CN208334493U - 一种用于电动汽车电池管理系统的电流采集电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于电动汽车电池管理系统的电流采集电路，包括供电电压处理单元、输出电压信号处理单元、电压跟随运放单元及A/D转换单元，所述供电电压处理单元的输入端与霍尔电流传感器的供电电压模块连接，供电电压处理单元的输出端与霍尔传感器的输入端连接，霍尔传感器的输出端依次经过输出电压信号处理单元、电压跟随运放单元，A/D转换单元后转换为数字信号输出。本实用新型的抗干扰性能好、精度高、测量速度快、安全性能高且功耗低。霍尔电流传感器的输出信号经过电压信号处理单元排除干扰，有效提高了电流的采集速度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电流采集电路，具体涉及一种用于电动汽车电池管理系统的电流采集电路。
背景技术
目前，动力电池技术已成为影响电动汽车规模发展的关键因素之一，能否有效且精确的采集电池组电流直接影响电动汽车的有效监控和电池管理。
现存在对电流检测的方式主要有两种：分流电阻法和电流互感器法。第一种方法在测量中，因被测电流与检测电路不隔离，存在一定的安全隐患，如果另加隔离措施，则又增加了成本和复杂性；第二种方法因互感器件体积较大，线性和温度特性不理想，降低测量精度。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种抗干扰性能好、精度高、测量速度快、安全性能高且功耗低的电流检测电路。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
一种用于电动汽车电池管理系统的电流采集电路，包括供电电压处理单元、输出电压信号处理单元、电压跟随运放单元及A/D转换单元，所述供电电压处理单元的输入端与霍尔电流传感器的供电电压模块连接，供电电压处理单元的输出端与霍尔传感器的输入端连接，霍尔传感器的输出端依次经过输出电压信号处理单元、电压跟随运放单元， A/D转换单元后转换为数字信号输出。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述供电电压处理单元包括降压单元、稳压管Z1、三极管Q1，所述稳压管Z1的阴极与三极管Q1的基极连接，稳压管Z1的阳极接地，三级Q1的发射极与降压单元连接，三极管Q1的集电极与霍尔电流传感器的供电电压模块连接，所述稳压管Z1的阴极通过电阻R1与三极管Q1的集电极连接。
所述降压单元由型号为NCV8184的芯片U1及外围电路构成。
所述输出电压信号处理单元包括TVS管Z2，低通滤波电路，电容C9、C10、电阻R3、R4，所述TVS管Z2的阴极与霍尔传感器的输出端连接，TVS管Z2的阳极接地， TVS管Z2阴极依次经低通滤波电路、电阻R3、R4与电压跟随运放单元的输入端连接，电容C9的一端连接在电阻R3与R4之间的节点处，电容C9的另一端接地，所述电容C10的一端连接在电阻R4与电压跟随运放单元的输入端之间的节点处，电容C10的另一端接地。
所述低通滤波电路由电容C8与电阻R5并联组成，其并联后的一端与TVS管Z2阴极连接，并联后的另一端接地。
所述电压跟随运放单元由放大器U2、电阻R2及电容C7构成，所述放大器U2的同相输入端与输出电压信号处理单元的输出端连接，放大器U2的输出端通过电阻R2与A/D转换单元连接，电容C7的一端连接在电阻R2与A/D转换单元之间的节点处，电容C7的另一端接地。
所述A/D转换单元采用型号为ADS1115-Q1的芯片U3及外围电路构成。
由上述技术方案可知，本实用新型所述的用于电动汽车电池管理系统的电流采集电路，抗干扰性能好，采集速度快。霍尔电流传感器的输出信号经过电压信号处理单元排除干扰。因在实际应用过程中，器件自身及外界环境等因素会对电路产生多种干扰，选用多个电容进行滤波和隔离运放跟随器能够有效抑制噪声对电压信号的干扰。所采用的OPA2348-Q1运放成本低且速度快，应用在电流采集电路中，有效提高了电流的采集速度。
