CN111426964A - 基于mos管选通矩阵的电池组电压采集电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池管理技术领域，公开了一种基于MOS管选通矩阵的电池组电压采集电路，即可通过晶体管选通矩阵单独选择串联电池组中的每个电池，并使选定电池的正/负极分别同时连接电压采集电路单元的对应极性输入端，确保采集得到的电池电压数据即为选定电池的实际电压值，进而实现对电池单体电压进行测量的目的；相比较于现有电池组电压采集技术，由于是采用晶体管进行选通且只使用了一个电压采集电路单元，具有设计电路简单和成本低的优点，同时由于是使用分立元件搭建电路，避免了电源管理芯片的串数限制，适用范围更广，以及由于是使电池直接连接到电压采集电路单元，无需再换算，还具有采集精度高的优点，便于实际应用和推广。

Description

基于MOS管选通矩阵的电池组电压采集电路

技术领域

本发明属于电池管理技术领域，具体地，涉及一种基于MOS管选通矩阵的电池组电压采集电路，特别适用于在电动汽车、观光车、电动摩托车、太阳能储能、基站储能、大功率不间断电源等领域的锂电池管理系统中。

背景技术

随着新能源和环境污染问题在全球发展过程中被高度关注，作为清洁能源的动力电池越来越受到重视。锂离子电池以其能量密度高、平均输出电压高、输出功率大、循环性能优越、可快速充放电、无记忆效应等特点，将成为未来电动汽车动力电池的市场主力。一个有效的电池管理系统能对动力电池进行保护、延长其使用寿命及提高行驶里程，是电动车产业发展和推广的一项非常关键的系统工程。在串联的动力电池组中，单体锂电池的电池状态，如电压和温度的监测，是电池管理系统中的关键组成部分。单体电压的数据最为丰富，能够表征电池组内每一个单体状态和特征的物理量，还可以反映电池组整体的状态，如一致性等。为了正确地实现对电池的各种保护，要求检测系统必须对电池单体电压进行精确测量。

目前，现有电池组电压采集技术主要有如下三种：

(1)基于电源管理芯片进行采集，即是直接使用现有电源管理芯片作为电压采集的主要器件，如LTC6803电源管理芯片。该方案设计电路简单，采集效率高，只需将电池组按顺序接到芯片对应接口上，然后将通信接口连接控制器，上电后，控制器可直接通过芯片读取各个电池的状态值。但是目前市面上可用于电池组电压采集的电源管理芯片价格较贵，而且电源管理芯片都对电池组的串数(即电池单体的个数)有限制，存在使用范围不灵活的问题；

(2)基于多个隔离采集模块进行采集，即是对电池组中的每一串电池都单独使用一个采集模块来采集电压，然后控制器通过通信接口依次读取各个模块采集的电压值。该方案存在设计电路复杂、采集效率低和成本高等问题；

(3)电池正极选通采集，即是只使用一个采集模块来采集所有的电池电压，采集电压时，采集模块的负端接电池组的总负极，采集模块的正端通过开关依次选通每一串电池的正极。但由于采集模块的输入电压限制，对于电池组中的高串数电池，接通采集模块前必须按照一定比例降压处理，然后在控制器中做运算处理，最后得出实际电压值。该方案设计同样存在电路较复杂、程序设计较复杂和采集精度低(由于在采集的过程中经过多次运算，计算误差较大)等问题。

