CN109613447A - 一种自均衡电池电压采样电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自均衡电池电压采样电路，电池组包括2个以上串联的电池单元；电池电压采样电路包括分别对应各电池单元的的检测支路，各检测支路的一端连接相应电池单元的正极端，另一端接地，检测支路上串联有至少2个分压电阻；所述2个分压电阻的连接点为电压采样端；对应相邻电池单元的相邻检测支路之间，还连接有自均衡电阻；各自均衡电阻的两端与同一电池单元的正负极两端并接。本发明的电压采样电路可在检测过程中均衡流过被测电池组各串联电池单元的电流，保障电池组的使用寿命。

Description

一种自均衡电池电压采样电路

技术领域

本发明涉及电池管理系统技术领域，特别是一种可用于电池管理系统的自均衡电池电压采样电路。

背景技术

传统的电池管理系统中，采用电阻分压的方式对串联电池高压信号进行采集，这样可以减小后记ADC对动态范围的要求。如说明书附图图1所示，为4(n)节电池串联的电压采集电路，在电压采集的过程中，流过Cell-1的总电流为，Ic₁＝I₁+I₂+I₃+I₄(…+I_n)，流过Cell-2的总电流为，Ic₂＝I₂₊I₃+I₄(…+I_n)，以此类推下去可知，流过最高Cell-4(n)的电流为I4(n)，每个电池的电流相差较大，因此易导致电池的不均衡，减少电池组的使用寿命，而且电池组串联单元越多，情况越严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种电阻分压式电池电压采集电路，可在检测过程中均衡流过被测电池组各串联电池单元的电流，保障电池组的使用寿命。

本发明采取的技术方案为：一种自均衡电池电压采样电路，电池组包括2个以上串联的电池单元；电池电压采样电路包括分别对应各电池单元的的检测支路，各检测支路的一端连接相应电池单元的正极端，另一端接地，检测支路上串联有至少2个分压电阻；所述2个分压电阻的连接点为电压采样端；

对应相邻电池单元的相邻检测支路之间，还连接有自均衡电阻；各自均衡电阻的两端分别与其中一个电池单元的正负极两端并接。

设计各自均衡电阻的阻值，使得流过自均衡电阻的电流等于流过分压电阻的电流，则可使流过各电池单元的电流相同，从而尽量减小从各电池单元抽取的电流直至0，即避免了电池组中各电池单元的不均衡，保障了电池寿命。

优选的，定义电池组中由接地端开始，电池单元Cell-1、Cell-2、…、Cell-n依次串联，对应电池单元Cell-i的检测支路一端连接在电池单元Cell-i的正极端与Cell-(i+1)的负极端之间，另一端接地。

优选的，检测支路上串联有2个分压电阻。

优选的，除电池单元Cell-1外，其它电池单元的正负极两端上皆分别并接有一自均衡电阻。

进一步的，定义对应相邻电池单元Cell-i与Cell-(i+1)的两检测支路之间连接的自均衡电阻为RB_i+1，其上流过的电流为Ib_i+1；对应电池单元Cell-i的检测支路的分压电阻上流过的电流为Ia_i；电池单元Cell-1、Cell-2、…、Cell-n上的初始电压相等均为Vcell；则RB_i+1的阻值选择为：

考虑从各电池单元抽取的电流为0，则Ib₂＝Ia₁，Ib_i＝Ib_i-1+Ia_i-1,i≥3，因此RB_i+1的阻值为：

关于Vcell的取值，本发明认为，出厂时所有电池单元的初始电压都是一样的，即Vcell，设计自均衡电阻时，预设选择采样端电压VA_i为ADC芯片的最佳线性输入电压，再考虑线路功耗和抗干扰性能，预设各检测支路上流过分压电阻的电流Ia_i，即可根据检测之路上分压电阻的分压比系数，反推计算得到初始Vcell的值。

优选的，各检测支路上，流过分压电阻的电流Ia_i相等，则各自均衡电阻的阻值选择为：

RB_i+1＝Vcell/(i*Ia₁),i≥1。

当然，Ia₁,Ia₂,...,Ia_n也可以选择不一样，但这样就需要分压电阻RA₁,RA₂,...,RA_N不一样，电阻种类多，备货较麻烦，且会存在温漂等性能差异。

