CN111707949B - 电压检测装置及电压检测方法 - Google Patents

电压检测装置及电压检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于汽车电瓶电压检测的电压检测装置包括：控制器其第一通用输入输出端用于控制第一开关通断，其第二通用输入输出端用于控制第二开关通断，其模数转换端用于采集第二电气节点电压；保护防反电路其第一端连接第一电气节点，其第二端通过第一电阻连接第二电气节点；第一开关其与第二电阻串联在第二电气节点和第三电气节点之间；第二开关其与第三电阻串联在第二电气节点和第三电气节点之间；其中，第二电阻阻值不等于第三电阻阻值。本发明还公开了一种用于汽车电瓶电压检测的电压检测方法。本发明的电压检测装置和电压检测方法能避免温漂现象对车辆电瓶电压检测产生影响，能准确检测汽车电瓶电压。

Description

电压检测装置及电压检测方法
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种其用于汽车电瓶电压检测的电压检测装置。本发明还涉及一种利用所述电压检测装置用于汽车电瓶电压检测的电压检测方法。
背景技术
汽车电瓶，也叫蓄电池，是电池的一种，它的工作原理就是把化学能转化为电能。汽车电瓶主要用于车辆启动、车辆照明、车载电子设备以及车载辅助设备等供电。
参考汽车电子的标准可知从汽车电瓶取电的汽车电子设备要承受不同电压等级的瞬态高压。例如在ISO7637-2标准(Road vehicles-Electrical disturbancesfromconduction and coupling)中规定在抛负载情况下需要承受一百伏以上的瞬态高压。而一般芯片的ADC只能承受几个伏特的电压，否则会导致芯片ADC电路永久损坏。
因此，对汽车电瓶电压的检测电路，必须加保护电路，以隔离汽车电瓶上的高压和芯片的ADC。一般保护电路采用能够承受更高电压的晶体管或MOS管组成。此外，所采用的检测电路还要具有防反接功能，以抵御来自汽车供电网络上的其他部件带来的负压或常见的反极性电压。一般防反接电路由二极管或MOS管组成。上述，在汽车电瓶检测电路中采用的二极管、晶体管和MOS管都会随着温度的变化，发生阻抗特性的漂移，即温漂。这种温漂会引起汽车电瓶电压检测电路检测精度下降。
汽车电子的工作状态管理、能效管理，以及汽车电池的充放电管理、健康管理，都依耐于汽车电瓶的电压检测，因此提高汽车电瓶电压检测的精度和可靠性至关重要。提高汽车电瓶电压检测的精度必须突破温漂问题带来的技术瓶颈。在现有汽车电瓶电压检测技术中未发现针对此问题的改进方案。
图1是现有技术中的汽车电瓶电压检测装置的等效电路。该装置中的R1、R2分别代表具有确定阻值的固定电阻，它们的阻值可以根据被检测汽车电瓶电压的大小来调配。装置中的Rw是保护电路及防反接电路的等效阻抗。该装置中的控制器具有内部ADC功能，可以采样电气节点B的电压。该装置中的电气节点C点是该装置的参考地。假设汽车电瓶的电压为VA，控制器内部ADC检测到B点处的电压为VB，根据伏特定律，可推出如下公式：
VA＝(R1+R2+RW)VB/R2 公式(1)
