压电流的话,隔离保护模块500能够给它吸收掉,不至于让其把其他的元器件击穿,保障了该电路系统的安全,存储模块600则可以将采集到的电压值和电流值进行一个数据的存储。
48.综上所述,本实用新型的高压和电流采集电路,通过电压信号产生模块对车辆的高压采样点和高压回路进行处理,以输出电压信号,并通过采集模块采集电压信号,对电压信号进行处理,以获取高压信号和电流信号,信号转换模块将高压信号和电流信号转换为spi信号后发送至电池管理系统的控制芯片。由此,该电路能够节省硬件设计成本和降低硬件开发的难度,可以更精确的应用于不同的场合。
49.在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
50.在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
51.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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