CN101413993B

CN101413993B - 一种在线转换电池组中每节电池电压的装置

Info

Publication number: CN101413993B
Application number: CN2008102393052A
Authority: CN
Inventors: 李鹏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2028-12-09
Also published as: CN101413993A

Abstract

本发明公开了一种在线转换电池组中每节电池电压的装置，其由与每节电池连接的有着相同结构的电路组成，每个与电池连接的电路均包括转换光耦、开关光耦、稳压电源、电阻Rt、电阻Ra和电阻R，所述的电池与电阻Rt、转换光耦中的发光二极管、开关光耦中的晶体管分别形成各自回路；开关光耦中的发光二极管通过电阻Ra与稳压电源的输出端分别形成各自回路；转换光耦中晶体管通过电阻R与稳压电源的输出端分别形成各自回路；本发明的另外一种实施方案是开关光耦中的发光二极管通过电阻Ra与稳压电源的输出端形成回路；本发明的优点在于转换精度高、性能稳定可靠、实时性强、耗电量低、寿命长等优点，有较强的实用价值。

Description

一种在线转换电池组中每节电池电压的装置

技术领域

本发明涉及一种在线转换电池组中每节电池电压的装置，属于电池组测量技术领域。

背景技术

目前，电池组广泛应用于各个领域，对于不同的应用，一般都需要有相应的配套设备来保证电池组正常工作。这些设备大多都是通过测量电池组的各种工作参数，根据这些参数判断电池组的工作状态，然后根据应用的要求采取相应的措施来保证电池组正常使用。对于电池组的各种应用，获取电池组的工作参数是这些配套设备正常工作的先决条件。随着生产与经济的发展，现实应用对这些相关设备的性能提出了更高的要求，发展高性能、可在线、高精度、实时性强、寿命长、低成本的电池组测量系统是电池应技术发展的必然要求。

在电池组工作时一般认为需要测量以下参数：电压、温度、电流。对于温度、电流以及整体电池组电压的测量都属常规测量，相应的测量方法和技术都已趋于成熟，自动化程度较高。通过自动设备测量独立的单节电池的电压的方法是非常简单的，但如何通过自动设备实时在线测量串联在电池组中的每节电池的电压依然是尚未完全解决的难题，且现有的技术早已不能满足时代发展的需求。为此人们进行了大量的研究工作，但进展却是非常缓慢。

很多年前就有人采用继电器来切换电池组中的每节电池来进行测量。这种方案的缺点是：体积大、成本高、寿命短、速度慢，现在已经属于被淘汰的方法和技术。也有人采用另外一种方法：在多路输入信号的选择上采用模拟开关进行选通，在模拟信号的转换上采用可编程定时器的V/F转换器。其中在解决输入信号电压高于芯片的最大工作电压的问题上存在技术难点，且采用V/F转换作为A/D转换器。其缺点是响应速度慢、在小信号范围内线性度差、精度低且无成型的技术及产品。对于在线测量单节电池电压的方法，还有人提出用光电隔离器件和大电解电容器构成采样，保持电路来测量蓄电池组中单节电池电压。此电路的缺点是：在A/D转换过程中，电容上的电压能发生变化导致其精度低，而且电容充放电时间及晶体管和隔离芯片等器件动作延迟等因素导致了采样时间长等一些缺点。

在授权公告号为CN201041579Y名为《一种多节电池组单节电池电压测量》的实用新型专利中公开了一种多节电池组单节电池电压测量电路，虽然在一定程度上解决了电池组中单节电池的测量问题，但其缺点也是显而易见的：由于电池电压是通过“近似等于”的方式计算得出，其测量的准确度本就不高；由于电路是通过电压-电流-电压转换，测量电路并未真正与电池组实现电气隔离，实际应用会因运算放大器的工作电压而受限；该电路在测量中留有“死角”。通过分析电路可以发现在其实施例1中不管电阻Rn₁与电阻Rn₂的阻值为何值，均无法通过计算得出电池Ban正确的电压值。同样在其实施例2中，不管电阻R₁₁与电阻Rn₁₂的阻值为何值，均无法通过计算得出电池BA₁正确的电压值。

在国外，许多公司研发了多种独立电池测量模块，通过为每节电池配备一套测量模块来测量电池的参数，然后再通过光电隔离器件把参数传输到智能设备处理，为此还专门运用了计算机通讯的总线技术。其缺点也是显而易见的，主要是：