由于公式1中的Rw是保护电路及防反接电路的等效阻抗，它们存在上述的温漂问题，通常取Rw的经验值来并运用公式(1)推导被检测汽车电瓶的电压VA。但是随着汽车内环境温度的变化，这种汽车电瓶电压检测装置的精度偏差很大，已经不能适应很多汽车电子电源管理特殊场合的应用。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明要解决的技术问题是提供一种能避免温漂现象对车辆电瓶电压检测产生影响，能准确检测汽车电瓶电压的电压检测装置。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种利用所述电压检测装置能准确检测汽车电瓶电压的电压检测方法。
为解决上述技术问题，本发明提供用于汽车电瓶电压检测的电压检测装置，包括：
控制器，其第一通用输入输出端GPIO1用于控制第一开关SW1通断，其第二通用输入输出端GPIO2用于控制第二开关SW2通断，其模数转换端用于采集第二电气节点B电压；
可选择的，所述控制器包括但不限于单片机、CPU或其他具有GPIO输出功能的芯片或设备组成；
保护防反电路RW，其第一端连接第一电气节点A，其第二端通过第一电阻R1连接第二电气节点B；
第一开关SW1，其与第二电阻R2串联在第二电气节点B和第三电气节点C之间；
可选择的，第一开关SW1可采用现有技术中一切具有开关功能并能被通用输入输出信号控制的器件、电路或设备，例如NMOS；
第二开关SW2，其与第三电阻R3串联在第二电气节点B和第三电气节点C之间；
可选择的，第一开关SW1可采用现有技术中一切具有开关功能并能被通用输入输出信号控制的器件、电路或设备，例如NMOS；
其中，第二电阻R2阻值不等于第三电阻R3阻值，第一电气节点A用于连接汽车电瓶的正极，第二电气节点B位于第一端电阻R1和第一开关SW1之间，第三电气节点C用于连接汽车电瓶的负极。
可选择的，所述保护防反电路RW包括：
二极管D1，其阳极连接第一电气节点A，其阴极连接第一三极管Q1发射极；
第四电阻R4，其连接在第一三极管Q1发射极和基极之间；
第一三极管Q1，其集电极连接第一电阻R1，其基极通过第五电阻R5连接第二三极管Q2集电极；
第二三极管Q2，其基极通过第六电阻R6连接使能控制输入端EN，其发射极连接第三电气节点C；
第七电阻R7，其连接在第二三极管Q2基极和发射极之间。
可选择的，第一电阻R1阻值范围为10K欧姆-100K欧姆，优选为11K欧姆、21K欧姆、31K欧姆、41K欧姆、51K欧姆、61K欧姆、71K欧姆、81K欧姆、91K欧姆或100K欧姆。
可选择的，第二电阻R2阻值范围为1K欧姆-20K欧姆，优选为1K欧姆、2K欧姆、3K欧姆、4K欧姆、5K欧姆、6K欧姆、7K欧姆、8K欧姆、9K欧姆或10K欧姆。
可选择的，第三电阻R3阻值范围为1K欧姆-20K欧姆，优选为1K欧姆、2K欧姆、3K欧姆、4K欧姆、5K欧姆、6K欧姆、7K欧姆、8K欧姆、9K欧姆、10K欧姆、11K欧姆、12K欧姆、13K欧姆、14K欧姆、15K欧姆、16K欧姆、17K欧姆、18K欧姆、19K欧姆或20K欧姆；
可选择的，第四电阻R4阻值范围为10K欧姆-100K欧姆，优选为17K欧姆、27K欧姆、37K欧姆、47K欧姆、57K欧姆、67K欧姆、77K欧姆、87K欧姆、97K欧姆或100K欧姆；
可选择的，第五电阻R5阻值范围为1K欧姆-10K欧姆，优选为1.7K欧姆、2.7K欧姆、3.7K欧姆、4.7K欧姆、5.7K欧姆、6.7K欧姆、7.7K欧姆、8.7K欧姆、9.7K欧姆或10K欧姆；
可选择的，第六电阻R6阻值范围为1K欧姆-10K欧姆，优选为1.7K欧姆、2.7K欧姆、3.7K欧姆、4.7K欧姆、5.7K欧姆、6.7K欧姆、7.7K欧姆、8.7K欧姆、9.7K欧姆或10K欧姆；
可选择的，第七电阻R6阻值范围为10K欧姆-100K欧姆，优选为17K欧姆、27K欧姆、37K欧姆、47K欧姆、57K欧姆、67K欧姆、77K欧姆、87K欧姆、97K欧姆或100K欧姆；
