本實用新型屬于電源管理技術領域，尤其涉及一種電池管理系統(tǒng)及其電壓采集裝置。

背景技術：

隨著新能源的大力發(fā)展，動力電池得到廣泛的應用。動力電池可以為電動汽車、電動列車及電動自行車等提供動力來源。為了實現(xiàn)高電壓和高容量，動力電池一般由多個電池串聯(lián)或并聯(lián)而成。為了提高動力電池的利用率，防止動力電池過度充電和過度放電，提高動力電池的壽命，需要為動力電池組配備一套電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，BMS)。BMS可以對動力電池組中每個電池的電壓、溫度、電流等進行采集，以實現(xiàn)對動力電池中每個電池的工作狀態(tài)的監(jiān)控。

然而，現(xiàn)有的BMS的電壓采集模塊在對每個電池的電壓進行采集時，是以總負(最后一個電池的負極)或總正(第一個電池的正極)作為共同的參考采集點，逐個累加或累減得到每個電池的電壓，這種電壓采集方式會使得每個采集數據單位代表的電壓變大，導致采集模塊的電壓采集精度降低。

綜上可知，現(xiàn)有的BMS的電壓采集模塊存在電壓采集精度較低的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種電池管理系統(tǒng)及其電壓采集裝置，旨在解決現(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)的電壓采集裝置所存在的電壓采集精度較低的問題。

本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種電池管理系統(tǒng)的電壓采集裝置，與由n個電池串聯(lián)而成的動力電池組連接，n為大于或等于2的整數；所述n個電池從第1個電池開始，按照前一個電池的負極連接后一個電池的正極的方式依次串聯(lián)至第n個電池；所述電壓采集裝置用于對每個所述電池的電壓進行采集；所述電壓采集裝置包括：第一采集通道、第二采集通道、采集通道控制模塊、微處理器及模數轉換模塊；

所述第一采集通道和所述第二采集通道均與所述采集通道控制模塊和所述模數轉換模塊連接，所述微處理器與所述采集通道控制模塊和所述模數轉換模塊連接；

在所述動力電池組的充放電過程中，所述微處理器按照預設順序輸出多個控制信號至所述采集通道控制模塊；所述采集通道控制模塊根據所述多個控制信號，控制所述第一采集通道和所述第二采集通道按照預設順序依次將每個所述電池的正極和負極連接至所述模數轉換模塊；所述模數轉換模塊對每個所述電池的電壓進行采集，并將采集結果輸出至所述微處理器，以使所述微處理器對每個所述電池的電壓進行監(jiān)控。

本實用新型還提供了一種電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)包括上述的電壓采集裝置。

本實用新型提供的電壓采集裝置包括第一采集通道、第二采集通道、采集通道控制模塊、微處理器及模數轉換模塊。在動力電池組的充放電過程中，微處理器按照預設順序輸出多個控制信號至采集通道控制模塊；采集通道控制模塊根據多個控制信號，控制第一采集通道和第二采集通道按照預設順序依次將每個電池的正極和負極連接至模數轉換模塊；模數轉換模塊對每個電池的電壓進行采集，并將采集結果輸出至微處理器，以使微處理器對每個電池的電壓進行監(jiān)控。由于該電壓采集裝置采用掃描式逐個采集的方式對每個電池兩端的電壓進行采集，因此，采集到的電壓在標準電壓范圍內，提高了電壓采集裝置的電壓采集精度。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例提供的一種電壓采集裝置的模塊結構圖；

圖2是本實用新型另一實施例提供的一種電壓采集裝置的模塊結構圖；

圖3是本實用新型再一實施例提供的一種電壓采集裝置的模塊結構圖；

圖4是本實用新型實施例提供的一種電壓采集裝置的電路結構圖；

圖5是本實用新型實施例提供的一種電壓采集裝置中的雙極性轉化單元的電路結構圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

