CN207148294U - 一种电动汽车用多通道检测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及汽车检测装置技术领域，尤其是一种电动汽车用多通道检测仪。它包括电源管理模块、显示模块、无线通信模块、用于对动力电池组的单体电池的电压信号进行采集的电压采集模块、用于对动力电池组的充电电流信号和放电电流信号进行采集的双向电流采集模块、用于对动力电池组的工作温度及环境温度进行数据采集的温度采集模块以及用于将各模块输出的模拟信号逐一转换为数字信号后输出至主控制器的ADC转换模块。本实用新型可对电动车的动力电池进行电压、电流及温度等相关数据进行采集、模数转换以及输出显示处理，以供检测人员能够依靠这些数据信息对动力电池组的各项性能进行检测、评估，从而为动力电池组的正常工作及维护提供保障。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车检测装置技术领域，尤其是一种电动汽车用多通道检测仪。
背景技术
随着传统能源面临的环境、成本等问题的逐渐突出，国家从长远战略发展角度考虑大力发展新能源产业，而作为一个汽车保有量巨大的国家，汽车尾气污染也是环境污染的重要因素，所以作为汽车产业中的重要力量的混合动力汽车和纯电动汽车的发展也得到了国家的大力支持。以纯电动汽车为例，与传统汽车的成熟度相比，其动力系统和传动系统等都发生了重大的变化，而动力源更是来源于充电电池组，因此，如何对电池组的各项数据进行有效快速的检测评估是关系到纯电动汽车的整体性能的重要条件之一。
实用新型内容
针对上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种电动汽车用多通道检测仪。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种电动汽车用多通道检测仪，它包括用于提供5V工作电压的电源管理模块、用于对动力电池组的单体电池的电压信号进行采集的电压采集模块、用于对动力电池组的充电电流信号和放电电流信号进行采集的双向电流采集模块、用于对动力电池组的工作温度及环境温度进行数据采集的温度采集模块以及用于将电压采集模块输出的模拟信号、双向电流采集模块输出的模拟信号和温度采集模块输出的模拟信号逐一转换为数字信号后输出至主控制器的ADC转换模块；
所述电源管理模块、电压采集模块、双向电流采集模块和温度采集模块分别与主控制器相连，所述主控制器还连接有一用于对主控制器输出的各项数据进行实时显示的显示模块和一用于对主控制器输出的各项数据远程传输至上位机的无线通信模块。
优选地，所述电压采集模块包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端和反相输入端分别通过第一电阻和第二电阻连接于动力电池组的单体电池的两端、输出端通过第五电阻连接于第二运算放大器的同相输入端，且所述第一运算放大器的反相输入端还通过第四电阻连接于第五电阻与第一运算放大器的输出端之间、同相输入端通过第三电阻连接于第一运算放大器的正极电源端并接地，所述第二运算放大器的反相输入端通过第六电阻连接第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端连接ADC转换模块的输入端并同时通过并联设置的第一二极管和第一电容接地。
优选地，所述双向电流采集模块包括第三运算放大器和第四运算放大器，所述第三运算放大器的反相输入端通过顺序串联的第十四电阻和第十六电阻连接于第四运算放大器的同相输入端、同相输入端通过顺序串联的第十三电阻和第十五电阻连接于第四运算放大器的反相输入端，所述第十三电阻通过顺序串联的第十一电阻和第七电阻连接于动力电池组的一端，所述第十六电阻通过顺序串联的第十二电阻和第九电阻连接于动力电池组的另一端，且所述第十一电阻和第七电阻之间还同时通过并联设置的第八电阻和第二电容接地，所述第十二电阻与第九电阻之间还同时通过并联设置的第十电阻和第三电容接地；
