CN107276158A - 一种电流检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于电池管理领域，提供了一种电流检测电路，应用于电池管理系统，所述系统包括电池组；特征在于，所述电路包括：第一开关模块、第二开关模块、采样电阻；控制模块，用于控制所述第一开关模块、第二开关模块通断，并对所述采样电阻上的电压进行检测，以得到所述电池组充放电电流；所述第一开关模块、电池组、采样电阻及外部接入的充电装置通过所述控制模块对所述第一开关模块、第二开关模块的通断控制，可构成充电回路；所述电池组、第二开关模块、采样电阻及外部接入的负载通过所述控制模块对所述第一开关模块、第二开关模块的通断控制，可构成放电回路。本发明提供的电流检测电路，不仅显著地削减了电路空间，且大大降低了电路成本。
Description
技术领域
本发明属于电池管理领域，尤其涉及一种电流检测电路。
背景技术
锂电池已成为当今社会可移动产品供电电源的主流，根据锂电池自身的特性，需要对其在充电及放电过程进行实时监测。其中，电流就是一个衡量系统是否处于异常状态的重要参数。若充电电流过大，超过锂电池自身最大充电电流，长时间的充电会导致锂电池漏液，引起火灾；放电电流过大，超过锂电池自身最大放电电流，长时间的放电会导致电池加速老化，容量衰减。在电池管理系统应用中，充电及放电过流保护已成为不可或缺的一项基本功能。
目前应用在电池管理系统中的电流检测电路，主要包括运算放大器和多个电阻，通过运算放大器的工作特性实现对电池组充放电过程中电流的检测。上述电流检测电路，因为采用了运算放大器，成本较高；且需要同时使用运算放大器及多个电阻，占用了较大空间。
发明内容
本发明实施例提供一种电流检测电路，旨在解决现有的电池管理系统的电流检测电路成本较高且占用空间较大的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种电流检测电路，应用于电池管理系统，所述电池管理系统包括电池组；其特征在于，所述电流检测电路包括：
第一开关模块、第二开关模块、采样电阻；以及控制模块，
所述控制模块可控制所述第一开关模块、第二开关模块通断，并对所述采样电阻上的电压进行检测，以得到所述电池组充放电电流；
所述第一开关模块、电池组、采样电阻及外部接入的充电装置通过所述控制模块对所述第一开关模块、第二开关模块的通断控制，可构成充电回路；
所述电池组、第二开关模块、采样电阻及外部接入的负载通过所述控制模块对所述第一开关模块、第二开关模块的通断控制，可构成放电回路。
本发明提供的电流检测电路，充电装置、第一开关模块、电池组及采样电阻相互串联可构成充电回路；电池组、第二开关模块、负载及采样电阻相互串联可构成放电回路；通过控制模块与上述充电回路和放电回路的创新连接方法，完成对电池组在充放电过程中电流的监测，由于充分利用了控制模块的工作特性，减少了电路中元器件的使用，不仅显著地削减了电路空间，而且大大降低了电路成本，解决了现有的电池管理系统的电流检测电路成本较高且占用空间较大的问题。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种电流检测电路；
图2是本发明实施例二提供的一种电流检测电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供的电流检测电路，充电装置、第一开关模块、电池组及采样电阻相互串联可构成充电回路；电池组、第二开关模块、负载及采样电阻相互串联可构成放电回路；通过控制模块与上述充电回路和放电回路的创新连接方法，完成对电池组在充放电过程中电流的监测，由于充分利用了控制模块的工作特性，减少了电路中元器件的使用，不仅显著地削减了电路空间，而且大大降低了电路成本，解决了现有的电池管理系统的电流检测电路成本较高且占用空间较大的问题。
以下将对本发明提供的一种电流检测电路进行详细说明。
实施例一