总而言之，上述三种现有电池组电压采集技术普遍存在价格昂贵、采集精度低和/或电池组串数有限等问题，导致在市场上用户量较低，不便实际应用和推广。

发明内容

为了解决现有电池组电压采集技术普遍存在价格昂贵、采集精度低和电池组串数有限的问题，本发明目的在于提供一种基于MOS管选通矩阵的电池组电压采集电路及其工作方法。

第一方面，本发明所采用的技术方案为：

一种基于MOS管选通矩阵的电池组电压采集电路，包括：晶体管选通矩阵、电压采集电路单元和控制电路单元；

所述晶体管选通矩阵包括有第一晶体管选通电路单元、第二晶体管选通电路单元、第三晶体管选通电路单元、第四晶体管选通电路单元和n+1个并排设置的第五晶体管选通电路单元，其中，按照从首至尾顺序处于排序首位的第五晶体管选通电路单元的选通第一端用于电连接串联电池组的总负极，按照从首至尾顺序处于排序其它位的第五晶体管选通电路单元的选通第一端用于依次地且一一对应地电连接所述串联电池组中各个电池的正极，按照从首至尾顺序处于排序奇数位的第五晶体管选通电路单元的选通第二端分别电连接所述第一晶体管选通电路单元的选通第一端和所述第二晶体管选通电路单元的选通第一端，按照从首至尾顺序处于排序偶数位的第五晶体管选通电路单元的选通第二端分别电连接所述第三晶体管选通电路单元的选通第一端和所述第四晶体管选通电路单元的选通第一端，所述第一晶体管选通电路单元的选通第二端和所述第三晶体管选通电路单元的选通第二端分别电连接所述电压采集电路单元的正极输入端，所述第二晶体管选通电路单元的选通第二端和所述第四晶体管选通电路单元的选通第二端分别电连接所述电压采集电路单元的负极输入端，n为正整数；

所述电压采集电路单元的输出端电连接所述控制电路单元的输入端，所述控制电路单元的输出端分别电连接所述第一晶体管选通电路单元的受控端、所述第二晶体管选通电路单元的受控端、所述第三晶体管选通电路单元的受控端、所述第四晶体管选通电路单元的受控端和所述第五晶体管选通电路单元的受控端。

基于上述发明内容，提供了一种基于晶体管的通断特性而依次检测各个电池电压数值的采集电路，即可通过晶体管选通矩阵单独选择串联电池组中的每个电池，并使选定电池的正/负极分别同时连接电压采集电路单元的对应极性输入端，确保采集得到的电池电压数据即为选定电池的实际电压值，进而实现对电池单体电压进行测量的目的；相比较于现有电池组电压采集技术，由于是采用晶体管进行选通且只使用了一个电压采集电路单元，具有设计电路简单和成本低的优点，同时由于是使用分立元件搭建电路，避免了电源管理芯片的串数限制，适用范围更广，以及由于是使电池直接连接到电压采集电路单元，无需再换算，还具有采集精度高的优点，便于实际应用和推广。

优化的，所述电压采集电路单元包括有前置电路子单元和模数转换电路子单元，其中，所述前置电路子单元的正极输入端作为所述电压采集电路单元的正极输入端，所述前置电路子单元的负极输入端作为所述电压采集电路单元的负极输入端，所述模数转换电路子单元的输出端作为所述电压采集电路单元的输出端；

所述前置电路子单元的输出端电连接所述模数转换电路子单元的输入端，所述前置电路子单元的受控端电连接所述控制电路单元的输出端，所述前置电路子单元用于在所述控制电路单元的控制下，对输入的电压模拟信号进行滤波和/或幅度调整处理；

所述模数转换电路子单元的受控端电连接所述控制电路单元的输出端，所述模数转换电路子单元用于在所述控制电路单元的控制下，对输入的电压模拟信号进行模数转换处理，得到电池电压数值。

优化的，所述控制电路单元包括微控制器、存储器、时钟源、对外数据接口、对外控制接口和通信模块，其中，所述对外数据接口作为所述控制电路单元的输入端，所述对外控制接口作为所述控制电路单元的输出端；

所述微控制器分别电连接所述存储器、所述时钟源、所述对外数据接口、所述对外控制接口和所述通信模块。

进一步优化的，所述通信模块包括有蓝牙通信模块、WiFi通信模块、NB-IoT通信模块和/或GPRS通信模块。

优化的，所述第一晶体管选通电路单元、所述第二晶体管选通电路单元、所述第三晶体管选通电路单元、所述第四晶体管选通电路单元或所述第五晶体管选通电路单元采用基于场效应晶体管的晶体管选通电路。

优化的，所述晶体管选通电路包括有第一场效应晶体管、第二场效应晶体管和第一电阻；

所述第一场效应晶体管的漏极作为对应晶体管选通电路单元的选通第一端，所述第一场效应晶体管的源极分别电连接所述第二场效应晶体管的源极和所述第一电阻的第一端，所述第二场效应晶体管的漏极作为对应晶体管选通电路单元的选通第二端；

所述第一场效应晶体管的栅极、所述第二场效应晶体管的栅极和所述第一电阻的第二端分别电连接所述控制电路单元的输出端。

优化的，还包括隔离电源，其中，所述隔离电源包括有通过耦合结构实现相互隔离的电源输入电路单元和电源输出电路单元；

所述电源输入电路单元的输入端用于电连接所述串联电池组的总正极，所述电源输出电路单元的第一输出端电连接所述电压采集电路单元的供电端，所述电源输出电路单元的第二输出端电连接所述控制电路单元的供电端。