本发明提供一种利用上述任意一项电压检测装置实现的电压检测方法，包括以下步骤：
S1，使第一开关SW1闭合，第二开关SW2断开；
S2，采集第二电气节点B电压记录为V1；
I1＝(Vx-V1)/(RW+R1)＝V1/R2 公式(2)；
其中，I1是当前状态第一电阻R1电流值，Vx是被检测汽车电瓶电压值，RW是保护防反电路等效电阻值，R1是第一电阻R1电阻值，R2是第二电阻R2电阻值；
S3，使第一开关SW1断开，第二开关SW2闭合；
S4，再次采集第二电气节点B电压记录为V2；
则I2＝(Vx-V2)/(RW+R1)＝V2/R3 公式(3)；
其中，I2是当前状态第一电阻R1电流值，R3是第三电阻R3电阻值；
S5，联合公式(2)和公式(3)，得
Vx＝V1*V2(R2-R3)/(V2R2-V1R3) 公式(4)。
由公式(4)可知，本发明提供的汽车电瓶电压检测装置和检测方法得到的汽车电瓶电压检测值Vx与保护防反接电路的等效阻抗RW无关，即该电压检测装置和电压检测方法不受保护防反接电路等效阻抗影响，因此成功规避了现有汽车电瓶电压检测技术中的温漂问题。经理论和实践验证，通过应用本发明可以规避由于保护电路和防反接电路引起的温漂问题，实现具有更高精度和更宽温度范围适应性的汽车电瓶电压检测。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是一种现有电压检测装置结构示意图。
图2是本发明电压检测装置第一实施例结构示意图。
图3是本发明电压检测装置第二实施例结构示意图。
图4是本发明电压检测方法流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。
应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。
如图2所示，本发明提供用于汽车电瓶电压检测的电压检测装置第一实施例包括，包括：
控制器，其第一通用输入输出端GPIO1用于控制第一开关SW1通断，其第二通用输入输出端GPIO2用于控制第二开关SW2通断，其模数转换端用于采集第二电气节点B电压；
可选择的，所述控制器包括但不限于单片机、CPU或其他具有GPIO输出功能的芯片或设备组成；
保护防反电路RW，其第一端连接第一电气节点A，其第二端通过第一电阻R1连接第二电气节点B；
第一开关SW1，其与第二电阻R2串联在第二电气节点B和第三电气节点C之间；
可选择的，第一开关SW1可采用现有技术中一切具有开关功能并能被通用输入输出信号控制的器件、电路或设备，例如NMOS；
第二开关SW2，其与第三电阻R3串联在第二电气节点B和第三电气节点C之间；
可选择的，第一开关SW1可采用现有技术中一切具有开关功能并能被通用输入输出信号控制的器件、电路或设备，例如NMOS；
其中，第二电阻R2阻值不等于第三电阻R3阻值，第一电气节点A用于连接汽车电瓶的正极，第二电气节点B位于第一端电阻R1和第一开关SW1之间，第三电气节点C用于连接汽车电瓶的负极。
利用该电压检测装置第一实施例能采集第一开关SW1闭合且第二开关SW2断开状态下第二电气节点B电压V1；以及，第一开关SW1断开且第二开关SW2闭合状态下第二电气节点B电压V2，通过V1和V2计算获得电瓶电压检测值Vx能不受保护防反接电路等效阻抗RW温漂效应的影响，因此通过应用本发明电压检测装置可以规避由于保护电路和防反接电路引起的温漂问题，实现具有更高精度和更宽温度范围适应性的汽车电瓶电压检测。
