CN108933459A - 用于测量电池组的单体电压的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测量电池组的单体电压的电路，属于电压测量技术领域。所述电路包括：检测线路、多个检测触点、多路选择器、模数转换器、电压传感器、线性稳压器、第一二极管、第一可控开关、第二二极管、第二可控开关和控制器，所述控制器用于：控制所述第一可控开关断开、所述第二可控开关闭合；通过所述电压传感器获取每个所述单体电池的第一单体电压；控制所述第一可控开关闭合、所述第二可控开关断开；通过所述电压传感器获取每个所述单体电池的第二单体电压；根据所述第一单体电压和所述第二单体电压计算每个所述单体电池的单体真实电压。该电路可以解决现有技术中对电池组的单体电压测量误差过大的问题。

Description

用于测量电池组的单体电压的电路
技术领域
本发明涉及电压测量技术领域，具体地涉及一种用于测量电池组的单体电压的电路。
背景技术
对单体电压的测量是电池管理系统(Battery Management System，BMS)的一项重要功能，BMS通过电池组单体电压对电池系统均衡开启、过充过放等电池状态展开判断，并且单体电压是SOC(State of Charge，荷电状态)估计的一项重要参数。由于单体电压采集线阻的存在，当采集线中通过较大电流时，会对单体电压采集的准确性造成影响。当前BMS单体电压采集电路往往从电池模块两端进行取电，在实际工作过程中会在首节和末节电池的采集线上存在较大电流，对首节电池和末节电池的单体电压采集产生影响。一种方法是直接从电池组正负极直接引出导线为采集电路供电，但会增加线束成本，并且线束排布困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测量电池组的单体电压的电路，该电路可以解决现有技术中对电池组的单体电压测量误差过大的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于测量电池组的单体电压的电路，所述电池组包括串联的多个单体电池，所述电路可以包括：
检测线路，分别连接在所述电池组的每个单体电池的两端；
多个检测触点，通过所述检测线路分别与每个所述单体电池的两端连接；
多路选择器，分别与每个所述检测触点连接；
模数转换器，所述模数转换器的第一端与所述多路选择器连接，用于将所述多路选择器的模拟信号转换成数字信号；
电压传感器，与所述模数转换器的第二端连接，用于通过所述多路选择器分别检测每个所述单体电池的单体电压；
线性稳压器，所述线性稳压器的一端与所述模数转换器的第三端连接，所述模数转换器的第四端与所述多个检测触点中的一个所述检测触点连接；
第一二极管，所述第一二极管的正极与所述多个检测触点中的另一个检测触点连接；
第一可控开关，所述第一可控开关的一端与所述第一二极管的负极连接，所述第一可控开关的另一端与所述线性稳压器的另一端连接；
第二二极管，所述第二二极管的正极与所述多个检测触点中的再一个检测触点连接；
第二可控开关，所述第二可控开关的一端与所述第二二极管的负极连接，所述第二可控开关的另一端与所述线性稳压器的另一端连接；
控制器，分别与所述多路选择器、所述电压传感器、所述第一可控开关、所述第二可控开关连接，用于：
控制所述第一可控开关断开、所述第二可控开关闭合；
通过所述电压传感器获取每个所述单体电池的第一单体电压；
控制所述第一可控开关闭合、所述第二可控开关断开；
通过所述电压传感器获取每个所述单体电池的第二单体电压；
根据所述第一单体电压和所述第二单体电压计算每个所述单体电池的单体真实电压。
可选地，所述多路选择器和每个所述检测触点之间连接有至少一个限流电阻。
可选地，所述一个所述检测触点为与所述电池组中的编号为1的所述单体电池的负极连接的所述检测触点。
可选地，所述另一个检测触点为与所述电池组中的编号为n的所述单体电池的正极连接的所述检测触点，其中，n为所述电池组中的单体电池的数量。
可选地，所述再一个所述检测触点为与电池组中的编号为n-2的所述单体电池的正极连接的所述检测触点。
可选地，所述根据所述第一单体电压和所述第二单体电压计算每个所述单体电池的单体真实电压包括：
根据公式(1)计算所述单体电池的单体真实电压，
其中，Vx为编号为x的所述单体电池的所述单体真实电压，V1n为编号为n的所述单体电池的所述第一单体电压，V2n为编号为n的所述单体电池的所述第二单体电压，V2x为编号为x的所述单体电池的所述第二单体电压。
可选地，所述控制器为微控制器MCU。
通过上述技术方案，本发明提供的用于测量电池组的单体电压的电路可以通过在采集电路中增加连接至另一节单体电池的供电线，并控制两个供电线的通断来计算电池组的单体电压的单体真实电压，解决了现有技术中的对电池组的单体电压测量误差过大的问题，提高了对电池组的单体电池的测量精度。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式的用于测量的电池组的单体电压的方法的流程图；
图2是根据本发明的一个实施方式的用于测量电池组的单体电压的电路的结构框图。
附图标记说明
A、检测触点 RL、线阻