所述第三运算放大器的反相输入端还通过第十九电阻连接于第三运算放大器的输出端，且所述第三运算放大器的输出端连接ADC转换模块的输入端并同时通过并联设置的第二二极管和第四电容接地；所述第四运算放大器的反相输入端通过第二十电阻连接于第四运算放大器的输出端，且所述第四运算放大器的输出端连接ADC转换模块的输入端并同时通过并联设置的第三二极管和第五电容接地。
优选地，所述温度采集模块包括AD620型仪表放大器以及置于动力电池组的工作空间内的PT100型温度传感器，所述仪表放大器的第1引脚与第8引脚之间串接一变阻器，所述温度传感器的两边桥臂分别与仪表放大器的第2引脚和第3引脚相连，所述仪表放大器的第6引脚连接主控制器。
优选地，所述ADC转换模块包括一AD7705型ADC转换器，所述主控制器包括一STC2C5A60S2型微控制器。
由于采用了上述方案，本实用新型通过设置多个电压采集模块来获取动力电池组中的每个单体电池的电压信号，同时配合针对动力电池组的充放电电流信号进行采集的双向电流采集模块以及针对动力电池组的相关温度信息进行数据采集的温度采集模块可形成一针对电动车的动力电池进行电压、电流及温度等相关数据采集的多通道数据采集装置，利用ADC转换模块将接收到的模拟信号逐一地转换为数字信号为输送至主控制器，以利用主控制器的处理能力将采集到的数据进行实时显示或者远程输送，以供检测人员能够依靠这些数据信息对动力电池组的各项性能进行检测、评估，从而为动力电池组的正常工作及维护提供保障；其系统结构简单，具有很强的实用价值和市场推广价值。
附图说明
图1是本实用新型实施例的系统控制原理框图；
图2是本实用新型实施例的电压采集模块的电路结构参考示意图；
图3是本实用新型实施例的双向电流采集模块的电路结构参考示意图；
图4是本实用新型实施例的温度采集模块的电路结构参考示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1并结合图2至图4所示，本实施例提供的一种电动汽车用多通道检测仪，它包括用于提供5V工作电压的电源管理模块a(其可根据实际情况采用目前市面上主流的电源管理元器件，以能够输出5V为准)、用于对动力电池组B的单体电池的电压信号进行采集的电压采集模块b、用于对动力电池组B的充电电流信号和放电电流信号进行采集的双向电流采集模块c、用于对动力电池组B的工作温度及环境温度进行数据采集的温度采集模块d以及用于将电压采集模块b输出的模拟信号、双向电流采集模块c输出的模拟信号和温度采集模块d输出的模拟信号逐一转换为数字信号后输出至主控制器e的ADC转换模块f；其中，电源管理模块a、电压采集模块b、双向电流采集模块c和温度采集模块d分别与主控制器e相连；同时，主控制器e还连接有一用于对主控制器e输出的各项数据进行实时显示的显示模块g(如LCD显示屏等)和一用于对主控制器e输出的各项数据远程传输至上位机A(如智能手机、平板电脑或PC机等等)的无线通信模块h(其可根据具体情况采用诸如蓝牙模块、WIFI模块或GPRS模块等等)。
由此，由于纯电动车的动力电池通常是由多个(如12个)单体电池串联而成的，可针对每个单体电池设置一个电压采集模块b以获取相应单体电池的电压信号，同时配合针对动力电池组B的充放电电流信号进行采集的双向电流采集模块c以及针对动力电池组B的相关温度信息进行数据采集的温度采集模块d可形成一针对电动车的动力电池进行电压、电流及温度等相关数据采集的多通道数据采集装置，利用ADC转换模块f将接收到的模拟信号逐一地转换为数字信号为输送至主控制器e，以利用主控制器e的处理能力将采集到的数据进行实时显示或者远程输送，以供检测人员能够依靠这些数据信息对动力电池组B的各项性能进行检测、评估，从而为动力电池组B的正常工作及维护提供保障。
