CN201611386U

CN201611386U - 一种多通道电池电压采样装置

Info

Publication number: CN201611386U
Application number: CN2009202958683U
Authority: CN
Inventors: 曾志永; 黄维佳; 王文婧; 任海
Original assignee: Guangzhou Kinte Industrial Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Kinte Industrial Co Ltd
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2019-12-30

Abstract

本实用新型公开了一种多通道电池电压采样装置，包括供电部分、处理器CPU、两个以上的采样信号监控模块、电池电压采样通道和通信连接电路，每个采样信号监控模块上采样信号输入端口连接一个以上的电池电压采样通道，每个采样信号监控模块上的通信端口之间经通信连接电路串行连接，串接在最后一个的采样信号监控模块上的信号通讯端口连接处理器CPU上的对应端口，供电部分提供各监控模块和处理器CPU的工作电源。本实用新型采用了模块的串行连接方式，在无需修改电路板的情况下，可以灵活配置电压采样通道数量，有效增强了采样设备的扩展性；同时模块之间的通信通过电流信号实现，无需使用额外的隔离器件，降低了设备成本。

Description

一种多通道电池电压采样装置

技术领域

本实用新型涉及一种电池组电压采样装置，尤其涉及一种多通道电池组电压采样装置。

背景技术

在现有情况下，为了对数量较多的电池组进行电压采样，可以采用多通道ADC芯片与多路复用器相结合的并行电路模式。但是，如果实际需求的采样通道数量具有不确定性或具有扩展性，用上述方法设计电路板会带来一定的不便。当需要测量的电池组电压数量超出了原有的通道设计，则电路板需要修改或重新设计；反之，当电路板预留的通道超过了实际的需要，则引起布线、接口的不必要浪费。另外，使用并行电路模式，采样通道数量越多，使用的连接和隔离器件也越多，处理器CPU控制越复杂，易导致装置的可靠性降低。

实用新型目的

本实用新型目的在于提供一种便于控制、能灵活配置电压采样通道数量的电池电压采样装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术措施实现：一种多通道电池电压采样装置，包括供电部分、处理器CPU、两个以上的采样信号监控模块、电池电压采样通道和通信连接电路，每个采样信号监控模块上采样信号输入端口连接一个以上的电池电压采样通道，每个采样信号监控模块上的通信端口之间经通信连接电路串行连接，串接在最后一个的采样信号监控模块上的信号通讯端口连接处理器CPU上的对应端口，供电部分提供各监控模块和处理器CPU的工作电源。

每个电池电压采样通道连接电池正极采样端口都通过肖特基二极管与供电部分的输出工作电压连接。

通信连接电路采用二极管和电阻串联的隔离电路，连接于监控模块的通信端口之间每对对应通讯引脚上。按此方式，可以将若干个采样信号监控模块串行连接，组成多模块的电池电压采样装置。

所述通信连接电路上连接有用于过滤通信产生电压噪声的电路和抑制电压监控模块连接时产生电压瞬变的电路。

本实用新型还包括隔离器，隔离器连接于处理器CPU与采样信号监控模块之间，所述隔离器的工作电源由供电部分单独输出一路电压。

本实用新型相对现有技术具有以下优点：

1.由于采用了采样信号监控模块的串行连接方式，在不需要修改电路板的情况下，实现灵活地配置电压采样通道数量，有效增强了采样设备的扩展性。

2.由于采样信号监控模块之间的通信通过电流信号实现，因此无需使用光耦隔离器件即可实现稳定的通信，从而使设备成本降低。

3.LTC6802监控芯片能够对电压采样通道所在的电池进行放电控制，因此增加了装置的功能性和适应性。

附图说明

图1是本实用新型的组成原理框图；

图2是本实用新型实施例的电路原理图；

图3是本实用新型供电部分的电路原理图；

图4是本实用新型采样信号监控模块LTC6802-1监控芯片的写命令传输格式示意图；

图5是本实用新型采样信号监控模块LTC6802-1监控芯片的读命令传输格式示意图；

图6是本实用新型采样信号监控模块LTC6802-1监控芯片的查询命令传输格式示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，是本实用新型的组成原理框图。一种多通道电池电压采样装置，包括供电部分、隔离器、处理器CPU、采样信号监控模块、电池电压采样通道和通信连接电路，所述电池电压采样通道连接待采样电池组与采样信号监控模块，多个采样信号监控模块通过通信连接电路串行连接后通过隔离器接处理器CPU，供电部分提供各采样信号监控模块、隔离器和处理器CPU的工作电源。

