CN102353908A - 一种电池组电压采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池组电压采集系统，包括：采集芯片和微控制器；所述采集芯片内设置有AD转换器并集成若干电压采集电路；所述电压采集电路用于采集所述单体电池的电压信号；所述AD转换器对所述电压采集电路采集的所述单体电池的电压信号进行AD转换，并将所述经过AD转换的电压信号发送至所述微控制器；所述微控制器对所述经过AD转换的电压信号进行分析处理，并能调节所述采集芯片对所述电池组电压信号的采集频率。该系统能够直接对电池组中各个单体电池的电压进行采集，提高了对单体电池性能判断的准度。
Description
技术领域
本申请涉及电压采集领域，特别是涉及一种电池组电压采集系统。
背景技术
随着传统能源的日益枯竭，环境污染的日益严重，国家提出了节能减排、发展低碳经济的政策，电池由于其在应用过程中具有方便快捷、可循环利用等特性而得到广泛应用。在应用过程中，为了获得大功率、大容量，需要将电池以串并联方式组成电池组。
为了确保电池组能够正常工作，需要实时对电池组进行统一监控，其中一个监控环节就是对电池组中各个单体电池电压的监控，需要实时采集各个单体电池的电压值，对各个单体电池的性能进行判断；目前对电池组中各个单体电池电压值的采集一般以成对或成组的方式采集，这样对单体电池性能的判断就会产生一定误差，判断准确度低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种电池组电压采集系统，能够直接对电池组中各个单体电池的电压进行采集，提高了对单体电池性能判断的精准度。
技术方案如下：
一种电池组电压采集系统，包括：
采集芯片和微控制器；
其中：
所述采集芯片内置AD转换器并集成若干电压采集电路；
所述电压采集电路与所述电池组中的单体电池相连接，采集所述单体电池的电压信号；
所述AD转换器对所述电压采集电路采集的所述单体电池的电压信号进行AD转换，并将所述经过AD转换的电压信号发送至所述微控制器；
所述微控制器对所述经过AD转换的电压信号进行分析处理，通过分析所述经过AD转换的电压信号的变化周期，调节所述采集芯片对所述电池组中的单体电池电压信号的采集频率。
上述的系统，优选的，所述采集芯片为LTC6802芯片。
上述的系统，优选的，所述微处理器中设置有频率控制单元；
所述频率控制单元用于通过调节所述采集芯片的外部时钟周期，控制所述采集芯片对所述电池组中的单体电池电压信号的采集频率。
上述的系统，优选的，还包括：
通信单元，用于将经过所述微控制器分析处理的电压信号传输至上位机系统。
上述的系统，优选的，还包括：
取电模块；
所述取电模块与所述电池组相连接，用于获取所述电池组的电量驱动所述电压采集系统运行。
上述的系统，优选的，所述取电模块包括：
开关电源和稳压设备；
所述开关电源与所述电池组相连，用于将电池组的变化的电压转换成稳定的直流电压；
所述稳压设备用于将所述开关电源转换得到的直流电压转换成所述电压采集系统工作所需要的稳定的直流电压。
上述的系统，优选的，所述系统还包括低通滤波器；
所述低通滤波器用于在所述采集芯片采集所述电池组中各个单体电池的电压信号的过程中滤除所述电压信号中的高频分量。
上述的系统，优选的，所述系统还包括光电隔离器；
所述光电隔离器用于滤除所述采集芯片采集的电压信号向所述微控制器传输过程中的干扰信号。
应用本申请实施例提供的一种电池组电压采集系统，通过使用电压采集芯片直接对电池组中各个单体电池的电压进行采集，提高了可对单体电池性能判断的精准度；由于电压采集芯片内置12位的AD转换器，并集成了高精度基准源和若干电压采集电路及多路模拟开关，所述AD转换器通过所述模拟开关选择不同的电压采集电路来采集不同电池的电压信号，并将所述电压信号进行AD转换后通过内部总线发送给所述微控制器，因此，该电压采集系统不需要复杂的分压网络，使芯片的输入端与电池相连接，从而方便了采集电路的设计，另外，应用芯片进行采集后，所述电压采集系统不需要高压隔离，简化了电压采集系统的设计。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一提供的一种电池组电压采集系统的结构示意图；
图2为本申请实施例二提供的一种电池组电压采集系统的结构示意图；
图3为本申请实施例三提供的一种电池组电压采集系统的结构示意图；
图4为本申请实施例三提供的取电模块的结构示意图；
图5为本申请实施例四提供的一种电池组电压采集系统的结构示意图。
为了图示的简单和清楚，以上附图示出了结构的普通形式，并且为了避免不必要的模糊本发明，可以省略已知特征和技术的描述和细节。另外，附图中的单元不必要按照比例绘制。例如，可以相对于其他单元放大图中的一些单元的尺寸，从而帮助更好的理解本发明的实施例。不同附图中的相同标号表示相同的单元。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案。下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
实施例一
本申请实施例提供一种电池组电压采集系统，其实施例的结构示意图如图1所示，包括：
采集芯片101和微控制器102；
其中，
所述采集芯片101内设置有若干电压采集电路103和AD转换器104；