需要說明的是，本實用新型的說明書和權利要求書中的術語“包括”以及它們任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含。例如包含一系列步驟或單元的過程、方法或系統(tǒng)、產品或設備沒有限定于已列出的步驟或單元，而是可選地還包括沒有列出的步驟或單元，或可選地還包括對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。此外，術語“第一”、“第二”和“第三”等是用于區(qū)別不同對象，而非用于描述特定順序。

圖1示出了本實用新型實施例提供的一種電池管理系統(tǒng)的電壓采集裝置的模塊結構，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下：

如圖1所示，一種電池管理系統(tǒng)的電壓采集裝置1，與由n個電池串聯(lián)而成的動力電池組2連接，n為大于或等于2的整數。其中，n個電池從第1個電池開始，按照前一個電池的負極連接后一個電池的正極的方式依次串聯(lián)至第n個電池。在實際應用中，n個電池可以為鋰電池，也可以為其他類型的蓄電池，具體根據實際情況進行設置，此處不做限制。

電壓采集裝置1用于對每個電池的電壓進行采集，具體的，電壓采集裝置1包括：第一采集通道10、第二采集通道20、采集通道控制模塊30、微處理器40及模數轉換模塊50。

第一采集通道10和第二采集通道20均與采集通道控制模塊30和模數轉換模塊50連接，微處理器40與采集通道控制模塊30和模數轉換模塊50連接。

在動力電池組2的充放電過程中，微處理器40按照預設順序輸出多個控制信號至采集通道控制模塊30；采集通道控制模塊30根據多個控制信號，控制第一采集通道10和第二采集通道20按照預設順序依次將每個電池的正極和負極連接至模數轉換模塊50；模數轉換模塊50對每個電池的電壓進行采集，并將采集結果輸出至微處理器40，以使微處理器40對每個電池的電壓進行監(jiān)控。

需要說明的是，在本實用新型實施例中，微處理器40還與電池管理系統(tǒng)中的充電模塊、放電模塊等其他模塊進行連接(圖中未繪出)。即微處理器40可以對動力電池組2的充電過程或放電過程進行檢測。

在動力電池組2的充電或放電過程中，微處理器40按照預設順序輸出多個控制信號至采集通道控制模塊30，多個控制信號具體用于控制第一采集通道10和第二采集通道20按照預設順序依次將每個電池的正極和負極連接至模數轉換模塊50，以使模數轉換模塊50分別對每個電池的電壓進行采集。例如，若微處理器40輸出的控制信號為將第1個電池連接至模數轉換模塊50的控制信號，則采集通道控制模塊30控制第一采集通道10和第二采集通道20將第1個電池的正極和負極連接至模數轉換模塊50；若微處理器40輸出的控制信號為將第3個電池連接至模數轉換模塊的控制信號，則采集通道控制模塊30控制第一采集通道10和第二采集通道20將第3個電池的正極和負極連接至模數轉換模塊50，以此類推，每一個控制信號僅控制將一個電池的正極和負極連接至模數轉換模塊50，以使模數轉換模塊50依次分別對每個電池的電壓進行采集。

在本實用新型實施例中，預設順序可以根據實際需求進行設置，此處不做限制。

例如，預設順序可以為從第1個電池至第n個電池。即微處理器40先后輸出的多個控制信號分別與第1個電池至第n個電池對應；采集通道控制模塊30根據多個控制信號，控制第一采集通道10和第二采集通道2依次將第1個電池的正極和負極至第n個電池的正極和負極連接至模數轉換模塊50。

當然，預設順序還可以為從第n個電池至第1個電池。即微處理器40先后輸出的多個控制信號分別與第n個電池至第1個電池對應；采集通道控制模塊30根據多個控制信號，控制第一采集通道10和第二采集通道2依次將第n個電池的正極和負極至第1個電池的正極和負極連接至模數轉換模塊50。

