CN210401599U - 多电池电压检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多电池电压检测电路，其包括N个电池单元和一信号采集单元，N≥1，所述电池单元包括一单体电池和一开关阵列，所述开关阵列包括第一开关、第二开关、分别接于所述第一开关两端的第一端口和第二端口，以及分别接于所述第二开关两端的第三端口和第四端口，所述第一端口接所述单体电池的正极，所述第二端口接所述信号采集单元的第一信号采集端，所述第三端口接所述单体电池的负极，所述第四端口接所述信号采集单元的第二信号采集端，所述第一开关和所述第二开关的触发端分别接收外部触发信号以控制所述第一开关和第二开关的开闭；本实用新型的结构简单、成本低、适应性强且能够有效检测多电池电压。
Description
技术领域
本实用新型涉及动力电池管理系统技术领域，尤其涉及一种多电池电压检测电路。
背景技术
为了实时了解电动汽车的工作状态，动力电池管理系统需要实时检测电池组中的任一单体电池，判断当前单体电池的电压是否过高或者过低，以保证电池组在安全范围内工作。然而，现有的动力电池管理系统对电池组的检测都是采用进口集成芯片进行的，而上述进口集成芯片的成本高，且受限于集成芯片的结构，无法根据不同客户的需求对不同串数的的电池组进行灵活配置，设计灵活行较差。另一方面，生产中过分依赖进口集成芯片，容易因为物料交期不及时影响生产效率。
因此，亟需一种多电池电压检测电路来解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低、适应性强且能够有效检测多电池电压的采用分立元件搭建的多电池电压检测电路
为了实现上有目的，本实用新型公开了一种多电池电压检测电路，其包括N个电池单元和一信号采集单元，N≥1，所述电池单元包括一单体电池和一开关阵列，所述开关阵列包括第一开关、第二开关、分别接于所述第一开关两端的第一端口和第二端口，以及分别接于所述第二开关两端的第三端口和第四端口，所述第一端口接所述单体电池的正极，所述第二端口接所述信号采集单元的第一信号采集端，所述第三端口接所述单体电池的负极，所述第四端口接所述信号采集单元的第二信号采集端，所述第一开关和所述第二开关的触发端分别接收外部触发信号以控制所述第一开关和第二开关的开闭。
与现有技术相比，本实用新型的多电池电压检测电路的第一端口接单体电池的正极，第二端口接第一信号采集端，第三端口接单体电池的负极，第四端口接第二信号采集端，第一开关和第二开关的触发端分别接收外部触发信号以控制第一开关和第二开关的开闭，以供信号采集单元采集当前单体电池的电压值，通过不同的外部触发信号将对应的单体电池独立接入电路以完成对不同单体电池的电压采集，从而实现多串电池的电压检测；另一方面，本实用新型的电路采用分立元件即可实现，无需借助专门的进口芯片即可实现对多串数电池的电压检测，其结构简单且成本较低，避免对进口芯片的依赖及因进口芯片的物料交期差而导致的生产周期不稳定。
较佳地，每一所述开关阵列中的第一开关和第二开关类型相同并接受电平相同的外部触发信号，以同时动作。
较佳地，所述多电池电压检测电路还包括处理单元，所述处理单元逐一向N个所述开关阵列的触发端输出外部触发信号。
较佳地，所述信号采集单元包括电压采集电路，所述电压采集电路的一端接所述第二端口，所述电压采集电路的另一端接工作地。
具体地，所述电压采集电路包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联于所述第二端口和工作地之间，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2之间设有输出端，所述输出端接所述第一信号采集端。
较佳地，所述多电池电压检测电路还包括用于为所述信号采集单元供电的电源模块，所述电源模块接外部电源。
较佳地，所述电池单元还包括第三电阻R3和第一电容C1，所述第三电阻R3串接于所述单体电池的正极与所述第一端口之间，所述第一电容C1接于所述单体电池的正极和所述第三端口之间，所述第二信号采集端接地。
