CN213843341U - 基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路，电压采集和电流采集均采用差分检测方式，可以降低共模干扰，提高检测的精度；电压采集电路中设置差分驱动电路和三极管放大电路，通过差分驱动电路产生控制三极管放大电路工作的高低电平，通过三极管放大电路采集单节锂电池两端的电压，并进行放大，使其易被MCU芯片采集，解决现有技术中因运算放大器的输出不易被MCU芯片采集而导致统测量精度不高的问题；电流采集电路中设置加法电路，可以将采样电阻两端的微弱电压信号提高到一定的范围，以便于采样和计算的准确性，提高系统的精确度。

Description

基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路

技术领域

本实用新型涉及锂电池组均衡充电技术领域，尤其涉及基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路。

背景技术

锂电池组充电过程中，需要对流过锂电池组的电流以及单节锂电池两端的电压进行实时监测，以防止锂电池组出现过充、过放、过流、欠压和过压等问题。现有检测单节锂电池两端电压的原理一般是通过在单节锂电池两端两端并联采样电阻，使用电阻分压测量其他串联电池的电压。由于每个电池电压测量都存在测量误差，这种测量方法会引起误差累加，在最后面的电池的测量误差将会增大，影响测量精度。例如，每个电池的电压为4V，每次测量误差为±0.1％。那么第20个电池的测量值为：20×4×1.001-19×4×0.999＝4.156V，而相应的误差为3.9％。因此，为了解决上述问题，本实用新型提供基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路，可以实现高精度的电压和电流采集，降低系统的误差。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路，可以实现高精度的电压和电流采集，降低系统的误差。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路，其包括MCU芯片、锂电池组、电流采集电路和电压采集电路，电压采集电路包括差分驱动电路和三极管放大电路；

锂电池组包括若干个依次串联的锂电池；

差分驱动电路的第一差分输入端与单节锂电池的正极电性连接，该单节锂电池的负极与差分驱动电路的第二差分输入端电性连接，差分驱动电路的输出端与三极管放大电路的控制端电性连接，三极管放大电路的输入端与MCU芯片的模拟输入端电性连接，三极管放大电路的输出端与差分驱动电路的第一差分输入端电性连接；

电流采集电路的输入端与锂电池组的负极电性连接，电流采集电路的输出端与MCU芯片的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，差分驱动电路包括：电阻R12、电阻 R13、二极管D2和运算放大器OPA2322；

单节锂电池的正极通过电阻R12与运算放大器OPA2322的反相输入端电性连接，该单节锂电池的负极通过电阻R13与运算放大器OPA2322的同相输入端电性连接，运算放大器OPA2322的输出端通过反向导通的二极管D2与三极管放大电路的控制端电性连接。

进一步优选的，三极管放大电路包括：PNP型的三极管Q3、电阻R14和肖特基二极管D3；

运算放大器OPA2322的输出端通过反向导通的二极管D2与三极管Q3的基极电性连接，三极管Q3的发射极与运算放大器OPA2322的反相输入端电性连接，三极管Q3的集电极与MCU芯片的模拟输入端电性连接，电阻R14的一端与三极管Q3的集电极电性连接，电阻R14的另一端接地。

在以上技术方案的基础上，优选的，电流采集电路包括加法电路、滤波电路和差分检测电路；

差分检测电路的第一差分输入端和第二差分输入端分别与锂电池组的正极和负极一一对应电性连接，加法电路通过滤波电路与差分检测电路的第二差分输入端电性连接，差分检测电路的输出端与MCU芯片的模拟输入端电性连接。

进一步优选的，加法电路包括：电阻R15、电阻R16、电容C2和运算放大器AD8017；

电源通过电阻R15与运算放大器AD8017的引脚5电性连接，电阻R16的一端与运算放大器AD8017的引脚5电性连接，电阻R16的另一端接地，电容C2并联在电阻R16的两端，运算放大器AD8017的引脚6与其引脚7电性连接，运算放大器AD8017的引脚7通过滤波电路与差分检测电路的第二差分输入端电性连接。

进一步优选的，滤波电路为RC滤波电路。

进一步优选的，差分检测电路包括：电阻R18-R21和运算放大器AD8017；

运算放大器AD8017的引脚2和引脚3分别一一对应地通过电阻R19和电阻R18分别与锂电池组的正极和负极一一对应电性连接，电阻R20并联在运算放大器AD8017的引脚2及其引脚1之间，运算放大器AD8017的引脚1通过电阻R21与MCU芯片的模拟输入端电性连接。

本实用新型的基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)电压采集和电流采集均采用差分检测方式，可以降低共模干扰，提高检测的精度；

(2)电压采集电路中设置差分驱动电路和三极管放大电路，通过差分驱动电路产生控制三极管放大电路工作的高低电平，通过三极管放大电路采集单节锂电池两端的电压，并进行放大，使其易被MCU芯片采集，解决现有技术中因运算放大器的输出不易被MCU芯片采集而导致统测量精度不高的问题；

