CN107561450B - 一种单体电池电压测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单体电池电压测量装置及方法，奇数节电池的正极和偶数节电池的负极通过光耦继电器连接第一采样端，奇数节电池的负极和偶数节电池的正极通过光耦继电器连接第二采样端；该装置包括：多路复用输出电路；第一端连接第一采样端的奇数电池正极开关和偶数电池负极开关；第一端连接第二采样端的奇数电池负极开关和偶数电池正极开关；奇数电池正极开关和偶数电池正极开关的第二端连接采样调理电路的正输入端；奇数电池负极开关和偶数电池负极开关的第二端连接采样调理电路的负输入端；采样调理电路；控制处理电路。本发明能够避免电池电压采样时，采样调理电路接入的电压电位出现正负翻转的情况，简化后续采样信号处理的过程。

Description

一种单体电池电压测量装置及方法

技术领域

本发明涉及蓄电池检测技术领域，特别是涉及一种单体电池电压测量装置及方法。

背景技术

在不间断电源(UPS)、应急电源(EPS)等系统中，蓄电池组是重要的组成部分，作为储能设备，蓄电池的好坏关涉到是否不间断供电，以及不间断供电的时间长短，在UPS系统中对电池电压、充放电电流、电池容量计算、电池剩余时间都有明确要求，那么采集电池电压、充放电电流就避免不了；例如消防应急电源的国家标准就有明确要求采集单节电池电压。一般串联电池组的电压都比较高，有的串联电池组甚至达到三四十节电池串联，这就对单节电池电压采集带来困难，尤其是电压等级越高，安规隔离要求越高。

串联电池组的单节电压的采集，通常采用巡检的方法，因为不可能每节电池电压的检测都占用1个MCU或DSP的IO口；电池单体电压采样巡检的方法中采用多通道选择译码器(例如3/8译码器、4/16译码器等)和光耦继电器结合的方法很常用，并且为了减少光耦继电器的数量，采用光耦继电器复用的方式，但是目前采集单节电池的方法存在如下问题：如采集第一节电池时，第一采样端采集的为B1的正极Bat_Sam1＝B1+、第二采样端采集的为B1的负极Bat_Sam2＝B1-；但是采集第二节电池时，Bat_Sam1＝B2-、Bat_Sam2＝B2+；这就导致采集奇数节的电池时Bat_Sam1＝Bx+、Bat_Sam2＝Bx-，采集偶数节的电池时Bat_Sam1＝Bx-、Bat_Sam2＝Bx+，就是采集每节电池电压时Bat_Sam1和Bat_Sam2的电位都在变化，这对后级的采样调理电路的信号处理难度就比较大，采集每节电池时采样电路的输入端的极性都要变化。

因此，如何提供一种能够解决电位翻转问题的单体电池电压测量装置及方法是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种单体电池电压测量装置及方法，能够避免电池电压采样时，采样调理电路接入的电压电位出现正负翻转的情况，简化后续采样信号处理的过程。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种单体电池电压测量装置，奇数节电池的正极和偶数节电池的负极通过光耦继电器连接第一采样端，奇数节电池的负极和偶数节电池的正极通过光耦继电器连接第二采样端；所述装置包括：

多路复用输出电路，用于选择控制待测量电池的正负极与采样端之间导通；

奇数电池正极开关、奇数电池负极开关、偶数电池正极开关和偶数电池负极开关；

所述奇数电池正极开关和所述偶数电池负极开关的第一端连接所述第一采样端；所述奇数电池负极开关和所述偶数电池正极开关的第一端连接所述第二采样端；

所述奇数电池正极开关和所述偶数电池正极开关的第二端连接采样调理电路的正输入端；所述奇数电池负极开关和所述偶数电池负极开关的第二端连接所述采样调理电路的负输入端；

所述采样调理电路，用于测量所述待测量电池的正负极电压并输出至控制处理电路；

所述控制处理电路，用于在所述待测量电池为奇数节电池时，控制所述奇数电池正极开关和所述奇数电池负极开关导通；在所述待测量电池为偶数节电池时，控制所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关导通；对所述采样调理电路输出的电池电压进行采样处理，得到采样电压。

