CN102981041A - 一种单体电池监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单体电池监控系统，其包括有并联在单体电池两端的滤波电路、电压采集电路和参考电位电路，所述监控装置还包括有根据参考电位电路的参考电位来对电压采集电路输出信号进行A/D模数转换并计算输出电压值、以及根据该输出电压值与单体电池两端电压的对应关系来计算出单体电池两端电压的单片机和与单片机连接作为控制中心的主控制器，所述单片机与主控制器之间连接有用于通讯的隔离发送电路和隔离接收电路。本发明的目的是通过电压采集电路进行电压采集输入给单片机，并通过参考电位电路进行电位参考，实现对单体电池电压进行检测及模数转换，以及通过隔离发送电路和隔离接收电路与主控制器进行通讯，实现精准快速的监控。
Description
[技术领域]
本发明涉及一种单体电池监控系统。
[背景技术]
目前，锂离子电池组单体电压检测的方法有开关电容法、电阻分压法、差模电压法等。
开关电容法是通过开关阵列使电容与电池连接，对电容进行充电，通过测量电容两端电压即可得到单体电池电压，但当电池数量较多时，需要使用继电器作为开关，影响了开关速度，检测速度变慢。
电阻分压法容易受电阻精度影响，精度较低，容易产生累积误差。
差模电压法一般用于电池数量较少的情况下，并且存在漏电流和电阻匹配的问题。
动力锂电池的电压采集单元需要实时地对每个单体电池的电压进行精确测量，以上传统的串联电池组电压采集方法，在单体电池数目增多时，会导致电压采集单元的硬件实现复杂、成本高，测量精度下降。
因此，有必要解决如上问题。
[发明内容]
本发明克服了上述技术的不足，提供了一种单体电池监控系统，其通过电压采集电路进行电压采集输入给单片机，并通过参考电位电路进行电位参考，实现对单体电池电压进行检测及模数转换，以及通过隔离发送电路和隔离接收电路与主控制器进行通讯，实现精准快速的监控。
为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种单体电池监控系统，其特征在于包括有并联在单体电池两端的滤波电路1、电压采集电路2和参考电位电路3，所述监控装置还包括有根据参考电位电路3的参考电位来对电压采集电路2输出信号进行A/D模数转换并计算输出电压值、以及根据该输出电压值与单体电池两端电压的对应关系来计算出单体电池两端电压的单片机4，所述电压采集电路2检测信号输出端与单片机4的A/D模数转换输入端引脚连接，所述参考电位电路3的参考电位输出端与单片机4的参考电位输入端引脚连接，所述监控装置还包括有用于控制单片机4进行监测工作状态或是休眠省电状态的主控制器10，所述单片机4与主控制器10之间连接有用于通讯的隔离发送电路5和隔离接收电路6。
所述单片机4上连接有状态显示电路7，所述状态显示电路7包括有发光二极管D16、电阻R1，所述发光二极管D16正极与单体电池正极连接，发光二极管D16负极通过电阻R1与单片机4连接。
所述单片机4采用的型号为PIC16F1823。
所述滤波电路1包括有电容C16、电容C17,所述电容C16一端、电容C17一端相连接后与单体电池正极连接，电容C16另一端、电容C17另一端相连接后与单体电池负极连接。
所述电压采集电路2包括有电容C18、电容C19、电阻R5、电阻R6，所述电容C18一端、电阻R5一端相连接后作为电压采集电路2一检测端与单体电池正极连接，所述电容C19一端、电阻R6一端相连接后作为电压采集电路2另一检测端与单体电池负极连接，所述电容C18另一端、电阻R5另一端、电容C19另一端、电阻R6另一端相连接后作为电压采集电路2输出端与单片机4连接。
所述电阻R5和电阻R6的阻值相同，所述电容C18和电容C19的电容值相同。
