CN116979642A - 一种电流采样电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流采样电路及装置，属于电池模组充放电技术领域，所述电路包括：电源变换模块、功率采样电阻、电池模组、主控模块、抑制高共模采样模块、数字隔离模块和模数转换模块；电源变换模块经功率采样电阻与电池模组连接，实现交流电与直流电之间转换；功率采样电阻与抑制高共模采样模块连接，将电流信号转化为电压信号；抑制高共模采样模块与模数转换模块连接，将电压信号上叠加的高频共模噪声进行滤除后并放大；模数转换模块经数字隔离模块与主控模块连接，对将放大后的模拟电压信号转化为数字信号；主控模块，根据所述数字信号，进而闭环控制电源变化模块输出所需电流。本发明有效提高了电流的输出精度，且整体体积小、成本低。

Description

一种电流采样电路及装置

技术领域

本发明涉及电池模组充放电技术领域，尤其涉及一种电流采样电路及装置。

背景技术

电池模组是由多个电芯串联，用以提供更高电压输出的电池组件，目前已被广泛应用于新能源汽车、光伏储能、UPS电源等系统中。近几年，随着全球动力电池装机量的快速增长，各电池生产厂商为提高生产效率，已从传统单电芯化成、分容工序，逐渐转变为电池模组串联化成、分容工序，因此，针对电池模组的充放电设备也就得到了相关应用。当前，为满足电池模组计算容量的精准度，对充放电设备的电流精度要求也越来越高，如从满量程精度0.1％提升至0.05％，有些场合甚至要求达到0.03％以上，这种要求在5V以内的单体电芯充放电设备来说实现起来比较容易，但对于中高压的电池模组充放电设备而言，必须考虑高边共模电压对采样精度造成的影响。

目前行业内，电池充放电设备多在输出高电位侧(即电池正极)串入功率采样电阻，将输出电流转换为电压信号，送入仪表放大器进行比例放大，放大后的信号送入高精度模数转换器(ADC芯片)，而主控模块(DSP或MCU芯片)与高精度模数转换器保持SPI通信，通过获取的电流采样值，对电源变换模块进行负反馈调节，实现了整体闭环控制。仪表放大器是一种精密差分电压放大器，属于运算放大器的范畴，由于受制造工艺的影响，其输入共模电压(指差分输入正反相端对其参考地的电压)具有一定的承受范围。现有成熟应用的技术方案中的最高共模耐压也仅120V，故对于超出120V的高压电池模组将不再适用，且即使用于120V模组充放电设备中，由于其共模抑制比受限，导致不同电池电压下，同一电流比例放大后采样信号存在差异，工程上无法实现对电流的线性校准，故对输出电流精度的可控性实现起来比较困难。针对上述现象，存在一些现有技术采用非线性校准对其进行共模补偿，但也是分多种电压区间档补偿，无法实现0V～120V电压下的连续跨挡校准，且这种方案不在适用120V以上的中高压模组。有些现有技术采用电流霍尔代替功率采样电阻消除共模影响，虽可以实现更高电压的采样，但一般小型的PCB板端电流霍尔，由于受工艺和温漂影响，线性度一般不高于0.1％，显然无法实现0.05％高精度标准，即使采用非线性校准方法，但其也是在多种电流区间段做分档校准，对于电流连续性使用率较高的场合，存在精度偏移的风险；而卡线式电流霍尔虽然其线性度较高(可达0.03％)，但其成本高、体积大，难以推广运用。

因此，亟需一种新的电流采样电路。

发明内容

本发明提供一种电流采样电路及装置，用以解决现有技术中电流采样精度较低，高共模耐压运放选型受限，电流线性校准复杂，成本较高的缺陷。

第一方面，本发明提供一种电流采样电路，包括：电源变换模块、功率采样电阻、电池模组、主控模块、抑制高共模采样模块、数字隔离模块和模数转换模块；所述电源变换模块经功率采样电阻与所述电池模组连接，响应于所述主控模块的控制命令实现交流电与直流电之间转换；所述功率采样电阻与所述抑制高共模采样模块连接，用于将电流信号转化为电压信号；所述抑制高共模采样模块与所述模数转换模块连接，用于对功率采样电阻输出电压信号上叠加的高频共模噪声滤除后再进行放大；所述模数转换模块经数字隔离模块与所述主控模块连接，用于将放大后的电压信号转化为数字信号；所述主控模块，用于根据所述数字信号，确定流经所述功率采样电阻的采样电流后，进而闭环控制电源变换模块输出设定电流。