优选的，针对有4个电池单元串联，且各电池单元标称电压为3.6V的电池组，各检测支路上的分压电阻以及自均衡电阻的阻值为：RA₁＝RA₂＝RA₃＝RA₄＝25KΩ，R₁＝11KΩ，RB₂＝36KΩ，R₂＝47KΩ，RB₃＝18KΩ，R₃＝83KΩ，RB₄＝12KΩ，R₄＝119KΩ。这种实施方式下，在设计自均衡电阻时，预设选择采样端电压VA_i为2.5V，各检测支路分压电阻流过的电流相等为100μA。

有益效果

本发明通过在相邻检测支路之间设置自均衡电阻，使得两相邻电池单元的连接点向检测支路流出的电流接近为0，进而使得各电池单元上流过的电流尽量相等，即避免了采样过程中电池组各电池单元的不均衡，可保障电池寿命。

附图说明

图1所示为传统电池电压采集电路原理示意图；

图2所示为本发明电池电压采集电路原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

参考图2所示，被测或被管理的电池组包括2个以上串联的电池单元；本发明的自均衡电池电压采样电路，包括分别对应各电池单元的的检测支路，各检测支路的一端连接相应电池单元的正极端，另一端接地，检测支路上串联有至少2个分压电阻；所述2个分压电阻的连接点为电压采样端；

对应相邻电池单元的相邻检测支路之间，还连接有自均衡电阻RB；各自均衡电阻的两端分别与其中一个电池单元的正负极两端并接。

设计各自均衡电阻的阻值，使得流过自均衡电阻的电流等于流过分压电阻的电流，则可使流过各电池的电流相同，即避免了电池组中各电池单元的不均衡，保障了电池寿命。

实施例

参考图2，本实施例中，各检测支路上串联有2个分压电阻R和RA。

定义电池组中由接地端开始，电池单元Cell-1、Cell-2、…、Cell-n依次串联，对应电池单元Cell-i的检测支路一端连接在电池单元Cell-i的正极端与Cell-(i+1)的负极端之间，另一端接地。

除电池单元Cell-1外，其它电池单元的正负极两端上皆分别并接有一自均衡电阻。

定义对应相邻电池单元Celli-与Cell-(i+1)的两检测支路之间连接的自均衡电阻为RB_i+1，其上流过的电流为Ib_i+1；对应电池单元Cell-i的检测支路的分压电阻上流过的电流为Ia_i；电池单元Cell-1、Cell-2、…、Cell-n上的电压相等均为Vcell；则RB_i+1的阻值选择为：

考虑从各电池单元抽取的电流为0，则Ib₂＝Ia₁，Ib_i＝Ib_i-1+Ia_i-1,i≥3，因此RB_i+1的阻值为：

本发明的设计原理为：通过设置自均衡电阻来均衡采样过程中流过各电池单元的电流，参考图1中传统采样电路图，对于n(n>4)个电池单元串联的电池组，流过Cell-1的总电流为Ic₁＝I₁+I₂+I₃+I₄,...,+I_n，流过Cell-2的总电流为Ic₂＝I₂+I₃+I₄,...,+I_n，以此类推下去可知，流过最高Cell-n的电流为I_n；

参考图2，本发明通过反推得到自均衡电阻的取值：设置自均衡电阻后，为了使得Ic₁,Ic₂,...,Ic_n相等，则需要使得I₁,I₂,...,I_n-1分别等于0，保证不从电池单元抽取电流，则对于任意RB_i+1(i≥1)，其上流过的电流Ib_i+1，与对应电池电源Cell-i的检测支路上分压电阻流过的电流Ia_i之间的关系为：

此时假设各电池单元两端的电压均为Vcell，则可得到各自均衡电阻的阻值RB_i+1为：

也即：

参考图2，对于任意检测支路，有：

i*Vcell＝Ia_i*(R_i+RA_i)

因此，通过Vcell和Ia_i，即可得到各检测支路上分压电阻的阻值，以及自均衡电阻的阻值。

关于Vcell的取值，本发明认为，出厂时所有电池单元的初始电压都是一样的，即Vcell，设计自均衡电阻时，预设选择采样端电压VA_i为ADC芯片的最佳线性输入电压，优选为2.5V；再考虑线路功耗和抗干扰性能，预设各检测支路上流过分压电阻的电流Ia_i，优选为100μA；即可根据检测之路上分压电阻的分压比系数，反推计算得到初始Vcell的值。

