CN212031577U - 分流器、电流采样电路和电流采样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分流器、电流采样电路和电流采样系统，包括测量电阻、正极采样点、负极采样点、以及电连接于测量电阻相对两侧的导电板；正极采样点和负极采样点分别电连接于测量电阻相对的两侧，正极采样点和负极采样点均与导电板相互分离；所以不会形成中间介质电阻，避免了焊料电阻、连接导体、接触电阻等造成对已标定的测量电阻产生影响，从而减少了采样值和测量误差，使得电流采样准确性得到大幅提高。

Description

分流器、电流采样电路和电流采样系统

技术领域

本实用新型涉及电流采样技术，特别涉及一种分流器、电流采样电路和电流采样系统。

背景技术

随着新能源汽车的飞速发展，用户对续航里程及加速性能要求也越来越高。动力电池作为新能源汽车上的三电核心，不仅能量密度在不断提升，电池的循环寿命、热管理、均衡控制、充放电功率等性能要求也在不断提高。整包电池电压已经做到800V以上，母线电流也从200A、300A、500A到高功率瞬时800A甚至更高。高精度的电流采样关系到整车充放电功率的控制，以及电池性能使用寿命，续航里程甚至直接影响行车安全。

目前市场上产品大多采用霍尔传感器作为电流采样方案，霍尔传感器容易在母线短路(如外部短路、继电器烧结)瞬间大电流情况下出现烧损，或产生电流采样故障引起充放电控制异常，以及限功率情况。此外，霍尔传感器易受环境影响，导致电流采样不稳定，存在零点漂移的问题。

所以为解决上述问题，采用分流器取替霍尔传感器的方案也逐渐得到推广，但是现有分流器会将正极采样点和负极采样点直接焊接于测量电阻两侧的导电板上，此方式会形成中间介质电阻，比如焊料电阻、连接导体、接触电阻等造成对已标定的测量电阻产生影响，造成了采样值和测量误差，使得电流采样准确性欠佳。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种分流器、电流采样电路和电流采样系统，以解决现有电流采样准确性欠佳的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种分流器，包括测量电阻、正极采样点、负极采样点、以及电连接于所述测量电阻相对两侧的导电板；所述正极采样点和所述负极采样点分别电连接于所述测量电阻相对的两侧，所述正极采样点和所述负极采样点均与所述导电板相互分离。

在其中一个实施例中，所述正极采样点、所述负极采样点和所述测量电阻的材质相同。

在其中一个实施例中，所述正极采样点、所述负极采样点和所述测量电阻为一体成型。

在其中一个实施例中，所述正极采样点、所述负极采样点和所述测量电阻均为锰铜合金。

在其中一个实施例中，所述正极采样点和所述负极采样点的表面均镀有镍。

在其中一个实施例中，所述测量电阻与每块所述导电板之间均设有通孔，所述测量电阻显露于所述通孔内；所述正极采样点于其中一个所述通孔内与所述测量电阻电连接，所述正极采样点与所述导电板相互分离；所述负极采样点于另一个所述通孔内与所述测量电阻电连接，所述负极采样点与所述导电板相互分离。

为了解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种电流采样电路，包括采样模块、差分放大电路、和上述的分流器；所述采样模块设有大电流采样端口、小电流采样端口、大电流寄存器端口和小电流寄存器端口；所述分流器用于将采集的电流信号送至所述大电流采样端口和所述差分放大电路，所述差分放大电路用于将接收的所述电流信号放大并送至所述小电流采样端口；所述采样模块用于检测所述电流信号是否大于预设值；若所述电流信号大于等于预设值，所述采样模块将所述电流信号送至所述大电流寄存器端口；若所述电流信号小于预设值，所述采样模块将放大后的所述电流信号送至所述小电流寄存器端口。

在其中一个实施例中，所述差分放大电路包括放大器Q1和放大器Q2；所述放大器Q1从所述正极采样点获取所述电流信号并放大送至所述小电流采样端口；所述放大器Q2从所述负极采样点获取所述电流信号并放大送至所述小电流采样端口。