根据本发明提供的一种电流采样电路，还包括：一端与所述功率采样电阻连接，另一端与所述电池模组连接的投切模块；所述投切模块，用于响应于所述主控模块的命令，控制所述电池模组与所述电源变换模块之间的通断。

根据本发明提供的一种电流采样电路，所述电源变换模块包括依次连接的：电网接入端口、整流电路、逆变电路、降压电路，滤波电路和采样电路。

根据本发明提供的一种电流采样电路，所述功率采样电阻包括第一电流管脚、第二电流管脚、第一电压管脚和第二电压管脚；所述第一电流管脚与所述电源变换模块的g功率输出正端连接，所述第二电流管脚与投切模块连接；所述第一电压管脚与所述第二电压管脚分别与抑制高共模采样模块连接。

根据本发明提供的一种电流采样电路，所述抑制高共模采样模块以电源变换模块的功率输出正端为参考地，包括：仪表放大器；所述仪表放大器的正相输入端经第三电容、第四电阻、第一电容和第二电阻组成的两级共模噪声滤波器后与与所述功率采样电阻的第一电压管脚连接，所述仪表放大器的反相输入端经第五电容、第五电阻、第二电容和第三电阻组成的两级共模噪声滤波器与所述功率采样电阻的第二电压管脚连接，正相输入端IN+经第四电容与反相输入端连接；所述仪表放大器的第一管脚通过可调电阻与第八管脚连接，所述仪表放大器的输出正端VOUT+和输出负端VOUT-分别与所述模数转换模块连接。

根据本发明提供的一种电流采样电路，所述模数转换模块以电源变换模块的功率输出正端为参考地，包括：模数转换芯片；所述模数转换芯片的模拟输入正相管脚A经过第六电阻与所述仪表放大器的输出正端VOUT+连接，所述模数转换芯片的模拟输入反相管脚经过第七电阻与所述仪表放大器的输出负端VOUT-连接，且模拟输入正相管脚通过第八电容与模拟输入反相管脚连接；所述模数转换芯片的数字信号管脚与所述数字隔离模块的副边连接。

根据本发明提供的一种电流采样电路，所述数字隔离模块用于实现数据的隔离传输，包括数字隔离芯片，所述数字隔离芯片的原边侧以主控模块的数字地为参考地，所述数字隔离芯片的副边以电源变换模块的功率输出正端为参考地；所述数字隔离芯片的原边侧的信号管脚与主控模块连接；所述数字隔离芯片的副边侧的信号管脚与所述模数转换芯片的数字信号管脚连接。

根据本发明提供的一种电流采样电路，所述主控模块包括微处理器芯片；所述微处理器芯片分别与所述数字隔离模块和所述电源变换模块通讯连接。

根据本发明提供的一种电流采样电路，所述投切模块包括：继电器或MOS管；其中，继电器或MOS管与所述主控模块通讯连接。

第二方面，本发明还提供一种电流采样装置，用于电池模组充放电过程中的电流采样，包括如上述任一项电流采样电路。

本发明提供的一种电流采样电路及装置，与现有技术相比，高压电池模组的电流采样不再受限于高共模耐压仪表放大器的选型，不改变原有高边采样结构，且电流采样值不再随电池电压不同而变化，电流校准满足线性度，有效提高了电流的输出精度，且整体体积小、成本低，具有广泛的推广前景。

本发明提供的一种电流采样电路及装置，将输入抑制高共模采样模块(由仪表放大器构成)，以电源变换模块的功率输出正端为参考地，有效解决了仪表放大器面临高共模电压，共模抑制比受限问题，使得仪表放大器输出值不再随输出电压不同而变化，有效保证了电流的采样精度和线性度，无须采用分档共模补偿，大大减少了软件实现的复杂程度，且超出120V的中高压电池模组充放电设备使用此结构，不再受制于高共模仪表放大器的选型困扰。