第二方面，本发明所采用的技术方案为：

一种如前所述基于MOS管选通矩阵的电池组电压采集电路的工作方法，在串联电池组的总负极电连接按照从首至尾顺序处于排序首位的第五晶体管选通电路单元的选通第一端且所述串联电池组中各个电池的正极依次地且一一对应地电连接按照从首至尾顺序处于排序其它位的第五晶体管选通电路单元的选通第一端后，包括有如下步骤：

S101.针对所述串联电池组中按照从首至尾顺序处于排序N位的电池：若N为奇数，则执行步骤S102，而若N为偶数，则执行步骤S103，其中，N为介于1～n之间的正整数；

S102.由控制电路单元控制选通按照从首至尾顺序处于排序N位的第五晶体管选通电路单元、按照从首至尾顺序处于排序N+1位的第五晶体管选通电路单元、第二晶体管选通电路单元和第三晶体管选通电路单元，并控制截止其它的晶体管选通电路单元，使所述串联电池组中处于排序N位的电池的电压模拟信号输入电压采集电路单元，然后执行步骤S104；

S103.由控制电路单元控制选通按照从首至尾顺序处于排序N位的第五晶体管选通电路单元、按照从首至尾顺序处于排序N+1位的第五晶体管选通电路单元、第一晶体管选通电路单元和第二晶体管选通电路单元，并控制截止其它的晶体管选通电路单元，使所述串联电池组中处于排序N位的电池的电压模拟信号输入电压采集电路单元，然后执行步骤S104；

S104.由电压采集电路单元对输入的电压模拟信号进行模数转换处理，得到电池电压数值，然后将所述电池电压数值传送至控制电路单元，执行步骤S105；

S105.由控制电路单元保存所述电池电压数值，若未采集完所述串联电池组中所有电池的电池电压数值，则针对所述串联电池组中处于排序下一位的电池，返回执行步骤S101，否则终止采集。

基于上述发明内容，还可以在电连接待测的串联电池组后，自动地完成对所有电池的电压采集，大大提升了采集效率，进一步方便实用。

优化的，当所述电压采集电路单元包括有前置电路子单元时，则在所述步骤S104中且进行模数转换处理前，由控制电路单元控制所述前置电路子单元，对输入的电压模拟信号进行滤波和/或幅度调整处理。

优化的，当所述控制电路单元包括有通信模块时，则在所述步骤S105中且终止采集后，通过所述通信模块将所述串联电池组的电池信息数据传送至外部设备进行显示，其中，所述电池信息数据包含有各个电池的电池电压数值。

本发明的有益效果为：

(1)本发明创造提供了一种基于晶体管的通断特性而依次检测各个电池电压数值的采集电路及其工作方法，即可通过晶体管选通矩阵单独选择串联电池组中的每个电池，并使选定电池的正/负极分别同时连接电压采集电路单元的对应极性输入端，确保采集得到的电池电压数据即为选定电池的实际电压值，进而实现对电池单体电压进行测量的目的；相比较于现有电池组电压采集技术，由于是采用晶体管进行选通且只使用了一个电压采集电路单元，具有设计电路简单和成本低的优点，同时由于是使用分立元件搭建电路，避免了电源管理芯片的串数限制，适用范围更广，以及由于是使电池直接连接到电压采集电路单元，无需再换算，还具有采集精度高的优点，便于实际应用和推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明提供的电池组电压采集电路的系统框架示意图。

