CN111596247A - 一种电压检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电压检测电路及方法，该电路包括检测电路本体，检测电路本体的第一输入端用于采集待检测的电压，还包括基准电压源和处理器模块；基准电压源的第一输出端连接检测电路本体的第二输入端，基准电压源的第二输出端连接处理器模块的第一输入端；处理器模块的第二输入端连接电压检测本体的输出端，用于：接收电测电路本体发送过来的待检测的电压的采样值和基准电压的采样值，计算基准电压的采样值与基准电压的差值，并根据差值对待检测的电压的采样值进行修正。本发明可以减小由于检测电路本体自身原因导致的电压检测误差，有效提高了检测电路的检测精度。

Description

一种电压检测电路及方法

技术领域

本发明涉及一种电压检测电路及方法，属于电压测量技术领域。

背景技术

随着社会的发展，电动车、燃料电池汽车、混合动力汽车等车辆都需要用到高容量蓄电池。通常，高容量蓄电池都是由多个电池单体串联构成，在蓄电池充电或者放电的过程中，需要保证各个电池单体之间的电压均衡。因此，为了了解每个电池单体的电压状况，需要采用电压检测电路对每个电池单体的电压进行检测和监控。

目前，传统的电压检测电路的电路图如图1所示，包括依次连接的开关模块、运放采样模块、信号滤波处理模块以及处理器模块。当需要对电池单体的电压进行测量时，则控制开关模块中的对应开关闭合，运放采样模块通过该对应开关对电池单体的电压进行采样，并将采样值进行运算放大后发送给信号滤波处理模块，并经过信号滤波处理模块的滤波和信号转换处理后发送给处理器模块。

但是，当电压检测电路的使用时间较久时，检测电路的内部运放采样模块由于器件老化、松动等情况，就会出现电压采集异常或者采样结果不准的现象，进而导致整个检测电路的检测精度降低，电池单体电压检测结果不准确。目前的电池单体检测电路的故障检测多检测电路的外部采集线路是否异常，而对检测电路的内部是否异常或者检测准确性并未涉及。

发明内容

本发明的目的是提供一种电压检测电路及方法，用于解决由于检测电路内部的采集模块异常导致电压检测结果不准确的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了电压检测电路，包括检测电路本体，所述检测电路本体的第一输入端用于采集待检测的电压，还包括基准电压源和处理器模块；

所述基准电压源的第一输出端连接检测电路本体的第二输入端，所述基准电压源的第二输出端连接所述处理器模块的第一输入端；

所述处理器模块的第二输入端连接所述电压检测本体的输出端，用于：接收电测电路本体发送过来的待检测的电压的采样值和基准电压的采样值，计算基准电压的采样值与所述基准电压的差值，并根据所述差值对待检测的电压的采样值进行修正。

本发明的有益效果是：将基准电压源输出的基准电压发送给检测电路本体，检测电路本体对该基准电压进行采样，并将最终的采样值发送给处理器模块，处理器模块计算基准电压的采样值与该基准电压的差值。在对待检测电压的实际检测过程中，根据计算出来的差值对检测电路本体检测出来的待检测电压的实际电压采样值进行修正，以减小由于检测电路本体自身原因导致的电压检测误差，有效提高了检测电路的检测精度。

进一步的，当待检测电压的电压采样值异常时，为了对故障来源进行判断，所述检测电路本体的第一输入端通过第一开关模块采集待检测的电压，所述基准电压源的第三输出端通过第二开关模块连接检测电路本体的第一输入端。

进一步的，为了可选择地对不同的待检测的电压进行检测，所述第一开关模块和第二开关模块均包括至少一条开关支路。

进一步的，为了实现对第二开关模块中开关的自动控制，所述处理器模块控制连接所述第二开关模块，用于：当待检测的电压的采样值异常时，控制闭合第二开关模块，并根据检测电路本体采集到的基准电压的采样值的异常情况，判定故障来源。