进一步地，本发明还在模数转换模块与所述主控模块之间增设数字隔离模块(由数字隔离芯片构成)，数字隔离芯片的副边以电源变换模块的功率输出正端为参考地，数字隔离芯的原边侧以主控模块的数字地为参考地，对于原副边耐压值仅为输出电压，远远低于5kV绝缘耐压(一般数字隔离器耐压为kV数量级)，有效保证了系统的安全可靠性，且针对目前行业内电压应用最高的新能源客车电池模组(750V或500V)充放电设备而言，仍然适用。

本发明提供的一种电流采样电路及装置，针对中、高压的电池模组充放电设备而言，电流采样仍和低压电池模组充放电设备采样方式一样，无需改变采样方式，仍使用功率采样电阻将电流信号转化为电压信号，大大降低了使用PCB板端电流霍尔和线式电流霍尔带来的昂贵成本，且无需采用非线性校准，使得整个电流区间保证连续性，更加容易适用各种电流连续性应用场合，有效满足了市场占有率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的电流采样电路的示意图之一；

图2是本发明提供的电流采样电路的示意图之二。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合图1-图2描述本发明实施例所提供的电流采样电路及装置。

图1是本发明提供的图1是本发明提供的电流采样电路的示意图之一，如图1所示，所述电流采样电路包括：电源变换模块10、功率采样电阻20、电池模组40、主控模块50、抑制高共模采样模块60、数字隔离模块70和模数转换模块80。

其中，所述电源变换模块10经功率采样电阻20与所述电池模组40连接，响应于所述主控模块的控制命令实现交流电与直流电之间转换。

本实施例中，电源变换模块为电池模组提供直流电源，例如可对电池模组进行恒流充放电、恒压充放电、恒流恒压充放电、恒阻恒功率充放电等，其开通和关断以及上述这些功能参数，受主控模块实时控制。

可选地，电池模组一般由单体电芯(3.6V或4.2V)串联组成，由于传统的并联化成分容技术已经无法满足生产效率的提高，故各电池厂商纷纷提出采用电池模组串联化成技术，通过搭配单体电芯管理或切换装置，在对总模组进行充放电时，可有效实现单体电芯的化成分容，大大提高了生产效率。

所述功率采样电阻20与所述抑制高共模采样模块60连接，用于将电流信号转化为电压信号。

所述抑制高共模采样模块60与所述模数转换模块80连接，用于对功率采样电阻20输出电压信号上叠加的高频共模噪声滤除后再进行放大。

所述模数转换模块80经数字隔离模块70与所述主控模块50连接，用于将放大后的电压信号转化为数字信号。

所述主控模块50，用于根据所述数字信号，确定流经所述功率采样电阻20的采样电流后，进而闭环控制电源变换模块10输出设定电流。

基于上述实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明提供的电流采样电路，还包括：投切模块30；

所述投切模块30，用于响应于所述主控模块的命令，控制所述电池模组与所述电源变换模块之间的通断。

图2是本发明提供的电流采样电路的示意图之二，结合上述实施例的内容以及图2，下面对本发明提供的电流采样电路进行进一步的说明。

作为一种可选的实施例，本发明提供的电流采样电路，所述电源变换模块包括依次连接的：电网接入端口、整流电路、逆变电路、降压电路，滤波电路和采样电路。

具体地，电网接入端口用于连接电网，充电时电网为电池模组提供交流能量，放电时将交流能量回馈至电网中。

整流AC-DC电路(整流电路)或逆变DC-AC电路(逆变电路)一般包括电解电容、变压器、功率电感、开关管、二极管等器件，整流AC-DC电路实现交流电AC变换为直流电DC的功能，逆变DC-AC电路实现直流电DC变换为交流电AC的功能。

DC-DC降压电路(即降压电路)一般包括开关管、变压器、功率电感、滤波电容、二极管等，主要将电压降低到电源变换模块所需的电压值，如调节为电池模组进行一定电压输出，或为辅助供电提供电压+3.3V、+12V_VO、-12V_VO、+3.3V_VO等。

滤波电路一般包括电容、电感、电阻等，用于滤除无用噪声和降低纹波系数，提供可靠电源输出。采样电路一般包括运算放大器、电阻、电容等，如对交流电压采样、输出电压采样等。