较佳地，所述电池单元还包括稳压二极管，所述稳压二极管反接于所述单体电池的正极和负极之间。
较佳地，所述开关阵列为模拟开关阵列，所述信号采集单元为运算放大器，所述电源模块为隔离电源。
较佳地，所述处理单元逐一向N个所述开关阵列的触发端输出外部触发信号，以使得N个所述开关阵列逐一切换地接入信号采集单元，从而使得所述信号采集单元的第一信号采集端和第二信号采集端逐一获得对应所述单体电池的电压。
附图说明
图1是本实用新型的多电池电压检测电路的第一实施例的电路图。
图2是本实用新型的第一实施例的电池单元的电路图。
图3是本实用新型的多电池电压检测电路的第二实施例的电路图。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
第一实施例
请参阅图1和图2所示，本实施例的多电池电压检测电路100包括N个电池单元10、一信号采集单元20、一电源模块40和一处理单元30，N为自然数且大于或等于2。其中，电池单元10包括一单体电池11和一开关阵列12，N个单体电池11呈串联设置，开关阵列12为模拟开关阵列，模拟开关阵列通过外部触发信号模拟开关的通断。开关阵列12包括第一开关121、第二开关122、分别接于第一开关121两端的第一端口1211和第二端口1212，以及分别接于第二开关122两端的第三端口1221和第四端口1222，第一端口1211接单体电池11的正极，第二端口1212接信号采集单元20的第一信号采集端21，N个第一开关121的第二端口1212共同接信号采集单元20的第一信号采集端21。第三端口1221接单体电池11的负极，第四端口1222接信号采集单元20的第二信号采集端22，N个第二开关122的第四端口1222共同接信号采集单元20的第二信号采集端22。
每一开关阵列12中的第一开关121和第二开关122类型相同并接受电平相同的外部触发信号，以同时动作，即每一开关阵列12中的第一开关121和第二开关122同时闭合或同时断开。处理单元30向N个开关阵列12的第一开关121和第二开关122的触发端分别输出外部触发信号，以将任一单体电池11接入电路或断开与电路的电连接。优选地，电源模块40为隔离电源，电源模块40接外部电源，电源模块40用于对信号采集单元20供电，电源模块40采用隔离电源能够降低电磁干扰，提升单体电池11的电压采集精度。
本实施例的处理单元30包含有N个与开关阵列12一一对应的控制端组，控制端组包括第一控制端a和第二控制端b，为便于描述，记第一开关121的触发端为第一触发端1213，第二开关122的触发端为第二触发端1223，第一控制端a接第一触发端1213，第二控制端b接第二触发端1223。处理单元30逐一向N个开关阵列12的触发端输出外部触发信号，即向同一开关阵列12的第一开关121的第一触发端1213和第二开关122的第二触发端1223分别输出外部触发信号，以控制每一电池单元11内的第一开关121和第二开关122同时开闭，从而使得信号采集单元20的第一信号采集端21和第二信号采集端22逐一获得N个单体电池11的电压。
具体地，当处理单元30的任一控制端组的第一控制端a和第二控制端b同时输出高电平的外部触发信号时，其对应的第一开关121和第二开关122同时闭合以将当前单体电池11单独接入电路以供信号采集单元20采集当前单体电池11的电压值。相应地，当处理单元30的任一控制端组的第一控制端a和第二控制端b同时输出低电平的外部触发信号时，其对应的第一开关121和第二开关122同时断开以断开当前单体电池11与电路的电连接。通过不同控制端组的外部触发信号以将不同的单体电池11逐一接入电路以检测所有单体电池11的电压，其结构简单及适于根据不同串数的单体电池11灵活设计电路。
进一步地，电池单元10还包括第四电阻R4和第五电阻R5，第四电阻R4串接于第一控制端a与第一触发端1213之间以进行限流保护，同理，第五电阻R5串接于第二控制端b与第二触发端1223之间以进行限流保护。
