CN202256636U - 一种电池电压检测电路及电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电子电路领域，提供了一种电池电压检测电路及电池管理系统，所述电路包括：多个开关单元，用于在控制信号的控制下导通或关断；第一运放单元，用于在开关单元导通时对对应的奇数节的单体电池电压进行采样，输出第一采样电压；第二运放单元，用于在开关单元导通时对对应的偶数节的单体电池电压进行采样，输出第二采样电压；控制单元，用于在供电后输出控制信号控制开关单元的导通或关断，并对第一采样电压或第二采样电压进行模数转换；电源转换单元，用于为控制单元提供稳定的工作电源。本实用新型仅通过两个运算放大器单元奇偶交错，对待测电池采样，结构简单，成本低，减小电池的耗电差异，并增加开关控制，进一步降低待机时的功耗。

Description

一种电池电压检测电路及电池管理系统

技术领域

本实用新型属于电子电路领域，尤其涉及一种电池电压检测电路及电池管理系统。

背景技术

在锂电池随着新能源发展而蓬勃发展的今天，电池管理系统要求也越来越高，成本要求越来越严格。在电池管理系统中，由于每个电池模块都是串联使用，怎样精确检测每个模块的电池电压的同时，保证电池管理系统在休眠后功耗最低，以及在工作状态下低功耗差异已经是电子工程师们追求的梦想。

目前业界检测电池电压的方法有4种：一是采用专用芯片，如凹凸科技的OZ89xx等芯片，但是价格昂贵；二是采用运放差分采样，这种方式功耗差异太大；三是采用隔离电容采样，结构复杂，并且对器件要求高；四是采用线性光耦隔离采样等技术，但是总体功耗大，并且线性光耦价格贵。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种电池电压检测电路，旨在解决现有电池检测电路结构复杂，待机功耗大，成本高的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种电池电压检测电路，所述电路包括：

在控制信号的控制下导通或关断的多个开关单元，所述多个开关单元的输入端依序与待测电池组中的多个串联单体电池的正极一一对应连接，所述多个开关单元自待测电池组的负极向正极依次奇、偶排列；

在所述开关单元导通时对对应的所述奇数节的单体电池电压进行采样，输出第一采样电压的第一运放单元，所述第一运放单元的正向输入端与所述奇数节开关单元的输出端连接，所述第一运放单元的反向输入端与所述偶数节开关单元的输出端连接；

在所述开关单元导通时对对应的所述偶数节的单体电池电压进行采样，输出第二采样电压的第二运放单元，所述第二运放单元的正向输入端与所述偶数节开关单元的输出端连接，所述第二运放单元的反向输入端与所述奇数节开关单元的输出端连接；

在供电后输出所述控制信号控制所述开关单元的导通或关断，并对所述第一采样电压或第二采样电压进行模数转换的控制单元，所述控制单元的多个输入端分别与所述第一运放单元的输出端、所述第二运放单元的输出端连接，所述控制单元的多个输出端分别与各个所述开关单元的控制端连接；

当为所述控制单元提供稳定的工作电源的电源转换单元，所述电源转换单元的输入端与所述待测电池组的正极连接，所述电源转换单元的输出端与所述控制单元的供电端连接，所述电源转换单元的控制端与外部开关控制单元的输出端连接。

进一步地，所述开关单元包括：

开关管Q11、开关管Q21、电阻R11、电阻R21、电阻R3、电阻R41以及二极管D11；

所述开关管Q11的输入端为所述开关单元的输入端通过电阻R11与所述开关管Q11的控制端连接，所述开关管Q11的输出端与所述二极管D11的阳极连接，所述二极管D11的阴极为所述开关单元的输出端，所述开关管Q21的输入端为所述开关单元的控制端通过所述电阻R41连接电源电压，所述开关管Q21的输出端与所述开关管Q11的控制端连接，所述开关管Q21的控制端通过电阻R3连接电源电压。

进一步地，所述开关管Q11为PNP型三极管，所述开关管Q11的输入端为所述PNP型三极管的发射极，所述开关管Q11的输出端为所述PNP型三极管的集电极，所述开关管Q11的控制端为所述PNP型三极管的基极；

所述开关管Q21为N型MOS管，所述开关管Q21的输入端为所述N型MOS管的源极，所述开关管Q21的输出端为所述N型MOS管的漏极，所述开关管Q21的控制端为所述N型MOS管的栅级。

进一步地，所述开关单元还包括：

电阻R51和电容C11；

所述电阻R51的一端为所述开关单元的输入端，所述电阻R51的另一端同时与所述开关管Q11的输入端和所述电容C11的一端连接，所述电容C11的另一端与所述单体电池的负极连接。