图1示出了本发明实施例一提供的电路图，一种电流检测电路，应用于电池管理系统，所述电池管理系统包括电池组；其特征在于，所述电流检测电路包括：
第一开关模块、第二开关模块、采样电阻；以及控制模块，
所述控制模块可控制所述第一开关模块、第二开关模块通断，并对所述采样电阻上的电压进行检测，以得到所述电池组充放电电流；
所述第一开关模块、电池组、采样电阻及外部接入的充电装置通过所述控制模块对所述第一开关模块、第二开关模块的通断控制，可构成充电回路；
所述电池组、第二开关模块、采样电阻及外部接入的负载通过所述控制模块对所述第一开关模块、第二开关模块的通断控制，可构成放电回路。
在本发明实施例中，如图1所示，充电装置为充电器，电池组的负极接地，采样电阻为R0，R0的第一端与电池组负极耦接，第二端与充电器的负极及第二开关模块的一端耦接。
在本发明实施例中，控制模块包括第一检测端口，用于检测采样电阻R0电压；第一分压模块连接于充电器负极与第一检测端口之间。
在本发明实施例中，控制模块还包括第一控制端口和第二控制端口；第一控制端口连接第一开关模块，第二控制端口连接第二开关模块。控制模块通过第一控制端口输出不同电压值控制第一开关模块通断，通过第二控制端口输出不同电压值控制第二开关模块通断，具体的，第一开关模块和第二开关模块对电压的响应方式是经过预设的，在本发明实施例中，作为示例，我们可以设置第一开关模块响应于高电平，即当第二控制端口输出高电平时，第一开关模块闭合，反之，当第二控制端口输出低电平时，第一开关模块断开。应当理解，第一开关模块与第二开关模块对电压信号的响应方式不一定相同，根据具体需要来进行设定。
在本发明实施例中，作为示例，我们将第一开关模块与第二开关模块都设置为响应于高电平。当第一控制端口输出高电平，第二控制端口输出低电平时，第一开关模块闭合，第二开关模块断开，此时充电器、第一开关模块、电池组及采样电阻R0构成充电回路；当第一控制端口输出低电平，第二控制端口输出高电平时，第一开关模块闭合，第二开关模块断开，此时电池组、第二开关模块、负载及采样电阻R0构成放电回路。
在本发明实施例中，控制模块还包括第二检测端口和输出端口，第二检测端口连接第二分压模块，第二分压模块连接于充电器正极，输出端口连接第一分压模块。上述输出端口响应于第二检测端口检测到的电压信号，具体地：当第二检测端口检测到高电平，输出端口输出高电平，当第二检测端口检测到低电平，则输出端口输出低电平。
在本发明较优的一个实施例中，上述电流检测电路还包括连接于第一分压模块与第一检测端口之间的滤波模块。
本发明提供的电流检测电路，充电装置、第一开关模块、电池组及采样电阻相互串联可构成充电回路；电池组、第二开关模块、负载及采样电阻相互串联可构成放电回路；通过控制模块与上述充电回路和放电回路的创新连接方法，完成对电池组在充放电过程中电流的监测，由于充分利用了控制模块的工作特性，减少了电路中元器件的使用，不仅显著地削减了电路空间，而且大大降低了电路成本，解决了现有的电池管理系统的电流检测电路成本较高且占用空间较大的问题。
实施例二
图2示出了本发明实施例二提供的电路图。在本发明实施例中，一种电流检测电路，应用于电池管理系统，所述电池管理系统包括电池组；其特征在于，所述电流检测电路包括：
第一开关模块、第二开关模块、采样电阻、负载；以及控制模块，
所述控制模块可控制所述第一开关模块、第二开关模块通断，并对所述采样电阻上的电压进行检测，以得到所述电池组充放电电流；
所述第一开关模块、电池组、采样电阻及外部接入的充电装置通过所述控制模块对所述第一开关模块、第二开关模块的通断控制，可构成充电回路；
所述电池组、第二开关模块、采样电阻及外部接入的负载通过所述控制模块对所述第一开关模块、第二开关模块的通断控制，可构成放电回路。
在本发明实施例中，第一开关模块、第二开关模块皆为ON/OFF开关，如图2所示，第一开关模块即为开关ON/OFF-1,第二开关模块即为开关ON/OFF-2。第一分压模块包括电阻R1和R2，第二分压模块包括电阻R3和R4。充电装置为充电器，R0为采样电阻。