图2是本发明提供的晶体管选通矩阵的电路结构示意图。

图3是本发明提供的控制电路单元的电路结构示意图。

图4是本发明提供的电池组电压采集电路的工作方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。

应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例一

如图1和2所示，本实施例提供的所述基于MOS管选通矩阵的电池组电压采集电路，包括：晶体管选通矩阵、电压采集电路单元和控制电路单元；所述晶体管选通矩阵包括有第一晶体管选通电路单元KS1、第二晶体管选通电路单元KS2、第三晶体管选通电路单元KS3、第四晶体管选通电路单元KS4和n+1个并排设置的第五晶体管选通电路单元K1～Kn+1，其中，按照从首至尾顺序处于排序首位的第五晶体管选通电路单元(即图1和2中的第五晶体管选通电路单元K1)的选通第一端用于电连接串联电池组的总负极，按照从首至尾顺序处于排序其它位的第五晶体管选通电路单元的选通第一端用于依次地且一一对应地电连接所述串联电池组中各个电池的正极(例如在图1和图2中，第五晶体管选通电路单元K2的选通第一端用于电连接电池BAT1的正极，第五晶体管选通电路单元K3的选通第一端用于电连接电池BAT2的正极，第五晶体管选通电路单元K3的选通第一端用于电连接电池BAT3的正极，依次类推)，按照从首至尾顺序处于排序奇数位的第五晶体管选通电路单元的选通第二端分别电连接所述第一晶体管选通电路单元的选通第一端和所述第二晶体管选通电路单元的选通第一端，按照从首至尾顺序处于排序偶数位的第五晶体管选通电路单元的选通第二端分别电连接所述第三晶体管选通电路单元的选通第一端和所述第四晶体管选通电路单元的选通第一端，所述第一晶体管选通电路单元的选通第二端和所述第三晶体管选通电路单元的选通第二端分别电连接所述电压采集电路单元的正极输入端，所述第二晶体管选通电路单元的选通第二端和所述第四晶体管选通电路单元的选通第二端分别电连接所述电压采集电路单元的负极输入端，n为正整数；所述电压采集电路单元的输出端电连接所述控制电路单元的输入端，所述控制电路单元的输出端分别电连接所述第一晶体管选通电路单元的受控端、所述第二晶体管选通电路单元的受控端、所述第三晶体管选通电路单元的受控端、所述第四晶体管选通电路单元的受控端和所述第五晶体管选通电路单元的受控端。

如图1和2所示，在所述电池组电压采集电路的具体电路结构中，所述晶体管选通矩阵用于基于晶体管的通断特性且在所述控制电路单元的控制下，择一地选通一对相邻的第五晶体管选通电路单元(例如K2和K3)，使正/负极分别电连接这两第五晶体管选通电路单元的电池(例如BAT2)的电压模拟信号能够导入所述电压采集电路单元，实现对单个电池电压的采集目的，其中，所述第五晶体管选通电路单元K1～Kn+1用于相邻组队地选择某个目标电池，所述第一晶体管选通电路单元KS1、所述第二晶体管选通电路单元KS2、所述第三晶体管选通电路单元KS3和所述第四晶体管选通电路单元KS4用于控制目标电池输出的正/负极方向，使之匹配地电连接所述电压采集电路单元的正/负极输入端，即在选定某一目标电池时，确保该目标电池的正极能够电连接所述电压采集电路单元的正极输入端，该目标电池的负极能够电连接所述电压采集电路单元的负极输入端，保障电压模拟信号的正确输入。所述电压采集电路单元用于对输入的电压模拟信号进行模数转换，得到当前选定目标电池的电池电压数值，然后将该电池电压数值传送至所述控制电路单元进行保存。所述控制电路单元用于通过输出不同的有效电平，使所述晶体管选通矩阵中各个晶体管选通电路单元处于适宜的选通状态/截止状态，从而确保选定目标电池的正/负极能够单独电连接所述电压采集电路单元的正/负极输入端，同时还用于保存采集到的电池电压数值，等等。

前述电池组电压采集电路的工作原理可以但不限于包括如下：当采集排序奇数位的目标电池的电压时，除了选通(通过所述控制电路单元施加有效电平)分别电连接目标电池两端的两第五晶体管选通电路单元之外，还需选通(通过所述控制电路单元施加有效电平)所述第二晶体管选通电路单元KS2和所述第三晶体管选通电路单元KS3，并截止(通过所述控制电路单元施加无效电平)其它晶体管选通电路单元，从而确保选定目标电池的正/负极能够单独电连接所述电压采集电路单元的正/负极输入端；当采集排序偶数位的目标电池的电压时，除了选通(通过所述控制电路单元施加有效电平)分别电连接目标电池两端的两第五晶体管选通电路单元之外，还需选通(通过所述控制电路单元施加有效电平)所述第一晶体管选通电路单元KS1和所述第四晶体管选通电路单元KS4，并截止(通过所述控制电路单元施加无效电平)其它晶体管选通电路单元，从而确保选定目标电池的正/负极也能够单独电连接所述电压采集电路单元的正/负极输入端。