RS、限流电阻 U1、多路选择器
U2、线性稳压器 U3、模数转换器
K1、第一可控开关 K2、第二可控开关
D1、第一二极管 D2、第二二极管
01、控制器 02、电压传感器
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示是根据本发明的一个实施方式的用于测量电池组的单体电压的方法的流程图。在该实施方式中，该电池组可以包括多个串联的单体电池(图2中示出的C1～Cn)。在图1中，该方法可以包括：
在步骤S1中，预设一用于测量电池组的单体电压的电路。如图2所示，该电路可以包括：检测线路、多个检测触点A、多路选择器U1、模数转换器U3、电压传感器02、线性稳压器U2、第一二极管D1、第一可控开关K1、第二二极管D2和第二可控开关K2。
检测线路可以分别连接在电池组的每个单体电池的两端。如图2所示，由于连接在每个单体电池两端的检测线路相对较长，其线阻RL相对较大，在检测时对单体电压的数值影响也较大。
多个检测触点A可以通过检测线路分别与每个单体电池的两端连接。
多路选择器U1可以分别与每个检测触点A连接。该多路选择器U1可以用于控制每个检测触点A与电压传感器02之间的连接通断。此外，为了节约电路的设计成本，该多路选择器U1可以通过电池组来供电(该供电接口可以是例如图2中的多路选择器U1的1、2端口)。
模数转换器U3的第一端可以与多路选择器U1连接。该模数转换器U3可以用于将多路选择器U1的模拟信号转换成数字信号。电压传感器02可以与模数转换器U3的第二端连接，用于通过多路选择器U1分别检测每个单体电池的单体电压。用于稳定线路中的电压波动的线性稳压器U2的一端可以与模数转换器U3的第三端连接，模数转换器U3的第四端与多个检测触点A中的一个检测触点A连接。该模数转换器U3可以是例如通过电池组供电(供电端可以是例如图2中的模数转换器U3的3、4接口)。在本发明的一个示例中，该一个检测触点A可以是例如与图2中示出的编号为1(C1)的单体电池的负极连接。
第一二极管D1的正极可以与多个检测触点A中的另一个检测触点A连接。在本发明的一个示例中，该另一个检测触点A可以是例如与图2中示出的编号为n(Cn)的单体电池的正极连接。第一可控开关K1的一端与第一二极管D1的负极连接，第一可控开关K1的另一端与线性稳压器U2的另一端连接。
第二二极管D2的正极可以与多个检测触点A中的再一个检测触点A连接。在本发明的一个示例中，该再一个检测触点A可以是例如与图2中示出的编号为n-2(Cn-2)的单体电池的正极连接。第二可控开关K2的一端与第二二极管D2的负极连接，第二可控开关K2的另一端与线性稳压器U2的另一端连接。
在步骤S2中，控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2闭合。在该实施方式中，可以是例如在上述用于测量电池组的单体电压的电路的外围设置控制器01的方式来实现。该控制器01可以与第一可控开关K1和第二可控开关K2的控制端连接，从而实现对第一可控开关K1和第二可控开关K2的通断控制。在控制器01控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2闭合时，电池组通过第二二极管D2、第二可控开关K2向多路选择器U1、线性稳压器U2、模数转换器U3供电。
在步骤S3中，通过电压传感器02获取每个单体电池的第一单体电压。在该实施方式中，该控制器01还可以与电压传感器02连接，用于通过电压传感器02获取每一个单体电池的单体电压。在控制器01通过电压传感器02获取每个单体电池的第一单体电压时，以编号为1的单体电池(C1)为例，控制器02控制多路选择器U1以使得电压传感器02与该编号为1的单体电池的两端连接，从而实现对该编号为1的单体电池的第一单体电压的检测。在控制器02通过电压传感器02获取编号为2的单体电池(C2)的第一单体电压时，控制器02控制多路选择器U1断开电压传感器02与编号为1的单体电池之间的连接，并控制多路选择器U1将电压传感器02与编号为2的单体电池的两端连接，从而使得电压传感器02检测该编号为2的单体电池的电压。按照上述操作方式，该控制器01分别通过电压传感器02获取该电池组的每个单体电池的第一单体电压。如图2中所示，由于线阻RL的存在，在检测编号为n-2(Cn-2)的单体电池的第一单体电压时，会出现电压偏高的现象，因此该编号为n-2(Cn-2)的单体电池的第一单体电压可以认为是V1n-2＝Vn-2+ΔV，其中，V1n-2为测得的编号为n-2的单体电池的第一单体电压，n为电池组的单体电池的总数量，Vn-2为编号为n-2的单体电池的单体真实电压。对于其余的单体电池，均为V1x＝Vx，其中，V1x为测得的编号为x的单体电池的第一单体电压，Vx为编号为x的单体电池的单体真实电压。
在步骤S4中，控制第一可控开关K1闭合、第二可控开关K2断开。该步骤和上述步骤S2的执行方式类似，此处不再赘述。