优选地，所述控制处理电路具体包括：

与所述多路复用输出电路连接的多路复用控制单元；

奇偶切换控制单元，用于在所述待测量电池为奇数节电池时，控制所述奇数电池正极开关和所述奇数电池负极开关导通；在所述待测量电池为偶数节电池时，控制所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关导通；

采样单元，用于对所述采样调理电路输出的电池电压进行采样处理，得到采样电压；

定时单元，用于分别为所述多路复用控制单元、所述奇偶切换控制单元以及所述采样单元提供工作时钟。

优选地，还包括：

设置于所述奇偶切换控制单元与所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关之间的信号取反电路，用于将所述奇偶切换控制单元输出的高电平信号取反为低电平信号或将低电平信号取反为高电平信号，输出至所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关；

相应的，所述奇偶切换控制单元具体用于在所述待测量电池为奇数节电池时，输出高电平信号；在所述待测量电池为偶数节电池时，输出低电平信号；

所述奇数电池正极开关、所述奇数电池负极开关、所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关均在接收高电平信号后导通，在接收低电平信号后关断。优选地，所述奇数电池正极开关、所述奇数电池负极开关、所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关均为光耦继电器。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种单体电池电压测量方法，基于以上任一项所述的装置，所述方法包括：

多路复用输出电路选择控制待测量电池的正负极与相应的采样端之间导通；

控制处理电路在所述待测量电池为奇数节电池时，控制所述奇数电池正极开关和所述奇数电池负极开关导通；在所述待测量电池为偶数节电池时，控制所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关导通；使所述待测量电池的正极与采样调理电路的正输入端之间导通，所述待测量电池的负极与所述采样调理电路的负输入端之间导通；

所述采样调理电路测量所述待测量电池的正负极电压并输出至所述控制处理电路；

所述控制处理电路对所述采样调理电路输出的电池电压进行采样处理，得到采样电压。

本发明提供了一种单体电池电压测量装置及方法，奇数节电池的正极和偶数节电池的负极通过光耦继电器连接第一采样端，奇数节电池的负极和偶数节电池的正极通过光耦继电器连接第二采样端；第一采样端分别连接奇数电池正极开关和偶数电池负极开关的第一端；第二采样端分别连接奇数电池负极开关和偶数电池正极开关的第一端；奇数电池正极开关和偶数电池正极开关的第二端连接采样调理电路的正输入端；奇数电池负极开关和偶数电池负极开关的第二端连接采样调理电路的负输入端。

通过上述连接，在奇数节电池进行采样时，其正极会通过第一采样端连接奇数电池正极开关，负极通过第二采样端连接奇数电池负极开关，之后开关导通后，其正极连接采样调理电路的正极端，负极连接采样调理电路的负极端；在偶数节电池进行采样时，其正极会通过第二采样端连接偶数电池正极开关，负极通过第一采样端连接偶数电池负极开关，之后开关导通后，其正极连接采样调理电路的正极端，负极连接采样调理电路的负极端。可见，采集每节电池电压时，采样调理电路的正极端始终接入待测量电池的正极电压，负极端始终接入待测量电池的负极电压，采样调理电路接入的电池的电位不会出现正负翻转的情况，方便其进行后续处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种单体电池电压测量装置的结构示意图；

图2为本发明提供的一种单体电池电压测量装置的具体实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的一种单体电池电压测量方法的过程的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种单体电池电压测量装置及方法，能够避免电池电压采样时，采样调理电路接入的电压电位出现正负翻转的情况，简化后续采样信号处理的过程。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种单体电池电压测量装置，奇数节电池的正极和偶数节电池的负极通过光耦继电器连接第一采样端，奇数节电池的负极和偶数节电池的正极通过光耦继电器连接第二采样端；参见图1所示，图1为本发明提供的一种单体电池电压测量装置的结构示意图；该装置包括：