举例的，当需要检测目标电池BAT1的电压时，先选通第五晶体管选通电路单元K1和第五晶体管选通电路单元K2，由于BAT1为排序奇数位的目标电池，还需要选通所述第二晶体管选通电路单元KS2和所述第三晶体管选通电路单元KS3，进而使得此时所述电压采集电路单元的正极输入端电连接BAT1的正极，所述电压采集电路单元的负极输入端电连接BAT1的负极，确保能够正确采集出BAT1的电池电压。又当需要检测目标电池BAT2的电压时，先选通第五晶体管选通电路单元K2和第五晶体管选通电路单元K3，由于BAT2为排序偶数位的目标电池，还需要选通所述第一晶体管选通电路单元KS1和所述第四晶体管选通电路单元KS4，使得此时所述电压采集电路单元的正极输入端电连接BAT2的正极，所述电压采集电路单元的负极输入端电连接BAT2的负极，确保能够正确采集出BAT2的电池电压。以此类推，通过正确地控制各个晶体管选通电路单元的选通/截止，可使被检测电池的正极与所述电压采集电路单元的正极输入端电连接，负极与负极输入端连接，如此就能够正确采集出电池组中所有电池的电池电压数值。

由此通过前述电池组电压采集电路的详细描述，提供了一种基于晶体管的通断特性而依次检测各个电池电压数值的采集电路，即可通过晶体管选通矩阵单独选择串联电池组中的每个电池，并使选定电池的正/负极分别同时连接电压采集电路单元的对应极性输入端，确保采集得到的电池电压数据即为选定电池的实际电压值，进而实现对电池单体电压进行测量的目的；相比较于现有电池组电压采集技术，由于是采用晶体管进行选通且只使用了一个电压采集电路单元，具有设计电路简单和成本低的优点，同时由于是使用分立元件搭建电路，避免了电源管理芯片的串数限制，适用范围更广，以及由于是使电池直接连接到电压采集电路单元，无需再换算，还具有采集精度高的优点，便于实际应用和推广。

优化的，如图4所示，前述电池组电压采集电路的工作方法，在串联电池组的总负极电连接按照从首至尾顺序处于排序首位的第五晶体管选通电路单元的选通第一端且所述串联电池组中各个电池的正极依次地且一一对应地电连接按照从首至尾顺序处于排序其它位的第五晶体管选通电路单元的选通第一端后，可以但不限于包括有如下步骤S101～S105。

S101.针对所述串联电池组中按照从首至尾顺序处于排序N位的电池：若N为奇数，则执行步骤S102，而若N为偶数，则执行步骤S103，其中，N为介于1～n之间的正整数。

S102.由控制电路单元控制选通按照从首至尾顺序处于排序N位的第五晶体管选通电路单元、按照从首至尾顺序处于排序N+1位的第五晶体管选通电路单元、第二晶体管选通电路单元和第三晶体管选通电路单元，并控制截止其它的晶体管选通电路单元，使所述串联电池组中处于排序N位的电池的电压模拟信号输入电压采集电路单元，然后执行步骤S104。

S103.由控制电路单元控制选通按照从首至尾顺序处于排序N位的第五晶体管选通电路单元、按照从首至尾顺序处于排序N+1位的第五晶体管选通电路单元、第一晶体管选通电路单元和第二晶体管选通电路单元，并控制截止其它的晶体管选通电路单元，使所述串联电池组中处于排序N位的电池的电压模拟信号输入电压采集电路单元，然后执行步骤S104。

S104.由电压采集电路单元对输入的电压模拟信号进行模数转换处理，得到电池电压数值，然后将所述电池电压数值传送至控制电路单元，执行步骤S105。

S105.由控制电路单元保存所述电池电压数值，若未采集完所述串联电池组中所有电池的电池电压数值，则针对所述串联电池组中处于排序下一位的电池，返回执行步骤S101，否则终止采集。