电源变换模块10还包括保护电路，保护电路主要实现对电压或电流出现异常工况时，能够有效关闭电源变换模块输出的目的。

作为一种可选的实施例，本发明提供的电流采样电路，所述功率采样电阻包括第一电流管脚、第二电流管脚、第一电压管脚和第二电压管脚；所述第一电流管脚与所述电源变换模块10的功率输出正端连接，所述第二电流管脚与投切模块30连接；所述第一电压管脚与所述第二电压管脚分别与抑制高共模采样模块60连接。

参考图2，第一电流管脚即为电流管脚A2，第二电流管脚即为电流管脚A3，第一电压管脚即为电压管脚A1，第二电压管脚即为电压管脚A4，功率输出正端即输出端VO。

功率采样电阻用于将输出电流转换为电压信号，送入抑制高共模采样模块的采样输入。受功率器件过流能力和热损耗影响，大功率电流的输出一般采用多路电源变换模块并联，即多路负极端并联共用功率地PGND，功率输出正端并联后与电池模组的正极连接，由于并联限制，故只能采用高边侧采样结构，即功率采样电阻串联在功率输出正端而不是PGND侧。

作为一种可选的实施例，本发明提供的电流采样电路，所述投切模块一般由继电器或MOS管构成，主要控制电池模组与电源变换模块之间的通断，还包括管脚B1、管脚B2、管脚B3、输出管脚+、输出管脚-；其管脚B1与功率采样电阻的第二电流管脚连接，管脚B2与功率地PGND电连接，管脚B3与主控模块OPEN信号电连接，管脚+与电池模组电极+电连接，管脚-与电池模组电极-电连接。

电池模组与电源变换模块之间的通断受控于主控模块的OPEN信号。当投切模块开通时，管脚B1与管脚+保持通路，管脚B2与管脚-保持通路，当投切模块关断时，管脚B1与管脚+保持断路，管脚B2与管脚-保持断路。

作为一种可选的实施例，本发明提供的电流采样电路，所述主控模块包括微处理器芯片；所述微处理器芯片分别与所述数字隔离模块和所述电源变换模块通讯连接。其中，微处理器芯片为DSP或MCU。

具体地，主控模块一般以DSP或MCU为核心，通过搭配一定外围电路，进而控制电源变换模块的直流输出。由SPI通信总线、+3.3V、OPEN信号，电容C12、DGND、逻辑控制总线等组成。所述SPI通信总线用于读取高精度ADC(模数转换模块)上传的数据；所述+3.3V为主控模块提供电源，并通过滤波电容C12与DGND电连接；所述OPEN信号与投切模块的管脚B3电连接，所述逻辑控制总线与电源变换模块逻辑信号输入端电连接。

作为一种可选的实施例，本发明提供的电流采样电路，所述抑制高共模采样模块以电源变换模块的功率输出正端为参考地，包括：仪表放大器；所述仪表放大器的正相输入端经第三电容、第四电阻、第一电容和第二电阻组成的两级共模噪声滤波器后与所述功率采样电阻20的第一电压管脚连接，所述仪表放大器的反相输入端经经第五电容、第五电阻、第二电容和第三电阻组成的两级共模噪声滤波器与所述功率采样电阻20的第二电压管脚A4连接，正相输入端经第四电容与反相输入端连接；所述仪表放大器的第一管脚通过可调电阻与第八管脚连接，所述仪表放大器的输出正端和输出负端分别与所述模数转换模块80连接。

参见图2，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容分别对应电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7；第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻分别对应电阻R2、R3、R4、R5；仪表运放U1的第一管脚即为管脚RG-，第八管脚即为管脚RG+，正相输入端即为管脚IN+，负相输入端即为管脚IN-，输出正端即为管脚VOUT+，输出负端即为管脚VOUT-；可调电阻即为电阻RG。

具体地，此仪表放大器U1为正负双电源供电，工作电压为-18V～+18V，采用差分输入与输出方式，通过调节可调电阻RG的阻值可设定一定比例系数，实现输入到输出电压信号的放大；所述模数转换模块U1的第一管脚RG-通过可调电阻RG与第八管脚RG+电连接。

