CN105403838B - 一种便携式多节电池单体的电压测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种便携式多节电池单体的电压测量装置,包括电池组件、开关组件、测量组件；测量组件通过开关组件与电池组件连接，对电池单体的电压进行测量，还包括与开关组件连接的MCU模块,MCU模块对开关组件进行控制；电池组件包括N个串联的电池单体组，每个电池单体组由M个串联的电池单体构成，M和N为自然数；测量组件包括N个相同的ADC模块，开关组件包括N个相同的开关模块；N个ADC模块与N个开关模块一一对应连接，N个开关模块与N个电池单体组一一对应连接,MCU模块控制开关组件中的每个开关模块，使每个ADC模块可以通过对应的开关模块对相应电池单体组中的M个电池单体进行测量，从而测得所有单体电池的电压。
Description
技术领域
本发明涉及电压测量装置，特别涉及一种便携式多节电池单体的电压测量装置。
背景技术
现在极少有专门为快速测量多节电池单体电压的设备，特别是便携式的设备。现在测量单体电池电压的方案有使用继电器配合三极管来实现，使用电压分压法来实现，使用差分放大器隔离法实现，还有使用现成IC来实现等等。但使用继电器实现不单不符合便携的要求，而且在继电器的切换时间长，开关次数有限，瞬间干扰大等等缺陷。电压分压法则是测量精度有限，并且没有电气隔离。使用差分放大器隔离法和现成IC来实现的成本高，不适宜用于测量单体电压专用设备。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种便携式多节电池单体的电压测量装置,包括电池组件、开关组件、测量组件；所述测量组件通过开关组件与电池组件连接，对电池组件中电池单体的电压进行测量，还包括与开关组件连接的MCU模块,所述MCU模块对开关组件进行控制；所述电池组件包括N个串联的电池单体组，每个电池单体组由M个串联的电池单体构成，M和N为自然数；所述测量组件包括N个相同的ADC模块，所述开关组件包括N个相同的开关模块；所述N个ADC模块与N个开关模块一一对应连接，N个开关模块与N个电池单体组一一对应连接,MCU模块控制开关组件中的每个开关模块，使每个ADC模块可以通过对应的开关模块对相应电池单体组中的M个电池单体依次进行测量，从而测得电池组件中所有单体电池的电压。
优选的，所述ADC模块包括IC模块，第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第一稳压管、第二稳压管；所述第一电阻、第一电容、第一稳压管并联后连接于IC模块的负极输入端和地端之间，所述第二电阻、第二电容、第二稳压管并联后连接于正极输入端和地端之间； 第二电阻、第二电容、第二稳压管分别采用与第一电阻、第一电容、第一稳压管相同的元件。
优选的，所述开关模块包括M+1个开关器件，所述M+1个开关器件的一端分别连接至对应电池单体组的两端以及电池单体间的连接处，使得每个电池单体连接于两个开关器件之间； 所述ADC模块的正极输入端和负极输入端交替的与所述M+1个开关器件的另一端依次连接，ADC模块对电池单体进行电压测量时，只需控制连接于电池单体两端的两个开关器件导通。
进一步的，每个开关模块中开关器件与相应ADC模块的电气连接均相同，所述MCU模块包括M+1个控制信号I/O端口，每个控制信号I/O端口连接控制分属于N个开关模块中相同位置的N个开关器件，MCU模块可控制N个ADC模块同时对分属于N个电池单体组且位于电池单体组中相同位置的N个电池单体进行测量。
进一步的，所述开关器件采用继电器，所述继电器的输入回路连接于控制信号I/O端口与地端之间。
进一步的，所述继电器是光耦继电器。
进一步的，所述开关组件还包括N×M个输入电容，所述N×M个输入电容采用相同的电容元件，且分别与电池组件中的N×M个电池单体并联，测量组件通过测量每个输入电容两端电压来测量对应的电池单体的电压。
进一步的，所述开关组件还包括N×M+1个输入电阻，所述N×M+1个输入电阻采用相同的电阻元件，电池单体的正极和负极分别通过一个输入电阻与输入电容两端连接。
