技术领域
[0001] 本
发明实施例涉及电源管理技术，尤其涉及一种电池单体电压监控装置及方法。
背景技术
[0002]
燃料电池具有转化效率高，
工作温度低等特点，在电动
汽车领域有广泛的应用。为了给用电负载提供所需的电压，需要将电池单体
串联起来构成电池堆，电池单体的工作状态直接影响电池堆的工作性能，因此需要对电池单体进行监控。
[0003]
现有技术中可以通过检测电池堆的总电压来获取电池单体的工作状态，例如在电池堆系统中增加一个辅助
信号分析设备。当电池单体中的空气供应不足，导致电池单体电压急剧下降时，会产生特定
频率的放大信号，该设备用于将上述放大信号和电池堆的工作
电流叠加在一起，并连接到负载回路中，这样当电池堆中的某些电池单体出现故障时，
控制器可以检测出工作电流的频率失真，进而判断出电池堆出现异常。
[0004] 现有技术检测电池单体的方法复杂，对
电子器件的防震性能和抗噪声性能都有很高的要求，且不能用于检测电池堆的温度。
发明内容
[0005] 本发明提供一种电池单体电压监控装置及方法，以实现可以根据检测需要，单独监控电池单体的电压值或者电池单体的温度值。
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种电池单体电压监控装置，包括至少一个电压信号采集单元、至少一个温度信号采集单元、辅助供电单元和单体电压监控单元，[0007] 每个所述电压信号采集单元通过切换
开关与所述单体电压监控单元电连接，每个所述电压信号采集单元用于采集至少一个电池单体的电压值，
[0008] 每个所述温度信号采集单元通过所述切换开关与所述单体电压监控单元电连接，所述辅助供电单元用于给每个所述温度信号采集单元提供电平信号，所述温度信号采集单元用于采集至少一个电池单体的温度信息。
[0009] 进一步的，还包括至少一个滤波单元，所述一个电池单体通过一个所述滤波单元与所述电压信号采集单元电连接。
[0010] 进一步的，一个所述滤波单元包括第一
电阻和第一电容，所述一个电池单体的负极通过所述第一电阻和第一电容后接地。
[0011] 进一步的，还包括至少一个防反接单元，一个所述防反接单元的第一端与一个电池单体的负极电连接，所述防反接单元的第二端与所述一个电池单元的正极电连接。
[0012] 进一步的，所述防反接单元包括
二极管，所述二极管的
阳极与所述一个电池单体的负极电连接，所述二极管的
阴极与一个电池单体的正极电连接。
[0013] 进一步的，所述切换开关包括模拟开关和继电器。
[0014] 进一步的，还包括控制器，所述单体电压监控单元与所述控制器电连接。
[0015] 进一步的，每个所述电压信号采集单元用于采集十二个电池单体的电压值。
[0016] 第二方面，本发明实施例还提供了一种电池单体电压监控方法，用于本发明实施例记载的电池单体电压监控装置，包括步骤：
[0017] 控制切换开关使电压信号采集单元与单体电压监控单元相连接；
[0018] 通过所述电压信号采集单元依次采集每个电池单体的电压值；
[0019] 向单体电压监控单元发送所述每个电池单体的电压值；
[0020] 控制切换开关使温度信号采集单元与单体电压监控单元相连接；
[0021] 通过所述温度信号采集单元依次采集每个电池单体的温度值；
[0022] 向单体电压监控单元发送所述每个电池单体的温度值。
[0023] 进一步的，还包括步骤：
[0024] 生成数据发送指令，所述数据发送指令用于控制向单体电压监控单元发送一次所述每个电池单体的电压值，向单体电压监控单元发送一次所述每个电池单体的温度值；
[0025] 或者向单体电压监控单元按设定的周期连续发送所述每个电池单体的电压值，向单体电压监控单元按设定的所述周期连续发送所述每个电池单体的温度值。
