CN104656022A - 基于光耦继电器的串联锂电池组单体电池电压测量电路 - Google Patents

基于光耦继电器的串联锂电池组单体电池电压测量电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于光耦继电器的串联锂电池组单体电池电压测量电路，包括光耦继电器组、译码器、A/D采样芯片和测量MCU，所述的光耦继电器组内设有多个光耦继电器，所述A/D采样芯片的模拟信号输入端通过光耦继电器连接串联锂电池组的单体电池，A/D采样芯片的数字信号输出端连接测量MCU，所述测量MCU通过译码器连接每个光耦继电器的控制端。与现有技术相比，本发明具有噪音小、体积小、结构简单、性能稳定以及电路简单等优点。

Description

基于光耦继电器的串联锂电池组单体电池电压测量电路
技术领域
本发明涉及一种电压测量电路，尤其是涉及一种基于光耦继电器的串联锂电池组单体电池电压测量电路。
背景技术
目前，市面上串联电池组电压测量方法有很多，如电阻分压法、浮动地法等等。通过电阻分压，将实际电压衰减到测量芯片可接受的电压范围，读取到的转换电压通过减法计算后乘以衰减倍率得到测量值。该方案测量方便、成本低，但是存在误差，且无法消除。随着电池节数的增多，单体电池电压测量误差会随着共模电压的增大而增大。使用浮动地技术测量电池端电压，测量时通过控制器对电位进行浮动控制。此方案由于地电位经常受现场干扰发生变化，不能对地电位进行精确控制，因此会影响到整个系统的测量精度。直接测量法采用线性运算放大器组成线性采样电路，经模拟开关选通要采样的通道后经电压跟随器送入A/D装换器进行转换。该方法无需电阻分压网络或改变地电位就可以直接测量任意一只电池的电压，测量方便。但是，该方法需要数量众多的运放和精密匹配电阻，成本高，电路复杂。采用继电器开关阵采样法，该方法的缺点是继电器机械触点寿命有限，且有噪声。采用分立元件，成本低。但是由于三极管温漂大，所以该方法温漂大。采用运算放大器结合P型MOSFET管得方法，温漂小，但是同直接测量法相似，也需要大量的运放和MOSFET管，且由于MOSFET管存在导通电阻，必然存在误差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于光耦继电器的串联锂电池组单体电池电压测量电路。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于光耦继电器的串联锂电池组单体电池电压测量电路，包括光耦继电器组、译码器、A/D采样芯片和测量MCU，所述的光耦继电器组内设有多个光耦继电器，所述A/D采样芯片的模拟信号输入端通过光耦继电器连接串联锂电池组的单体电池，A/D采样芯片的数字信号输出端连接测量MCU，所述测量MCU通过译码器连接每个光耦继电器的控制端；
译码器根据测量MCU输出的高电平信号，向光耦继电器组内的各个光耦继电器发出选通信号，使得相应的光耦继电器导通，串联锂电池组的单体电池通过导通后的光耦继电器将其电压信号输入至A/D采样芯片，由A/D采样芯片进行A/D采样后，输出数字信号至MCU进行处理，获取对应单体电池的电压。
所述的光耦继电器为AQW216。
所述的译码器为CD4514。
所述的A/D采样芯片为16bit的A/D采样芯片。
所述的测量MCU为uPD78F9234。
与现有技术相比，本发明所使用的元器件较少，市场上比较容易获得，且具有噪音小、体积小、结构简单、性能稳定以及电路简单的特点，具有较高的使用价值；采用的元器件数目和种类均较少，避免因元件特性问题导致系统的性能不稳定。
并且由于AQW216的负载能力高达600V，足以让锂电池的电压直接通过。虽然随着锂电池数量的增加，所需的光耦继电器也不可避免的增加，但是由于光耦继电器的体积比一般机械触点式继电器小得多，即使采用大量的光耦继电器也不会对整个测量模块的体积有太大的影响。
同时本发明采用了模块化的设计，不但使电路简化，同时又可以对多个锂电池组成的串联电池组进行单体电池电压的测量。另外光耦继电器解决了强电与弱电隔离的问题，以及锂电池信号电位过高的问题。光电继电器选用日本松下电工生产的AQW216，具体参数为：耐压600V，驱动电流0.9mA，连续负载电流0.04A，平均动作时间0.28ms，导通电阻约70Ω，开路泄漏电流1μA，没有噪音和开关次数限制。相较于普通机械继电器动作时间＞30ms，开关次数＜109，其开关性能均有优势。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为测量MCU的电路图；
图3为选通部分的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1-3所示，一种基于光耦继电器的串联锂电池组单体电池电压测量电路，包括光耦继电器组1、译码器2、A/D采样芯片3和测量MCU4。光耦继电器组1内设有多个光耦继电器，用于分别获取串联锂电池组内各个单体电池的电压，A/D采样芯片3的模拟信号输入端通过光耦继电器内的常开开关连接串联锂电池组的单体电池5，A/D采样芯片3的数字信号输出端连接测量MCU4，所述测量MCU4通过译码器2连接每个光耦继电器的控制端，用于控制其常开开关的闭合，从而进行选通。
其工作原理为：译码器根据测量MCU输出的高电平信号，向光耦继电器组内的各个光耦继电器发出选通信号，使得相应的光耦继电器导通，串联锂电池组的单体电池通过导通后的光耦继电器将其电压信号输入至A/D采样芯片，由A/D采样芯片进行A/D采样后，输出数字信号至MCU进行处理，获取对应单体电池的电压。
光耦继电器组内的光耦继电器均采用AQW216，其具体参数为耐压600V，驱动电流0.9mA，连续负载电流0.04A，平均动作时间0.28ms，导通电阻约70Ω，开路泄漏电流1μA，开关性能明显由于普通的机械继电器。译码器为CD4514，A/D采样芯片为16bit的A/D采样芯片，测量MCU为uPD78F9234。如图2和图3所示，译码器CD4514的输入端A0，A1，A2，A3由图2所示uPD78F9234的P00～P03口进行控制，通过编程使得CD4514的输出口P0～P15输出选通信号，使相应的锂电池被选通，选通信号的具体输入输出关系如表1所示。
表1
图3中仅示出了两个AQW216光耦继电器，CD4514的其余14个输出口P1～P14均可以连接光耦继电器，两个AQW216光耦继电器的B1+/B1-或者B16+/B16-端分别与电池正负极连接实现对电池电压的采样，A/D采样芯片采集到此时的电压信号经过处理后输出给测量MCU就得到了相应单体电池的电压。
由于每个CD4514芯片设有16个选通信号输出口，若使用3片CD4514芯片，就可以对最多48个单体电池进行采样。对于单体电池数量较多的情况，可以使用多个测量电路，通过单片机分别选通各个测量电路，就能实现对(48XN)个单体电池的切换(N为测量电路的数量)。

