CN202177660U - 电池组电压采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电池组电压采样电路包括若干电池串联连接的电池组，第一、第二电压输出单元、电压采样单元、电压基准单元以及参考电压输出单元，其中电压基准单元的第一端与第二电池的正极连接，第二端通过第一电阻接地，电压基准单元的两端分别与参考电压输出单元的两个输入端连接，所述参考电压输出单元的输出端通过参考开关与电压采样单元的第三端连接。与现有技术相比，本实用新型通过电压基准单元及采用电平转移电路的参考电压输出单元来实现全温度范围的采样电压补偿。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电池管理系统，尤其涉及一种电池组电压采样电路。
背景技术
锂离子电池组是根据客户系统的电压和容量要求由许多电芯进行串并联而得到的，锂离子电池非常娇贵，单节电芯必须保证在规格书给定的电压范围内，如果超出了规格书给定的范围，轻则损伤电芯从而影响整组电池的寿命，重则会出现电池组燃烧、爆炸等安全事故。
具有多个电池单元的电池组，例如锂离子电池组，被广泛应用于工业生产中。锂离子电池具有能量密度大、平均输出电压高、自放电小、没有记忆效应、工作温度范围宽、循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100％、输出功率大、使用寿命长以及不含有毒有害物质等诸多优点，被称为绿色电池，广泛应用于笔记本电脑、电动工具、电动车等领域。单节锂离子电池的电压为4V左右，为了获得较高电压，在实际应用中常常使用锂离子电池多节串联后得到的锂离子电池组给设备进行供电，所以锂离子电池组会据客户系统的电压和容量要求进行串并联供电。
由于锂离子电池组非常娇贵，单个电池单元必须保证在规格书给定的电压范围内，如果超出了规格书给定的范围，轻则损伤电池单元的电芯，影响整组电池的寿命，重则会出现电池组燃烧、爆炸等安全事故。即使所有电池单元都是在安装前进行过容量匹配检测，但在长期的使用过程中电池单元会因自身放电不一致而导致电池单元之间的容量不一致，间接表现出电压不一致，因此，对电池组里的每个电池的电压进行采样，监控是很有必要的。
图1为现有技术中一种电池组电压采样电路的结构示意图，如图1所示，所述电压采样电路包括若干电池串联形成的电池组10，例如第一电池11、第二电池12及第三电池13，电压采样单元60，所述电池组10中每个电池与对应的一个电压输出单元相连，与第一电池相连的为第一电压输出单元21，与第二电池相连的为第二电压输出单元22，与第三电池相连的为第三电压输出单元23，每个电压输出单元的输出端分别通过一个开关与电压采样单元60相连，第一电压输出单元21通过第一开关31与电压采样单元60的第一端61相连，第二电压输出单元22通过第二开关32与电压采样单元60的第三端63相连，第三电压输出单元23通过第三开关33与电压采样单元60的第三端63相连，其余电池对应的电压输出电源均通过一个开关与电压采样单元的第三端相连。从而根据采样需要，闭合对应电池的一个开关，能够通过电压输出单元输出值电压采样单元60获得该电池的采样电压。
其中，由于第一电池11和电压采样单元60共同接地，故第一电池11的正极和负极分别与第一电压输出单元21的两个输入端连接，第一电压输出单元21的输出端与电压采样单元60的第一端61相连，将第一电池11的电压直接输出给电压采样单元60；第一电池以外的其他电池不接地，故第一电池以外的其他电池的正极和负极端分别与对应电压输出单元的两个输出端连接，电压输出单元的输出端与电压采样单元的第三端63相连，同时还通过一个接地电阻52接地，从而把除第一电池以外的电压转移到一个和电压采样单元60共同接地电阻52上，然后供电压采样单元60进行电压采样，从而通过控制闭合其中一个开关可以实现对相应电池的电压进行采样，实现对电池组中每个电压的监控。
由于第一电池11与电压采样单元60共同接地，故第一电压输出单元21通常采用电压跟随器或差分电路采样后直接输出，因其电平转移电路上有压降且又需要在电阻上采样一串电芯的压降，故不适用于第一电池11，由于电压跟随器或差分电路采样后直接输出，输出电压随温度飘动非常小，甚至小于1mV。而对于电池组10的其余电池不与电压采样单元60共同接地，故对应电压输出单元均采用电平转移电路进行电压输出。然而，相对于电压跟随器或差分电路，电平转移电路相对复杂且随温度的变化也比较大，最大甚至能达到20mV左右，则其余电池的采样电压会因输出温度系数而导致采样结果不正确，引起采样结果误差，实验表明，不同温度情况下会带来20mV左右的误差。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种解决温度变化而导致的电压采样误差问题的电压采样的电池组电压采样电路。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电池组电压采样电路，包括：若干电池串联连接的电池组，其包括位于串联两端的第一电池和第二电池，所述第一电池的负极接地；第一电压输出单元，所述第一电池的负极与正极分别与所述第一电压输出单元的两个输入端连接；电压采样单元，所述第一电压输出单元的输出端通过第一开关与所述电压采样单元第一端相连，所述电压采样单元的第二端接地；第二电压输出单元，所述第二电池的负极和正极端分别与所述第二电压输出单元的两个输入端连接，所述第二电压输出单元的输出端通过第二开关与所述电压采样单元的第三端连接；电压基准单元，其第一端与第二电池的正极连接，第二端通过第一电阻接地；参考电压输出单元，所述电压基准单元的两端分别与参考电压输出单元的两个输入端连接，所述参考电压输出单元的输出端通过参考开关与电压采样单元的第三端连接。
