CN211826404U - 一种电源蓄电池单体电压差分采集电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电源蓄电池单体电压差分采集电路，应用于若干串联的电池，包括模拟选通开关单元，用于对电池单体电压进行分级采集；电阻分压及信号调理单元，用于将采集得到的信号进行经电阻分压处理和运放差分处理，得到模拟信号；模数转换单元，用于将信号处理后的模拟信号转换成数字信号。本实用新型提供的一种抗干扰能力强、采集精度高的电源蓄电池单体电压差分采集电路，具有精度高、体积小、成本低，对电池组影响小的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于电池储能系统领域，具体涉及一种电源蓄电池单体电压差分采集电路。
背景技术
为了保证电池组的正常工作，需要对每个单体锂电池进行安全实时管理和监测。其中，电池组中单体电池电压的检测由于电池两端共模电压的存在，不能直接对电池电压进行直接采集，而需要采用其他手段进行采集。
目前市面上主流的多串锂电池电压采集方案分以下几种：
方案一，采样专用的锂电池采集模拟前端，如bq76pl536、LT6803等。应用较为简单方便，只需通过MCU的I2C、SPI等通信接口控制锂电池采集模拟前端芯片采样，进而通信获取采集值即可。但模拟前端采样前端芯片涵盖模拟数字混合信号处理、高低压信号处理，芯片设计难度较大，成本昂贵，芯片工作可靠性一般。
方案二，采用PhotoMOS等光电隔离开关，通过操作复杂的开关模拟选通开关单元将高压差分信号与低压模拟信号处理单元共地，进而采集共模电压信号。由于需要采用昂贵的PhotoMOS光电耦合开关，同时需要低压模拟信号处理单元和串联电池高压信号做电气隔离处理，势必进一步增加电路BOM成本。这种方案在通信后备电源、小动力等众多成本敏感场合均不适用。
方案三，电阻分压法，主要是通过电阻分压将实际电压衰减到测量芯片可接受的电压范围，然后进行模数转换，这种方法测量方面方便，成本低，寿命长，但是存在累积误差，且无法消除。随着单体电池数的增多，单体电池电压测量误差会随着共模电压的增大而增大。如浮动地测量法，使用浮动地技术测量电池端电压时，窗口比较器会自动判断当前低电位是否合适，如果合适直接启动模数转换进行测量；如果太高或太低，则通过微控制器经数模对低电位进行浮动控，使低电位处于合适的状态下。该方案由于低电位经常受现场干扰而变化，不能对低电位进行精确控制，影响整个系统的测量效果。
实用新型内容
本实用新型针对上述现有产品存在的问题，提供一种抗干扰能力强、采集精度高的电源蓄电池单体电压差分采集电路。
本实用新型公开了电源蓄电池单体电压差分采集电路，应用于若干串联的电池，其特征在于：包括
模拟选通开关单元，用于对电池单体电压进行分级采集；
电阻分压及信号调理单元，用于将采集得到的信号进行经电阻分压处理和运放差分处理，得到模拟信号；
模数转换单元，用于将所述的电阻分压及信号调理单元处理后得到的模拟信号转换成数字信号。
作为优选，所述的模拟选通开关单元包括型号为CD4052B的模拟选通开关及其附属信号选通电路。
作为优选，所述的电阻分压及信号调理单元，包括运算放大器，所述的运算放大器的反相输入端和正相输入端分别与所述的电阻分压单元的两个输出端连接。
作为优选，所述的电阻分压及信号调理单元包括第一开关管、第二开关管、第一电阻R276、第二电阻R281、第三电阻R262、第四电阻R280、第五电阻R283和第六电阻R282；
所述的第一开关管的S脚连接所述的运算放大器的正相输入端，所述的第一开关管的S脚经过第三电阻R262接地，所述的第二开关管的S脚连接所述的运算放大器的反相输入端；所述的第一开关管的D脚经过第一电阻R276连接所述的模拟选通开关单元的一个输出端；所述的第二开关管的D脚经过第二电阻R281连接所述的模拟选通开关单元的另一个输出端；所述的第一开关管的G脚和所述的第二开关管的G脚分别经过所述的第四电阻R280、第五电阻R283连接至开启电压；所述的第二开关管的S极经过第六电阻R282连接于所述的运算放大器的输出端。
采用以上结构后，本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