(3)电流采集电路中设置加法电路，可以将采样电阻两端的微弱电压信号提高到一定的范围，以便于采样和计算的准确性，提高系统的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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例，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为本实用新型基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路的结构图；

图2为本实用新型基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路中的电压采集电路的电路图；

图3为本实用新型基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路中的电流采集电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，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，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路，其包括MCU芯片、锂电池组、电流采集电路和电压采集电路。

锂电池组，包括若干个依次串联的锂电池。

电压采集电路，用于采集单节锂电池两端的电压。本实施例中，电压采集电路包括差分驱动电路和三极管放大电路。

差分驱动电路，由于采用差分检测法检测单节锂电池两端电压时，运算放大器的输出有限，无法满足MCU芯片引脚电平的要求，不易被MCU芯片采集，易导致系统测量精度不高的问题，因此，本实施例中，采用差分驱动电路驱动三极管放大电路导通，通过三极管放大电路采集单节锂电池两端的电压，并进行放大，使其易被MCU芯片采集。本实施例中，差分驱动电路的第一差分输入端与单节锂电池的正极电性连接，该单节锂电池的负极与差分驱动电路的第二差分输入端电性连接，差分驱动电路的输出端与三极管放大电路的控制端电性连接。优选的，本实施例中，如图2所示，差分驱动电路包括：电阻R12、电阻R13、二极管D2和运算放大器OPA2322；具体的，单节锂电池的正极通过电阻R12与运算放大器OPA2322的反相输入端电性连接，该单节锂电池的负极通过电阻R13与运算放大器OPA2322的同相输入端电性连接，运算放大器 OPA2322的输出端通过反向导通的二极管D2与三极管放大电路的控制端电性连接。其中，检测单节锂电池两端的电压时，运算放大器OPA2322的输出端输出低电平，二极管D2导通。

三极管放大电路，受差分驱动电路驱动导通，当其导通时，通过电阻分压法检测单节锂电池两端的电压；当其截止时，无法检测单节锂电池两端的电压。优选的，本实施例中，三极管放大电路的输入端与差分驱动电路的第一差分输入端电性连接，三极管放大电路的输出端与MCU芯片的模拟输入端电性连接。优选的，本实施例中，如图2所示，三极管放大电路包括：PNP型的三极管Q3、电阻R14和肖特基二极管D3；具体的，运算放大器OPA2322的输出端通过反向导通的二极管D2与三极管Q3的基极电性连接，三极管Q3的发射极与运算放大器OPA2322的反相输入端电性连接，三极管Q3的集电极与MCU 芯片的模拟输入端电性连接，电阻R14的一端与三极管Q3的集电极电性连接，电阻R14的另一端接地。当差分驱动电路输出的低电平使三极管Q3导通时，电流的流向为：单节锂电池的正极、三极管Q3的发射极、三极管Q3的集电极、 MCU芯片的模拟输入端，MCU芯片将该模拟信号转换为数字信号，进而得知单节锂电池两端的电压；反之，差分驱动电路输出的高电平使三极管Q3截止时，三极管放大电路无法采集电压信号。

电流采集电路，用于采集流过锂电池组的电流大小。电流采集电路的输入端与锂电池组的负极电性连接，电流采集电路的输出端与MCU芯片的模拟输入端电性连接。本实施例中，电流采集电路包括加法电路、滤波电路和差分检测电路。

差分检测电路，采用差分检测的方式检测流过锂电池组的电流大小。差分检测电路的第一差分输入端和第二差分输入端分别与锂电池组的正极和负极一一对应电性连接，差分检测电路的输出端与MCU芯片的模拟输入端电性连接。优选的，本实施例中，如图3所示，差分检测电路包括：电阻R18-R21和运算放大器AD8017；具体的，运算放大器AD8017的引脚2和引脚3分别一一对应地通过电阻R19和电阻R18分别与锂电池组的正极和负极一一对应电性连接接，电阻R20并联在运算放大器AD8017的引脚2及其引脚1之间，运算放大器AD8017的引脚1通过电阻R21与MCU芯片的模拟输入端电性连接。

加法电路，由于输出电流范围在0～6A左右，采样电阻为10毫欧，当6A 电流在采样电阻上形成的电压为60毫伏，是一个比较小的电压，且此电压低于采样系统的线性区段，因此，本实施例中，设置加法电路将此电压提高到一定的范围，以便于采样和计算的准确性。加法电路通过滤波电路与差分检测电路的第二差分输入端电性连接。优选的，如图3所示，加法电路包括：电阻 R15、电阻R16、电容C2和运算放大器AD8017；具体的，电源通过电阻R15与运算放大器AD8017的引脚5电性连接，电阻R16的一端与运算放大器 AD8017的引脚5电性连接，电阻R16的另一端接地，电容C2并联在电阻R16 的两端，运算放大器AD8017的引脚6与其引脚7电性连接，运算放大器 AD8017的引脚7通过滤波电路与差分检测电路的第二差分输入端电性连接。其中，差分检测电路的第二差分输入端为运算放大器AD8017的引脚3，电阻R16 和电容C2组成RC滤波电路，用于滤除电源输出信号中的干扰信号；运算放大器AD8017构成电压跟随器，用于提高负载能力，使电源叠加到差分检测电路中第二差分输入端的电压更稳定。