通过上述工作方法，可以在电连接待测的串联电池组后，自动地完成对所有电池的电压采集，大大提升了采集效率，进一步方便实用。

优化的，所述电压采集电路单元包括有前置电路子单元和模数转换电路子单元，其中，所述前置电路子单元的正极输入端作为所述电压采集电路单元的正极输入端，所述前置电路子单元的负极输入端作为所述电压采集电路单元的负极输入端，所述模数转换电路子单元的输出端作为所述电压采集电路单元的输出端；所述前置电路子单元的输出端电连接所述模数转换电路子单元的输入端，所述前置电路子单元的受控端电连接所述控制电路单元的输出端，所述前置电路子单元用于在所述控制电路单元的控制下，对输入的电压模拟信号进行滤波和/或幅度调整处理；所述模数转换电路子单元的受控端电连接所述控制电路单元的输出端，所述模数转换电路子单元用于在所述控制电路单元的控制下，对输入的电压模拟信号进行模数转换处理，得到电池电压数值。如图1所示，通过配置前述的前置电路子单元，可以在模数转换处理前，对输入的电压模拟信号进行滤波和/或幅度调整处理，以满足模数转换对输入信号的要求。此时前述电池组电压采集电路的工作方法，还可包括有：在所述步骤S104中且进行模数转换处理前，由控制电路单元控制所述前置电路子单元，对输入的电压模拟信号进行滤波和/或幅度调整处理。此外，所述前置电路子单元和所述模数转换电路子单元均可采用现有的相关电路实现，例如滤波电路、实现幅度调整的信号放大电路以及基于AD芯片的模数转换电路。

优化的，所述控制电路单元可以但不限于包括微控制器、存储器、时钟源、对外数据接口、对外控制接口和通信模块，其中，所述对外数据接口作为所述控制电路单元的输入端，所述对外控制接口作为所述控制电路单元的输出端；所述微控制器分别电连接所述存储器、所述时钟源、所述对外数据接口、所述对外控制接口和所述通信模块。如图3所示，所述微控制器用于作为所述控制电路单元的核心，实现本实施例所述的具体功能，其可以但不限于采用型号为STM32系列的微控制器芯片。所述存储器用于存储相关的控制程序、采集的电池电压数值及其它相关数据，其可以但不限于采用FLASH存储器。所述时钟源用于为所述微控制器提供工作所需的时钟信号，其可以但不限于采用现有的时钟电路实现。所述通信模块用于与外部设备通信连接，实现交互数据目的，例如将采集的电池电压数值送至外部设备进行展示。此时前述电池组电压采集电路的工作方法，还包括有：在所述步骤S105中且终止采集后，通过所述通信模块将所述串联电池组的电池信息数据传送至外部设备进行显示，其中，所述电池信息数据包含有各个电池的电池电压数值。所述外部设备可以但不限于为智能手机或平板电脑等。此外，进一步优化的，所述通信模块可以但不限于包括有蓝牙通信模块、WiFi(无线保真)通信模块、NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,基于蜂窝的窄带物联网)通信模块和/或GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术)通信模块等。所述对外数据接口和所述对外控制接口也可以采用现有的通信接口实现，例如RS232接口。

优化的，所述第一晶体管选通电路单元、所述第二晶体管选通电路单元、所述第三晶体管选通电路单元、所述第四晶体管选通电路单元或所述第五晶体管选通电路单元采用基于场效应晶体管的晶体管选通电路。如图2所示，所有的晶体管选通电路单元均采用了基于场效应晶体管的晶体管选通电路，如此可以利用场效应晶体管的优良通断特性，实现快速选通及截止，进一步提升采集效率。

进一步优化的，所述晶体管选通电路可以但不限于包括有第一场效应晶体管MOS1、第二场效应晶体管MOS2和第一电阻R1；所述第一场效应晶体管MOS1的漏极作为对应晶体管选通电路单元的选通第一端，所述第一场效应晶体管MOS1的源极分别电连接所述第二场效应晶体管MOS2的源极和所述第一电阻R1的第一端，所述第二场效应晶体管MOS2的漏极作为对应晶体管选通电路单元的选通第二端；所述第一场效应晶体管MOS1的栅极、所述第二场效应晶体管MOS2的栅极和所述第一电阻R1的第二端分别电连接所述控制电路单元的输出端。如图2所示，通过前述具有双场效应晶体管的晶体管选通电路，可以在选通或截止控制时，避免出现瞬间的毛刺信号，确保通断效果的稳定性。此外，所述第一场效应晶体管MOS1和第二场效应晶体管MOS2优选采用金属-氧化物-半导体场效应管。