为了简化线路，减少电阻种类，降低备货复杂度，尽量避免温漂等性能差异，本实施例设计各检测支路上，流过分压电阻的电流Ia_i相等，则各自均衡电阻的阻值选择为：

RB_i+1＝Vcell/(i*Ia₁),i≥1。

再次参考图2，针对有4个电池单元串联，且各电池单元标称电压为3.6V的电池组，在设计自均衡电阻时，预设选择采样端电压VA_i为2.5V，各检测支路分压电阻流过的电流相等为100μA，则各检测支路上的分压电阻以及自均衡电阻的阻值为：

RA₁＝RA₂＝...＝RA_n＝VA_i/Ia_i＝2.5V/100uA＝25KΩ

R₁＝(Vcell-VA₁)/Ia₁＝(3.6V-2.5V)/100uA＝11KΩ

RB₂＝Vcell/Ia₁＝3.6V/100uA＝36KΩ

R₂＝(2*Vcell-VA₂)/Ia₂＝(2*3.6V-2.5V)/100uA＝47KΩ

RB₃＝Vcell/(2*Ia₁)＝18KΩ

同理计算可得：R₃＝83KΩ，RB₄＝12KΩ，R₄＝119KΩ。

需要说明的是，本发明的目标I₁,I₂,...,I_n-1＝0是理想情况，实际电路中由于各电池单元的电压Vcell存在偏差，因此I₁,I₂,...,I_n-1可能不会绝对为零，但本发明从系统设计的角度让电流趋近为零，仍可最大限度的达到检测过程中各电池单元尽量均衡的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自均衡电池电压采样电路，电池组包括2个以上串联的电池单元；其特征是在于：

电池电压采样电路包括分别对应各电池单元的的检测支路，各检测支路的一端连接相应电池单元的正极端，另一端接地，检测支路上串联有至少2个分压电阻；所述2个分压电阻的连接点为电压采样端；

对应相邻电池单元的相邻检测支路之间，还连接有自均衡电阻；各自均衡电阻的两端分别与其中一个电池单元的正负极两端并接。

2.根据权利要求1所述的自均衡电池电压采样电路，其特征是，定义电池组中由接地端开始，电池单元Cell-1、Cell-2、…、Cell-n依次串联，对应电池单元Cell-i的检测支路一端连接在电池单元Cell-i的正极端与Cell-(i+1)的负极端之间，另一端接地。

3.根据权利要求2所述的自均衡电池电压采样电路，其特征是，检测支路上串联有2个分压电阻。

4.根据权利要求2或3所述的自均衡电池电压采样电路，其特征是，除电池单元Cell-1外，其它电池单元的正负极两端上皆分别并接有一自均衡电阻。

5.根据权利要求4所述的自均衡电池电压采样电路，其特征是，定义对应相邻电池单元Cell-i与Cell-(i+1)的两检测支路之间连接的自均衡电阻为RB_i+1，其上流过的电流为Ib_i+1；对应电池单元Cell-i的检测支路的分压电阻上流过的电流为Ia_i；电池单元Cell-1、Cell-2、…、Cell-n上的初始电压相等均为Vcell；则RB_i+1的阻值选择为：

考虑从各电池单元抽取的电流为0，则Ib₂＝Ia₁，Ib_i＝Ib_i-1+Ia_i-1,i≥3，因此RB_i+1的阻值为：

6.根据权利要求5所述的自均衡电池电压采样电路，其特征是，各检测支路上，流过分压电阻的电流Ia_i相等，则各自均衡电阻的阻值选择为：

RB_i+1＝Vcell/(i*Ia₁),i≥1。

7.根据权利要求6所述的自均衡电池电压采样电路，其特征是，针对有4个电池单元串联，且各电池单元标称电压为3.6V的电池组，各检测支路上的分压电阻以及自均衡电阻的阻值为：RA₁＝RA₂＝RA₃＝RA₄＝25KΩ，R₁＝11KΩ，RB₂＝36KΩ，R₂＝47KΩ，RB₃＝18KΩ，R₃＝83KΩ，RB₄＝12KΩ，R₄＝119KΩ。