所述参考电位电路3包括有电容C20、电容C21、三端可调分流基准源U4，所述电容C20一端、三端可调分流基准源U4阴极相连接后与单体电池正极连接，电容C20另一端、三端可调分流基准源U4阳极、电容C21一端相连接后与单体电池负极连接，所述三端可调分流基准源U4参考极、电容C21另一端相连接作为参考电位点与单片机4连接。
所述隔离发送电路5包括有电阻R7、电阻R8、光耦U5，所述光耦U5发光二极管正极通过电阻R7与单体电池正极连接，光耦U5发光二极管负极作为隔离发送电路5信号输入端与单片机4连接，光耦U5接收三极管发射接地，光耦U5接收三极管集电极作为隔离发送电路5输出端与电阻R8一端、主控制器10连接，电阻R8另一端接电源正极。
所述隔离接收电路6包括有电阻R3、电阻R4、光耦U3，所述光耦U3发光二极管正极通过电阻R4接电源正极，光耦U3发光二极管负极作为隔离接收电路6输入端与主控制器10连接，光耦U3接收三极管发射极与单体电池负极连接，光耦U3接收三极管集电极作为隔离接收电路6输出端与、电阻R3一端、单片机4连接，电阻R3另一端与单体电池正极连接。
本发明的有益效果是：
1、单片机通过参考电位电路的参考电位，对电压采集电路输出信号进行A/D模数转换并计算输出电压值，以及根据该输出电压值与单体电池两端电压的对应关系来计算得出单体电池的两端电压大小，其测量精度高，并提高了数据采集速度。
2、单片机与主控制器通过隔离发送电路和隔离接收电路进行准确的数字通讯，相互隔离避免干扰，在一段时间内不需要监检测时，主控制器控制单片机进入休眠省电模式，而在需要时才控制单片机进入正常工作模式。
3、单片机可根据需要进行N次采集数据，将数据的精度提升根号N倍。
4、通过滤波电路消除毛刺，使采集效果更好。
5、电压采集电路采用电阻分压采样，中间采集点位置明确，采样电压与单体电池两端电压成比例关系，便于计算单体电池两端电压。
6、通过状态显示电路显示工作状态，便于维护。
7、本装置整体硬件电路实现容易，性能好，成本低。
[附图说明]
图1是本发明结构方框图。
图2是本发明的单片机电路图。
图3是本发明的滤波电路电路图。
图4是本发明的电压采集电路电路图。
图5是本发明的参考电位电路电路图。
图6是本发明的状态显示电路电路图。
图7是本发明的隔离发送电路电路图。
图8是本发明的隔离接收电路电路图。
[具体实施方式]
下面结合附图与本发明的实施方式作进一步详细的描述：
如图1所示，一种单体电池监控系统，其特征在于包括有并联在单体电池两端的滤波电路1、电压采集电路2和参考电位电路3，所述监控装置还包括有根据参考电位电路3的参考电位来对电压采集电路2输出信号进行A/D模数转换并计算输出电压值、以及根据该输出电压值与单体电池两端电压的对应关系来计算出单体电池两端电压的单片机4，所述电压采集电路2检测信号输出端与单片机4的A/D模数转换输入端引脚连接，所述参考电位电路3的参考电位输出端与单片机4的参考电位输入端引脚连接，所述监控装置还包括有用于控制单片机4进行监测工作状态或是休眠省电状态的主控制器10，所述单片机4与主控制器10之间连接有用于通讯的隔离发送电路5和隔离接收电路6。
如图6所示，所述单片机4上还连接有状态显示电路7，所述状态显示电路7包括有发光二极管D16、电阻R1，所述发光二极管D16正极与单体电池正极连接，发光二极管D16负极通过电阻R1与单片机4连接。
本发明所述单片机4采用的型号为PIC16F1823，这个单片机是带有10位AD的，电压采样精度可以达到4mV以下，并可根据需要进行N次采集数据，将数据的精度提升根号N倍。如图2所示，单片机4的3脚作为单体电池电压的模拟输入端，通过AD转换，并经过单片机内部程序滤波，得到正确的数字电压量，然后，数字电压值通过6脚串行发送端口，将数据经隔离发送电路5的光藕隔离后发送到主控制器10，主控制器10对各单体电池电压进行对比及其他控制处理，在不需要时，主控制器10可控制单片机4进入休眠省电模式。