多路复用输出电路，用于选择控制待测量电池的正负极与采样端之间导通；

奇数电池正极开关、奇数电池负极开关、偶数电池正极开关和偶数电池负极开关；

奇数电池正极开关和偶数电池负极开关的第一端连接第一采样端Bat_Sam1；奇数电池负极开关和偶数电池正极开关的第一端连接第二采样端Bat_Sam2；

奇数电池正极开关和偶数电池正极开关的第二端连接采样调理电路的正输入端；奇数电池负极开关和偶数电池负极开关的第二端连接采样调理电路的负输入端；

采样调理电路，用于测量待测量电池的正负极电压并输出至控制处理电路；

控制处理电路，用于在待测量电池为奇数节电池时，控制奇数电池正极开关和奇数电池负极开关导通；在待测量电池为偶数节电池时，控制偶数电池正极开关和偶数电池负极开关导通；对采样调理电路输出的电池电压进行采样处理，得到采样电压。

其中，采样调理电路具体用于对测量的电池电压进行电压衰减、整形滤波等处理。

可以理解的是，通过上述连接，在奇数节电池进行采样时，其正极会通过第一采样端连接奇数电池正极开关，负极通过第二采样端连接奇数电池负极开关，之后开关导通后，其正极连接采样调理电路的正极端，负极连接采样调理电路的负极端；在偶数节电池进行采样时，其正极会通过第二采样端连接偶数电池正极开关，负极通过第一采样端连接偶数电池负极开关，之后开关导通后，其正极连接采样调理电路的正极端，负极连接采样调理电路的负极端。即每节电池导通时，采样调理电路始终接入待测量电池的正极电压，负极端始终接入待测量电池的负极电压，采样调理电路接入的电池的电位不会出现正负翻转的情况。

其中，多路复用输出电路具体为多通道选择译码器。

每节电池的正负极分别通过不同的光耦继电器来控制与相应的采样端之间的导通，为减少光耦继电器的数量，采样光耦继电器复用的方式，具体参见图2，图2为本发明提供的一种单体电池电压测量装置的具体实施例的结构示意图。图2中，第1节电池的负极通过光耦继电器1控制与Bat_Sam2之间的导通，第1节电池的正极和第2节电池的负极通过光耦继电器2控制与Bat_Sam1之间的导通，依次类推。当然，图2仅为一种具体的实现方式，光耦继电器的复用方式也可为第1节电池的正极通过光耦继电器1控制与Bat_Sam1之间的导通，第1节电池的负极和第2节电池的正极通过光耦继电器2控制与Bat_Sam2之间的导通，然后依次类型；具体采用哪种方式本发明不作限定。

另外，上述描述中的奇偶，指的是顺序排列的电池处于第奇数节还是第偶数节，例如顺序排列的19节电池，其中第1、3、5、7、9、11、13、15、17、19定义为奇数节，第2、4、6、8、10、12、14、16、18定义为偶数节。

其中，控制处理电路具体包括：

与多路复用输出电路连接的多路复用控制单元；

奇偶切换控制单元，用于在待测量电池为奇数节电池时，控制奇数电池正极开关和奇数电池负极开关导通；在待测量电池为偶数节电池时，控制偶数电池正极开关和偶数电池负极开关导通；

采样单元，用于对采样调理电路输出的电池电压进行采样处理，得到采样电压；

定时单元，用于分别为多路复用控制单元、奇偶切换控制单元以及采样单元提供工作时钟。

其中，该控制处理电路具体可以为DSP芯片，当然，本发明对此不作具体限定。

多路复用控制单元具体用于控制多路复用输出电路选择的导通的光耦继电器。其控制过程中，依据电池的顺序依次控制多路复用输出电路实现第一节电池到最后一节电池的轮循导通。

另外，这里的定时单元具体用于控制多路复用控制单元的控制周期、奇偶切换控制单元的控制周期以及采样单元的采样周期，这三个单元的工作周期优选是相同的，当然也可以不同，具体如何设置，本发明不作限定。

