CN106771542B - 一种电池电压采集校准电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池电压采集校准电路，其包括电池电压采集模块，其还包括MCU、多路基准电压产生电路、恒流源电路以及电压跟随电路，通过MCU控制多路基准电压产生电路产生多路基准电压并通过恒流源电路模拟电池电压供电池电压采集模块采集；所述MCU与电池电压采集模块连接把基准电压的电压值传输给电池电压采集模块，电池电压采集模块把采集到的基准电压的电压值与MCU传输过来的基准电压值进行对比，计算误差并进行自动校准，并且通过电压跟随电路增加输出带载能力，实现对单体或者多节电池电压自动化采集校准的目的，同时结构简单、成本低，具有良好的经济价值。本发明作为一种电池电压采集校准电路，广泛适用于电池管理技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种应用于电池管理单元的电池电压采集校准电路。
背景技术
随着人类对环境保护意识的提高，新能源技术得到广泛应用。其中储能技术及新能源电动汽车得到飞速发展，在储能产品及电动汽车的核心是电池，而电池的核心在电池管理系统(BMS)。电池管理系统(BMS)作为实时监控、自动均衡、智能充放电的电子部件，起到保障安全、延长寿命、估算剩余电量等重要功能，是动力和储能电池组中不可或缺的重要部件。而在电池管理系统中，电芯电压采集是重中之重。而直接采用片内集成或外置ADC进行采集，因元件差异性，会导致采集不准确。需要对电压采集进行校准。
目前均衡电压采集有两种放式，一种是运用高精度模拟前端芯片进行采集，虽然运用了高精度ADC，但依然受外界电路元件参数差异影响，此种方案未经校准，精度不能保证，同时，高精度模拟前端成本过高。另一种方式是采用MCU内置ADC进行采样，需要外接采样调理电路。此种方式如果不进行采集校准，则采样误差偏大。目前市场上有模拟电池出售，不过其价格不菲，而当大批量生产电池管理单元时，需要大量的设备去校准测试，这会将产品成本提高数倍。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种结构简单、成本低自动化程度高的电池电压采集校准电路。
本发明所采用的技术方案是：一种电池电压采集校准电路，其包括电池电压采集模块，其还包括MCU、多路基准电压产生电路、恒流源电路以及电压跟随电路，所述MCU的输出端与多路基准电压产生电路的输入端连接，所述多路基准电压产生电路可产生多路高精度基准电压，所述MCU可控制多路高精度基准电压产生电路输出多种高精度基准电压；所述多路基准电压采集电路的输出端依次通过恒流源电路以及电压跟随电路与所述电池电压采集模块连接以供其采集基准电压；所述MCU与电池电压采集模块通过电性连接进行通信。
进一步，所述多路基准电压产生电路包括电压基准芯片、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻以及模拟开关，所述电压基准芯片可输出3路基准电压，所述3路基准电压分别通过第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻与所述模拟开关的输入端连接，所述模拟开关的输出端与所述恒流源电路的输入端连接。
进一步，所述第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻均为高精度黑电阻。
进一步，所述恒流源电路包括比例积分电路、反馈电路以及分压电路，所述多路基准电压产生电路的输出端依次连接比例积分电路、反馈电路以及分压电路，所述分压电路的输出端与所述电压跟随电路的输入端连接。
进一步，所述比例积分电路包括第一运算放大器、第一电容以及第四电阻，所述第一运算放大器的正向输入端与所述多路基准电压产生电路的输出端连接，其反向输入端依次通过第一电容以及第四电阻与其输出端连接。
进一步，所述分压电路由若干高精度黑电阻组成，通过高精度黑电阻使恒定电流转换成多路电压，用以模拟电池电压。
进一步，所述电压跟随电路包括第二运算放大器和滑动变阻器，所述恒流源电路的输出端通过滑动变阻器与所述第二运算放大器的正向输入端连接，所述第二运算放大器的反向输入端与其输出端连接，其输出端与所述电池电压采集模块的输入端连接。
