CN202281798U

CN202281798U - 电池组电压采样电路

Info

Publication number: CN202281798U
Application number: CN2011203144285U
Authority: CN
Inventors: 严春
Original assignee: BCD Shanghai Micro Electronics Ltd
Current assignee: BCD Shanghai Micro Electronics Ltd
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2021-08-25

Abstract

本实用新型提供一种电池组电压采样电路，包括若干电池串联形成的电池组，每个电池通过一个电压输出单元将其电压输出给电压采样单元进行采样，其中接地的第一电池的电压输出单元为电压跟随器或差分电路，与接地的第一电池相连的第二电池的电压输出单元为电平转移电路，并在第二电池两端连接差分电路，通过差分电路输出第二电池的电压给所述电压采样单元，从而获得差分电路和电平转移电路之间的电压差，该电压差即为温度效应引起的电压差值，根据电压差值可以确定第二电池以及依次相连的其他电池的实际采样电压值。从而通过简单的电路结构，获得准确的电池电压采样电路。

Description

电池组电压采样电路

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，所述电压采用电路包括第一至第六电池11～16串联形成的电池组10和电压采样单元60，第一电池至第六电池中11～16每个电池对应于第一至第六电压输出单元21～26相连，第一至第六电压输出单元21～26的输出端分别通过第一至第六开关31～36与电压采样单元60相连，从而根据需要闭合对应开关，从而将第一至第六电池11～16的电压输出至电压采样单元60，实现对电池组10的电压采样。

其中，第一电池11和电压采样单元60共同接地，因此第一电池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；而第二至第六电池12～16不接地，第二至第六电池12～16分别与第二至第六输出单元22～26相连，第二至第六电池12～16的正极和负极端分别与第二至第六电压输出单元22～26相连，第二至第六电压输出单元22～26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45接地，从而把第二至第六电池的电压转移到一个和电压采样单元共同接地电阻45上，然后供电压采样单元60进行电压采样，在第一电压输出单元21与电压采样单元60之间以及每个电压输出单元22～26所在的支路上设置有第一至第六开关31～36，通过控制闭合其中一个开关可以实现对应电池的电压采样，实现监控。

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。而对于第二电池至第六电池12～16不与电压采样单元60共同接地，故对应第二输出单元至第六输出单元21～26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，则第二至第六电池12～16与第一电池11之间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。

为解决上述问题，本实用新型一种电池组电压采样电路包括：若干电池串联形成的电池组，包括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；差分电路，所述差分电路包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第二电池的负极通过第一电阻与运算放大器的反向输入端连接，所述第二电池的正极通过第二电阻与运算放大器的正向输入端连接，所述运算放大器的反向输入端通过第三电阻与运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的正向输入端通过第四电阻接地，所述运算放大器的输出端与所述电压采样单元的第四端连接。

进一步的，所述第二电池的负极与所述第一电池的正极相连。

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为电平转移电路。

进一步的，所述电压采样单元的第三端通过接地电阻接地。

进一步的，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻的阻值均相同。

进一步的，还包括第三电压输出单元和第三开关，所述电池组还包括第三电池，所述第三电池的负极与所述第二电池的正极相连，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两个相同的电平转移电路。

与现有技术相比，本实用新型通过增加一个运放组成的差分电路来实现全温度范围的采样电压补偿。由于接地的第一电池由电压跟随器或差分电路的电压输出单元输出采样单元，可以实现第一电池在全温度范围内的采样电压漂动1mV左右，而在第二个电池上分别使用电平转移电路和差分电路分别输出第二电池的采样电压，比较两个采样电压值，获得电压差值ΔV，因为差分电路得到的电压基本上就是实际值，所以这个ΔV就是电平转移电路因温度变化造成的漂移和实际值的差值，其他电池采用电平转移电路输出电路具有相同的温度漂移系数，故其他电池实际电压可以由电平转移电路采样得到的电压加上ΔV来得到，使用这样一个简单的电路可以将温度导致的误差降到10mV以内。

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，如图2所示，如图2所示，所述电池组电压采样电路包括：

若干电池串联形成的电池组100，所述电池组100包括第一电池101和第二电池102，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，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的第一端601相连，所述电压采样单元600的第二端602接地；进一步的，所述电压采样单元600的第三端603通过接地电阻405接地。在若干电池串联形成的电池组中，第一电池101和电压采样单元600是共地的，则第一电池101可以第一电压输出单元201，即电压跟随器或差分电路进行采样后直接输出，而第二电池至第六电池102～106不与电压采样单元600共同接地。

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；

差分电路，所述差分电路包括运算放大器500、第一电阻401、第二电阻402、第三电阻403和第四电阻404，所述第二电池102的负极通过第一电阻401与运算放大器500的反向输入端连接，所述第二电池102的正极通过第二电阻402与运算放大器500的正向输入端连接，所述运算放大器500的反向输入端通过第三电阻403与运算放大器的输出端连接，所述运算放大器500的正向输入端通过第四电阻404接地，所述运算放大器500的输出端与所述电压采样单元的第四端604连接。其中，所述第一电阻401、第二电阻402、第三电阻403以及第四电阻404的阻值均相同，以保证运算放大器500两端输入电压为1∶1电压输入。第二电池102相对于电压采样系统是不同地的，所以要用第一至第四电阻401～404与运算放大器组成差分电路，将第二电池102的电压转换成为与电压采样单元600共同接地的电压采样方式，方便采样，同时四个电阻的阻值相等容易匹配，可以将第二电池102的电压等比例复制到电压采样单元600。

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，本实施例以六个串联电池为例，第一电池至第六电池 101～106依次串联，其中第三电池至第六电池103～106的连接方式相似，其中，所述第三电池103的负极与所述第二电池102的正极相连，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；所述第四电池104的负极与所述第三电池103的正极相连，所述第四电池104的负极与正极分别与所述第四电压输出单元204的两个输入端连接，所述第四电压输出单元204的输出端通过所述第四开关304与所述电压采样单元600的第三端603连接，同样第五电池105通过与第五电压输出单元205连接，通过第五开关305控制，将电压输出给电压采样单元600进行采样，第六电池106通过与第六电压输出单元206连接，通过第六开关306控制，将电压输出给电压采样单元600进行采样。上述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，所述第三电压输出单元203与第二电压输出单元202为两个相同的电平转移电路，由于所述第三电压输出单元203与第二电压输出单元202采用了同样架构的电平转移电路，故具有同样的温度系数，温度曲线非常相似，故采样电压的输出因温度引起的电压误差一致。

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

1.一种电池组电压采样电路，其特征在于，包括：

若干电池串联形成的电池组，所述电池组包括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；

差分电路，所述差分电路包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第二电池的负极通过第一电阻与运算放大器的反向输入端连接，所述第二电池的正极通过第二电阻与运算放大器的正向输入端连接，所述运算放大器的反向输入端通过第三电阻与运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的正向输入端通过第四电阻接地，所述运算放大器的输出端与所述电压采样单元的第四端连接。

2.如权利要求1所述的电池组电压采样电路，其特征在于，所述第二电池的负极与所述第一电池的正极相连。

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，所述电压采样单元的第三端通过接地电阻接地。

6.如权利要求1所述的电池组电压采样电路，其特征在于，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻的阻值均相同。

7.如权利要求6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，所述电池组还包括第三电池，所述第三电池的负极与所述第二电池的正极相连，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。

8.如权利要求7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两个相同的电平转移电路。