请参阅图1和图2所示，信号采集单元包括电压采集电路24，电压采集电路24的一端接第二端口1212，电压采集电路24的另一端接工作地VSS。具体地，电压采集电路24包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2串联于第二端口1212和工作地VSS之间，第一电阻R1和第二电阻R2之间设有输出端241，输出端241接第一信号采集端21。当前单体电池11接入电路时，其电压施加于电压采集电路24上，第一电阻R1和第二电阻R2之间形成分压，信号采集单元20采集第二电阻R2的电压值，信号采集单元20的信号输出端23接处理单元30的信号接收端。本实施例的信号采集单元20为运算放大器，其型号为AMC130，信号采集单元20将采集到的第二电阻R2的电压值进行隔离运算放大后发送至处理单元30以供进行后续的AD转换而获得当前单体电池11的电压值。
进一步地，多电池电压检测电路100还包括第六电阻R6、第二电容C2和第三电容C3，第六电阻R6串接于信号采集单元20的信号输出端23与处理单元30的信号接收端c之间以进行限流，第二电容C2的一端接信号采集单元20的信号输出端23，第二电容C2的另一端接地GND，以对信号采集单元20的信号输出端23进行输出滤波。第三电容C3的一端接处理单元30的信号接收端c，第三电容C3的另一端接地GND，以对处理单元30的信号接收端c进行输入滤波。
更进一步地，电池单元10还包括第三电阻R3、第一电容C1和稳压二极管D，第三电阻R3串接于单体电池11的正极与第一端口1211之间，第一电容C1接于单体电池11的正极和第三端口1221之间，第二信号采集端22接地GND。第三电阻R3和第一电容C1组成电池输入滤波电路，降低单体电池11的输入干扰。稳压二极管D反接于单体电池11的正极和负极之间，以对单体电池11提供稳压保护。
下面对本实施例的多电池电压检测电路100的工作过程进行说明：
为便于描述，记N个单体电池11分别为第一单体电池11a、第二单体电池11b，……，第N单体电池11n，初始状态下的处理单元30的N个控制端组对应的第一控制端a和第二控制端b输出的外部触发信号均为低电平，此时，所有单体电池11均断开与电路的连接。
1、处理单元30启动并延时0.1ms后，处理单元30的第一个控制端组的第一控制端a和第二控制端b同时输出高电平的外部触发信号，此时，第一个控制端组对应的第一开关121和第二开关122同时闭合以将第一单体电池11a接入电路，第一单体电池11a的电压独立施加于电压采集电路24上并形成分压，信号采集单元20采集电阻R2的电压并进行隔离运算放大后生成第一检测电压并发送至处理单元30，处理单元30接收该第一检测电压后对第一检测电压进行AD转换以得到第一单体电池11的电压值。处理单元30采集完第一单体电池11a的电压值后，处理单元30的第一个控制端组的第一控制端a和第二控制端b同时切换为低电平的外部触发信号，第一个控制端组对应的第一开关121和第二开关122同时断开以断开第一单体电池11a与电路的电连接；
2、处理单元30延时0.1ms后，处理单元30的第二个控制端组的第一控制端a和第二控制端b同时输出高电平的外部触发信号，此时，第二个控制端组对应的第一开关121和第二开关122同时闭合以将第二单体电池11b接入电路，第二单体电池11b的电压独立施加于电压采集电路24上并形成分压，信号采集单元20采集电阻R2的电压并进行隔离运算放大后生成第二检测电压并发送至处理单元30，处理单元30接收该第二检测电压后对第二检测电压进行AD转换以得到第二单体电池11b的电压值。处理单元30采集完第二单体电池11b的电压值后，处理单元30的第二个控制端组的第一控制端a和第二控制端b同时切换为低电平的外部触发信号，第二个控制端组对应的第一开关121和第二开关122同时断开以断开第二单体电池11b与电路的电连接；
3、重复上述步骤，直至采集完第N单体电池11n的电压值，从而完成N个单体电池11的电压检测。
第二实施例
请参阅图3所示，本实施例与第一实施例的区别在于N等于1，即本实施例仅对一个单体电池11进行检测，此方案下的第一端口1211接单体电池11的正极，第二端口1212接第一信号采集端21，第三端口1221接单体电池11的负极，第四端口1222接第二信号采集端22。电池单元10的第一开关121和第二开关122依据外部触发信号同时闭合以采集该单体电池11的电压值，以及，依据外部触发信号同时断开以断开该单体电池11与电路的电连接，从而通过外部触发信号控制其开关阵列12的开闭以实现对该单体电池11的电压检测。