在其中一个实施例中，所述放大器Q1的同相输入端与所述正极采样点电连接，所述放大器Q2的输出端与所述小电流采样端口电连接；所述放大器Q2的同相输入端与所述负极采样点电连接，所述放大器Q2的输出端与所述小电流采样端口电连接；所述差分放大电路还包括电阻R1、电阻R2和电阻R3；所述电阻R1电连接于所述放大器Q1的反相输入端与所述放大器Q2的反相输入端之间；所述电阻R2电连接于所述放大器Q1的反相输入端与所述放大器Q1的输出端之间；所述电阻R3电连接于所述放大器Q2的反相输入端与所述放大器Q2的输出端之间。

为了解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种电流采样系统，包括电池、接触器和上述的电流采样电路，所述电流采样电路电连接于所述电池与所述接触器之间。

本实用新型的有益效果如下：

由于所述正极采样点和所述负极采样点分别电连接于所述测量电阻相对的两侧，所以不会形成中间介质电阻，避免了焊料电阻、连接导体、接触电阻等造成对已标定的测量电阻产生影响，从而减少了采样值和测量误差，使得电流采样准确性得到大幅提高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型分流器第一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型分流器第二个实施例的结构示意图；

图3是本实用新型电流采样电路第一个实施例的结构示意图；

图4是本实用新型电流采样电路第二个实施例的结构示意图；

图5是本实用新型电流采样电路第三个实施例的结构示意图；

图6是本实用新型电流采样电路第四个实施例的结构示意图；

图7是本实用新型电流采样电路第五个实施例的结构示意图；

图8是本实用新型电流采样电路第六个实施例的结构示意图；

图9是本实用新型电流采样电路第七个实施例的结构示意图；

图10是本实用新型电流采样电路第八个实施例的结构示意图。

附图标记如下：

10、采样模块；11、大电流采样端口；12、小电流采样端口；13、大电流寄存器端口；14、小电流寄存器端口；15、采集器；16、控制器；

20、分流器；21、正极采样点；22、负极采样点；23、测量电阻；24、导电板；25、通孔；

30、差分放大电路；40、电池；50、接触器；60、差分线；70、第一滤波模块；80、第二滤波模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

分流器20的第一个实施例如图1所示，包括测量电阻23、正极采样点21、负极采样点22、以及电连接于测量电阻23相对两侧的导电板24；正极采样点21和负极采样点22分别电连接于测量电阻23相对的两侧，正极采样点21和负极采样点22均与导电板24相互分离。

需要指出，在现有技术中，正极采样点21和负极采样点22均直接焊接于导电板24上，以正极采样点21为例，此时测量电阻23的阻值为Rce，正极采样点21与导电板24之间会产生焊料电阻Ra，正极采样点21与测量电阻23间的导电板24材质会形成电阻Rb，导电板24与测量电阻23之间钎焊会产生焊料电阻Rc，同理负极采样点22也会产生相应阻值，所以分流器20实际的测量电阻23阻值应该为：R实际＝Rce+(Ra+Rb+Rc)×2，从而给测量电阻23的阻值造成偏差，而且铆焊焊料、导电板24及钎焊焊料与测量电阻23有明显材质差异，即会影响测量电阻23温漂的后期补偿修正。

采用上述结构后，正极采样点21和负极采样点22将直接焊接到测量电阻23的两侧，从而避免了上述Ra、Rb、Rc的产生，有效减少了因分流器20结构、工艺和焊料带来的测量电阻23阻值误差，从而使得利用分流器20进行采样的准确性得到大幅提高。

分流器20的第二个实施例与第一个实施例基本一致，区别在于正极采样点21、负极采样点22和测量电阻23的材质相同，所以避免了三者因材质不同产生阻值差异，从而使得测量电阻23的阻值误差更小。

分流器20的第三个实施例与第二个实施例基本一致，区别在于正极采样点21、负极采样点22和测量电阻23为一体成型，以正极采样点21为例，此时正极采样点21无需与测量电阻23进行焊接，所以不会出现焊料产生阻值误差的问题，同理，负极采样点也是如此，故此实施例将使得测量电阻23的阻值误差进一步缩小；其中，为便于正极采样点21和负极采样点22的形成，可先在测量电阻23上一体形成向周侧延伸的凸缘，然后将此凸缘弯折以形成正极采样点21和负极采样点22。