如图3所示，所述滤波电路1包括有电容C16、电容C17,所述电容C16一端、电容C17一端相连接后与单体电池正极连接，电容C16另一端、电容C17另一端相连接后与单体电池负极连接。
如上所述，通过滤波电路1消除毛刺，使电压采集电路2采集效果更好。
如图4所示，所述电压采集电路2包括有电容C18、电容C19、电阻R5、电阻R6，所述电容C18一端、电阻R5一端相连接后作为电压采集电路2一检测端与单体电池正极连接，所述电容C19一端、电阻R6一端相连接后作为电压采集电路2另一检测端与单体电池负极连接，所述电容C18另一端、电阻R5另一端、电容C19另一端、电阻R6另一端相连接后作为电压采集电路2检测信号输出端与单片机4的A/D模数转换输入端引脚连接。
如上所述，电压采集电路2采用电阻分压采样，中间采集点位置明确，采样电压与单体电池两端电压成比例关系，便于计算单体电池两端电压。
如图5所示，所述参考电位电路3包括有电容C20、电容C21、三端可调分流基准源U4，所述电容C20一端、三端可调分流基准源U4阴极相连接后与单体电池正极连接，电容C20另一端、三端可调分流基准源U4阳极、电容C21一端相连接后与单体电池负极连接，所述三端可调分流基准源U4参考极、电容C21另一端相连接作为参考电位输出端与单片机4的电位参考输入端连接。
如上所述，本发明所述三端可调分流基准源U4采用的型号是REF2925，REF2925这个芯片可以产生一个稳定2.5V的基准电压，为单片机4的AD转换提供一个参考电压。
如图1-5所示，在本发明中，根据电压采集电路2和参考电位电路3，可计算出单体电池的实际电压的计算公式为：BG_V1-BG_V0=V_ADC1*R6/(R5+R6),而V_ADC1则可以通过单片机AD转换得到，公式为V_ADC1＝2.5*D/1023,这里D是指单片机通过AD转换得到的V_ADC1模拟电压对应的数字量。
如图4所示，当所述电阻R5和电阻R6的阻值相同，以及所述电容C18和电容C19的电容值相同时，BG_V1-BG_V0=V_ADC1/2,从而快速的得出单体电池两端的电压值。
如图7所示，所述隔离发送电路5包括有电阻R7、电阻R8、光耦U5，所述光耦U5发光二极管正极通过电阻R7与单体电池正极连接，光耦U5发光二极管负极作为隔离发送电路5信号输入端与单片机4连接，光耦U5接收三极管发射接地，光耦U5接收三极管集电极作为隔离发送电路5输出端与电阻R8一端、主控制器10连接，电阻R8另一端接电源正极。
如图8所示，所述隔离接收电路6包括有电阻R3、电阻R4、光耦U3，所述光耦U3发光二极管正极通过电阻R4接电源正极，光耦U3发光二极管负极作为隔离接收电路6输入端与主控制器10连接，光耦U3接收三极管发射极与单体电池负极连接，光耦U3接收三极管集电极作为隔离接收电路6输出端与、电阻R3一端、单片机4连接，电阻R3另一端与单体电池正极连接。
如上所述，单片机4与主控制器10通过隔离发送电路5和隔离接收电路6进行准确的数字通讯，便于准确的了解单体电池的能量信息并作出其他控制，相互隔离避免干扰，在一段时间内不需要监检测时，主控制器10控制单片机4进入休眠省电模式，而在需要时才控制单片机4进入正常工作模式。