1、技术上过于复杂。复杂化的设计往往给系统带来诸多不稳定的因素，造成测量系统可靠性低下；

2、应用针对性强，每种电池测量模块往往是针对某个具体应用而设计，通用性较差，需要为不同的应用不断开发不同类型的测量模块；

3、对电池适用性差。电池类型适用性差，现有的模块大多都是针对锂电的，不能运用到其他类型的电池上；参数适用性差，为了适应对于不同厂家、不同批次的电池在参数有着细微的差别，往往需要向厂家定制测量模块；

4、开发周期长；

5、技术以及工艺上有待成熟，测量模块的可靠性有待提高。个别测量模块先于电池损坏将影响了整个电池组的使用；

6、成本昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种能解决上述技术问题的在线转换电池组中每节电池电压的装置。

在由多节电池串联而成的电池组中，本发明由与每节电池连接的电路组成，与每节电池连接的每一电路其结构均相同；与每节电池连接的每一电路均包括转换光耦、开关光耦、稳压电源、电阻Rt、电阻Ra和电阻R，所述的电池与电阻Rt、转换光耦中的发光二极管、开关光耦中的晶体管分别形成各自回路；开关光耦中的发光二极管通过电阻Ra与输出稳定的电压的稳压电源的输出端分别形成各自回路；转换光耦中晶体管通过电阻R与稳压电源的输出端分别形成各自回路。

本发明的另外一种实施方案是，在由多节电池串联而成的电池组中，本发明由与每节电池连接的电路组成，与每节电池连接的每一电路结构均相同；与每节电池连接的每一电路均包括转换光耦、开关光耦、稳压电源、电阻Rt、电阻Ra和电阻R，所述的电池与电阻Rt、转换光耦中的发光二极管、开关光耦中的晶体管分别形成各自回路；开关光耦中的发光二极管通过电阻Ra与输出稳定的电压的稳压电源的输出端形成回路；转换光耦中晶体管通过电阻R与稳压电源的输出端分别形成各自回路。

本发明的优点在于能够为在线测量电池组中每节电池的电压提供实时转换，具有转换精度高、性能稳定可靠、应用范围广、结构简单、耗电量低、成本低、寿命长、可扩充性能好等优点，且很容易批量制造和调试，有较强的实用价值。

附图说明：

图1是本发明所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装置的电路原理图；

图2是本发明所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装置的另外一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的介绍。

如图1所示，本发明的测量对象为由B₁、B₂、……、Bn节电池串联而成的电池组，其中n为电池组中电池的节数(以下含义同)，本发明由与每节电池连接的电路组成，与每节电池连接的每一电路结构均相同；以连接电池B₁的电路为例，本发明由转换光耦O₁、开关光耦S₁、稳压电源W、电阻Ra、电阻R₁、电阻Rt₁组成；所述的电池B₁与电阻Rt₁、转换光耦O₁中的发光二极管、开关光耦S₁中的晶体管形成回路H₁；开关光耦S₁中的发光二极管通过电阻Ra与稳压电源W的输出端形成回路；转换光耦O₁中晶体管通过电阻R₁与稳压电源W的输出端形成回路；与电池组中的其它电池B₂、……、Bn连接的电路和与电池B₁连接的电路的连接方式、电路结构及所用元器件均相同。

本发明的另外一种实施例如图2所示，本发明的测量对象为由电池B₁、B₂、……、Bn串联而成的电池组(其中n为电池组中电池的节数，以下含义同)，本发明由与每节电池连接的电路组成，与每节电池连接的每一电路结构均相同；以连接电池B₁的电路为例，本发明由转换光耦O₁、开关光耦S₁、稳压电源W、电阻Ra、电阻R₁、电阻Rt₁组成；所述的电池B₁与电阻Rt₁、转换光耦O₁中的发光二极管、开关光耦S₁中的晶体管形成回路H₁；开关光耦S₁、S₂、……、Sn中的发光二极管通过电阻Ra与稳压电源W的输出端形成回路；转换光耦O₁中晶体管通过电阻R₁与稳压电源W的输出端形成回路；与电池组中的其它电池B₂、……、Bn连接的电路和与电池B₁连接的电路的连接方式、电路结构及所用元器件均相同。

所述的转换光耦O₁和开关光耦S₁中的晶体管是双极性晶体管(BJT)或场效应晶体管(FET)之一；

所述的转换光耦O₁和开关光耦S₁可以是二极管型光耦；

所述的开关光耦S₁可以是晶闸型光耦。

本发明的工作原理是：当稳压电源开始工作时，为开关光耦S₁中发光二极管供电，开关光耦S₁中晶体管导通，回路H1中出现大小为L₁的电流。电流L₁的大小与电池的输出电压V₁的大小呈现一一对应的映射关系。