由于模數轉換模塊50每次采集到的電壓僅為一個電池的電壓，因此，相對于現(xiàn)有的以總負或總正為共同的參考采集點，逐個累加或累減得到每個電池的電壓的采集方式，本實用新型實施例中的電壓采集裝置的電壓采集精度更高，同時可以避免動力回路高壓擊穿采集裝置，提高了系統(tǒng)的可靠性。

在本實用新型實施例中，在將每個電池的正極和負極連接至模數轉換模塊50時，第一采集通道10和第二采集通道20一個連接電池的正極，一個連接電池的負極。

在本實用新型實施例中，微處理器40可以采用CPU(Central Processing Unit,中央處理器)、單片機等實現(xiàn)，具體根據實際情況進行設置，此處不做限制。

在本實用新型實施例中，第一采集通道10和第二采集通道20均可以為輸電線。

圖2示出了本實用新型另一實施例提供的一種電壓采集裝置的模塊結構，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下：

如圖2所示，電壓采集裝置1還包括電壓均衡模塊60。

電壓均衡模塊60與第一采集通道10、第二采集通道20及微處理器40連接。

動力電池組2充放電結束后，微處理器40對每個電池的電壓進行判斷，若n個電池中至少有一個電池的電壓低于預設電壓閾值，則微處理器40輸出相應的均衡信號至采集通道控制模塊30；采集通道控制模塊30根據均衡信號，控制第一采集通道10和第二采集通道20將相應的電壓低于預設電壓閾值的電池的正極和負極連接至電壓均衡模塊60；電壓均衡模塊60在微處理器40的控制下對相應的電壓低于預設電壓閾值的電池進行充電，以使相應的電壓低于預設電壓閾值的電池的電壓維持在預設電壓范圍內，進而使每個電池的電壓達到均衡狀態(tài)。

在本實用新型實施例中，當檢測到動力電池組2的充電或放電過程結束后，微處理器40分別對每個電池的電壓進行判斷，若n個電池中，至少有一個電池的電壓低于預設電壓閾值，則微處理器40輸出相應的均衡信號至采集通道控制模塊30。例如，若在動力電池組2充放電結束后，微處理器40檢測到第1個電池的電壓低于預設閾值，則微處理器40輸出將第1個電池連接至電壓均衡模塊60的控制信號至采集通道控制模塊30，采集通道控制模塊30控制第一采集通道10和第二采集通道20將第1個電池的正極和負極連接至電壓均衡模塊60，以使電壓均衡模塊60對第1個電池進行充電，進而使第1個電池的電壓維持在預設電壓范圍內。

在本實用新型實施例中，預設電壓閾值和預設電壓范圍均可根據實際情況進行設置，此處不做限制。

圖3示出了本實用新型再一實施例提供的一種電壓采集裝置中的模塊結構，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下：

如圖3所示，作為本實用新型一實施例，采集通道控制模塊30包括譯碼單元301和(n+1)個開關單元U1～U(n+1)；譯碼單元301包括(n+1)個輸出端。

設n個電池分別為BT1～BTn。

譯碼單元301的輸入端與微處理器40連接，譯碼單元301的第1個輸出端至第(n+1)個輸出端分別與第一個開關單元U1的第一輸入端至第(n+1)個開關單元U(n+1)的第一輸入端連接；第1個開關單元U1的第一輸出端至第n個開關單元Un的第一輸出端分別與第1個電池BT1的正極至第n個電池BTn的正極連接，第(n+1)個開關單元的U(n+1)的第一輸出端與第n個電池BTn的負極連接；相鄰兩個開關單元(例如第1個開關單元U1和第2個開關單元U2)中的一個開關單元(例如第2個開關單元U2)的第二輸出端與第一采集通道10連接，另一個開關單元(例如第1個開關單元U1)的第二輸出端與第二采集通道20連接，即第1個開關單元U1至第(n+1)個開關單元U(n+1)的第二輸出端分別交替與第一采集通道10和第二采集通道連接20。