进一步的，为了对待检测的电压进行检测，所述检测电路本体包括运放采样模块和信号处理模块；所述运放采样模块的第一输入端用于采集待检测的电压，所述运放采样模块的第二输入端连接所述基准电压源的第一输出端，所述运放采样模块的输出端连接所述信号处理模块的输入端，所述信号处理模块的输出端连接所述处理器模块的第二输入端。

进一步的，所述处理器模块包括MCU。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电压检测方法，步骤如下：

采用检测电路本体对基准电压进行检测，得到所述基准电压的采样值，并计算所述基准电压和所述基准电压的采样值的差值；

采用所述检测电路本体对待检测的电压进行检测，得到待检测的电压的采样值；

根据计算出来的所述差值，对所述待检测的电压的采样值进行修正。

本发明的有益效果是：在对待检测的电压进行检测前，先采用检测电路本体对基准电压进行采样，计算基准电压的采样值与该基准电压的差值，得到检测电路本体的检测误差，在后续对待检测电压的实际检测过程中，根据计算出来的差值对检测电路本体检测出来的待检测电压的实际电压采样值进行修正，以减小由于检测电路本体的电压检测误差，有效提高了检测电路的检测精度。

进一步的，当待检测电压的电压采样值异常时，为了对故障来源进行判断，还包括：

当待检测的电压的采样值异常时，采用所述检测电路本体对基准电压进行采样，得到基准电压的采样值；

根据检测电路本体采集到的基准电压的采样值的异常情况，判定故障来源。

附图说明

图1是现有技术的电压检测电路的结构图；

图2是本发明的电压检测电路的结构图。

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，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

电压检测电路实施例：

本实施例提供了一种电压检测电路，其对应的结构图如图2所示，包括基准电压输出模块(基准电压源)、第一开关模块、第二开关模块、运放采样模块、信号处理模块以及处理器模块。

其中，第一开关模块的一端用于连接电池各个单体，另一端连接运放采样模块的第一输入端，运放采样模块的输出端连接信号处理模块的输入端，信号处理模块的输出端连接处理器模块。这里的第一开关模块是由多条采样开关支路构成的，每个采样开关支路中串设有一个采样选通开关，采样开关支路的数目M可以根据待检测的电池的单体数目N来确定，需保证M≥N+1。第一开关模块、运放采样模块和信号处理模块构成了检测电路本体，用于对电池中的各个单体电压进行检测，电池单体电压的检测过程为：第一开关模块进行电池单体切换来分别读取电压数据，经过运放采样模块处理得到合适电压，再经过信号处理模块进行滤波处理和数字隔离转换，并将最终获取的单体电压数据发送给处理器模块读取。由于该检测电路本体的具体结构以及工作原理属于现有技术，此处不再赘述。

基准电压输出模块的第一输出端连接运放采样模块的第二输入端，用于向检测电路本体输出基准电压，以供检测电路本体检测。这里的运放采样模块的第二输入端可以是运放采样模块的第一输入端中的一个输入端口，也可以是运放采样模块的另外一个输入端口。处理器模块的第一输入端连接基准电压输出模块的第二输出端，用于接收基准电压输出模块发送的基准电压。处理器模块的第二输入端连接检测电路本体的输出端，用于接收检测电路本体发送的基准电压对应的实际采样值。处理器模块根据接收到的基准电压以及该基准电压对应的实际采样值，计算该基准电压和对应的实际采样值的差值，并根据该差值对电池单体的电压采样值进行修正。这里的电池单体的电压采样值是指在电池单体的实际电压检测过程中，检测电路本体发送给处理器模块的电池单体的采样值。

第二开关模块的一端连接基准电压输出模块的第三输出端，第二开关模块的另一端连接运放采样模块的第一输入端。这里的基准电压输出模块的第三输出端与基准电压输出模块的第一输出端可以是同一个输出端，也可以是另外设置的一个输出端。第二开关模块由多条检测开关支路构成的，在每个检测开关支路中，均串设有一个检测选通开关，控制器模块控制连接这些检测选通开关，以实现检测选通开关的自动控制。当然，第二开关模块中的开关也可以是手动开关，此时可以通过人工进行控制。检测开关支路的数目L也是根据待检测的电池的单体数目N来决定的，有L≥N+1。如图2所示，一条检测开关支路对应第一开关模块中的一条采样开关支路，两条开关支路的一端均连接运放采样模块的第一输入端中的一个输入端口。