在优选实施例中，该装置还包括：

设置于奇偶切换控制单元与偶数电池正极开关和偶数电池负极开关之间的信号取反电路，用于将奇偶切换控制单元输出的高电平信号取反为低电平信号或将低电平信号取反为高电平信号，输出至偶数电池正极开关和偶数电池负极开关；

相应的，奇偶切换控制单元具体用于在待测量电池为奇数节电池时，输出高电平信号；在待测量电池为偶数节电池时，输出低电平信号；

奇数电池正极开关、奇数电池负极开关、偶数电池正极开关和偶数电池负极开关均在接收高电平信号后导通，在接收低电平信号后关断。

上述实施例中信号取反电路与偶数电池对应的两个开关连接，在其他实施例中，信号取反电路也可以是与奇数电池对应的两个开关连接，具体采用哪种连接方式，本发不作限定。

另外，上述实施例中各个电池开关均在接收高电平信号后导通，接收低电平信号后关断，在其他实施例中，也可以是各个电池开关均在接收低电平信号后导通，在接收高电平信号后关断；导通/关断信号的设置本发明不作具体限定。

在其他实施例中，也可不设置信号取反电路，而是由奇偶切换控制单元直接输出其他类型的导通信号和关断信号。具体采用哪种方式控制各个电池开关的导通和关断本发明不作限定。作为优选地，奇数电池正极开关、奇数电池负极开关、偶数电池正极开关和偶数电池负极开关均为光耦继电器。

当然，也可以采用其他类型的开关或继电器，本发明对此不作限定。

另外，本发明也不限定串联电池组的电池个数。

本发明提供了一种单体电池电压测量装置及方法，奇数节电池的正极和偶数节电池的负极通过光耦继电器连接第一采样端，奇数节电池的负极和偶数节电池的正极通过光耦继电器连接第二采样端；第一采样端分别连接奇数电池正极开关和偶数电池负极开关的第一端；第二采样端分别连接奇数电池负极开关和偶数电池正极开关的第一端；奇数电池正极开关和偶数电池正极开关的第二端连接采样调理电路的正输入端；奇数电池负极开关和偶数电池负极开关的第二端连接采样调理电路的负输入端。本发明在采集每节电池电压时，采样调理电路的正极端始终接入待测量电池的正极电压，负极端始终接入待测量电池的负极电压，采样调理电路接入的电池的电位不会出现正负翻转的情况，方便其进行后续处理。

本发明还提供了一种单体电池电压测量方法，基于以上任一项的装置，参见图3所示，图3为本发明提供的一种单体电池电压测量方法的过程的流程图。该方法包括：

步骤s1：多路复用输出电路选择控制待测量电池的正负极与相应的采样端之间导通；

步骤s2：控制处理电路在待测量电池为奇数节电池时，控制奇数电池正极开关和奇数电池负极开关导通；在待测量电池为偶数节电池时，控制偶数电池正极开关和偶数电池负极开关导通；使待测量电池的正极与采样调理电路的正输入端之间导通，待测量电池的负极与采样调理电路的负输入端之间导通；

步骤s3：采样调理电路测量待测量电池的正负极电压并输出至控制处理电路；

步骤s4：控制处理电路对采样调理电路输出的电池电压进行采样处理，得到采样电压。

其中，控制处理电路与偶数电池正极开关和偶数电池负极开关之间设置有信号取反电路，用于将信号取反；奇数电池正极开关、奇数电池负极开关、偶数电池正极开关和偶数电池负极开关均在接收高电平信号后导通，在接收低电平信号后关断；

步骤s2的过程具体为：

控制处理电路在待测量电池为奇数节电池时，输出高电平信号，信号取反电路将高电平信号取反为低电平信号后，输出至偶数电池正极开关和偶数电池负极开关，使其处于关断状态；奇数电池正极开关和奇数电池负极开关直接接收控制处理电路输出的高电平信号后导通；

控制处理电路在待测量电池为偶数节电池时，输出低电平信号，信号取反电路将低电平信号取反为高电平信号后，输出至偶数电池正极开关和偶数电池负极开关，使其导通；奇数电池正极开关和奇数电池负极开关直接接收控制处理电路输出的低电平信号，处于关断状态。