分流器20的第四个实施例与第三个实施例基本一致，区别在于正极采样点21、负极采样点22和测量电阻23均为锰铜合金，基于锰铜合金的优异性能，采用锰铜合金制作正极采样点21、负极采样点22和测量电阻23后，将能进一步缩小测量电阻23的阻值误差。

分流器20的第五个实施例与第四个实施例基本一致，区别在于正极采样点21和负极采样点22的表面均镀有镍，以此对正极采样点21和负极采样点22实现了隔离保护，从而提高分流器20的采样准确性。

分流器的第六个实施例如图2所示，其与第五个实施例基本一致，区别在于测量电阻23与每块导电板24之间均设有通孔25，测量电阻23显露于通孔25内；正极采样点21于其中一个通孔25内与测量电阻23电连接，正极采样点21与导电板24相互分离；负极采样点22于另一个通孔25内与测量电阻23电连接，负极采样点22与导电板24相互分离。

采用上述结构后，在被测设备在极端或不稳定情况下，能够避免电流突变造成对采集信号的影响、以及变化的大电流或大压降对分流器20低压采集信号的影响；而且此结构能够使得测量误差可达到最小值0.6％。对正极采样点21和负极采样点22的结构进行了优化，避免被测设备母线电流对低压采样信号的干扰，有效降低测量误差。

同样为解决现有电流采样准确性欠佳的问题，本实用新型还提供了一种电流采样电路，此电流采样电路的第一个实施例如图3所示，包括采样模块、差分放大电路、和上述的分流器；采样模块设有大电流采样端口11、小电流采样端口12、大电流寄存器端口13和小电流寄存器端口14；分流器20用于将采集的电流信号送至大电流采样端口11和差分放大电路30，差分放大电路30用于将接收的电流信号放大并送至小电流采样端口12；采样模块10用于检测电流信号是否大于预设值；若电流信号大于等于预设值，采样模块10将电流信号送至大电流寄存器端口13；若电流信号小于预设值，采样模块10将放大后的电流信号送至小电流寄存器端口14。

在进行应用时，会将电流采样电路设于需要进行采样的环境中，譬如可设置分流器20接通于电池40与接触器50之间，分流器20获取的信号便将送至大电流采样端口11；假定预设值为3A，所以当采样的电流信号大于等于3A时，采样模块10便会将电流信号送至大电流寄存器端口13，以便使用者从大电流寄存器端口13获取检测结果，当采样的电流信号小于3A时，差分放大电路30便会将电流信号放大并送至小电流寄存器端口14，以便使用者从小电流寄存器端口14获取检测结果，即实现了大电流的直接采样、以及小电流独立采样计算，达到全量程高精度电流采样的目的，而且在分流器结构进行优化后，更能使得采样精确度得到大幅提高。

电流采样电路的第二个实施例如图4所示，其与第一个实施例基本一致，区别在于采样模块10包括采集器15和控制器16；大电流采样端口11、小电流采样端口12、大电流寄存器端口13和小电流寄存器端口14均设于采集器15上；控制器16与采集器15之间为双向信号传输，控制器16用于执行对电流信号的大小判断工作。

此实施例的好处在于信号采集和电流大小判断为独立进行，即通过专用部件采集器15实现了信号采集，提高了信号采集的质量，通过专用部件控制器16实现电流大小判断，提高了电流大小判断的准确性，从而为电流采样电路的采样准确性提供了重要保障。

电流采样电路的第三个实施例如图5所示，其与第二个实施例基本一致，区别在于电流采样电路还包括差分线60，正极采样点21通过差分线60中的一根与大电流采样端口11电连接，负极采样点22通过差分线60中的另一根与大电流采样端口11电连接，差分放大电路30从差分线60获取电流信号。

差分线60区别于传统的一根信号线搭配一根地线的做法，差分线60在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同，相位相反，在电路板上，差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线。

差分线60的优势在于：

1、抗干扰能力强，干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号线上，而其差值为0，即噪声对信号的逻辑意义不产生影响。