进一步的，所述第二电压输出单元的输出端还通过接地电阻接地。
进一步的，所述第一电压输出单元为电压跟随器或差分电路。
进一步的，所述第二电压输出单元与所述参考电压输出单元为电平转移电路。
进一步的，还包括第三电压输出单元和第三开关，所述电池组还包括位于所述第一电池和所述第二电池之间的第三电池，所述第三个电池的负极与正极分别与所述第三电压输出单元的两个输入端连接，所述第三电压输出单元的输出端通过所述第三开关与所述电压采样单元的第三端连接。
进一步的，所述第三电压输出单元与第二电压输出单元为相同的电平转移电路。
本实用新型中电池组电压采样电路的工作过程如下：断开电池组每个电池对应电压输出单元的开关，即断开第一开关、第二开关等，单独闭合参考开关，已知电压基准单元提供的电压为V1，通过参考电压输出单元输出后，在电压采样单元获得采样电压为V2，V2减去V1获得的差值ΔV即为参考电压输出单元随温度变化产生的电压误差；接着，断开参考开关，闭合第二开关，此时电压采样单元获得第二电池的采样电压V3，由于第二电压输出单元与参考电压输出单元采用结构和参数相同的电平转移电路，故第二电压输出单元具有与参考电压输出单元相同的温度漂移，进而具有相同的电压误差ΔV，从而将采样电压V3减去ΔV即可获得第二电池的实际采样电压。除第一电池可直接获得实际采样外，其余电池对应的电压输出单元均采用与参考电压输出单元结构和参数均相同的电平转移电路，故在测量除第一电池以外的其余电池的电压时，可以根据电压采样单元获得的采样电压与电压误差ΔV进行计算，获得实际采样电压。
与现有技术相比，本实用新型通过电压基准单元及采用电平转移电路的参考电压输出单元来实现全温度范围的采样电压补偿，降低电压采样电路因温度导致的误差。
附图说明
图1为现有技术中电池组电压采样电路的结构示意图。
图2为本实用新型一实施例中电池组电压采样电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本实用新型的内容作进一步说明。当然本实用新型并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本实用新型的保护范围内。
其次，本实用新型利用示意图进行了详细的表述，在详述本实用新型实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本实用新型的限定。
图2为本实用新型一实施例中电池组电压采样电路的结构示意图，本实用新型提供一种电池组电压采样电路，该电池组采样电路包括：若干电池串联连接的电池组100、第一电压输出单元201、电压采样单元600、第二电压输出单元202、电压基准单元400以及参考电压输出单元204。其中：
所述若干电池串联连接的电池组100包括位于串联两端的第一电池101和第二电池102，其中所述第一电池101的负极接地；
第一电压输出单元201，所述第一电池101的负极与正极分别与所述第一电压输出单元201的两个输入端连接；其中，由于第一电池101与电压采样单元600共同接地，其中第一电压输出单元201选择电压跟随器或差分电路，相比于电平转移电路，其压降更小，且不需要连接接地电阻502，故耗能更小，且输出电压准确，受温度漂移影响小。
电压采样单元600，所述第一电压输出单元201的输出端通过第一开关301与所述电压采样单元600第一端601相连，所述电压采样单元600的第二端602接地；
第二电压输出单元202，所述第二电池102的负极和正极端分别与所述第二电压输出单元202的两个输入端连接，所述第二电压输出单元202的输出端通过第二开关302与所述电压采样单元600的第三端603连接；由于第二电池不接地，并且差分电路的功耗比较大，不能做关断处理，电平转移电路在不使用时可以完全关断，只在采样时有功耗，故所述第二电压输出单元202采用电平转移电路。所述第二电压输出单元202的输出端还通过接地电阻502接地，从而将不接地的第二电池102的电压通过第二电压输出单元22的输出后，通过接地电阻502，成为电压采样单元600能够测量的采样电压，从而便于电压采样单元600对第二电池的电压的采样。
电压基准单元400(VREF)，其第一端401与第二电池102的正极连接，第二端402通过第一电阻501接地，所述第一电阻501为电压基准单元400提供一个电流回路。所述电压基准单元400随温度的变化非常小，在整个温度范围下，电压基准单元的电压几乎不发生变化。所述电压基准单元的基准电压不受限制，但较佳的基准电压为接近电池的电压为佳，测量结果更加准确。此外所述电压基准单元400的第一端401还可以与第三电池103或其他电池的正极连接。