R₁、转换光耦O₁中晶体管和稳压电源W输出端连接形成回路，转换光耦O₁中晶体管与Rn形成的分压电路所得电压U₁与转换光耦O₁中晶体管的导通状况呈现一一对应的映射关系。

对于转换光耦O₁而言，其传输系数g₁是稳定的，其晶体管的导通状况取决于流经其发光二级管的电流大小，即L₁的大小与U₁的大小呈现一一对应的映射关系，也即V₁的大小与U₁的大小呈现一一对应的映射关系。经过转换后，可以通过常规的测量方法测量U₁，经过对应换算就能得到电池B₁的实际电压V₁。同理可以得到电池B₂、……、Bn的实际电压V₂、……、Vn

由于电池电压与电平之间存在一一对应的关系，且均为模拟量。经过转换后依然可以保持很好的精度。所以测量精度主要取决于装换后用于测量U₁、U₂、……、Un的测量电路的精度。对测出的U₁、U₂、……、Un只要根据对应的关系进行换算就能保证V₁、V₂、……、Vn有很好的准确度。由于光耦的稳定性较好，所以能很好的满足测量对精确度和准确度的要求。

本发明利用了隔离极限在数千伏以上的光耦作为电压-电平器件，在解决了电器隔离的问题的同时也消除了被测量对象之间的电位差。由于目前光耦的制造工艺非常成熟，其平均寿命以及稳定性远远优于电池寿命；由于光耦的工作频率从几十kHz到数MHz，因而可以适应高速测量的需求，实时性非常好。

本发明可应用于不同类型电池组的电平转换，不仅适用锂电池，也适用于铅酸蓄电池，还适用于电池电压较低的镍镉和镍氢等镍系列电池组上，因而极大的拓展了可适用电池的类型，具有广泛的适应性。

本发明不限于上述实施例，对于本领域技术人员来说，对本发明的上述实施例所做出的任何改进或变更都不会超出仅以举例的方式示出的本发明的实施例和所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种在线转换电池组中每节电池电压的装置，其特征在于：包括与由B₁、B₂、……、Bn电池串联组成的电池组中每节电池连接的电路组，所述每节电池连接的每一电路其结构均相同；连接电池B₁的电路由转换光耦O₁、开关光耦S₁、稳压电源W、电阻Ra、电阻R₁、电阻Rt₁组成；所述的电池B₁与电阻Rt₁、转换光耦O₁中的发光二极管、开关光耦S₁中的晶体管分别形成各自回路；开关光耦S₁中的发光二极管通过电阻Ra与稳压电源W的输出端分别形成各自回路；转换光耦O₁中晶体管通过电阻R₁与稳压电源W的输出端分别形成各自回路；其中所述电池组中的其它电池B₂、……、Bn连接的电路和与电池B₁连接的电路的连接方式、电路结构及所用元器件均相同。

2.如权利要求1所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装置，其特征在于：所述的转换光耦O₁和开关光耦S₁中的晶体管是双极性晶体管(BJT)或场效应晶体管(FET)之一。

3.如权利要求1所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装置，所述的转换光耦O₁和开关光耦S₁是二极管型光耦。

4.如权利要求1所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装置，其特征在于：所述的开关光耦S₁是晶闸型光耦。

5.一种在线转换电池组中每节电池电压的装置，其特征在于：包括与由B₁、B2、……、Bn电池串联组成的电池组中每节电池连接的电路组，所述每节电池连接的每一电路其结构均相同；连接电池B₁的电路由转换光耦O₁、开关光耦S₁、稳压电源W、电阻Ra、电阻R₁、电阻Rt₁组成；所述的电池B₁与电阻Rt₁、转换光耦O₁中的发光二极管、开关光耦S₁中的晶体管分别形成各自回路；开关光耦S₁、S₂、……、S_n中的发光二极管通过电阻Ra与稳压电源W的输出端形成回路；转换光耦O₁中晶体管通过电阻R₁与稳压电源W的输出端分别形成各自回路；所述电池组中的B2、……、Bn节电池连接的电路和与电池B₁连接的电路的连接方式、电路结构及所用元器件均相同，开关光耦S₂、……、S_n分别属于与电池B2、……、Bn对应连接的电路。

6.如权利要求5所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装置，其特征在于：所述的转换光耦O₁和开关光耦S₁中的晶体管是双极性晶体管(BJT)或场效应晶体管(FET)之一。

7.如权利要求5所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装置，所述的转换光耦O₁和开关光耦S₁是二极管型光耦。

8.如权利要求5所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装置，其特征在于：所述的开关光耦S₁是晶闸型光耦。