进一步地，所述第一运放单元包括：

第一运算放大器、电阻R61、电阻R62、电阻R63、电阻R64、电阻R65、稳压管D21以及电容C21；

所述第一运算放大器的正向输入端与所述电阻R61的一端连接，所述第一运算放大器的正向输入端同时通过电阻R64接地，所述电阻R61的另一端为所述第一运放单元的正向输入端，所述第一运算放大器的反向输入端与所述电阻R62的一端连接，所述电阻R62的另一端为所述第一运放单元的反向输入端，所述第一运算放大器的输出端与所述第一运算放大器的反向输入端连接，所述第一运算放大器的输出端同时分别与所述稳压二极管D21的阴极、所述电容C21的一端连接，所述电容C21的另一端与所述稳压二极管D21的阳极同时接地；

所述第二运放单元包括：

第二运算放大器、电阻R71、电阻R72、电阻R73、电阻R74、电阻R75、稳压管D22以及电容C22；

所述第二运算放大器的正向输入端与所述电阻R71的一端连接，所述第二运算放大器的正向输入端同时通过电阻R74接地，所述电阻R71的另一端为所述第二运放单元的正向输入端，所述第二运算放大器的反向输入端与所述电阻R72的一端连接，所述电阻R72的另一端为所述第二运放单元的反向输入端，所述第二运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的反向输入端连接，所述第二运算放大器的输出端同时分别与所述稳压二极管D22的阴极、所述电容C22的一端连接，所述电容C22的另一端与所述稳压二极管D22的阳极同时接地。

进一步地，所述控制单元采用具有10bit及以上ADC转换器的单片机。

进一步地，所述电源转换单元包括：

继电器、低压差线性稳压器、电容C31以及电容C32；

所述继电器的公共端为所述电源转换单元的输入端，所述继电器的常开端与所述低压差线性稳压器的输入端连接，所述继电器线圈两端为控制端，所述低压差线性稳压器的输出端为所述电源转换单元的输出端分别与电容C31和电容C32的一端连接，所述电容C31、电容C32的另一端和低压差线性稳压器的接地端同时接地。

进一步地，所述电路还包括：

插接待测电池组的第一接口，所述第一接口的各个引脚与所述开关单元的输入端连接。

进一步地，所述电路还包括：

测量第一节电池电压的辅助测量单元，所述辅助测量单元的输入端与所述第一节开关单元中的二极管D1的阳极连接，所述辅助测量单元的输出端与所述控制单元的一输入端连接。

本实用新型实施例的另一目的在于提供一种采用上述电池电压检测电路的电池管理系统。

在本实用新型实施例中，仅通过两个运算放大器单元奇偶交错对待测电池采样，结构简单，极大地节省了开关数量以及运算放大器单元的数量，节省了制作成本，并且在电源转换单元中增加开关控制，使该电池电压检测电路在休眠或待机状态功耗极低，并且降低多个串联电池之间的功耗差异。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的电池电压检测电路的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的电池电压检测电路的示例电路结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例仅通过两个运算放大单元奇偶交错对待测电池采样，结构简单，成本低，并增加开关控制，进一步降低待机时的功耗。

图1示出本实用新型实施例提供的电池电压检测电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例提供的电池电压检测电路可以应用于各种类型的电池管理系统中，该电池电压检测电路包括：

在控制信号的控制下导通或关断的多个开关单元11，该多个开关单元11的输入端依序与待测电池组10中的多个串联单体电池的正极一一对应连接，多个开关单元11自待测电池组10的负极向正极依次奇、偶排列；

在开关单元11导通时对对应的奇数节的单体电池电压进行采样，输出第一采样电压的第一运放单元12，该第一运放单元12的正向输入端与奇数节开关单元111的输出端连接，第一运放单元12的反向输入端与偶数节开关单元112的输出端连接；

在开关单元11导通时对对应的偶数节的单体电池电压进行采样，输出第二采样电压的第二运放单元13，该第二运放单元13的正向输入端与偶数节开关单元112的输出端连接，第二运放单元13的反向输入端与奇数节开关111单元的输出端连接；

在供电后输出控制信号控制所述开关单元的导通或关断，并对所述第一采样电压或第二采样电压进行模数转换的控制单元14，该控制单元14的多个输入端分别与第一运放单元12的输出端、第二运放单元13的输出端连接，控制单元14的多个输出端分别与各个开关单元11的控制端连接；