为优化整个检测仪的系统电路结构，保证其对单体电池的电压信号采集的精确性，如图2所示，本实施例的电压采集模块b包括第一运算放大器U1和第二运算放大器U2，第一运算放大器U1的同相输入端和反相输入端分别通过第一电阻R1和第二电阻R2连接于动力电池组B的单体电池的两端、输出端通过第五电阻R5连接于第二运算放大器U2的同相输入端，且第一运算放大器U1的反相输入端还通过第四电阻R4连接于第五电阻R5与第一运算放大器U1的输出端之间、同相输入端通过第三电阻R3连接于第一运算放大器U1的正极电源端并接地，第二运算放大器U2的反相输入端通过第六电阻R6连接第二运算放大器U2的输出端，第二运算放大器U2的输出端连接ADC转换模块f的输入端并同时通过并联设置的第一二极管D1和第一电容C1接地。
由此，由于动力电池组B是由单体电池串联而成，在参考点的作用下，各个单体电池的正负极对地参考电压近似比例增大，为保证电压采集模块b对电压信号采集的精确性，最好借助由运算放大器“虚短”与“虚断”原理构成的减法电路来实现，即：可利用第一运算放大器U1和第二运算放大器U2构建两级网络，即：由第一电阻R1至第四电阻R4与第一运算放大器U1组建成差分放大电路以作为剪发电路来使用，利用第二运算放大器U2与相应电阻则构成电压跟随器，以起到缓冲及隔离的作用。
为保证检测仪对动力电池组B的充放电电流信号采集的准确性，如图3所示，本实施例的双向电流采集模块c包括第三运算放大器U3和第四运算放大器U4，第三运算放大器U3的反相输入端通过顺序串联的第十四电阻R14和第十六电阻R16连接于第四运算放大器U4的同相输入端、同相输入端通过顺序串联的第十三电阻R13和第十五电阻R15连接于第四运算放大器U4的反相输入端，第十三电阻R13通过顺序串联的第十一电阻R11和第七电阻R7连接于动力电池组B的一端，第十六电阻R16通过顺序串联的第十二电阻R12和第九电阻R9连接于动力电池组B的另一端，且第十一电阻R11和第七电阻R7之间还同时通过并联设置的第八电阻R8和第二电容C2接地，第十二电阻R12与第九电阻R9之间还同时通过并联设置的第十电阻R10和第三电容C3接地；第三运算放大器U3的反相输入端还通过第十九电阻R19连接于第三运算放大器U3的输出端，且第三运算放大器U3的输出端连接ADC转换模块f的输入端并同时通过并联设置的第二二极管D2和第四电容C4接地；第四运算放大器U4的反相输入端通过第二十电阻R20连接于第四运算放大器U4的输出端，且第四运算放大器U4的输出端连接ADC转换模块f的输入端并同时通过并联设置的第三二极管D3和第五电容C5接地。
由此，可使整个双向电流采集模块c形成类似于电气中的互锁电路结构，在由第七电阻7至第十六电阻R16所构成的电阻分压网络下，会产生不同的电压，结合运算放大器的差分放大功能，分别会引入第三运算放大器U3和第四运算放大器U4的输入端，由于引入同相输入端和反相输入端的电压不同，使得两个运算放大器各自工作在线性工作区和非线性工作区内，当动力电池组B中有任何方向的电流时，均会产生一组运放工作在线性放大区域以产生对应的模拟电压，从而实现对电池组的放电电流和充电电流的采集工作。
为实现对电池组相关温度的采集，以为保证电池组工作在可靠的温度范围内而不引起电池故障提供有力保障，如图4所示，本实施例的温度采集模块d包括AD620型仪表放大器U5以及置于动力电池组B的工作空间内的PT100型温度传感器U6，其中，仪表放大器U5的第1引脚与第8引脚之间串接一变阻器Rt，温度传感器U6的两边桥臂分别与仪表放大器U5的第2引脚和第3引脚相连，而仪表放大器U6的第6引脚则连接主控制器e。由于温度传感器U6两边桥臂上的导线长度相同，通过将整个温度采集模块d的电路形成类似于三线制电路接法，可有效消除接入导线的电阻，以提高温度测量的精度，同时利用仪表放大器U5实现温度信号放大输出的功能，而其放大倍数则取决于变阻器Rt。当然，本实施例的温度采集模块d也可采用与电压采集模块相同的电路结构，以通过差分放大电路来实现整个模块的地线电阻与传感器的地线电阻的匹配，在保证采集精度的同时将温度信号转换为模拟电压信号。