本发明的有益效果是：本发明通过MCU控制多路基准电压产生电路产生多路基准电压并通过恒流源电路模拟电池电压供电池电压采集模块进行采集；所述MCU与电池电压采集模块连接把基准电压的电压值传输给电池电压采集模块，电池电压采集模块把采集到的基准电压的电压值与MCU传输过来的基准电压值进行对比，计算误差并进行自动校准，并且通过电压跟随电路增加输出带载能力，以达到对多节电池电压进行校准的目的，综上所述本发明实现了对单体或者多节电池电压自动化采集校准的目的，同时结构简单、成本低，具有良好的经济价值。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明一具体实施例的结构示意图；
图2是本发明一具体实施例中多路基准电压产生电路的电路原理图；
图3是本发明一具体实施例中恒流源电路的电路原理图；
图4是本发明一具体实施例中电压跟随电路的电路原理图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，一种电池电压采集校准电路，其包括电池电压采集模块，其还包括MCU、多路基准电压产生电路、恒流源电路以及电压跟随电路，所述MCU的输出端与多路基准电压产生电路的输入端连接，所述多路基准电压产生电路可产生多路高精度基准电压，所述MCU可控制多路高精度基准电压产生电路输出多种高精度基准电压；所述多路基准电压采集电路的输出端依次通过恒流源电路以及电压跟随电路与所述电池电压采集模块连接以供其采集基准电压；所述MCU与电池电压采集模块通过通连接进行通信。
本发明通过MCU控制多路基准电压产生电路产生多路基准电压并通过恒流源电路模拟电池电压供电池电压采集模块进行采集；所述MCU与电池电压采集模块连接把基准电压的电压值传输给电池电压采集模块，电池电压采集模块把采集到的基准电压的电压值与MCU传输过来的基准电压值进行对比，计算误差并进行自动校准，并且通过电压跟随电路增加输出带载能力，以达到对多节电池电压进行校准的目的，综上所述本发明实现了对单体或者多节电池电压自动化采集校准的目的，同时结构简单、成本低，具有良好的经济价值。
进一步作为优选的实施方式如图2所示，所述多路基准电压产生电路包括电压基准芯片U1、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3以及模拟开关U2，所述电压基准芯片可输出3路基准电压，所述3路基准电压分别通过第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3与所述模拟开关U2的输入端连接，所述模拟开关U2的输出端与所述恒流源电路的输入端连接。
优选的，所述第一分压电阻、第二分压电子、第三分压电阻均为高精度黑电阻，通过分压电阻分别产生2V，3V，3.6V参考电压，所述电压基准芯片U1型号为ADR02，输入范围为7～36V，输出为5V。此处用25V电源输入，输出加滤波电容C2，使输出电压更稳定。其全温度范围输出误差不超过±5mV。采用CD4051模拟开关实现电压基准的选择。其可通过与MCU处理器连接，可用软件下发指令实现电压基准的在2V，3V，3.6V中切换，从而实现自动化校准和测试。
进一步作为为优选的实施方式，所述恒流源电路包括比例积分电路、反馈电路以及分压电路，所述多路基准电压产生电路的输出端依次连接比例积分电路、反馈电路以及分压电路，所述分压电路的输出端与所述电压跟随电路的输入端连接。其运用运算放大器的深度负反馈机制，利用虚短与虚断实现电流源的设计。所使用的运放为ADA4077-2，该运放为高速运放，具有低偏置电压，温度变化对其影响极小，偏置电压变化为0.25uV/℃，同时具有4MHZ的带宽。
优选的，如图3所示，所述比例积分电路包括第一运算放大器U3A、第一电容C8以及第四电阻R17，所述第一运算放大器U3A的正向输入端与所述多路基准电压产生电路的输出端连接，其反向输入端依次通过第一电容C8以及第四电阻R17与其输出端连接。
优选的，所述分压电路由若干高精度黑电阻组成，通过高精度黑电阻使恒定电流转换成多路电压，用以模拟电池电压。