本实用新型采用传统可靠的模拟选通开关芯片，电路设计简单可靠。本实用新型采集的是电压差分信号，具有较高的电压采集精度。由于差分运算放大器可以克服共模信号的干扰，只对差分信号进行处理，利用模拟把每个单体电池的两端引出，经过信号简单处理，即可进行端电压的测量而不受到其它电池的影响，本实用新型采用市面常见模拟选通开关芯片、运放芯片，成本低廉，具有较高的性价比优势，还具有精度高，体积小，对电池组影响小的特点。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理框图。
图2是本实用新型的模拟选通开关单元。
图3是本实用新型电阻分压及信号调理单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型公开了本实用新型公开了电源蓄电池单体电压差分采集电路，应用于若干串联的电池，其特征在于：包括
模拟选通开关单元，用于对电池单体电压进行分级采集；
电阻分压及信号调理单元，用于将采集得到的信号进行经电阻分压处理和运放差分处理，得到模拟信号；
模数转换单元，用于将所述的电阻分压及信号调理单元处理后得到的模拟信号转换成数字信号。
更具体地，所述的电池和所述的模拟选通开关单元之间设置隔离保护电路。
作为优选，所述的模拟选通开关单元包括型号为CD4052B的模拟选通开关及其附属信号选通电路。
作为优选，所述的电阻分压及信号调理单元，包括运算放大器，所述的运算放大器的反相输入端和正相输入端分别与所述的电阻分压单元的两个输出端连接。
作为优选，所述的电阻分压及信号调理单元包括第一开关管、第二开关管、第一电阻R276、第二电阻R281、第三电阻R262、第四电阻R280、第五电阻R283和第六电阻R282；
所述的第一开关管的S脚连接所述的运算放大器的正相输入端，所述的第一开关管的S脚经过第三电阻R262接地，所述的第二开关管的S脚连接所述的运算放大器的反相输入端；所述的第一开关管的D脚经过第一电阻R276连接所述的模拟选通开关单元的一个输出端；所述的第二开关管的D脚经过第二电阻R281连接所述的模拟选通开关单元的另一个输出端；所述的第一开关管的G脚和所述的第二开关管的G脚分别经过所述的第四电阻R280、第五电阻R283连接至开启电压；所述的第二开关管的S极经过第六电阻R282连接于所述的运算放大器的输出端。
在实施例中，若干电池组成的电池组由4节电池串联，每节电池接口正负极两路会经过隔离保护电路通过模拟选通开关单元对电池组中的电池进行分级采集，再经过差分放大电路分压滤波后送入模数转换器进行模数转换；以此类推可以测量所有电池组中的单体电池电压。
作为优选，所述的模拟选通开关单元包括型号为CD4052B的模拟选通开关，用以选择电池组中的四节电池进行分级采集。
如图2所示，以选择第四节电池CELL4进行采集为例进行说明。通过将CD4052芯片的芯片选通管脚A、B置高，CD4052芯片内部将X3脚信号连接至X脚（电路标号为MUL_X），即CELL4正极信号连接至X脚；CD4052芯片内部将Y3脚信号连接至Y脚（电路标号为MUL_Y），即CELL4正极信号Y3连接至Y脚；CD4052的两个输出管脚X、Y信号的电压差即为电芯CELL4的电压，该信号为差分电压信号。
如图3所示，所述的第一开关管Q25的S极连接所述的运算放大器的正相输入端，所述的第一开关管Q25的S极经过第三电阻接地，所述的第二开关管Q29的S极连接所述的运算放大器的反相输入端；所述的第一开关管Q25的D极经过第一电阻R276连接所述的模拟选通开关单元的一个输出端；所述的第二开关管Q29的D极经过第二电阻R281连接所述的模拟选通开关单元的另一个输出端；所述的第一开关管Q25的G极和所述的第二开关管Q29的G脚分别经过电阻R280、电阻R283连接至开启电压；所述的第六电阻R282连接于所述的运算放大器的反相输入端与输出端之间。
如图3所示，在实施例中，所述的开关管为MOS管。作为优选，所述的第一电阻R276和第二电阻R281的阻值均为499KΩ。所述的第三电阻R262和第六电阻R282的阻值均为100KΩ。所述的第一电阻R276、第三电阻R262在第一开关管Q25导通后，第二电阻R281、第六电阻R282在MOS管Q29导通后，与运算放大器组成差分放大电路，将第四节电池CELL4的信号放大0.2倍。
所述的差分放大电路和所述的模数转换电路之间设置电阻分压单元，所述的电阻分压单元包括电阻R310、R301。作为优选，所述的电阻R310的阻值为100KΩ,R301的阻值为10KΩ。分压后，再次衰减10倍，信号SAMPLE4输出值MCU内部ADC转换，完成CELL4电压采集。