设置第二开关模块的目的是：当检测电路本体采集到的某一电池单体的电压采样值发生异常时，对检测电路本体中的第一开关模块中对应的开关是否损坏进行检测。这是因为，检测电路本体中的第一开关模块使用的开关是光耦开关，或者是分立元器件搭建的开关电路，由于其经常处于开关切换状态，虽然理论上器件的寿命比较长，但是也会存在损坏的情况。因此，当检测电路本体采集到的某一电池单体的电压采样值发生异常时，有可能是由于第一开关模块中的开关异常引起的，这时就需要对检测电路本体中的第一开关模块中的开关是否损坏进行检测。

需要说明的是，在上述的电压检测电路中，设置第二开关模块的作用是对第一开关模块中的采样选通开关的状态进行检测，作为其他的实施方式，当不需要对第一开关模块中的采样选通开关的状态进行检测时，也可以不设置该第二开关模块。检测电路本体的作用是对电池单体的电压进行检测，在实现这一功能的情况下，作为其他的实施方式，该检测电路本体也可以采用现有技术中的其他结构。例如，该检测电路本体可以不包括第一开关模块，此时检测电路本体的运放采样模块的第一直接连接电池单体，当然，此时也无需再设置第二开关模块。处理器模块的作用是接收数据，对数据进行简单的处理判断，并可以对第二开关模块中的检测选通开关进行控制，在实现这一功能的情况下，这里的处理器模块可以是由MCU和存储器组成的硬件设备。并且，该处理器模块可以是专门设置的，或者是当检测电路本体本身包括处理设备时，该处理器模块由检测电路本体本身的处理设备来实现。

另外，上述的电压检测电路的结构是以检测各个电池单体的电压为例进行说明的，但是该电压检测电路并不局限于仅对电池单体的电压进行检测。作为其他的实施方式，该电压检测电路可以对任意一个用电设备的电压进行检测，或者是对电池的多个串联单体电压进行检测，此时第一开关模块和第二开关模块中的开关支路的数目需要根据待检测的电压的数目来确定，例如，当仅需要对一个电压值进行检测时，第一开关模块和第二开关模块中可以仅包括一个开关支路，而当需要对两个电压值进行检测时，第一开关模块和第二开关模块中可以仅包括两个开关支路。

具体的，当对电池单体的电压进行检测时，上述电压检测电路的工作过程如下：

(1)在进行实际电池单体电压测量之前，基准电压输出模块向检测电路本体发送一个基准电压，检测电路本体中的运放采样模块对该基准电压进行采样放大，并将采样放大后的采样值发送给信号处理模块。该信号处理模块对接收到的采样值进行滤波、信号转换等处理后，发送给处理器模块，计算得到输入电压值记为A。同时，基准电压输出模块也会将该基准电压发送给处理器模块的AD引脚。处理器模块的AD引脚直接读取该基准电压值，电压值记为B。以B值为基准(当然B值与基准电压理论值应相同，或者有误差，该误差可根据实际情况进行算法修正)，则可知，运放电路引起的误差为A-B。由此在后续的每次采样中，处理器模块对输入电压值减去该误差值，能够很好的提高电池电压采集精度。另外，可以添加温度采集电路，实时进行温度检测，在不同温度下对运放的误差进行检测，并及时修正，该方法可以实现在不同温度下对精度的保证。

(2)在实际电池单体的电压测量过程中，如果发现某一节电池单体的电压有异常，则断开第一开关模块中的该异常电池单体对应的采集选通开关，闭合第二开关模块中对应的检测选通开关。检测电路本体对基准电压输出模块输出的基准电压进行检测，根据基准电压的采样值，可以对故障来源进行判定。