在本发明实施例中，控制模块为MCU控制器，包括输出端口IO-1、第一检测端口IO-2、第二控制端口IO-3、第一控制端口IO-4及第二检测端口IO-5。MCU控制器通过上述各个端口的配合，控制第一开关模块、第二开关模块通断，并对采样电阻R0上的电压进行检测，再通过预设逻辑运算获取电池组在充放电过程中的电流。
如图2所示，在本发明实施例中，充电器、开关ON/OFF-1、电池组及采样电阻R0相互串联可构成充电回路，电池组、开关ON/OFF-2、负载及采样电阻R0相互串联可构成放电回路。输出端口IO-1连接R2一端，R2另一端通过R1和采样电阻R0接入电池组负极。第一检测端口IO-2接入电阻R1与R2之间的节点；第二控制端口IO-3连接开关ON/OFF-2；第一控制端口IO-4连接开关ON/OFF-1；电阻R4一端接地，另一端分别连接电阻R3和第二检测端口IO-5，电阻R3另一端接入充电器正极；充电器负极接采样电阻R0与R1相连节点，电池组负极接地。
以下详细说明图2电路图的工作原理。
在本发明实施例中，控制模块的第一控制端口IO-4通过输出不同电压值控制开关ON/OFF-1通断，第二控制端口IO-3通过输出不同电压值控制开关ON/OFF-2通断。具体的，开关ON/OFF-1和开关ON/OFF-2对电压的响应方式是经过预设的，在本发明实施例中，作为示例，我们可以设置开关ON/OFF-1响应于高电平，即当第二控制端口IO-4输出高电平时，开关ON/OFF-1闭合，反之，当第二控制端口IO-4输出低电平时，开关ON/OFF-1断开。
应当理解，开关ON/OFF-1与开关ON/OFF-2对电压信号的响应方式不一定相同，根据具体需要来进行设定。在本发明实施例中，作为示例，我们将开关ON/OFF-1与开关ON/OFF-2都设置为响应于高电平。
当第一控制端口IO-4输出高电平，第二控制端口IO-3输出低电平时，开关ON/OFF-1闭合，开关ON/OFF-2断开，此时充电器、开关ON/OFF-1、电池组及采样电阻R0构成充电回路，充电器接入电池组，开始为电池组充电。此时的充电电流为-I，且采样电阻R0一端接地，因此电阻R1与采样电阻R0之间的节点电压U充＝-I*R0，为一个负值，不能直接通过MCU控制器进行检测。因此本发明提供一种创新的电路连接方式，将电压U充调节至正值，以供MCU控制器检测，详述如下：
充电器接入电路之后，第二检测端口IO-5检测到高电平，则输出端口IO-1响应于第二检测端口IO-5检测到的高电平之后，将会输出高电平，输出高电平的具体数值根据整个电路的元器件参数进行设定。此时，电阻R1与采样电阻R0之间的节点电压U充为负值，输出端口IO-1输出高电平，那么经过电阻R1与R2分压之后，电阻R1与电阻R2之间的节点电压U充'为正值。为了保证U充'为正值，电阻R1与R2的阻值需要考虑电路中其他元器件的参数进行具体设置。
MCU控制器的第一检测端口IO-2用于检测电压U充'，然后利用MCU控制器的采样及逻辑运算功能，根据电路中各个元器件的参数值以及电路的搭建方式，设定对应的运算法则，则可通过测得的U充'的值得到电池组在充电过程中的电流值。
在本发明实施例中，作为示例，电阻R0＝1.32Ω，R1＝100KΩ，R2＝100KΩ，若第一检测端口IO-2检测到U'充＝2.665V，输出端口IO-1输出的高电平为5V，则根据公式U'充＝(5-U充)*R1/(R1+R2)，带入数据可求出U充＝-0.33V，最后根据式U充＝-I充*R0推算出充电电流-I充为-0.250A。
当第一控制端口IO-4输出低电平，第二控制端口IO-3输出高电平时，开关ON/OFF-2闭合，开关ON/OFF-1断开，此时电池组、开关ON/OFF-2、负载及采样电阻R0构成放电回路，放电电流为I放，电阻R1与采样电阻R0之间的节点电压U放＝I放*R0，为正值。