[0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的监控装置包括多个电压信号采集单元和多个温度信号采集单元，每个电压信号采集单元以及每个温度信号采集单元对应一组电池单体，通过分组监控电池单体的电压，避免产生电势累积效应，使
信号处理芯片上加载的电压超过最大工作电压。监控装置具有电压监控和温度监控两种功能，通过切换开关使单体电压监控单元选择性的接收
指定信息，简化了监控装置的整体结构。
附图说明
[0027] 图1是实施例一中的电池单体电压监控装置；
[0028] 图2是实施例一中的另一种电池单体电压监控装置；
[0029] 图3是实施例一中的又一种电池单体电压监控装置；
[0030] 图4是实施例二中的电池单体电压监控方法
流程图。
具体实施方式
[0031] 下面结合附图和实施例对本发明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发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0032] 实施例一
[0033] 图1是实施例一中的电池单体电压监控装置，参考图1，本实施例提出一种电池单体电压监控装置，包括至少一个电压信号采集单元1、至少一个温度信号采集单元2、辅助供电单元3和单体电压监控单元6，每个电压信号采集单元1通过切换开关7与单体电压监控单元6电连接，每个电压信号采集单元1用于采集至少一个电池单体8的电压值。每个温度信号采集单元2通过切换开关7与单体电压监控单元6电连接，辅助供电单元3用于给每个温度信号采集单元2提供电平信号，温度信号采集单元2用于采集至少一个电池单体8的温度信息。其中，单体电压监控单元6用于汇总电压值信息和温度值信息。优选的，辅助供电单元3为
12V电源。
[0034] 本实施例提出的监控装置还包括控制器，单体电压监控单元6与控制器电连接，完成电压值和温度值的采集汇总后，单体电压监控单元6按照指定的数据格式将信息发送到控制器中。
[0035] 本实施例中，可选的，切换开关7包括模拟开关和继电器。切换开关7的控制端与控制器电连接，通过控制器控制切换开关7的闭合和断开。可选的，当切换开关7选用继电器，且监控装置中只设有一个切换开关7时，可以通过控制器直接控制继电器的闭合或断开；当监控装置中只设有多个切换开关7时，控制器可以通过译码器连接切换开关7，通过译码器同时控制多个切换开关7闭合或断开，其中，译码器选用的型号包括74HC138。
[0036] 本实施例中，电压电压信号采集单元1包括A/D采集芯片或者具有电压采集功能的
单片机。其中A/D采集芯片的型号包括ILC7135，当使用A/D采集芯片采集电池单体8的电压值时，电压电压信号采集单元1还可以包括电压信号调理
电路，例如滤波电路、差分放大电路，将经过电压调理电路的电压信号输入到A/D采集芯片中，可以提高电压值的检测
精度。单片机可以选用STM32系列单片机，例如STM32F103VET6。
[0037] 本实施例中，温度信号采集单元2包括A/D采集芯片、具有电压采集功能的单片机或者温度
传感器，温度信号采集单元2采集的温度信息包括
热敏电阻的分压值或电池单体的温度值。当温度信号采集单元2采用A/D采集芯片或者单片机时，温度信号采集单元2采集电池单体8内热敏电阻的分压值，通过单体电压监控单元6或者控制器将分压值转换为电池单体8的温度值，此时辅助供电单元3用于给包括热敏电阻的分压电路提供电平信号。其中A/D采集芯片也可以与信号调理电路配合使用，提高温度检测的精度。通过温度传感器可以直接测量一个电池单体8或多个电池单体8的温度，温度传感器选用的型号包括DS18B20，此时辅助供电单元3用于给温度传感器供电。
