CN105588974B - 一种用于均压电路的电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种用于均压电路的电压检测电路，涉及一种电压检测电路，属于电力电子技术领域。本发明包括电压采集电路和电压滞环控制电路。所述的电压采集电路与均压电路中被测储能对象连接，用于采集被测储能对象的电压。所述的电压滞环控制电路用于判断被测储能对象是否达到均压，并根据判断结果生成控制信号。本发明还通过增加电压跟随器防止电阻并联造成的电流流动，进而避免检测电压的不准确性。本发明要解决的技术问题是实现已有电压检测电路的电压检测功能，此外，还能够判断被测储能对象是否达到均压，并根据判断结果生成控制信号。本发明还可实现体积小型化和降低成本。本发明主要应用于均压电路，为完善均压电路的均压效果提供基础。

Description

一种用于均压电路的电压检测电路

技术领域

本发明涉及一种电压检测电路，尤其涉及一种用于均压电路的电压检测电路，属于电力电子技术领域。

背景技术

为了保证系统工作的安全性、可靠性，电压的检测电路是必不可少的一部分。通过电压检测电路，可以得到目前电路的工作状态，通过反馈的数据，对整个系统进行相应的调整与控制，完善整个系统的运行状态，从而更准确、更高效的实现系统的功能。

电压检测电路用于测量被测储能对象的电压，所述的被测储能对象包括电池单体、电池包、超级电容单体、超级电容组等储能元件。

电压检测电路在电路设计中应用广泛，在控制领域通常采用霍尔电压传感器对电压进行检测。霍尔电压传感器虽然灵敏度高，但它自身存在体积大、价格高的缺点。体积大不易于整体电路系统的小型化，价格高增加了设计成本。

随着技术的发展，各种设备的功能越来越强大、响应速度越来越快、精度也越来越高。为了适应这种发展趋势，在电路设计中，电压的精确度需要满足需求，对电压的检测准确性也应相应的提高。

发明内容

针对上述背景技术中的已有电压检测电路存在的弊端，本发明公开的一种用于均压电路的电压检测电路，要解决的技术问题是实现已有电压检测电路的电压检测功能，此外，通过增加电压滞环控制电路还能够判断被测储能对象是否达到均压，并根据判断结果生成控制信号。本发明公开的一种用于均压电路的电压检测电路还可进一步实现体积小型化和降低成本的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种用于均压电路的电压检测电路，包括电压采集电路和电压滞环控制电路。所述的电压采集电路与均压电路中被测储能对象连接，用于采集被测储能对象的电压。所述的电压滞环控制电路与电压采集电路相连，用于判断被测储能对象是否达到均压，并根据判断结果生成控制信号。

在所述的电压采集电路上增加电压跟随器可防止电压采集电路中的电阻与电压滞环控制电路中的电阻并联造成的电流流动，进而避免检测电压的不准确性，提高电压检测电路的检测电压精度。

所述的一种用于均压电路的电压检测电路，具体实现方式可为，包括电压采集电路和电压滞环控制电路。所述的电压采集电路与均压电路中被测储能对象连接，用于采集被测储能对象的电压，通过分压电阻进行一次分压，所述的电压采集电路的分压电阻定义为一次分压电阻，所述的电压采集电路主要由一次分压电阻和电压跟随器组成。对两个被测储能对象进行一次分压后的电压跟随器输出电压为bat⁺Y，对单个被测储能对象进行一次分压后的电压跟随器输出电压为midY。所述电压采集电路的电压bat⁺Y需通过电压滞环控制电路进行二次分压。所述的电压滞环控制电路用于判断被测储能对象是否达到均压，并根据判断结果生成控制信号。所述的电压滞环控制电路主要由二次分压电阻和比较器组成，所述电压采集电路的电压bat⁺Y作为电压滞环控制电路二次分压前的电压，所述电压采集电路的电压midY作为电压滞环控制电路中比较器的正极输入电压，比较器的负极输入电压为电压bat⁺Y经二次分压后得到的电压。所述的电压滞环控制电路对电压采集电路的输出电压实行滞环控制，通过比较器的输出来判断被测储能对象是否达到均压，并根据判断结果生成控制信号。