精度高，功耗低。在电流采集过程中，本实用新型选用芯片NCV8184对霍尔电流传感器的输入电压进行处理后输出5V电压给霍尔电流传感器供电。该芯片功耗低且精度高，从而提升了测量精度，并且A/D转换模块选用ADS1115-Q1芯片将模拟信号转换为数字信号，进一步提高整体电流采集电路的精度且进一步降低功耗。
附图说明
图1是本实用新型的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
如图1所示，本实施例的用于电动汽车电池管理系统的电流采集电路，包括供电电压处理单元、输出电压信号处理单元、电压跟随运放单元及A/D转换单元，供电电压处理单元的输入端与霍尔电流传感器的供电电压模块连接，供电电压处理单元的输出端与霍尔传感器的输入端连接，霍尔传感器的输出端依次经过输出电压信号处理单元、电压跟随运放单元， A/D转换单元后转换为数字信号输出。该霍尔电流传感器的供电电压模块将外部电源输入电压VIN _RPP经过降压处理单元后给霍尔电流传感器提供高精度电压；被测电动汽车的电池组充放电电流由霍尔电流传感器采集输出0-5V的电压，霍尔电流传感器采集输出的0-5V电压依次经过检测电路的处理单元、电压跟随运放单元，最后通过A/D转换单元，由A/D转换单元转换为数字信号输出。霍尔电流传感器的测量范围为-500A～500A，输出电压信号范围为0～5V，输出信号端电压接入检测电路的OUT1和GND。霍尔电流传感器通过的电流不同，OUT1采集到的电压也不同。
供电电压处理单元包括降压单元、稳压管Z1、三极管Q1，稳压管Z1的阴极与三极管Q1的基极连接，稳压管Z1的阳极接地，三级Q1的发射极与降压单元连接，三极管Q1的集电极与霍尔电流传感器的供电电压模块连接，稳压管Z1的阴极通过电阻R1与三极管Q1的集电极连接。本实施例的，降压单元由型号为NCV8184的芯片U1及外围电路构成。如图1所示，当输入电压VIN _RPP为9-36V时,电压经过三极管Q1至后端电路，当输入电压超过后端器件最大电压范围时，通过稳压管Z1将电压钳位至后端器件可工作范围内，保护后端器件。电阻R1一端与电源VIN_RPP连接，另一端接入三极管基极，稳压管Z1一端接地一端接三极管基极，三极管集电极接电源VIN_RPP，发射极接芯片U1的8引脚VIN。电容C1、C2、C3、C4、C5为滤波模块，电容C1、C2并联接入芯片U1引脚8和地之间，电容C5一端接VCC 5V电压，另一端接地GND。电容C3、C4并联接入芯片的1和4引脚VOUT，VCC为芯片U1提供5V电压。芯片U1的2、3、6、7引脚接地GND，5引脚接电源VCC。该电路单元因使用NCV8184芯片对霍尔电流传感器的输入电压进行处理后，为霍尔电流传感器提供高精度的5V供电电压，进而提高电路的电流检测精度。
进一步的，输出电压信号处理单元包括TVS管Z2，低通滤波电路，电容C9、C10、电阻R3、R4，该TVS管Z2的阴极与霍尔传感器的输出端连接，TVS管Z2的阳极接地， TVS管Z2阴极依次经低通滤波电路、电阻R3、R4与电压跟随运放单元的输入端连接，电容C9的一端连接在电阻R3与R4之间的节点处，电容C9的另一端接地，电容C10的一端连接在电阻R4与电压跟随运放单元的输入端之间的节点处，电容C10的另一端接地用作滤波去除干扰。本实施例的低通滤波电路由电容C8与电阻R5并联组成，其并联后的一端与TVS管Z2阴极连接，并联后的另一端接地。该输出电压信号处理单元通过TVS管Z2作用保护后端器件的同时使用电阻电容构成的低通滤波器，对霍尔电流传感器输出的电压信号构成EMC保护，提高系统的抗干扰能力。
电压跟随运放单元由型号为OPA2348-Q1的芯片U2、电阻R2及电容C7构成，放大器U2的同相输入端与输出电压信号处理单元的输出端连接，放大器U2的输出端通过电阻R2与A/D转换单元连接，电容C7的一端连接在电阻R2与A/D转换单元之间的节点处，电容C7的另一端接地。该电压运放单元所使用的OPA2348-Q1可降低电路成本且提高测量速度。