[0038] 图1所示的监控装置中，电压信号采集单元1和温度信号采集单元2均通过切换开关7与单体电压监控单元6电连接，使得监控装置同时具有电压测量和温度测量两种功能，需要进行电压测量时则通过切换开关7将电压信号采集单元1与单体电压监控单元6之间导通，同时将温度信号采集单元2与单体电压监控单元6之间断开。需要进行温度测量时则通过切换开关7将电压信号采集单元1与单体电压监控单元6之间断开，同时将温度信号采集单元2与单体电压监控单元6之间导通。
[0039] 图1所示的监控装置包括多个电压信号采集单元和多个温度信号采集单元，每个电压信号采集单元以及每个温度信号采集单元对应一组电池单体，通过分组监控电池单体的电压，可以简化监控装置的结构，通过分组监控电池单体的电压可以同时将多个电压值发送到单体电压监控单元6中，提高测量的实时性。监控装置具有电压监控和温度监控两种功能，通过切换开关使单体电压监控单元选择性的接收指定信息，简化了监控装置的整体结构。
[0040] 图2是实施例一中的另一种电池单体电压监控装置，参考图2，监控装置还包括至少一个滤波单元9，一个电池单体8通过一个滤波单元9与电压信号采集单元1电连接。通过设置滤波单元9，可以抑制电池单体8的电压数据中的周期性干扰，提高检测的准确性。
[0041] 图3是实施例一中的又一种电池单体电压监控装置，参考图3，可选的，一个滤波单元9包括第一电阻R1和第一电容C1，第一电阻R1和第一电容C1组成一阶低通滤波电路，一个电池单体8的负极通过第一电阻R1和第一电容C1后接地。作为一种可替换方案，滤波单元9还可以为高阶无源低通滤波电路或高阶有源低通滤波电路。
[0042] 优选的，电压信号采集单元1包括差分放大单元和A/D转换器。本实施例中A/D转换器采用的型号为PCL-727，差分放大单元的输出端与A/D转换器的输入端电连接。如图3所示，电池堆最上方电池单体的负极和该电池单体的正极形成一单体电压差，该电池单体a端和b端与一差分放大单元电连接。该电池单体的正极和与之相邻的电池单体的正极形成另一单体电压差，与之相邻的电池单体的b端和c端与另一差分放大单元电连接，以此类推，每一个电池单体8的负极一端均具有滤波单元9，每一个电池单体8的两端均与一个差分放大单元电连接。可选的，监控装置还包括DC/DC单元，DC/DC单元用于将外部电源，例如车辆系统的电源转化为A/D转换器的工作电源。将滤波、放大后的信号输出到A/D转换器中，可以提高A/D转换的精度，进而提高单体电压检测的精度。
[0043] 参考图3，监控装置还包括至少一个防反接单元，一个防反接单元的第一端与一个电池单体8的负极电连接，防反接单元的第二端与一个电池单元8的正极电连接。通过防反接单元可以防止在电池堆引出线接线错误时，向A/D转换器输入的电压为负值，造成A/D转换器损坏的问题。可选的，防反接单元包括二极管D1，二极管D1的阳极与一个电池单体8的负极电连接，二极管D1的阴极与一个电池单体8的正极电连接。
[0044] 参考图3，一个电池单体8中，热敏电阻一端通过电阻R2与辅助供电单元3电连接，另一端通过电容C2接地。温度信号采集单元2并联在热敏电阻的两端，通过测量热敏电阻的分压变化，计算得出温度值。优选的，温度信号采集单元2包括差分放大单元和A/D转换器。A/D转换器采用的型号为PCL-727，差分放大单元的输出端与A/D转换器的输入端电连接，热敏电阻的两端与差分放大单元电连接。
[0045] 优选的，图2和图3所示的监控装置中，每个电压信号采集单元1用于采集十二个电池单体8的电压值，这样可以避免同时测量的电池单体8过多而产生电势累积效应，使电压信号采集单元1上加载的电压超过最大工作电压的问题。相应的，每个温度信号采集单元2用于采集十二个电池单体8的温度值。
[0046] 本实施例提出的监控装置包括电压信号采集单元1、温度信号采集单元2、单体电压监控单元6和切换开关7，其中电压信号采集单元1以及温度信号采集单元2通过高速总线与单体电压监控单元6电连接，单体电压监控单元6的信号输入端口可复用，通过切换开关7，单体电压监控单元6可以单独采集电池单体8的温度数据或电压数据。单体电压监控单元