所述若干电压采集电路103与所述电池组105中的单体电池相连接，采集所述单体电池的电压信号；
所述AD转换器104对所述若干电压采集电路103采集的所述单体电池的电压信号进行AD转换，并将所述经过AD转换的电压信号发送至所述微控制器102；
具体的，所述采集芯片可采用LTC6802芯片，该芯片具有最多12个模拟输入通道，每一个模拟输入端与一个单体电池相连，每个LTC6802芯片可以最多采集12个电池的电压信号。支持串行外设接口(SPI)总线系统，与所述微控制器102以串行总线方式进行通信及数据交换。
LTC6802芯片内部集成了高精度基准源和若干电压采集电路及多路模拟开关，并设置有一个12位的AD转换器，每个电压采集电路采集一个单体电池的电压信号，所述AD转换器通过所述模拟开关选择不同的电压采集电路来采集不同的电池的电压信号，并将所述电压信号进行AD转换后通过内部总线发送给所述微控制器102。通过使用采集芯片，该电压采集系统不需要复杂的分压网络，使芯片的输入端与电池相连接，从而方便了采集电路的设计。
具体的，当电池组中的单体电池的数量小于等于12时，只采用一个LTC6802芯片就可完成对电池组中单体电池电压的采集；而当电池组中单体电池多于12个时，可将两个或更多的LTC6802芯片通过串行线连接在一起，这样连接起来的多个LTC6802芯片相当于一个具有多个AD转换器和若干采集电路的电压采集芯片，可同时采集多于12个的电池的电压。
所述微控制器102内设置有频率控制单元，用于对所述经过AD转换的电压信号进行分析处理，通过分析所述经过AD转换的电压信号的变化周期，调节所述采集芯片101对所述电池组中单体电池电压信号的采集频率。
具体的，所述微控制器102通过SPI总线与所述采集芯片101相连，微控制器102内设的频率控制单元通过SPI总线对所述采集芯片101进行控制，通过分析所述电压采集芯片101采集的电压信号的变化周期，得到所述电池组105的运行状态，通过分析结果控制所述采集芯片101的外部时钟周期，进而调节所述采集芯片101对所述电池组105中单体电池电压信号的采集频率。例如，如果电池组105处于放电状态，为了及时掌握其工作状态，需要要以较高的频率采集所述电池组105中的单体电池的电压信号，以便工作人员能根据实际情况作出相应的判断，保证电池组105的正常运行；如果电池组105处于静置状态，则可以采用较低的采集频率采集所述电池组105中的单体电池的电压信号，使系统处于低功耗状态。
实施例二
在图1所示的电池电压采集系统的基础上，本申请实施例二提供的结构示意图如图2所示，还包括：
通信单元201；
所述通信单元201用于将经过所述微控制器102分析处理的电压信号传输至上位机系统。
具体的，通信单元201将经过所述微控制器102分析处理的电压信号按照协议传送要求，将所述电压信号数据封装成CAN标准帧，该标准帧支持11比特的标识符长度，所述通信单元201以CAN总线方式与上位机进行数据通信。
实施例三
在图2所示的电池组电压采集系统的基础上，本申请实施例四提供的结构示意图如图3所示，还包括：
取电模块301；
所述取电模块301与所述电池组105相连，用于获取所述电池组105的电量驱动所述电压采集系统运行。
所述取电模块301是整个电压采集系统的供电来源，电源取自所述电池组105，并提供给所述微控制器102和所述采集芯片101。由于电池在使用过程中的电压是不断变化的，例如，锂离子电池在使用过程中的电压在2.8V-3.8V之间变化，12个串联起来的锂离子电池组在使用过程中的总电压在33.6V-45.6V之间变化。因此，必须采用取电模块，为整个电压采集系统提供一个稳定的直流电压。
所述取电模块301的结构示意图如图4所示，包括：
开关电源401和稳压设备402；
所述开关电源401与所述电池组105相连，用于将电池组105的变化的电压转换成稳定的直流电压；
所述稳压设备402用于将所述开关电源401转换得到的直流电压转换成所述电压采集系统工作所需要的稳定的直流电压。
具体的，所述开关电源401采用PWM电流模式控制器，所述PWM电流模式控制器将所述电池组105的变化的电压转换成稳定的直流电压。
因为所述电压采集系统各个部分工作所需的电压可能不同，例如，不同的芯片工作所需要的电压可能不相同，所以所述稳压设备402可采用双降压稳压器，所述双降压稳压器既可以升压也可以降压，双降压稳压器通过DC/DC转换器将经所述开关电源401转换的直流电压转换成不同的电压值，为所述电压采集系统的各个部分提供工作所需要的工作电压。
实施例四
在图3所示的电池组电压采集系统的基础上，本申请实施例四提供的结构示意图如图5所示，还包括：
低通滤波器501和光电隔离器502；
所述低通滤波器501与所述电池组105和所述采集芯片101相连，用于在所述采集芯片101采集所述电池组105中各个单体电池的电压信号的过程中滤除所述电压信号中的高频分量。
具体的，所述低通滤波器501可以为若干低通滤波电路(如，RC低通滤波器)，所述采集芯片101的每一个模拟信号输入端分别通过一路所述低通滤波电路与所述电池相连，所述低通滤波器滤除了电压信号中的高频信号，使得采集到的电压信号更加稳定可靠。
所述光电隔离器502与所述采集芯片101和所述微控制器102相连，用于滤除所述采集芯片101采集的电压信号向所述微控制器102传输过程中的干扰信号；