当为所述控制单元提供稳定的工作电源的电源转换单元15，该电源转换单元15的输入端与待测电池组10的正极连接，电源转换单元15的输出端与控制单元15的供电端连接，电源转换单元15的控制端与外部开关控制单元16的输出端连接。

以下结合具体实施例对本实用新型的实现进行详细说明，在本实用新型实施例中仅以四个串联电池为例。

图2示出本实用新型实施例提供的电池电压检测电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

在本实用新型实施例中，开关单元11包括：

开关管Q11、开关管Q21、电阻R11、电阻R21、电阻R3、电阻R41以及二极管D11；

开关管Q11的输入端为开关单元11的输入端通过电阻R11与开关管Q11的控制端连接，开关管Q11的输出端与二极管D11的阳极连接，二极管D11的阴极为开关单元11的输出端，开关管Q21的输入端为开关单元11的控制端通过电阻R41连接电源电压，开关管Q21的输出端与开关管Q11的控制端连接，开关管Q21的控制端通过电阻R3连接电源电压。

作为本实用新型一实施例，开关管Q11为PNP型三极管，开关管Q11的输入端为PNP型三极管的发射极，开关管Q11的输出端为PNP型三极管的集电极，开关管Q11的控制端为PNP型三极管的基极；

开关管Q21为N型MOS管，开关管Q21的输入端为N型MOS管的源级，开关管Q21的输出端为N型MOS管的漏级，开关管Q21的控制端为N型MOS管的栅级。

作为本实用新型一优选实施例，开关单元11还包括：

电阻R51和电容C11；

所述电阻R51的一端为所述开关单元11的输入端，所述电阻R51的另一端同时与所述开关管Q11的输入端和所述电容C11的一端连接，所述电容C11的另一端与所述单体电池的负极连接，用于对采样信号进行阻容滤波，以避免采集到瞬时尖峰电压，以影响检测电池电压的准确性。

第一运放单元12包括：

第一运算放大器U1、电阻R61、电阻R62、电阻R63、电阻R64、电阻R65、稳压管D21以及电容C21；

第一运算放大器U1的正向输入端与电阻R61的一端连接，第一运算放大器U1的正向输入端同时通过电阻R64接地，电阻R61的另一端为第一运放单元12的正向输入端，第一运算放大器U1的反向输入端与电阻R62的一端连接，电阻R62的另一端为第一运放单元12的反向输入端，第一运算放大器U1的输出端与第一运算放大器U1的反向输入端连接，第一运算放大器U1的输出端同时分别与稳压二极管D21的阴极、电容C21的一端连接，电容C21的另一端与稳压二极管D21的阳极同时接地；

第二运放单元13包括：

第二运算放大器U2、电阻R71、电阻R72、电阻R73、电阻R74、电阻R75、稳压管D22以及电容C22；

第二运算放大器U2的正向输入端与电阻R71的一端连接，第二运算放大器U2的正向输入端同时通过电阻R74接地，电阻R71的另一端为第二运放单元13的正向输入端，第二运算放大器U2的反向输入端与电阻R72的一端连接，电阻R72的另一端为第二运放单元13的反向输入端，第二运算放大器U2的输出端与第二运算放大器U2的反向输入端连接，第二运算放大器U2的输出端同时分别与稳压二极管D22的阴极、电容C22的一端连接，电容C22的另一端与稳压二极管D22的阳极同时接地。

控制单元14可以采用8051系列的单片机，以降低成本。

电源转换单元15包括：

继电器151、低压差线性稳压器(Low Dropout regulator，LDO)152、电容C31以及电容C32；

继电器151的公共端为电源转换单元的输入端，继电器151的常开端与低压差线性稳压器的输入端连接，继电器151的线圈两端为控制端，低压差线性稳压器152的输出端为电源转换单元15的输出端分别与电容C31和电容C32的一端连接，电容C31、电容C32的另一端和低压差线性稳压器152的接地端同时接地。

作为本实用新型一实施例，该电池电压检测电路还包括：

在第一接口P1的插槽插接待测电池组10，以便于待测电池组的更换检测的第一接口P1，该第一接口P1的各个引脚与开关单元11的输入端连接。

作为本实用新型一实施例，该电池电压检测电路还包括：

测量第一节电池电压，以减小采样电路受温度影响而发生偏移，有效抑制采样电路温漂的辅助测量单元17，该辅助测量单元17的输入端与第一节开关单元110中的二极管D1的阳极连接，辅助测量单元17的输出端与控制单元14的一输入端连接。

辅助测量单元17包括：

电阻R81、电阻R82以及电容C4，电阻R81的一端为辅助测量单元17的输入端，电阻R81的另一端同时与电阻R82的一端和电容C4的一端连接，电阻R82的另一端与电容C4的另一端同时接地。