进一步作为优选的实施方式，所述电压跟随电路包括第二运算放大器和滑动变阻器，所述恒流源电路的输出端通过滑动变阻器与所述第二运算放大器的正向输入端连接，所述第二运算放大器的反向输入端与其输出端连接，其输出端与所述电池电压采集模块的输入端连接。
优选的，如图4所示，在恒流源之后，本设计在每节电压输出处加上了输出电压跟随器，用以增加输出带载能力，避免因外部接入电路而影响输出电压。同时，为了软件便于处理，在每节分压电阻处并联100K的滑动变阻器，用于电压微调，以使每节输出电压一致，便于软件统一下发指令，加速校准及检测过程。同时增加了电压跟随器后，其供电改为多电源叠加供电，第13～16节电压输出跟随器的供电电源地接到第12节输出处。同理，第7～12节输出跟随器的供电地接到第6节输出处。从而实现电压的正常输出，增大其带载能力，保证输出电压的精度。
在本实施例中由高精度电压基准芯片通过黑电阻分压产生2V，3V，3.6V电压基准。MCU通过CD4051选择，默认打开3V基准，随后恒流源电路开始工作，产生恒定电流，通过高精度黑电阻转化为电压，然后通过输出电压跟随电路，接至输出接口，供电池电压采集模块采集。进入校准模式时，先输出2V，电池电压采集模块下发校准指令，先校准小电压。随后输出3.6V，再校准大电压。校准完成后，进入检测模式，检测校准是否成功，电池电压采集模块采集是否正常。
综上所述本发明实现了对单体或者多节电池电压自动化采集校准的目的，同时结构简单、成本低，由小功率元件组成，只是用了部分高精度运放及黑电阻，相对模拟电池来说，其成本不到一个普通电池管理单元的价格。具有良好的经济价值。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (6)
1.一种电池电压采集校准电路，其包括电池电压采集模块，其特征在于：其还包括MCU、多路基准电压产生电路、恒流源电路以及电压跟随电路，
所述MCU的输出端与多路基准电压产生电路的输入端连接，所述多路基准电压产生电路可产生多路高精度基准电压，所述MCU可控制多路高精度基准电压产生电路输出多种高精度基准电压；
所述多路基准电压产生电路的输出端依次通过恒流源电路以及电压跟随电路与所述电池电压采集模块连接以供其采集基准电压；
所述MCU与电池电压采集模块连接通信,
所述恒流源电路包括比例积分电路、反馈电路以及分压电路，所述多路基准电压产生电路的输出端依次连接比例积分电路、反馈电路以及分压电路，所述分压电路的输出端与所述电压跟随电路的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的电池电压采集校准电路，其特征在于：所述多路基准电压产生电路包括电压基准芯片、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻以及模拟开关，所述电压基准芯片可输出3路基准电压，所述3路基准电压分别通过第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻与所述模拟开关的输入端连接，所述模拟开关的输出端与所述恒流源电路的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的电池电压采集校准电路，其特征在于：所述第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻均为高精度黑电阻。
4.根据权利要求1所述的电池电压采集校准电路，其特征在于：所述比例积分电路包括第一运算放大器、第一电容以及第四电阻，所述第一运算放大器的正向输入端与所述多路基准电压产生电路的输出端连接，其反向输入端依次通过第一电容以及第四电阻与其输出端连接。
5.根据权利要求1所述的电池电压采集校准电路，其特征在于：所述分压电路由若干高精度黑电阻组成，通过高精度黑电阻使恒定电流转换成多路电压，用以模拟电池电压。
6.根据权利要求1所述的电池电压采集校准电路，其特征在于：所述电压跟随电路包括第二运算放大器和滑动变阻器，所述恒流源电路的输出端通过滑动变阻器与所述第二运算放大器的正向输入端连接，所述第二运算放大器的反向输入端与其输出端连接，其输出端与所述电池电压采集模块的输入端连接。
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