具体的，所述光电隔离器502以光为媒介传输电信号，通过电-光-电的转换，对其输入、输出电信号具有良好的隔离作用，所述光电隔离器滤除了所述采集芯片101采集的电压信号向所述微控制器102传输过程中的干扰信号，提高了所述微控制器102所接收的信号的信噪比。
另外，所述采集芯片101和所述电池组及各个单体电池之间不需要进行高压隔离，在一定程度上简化了电压采集系统的设计。
具体的，所述电池可以是锂离子电池、铅蓄电池、镍镉电池等。
以锂离子电池为例，所述电压采集系统可以采集所述单体锂离子电池的电压，进而通过对单体锂电池的电压累加求和，还可以得到锂电池组的电压。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种电池组电压采集系统，其特征在于，包括：
采集芯片和微控制器；
其中：
所述采集芯片内设置有AD转换器并集成若干电压采集电路；
所述电压采集电路与所述电池组中的单体电池相连接，采集所述单体电池的电压信号；
所述AD转换器对所述电压采集电路采集的所述单体电池的电压信号进行AD转换，并将所述经过AD转换的电压信号发送至所述微控制器；
所述微控制器对所述经过AD转换的电压信号进行分析处理，通过分析所述经过AD转换的电压信号的变化周期，调节所述采集芯片对电池组电压信号的采集频率。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集芯片为LTC6802芯片。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微处理器中设置有频率控制单元；
所述频率控制单元用于通过调节所述采集芯片的外部时钟周期，控制所述采集芯片对所述电池组中的单体电池电压信号的采集频率。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
通信单元；
所述通信单元用于将经过所述微控制器分析处理的电压信号传输至上位机系统。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
取电模块；
所述取电模块与所述电池组相连接，用于获取所述电池组的电量驱动所述电压采集系统运行。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述取电模块包括：
开关电源和稳压设备；
所述开关电源与所述电池组相连，用于将电池组的变化的电压转换成稳定的直流电压；
所述稳压设备用于将所述开关电源转换得到的直流电压转换成所述电压采集系统工作所需要的稳定的直流电压。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括低通滤波器；
所述低通滤波器用于在所述采集芯片采集所述电池组中各个单体电池的电压信号的过程中滤除所述电压信号中的高频分量。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括光电隔离器；
所述光电隔离器用于滤除所述采集芯片采集的电压信号向所述微控制器传输过程中的干扰信号。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE ELECTRIC NET CROP. BEIJING GUODIANTONG NETWO Effective date: 20120730 Owner name: BEIJING FIBRLINK COMMUNICATIONS CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: BEIJING GUODIANTONG NETWORK TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20120730 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20120730 Address after: 100070 Fengtai District, Feng Feng Road, No. 1, the era of fortune World Building, floor, layer 28, Beijing Applicant after: Fibrlink Networks Co., Ltd. Co-applicant after: State Grid Corporation of China Co-applicant after: Beijing Guodiantong Network Technology Co., Ltd. Address before: 100070 Fengtai District, Feng Feng Road, No. 1, the era of fortune World Building, floor, layer 28, Beijing Applicant before: Beijing Guodiantong Network Technology Co., Ltd. |
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| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120215 |