在動力電池組2的充放電過程中，譯碼單元301對微處理器40輸出的多個控制信號進行譯碼，并輸出與多個控制信號對應的多組采集電平信息；(n+1)個開關單元U1～U(n+1)根據多組采集電平信息，控制第一采集通道10和第二采集通道20按照預設順序依次將n個電池BT1～BTn的正極和負極連接至模數轉換模塊50，以使模數轉換模塊50分別對n個電池BT1～BTn的電壓進行采集。

動力電池組2充放電結束后，譯碼單元301對微處理器40輸出的均衡信號進行譯碼，并輸出與均衡信號對應的均衡電平信息；(n+1)個開關單元U1～U(n+1)根據均衡電平信息，控制第一采集通道10和第二采集通道20將相應的電壓低于預設電壓閾值的電池的正極和負極連接至電壓均衡模塊60，以使電壓均衡模塊60對相應的電池進行充電。

在本實用新型實施例中，第1個開關單元U1至第(n+1)個開關單元U(n+1)的第二輸出端分別交替與第一采集通道10和第二采集通道20連接具體可以為：第奇數個開關單元(U1、U3、U5等)的第二輸出端與第二采集通道20連接，第偶數個開關單元(U2、U4、U6等)的第二輸出端與第一采集通道10連接(如圖3所示)；或者第奇數個開關單元(U1、U3、U5等)的第二輸出端與第一采集通道10連接，第偶數個開關單元(U2、U4、U6等)的第二輸出端與第二采集通道20連接(圖中未繪出)，具體根據實際情況進行設置，此處不做限制。

在本實用新型實施例中，譯碼單元301將微處理器40輸出的每一個控制信號或每一個均衡信號均譯碼為兩組電平信息。

具體的，在動力電池組2的充電或放電過程中，假如微處理器40輸出的控制信號為將第1個電池BT1連接至模數轉換模塊50的控制信號，則譯碼單元301對該控制信號進行譯碼，并通過其多個輸出端輸出與該控制信號對應的兩組采樣電平信息，一組采樣電平信息用于控制第1個開關單元U1打開，以使第1個開關單元U1控制第二采集通道20將第1個電池BT1的正極連接至模數轉換模塊50；另一組采樣電平信息用于控制第2個開關單元U2打開，以使第2個開關單元U2控制第一采集通道10將第1個電池BT1的負極連接至模數轉換模塊50，進而使模數轉換模塊50對第1個電池BT1的電壓進行采集。假如微處理器40輸出的控制信號為將第3個電池BT3連接至模數轉換模塊50的控制信號，則譯碼單元301對該控制信號進行譯碼，并通過其多個輸出端輸出余該控制信號對應的兩組采樣電平信息，一組采樣電平信息用于控制第3個開關單元U3打開，以使第3個開關單元U3控制第二采集通道20將第3個電池BT3的正極連接至模數轉換模塊50；另一組采樣電平信息用于控制第4個開關單元U4打開，以使第4個開關單元U4控制第一采集通道10將第3個電池BT3的負極連接至模數轉換模塊50，進而使模數轉換模塊50對第3個電池BT3的電壓進行采集。而對其他電池的電壓的采集與上述方式相同，此處不做贅述。

在動力電池組2充放電結束后，假如微處理器40判斷第1個電池BT1的電壓低于預設閾值，則微處理器40輸出將第1個電池BT1連接至電壓均衡模塊60的均衡信號，譯碼單元301對該均衡信號進行譯碼，并輸出與均衡信號對應的兩組均衡電平信息；一組均衡電平信息用于控制第1個開關單元打開，以使第1個開關單元控制第二采集通道20將第1個電池BT1的正極連接至電壓均衡模塊60；另一組均衡電平信息用于控制第2個開關單元U2打開，以使第2個開關單元U2控制第一采集通道10將第1個電池BT1的負極連接至電壓均衡模塊60，進而使電壓均衡模塊60對第1個電池BT1進行充電。