如图3所示，本发明提供用于汽车电瓶电压检测的电压检测装置第一实施例包括，包括：
控制器，其第一通用输入输出端GPIO1用于控制第一开关SW1通断，其第二通用输入输出端GPIO2用于控制第二开关SW2通断，其模数转换端用于采集第二电气节点B电压；
二极管D1，其阳极连接第一电气节点A，其阴极连接第一三极管Q1发射极；
第四电阻R4，其连接在第一三极管Q1发射极和基极之间；
第一三极管Q1，其集电极通过第一电阻R1连接第二电气节点B，其基极通过第五电阻R5连接第二三极管Q2集电极；
第二电气节点B连接并联的第一开关SW1和第二开关SW2的一端，第一开关SW1另一端通过第二电阻R2连接第三电气节点C，第二开关SW2另一端通过第三电阻R3连接第三电气节点C；
第二三极管Q2，其基极通过第六电阻R6连接使能控制输入端EN，其发射极连接第三电气节点C；
第七电阻R7，其连接在第二三极管Q2基极和发射极之间。
其中，第二电阻R2阻值不等于第三电阻R3阻值，第一电气节点A用于连接汽车电瓶的正极，第二电气节点B位于第一端电阻R1和第一开关SW1之间，第三电气节点C用于连接汽车电瓶的负极。
可选择的，第一电阻R1阻值范围为10K欧姆-100K欧姆，优选为11K欧姆、21K欧姆、31K欧姆、41K欧姆、51K欧姆、61K欧姆、71K欧姆、81K欧姆、91K欧姆或100K欧姆。
第二电阻R2阻值范围为1K欧姆-20K欧姆，优选为1K欧姆、2K欧姆、3K欧姆、4K欧姆、5K欧姆、6K欧姆、7K欧姆、8K欧姆、9K欧姆或10K欧姆。
第三电阻R3阻值范围为1K欧姆-20K欧姆，优选为1K欧姆、2K欧姆、3K欧姆、4K欧姆、5K欧姆、6K欧姆、7K欧姆、8K欧姆、9K欧姆、10K欧姆、11K欧姆、12K欧姆、13K欧姆、14K欧姆、15K欧姆、16K欧姆、17K欧姆、18K欧姆、19K欧姆或20K欧姆；
第四电阻R4阻值范围为10K欧姆-100K欧姆，优选为17K欧姆、27K欧姆、37K欧姆、47K欧姆、57K欧姆、67K欧姆、77K欧姆、87K欧姆、97K欧姆或100K欧姆；
第五电阻R5阻值范围为1K欧姆-10K欧姆，优选为1.7K欧姆、2.7K欧姆、3.7K欧姆、4.7K欧姆、5.7K欧姆、6.7K欧姆、7.7K欧姆、8.7K欧姆、9.7K欧姆或10K欧姆；
第六电阻R6阻值范围为1K欧姆-10K欧姆，优选为1.7K欧姆、2.7K欧姆、3.7K欧姆、4.7K欧姆、5.7K欧姆、6.7K欧姆、7.7K欧姆、8.7K欧姆、9.7K欧姆或10K欧姆；
第七电阻R6阻值范围为10K欧姆-100K欧姆，优选为17K欧姆、27K欧姆、37K欧姆、47K欧姆、57K欧姆、67K欧姆、77K欧姆、87K欧姆、97K欧姆或100K欧姆；
如图4所示，本发明提供一种利用上述任意一项电压检测装置实现的电压检测方法第一实施例，包括以下步骤：
S1，使第一开关SW1闭合，第二开关SW2断开；
S2，采集第二电气节点B电压记录为V1；
I1＝(Vx-V1)/(RW+R1)＝V1/R2 公式(2)；
其中，I1是当前状态第一电阻R1电流值，Vx是被检测汽车电瓶电压值，RW是保护防反电路等效电阻值，R1是第一电阻R1电阻值，R2是第二电阻R2电阻值；
S3，使第一开关SW1断开，第二开关SW2闭合；
S4，再次采集第二电气节点B电压记录为V2；
则I2＝(Vx-V2)/(RW+R1)＝V2/R3 公式(3)；
其中，I2是当前状态第一电阻R1电流值，R3是第三电阻R3电阻值；
S5，联合公式(2)和公式(3)，得