本实施例优选的A/D转换单元采用型号为ADS1115-Q1的芯片U3及外围电路构成。如图1所示，其中电阻R8一端接VCC，另一端接芯片U3的3引脚；电阻R6一端接VCC，另一端接芯片U3的10引脚；电阻R7一段接VCC，另一端接U3的9引脚；电阻R9一端与I2C的 SCLK相连，另一端连接芯片U3的10引脚；电阻R10一段与I2C的 SDA相连，另一端连接芯片U3的9引脚；电容C11、C12并联后接入VCC和地GND之间。电阻R11一端接地GND，另一端接芯片U3的6和7引脚。芯片U3的8引脚接电源VCC，4和5引脚接运放的输出信号，3引脚接地。通过C11和C12的滤波作用提高电路的抗干扰能力和检测精度。该电路将上述电压运放单元所输出的模拟信号转换为数字信号，所采用的芯片ADS1115-Q1自身具有精度高和低功耗特性，从而进一步提高检测精度，降低整体电路功耗。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种用于电动汽车电池管理系统的电流采集电路，其特征在于：包括供电电压处理单元、输出电压信号处理单元、电压跟随运放单元及A/D转换单元，所述供电电压处理单元的输入端与霍尔电流传感器的供电电压模块连接，供电电压处理单元的输出端与霍尔传感器的输入端连接，霍尔传感器的输出端依次经过输出电压信号处理单元、电压跟随运放单元， A/D转换单元后转换为数字信号输出。
2.根据权利要求1所述的用于电动汽车电池管理系统的电流采集电路，其特征在于：所述供电电压处理单元包括降压单元、稳压管Z1、三极管Q1，所述稳压管Z1的阴极与三极管Q1的基极连接，稳压管Z1的阳极接地，三级Q1的发射极与降压单元连接，三极管Q1的集电极与霍尔电流传感器的供电电压模块连接，所述稳压管Z1的阴极通过电阻R1与三极管Q1的集电极连接。
3.根据权利要求2所述的用于电动汽车电池管理系统的电流采集电路，其特征在于：所述降压单元由型号为NCV8184的芯片U1及外围电路构成。
4.根据权利要求1所述的用于电动汽车电池管理系统的电流采集电路，其特征在于：所述输出电压信号处理单元包括TVS管Z2，低通滤波电路，电容C9、C10、电阻R3、R4，所述TVS管Z2的阴极与霍尔传感器的输出端连接，TVS管Z2的阳极接地， TVS管Z2阴极依次经低通滤波电路、电阻R3、R4与电压跟随运放单元的输入端连接，电容C9的一端连接在电阻R3与R4之间的节点处，电容C9的另一端接地，所述电容C10的一端连接在电阻R4与电压跟随运放单元的输入端之间的节点处，电容C10的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的用于电动汽车电池管理系统的电流采集电路，其特征在于：所述低通滤波电路由电容C8与电阻R5并联组成，其并联后的一端与TVS管Z2阴极连接，并联后的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的用于电动汽车电池管理系统的电流采集电路，其特征在于：所述电压跟随运放单元由放大器U2、电阻R2及电容C7构成，所述放大器U2的同相输入端与输出电压信号处理单元的输出端连接，放大器U2的输出端通过电阻R2与A/D转换单元连接，电容C7的一端连接在电阻R2与A/D转换单元之间的节点处，电容C7的另一端接地。
7.根据权利要求1所述的用于电动汽车电池管理系统的电流采集电路，其特征在于：所述A/D转换单元采用型号为ADS1115-Q1的芯片U3及外围电路构成。
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|---|---|---|---|---|
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