所述模数转换模块U1的正相输入端的管脚IN+经电容C3、电阻R4、电容C1和电阻R2组成的两级共模噪声滤波器与功率采样电阻R1的管脚A1连接，具体地，电容C3一端分别与仪表放大器U1的管脚IN+和R4一端连接，电容C1一端分别与电阻R4的另一端和R2的一端连接，电容C1和电容C3的另一端均保持连接于功率输出正端VO，电阻R2的另一端ISEN+与功率采样电阻R1的A1端连接；反相输入端的管脚IN-经电容C5、电阻R5、电容C2和电阻R3组成的两级共模噪声滤波器与功率采样电阻R1的管脚A4连接，具体地，电容C5一端分别与仪表放大器U1的管脚IN-和R5一端连接，电容C2一端分别与电阻R5的另一端和R3的一端连接，电容C2和电容C5的另一端均保持连接于功率输出正端VO，电阻R3的另一端ISEN-与功率采样电阻R1的A4端连接；正相输入端的管脚IN+又通过电容C4与反相输入端的管脚IN-连接，电阻R4、电容C4和电阻R5组成滤波器抑制采样回路上的差模噪声；上述电阻R2与电容C1、电阻R4与电容C3、电阻R3与电容C2、电阻R5与电容C5两两组合为低通滤波器，通过合理地设定各电阻和电容数值，滤除非必要高频共模噪声，得到所需频段的电压信号。

这里需要特别补充说明，在对电池恒流充电或放电的过程中，电池电压为上升或下降的变化状态，即对应功率输出正端VO为变化值，故抑制高共模采样模块的参考地VO工作过程中为动点或变化点(这和传统采样以固定PGND或DGND为参考地大不相同)而且，电源变换模块主要由高频(一般大于50kHz的开关频率)开关电源构成，这就导致输出电流叠加有开关频率的噪声，故功率采样电阻电压输出管脚A1和A4叠加有高频噪声，因此，为避免仪表放大器将非必要的高频噪声放大，导致影响电流控制精度，本发明通过合理利用和设定差分滤波器和共模滤波器，实现了高精度输出。

所述仪表放大器U1的负供电管脚VCC-与-12V_VO电连接，并通过电容C6与参考地VO电连接；所述模数转换模块U1的正供电管脚VCC+与+12V_VO电连接，并通过电容C7与参考地VO电连接；所述仪表放大器U1的输出管脚VOUT+经电阻R6与高精度ADC芯片(模数转换芯片)的模拟输入正相管脚AIN1P电连接，输出管脚VOUT-经电阻R7与高精度ADC芯片的模拟输入反相管脚AIN1N电连接；VO作为抑制高共模采样模块的参考地，与所述电源变换模块的输出VO电连接；所述仪表放大器U1为高精度运算放大器，采用±12V_VO供电，即各管脚对参考地VO的共模电压不超过-12V～+12V范围，通过RG+和RG-之间连接的可调电阻RG调节放大倍数，进行输入到输出电压的放大。如此，通过上述连接，使得抑制高共模采样模块的输入对其参考地VO无高共模电压的问题，并搭配合理的高频噪声滤波器，进而实现比例放大后的输出电压信号不随电池模组电压改变而变比，整体表现为线性一致性。

作为一种可选的实施例，本发明提供的电流采样电路，所述模数转换模块以电源变换模块的功率输出正端VO为参考地，包括：模数转换芯片；所述模数转换芯片的模拟输入正相管脚经过第六电阻与所述仪表放大器的输出正端连接，所述模数转换芯片的模拟输入反相管脚经过第七电阻与所述仪表放大器的输出正端连接，模拟输入正相管脚通过第八电容与模拟输入反相管脚连接；所述模数转换芯片的数字信号管脚与所述数字隔离模块的副边连接。