在故障来源判定时，由于基准电压输出模块输出的基准电压基本不会变化，同时结合初次的校准，在正常的情况下，该基准电压的采样值其实可认为是一个恒定值，能够更好的判断采集状况，从而可判断出是电池单体、第一开关模块中的采集选通开关出现故障，还是后面的运放采样模块、信号处理模块以及处理器模块出现故障，进而进行相关的故障保护，保障电池的安全运行。例如，当基准电压的采样值正常时，则判定该检测电路本体的第一开关模块中的采样选通开关或者电池单体异常；否则，可判定后面的运放采样模块、信号处理模块以及处理器模块出现异常(默认第二开关模块中的检测选通开关和基准电压输出模块正常)。

基于上述的电压检测电路，本实施例还提供了一种电压检测方法，步骤包括：

采用检测电路本体对基准电压进行检测，得到基准电压的采样值，并计算基准电压和所述基准电压的采样值的差值；采用检测电路本体对待检测的电压进行检测，得到待检测的电压的采样值；根据计算出来的所述差值，对待检测的电压的采样值进行修正。

另外，当待检测的电压的采样值异常时，采用检测电路本体对基准电压进行采样，得到基准电压的采样值；根据检测电路本体采集到的基准电压的采样值的异常情况，判定故障来源。

由于该电压检测方法已经在上述的电压检测电路的工作过程中进行了详细介绍，此处不再赘述。

电池单体电压检测方法实施例：

本实施例提供了一种电池单体电压检测方法，由于该电池单体电压检测方法已经在上述的电压检测电路实施例中进行了详细介绍，此处不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电压检测电路，包括检测电路本体，所述检测电路本体的第一输入端用于采集待检测的电压，其特征在于，还包括基准电压源和处理器模块；

所述基准电压源的第一输出端连接检测电路本体的第二输入端，所述基准电压源的第二输出端连接所述处理器模块的第一输入端；

所述处理器模块的第二输入端连接所述电压检测本体的输出端，用于：接收电测电路本体发送过来的待检测的电压的采样值和基准电压的采样值，计算基准电压的采样值与所述基准电压的差值，并根据所述差值对待检测的电压的采样值进行修正。

2.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述检测电路本体的第一输入端通过第一开关模块采集待检测的电压，所述基准电压源的第三输出端通过第二开关模块连接检测电路本体的第一输入端。

3.根据权利要求2所述的电压检测电路，其特征在于，所述第一开关模块和第二开关模块均包括至少一条开关支路。

4.根据权利要求2或3所述的电压检测电路，其特征在于，所述处理器模块控制连接所述第二开关模块，用于：当待检测的电压的采样值异常时，控制闭合第二开关模块，并根据检测电路本体采集到的基准电压的采样值的异常情况，判定故障来源。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的电压检测电路，其特征在于，所述检测电路本体包括运放采样模块和信号处理模块；所述运放采样模块的第一输入端用于采集待检测的电压，所述运放采样模块的第二输入端连接所述基准电压源的第一输出端，所述运放采样模块的输出端连接所述信号处理模块的输入端，所述信号处理模块的输出端连接所述处理器模块的第二输入端。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的电压检测电路，其特征在于，所述处理器模块包括MCU。

7.一种电压检测方法，其特征在于，步骤如下：

采用检测电路本体对基准电压进行检测，得到所述基准电压的采样值，并计算所述基准电压和所述基准电压的采样值的差值；

采用所述检测电路本体对待检测的电压进行检测，得到待检测的电压的采样值；

根据计算出来的所述差值，对所述待检测的电压的采样值进行修正。

8.根据权利要求7所述的电压检测方法，其特征在于，还包括：

当待检测的电压的采样值异常时，采用所述检测电路本体对基准电压进行采样，得到基准电压的采样值；

根据检测电路本体采集到的基准电压的采样值的异常情况，判定故障来源。

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