参考电压输出单元204，所述电压基准单元400的两端分别与参考电压输出单元204的两个输入端连接，所述参考电压输出单元204的输出端通过参考开关304与电压采样单元600的第三端603连接；其中所述参考电压输出单元204为电平转移电路，参考电压输出单元204的电平转移电路的结构及参数与第二电压输出单元202的电平转移电路的结构和参数均相同，故参考电压输出电路204与第二电压输出单元202输出的采样电压的温度系数一致，因而产生的电压误差相同。
进一步的，所述电池组电压采样电路还包括第三电压输出单元203和第三开关303，所述电池组除包括第一电池101和第二电池102，还可以包括第三电池103以及更多串联的电池，所述第三电池103位于所述第一电池101和所述第二电池102之间，所述第三个电池103的负极与正极分别与所述第三电压输出单元203的两个输入端连接，所述第三电压输出单元203的输出端通过所述第三开关303与所述电压采样单元600的第三端603连接。图2所示，电池组包括六个串联电池，其中其余电池的连接方式与第三电池相似，其中，每个电池的负极和正极都分别与一个采用电平转移电路的电压输出单元的两个输入端连接，该电压输出单元的输出端通过所述对应开关与所述电压采样单元600的第三端603连接，对应电池的电压输出单元均通过接地电阻接地，从而该电池的电压通过电压输出单元输出，从而电压采样单元600获得该电池的采样电压；图2中仅以六个电池串联形成的电池组为例，但所述电池组中串联电池的数量不被限制。其中，除第一电压输出单元201采用电压跟随器或差分电路外，其余电压输出单元均采用结构和参数均相同的电平转移电路，故能够具有同样的温度系数，从而输出电压随温度变化的电压误差相同。
本实用新型中电池组电压采样电路的工作过程如下：断开电池组每个电池对应电压输出单元的开关，即断开第一开关301、第二开关302等，单独闭合参考开关304，已知电压基准单元400提供的电压为V1，通过参考电压输出单元204输出后，在电压采样单元600获得采样电压为V2，V2减去V1获得的差值ΔV即为参考电压输出单元204随温度变化产生的电压误差；接着，断开参考开关304，闭合第二开关302，此时电压采样单元600获得第二电池102的采样电压V3，由于第二电压输出单元202与参考电压输出单元204采用结构和参数相同的电平转移电路，故第二电压输出单元202具有与参考电压输出单元204相同的温度漂移，进而具有相同的电压误差ΔV，从而将采样电压V3减去ΔV即可获得第二电池202的实际采样电压。除第一电池102可直接获得实际采样外，其余电池对应的电压输出单元均采用与参考电压输出单元结构和参数均相同的电平转移电路，故在测量除第一电池以外的其余电池的电压时，可以根据电压采样单元600获得的采样电压与电压误差ΔV进行计算获得实际采样电压。
与现有技术相比，本实用新型通过电压基准单元及采用电平转移电路的参考电压输出单元来实现全温度范围的采样电压补偿，降低电压采样电路因温度导致的误差，同时，电压基准单元的电压可以根据需求进行调节，设置在最恰当的电压点，线路简单，误差小。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (6)
1.一种电池组电压采样电路，其特征在于，包括：
若干电池串联连接的电池组，其包括位于串联两端的第一电池和第二电池，所述第一电池的负极接地；
第一电压输出单元，所述第一电池的负极与正极分别与所述第一电压输出单元的两个输入端连接；
电压采样单元，所述第一电压输出单元的输出端通过第一开关与所述电压采样单元第一端相连，所述电压采样单元的第二端接地；
第二电压输出单元，所述第二电池的负极和正极端分别与所述第二电压输出单元的两个输入端连接，所述第二电压输出单元的输出端通过第二开关与所述电压采样单元的第三端连接；
电压基准单元，其第一端与第二电池的正极连接，第二端通过第一电阻接地；
参考电压输出单元，所述电压基准单元的两端分别与参考电压输出单元的两个输入端连接，所述参考电压输出单元的输出端通过参考开关与电压采样单元的第三端连接。
2.如权利要求1所述的电池组电压采样电路，其特征在于，所述第二电压输出单元的输出端还通过接地电阻接地。
3.如权利要求1所述的电池组电压采样电路，其特征在于，所述第一电压输出单元为电压跟随器或差分电路。
4.如权利要求1所述的电池组电压采样电路，其特征在于，所述第二电压输出单元与所述参考电压输出单元为电平转移电路。
5.如权利要求1所述的电池组电压采样电路，其特征在于，还包括第三电压输出单元和第三开关，所述电池组还包括位于所述第一电池和所述第二电池之间的第三电池，所述第三个电池的负极与正极分别与所述第三电压输出单元的两个输入端连接，所述第三电压输出单元的输出端通过所述第三开关与所述电压采样单元的第三端连接。
6.如权利要求5所述的电池组电压采样电路，其特征在于，所述第三电压输出单元与第二电压输出单元为相同的电平转移电路。
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