另外，为最大限度地保证整个检测仪的性能，本实施例的ADC转换模块f主要由一AD7705型ADC转换器构成，而主控制器e则主要由一STC2C5A60S2型微控制器构成，从而利用转换器所具有的16位双通道差分输入、串行输出的特点来实现多路信号的模数转换，而利用微控制器来实现对数据的分析处理及输出。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种电动汽车用多通道检测仪，其特征在于：它包括用于提供5V工作电压的电源管理模块、用于对动力电池组的单体电池的电压信号进行采集的电压采集模块、用于对动力电池组的充电电流信号和放电电流信号进行采集的双向电流采集模块、用于对动力电池组的工作温度及环境温度进行数据采集的温度采集模块以及用于将电压采集模块输出的模拟信号、双向电流采集模块输出的模拟信号和温度采集模块输出的模拟信号逐一转换为数字信号后输出至主控制器的ADC转换模块；
所述电源管理模块、电压采集模块、双向电流采集模块和温度采集模块分别与主控制器相连，所述主控制器还连接有一用于对主控制器输出的各项数据进行实时显示的显示模块和一用于对主控制器输出的各项数据远程传输至上位机的无线通信模块。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车用多通道检测仪，其特征在于：所述电压采集模块包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端和反相输入端分别通过第一电阻和第二电阻连接于动力电池组的单体电池的两端、输出端通过第五电阻连接于第二运算放大器的同相输入端，且所述第一运算放大器的反相输入端还通过第四电阻连接于第五电阻与第一运算放大器的输出端之间、同相输入端通过第三电阻连接于第一运算放大器的正极电源端并接地，所述第二运算放大器的反相输入端通过第六电阻连接第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端连接ADC转换模块的输入端并同时通过并联设置的第一二极管和第一电容接地。
3.如权利要求1所述的一种电动汽车用多通道检测仪，其特征在于：所述双向电流采集模块包括第三运算放大器和第四运算放大器，所述第三运算放大器的反相输入端通过顺序串联的第十四电阻和第十六电阻连接于第四运算放大器的同相输入端、同相输入端通过顺序串联的第十三电阻和第十五电阻连接于第四运算放大器的反相输入端，所述第十三电阻通过顺序串联的第十一电阻和第七电阻连接于动力电池组的一端，所述第十六电阻通过顺序串联的第十二电阻和第九电阻连接于动力电池组的另一端，且所述第十一电阻和第七电阻之间还同时通过并联设置的第八电阻和第二电容接地，所述第十二电阻与第九电阻之间还同时通过并联设置的第十电阻和第三电容接地；
所述第三运算放大器的反相输入端还通过第十九电阻连接于第三运算放大器的输出端，且所述第三运算放大器的输出端连接ADC转换模块的输入端并同时通过并联设置的第二二极管和第四电容接地；所述第四运算放大器的反相输入端通过第二十电阻连接于第四运算放大器的输出端，且所述第四运算放大器的输出端连接ADC转换模块的输入端并同时通过并联设置的第三二极管和第五电容接地。
4.如权利要求1所述的一种电动汽车用多通道检测仪，其特征在于：所述温度采集模块包括AD620型仪表放大器以及置于动力电池组的工作空间内的PT100型温度传感器，所述仪表放大器的第1引脚与第8引脚之间串接一变阻器，所述温度传感器的两边桥臂分别与仪表放大器的第2引脚和第3引脚相连，所述仪表放大器的第6引脚连接主控制器。
5.如权利要求1-4中任一项所述的一种电动汽车用多通道检测仪，其特征在于：所述ADC转换模块包括一AD7705型ADC转换器，所述主控制器包括一STC2C5A60S2型微控制器。
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