值得注意的是，本实施例的处理单元30由加法器、逻辑电路、AD转换电路等硬件电路搭建而成以逐一输出外部触发信号。当然，本实施例的处理单元30还为单片机等控制芯片以实现逐一输出外部触发信号，在此不做赘述。
结合图1－图3所示，本实用新型的多电池电压检测电路100的第一端口1211接单体电池11的正极，第二端口1212接第一信号采集端21，第三端口1221接单体电池11的负极，第四端口1222接第二信号采集端22，第一开关121和第二开关122的触发端分别接收外部触发信号以控制第一开关121和第二开关122的开闭，以供信号采集单元20采集当前单体电池11的电压值，通过不同的外部触发信号将对应的单体电池11独立接入电路以完成对不同单体电池11的电压采集，从而实现多串单体电池11的电压检测；另一方面，本实用新型的电路采用分立元件即可实现，无需借助专门的进口芯片即可实现对多串数单体电池11的电压检测，其结构简单且成本较低，避免对进口芯片的依赖及因进口芯片的物料交期差而导致的生产周期不稳定。
以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种多电池电压检测电路，其特征在于：包括N个电池单元和一信号采集单元，N≥1，所述电池单元包括一单体电池和一开关阵列，所述开关阵列包括第一开关、第二开关、分别接于所述第一开关两端的第一端口和第二端口，以及分别接于所述第二开关两端的第三端口和第四端口，所述第一端口接所述单体电池的正极，所述第二端口接所述信号采集单元的第一信号采集端，所述第三端口接所述单体电池的负极，所述第四端口接所述信号采集单元的第二信号采集端，所述第一开关和所述第二开关的触发端分别接收外部触发信号以控制所述第一开关和第二开关的开闭。
2.如权利要求1所述的多电池电压检测电路，其特征在于：每一所述开关阵列中的第一开关和第二开关类型相同并接受电平相同的外部触发信号，以同时动作。
3.如权利要求1所述的多电池电压检测电路，其特征在于：还包括处理单元，所述处理单元逐一向N个所述开关阵列的触发端输出外部触发信号。
4.如权利要求1所述的多电池电压检测电路，其特征在于：所述信号采集单元包括电压采集电路，所述电压采集电路的一端接所述第二端口，所述电压采集电路的另一端接工作地。
5.如权利要求4所述的多电池电压检测电路，其特征在于：所述电压采集电路包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联于所述第二端口和工作地之间，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2之间设有输出端，所述输出端接所述第一信号采集端。
6.如权利要求1所述的多电池电压检测电路，其特征在于：还包括用于为所述信号采集单元供电的电源模块，所述电源模块接外部电源。
7.如权利要求1所述的多电池电压检测电路，其特征在于：所述电池单元还包括第三电阻R3和第一电容C1，所述第三电阻R3串接于所述单体电池的正极与所述第一端口之间，所述第一电容C1接于所述单体电池的正极和所述第三端口之间，所述第二信号采集端接地。
8.如权利要求1所述的多电池电压检测电路，其特征在于：所述电池单元还包括稳压二极管，所述稳压二极管反接于所述单体电池的正极和负极之间。
9.如权利要求6所述的多电池电压检测电路，其特征在于：所述开关阵列为模拟开关阵列，所述信号采集单元为运算放大器，所述电源模块为隔离电源。
10.如权利要求3所述的多电池电压检测电路，其特征在于：所述处理单元逐一向N个所述开关阵列的触发端输出外部触发信号，以使得N个所述开关阵列逐一切换地接入信号采集单元，从而使得所述信号采集单元的第一信号采集端和第二信号采集端逐一获得对应所述单体电池的电压。
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