作為本實用新型一實施例，電壓均衡模塊60包括電源602和極性轉化單元601。

電源601的正極和負極分別與極性轉化單元601的正輸入端和負輸入端連接，極性轉化單元601的第一輸出端和第二輸出端分別與第一采集通道10和第二采集通道20連接，極性轉化單元60的受控端與微處理器40連接。

在對相應的電池進行充電時，極性轉化單元601將電源602的正極和負極分別與相應的電壓低于預設電壓閾值的電池的正極和負極連接。

本實用新型實施例中，在對每個電池的電壓進行采集或對電壓小于預設電壓閾值的電池進行充電時，因共用一個采集通道，因此可以節(jié)省電路板空間和成本，可以在電路板上設計較大的均衡電流而不受空間或發(fā)熱量的限制，且使用同一個電源對電壓小于預設電壓閾值的電池進行，可以使電源的功率相對較大。

圖4示出了本實用新型實施例提供的一種電壓采集裝置的電路結構，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下：

如圖4所示，作為本實用新型一實施例，開關單元U1～U(n+1)均為光電耦合器。

光電耦合器的第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端及第二輸出端分別為開關單元U1～U(n+1)的第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端及第二輸出端。

在本實用新型實施例中，光電耦合器為阻性光電耦合器。

作為本實用新型一實施例，譯碼單元301包括第一譯碼器310和第二譯碼器320。第一譯碼器310和第二譯碼器320均包括一個輸入端和(n+1)個輸出端。

第一譯碼器310的輸入端和第二譯碼器320的輸入端構成譯碼單元301的輸入端，第一譯碼器310的第1個輸出端至第(n+1)個輸出端分別與第二譯碼器320的第1個輸出端至第(n+1)個輸出端共接，且第一譯碼器310的第1個輸出端至第(n+1)個輸出端分別為譯碼單元301的第1個輸出端至第(n+1)個輸出端。

在本實用新型實施例中，第一譯碼器310和第二譯碼器320均可以采用現(xiàn)有的譯碼器，具體根據實際情況進行設置，此處不做限制。例如，當采集通道控制模塊30包括8個開關單元時，第一譯碼器310和第二譯碼器320可以采用3線-8線譯碼器。

假設動力電池組2包括7個電池BT1～BT7，采集通道控制模塊30包括8個開關單元U1～U8，第一譯碼器310和第二譯碼器320均為3線-8線譯碼器。微處理器40若要控制將第1個電池BT1的正極和負極連接至模數轉換模塊50或電壓均衡模塊60，則微處理器40輸出將第1個電池BT1的正極和負極連接至模數轉換模塊50或電壓均衡模塊60的控制信號或均衡信號，該控制信號或均衡信號對應兩組數字信號，即微處理器40分別輸出000和001至第一譯碼器310和第二譯碼器320；第一譯碼器310輸出10000000(分別對應第1個輸出端至第(n+1)個輸出端輸出的電平信號)，此時，第1個光電耦合器U1導通，第1個光電耦合器U1將第1個電池BT1的正極連接至模數轉換模塊50或電壓均衡模塊60；第二譯碼器320輸出01000000(分別對應第1個輸出端至第(n+1)個輸出端輸出的電平信號)，此時，第2個光電耦合器U2導通，第2個光電耦合器U2將第1個電池BT1的負極連接至模數轉換模塊50或電壓均衡模塊60。微處理器40控制第一譯碼器310和第二譯碼器320將其他電池連接至模數轉換模塊50或電壓均衡模塊60的方法與上述相同，此處不再贅述。

作為本實用新型一實施例，模數轉換模塊50包括第一模數轉換器501和第二模數轉換器502。

第一模數轉換器501的第一輸入端和第二輸入端分別與第二采集通道20和第一采集通道10連接，第二模數轉換器502的第一輸入端和第二輸入端分別與第一采集通道10和第二采集通道20連接，第一模數轉換器501和第二模數轉換器502均與微處理器40連接。