通过在已有电压检测电路基础上，增加电压跟随器可防止电压采集电路中的电阻与电压滞环控制电路中的电阻并联造成的电流流动，进而避免检测电压的不准确性，提高电压检测电路的检测电压精度。

为提高电压滞环控制电路对电压的控制精度，所述的二次分压比例系数应满足预设阈值范围，所述的二次分压比例系数的预设阈值范围尽量接近1/2。

为适应同时测量多个被测储能对象的电压，分为偶数个被测储能对象和奇数个被测储能对象两种情况。

适应同时测量偶数个被测储能对象的电压情况，所述的一种用于均压电路的电压检测电路作为单个电压检测单元，单个电压检测单元能够同时测量两个被测储能对象的电压，根据被测储能对象数量确定所需的单个电压检测单元的数量，N个电压检测单元能够同时测量2N个被测储能对象的电压。

适应同时测量奇数(2N+1)个被测储能对象的电压情况，所述的一种用于均压电路的电压检测电路作为单个电压检测单元，单个电压检测单元能够同时测量两个被测储能对象的电压，根据被测储能对象数量确定所需的单个电压检测单元的数量，前N个电压检测单元能够同时测量2N个被测储能对象的电压，第N+1个电压检测单元检测第2N个和第2N+1个被测储能对象的电压。

所述的储能对象包括电池单体、电池包、超级电容单体、超级电容组等储能元件。

有益效果：

1、本发明公开的一种用于均压电路的电压检测电路，在实现已有电压检测电路电压检测功能的基础上，通过增加电压滞环控制电路还能够实现判断被测储能对象是否达到均压，并根据判断结果生成控制信号。

2、本发明公开的一种用于均压电路的电压检测电路，增加电压跟随器可防止电压采集电路中的电阻与电压滞环控制电路中的电阻并联造成的电流流动，进而避免检测电压的不准确性，提高电压检测电路的检测电压精度。