Vx＝V1*V2(R2-R3)/(V2R2-V1R3) 公式(4)。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电压检测装置，其用于汽车电瓶电压检测，其特征在于，包括：
控制器，其第一通用输入输出端(GPIO1)用于控制第一开关(SW1)通断，其第二通用输入输出端(GPIO2)用于控制第二开关(SW2)通断，其模数转换端用于采集第二电气节点(B)电压；
保护防反电路(RW)，其第一端连接第一电气节点(A)，其第二端通过第一电阻(R1)连接第二电气节点(B)，包括：
二极管(D1)，其阳极连接第一电气节点(A)，其阴极连接第一三极管(Q1)发射极；
第四电阻(R4)，其连接在第一三极管(Q1)发射极和基极之间；
第一三极管(Q1)，其集电极连接第一电阻(R1)，其基极通过第五电阻(R5)连接第二三极管(Q2)集电极；
第二三极管(Q2)，其基极通过第六电阻(R6)连接使能控制输入端(EN)，其发射极连接第三电气节点(C)；
第七电阻(R7)，其连接在第二三极管(Q2)基极和发射极之间；
第一开关(SW1)，其与第二电阻(R2)串联在第二电气节点(B)和第三电气节点(C)之间；
第二开关(SW2)，其与第三电阻(R3)串联在第二电气节点(B)和第三电气节点(C)之间；
其中，第二电阻(R2)阻值不等于第三电阻(R3)阻值，第一电气节点(A)用于连接汽车电瓶的正极，第二电气节点(B)位于第一电阻(R1)和第一开关(SW1)之间，第三电气节点(C)用于连接汽车电瓶的负极。
2.如权利要求1所述的电压检测装置，其特征在于：第一开关(SW1)和第二开关(SW2)是NMOS，控制器是单片机或CPU。
3.如权利要求2所述的电压检测装置，其特征在于：第一电阻(R1)阻值范围为10K欧姆-100K欧姆，第二电阻(R2)阻值范围为1K欧姆-20K欧姆，第三电阻(R3)阻值范围为1K欧姆-20K欧姆，第四电阻(R4)阻值范围为10K欧姆-100K欧姆，第五电阻(R5)阻值范围为1K欧姆-10K欧姆，第六电阻(R6)阻值范围为1K欧姆-10K欧姆，第七电阻(R7)阻值范围为10K欧姆-100K欧姆。
4.如权利要求2所述的电压检测装置，其特征在于：第一电阻(R1)阻值为51K欧姆，第二电阻(R2)阻值为10K欧姆，第三电阻(R3)阻值为12K欧姆，第四电阻(R4)阻值47K欧姆，第五电阻(R5)阻值4.7K欧姆，第六电阻(R6)阻值4.7K欧姆，第七电阻(R7)阻值范围为47K欧姆。
5.一种电压检测方法，其利用权利要求1所述电压检测装置实现，其特征在于，包括以下步骤：
S1，使第一开关(SW1)闭合，第二开关(SW2)断开；
S2，采集第二电气节点(B)电压记录为V1；
I1＝(Vx- V1)/(RW+R1)＝V1/R2 公式(2)；
其中，I1是当前状态第一电阻(R1)电流值，Vx是被检测汽车电瓶电压值，RW是保护防反电路等效电阻值，R1是第一电阻(R1)电阻值，R2是第二电阻(R2)电阻值；
S3，使第一开关(SW1)断开，第二开关(SW2)闭合；
S4，再次采集第二电气节点(B)电压记录为V2；
则I2＝(Vx-V2)/(RW+R1)＝V2/R3公式(3)；
其中，I2是当前状态第一电阻(R1)电流值，R3是第三电阻(R3)电阻值；
S5，联合公式(2)和公式(3)，得
Vx＝V1*V2(R2-R3)/(V2R2-V1R3)公式(4)。
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