此时，开关ON/OFF-1断开，充电器与电池组断开，开关ON/OFF-2闭合，第二检测端口IO-5检测到低电平，则端口IO-1响应于第二检测端口IO-5检测到的低电平之后，将会输出低电平，输出低电平的具体数值根据整个电路的元器件参数进行设定，一般地，输出0V即可。经电阻R1与R2分压之后，电阻R1与R2之间的节点电压U'放为正值，MCU控制器的第一检测端口IO-2用于检测电压U'放，然后利用MCU控制器的采样及逻辑运算功能，根据电路中各个元器件的参数值以及电路的搭建方式，设定对应的运算法则，则可通过测得的U充'的值得到电池组在放电过程中的电流值。
在本发明实施例中，作为示例，电阻R0＝1.32Ω，R1＝100KΩ，R2＝100KΩ，若测得U放＝0.66V，输出端口IO-1输出的低电平值为0V，则根据U放＝I放*R0*R2/(R1+R2)可以求出I放＝1A。
在本发明较优的一个实施例中，上述电流检测电路还包括连接于电阻R1和R2节点与第一检测端口IO-2之间的滤波模块，在本发明实施例中，滤波模块为RC滤波电路，包括电阻R5和电容C1；电容C1一端接地，另一端分别连接电阻R5和第一检测端口IO-2，电阻R5另一端连接电阻R1和R2之间的节点。
本发明提供的电流检测电路，充电装置、第一开关模块、电池组及采样电阻相互串联可构成充电回路；电池组、第二开关模块、负载及采样电阻相互串联可构成放电回路；通过控制模块与上述充电回路和放电回路的创新连接方法，完成对电池组在充放电过程中电流的监测，由于充分利用了控制模块的工作特性，减少了电路中元器件的使用，不仅显著地削减了电路空间，而且大大降低了电路成本，解决了现有的电池管理系统的电流检测电路成本较高且占用空间较大的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电流检测电路，应用于电池管理系统，所述电池管理系统包括电池组；其特征在于，所述电流检测电路包括：
第一开关模块、第二开关模块、采样电阻以及控制模块，
所述控制模块可控制所述第一开关模块、第二开关模块通断，并对所述采样电阻上的电压进行检测，以得到所述电池组充放电电流；
所述第一开关模块、电池组、采样电阻及外部接入的充电装置通过所述控制模块对所述第一开关模块、第二开关模块的通断控制，可构成充电回路；
所述电池组、第二开关模块、采样电阻及外部接入的负载通过所述控制模块对所述第一开关模块、第二开关模块的通断控制，可构成放电回路。
2.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述电池组的负极接地；
所述采样电阻的第一端与所述电池组负极耦接，所述采样电阻的第二端与所述充电装置的负极及所述第二开关模块的一端耦接。
3.如权利要求2所述的电流检测电路，其特征在于，所述电路还包括第一分压模块；
所述第一分压模块连接于所述采样电阻的第二端与所述控制模块之间。
4.如权利要求3所述的电流检测电路，其特征在于，所述控制模块包括第一检测端口，所述第一检测端口用于检测采样电阻电压，获取充放电电流；
所述第一分压模块连接于所述采样电阻的第二端与所述第一检测端口之间。
5.如权利要求4所述的电流检测电路，其特征在于，所述控制模块还包括一输出端口；
所述第一分压模块还与所述输出端口连接。
6.如权利要求4所述的电流检测电路，其特征在于，所述第一检测端口与所述第一分压模块之间还耦接有一滤波模块。
7.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述控制模块包括第一控制端口和第二控制端口；
所述第一控制端口连接所述第一开关模块，所述第二控制端口连接所述第二开关模块。
8.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述控制模块还包括用于通过检测所述电流检测电路的电压值以供所述控制模块判断所述充电装置是否接入的第二检测端口；
所述第二检测端口耦接于所述充电装置正极与所述第一开关模块之间。
9.如权利要求8所述的电流检测电路，其特征在于，所述第二检测端口前耦接有第二分压模块。
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