进一步的，所述N×M+1个输入电阻采用高精度电阻，以提高测量精度。
优选的，N为2，M为18。
本发明提供的便携式多节电池单体的电压测量装置，测量速度较快。MCU模块的一个IO端口可控制多个开关器件同时导通，可同时获得多节单体电池电压，不单加快测量速度，并且减少MCU的I/O端口和ADC模块的硬件开销；本发明中的开关器件采用光耦继电器，可实现电气隔离，测量安全性能较高，且MCU模块与ADC模块使用数字式通信模式，抗干扰能力强，功耗低，电路简单，体积小，可用于便携设备设计，具有较高的测量精度。
附图说明
图1是便携式多节电池单体的电压测量装置实施例电路原理图。
图2是ADC模块电路原理图。
图3是 MCU模块I/O端口与开关器件连接实施例原理图。
具体实施方式
为方便本领域的技术人员了解本发明的技术内容，下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示便携式多节电池单体的电压测量装置,包括电池组件1、开关组件2、测量组件3；所述测量组件3通过开关组件2与电池组件1连接，对电池组件1中电池单体的电压进行测量，还包括与开关组件2连接的MCU模块4,所述MCU模块4对开关组件2进行控制；所述电池组件1包括2个串联的电池单体组，分别为第一电池单体组11、第二电池单体组12，每个电池单体组由18个串联的电池单体构成，总共包括电池单体BAT1、BAT2…BAT36共计36个单体电池；所述测量组件3包括2个相同的ADC模块，分别为第一ADC模块31、第二ADC模块32，所述开关组件2包括2个相同的开关模块，分别为第一开关模块21、第二开关模块22，并分别与第一ADC模块31、第二ADC模块32连接，同时分别与第一电池单体组11、第二电池单体组12连接,MCU模块4控制第一开关模块21、第二开关模块22，使第一ADC模块31、第二ADC模块32分别可以通过第一开关模块21、第二开关模块22对第一电池单体组11、第二电池单体组12中的电池单体依次进行测量，从而测得电池单体BAT1、BAT2…BAT36的电压。
第一开关模块21包括光耦继电器S1、S2…S19共计个19开关器件，第二开关模块包括光耦继电器S20、S21…S36共计19个开关器件。光耦继电器S1、S2…S19输出回路的一端分别连接至第一电池单体组11的两端以及第一电池单体组11中电池单体间的连接处，第一ADC模块31的正极输入端A+和负极输入端A-交替的与第一开关模块21中光耦继电器S1、S2…S19输出回路的另一端依次连接；光耦继电器S20、S21…S36输出回路的一端分别连接至第二电池单体组12的两端以及第二电池单体组12中电池单体间的连接处，第二ADC模块32的正极输入端B+和负极输入端B-交替的与第二开关模块中光耦继电器S20、S21…S36输出回路的另一端依次连接，使得每个电池单体连接于两个光耦继电器输出回路之间； ADC模块对电池单体进行电压测量时，只需控制连接于电池单体两端的两个光耦继电器输出回路导通。
开关组件1还包括电容C1、C2…C36共计36个输入电容，36个输入电容采用相同的电容元件，且分别与电池单体BAT1、BAT2…BAT36并联，测量组件3通过测量每个输入电容两端电压来测量对应的电池单体的电压。开关组件1还包括电阻R0、R1、R2…R36共计37个输入电阻，所述37个输入电阻采用相同的高精度电阻元件，每个电池单体正极和负极分别通过一个输入电阻与输入电容两端连接。
如图2所示，ADC模块包括IC模块，第一电阻RA1、第二电阻RA2、第一电容、第二电容、第一稳压管、第二稳压管；第一电阻RA1、第一电容、第一稳压管并联后连接于IC模块的负极输入端IN+和地端GND之间，第二电阻RA2、第二电容、第二稳压管并联后连接于正极输入端和地端之间； 第二电阻RA2、第二电容、第二稳压管分别采用与第一电阻RA1、第一电容、第一稳压管相同的元件。