在步骤S5中，通过电压传感器02获取每个单体电池的第二单体电压。在该实施方式中，如图2所示，由于线阻RL的存在，在检测编号为n(Cn)的单体电池的第一单体电压时，会出现电压偏高的现象，因此该编号为n(Cn)的单体电池的第一单体电压可以认为是V2n＝Vn+ΔV，其中，V2n为测得的编号为n的单体电池的第一单体电压，Vn为编号为n的单体电池的单体真实电压。对于其余的单体电池，均为V2x＝Vx，其中，V2x为测得的编号为x的单体电池的第一单体电压，Vx为编号为x的单体电池的单体真实电压。
在步骤S6中，根据第一单体电压和第二单体电压计算每个单体电池的单体真实电压。在该实施方式中，可以根据公式(1)计算单体电池的单体真实电压，
其中，Vx为编号为x的单体电池的单体真实电压，V1n为编号为n的单体电池的第一单体电压，V2n为编号为n的单体电池的第二单体电压，V2x为编号为x的单体电池的第二单体电压。
在本发明的一个实施方式中，为了在检测电池组单体电压的过程中保护电路中的各个器件，多路选择器U1和每个检测触点A之间可以连接有至少一个限流电阻RS。该限流电阻RS的阻值大小可以根据实际需要检测的电池组的电压的不同而相应改变，因此可以认为该限流电阻RS的阻值的选定为本领域人员所知，此处不再赘述。
本发明的另一方面还提供一种用于测量电池组的单体电压的电路，该电路可以包括如图2中所示出的电路，并采用如图1所示出的方法控制该电路以完成对电池组的单体电压的测量。此外，在该电路中，该控制器01可以采用微控制器(Micro Control Unit，MCU)。
通过上述技术方案，本发明提供的用于测量电池组的单体电压的方法和电路可以通过在采集电路中增加连接至另一节单体电池的供电线，并控制两个供电线的通断来计算电池组的单体电压的单体真实电压，解决了现有技术中的对电池组的单体电压测量误差过大的问题，提高了对电池组的单体电池的测量精度。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明并不限于上述可选实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (7)

1.一种用于测量电池组的单体电压的电路，所述电池组包括串联的多个单体电池，其特征在于，所述电路包括：
检测线路，分别连接在所述电池组的每个单体电池的两端；
多个检测触点，通过所述检测线路分别与每个所述单体电池的两端连接；
多路选择器，分别与每个所述检测触点连接；
模数转换器，所述模数转换器的第一端与所述多路选择器连接，用于将所述多路选择器的模拟信号转换成数字信号；
电压传感器，与所述模数转换器的第二端连接，用于通过所述多路选择器分别检测每个所述单体电池的单体电压；
线性稳压器，所述线性稳压器的一端与所述模数转换器的第三端连接，所述模数转换器的第四端与所述多个检测触点中的一个所述检测触点连接；
第一二极管，所述第一二极管的正极与所述多个检测触点中的另一个检测触点连接；
第一可控开关，所述第一可控开关的一端与所述第一二极管的负极连接，所述第一可控开关的另一端与所述线性稳压器的另一端连接；
第二二极管，所述第二二极管的正极与所述多个检测触点中的再一个检测触点连接；
第二可控开关，所述第二可控开关的一端与所述第二二极管的负极连接，所述第二可控开关的另一端与所述线性稳压器的另一端连接；
控制器，分别与所述多路选择器、所述电压传感器、所述第一可控开关、所述第二可控开关连接，用于：
控制所述第一可控开关断开、所述第二可控开关闭合；
通过所述电压传感器获取每个所述单体电池的第一单体电压；
控制所述第一可控开关闭合、所述第二可控开关断开；
通过所述电压传感器获取每个所述单体电池的第二单体电压；
根据所述第一单体电压和所述第二单体电压计算每个所述单体电池的单体真实电压。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述多路选择器和每个所述检测触点之间连接有至少一个限流电阻。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述一个所述检测触点为与所述电池组中的编号为1的所述单体电池的负极连接的所述检测触点。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述另一个检测触点为与所述电池组中的编号为n的所述单体电池的正极连接的所述检测触点，其中，n为所述电池组中的单体电池的数量。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述再一个所述检测触点为与电池组中的编号为n-2的所述单体电池的正极连接的所述检测触点。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述根据所述第一单体电压和所述第二单体电压计算每个所述单体电池的单体真实电压包括：
根据公式(1)计算所述单体电池的单体真实电压，
其中，Vx为编号为x的所述单体电池的所述单体真实电压，V1n为编号为n的所述单体电池的所述第一单体电压，V2n为编号为n的所述单体电池的所述第二单体电压，V2x为编号为x的所述单体电池的所述第二单体电压。
7.根据权利要求1至6任一所述的电路，其特征在于，所述控制器为微控制器MCU。
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