本实施例为采用了三个采样信号监控模块串联构成的电池组电压采样装置，其电路原理图如图2所示。包括监控芯片U1-U3、隔离期G1、处理器CPU C3、电池组、二极管D1-D12、D14-D22、D24-D26、发光二极管LED1、LED2、电阻R1-R24、电感L1、L2、电容C1、C2、C4-C7、场效应管Q1、Q2。所述监控芯片U1、U2、U3采用LTC6802-1，其电压测量误差最大0.25％，能在13ms内对12个通道的0~5V电池进行电压采样。

所述监控芯片U1、U2、U3的CSBI、SDO、SDI、SCK引脚为其一组通信接口，CSBIO、SDIO、SCKO引脚为其另一组通信接口。监控芯片U1的一组通信接口(CSBIO、SDIO、SCKO)与监控芯片U2的通信接口(CSBI、SDI、SCK)连接。监控芯片U1的V+引脚与监控芯片U2的V-引脚连接。监控芯片U2与U3也采用上述相同的连接方式。所述监控芯片U2、U3的Vmode引脚与V-引脚连接，使监控芯片之间的通信通过电流信号实现，通信连接线路只需要使用二极管和电阻进行隔离。

具体的通信连接电路为：所述监控芯片U1的通信接口CSBIO、SDIO、SCKO分别通过所述电阻R16、R17、R18接所述二极管D14、D15、D16的阴极，所述二极管D14、D15、D16的阳极连接所述监控芯片U2的通信接口CSBI、SDI、SCK；以同样的连接方式，所述监控芯片U2的通信接口CSBIO、SDIO、SCKO分别通过所述电阻R24、R23、R22和所述二极管D26、D25、D24连接所述监控芯片U3的通信接口CSBI、SDI、SCK。

当监控芯片U1向串行连接着的监控芯片U2发送逻辑1信号时，监控芯片U1吸入小一点的电流；发送逻辑0时，吸入大一点的电流。相似的，当监控芯片U2向监控芯片U1发送逻辑1信号时，监控芯片U2提供大一点的电流给U1；发送逻辑0时，提供小一点的电流。所述监控芯片U1的Vmode引脚与Vreg引脚连接，其另外的一组通信接口CSBI、SDO、SDI、SCK所使用的是电压信号，通过所述电阻R15、R14、R13、R12和所述隔离器G1与所述处理器CPU C3的P1-P4口通信，由于SDO内部是漏极开路，因此接所述上拉电阻R11，所述电容C5-C7起滤波作用。

监控芯片U1的第1、2通道具体展示了电压采样通道部分的电路，其余通道的电路与其相同。电池CELL1的负极与所述监控芯片U1的V-引脚连接，正极通过所述电阻R4与所述监控芯片U1的C1引脚连接，所述监控芯片的V-、C1引脚采样CELL1的电压。电池CELL2的负极与电池CELL1的正极相连，正极通过所述电阻R8与所述监控芯片U1的C2引脚连接，所述监控芯片U1的C1、C2引脚采样CELL2的电压。所述电阻R4、R8分别与所述电容C1、C2组成RC过滤电路，抑制高频噪声。所述齐纳二极管D1、D4与所述监控芯片的采样引脚两端连接，起到限压保护作用。另外，由所述齐纳二极管D2、场效应管Q1、发光二极管LED1、电阻R1-R3构成了通道1的放电电路。由所述齐纳二极管D5、场效应管Q2、发光二极管LED2、电阻R5-R7构成了通道2的放电电路。通过所述监控芯片U1的S1、S2引脚的电平可以控制所述1、2通道的场效应管Q1、Q2的开闭，从而控制放电回路的开闭。其中，LED1、LED2用于显示放电状态。所述齐纳二极管D2、D5起到限压作用，防止所述场效应管Q1、Q2被击穿。

所述肖特基二极管D20-D22的阳极与所述监控芯片U2的一组通信接口分别连接，阴极与所述电阻R19、电感L2和电容C7组成的RLC过滤电路连接，用于过滤通信中产生的电压噪声。所述肖特基二极管D17、D18和齐纳二极管D19的阳极与地GND2连接，阴极与所述电阻R19、电感L2和电容C7组成的RLC过滤电路连接，用于抑制监控芯片U2与U3连接时的电压瞬变。齐纳二极管D19的作用在于限制电池组的总电压，以免监控芯片损坏。用于连接其他监控芯片的通信连接电路的相应电路的组成及原理与上述相同。