参见图2，模拟输入正相管脚即为模拟管脚AIN1P，模拟输入反相管脚即为模拟管脚AIN1N，第六电阻即为电阻R6，第七电阻即为电阻R7，第八电容即为电容C8。

具体地，本实施例中，模数转换模块为高精度模数转换器，主要包括高精度ADC芯片U2，该芯片可实现同步采样±2.5V电压以内的差分输入电压，采样速率高达128kSPS，主要将模拟信号转换为数字信号，并送入DSP或MCU中；所述高精度ADC芯片U2以VO为参考地，其电源供电端与+3.3V_VO电连接，并通过C9与参考地VO电连接；所述高精度ADC芯片U2的差分正相输入AIN1P与电阻R6电连接，差分反相输入AIN1N与电阻R7电连接，且差分正相输入AIN1P通过滤波电容C8与差分反相输入AIN1N电连接，其中电阻R6、R7与电容C8组成滤波器抑制差模噪声；所述高精度ADC芯片U2的数字信号管脚与所述高速数字隔离芯片U3的副边信号管脚电连接。

作为一种可选的实施例，本发明提供的电流采样电路，所述数字隔离模块用于实现数据的隔离传输，包括数字隔离芯片，所述数字隔离芯的原边侧以主控模块的数字地为参考地，所述数字隔离芯片的副边以电源变换模块的功率输出正端VO为参考地；所述数字隔离芯片的原边侧的信号管脚与主控模块连接；所述数字隔离芯片的副边侧的信号管脚与所述模数转换芯片的数字信号管脚连接。

本实施例中，数字隔离芯片可以为高速数字隔离器，包括：高速数字隔离芯片U3，主要实现不同参考地下的数据传输，其绝缘耐压能力可达5kV，传输速率可达100Mbps。故在高精度ADC芯片U2与主控芯片(DSP或MCU芯片)直连的结构上，通过增加高速数字隔离芯片U3可以有效实现隔离数据传输；所述高速数字隔离芯片U3副边以VO为参考地，供电VDDB管脚与电源+3.3V_VO电连接，并通过滤波电容C10与VO电连接，副边地脚GNDB与VO电连接；所述高速数字隔离芯片U3的副边信号管脚分别与所述高精度模数转换器的数字信号端电连接；所述高速数字隔离芯片U3原边侧以DGND为参考地，供电VDDA管脚与电源+3.3V电连接，并通过滤波电容C11与DGND电连接，原边地脚GNDA与DND电连接；所述高速数字隔离芯片U3的原边信号管脚分别与所述主控模块的SPI通信总线保持电连接。

本实施例中，还包括电源+12V_VO、-12V_VO、+3.3V_VO、+3.3V，上述所有电源产生均由电源变换模块内电路降压或稳压产生，这里不作赘述。

为了可以更加清楚的说明本发明的有益效果，下面以具体实施例进行进一步的说明。

假设电池模组充放电设备的量程为200V/200A，电池模组最高电压不超过200V，最大电流不超过200A，功率采样电阻R1设定为0.3mΩ，由于高精度ADC芯片最大采样范围为-2.5V～+2.5V，考虑一定裕量，通过调整可调电阻RG阻值，设定仪表放大器U1的倍数为40倍，对应ADC输入电压范围为±200A*0.3mΩ*40＝±2.4V。

具体为：充电电流+200A时，仪表放大器U1正相输入IN+对反相输入IN-的电压为+200A*0.3mΩ＝+60mV，放电电流-200A时，仪表放大器U1正相输入IN+对反相输入IN-的电压为-200A*0.3mΩ＝-60mV，故电流-200A～+200A仪表放大器U1正相输入IN+对反相输入IN-的电压为于-60mV～+60mV，此范围以参考地VO而言，故输入共模电压不会超出仪表放大器的供电电压±12V，且如此低范围电压对仪表放大器共模抑制比的影响也忽略不计，故不存在共模电压影响输出电流采样精度和线性度。对于高速数字隔离器而言，由于原副边参考地不同，其最大电压即VO对DGND(PGND)电压不超过200V，符合其5kV绝缘耐压范围。

因此，采用本发明专利的方案，不改变原有高边采样结构，通过合理利用抑制高共模采样模块的参考地，高压电池模组的电流采样不再受限仪表放大器的共模耐压问题，且电流采样值不再随电池电压不同而变化，电流校准满足线性度，有效提高了电流的输出精度，且设备整体体积小、成本低，为应用高边侧电流采样的直流电源提供一种新的解决方案。