优化的，还包括隔离电源，其中，所述隔离电源包括有通过耦合结构实现相互隔离的电源输入电路单元和电源输出电路单元；所述电源输入电路单元的输入端V_BAT用于电连接所述串联电池组的总正极，所述电源输出电路单元的第一输出端A_VCC电连接所述电压采集电路单元的供电端，所述电源输出电路单元的第二输出端D_VCC电连接所述控制电路单元的供电端。如图2所示，通过前述隔离电源的电路设计，可以在接好串联电池组后，利用电池的自身电能完成采集工作，使得无需配置额外电源，进一步简化电路结构。此外，所述电源输入电路单元、所述电源输出电路单元及两者间的耦合结构均可采用现有的常规电路结构实现。

综上，采用本实施例所提供的电池组电压采集电路及其工作方法，具有如下技术效果：

(1)本实施例提供了一种基于晶体管的通断特性而依次检测各个电池电压数值的采集电路及其工作方法，即可通过晶体管选通矩阵单独选择串联电池组中的每个电池，并使选定电池的正/负极分别同时连接电压采集电路单元的对应极性输入端，确保采集得到的电池电压数据即为选定电池的实际电压值，进而实现对电池单体电压进行测量的目的；相比较于现有电池组电压采集技术，由于是采用晶体管进行选通且只使用了一个电压采集电路单元，具有设计电路简单和成本低的优点，同时由于是使用分立元件搭建电路，避免了电源管理芯片的串数限制，适用范围更广，以及由于是使电池直接连接到电压采集电路单元，无需再换算，还具有采集精度高的优点，便于实际应用和推广。

以上所描述的多个实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种基于MOS管选通矩阵的电池组电压采集电路，其特征在于，包括：晶体管选通矩阵、电压采集电路单元和控制电路单元；

所述晶体管选通矩阵包括有第一晶体管选通电路单元、第二晶体管选通电路单元、第三晶体管选通电路单元、第四晶体管选通电路单元和n+1个并排设置的第五晶体管选通电路单元，其中，按照从首至尾顺序处于排序首位的第五晶体管选通电路单元的选通第一端用于电连接串联电池组的总负极，按照从首至尾顺序处于排序其它位的第五晶体管选通电路单元的选通第一端用于依次地且一一对应地电连接所述串联电池组中各个电池的正极，按照从首至尾顺序处于排序奇数位的第五晶体管选通电路单元的选通第二端分别电连接所述第一晶体管选通电路单元的选通第一端和所述第二晶体管选通电路单元的选通第一端，按照从首至尾顺序处于排序偶数位的第五晶体管选通电路单元的选通第二端分别电连接所述第三晶体管选通电路单元的选通第一端和所述第四晶体管选通电路单元的选通第一端，所述第一晶体管选通电路单元的选通第二端和所述第三晶体管选通电路单元的选通第二端分别电连接所述电压采集电路单元的正极输入端，所述第二晶体管选通电路单元的选通第二端和所述第四晶体管选通电路单元的选通第二端分别电连接所述电压采集电路单元的负极输入端，n为正整数；

所述电压采集电路单元的输出端电连接所述控制电路单元的输入端，所述控制电路单元的输出端分别电连接所述第一晶体管选通电路单元的受控端、所述第二晶体管选通电路单元的受控端、所述第三晶体管选通电路单元的受控端、所述第四晶体管选通电路单元的受控端和所述第五晶体管选通电路单元的受控端。

2.如权利要求1所述的电池组电压采集电路，其特征在于：所述电压采集电路单元包括有前置电路子单元和模数转换电路子单元，其中，所述前置电路子单元的正极输入端作为所述电压采集电路单元的正极输入端，所述前置电路子单元的负极输入端作为所述电压采集电路单元的负极输入端，所述模数转换电路子单元的输出端作为所述电压采集电路单元的输出端；

所述前置电路子单元的输出端电连接所述模数转换电路子单元的输入端，所述前置电路子单元的受控端电连接所述控制电路单元的输出端，所述前置电路子单元用于在所述控制电路单元的控制下，对输入的电压模拟信号进行滤波和/或幅度调整处理；

所述模数转换电路子单元的受控端电连接所述控制电路单元的输出端，所述模数转换电路子单元用于在所述控制电路单元的控制下，对输入的电压模拟信号进行模数转换处理，得到电池电压数值。

3.如权利要求1所述的电池组电压采集电路，其特征在于：所述控制电路单元包括微控制器、存储器、时钟源、对外数据接口、对外控制接口和通信模块，其中，所述对外数据接口作为所述控制电路单元的输入端，所述对外控制接口作为所述控制电路单元的输出端；