滤波电路，用于硬件滤波。优选的，本实施例中，滤波电路为RC滤波电路。

本实施例的工作原理为：差分驱动电路检测单节锂电池两端的电压，并输出低电平，该低电平使三极管放大电路中的三极管Q3导通，三极管Q3导通后，电流流向为单节锂电池的正极、三极管Q3的发射极、三极管Q3的集电极、接地，在三极管Q3的集电极电流转换为电压，并输入至MCU芯片的模拟输入端，MCU芯片将该模拟信号转换为数字信号，进而得知单节锂电池两端的电压；反之，三极管放大电路不工作；

差分检测电路，采用差分检测的方式检测流过锂电池组的电流大小，同时，加法电路将差分检测电路中运放的同相输入端电压抬升，使采样电阻上的电流易于被采集，进而提高测量精度；差分检测电路采集的电流信号输出给 MCU芯片的模拟输入端，MCU芯片将该模拟信号转换为数字信号，进而得知流过锂电池组的电流大小。

本实施例的有益效果为：电压采集和电流采集均采用差分检测方式，可以降低共模干扰，提高检测的精度；

电压采集电路中设置差分驱动电路和三极管放大电路，通过差分驱动电路产生控制三极管放大电路工作的高低电平，通过三极管放大电路采集单节锂电池两端的电压，并进行放大，使其易被MCU芯片采集，解决现有技术中因运算放大器的输出不易被MCU芯片采集而导致统测量精度不高的问题；

电流采集电路中设置加法电路，可以将采样电阻两端的微弱电压信号提高到一定的范围，以便于采样和计算的准确性，提高系统的精确度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路，其包括MCU芯片、锂电池组、电流采集电路和电压采集电路，其特征在于：所述电压采集电路包括差分驱动电路和三极管放大电路；

所述锂电池组包括若干个依次串联的锂电池；

所述差分驱动电路的第一差分输入端与单节锂电池的正极电性连接，该单节锂电池的负极与差分驱动电路的第二差分输入端电性连接，差分驱动电路的输出端与三极管放大电路的控制端电性连接，三极管放大电路的输入端与MCU芯片的模拟输入端电性连接，三极管放大电路的输出端与差分驱动电路的第一差分输入端电性连接；

所述电流采集电路的输入端与锂电池组的负极电性连接，电流采集电路的输出端与MCU芯片的模拟输入端电性连接。

2.如权利要求1所述的基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路，其特征在于：所述差分驱动电路包括：电阻R12、电阻R13、二极管D2和运算放大器OPA2322；

所述单节锂电池的正极通过电阻R12与运算放大器OPA2322的反相输入端电性连接，该单节锂电池的负极通过电阻R13与运算放大器OPA2322的同相输入端电性连接，运算放大器OPA2322的输出端通过反向导通的二极管D2与三极管放大电路的控制端电性连接。

3.如权利要求2所述的基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路，其特征在于：所述三极管放大电路包括：PNP型的三极管Q3、电阻R14和肖特基二极管D3；

所述运算放大器OPA2322的输出端通过反向导通的二极管D2与三极管Q3的基极电性连接，三极管Q3的发射极与运算放大器OPA2322的反相输入端电性连接，三极管Q3的集电极与MCU芯片的模拟输入端电性连接，电阻R14的一端与三极管Q3的集电极电性连接，电阻R14的另一端接地。

4.如权利要求1所述的基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路，其特征在于：所述电流采集电路包括加法电路、滤波电路和差分检测电路；

所述差分检测电路的第一差分输入端和第二差分输入端分别与锂电池组的正极和负极一一对应电性连接，加法电路通过滤波电路与差分检测电路的第二差分输入端电性连接，差分检测电路的输出端与MCU芯片的模拟输入端电性连接。

5.如权利要求4所述的基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路，其特征在于：所述加法电路包括：电阻R15、电阻R16、电容C2和运算放大器AD8017；

电源通过电阻R15与运算放大器AD8017的引脚5电性连接，电阻R16的一端与运算放大器AD8017的引脚5电性连接，电阻R16的另一端接地，电容C2并联在电阻R16的两端，运算放大器AD8017的引脚6与其引脚7电性连接，运算放大器AD8017的引脚7通过滤波电路与差分检测电路的第二差分输入端电性连接。

6.如权利要求4所述的基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路，其特征在于：所述滤波电路为RC滤波电路。

7.如权利要求5所述的基于锂电池组均衡充电管理系统的信号调理电路，其特征在于：所述差分检测电路包括：电阻R18-R21和运算放大器AD8017；

所述运算放大器AD8017的引脚2和引脚3分别一一对应地通过电阻R19和电阻R18分别与锂电池组的正极和负极一一对应电性连接，电阻R20并联在运算放大器AD8017的引脚2及其引脚1之间，运算放大器AD8017的引脚1通过电阻R21与MCU芯片的模拟输入端电性连接。

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