在其他实施例中，信号取反电路也可以是与奇数电池对应的两个开关连接，具体采用哪种连接方式，本发不作限定。

另外，在其他实施例中，也可以是各个电池开关均在接收低电平信号后导通，在接收高电平信号后关断；导通/关断信号的设置本发明不作具体限定。

在其他实施例中，也可不设置信号取反电路，而是由奇偶切换控制单元直接输出其他类型的导通信号和关断信号。具体采用哪种方式控制各个电池开关的导通和关断本发明不作限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种单体电池电压测量装置，其特征在于，奇数节电池的正极和偶数节电池的负极通过光耦继电器连接第一采样端，奇数节电池的负极和偶数节电池的正极通过光耦继电器连接第二采样端；所述装置包括：

多路复用输出电路，用于选择控制待测量电池的正负极与采样端之间导通，所述采样端包括所述第一采样端和所述第二采样端；

奇数电池正极开关、奇数电池负极开关、偶数电池正极开关和偶数电池负极开关；

所述奇数电池正极开关和所述偶数电池负极开关的第一端连接所述第一采样端；所述奇数电池负极开关和所述偶数电池正极开关的第一端连接所述第二采样端；

所述奇数电池正极开关和所述偶数电池正极开关的第二端连接采样调理电路的正输入端；所述奇数电池负极开关和所述偶数电池负极开关的第二端连接所述采样调理电路的负输入端；

所述采样调理电路，用于测量所述待测量电池的正负极电压并输出至控制处理电路；

所述控制处理电路，用于在所述待测量电池为奇数节电池时，控制所述奇数电池正极开关和所述奇数电池负极开关导通；在所述待测量电池为偶数节电池时，控制所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关导通；对所述采样调理电路输出的电池电压进行采样处理，得到采样电压；

所述控制处理电路具体包括：

与所述多路复用输出电路连接的多路复用控制单元；

奇偶切换控制单元，用于在所述待测量电池为奇数节电池时，控制所述奇数电池正极开关和所述奇数电池负极开关导通；在所述待测量电池为偶数节电池时，控制所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关导通；

采样单元，用于对所述采样调理电路输出的电池电压进行采样处理，得到采样电压；

定时单元，用于分别为所述多路复用控制单元、所述奇偶切换控制单元以及所述采样单元提供相同的工作时钟；

该装置还包括：

设置于所述奇偶切换控制单元与所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关之间的信号取反电路，用于将所述奇偶切换控制单元输出的高电平信号取反为低电平信号或将低电平信号取反为高电平信号，输出至所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

设置于所述奇偶切换控制单元与所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关之间的信号取反电路，用于将所述奇偶切换控制单元输出的高电平信号取反为低电平信号或将低电平信号取反为高电平信号，输出至所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关；

相应的，所述奇偶切换控制单元具体用于在所述待测量电池为奇数节电池时，输出高电平信号；在所述待测量电池为偶数节电池时，输出低电平信号；

所述奇数电池正极开关、所述奇数电池负极开关、所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关均在接收高电平信号后导通，在接收低电平信号后关断。

3.根据权利要求1-2任一项所述的装置，其特征在于，所述奇数电池正极开关、所述奇数电池负极开关、所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关均为光耦继电器。

4.一种单体电池电压测量方法，其特征在于，基于权利要求1-3任一项所述的装置，所述方法包括：

多路复用输出电路选择控制待测量电池的正负极与相应的采样端之间导通；

控制处理电路在所述待测量电池为奇数节电池时，控制所述奇数电池正极开关和所述奇数电池负极开关导通；在所述待测量电池为偶数节电池时，控制所述偶数电池正极开关和所述偶数电池负极开关导通；使所述待测量电池的正极与采样调理电路的正输入端之间导通，所述待测量电池的负极与所述采样调理电路的负输入端之间导通；

所述采样调理电路测量所述待测量电池的正负极电压并输出至所述控制处理电路；

所述控制处理电路对所述采样调理电路输出的电池电压进行采样处理，得到采样电压。

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