MCU模块4包括第一I/O端口41、第二I/O端口42…第十九I/O端口419共计19个控制信号I/O端口，每个控制信号I/O端口连接控制分属于2个开关模块中相同位置的2个光耦继电器，如图3所示,第一I/O端口41连接光耦继电器S1和光耦继电器S20，光耦继电器S1和光耦继电器S20的输入回路分别连接于第一I/O端口41与地端之间;第二I/O端口42连接光耦继电器S2和光耦继电器S21，光耦继电器S2和光耦继电器S21的输入回路分别连接于第二I/O端口42与地端之间,当第一I/O端口41、第二I/O端口42输出控制信号时, 光耦继电器S1、S2、S20、S21的输出回路导通，此时第一ADC模块31、第二ADC模块32即可分别对电池单体BAT1、BAT19的电压进行测量，MCU模块4即可通过19个控制信号I/O端口对电池组件中的36个电池单体的电压进行测量。
上述实施例仅为本发明的优选的实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种便携式多节电池单体的电压测量装置,包括电池组件、开关组件、测量组件；所述测量组件通过开关组件与电池组件连接，对电池组件中电池单体的电压进行测量，其特征在于：还包括与开关组件连接的MCU模块,所述MCU模块对开关组件进行控制；所述电池组件包括N个串联的电池单体组，每个电池单体组由M个串联的电池单体构成，M和N为自然数；所述测量组件包括N个相同的ADC模块，所述开关组件包括N个相同的开关模块；所述N个ADC模块与N个开关模块一一对应连接，N个开关模块与N个电池单体组一一对应连接,MCU模块控制开关组件中的每个开关模块，使每个ADC模块可以通过对应的开关模块对相应电池单体组中的M个电池单体依次进行测量，从而测得电池组件中所有单体电池的电压；
所述开关模块包括M+1个开关器件，所述M+1个开关器件的一端分别连接至对应电池单体组的两端以及电池单体间的连接处，使得每个电池单体连接于两个开关器件之间；所述ADC模块的正极输入端和负极输入端交替的与所述M+1个开关器件的另一端依次连接，ADC模块对电池单体进行电压测量时，只需控制连接于电池单体两端的两个开关器件导通；
每个开关模块中开关器件与相应ADC模块的电气连接均相同，所述MCU模块包括M+1个控制信号I/O端口，每个控制信号I/O端口连接控制分属于N个开关模块中相同位置的N个开关器件，MCU模块可控制N个ADC模块同时对分属于N个电池单体组且位于电池单体组中相同位置的N个电池单体进行测量。
2.依据权利要求1所述便携式多节电池单体的电压测量装置,其特征在于：所述ADC模块包括IC模块，第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第一稳压管、第二稳压管；所述第一电阻、第一电容、第一稳压管并联后连接于IC模块的负极输入端和地端之间，所述第二电阻、第二电容、第二稳压管并联后连接于正极输入端和地端之间； 第二电阻、第二电容、第二稳压管分别采用与第一电阻、第一电容、第一稳压管相同的元件。
3.依据权利要求1所述便携式多节电池单体的电压测量装置,其特征在于：所述开关器件采用继电器，所述继电器的输入回路连接于控制信号I/O端口与地端之间。
4.依据权利要求3所述便携式多节电池单体的电压测量装置,其特征在于：所述继电器是光耦继电器。
5.依据权利要求1所述便携式多节电池单体的电压测量装置,其特征在于：所述开关组件还包括N×M个输入电容，所述N×M个输入电容采用相同的电容元件，且分别与电池组件中的N×M个电池单体并联，测量组件通过测量每个输入电容两端电压来测量对应的电池单体的电压。
6.依据权利要求5所述便携式多节电池单体的电压测量装置,其特征在于：所述开关组件还包括N×M+1个输入电阻，所述N×M+1个输入电阻采用相同的电阻元件，电池单体的正极和负极分别通过一个输入电阻与输入电容两端连接。
7.依据权利要求6所述便携式多节电池单体的电压测量装置,其特征在于：所述N×M+1个输入电阻采用高精度电阻，以提高测量精度。
8.依据权利要求1所述便携式多节电池单体的电压测量装置,其特征在于：N为2，M为18。
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