2、能有效抑制电磁干扰，由于两根线靠得很近且信号幅值相等，所以这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时它们的信号极性相反，其电磁场将相互抵消，因此对外界的电磁干扰也小。

3、时序定位准确，差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点，作为判断逻辑0/1跳变的点的，而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点，受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大，不适合低幅度的信号。

因此，此实施例利用差分线60进行电流信号传输后，能够更好的提高电流采样电路的采样准确性。

电流采样电路的第四个实施例如图6所示，其与第三个实施例基本一致，区别在于电流采样电路还包括双向稳压二极管D1和双向稳压二极管D2；双向稳压二极管D1的一端与正极采样点21电连接，双向稳压二极管D1的另一端接地；双向稳压二极管D2的一端与负极采样点22电连接，双向稳压二极管D2的另一端接地；此实施例的好处在于双向稳压二极管D1和双向稳压二极管D2能够防止外部电路中变化的异常电流电压，避免造成电流采样电路的损坏。

电流采样电路的第五个实施例如图7所示，其与第四个实施例基本一致，区别在于电流采样电路还包括电容C1，电容C1的一端与正极采样点21电连接，电容C1的另一端与负极采样点22电连接；此实施例的好处在于电容C1能够实现滤波功能，从而为电流采样电路的准确采样提供了保障。

电流采样电路的第六个实施例如图8所示，其与第五个实施例基本一致，区别在于差分放大电路30包括放大器Q1和放大器Q2；放大器Q1从正极采样点21获取电流信号并放大送至小电流采样端口12；放大器Q2从负极采样点22获取电流信号并放大送至小电流采样端口12。

所以在放大器Q1和放大器Q2的共同配合下，电流信号将被放大送至小电流采样端口12，以实现小电流独立采样计算，达到全量程高精度电流采样的目的。

其中，放大器Q1和放大器Q2的一种具体连接方式如下，此时放大器Q1的同相输入端与正极采样点21电连接，放大器Q2的输出端与小电流采样端口12电连接；放大器Q2的同相输入端与负极采样点22电连接，放大器Q2的输出端与小电流采样端口12电连接；差分放大电路30还包括电阻R1、电阻R2和电阻R3；电阻R1电连接于放大器Q1的反相输入端与放大器Q2的反相输入端之间；电阻R2电连接于放大器Q1的反相输入端与放大器Q1的输出端之间；电阻R3电连接于放大器Q2的反相输入端与放大器Q2的输出端之间；在采用此连接方式后，电流信号的放大倍数增益G＝(R2+R3)/R1+1。

另外，此时还可设置电流采样电路还包括电阻R4和电阻R5；电阻R4电连接于正极采样点21和放大器Q1的同相输入端之间；电阻R5电连接于正极采样点21和放大器Q2的同相输入端之间；在采用此设置方式后，将可确保差分放大电路30对电流信号的放大质量更佳。

电流采样电路的第七个实施例如图9所示，其与第六个实施例基本一致，区别在于电流采样电路还包括第一滤波模块70，第一滤波模块70电连接于差分放大电路30与小电流采样端口12之间；所以第一滤波模块70能够对电流信号进行滤波，以此提高小电流采样端口12的采样精度。

其中，第一滤波模块70的一种具体设置方式如下，此时第一滤波模块70包括电容C2、电容C3和电容C4；电容C2的一端与放大器Q1的输出端电连接，电容C2的另一端与放大器Q2的输出端电连接；电容C3的一端与放大器Q1的输出端电连接，电容C3的另一端接地；电容C4的一端与放大器Q2的输出端电连接，电容C4的另一端接地；即通过电容C2、电容C3和电容C4实现了共同滤波。

而且此时还可设置第一滤波模块70还包括电阻R6和电阻R7；电阻R6电连接于电容C2与放大器Q1的输出端之间；电阻R7电连接于电容C2与放大器Q2的输出端之间，以此提高第一滤波模块70的滤波质量。

电流采样电路的第八个实施例如图10所示，其与第七个实施例基本一致，区别在于电流采样电路还包括第二滤波模块80，第二滤波模块80电连接于分流器20与大电流采样端口11之间，所以第二滤波模块80能够对电流信号进行滤波，以此提高大电流采样端口11的采样精度。