当选中需要进行测量的通道后，模拟选通开关的输出经调整后送入模数转换器进行模数转换。
该方法根据串联电池组总电压的大小，选择适当的放大倍数，其中包含电芯、控制电路、MOS管功能电路、采集电路、差分放大电路、模拟电路、供电电路等。
在本说明书的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一种实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，但不能理解为是对权利要求的限制。本实用新型不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化，凡在本实用新型独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种电源蓄电池单体电压差分采集电路，应用于若干串联的电池，其特征在于：包括
模拟选通开关单元，用于对电池单体电压进行分级采集；
电阻分压及信号调理单元，用于将采集得到的信号进行经电阻分压处理和运放差分处理，得到模拟信号；
模数转换单元，用于将所述的电阻分压及信号调理单元处理后得到的模拟信号转换成数字信号。
2.根据权利要求1所述的一种电源蓄电池单体电压差分采集电路，其特征在于：所述的模拟选通开关单元包括型号为CD4052B的模拟选通开关及其附属信号选通电路。
3.根据权利要求1所述的一种电源蓄电池单体电压差分采集电路，其特征在于：所述的电阻分压及信号调理单元，包括运算放大器，所述的运算放大器的反相输入端和正相输入端分别与所述的电阻分压单元的两个输出端连接。
4.根据权利要求3所述的一种电源蓄电池单体电压差分采集电路，其特征在于：所述的电阻分压及信号调理单元包括第一开关管、第二开关管、第一电阻R276、第二电阻R281、第三电阻R262、第四电阻R280、第五电阻R283和第六电阻R282；
所述的第一开关管的S脚连接所述的运算放大器的正相输入端，所述的第一开关管的S脚经过第三电阻R262接地，所述的第二开关管的S脚连接所述的运算放大器的反相输入端；所述的第一开关管的D脚经过第一电阻R276连接所述的模拟选通开关单元的一个输出端；所述的第二开关管的D脚经过第二电阻R281连接所述的模拟选通开关单元的另一个输出端；所述的第一开关管的G脚和所述的第二开关管的G脚分别经过所述的第四电阻R280、第五电阻R283连接至开启电压；所述的第二开关管的S极经过第六电阻R282连接于所述的运算放大器的输出端。
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| CN202020119361.9U CN211826404U (zh) | 2020-01-19 | 2020-01-19 | 一种电源蓄电池单体电压差分采集电路 |
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| CN202020119361.9U CN211826404U (zh) | 2020-01-19 | 2020-01-19 | 一种电源蓄电池单体电压差分采集电路 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113589029A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-02 | 天津津航计算技术研究所 | 一种基于运放的dc270v电压调理采集电路 |
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2020
- 2020-01-19 CN CN202020119361.9U patent/CN211826404U/zh active Active
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| CN113589029A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-02 | 天津津航计算技术研究所 | 一种基于运放的dc270v电压调理采集电路 |
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