如上所述，本发明保护的是一种通过参考电位电路3的参考电位，对电压采集电路2输出信号进行A/D模数转换并计算输出电压值，以及根据该输出电压值与单体电池两端电压的对应关系来计算得出单体电池的两端电压大小，其测量精度高，并提高了数据采集速度，以及通过隔离发送电路5和隔离接收电路6与主控制器10进行通讯，实现精准快速的监控，一切根据本技术方案或技术启示所设计出的产品都应示为落入本案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种单体电池监控系统，其特征在于包括有并联在单体电池两端的滤波电路（1）、电压采集电路（2）和参考电位电路（3），所述监控装置还包括有根据参考电位电路（3）的参考电位来对电压采集电路（2）输出信号进行A/D模数转换并计算输出电压值、以及根据该输出电压值与单体电池两端电压的对应关系来计算出单体电池两端电压的单片机（4），所述电压采集电路（2）检测信号输出端与单片机（4）的A/D模数转换输入端引脚连接，所述参考电位电路（3）的参考电位输出端与单片机（4）的参考电位输入端引脚连接，所述监控装置还包括有用于控制单片机（4）进行监测工作状态或是休眠省电状态的主控制器（10），所述单片机（4）与主控制器（10）之间连接有用于通讯的隔离发送电路（5）和隔离接收电路（6）。
2.根据权利要求1所述的一种单体电池监控系统，其特征在于所述单片机（4）上连接有状态显示电路（7），所述状态显示电路（7）包括有发光二极管D16、电阻R1，所述发光二极管D16极与单体电池正极连接，发光二极管D16负极通过电阻R1与单片机（4）连接。
3.根据权利要求1所述的一种单体电池监控系统，其特征在于所述单片机（4）采用的型号为PIC16F1823。
4.根据权利要求1所述的一种单体电池监控系统，其特征在于所述滤波电路（1）包括有电容C16、电容C17,所述电容C16一端、电容C17一端相连接后与单体电池正极连接，电容C16另一端、电容C17另一端相连接后与单体电池负极连接。
5.根据权利要求1所述的一种单体电池监控系统，其特征在于所述电压采集电路（2）包括有电容C18、电容C19、电阻R5、电阻R6，所述电容C18一端、电阻R5一端相连接后作为电压采集电路（2）一检测端与单体电池正极连接，所述电容C19一端、电阻R6一端相连接后作为电压采集电路（2）另一检测端与单体电池负极连接，所述电容C18另一端、电阻R5另一端、电容C19另一端、电阻R6另一端相连接后作为电压采集电路（2）输出端与单片机（4）连接。
6.根据权利要求5所述的一种单体电池监控系统，其特征在于所述电阻R5和电阻R6的阻值相同，所述电容C18和电容C19的电容值相同。
7.根据权利要求1所述的一种单体电池监控系统，其特征在于所述参考电位电路（3）包括有电容C20、电容C21、三端可调分流基准源U4，所述电容C20一端、三端可调分流基准源U4阴极相连接后与单体电池正极连接，电容C20另一端、三端可调分流基准源U4阳极、电容C21一端相连接后与单体电池负极连接，所述三端可调分流基准源U4参考极、电容C21另一端相连接作为参考电位点与单片机（4）连接。
8.根据权利要求1所述的一种单体电池监控系统，其特征在于所述隔离发送电路（5）包括有电阻R7、电阻R8、光耦U5，所述光耦U5发光二极管正极通过电阻R7与单体电池正极连接，光耦U5发光二极管负极作为隔离发送电路（5）信号输入端与单片机（4）连接，光耦U5接收三极管发射接地，光耦U5接收三极管集电极作为隔离发送电路（5）输出端与电阻R8一端、主控制器（10）连接，电阻R8另一端接电源正极。
9.根据权利要求1所述的一种单体电池监控系统，其特征在于所述隔离接收电路（6）包括有电阻R3、电阻R4、光耦U3，所述光耦U3发光二极管正极通过电阻R4接电源正极，光耦U3发光二极管负极作为隔离接收电路（6）输入端与主控制器（10）连接，光耦U3接收三极管发射极与单体电池负极连接，光耦U3接收三极管集电极作为隔离接收电路（6）输出端与、电阻R3一端、单片机（4）连接，电阻R3另一端与单体电池正极连接。
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