其中，第二滤波模块80的一种具体设置方式如下，此时第二滤波模块80包括电容C5、电容C6和电容C7；电容C5的一端与正极采样点21电连接，电容C5的另一端与负极采样点22电连接；电容C6的一端与正极采样点21电连接，电容C6的另一端接地；电容C7的一端与负极采样点22电连接，电容C7的另一端接地，即通过电容C5、电容C6和电容C7实现了共同滤波。

而且此时还可设置第二滤波模块80还包括电阻R8和电阻R9；电阻R8电连接于电容C5与正极采样点21之间；电阻R9电连接于电容C5与负极采样点22之间，以此提高第二滤波模块80的滤波质量。

综上所述，上述电流采样电路可以应用于多种需要进行采样的场合，譬如可有一种电流采样系统，包括电池40、接触器50和上述的电流采样电路，电流采样电路电连接于电池40与接触器50之间，此时便可实现对电池40的信号采样，以满足使用者的采样需求。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种分流器，其特征在于，包括测量电阻、正极采样点、负极采样点、以及电连接于所述测量电阻相对两侧的导电板；所述正极采样点和所述负极采样点分别电连接于所述测量电阻相对的两侧，所述正极采样点和所述负极采样点均与所述导电板相互分离。

2.根据权利要求1所述的分流器，其特征在于，所述正极采样点、所述负极采样点和所述测量电阻的材质相同。

3.根据权利要求2所述的分流器，其特征在于，所述正极采样点、所述负极采样点和所述测量电阻为一体成型。

4.根据权利要求2所述的分流器，其特征在于，所述正极采样点、所述负极采样点和所述测量电阻均为锰铜合金。

5.根据权利要求2所述的分流器，其特征在于，所述正极采样点和所述负极采样点的表面均镀有镍。

6.根据权利要求1所述的分流器，其特征在于，所述测量电阻与每块所述导电板之间均设有通孔，所述测量电阻显露于所述通孔内；

所述正极采样点于其中一个所述通孔内与所述测量电阻电连接，所述正极采样点与所述导电板相互分离；

所述负极采样点于另一个所述通孔内与所述测量电阻电连接，所述负极采样点与所述导电板相互分离。

7.一种电流采样电路，其特征在于，

包括采样模块、差分放大电路、和权利要求1至6任一项所述的分流器；

所述采样模块设有大电流采样端口、小电流采样端口、大电流寄存器端口和小电流寄存器端口；

所述分流器用于将采集的电流信号送至所述大电流采样端口和所述差分放大电路，所述差分放大电路用于将接收的所述电流信号放大并送至所述小电流采样端口；

所述采样模块用于检测所述电流信号是否大于预设值；若所述电流信号大于等于预设值，所述采样模块将所述电流信号送至所述大电流寄存器端口；若所述电流信号小于预设值，所述采样模块将放大后的所述电流信号送至所述小电流寄存器端口。

8.根据权利要求7所述的电流采样电路，其特征在于，

所述差分放大电路包括放大器Q1和放大器Q2；

所述放大器Q1从所述正极采样点获取所述电流信号并放大送至所述小电流采样端口；

所述放大器Q2从所述负极采样点获取所述电流信号并放大送至所述小电流采样端口。

9.根据权利要求8所述的电流采样电路，其特征在于，

所述放大器Q1的同相输入端与所述正极采样点电连接，所述放大器Q2的输出端与所述小电流采样端口电连接；

所述放大器Q2的同相输入端与所述负极采样点电连接，所述放大器Q2的输出端与所述小电流采样端口电连接；

所述差分放大电路还包括电阻R1、电阻R2和电阻R3；

所述电阻R1电连接于所述放大器Q1的反相输入端与所述放大器Q2的反相输入端之间；

所述电阻R2电连接于所述放大器Q1的反相输入端与所述放大器Q1的输出端之间；

所述电阻R3电连接于所述放大器Q2的反相输入端与所述放大器Q2的输出端之间。

10.一种电流采样系统，其特征在于，包括电池、接触器和权利要求7至9任一项所述的电流采样电路，所述电流采样电路电连接于所述电池与所述接触器之间。

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