如图3所示，为本实用新型供电部分的电路原理图，包括整流桥BR1、三端稳压器U4-U5、电容C8-C13以及二极管D27、肖特基二极管D3、D6。其中，所述三端稳压器U4通过所述二极管D27连接监控芯片的V+引脚；图2中肖特基二极管D3、D6的阳极分别与CELL1和CELL2的正极连接，阴极与监控芯片的V+引脚。当监控芯片所连接的电池组电压高于10V时，监控芯片由电池组供电。低于10V时，由所述三端稳压器U4通过所述二极管D27供电，所述二极管D27起单向导通的作用。当电池组数量小于12个时，会出现有多余的通道没有使用，在此情况下为了使电气参数吻合，保证监控芯片的电压采样正常，必须使V+引脚与处于最高通道位置的电池电压保持很小的电压差，因此，如图2所示，每个通道的接电池的正极端口都通过肖特基二极管与V+连接。肖特基二极管的作用在于使通道之间有效的相互隔离。所述三端稳压管U5的电压输出Vout用于供给隔离器G1使用。

如图4、5、6所示，分别是LTC6802-1监控芯片的写/读/查询命令传输格式示意图。命令格式包括了命令位、数据位/查询状态。当处理器CPU发送某命令的命令位时，所有的监控芯片同时接收。若发送的是读写命令，在发出命令位后，多个监控芯片形成串联的移位寄存器，通过SDI和SDIO引脚把数据位从上层往下层或从上层往下层逐级传输。若发送的是查询(AD转换中/中断状态)命令，在处理器CPU发出命令位后，如果监控芯片U1处于AD转换中或者中断状态，输出低电平；如果不是，则通过SDIO引脚，把监控芯片U1的电平信号往U2的通信接口SDI传输，假如监控芯片已经是串联芯片中的最后一个，则直接输出高电平。以此类推，只有当所有监控芯片都不处于AD转换中或者中断状态，监控芯片U1才会输出高电平。

本实施例的工作原理为：1.初始化监控芯片的配置寄存器→2.启动监控芯片的A/D转换→3.处理器CPU做其他事情→4.查询A/D转换是否完成；若未完成，回到第三步；若完成，去下一步→5.读取每个采样信号监控模块的电压采样值。

具体实施步骤如下：

1.把CSBI引脚电平拉低，往SCK引脚发出时钟信号，往SDI引脚发送写配置寄存器命令的命令位(0x01)；接着往SDI引脚依次发送监控芯片U3、U2、U1的配置信息，对监控芯片进行必要的初始化；把CSBI引脚电平拉高，配置信息在各芯片中锁存。

2.把CSBI引脚电平拉低，往SCK引脚发出时钟信号，往SDI引脚发送启动A/D转换命令的命令位(0x10)；把CSBI引脚电平拉高。此时，各监控芯片同时启动电压采样测量。

3.电压采样测量需要13ms，处理器CPU可利用这段时间完成其他任务。

4.把CSBI引脚电平拉低，往SCK引脚发出时钟信号，往SDI引脚发送查询A/D转换状态命令的命令位(0x40)；接着从SDO引脚接收电平信号，若为低电平，表示有采样信号监控模块处于A/D转换中，回到第三步；若为高电平，表示所有采样信号监控模块已经完成A/D转换，采样电压数值储存在电池电压寄存器中。

5.把CSBI引脚电平拉低，往SCK引脚发出时钟信号，往SDI引脚发送读电池电压寄存器命令的命令位(0x04)；接着从SDO引脚依次接收U1、U2、U3的各通道的电压数据位；把CSBI引脚电平拉高，读取电压采样值结束。

上述实施例采用的是3个监控芯片的串联，在实际应用中，可以根据需要串接数个监控芯片。

Claims

1.一种多通道电池电压采样装置，其特征在于：包括供电部分、处理器CPU、两个以上的采样信号监控模块、电池电压采样通道和通信连接电路，每个采样信号监控模块上采样信号输入端口连接一个以上的电池电压采样通道，每个采样信号监控模块上的通信端口之间经通信连接电路串行连接，串接在最后一个的采样信号监控模块上的信号输出端口连接处理器CPU上的对应端口，供电部分提供各监控模块和处理器CPU的工作电源。

2.根据权利要求1所述的一种多通道电池电压采样装置，其特征在于：每个电池电压采样通道连接接电池正极采样端口都通过肖特基二极管与供电部分的输出工作电压连接。

3.根据权利要求1所述的一种多通道电池电压采样装置，其特征在于：所述通信连接电路采用二极管和电阻串联的隔离电路，连接于监控模块的通信端口之间每对对应通讯引脚上。

4.根据权利要求3所述的一种多通道电池电压采样装置，其特征在于：所述通信连接电路上连接有用于过滤通信产生电压噪声的电路和抑制电压监控模块连接时产生电压瞬变的电路。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的一种多通道电池电压采样装置，其特征在于：还包括隔离器，隔离器连接于处理器CPU与监控模块之间；所述隔离器的工作电源由供电部分单独输出一路电压。