由于在對第奇數個電池和第偶數個電池的電壓進行采集時，第一采集通道10和第二采集通道20的極性相反，因此，通過第一模數轉換器501和第二模數轉換器502分別對第奇數個電池和第偶數個電池的電壓進行采集。

具體的，如圖4所示，當對第奇數個電池的電壓進行采集時，第一采集通道10連接的是電池的負極，第二采集通道20連接的是電池的正極，此時，微處理器40控制第一模數轉換器501對第奇數個電池的電壓進行采集；當對第偶數個電池的電壓進行采集時，第一采集通道10連接的是電池的正極，第二采集通道20連接的是電池的負極，此時，微處理器40控制第二模數轉換器502對第奇數個電池的電壓進行采集。

第一模數轉換器501和第二模數轉換器502將采集到的電壓轉換為數字信號后，輸出至微處理器40。

在實際應用中，第一模數轉換器501和第二模數轉換器502均可以采用現(xiàn)有的模數轉換器，具體型號可根據實際情況進行設置，此處不做限制。

圖5示出了本實用新型實施例提供的一種電壓采集裝置中的雙極性轉化單元的電路結構，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下：

作為本實用新型一實施例，極性轉化單元601包括第一繼電器610、第二繼電器620、第三繼電器630及第四繼電器640。

第一繼電器610的輸入端和第二繼電器620的輸入端共接作為極性轉化單元601的正輸入端，第三繼電器630的輸入端和第四繼電器640的輸入端共接作為極性轉化單元601的負輸入端，第一繼電器610的輸出端和第三繼電器630的輸出端共接作為極性轉化單元601的第一輸出端，第二繼電器620的輸出端和第四繼電器640的輸出端共接作為極性轉化單元601的第二輸出端，第一繼電器610的受控端、第二繼電器620的受控端、第三繼電器630的受控端及第四繼電器640的受控端均與微處理器40連接。

在本實用新型實施例中，在對第奇數個電池進行充電時，第一采集通道10連接的是電池的負極，第二采集通道20連接的是電池的正極，此時，微處理器40控制第二繼電器620和第三繼電器630打開，控制第一繼電器610和第四繼電器640關閉，以將電源602的正極和負極分別與待充電電池的正極和負極連接；在對第偶數個電池進行充電時，第一采集通道10連接的是電池的正極，第二采集通道20連接的是電池的負極，此時，微處理器40控制第一繼電器610和第四繼電器640打開，控制第二繼電器620和第三繼電器630關閉，以將電源602的正極和負極分別與待充電電池的正極和負極連接。

在本實用新型實施例中，第一繼電器610、第二繼電器620、第三繼電器630及第四繼電器640均可以采用現(xiàn)有的繼電器。

電源620的參數可根據實際需求進行設置，此處不做限制。

本實用新型實施例還提供了一種電池管理系統(tǒng)，其包括上述實施例中的電壓采集裝置。

本實用新型實施例提供的電壓采集裝置包括第一采集通道、第二采集通道、采集通道控制模塊、微處理器及模數轉換模塊。在動力電池組的充放電過程中，微處理器按照預設順序輸出多個控制信號至采集通道控制模塊；采集通道控制模塊根據多個控制信號，控制第一采集通道和第二采集通道按照預設順序依次將每個電池的正極和負極連接至模數轉換模塊；模數轉換模塊對每個電池的電壓進行采集，并將采集結果輸出至微處理器，以使微處理器對每個電池的電壓進行監(jiān)控。由于該電壓采集裝置采用掃描式逐個采集的方式對每個電池兩端的電壓進行采集，因此，采集到的電壓在標準電壓范圍內，提高了電壓采集裝置的電壓采集精度。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。