本发明还提供一种电流采样装置，用于电池模组充放电过程中的电流采样，包括如上述实施例中的任一项所述的电流采样电路。

需要说明的是，为进一步详细说明本实施例，以上实施例对各个单元和各个模块进行了相应的划分，但不仅仅局限于这样的划分方式，只要能实现所需功能即可，且各个模块及单元的命名也仅为描述方便，故上述划分及命名并不限制本发明的保护范围。本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

最后应说明的是：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。

Claims (10)

1.一种电流采样电路，其特征在于，包括：电源变换模块、功率采样电阻、电池模组、主控模块、抑制高共模采样模块、数字隔离模块和模数转换模块；

所述电源变换模块经功率采样电阻与所述电池模组连接，响应于所述主控模块的控制命令实现交流电与直流电之间转换；

所述功率采样电阻与所述抑制高共模采样模块连接，用于将电流信号转化为电压信号；

所述抑制高共模采样模块与所述模数转换模块连接，用于对功率采样电阻输出电压信号上叠加的高频共模噪声滤除后再进行放大；

所述模数转换模块经数字隔离模块与所述主控模块连接，用于将放大后的电压模拟信号转化为数字信号；

所述主控模块，用于根据所述数字信号，确定流经所述功率采样电阻的采样电流后，进而闭环控制电源变换模块输出设定电流。

2.根据权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，还包括：一端与所述功率采样电阻连接，另一端与所述电池模组连接的投切模块；

所述投切模块，用于响应于所述主控模块的命令，控制所述电池模组与所述电源变换模块之间的通断。

3.根据权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述电源变换模块包括依次连接的：电网接入端口、整流电路、逆变电路、降压电路，滤波电路和采样电路。

4.根据权利要求2所述的电流采样电路，其特征在于，所述功率采样电阻包括第一电流管脚、第二电流管脚、第一电压管脚和第二电压管脚；

所述第一电流管脚与所述电源变换模块的功率输出正端连接，所述第二电流管脚与投切模块连接；

所述第一电压管脚与所述第二电压管脚分别与抑制高共模采样模块连接。

5.根据权利要求4所述的电流采样电路，其特征在于，所述抑制高共模采样模块以电源变换模块的功率输出正端为参考地，包括：仪表放大器；

所述仪表放大器的正相输入端经第三电容、第四电阻、第一电容和第二电阻组成的两级共模噪声滤波器后与所述功率采样电阻的第一电压管脚连接，所述仪表放大器的反相输入端经第五电容、第五电阻、第二电容和第三电阻组成的两级共模噪声滤波器后与所述功率采样电阻的第二电压管脚连接，正相输入端经第四电容与反相输入端连接；

所述仪表放大器的第一管脚通过可调电阻与第八管脚连接，所述仪表放大器的输出正端和输出负端分别与所述模数转换模块连接。

6.根据权利要求5所述的电流采样电路，其特征在于，所述模数转换模块以电源变换模块的功率输出正端为参考地，包括：模数转换芯片；

所述模数转换芯片的模拟输入正相管脚经过第六电阻与所述仪表放大器的输出正端连接，所述模数转换芯片的模拟输入反相管脚经过第七电阻与所述仪表放大器的输出负端连接，且模拟输入正相管脚通过第八电容与模拟输入负相管脚电连接；

所述模数转换芯片的数字信号管脚与所述数字隔离模块的副边连接。

7.根据权利要求6所述的电流采样电路，其特征在于，所述数字隔离模块用于实现数据的隔离传输，包括数字隔离芯片，所述数字隔离芯片的原边侧以主控模块的数字地为参考地，所述数字隔离芯片的副边以电源变换模块的功率输出正端为参考地；

所述数字隔离芯片的原边侧的信号管脚与主控模块连接；所述数字隔离芯片的副边侧的信号管脚与所述模数转换芯片的数字信号管脚连接。

8.根据权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述主控模块包括微处理器芯片；

所述微处理器芯片分别与所述数字隔离模块和所述电源变换模块通讯连接。

9.根据权利要求2所述的电流采样电路，其特征在于，所述投切模块包括：继电器或MOS管；

其中，继电器或MOS管与所述主控模块通讯连接。

10.一种电流采样装置，用于电池模组充放电过程中的电流采样，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的电流采样电路。