在本实用新型实施例中，在检测第一节单体电池电压时，开关控制单元16控制继电器151吸合开关，低压差线性稳压器152将电池电压转换为单片机14的工作电压，并给开关管Q12提供偏置电压，单片机14上电后初始化，将输出的采样控制信号复位为高电平，在低压差线性稳压器152的输出电压稳定后，输出低电平的采样控制信号，开关管Q12导通，电阻R11有电流通过，开关管Q11的发射极和基极之间有压差，开关管Q11导通，输出采样电压，如果第一节电池电压的采样方式也用第一运放或者第二运放的采样方式，则容易受温度影响，使该采样电压容易随温度变化而发生偏移，将该采样电压经过辅助测量单元17中的电阻R81、电阻R82和电容C4稳压滤波后输出给单片机14的输入端ADC0，单片机14在该采样电压稳定后对其进行模数转换，完成对第一节单体电池电压的采样。

本实用新型实施例通过增加辅助测量单元17对第一节电池电压进行采样，避免因温度影响而影响第一节电池电压的采样，大大提高了系统的稳定性。

在本实用新型实施例中，在检测第一节以上的电池时，采样可分为偶数节采样和奇数节才采样：在检测第2、4...2n节单体电池电压时，在低压差线性稳压器152的输出电压稳定后，单片机14根据设定的时序循环输出采样控制信号，依次对偶数节单体电池电压进行采样，以对第2节单体电池电压进行测量为例，单片机14向开关管Q22和开关管Q12输出低电平的采样控制信号(若对第2n节电池测量，则向第2n节和第2n-1节开关单元输出低电平的采样控制信号，此处n为自然数)，使开关管Q22和开关管Q12导通，其它开关管关断，使得，开关管Q22和开关管Q12导通，进而开关管Q21和开关管Q11导通，此时，第二运算放大器U2处于正常差分工作状态，将第2节(偶数节)的电池电压输出给单片机14的ADCEVEN输入端口，完成对第2节(偶数节)电池电压的检测。

在检测第3、5...2n+1节单体电池电压时，在低压差线性稳压器152的输出电压稳定后，单片机14根据设定的时序循环输出采样控制信号，依次对奇数节单体电池电压进行采样，以对第3节单体电池电压进行测量为例，单片机14向开关管Q32和开关管Q22输出高电平的采样控制信号(若对第2n+1节电池测量，则向第2n+1节和第2n节开关单元输出高电平的采样控制信号)，使开关管Q32和开关管Q22导通，其它开关管关断，使得，开关管Q32和开关管Q22导通，进而开关管Q31和开关管Q21导通，此时，第一运算放大器U1处于正常差分工作状态，将第3节(第2n+1节)的电池电压输出给单片机14的ADCODD输入端口，完成对第3节(第2n+1节)电池电压的检测。

在采样过程中，由于引入了输入阻抗匹配电阻，运放差分电路的不一致，以及开关电路的压降等问题，单片机14进一步对采样电压进行校准，以减小误差，提高测量精度。

在本实用新型实施例中，在待机或休眠状态下，开关控制单元16对继电器151的线圈断电，继电器151的开关断开，低压差线性稳压器152停止对控制单元14供电，整个电路掉电，以实现最大限度的节省能耗。

在本实用新型实施例中，该电池电压检测电路可检测n节电池电压，该n节电池电压可以为串联连接或无连接关系，另外n应满足：n×V_min≥5伏，且n×V_max≤60伏，其中V_min为单节电池的最低电压，V_max为单节电池的最高电压。

在本实用新型实施例中，仅通过两个运算放大单元奇偶交错对待测电池采样，结构简单，极大地节省了开关数量以及运算放大器单元的数量，节省了制作成本，并且在电源转换单元中增加开关控制，使该电池电压检测电路在休眠或待机状态功耗极低，进而降低多个电池的功耗差异。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池电压检测电路，其特征在于，所述电路包括：

在控制信号的控制下导通或关断的多个开关单元，所述多个开关单元的输入端依序与待测电池组中的多个串联单体电池的正极一一对应连接，所述多个开关单元自待测电池组的负极向正极依次奇、偶排列；

在所述开关单元导通时对对应的所述奇数节的单体电池电压进行采样，输出第一采样电压的第一运放单元，所述第一运放单元的正向输入端与所述奇数节开关单元的输出端连接，所述第一运放单元的反向输入端与所述偶数节开关单元的输出端连接；