Claims (5)

1.一种基于光耦继电器的串联锂电池组单体电池电压测量电路，其特征在于，包括光耦继电器组、译码器、A/D采样芯片和测量MCU，所述的光耦继电器组内设有多个光耦继电器，所述A/D采样芯片的模拟信号输入端通过光耦继电器连接串联锂电池组的单体电池，A/D采样芯片的数字信号输出端连接测量MCU，所述测量MCU通过译码器连接每个光耦继电器的控制端；
译码器根据测量MCU输出的高电平信号，向光耦继电器组内的各个光耦继电器发出选通信号，使得相应的光耦继电器导通，串联锂电池组的单体电池通过导通后的光耦继电器将其电压信号输入至A/D采样芯片，由A/D采样芯片进行A/D采样后，输出数字信号至MCU进行处理，获取对应单体电池的电压。
2.根据权利要求1所述的基于光耦继电器的串联锂电池组单体电池电压测量电路，其特征在于，所述的光耦继电器为AQW216。
3.根据权利要求1所述的基于光耦继电器的串联锂电池组单体电池电压测量电路，其特征在于，所述的译码器为CD4514。
4.根据权利要求1所述的基于光耦继电器的串联锂电池组单体电池电压测量电路，其特征在于，所述的A/D采样芯片为16bit的A/D采样芯片。
5.根据权利要求1所述的基于光耦继电器的串联锂电池组单体电池电压测量电路，其特征在于，所述的测量MCU为uPD78F9234。
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