所述微控制器分别电连接所述存储器、所述时钟源、所述对外数据接口、所述对外控制接口和所述通信模块。

4.如权利要求3所述的电池组电压采集电路，其特征在于：所述通信模块包括有蓝牙通信模块、WiFi通信模块、NB-IoT通信模块和/或GPRS通信模块。

5.如权利要求1所述的电池组电压采集电路，其特征在于：所述第一晶体管选通电路单元、所述第二晶体管选通电路单元、所述第三晶体管选通电路单元、所述第四晶体管选通电路单元或所述第五晶体管选通电路单元采用基于场效应晶体管的晶体管选通电路。

6.如权利要求5所述的电池组电压采集电路，其特征在于：所述晶体管选通电路包括有第一场效应晶体管(MOS1)、第二场效应晶体管(MOS2)和第一电阻(R1)；

所述第一场效应晶体管(MOS1)的漏极作为对应晶体管选通电路单元的选通第一端，所述第一场效应晶体管(MOS1)的源极分别电连接所述第二场效应晶体管(MOS2)的源极和所述第一电阻(R1)的第一端，所述第二场效应晶体管(MOS2)的漏极作为对应晶体管选通电路单元的选通第二端；

所述第一场效应晶体管(MOS1)的栅极、所述第二场效应晶体管(MOS2)的栅极和所述第一电阻(R1)的第二端分别电连接所述控制电路单元的输出端。

7.如权利要求1所述的电池组电压采集电路，其特征在于：还包括隔离电源，其中，所述隔离电源包括有通过耦合结构实现相互隔离的电源输入电路单元和电源输出电路单元；

所述电源输入电路单元的输入端(V_BAT)用于电连接所述串联电池组的总正极，所述电源输出电路单元的第一输出端(A_VCC)电连接所述电压采集电路单元的供电端，所述电源输出电路单元的第二输出端(D_VCC)电连接所述控制电路单元的供电端。

8.一种如权利要求1～7任意一项所述基于MOS管选通矩阵的电池组电压采集电路的工作方法，其特征在于，在串联电池组的总负极电连接按照从首至尾顺序处于排序首位的第五晶体管选通电路单元的选通第一端且所述串联电池组中各个电池的正极依次地且一一对应地电连接按照从首至尾顺序处于排序其它位的第五晶体管选通电路单元的选通第一端后，包括有如下步骤：

S101.针对所述串联电池组中按照从首至尾顺序处于排序N位的电池：若N为奇数，则执行步骤S102，而若N为偶数，则执行步骤S103，其中，N为介于1～n之间的正整数；

S102.由控制电路单元控制选通按照从首至尾顺序处于排序N位的第五晶体管选通电路单元、按照从首至尾顺序处于排序N+1位的第五晶体管选通电路单元、第二晶体管选通电路单元和第三晶体管选通电路单元，并控制截止其它的晶体管选通电路单元，使所述串联电池组中处于排序N位的电池的电压模拟信号输入电压采集电路单元，然后执行步骤S104；

S103.由控制电路单元控制选通按照从首至尾顺序处于排序N位的第五晶体管选通电路单元、按照从首至尾顺序处于排序N+1位的第五晶体管选通电路单元、第一晶体管选通电路单元和第二晶体管选通电路单元，并控制截止其它的晶体管选通电路单元，使所述串联电池组中处于排序N位的电池的电压模拟信号输入电压采集电路单元，然后执行步骤S104；

S104.由电压采集电路单元对输入的电压模拟信号进行模数转换处理，得到电池电压数值，然后将所述电池电压数值传送至控制电路单元，执行步骤S105；

S105.由控制电路单元保存所述电池电压数值，若未采集完所述串联电池组中所有电池的电池电压数值，则针对所述串联电池组中处于排序下一位的电池，返回执行步骤S101，否则终止采集。

9.如权利要求8所述的工作方法，其特征在于，当所述电压采集电路单元包括有前置电路子单元时，则在所述步骤S104中且进行模数转换处理前，由控制电路单元控制所述前置电路子单元，对输入的电压模拟信号进行滤波和/或幅度调整处理。

10.如权利要求8所述的工作方法，其特征在于，当所述控制电路单元包括有通信模块时，则在所述步骤S105中且终止采集后，通过所述通信模块将所述串联电池组的电池信息数据传送至外部设备进行显示，其中，所述电池信息数据包含有各个电池的电池电压数值。

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