在所述开关单元导通时对对应的所述偶数节的单体电池电压进行采样，输出第二采样电压的第二运放单元，所述第二运放单元的正向输入端与所述偶数节开关单元的输出端连接，所述第二运放单元的反向输入端与所述奇数节开关单元的输出端连接；

在供电后输出所述控制信号控制所述开关单元的导通或关断，并对所述第一采样电压或第二采样电压进行模数转换的控制单元，所述控制单元的多个输入端分别与所述第一运放单元的输出端、所述第二运放单元的输出端连接，所述控制单元的多个输出端分别与各个所述开关单元的控制端连接；

当为所述控制单元提供稳定的工作电源的电源转换单元，所述电源转换单元的输入端与所述待测电池组的正极连接，所述电源转换单元的输出端与所述控制单元的供电端连接，所述电源转换单元的控制端与外部开关控制单元的输出端连接。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关单元包括：

开关管Q11、开关管Q21、电阻R11、电阻R21、电阻R3、电阻R41以及二极管D11；

所述开关管Q11的输入端为所述开关单元的输入端通过电阻R11与所述开关管Q11的控制端连接，所述开关管Q11的输出端与所述二极管D11的阳极连接，所述二极管D11的阴极为所述开关单元的输出端，所述开关管Q21的输入端为所述开关单元的控制端通过所述电阻R41连接电源电压，所述开关管Q21的输出端与所述开关管Q11的控制端连接，所述开关管Q21的控制端通过电阻R3连接电源电压。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述开关管Q11为PNP型三极管，所述开关管Q11的输入端为所述PNP型三极管的发射极，所述开关管Q11的输出端为所述PNP型三极管的集电极，所述开关管Q11的控制端为所述PNP型三极管的基极；

所述开关管Q21为N型MOS管，所述开关管Q21的输入端为所述N型MOS管的源极，所述开关管Q21的输出端为所述N型MOS管的漏极，所述开关管Q21的控制端为所述N型MOS管的栅级。

4.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述开关单元还包括：

电阻R51和电容C11；

所述电阻R51的一端为所述开关单元的输入端，所述电阻R51的另一端同时与所述开关管Q11的输入端和所述电容C11的一端连接，所述电容C11的另一端与所述单体电池的负极连接。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一运放单元包括：

第一运算放大器、电阻R61、电阻R62、电阻R63、电阻R64、电阻R65、稳压管D21以及电容C21；

所述第一运算放大器的正向输入端与所述电阻R61的一端连接，所述第一运算放大器的正向输入端同时通过电阻R64接地，所述电阻R61的另一端为所述第一运放单元的正向输入端，所述第一运算放大器的反向输入端与所述电阻R62的一端连接，所述电阻R62的另一端为所述第一运放单元的反向输入端，所述第一运算放大器的输出端与所述第一运算放大器的反向输入端连接，所述第一运算放大器的输出端同时分别与所述稳压二极管D21的阴极、所述电容C21的一端连接，所述电容C21的另一端与所述稳压二极管D21的阳极同时接地；

所述第二运放单元包括：

第二运算放大器、电阻R71、电阻R72、电阻R73、电阻R74、电阻R75、稳压管D22以及电容C22；

所述第二运算放大器的正向输入端与所述电阻R71的一端连接，所述第二运算放大器的正向输入端同时通过电阻R74接地，所述电阻R71的另一端为所述第二运放单元的正向输入端，所述第二运算放大器的反向输入端与所述电阻R72的一端连接，所述电阻R72的另一端为所述第二运放单元的反向输入端，所述第二运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的反向输入端连接，所述第二运算放大器的输出端同时分别与所述稳压二极管D22的阴极、所述电容C22的一端连接，所述电容C22的另一端与所述稳压二极管D22的阳极同时接地。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制单元采用具有10bit及以上ADC转换器的单片机。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电源转换单元包括：

继电器、低压差线性稳压器、电容C31以及电容C32；

所述继电器的公共端为所述电源转换单元的输入端，所述继电器的常开端与所述低压差线性稳压器的输入端连接，所述继电器线圈两端为控制端，所述低压差线性稳压器的输出端为所述电源转换单元的输出端分别与电容C31和电容C32的一端连接，所述电容C31、电容C32的另一端和低压差线性稳压器的接地端同时接地。

8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

插接待测电池组的第一接口，所述第一接口的各个引脚与所述开关单元的输入端连接。

9.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

测量第一节电池电压的辅助测量单元，所述辅助测量单元的输入端与所述第一节开关单元中的二极管D1的阳极连接，所述辅助测量单元的输出端与所述控制单元的一输入端连接。

10.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括如权利要求1至9任一项所述的电池电压检测电路。

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