6通过高速总线与控制器电连接，单体电压监控单元6可以把电池单体的温度数据和电压数据实时上传给控制器。
[0047] 实施例二
[0048] 本实施例提出一种电池单体电压监控方法，用于实施例一记载的任一电池单体电压监控装置。图4是实施例二中的电池单体电压监控方法流程图，参考图4，监控方法包括步骤：
[0049] S1.控制切换开关使电压信号采集单元与单体电压监控单元相连接。
[0050] S2.通过电压信号采集单元依次采集每个电池单体的电压值。
[0051] 本步骤中一个电压信号采集单元对应一组电池单体，例如电池堆共有48个电池单体，每12个电池单体为一组，则共需四个电压信号采集单元，本实施例中电压信号采集单元包括A/D转换器，且A/D转换器集成多路开关，采集电池单体的电压数据时，每个的A/D转换器将本组中电池单体的电压一路一路的引入电压信号采集单元的芯片上。
[0052] S3.向单体电压监控单元发送每个电池单体的电压值。
[0053] 发送前，电压信号采集单元将采集到的电压信号转换为指定格式的数据
帧，每帧数据包括本组中所有电池单体的电压数据，数据帧格式为帧头、帧尾、组编号，电池单体编号及电压值，其中组编号用于区分不同的电压信号采集单元，电池单体编号用于区别同一组中不同的电池单体。本步骤中，每个电压信号采集单元可以轮流将自身采集的电压信号发送给单体电压监控单元，也可同时将自身采集的电压信号发送给单体电压监控单元。
[0054] S4.控制切换开关使温度信号采集单元与单体电压监控单元相连接。
[0055] S5.通过温度信号采集单元依次采集每个电池单体的热敏电阻分压值。
[0056] 本步骤中一个温度信号采集单元对应一组电池单体，例如电池堆共有48个电池单体，每12个电池单体为一组，则共需四个温度信号采集单元，本实施例中温度信号采集单元包括A/D转换器，且A/D转换器集成多路开关，采集电池单体的温度数据时，每个的A/D转换器将本组中电池单体中热敏电阻的分压一路一路的引入温度信号采集单元的芯片上。
[0057] S6.向单体电压监控单元发送每个电池单体的热敏电阻分压值。
[0058] 本步骤中，单体电压监控单元接收电池单体的热敏电阻的分压值，并将分压值转换为电池单体的温度值。
[0059] 发送前，温度信号采集单元将采集到的热敏电阻分压信号转换温度值，并将温度值转化为指定格式的数据帧，每帧数据包括本组中所有电池单体的温度值，数据帧格式为帧头、帧尾、组编号，电池单体编号及分压值，其中组编号用于区分不同的电压信号采集单元，电池单体编号用于区别同一组中不同的电池单体。本步骤中，每个温度信号采集单元可以轮流将自身采集的分压信号发送给单体电压监控单元，也可同时将自身采集的分压信号发送给单体电压监控单元。
[0060] 在步骤S1之前，监控方法还可以包括步骤：
[0061] 生成数据发送指令，数据发送指令用于控制向单体电压监控单元发送一次每个电池单体的电压值，向单体电压监控单元发送一次每个电池单体的分压值。或者向单体电压监控单元按设定的周期连续发送每个电池单体的电压值，向单体电压监控单元按设定的周期连续发送每个电池单体的分压值。
[0062] 通过上述步骤可以灵活的改变信息的发送方式，避免出现高速总线上数据负荷过大的情况。
[0063] 注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明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发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的
权利要求范围决定。