3、本发明公开的一种用于均压电路的电压检测电路，仅采用基本的电路元件(电阻和比较器)即可硬件实现，易于低成本实现。

4、与霍尔电压传感器相比，本发明公开的一种用于均压电路的电压检测电路，采用易于小型化的电阻和比较器即可实现电压检测电路，可实现电压检测电路小型化。

5、本发明公开的一种用于均压电路的电压检测电路，可实现模块化，进而适应同时测量多个被测储能对象的电压。

附图说明

图1为本发明的一种用于均压电路的电压检测电路的电路图；

其中：bat⁺—两个被测储能对象的正极电压；

mid—两个被测储能对象的中点电压；

bat^-—两个被测储能对象的负极电压；

bat⁺X—对两个被测储能对象一次分压后的电压；

bat⁺Y—对两个被测储能对象一次分压后的电压跟随器输出电压；

midX—对一个被测储能对象一次分压后的电压；

midY—对一个被测储能对象一次分压后的电压跟随器输出电压；

signal1—电压滞环控制电路中比较器输出的控制信号1；

signal2—电压滞环控制电路中比较器输出的控制信号2；

U_dc1和U_dc2分别为两个被测储能对象的电压值。

图2为实施例3的一种用于均压电路的电压检测电路的电路图，其被测储能对象个数为2N+1；

其中：bat_i ⁺—第i组的两个被测储能对象的正极电压，i为1～N+1；

mid_i—第i组被测储能对象的中点电压，i为1～N+1；

bat_i ^-—第i组的两个被测储能对象的负极电压，i为1～N+1；

bat_i ⁺X—对第i组的两个被测储能对象一次分压后的电压，i为1～N+1；

bat_i ⁺Y—对第i组的两个被测储能对象一次分压后的电压跟随器输出电压，i为1～N+1；

mid_i X—对第i组的一个被测储能对象一次分压后的电压，i为1～N+1；

mid_i Y—对第i组的一个被测储能对象一次分压后的电压跟随器输出电压，i为1～N+1；

signalj—电压滞环控制电路中第j个比较器输出的控制信号j，j为1～2N+2；

U_dck为第k个被测储能对象的电压值。

具体实施方式

实施例1：

以适应两个被测储能对象的单个电压检测单元为例进行说明，如图1所示。本实施例公开的一种用于均压电路的电压检测电路，包括电压采集电路和电压滞环控制电路。如图1所示，虚线左侧为电压采集电路，虚线右侧为电压滞环控制电路。为分析方便，所述的电压采集电路中的bat^-认为是接地。所述的电压采集电路与均压电路中被测储能对象连接，将bat⁺和mid两点的电压通过分压电阻进行一次分压，分别得到bat⁺X和midX。一次分压后得到的电压值bat⁺X和midX分别接到两个电压跟随器的正输入端，相应的电压跟随器的输出分别为bat⁺Y和midY。其中：

所述电压采集电路采集到的电压bat⁺Y需通过电压滞环控制电路进行二次分压。所述的电压滞环控制电路用于判断被测储能对象是否达到均压，即U_dc1和U_dc2电压是否近似相等，并根据判断结果生成控制信号。所述的电压滞环控制电路主要由二次分压电阻和比较器组成。所述电压采集电路采集到的电压bat⁺Y作为电压滞环控制电路二次分压前的电压，所述电压采集电路采集到的电压midY作为电压滞环控制电路中比较器的正极输入电压，两个比较器的负极输入电压分别为电压bat⁺Y经二次分压后得到的电压值U₁，U₂。所述的电压滞环控制电路对电压采集电路的输出电压实行滞环控制，通过比较器的输出signal1和signal2来判断被测储能对象U_dc1和U_dc2是否达到均压，并根据判断结果生成控制信号。

为提高电压滞环控制电路对电压的控制精度，所述的二次分压比例系数K₁，K₂应满足预设阈值范围，所述的二次分压比例系数K₁，K₂的预设阈值范围尽量接近1/2。其中：

通过上述过程可得，电压滞环控制电路中的比较器实际上是比较U₁，U₂与midY的大小关系。其中：

从上述计算公式可得，所述的电压检测电路最终判定的是电压值mid与电压值K₁bat⁺，K₂bat⁺的大小关系。又K₁，K₂均接近，因此所述电压检测电路的目的就是检测均压电路的中点电压是否为总电压的一半，均压电路是否达到了电压均衡。

假设(K₁，K₂均接近)，通过两个比较器输出的符号来判断均压电路的实现情况，表1为通过检测电路得到的结果。

表1 检测电路检测结果

对于的情况，与上述分析方法相同，可得到电路检测结果。

为进一步说明电路的实施方式，取R₁＝10KΩ，R₂＝1KΩ，R₃＝R₆＝20KΩ，R₄＝R₅＝22KΩ。从上述分析可得:

均接近但二者与有一定的误差。因为检测电路允许mid在附近波动，这种情况也视为均压电路已达到均压的目的。通过上述分析可知，整体的检测电路实际上是比较与mid的大小关系。表2说明了在这种具体情况下，通过检测电路判定均压电路工作状态的情况。

表2 具体情况下检测电路检测结果

综上所述，通过该检测电路可以检测被测对象是否达到了均压，并产生控制相应的控制信号。本实施例可为完善均压电路的性能提供了基础。

实施例2：

本实施例用于说明本发明适应同时测量偶数(2N)个被测储能对象的电压情况。所述的一种用于均压电路的电压检测电路作为单个电压检测单元，单个电压检测单元能够同时测量两个被测储能对象的电压。根据被测储能对象数量确定所需的单个电压检测单元的数量，N个电压检测单元能够同时测量2N个被测储能对象的电压。本发明所述的电压检测电路可以实现模块化，因此需要N个相同的电压检测单元即可。

实施例3：

如图2所示，本实施例用于说明本发明适应同时测量奇数(2N+1)个被测储能对象的电压情况。所述的一种用于均压电路的电压检测电路作为单个电压检测单元，单个电压检测单元能够同时测量两个被测储能对象的电压，根据被测储能对象数量确定所需的单个电压检测单元的数量，前N个电压检测单元能够同时测量前2N个被测储能对象的电压，第N+1个电压检测单元检测第2N和第2N+1个被测储能对象的电压。即需要N+1个所述的电压检测单元来同时检测2N+1个被测储能对象的电压。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于均压电路的电压检测电路，其特征在于：包括电压采集电路和电压滞环控制电路；所述的电压采集电路与均压电路中被测储能对象连接，用于采集被测储能对象的电压；所述的电压滞环控制电路与电压采集电路相连，用于判断被测储能对象是否达到均压，并根据判断结果生成控制信号；

在所述的电压采集电路上增加电压跟随器可防止电压采集电路中的电阻与电压滞环控制电路中的电阻并联造成的电流流动，进而避免检测电压的不准确性，提高电压检测电路的检测电压精度；

所述的电压采集电路用于采集被测储能对象的电压，通过分压电阻进行一次分压，所述的电压采集电路的分压电阻定义为一次分压电阻，所述的电压采集电路主要由一次分压电阻和电压跟随器组成；对两个被测储能对象进行一次分压后的电压跟随器输出电压为bat⁺Y，对单个被测储能对象进行一次分压后的电压跟随器输出电压为midY；所述电压采集电路的电压bat⁺Y需通过电压滞环控制电路进行二次分压；所述的电压滞环控制电路主要由二次分压电阻和比较器组成，所述电压采集电路的电压bat⁺Y作为电压滞环控制电路二次分压前的电压，所述电压采集电路的电压midY作为电压滞环控制电路中比较器的正极输入电压，比较器的负极输入电压为电压bat⁺Y经二次分压后得到的电压；所述的电压滞环控制电路对电压采集电路的输出电压实行滞环控制，通过比较器的输出来判断被测储能对象是否达到均压，并根据判断结果生成控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种用于均压电路的电压检测电路，其特征在于：所述的储能对象包括电池单体、电池包、超级电容单体和超级电容组。

3.根据权利要求1所述的一种用于均压电路的电压检测电路，其特征在于：为提高电压滞环控制电路对电压的控制精度，所述的二次分压比例系数应满足预设阈值范围，所述的二次分压比例系数的预设阈值范围尽量接近1/2。

4.根据权利要求1所述的一种用于均压电路的电压检测电路，其特征在于：为适应同时测量偶数个被测储能对象的电压情况，所述的一种用于均压电路的电压检测电路作为单个电压检测单元，单个电压检测单元能够同时测量两个被测储能对象的电压，根据被测储能对象数量确定所需的单个电压检测单元的数量，N个电压检测单元能够同时测量2N个被测储能对象的电压。

5.根据权利要求1所述的一种用于均压电路的电压检测电路，其特征在于：为适应同时测量奇数(2N+1)个被测储能对象的电压情况，所述的一种用于均压电路的电压检测电路作为单个电压检测单元，单个电压检测单元能够同时测量两个被测储能对象的电压，根据被测储能对象数量确定所需的单个电压检测单元的数量，前N个电压检测单元能够同时测量2N个被测储能对象的电压，第N+1个电压检测单元检测第2N个和第2N+1个被测储能对象的电压。

6.根据权利要求1所述的一种用于均压电路的电压检测电路，其特征在于：为提高电压滞环控制电路对电压的控制精度，所述的二次分压比例系数应满足预设阈值范围，所述的二次分压比例系数的预设阈值范围尽量接近1/2。

7.根据权利要求1所述的一种用于均压电路的电压检测电路，其特征在于：为提高电压滞环控制电路对电压的控制精度，所述的二次分压比例系数应满足预设阈值范围，所述的二次分压比例系数的预设阈值范围尽量接近1/2。