CN220137263U - 一种隔离型分流器信号采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种隔离型分流器信号采样电路，其包括模数转换电路和数字隔离输出电路，所述模数转换电路包括模数转换芯片U3、电感L3、电感L4、电阻R8和电阻R10，所述数字隔离输出电路包括数字隔离芯片U2和上拉电阻；所述模数转换电路将分流器电阻两端的电压差转换为数字量，所述数字隔离输出电路将所述模数转换器输出的数字量隔离传输至单片机，确保安全和高低压隔离，从而大大提高了分流器电流采样的安全可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源及节能技术领域，具体的说，涉及了一种隔离型分流器信号采样电路。
背景技术
在“碳达峰、碳中和”目标的引领下，作为助力可再生能源开发、构建新型电力系统的重要支撑，储能逐渐火热。得益于在道路车辆上的广泛应用，锂电池储能作为新型储能的主要形式，被认为是最具有发展潜力的储能技术之一，近年来应用规模持续增大。
电池包一般是由电池模组、热管理系统、电池管理系统（BMS）、电气系统及结构件组成，其中BMS实时采集、处理、存储电池模组运行过程中的重要信息，与外部设备如整车控制器交换信息，保障锂电池系统的安全可靠运行。而SOC(stateofge)估算方式是电池管理系统(BMS)开发应用的关键技术之一，SOC相当于电动汽车的“油表”，所以SOC的准确、稳定与否非常重要。
目前主流的SOC估算方式主要有开路电压法、电流积分法、卡尔曼滤波法和神经网络法，目前电流积分法（也叫安时积分法）广泛应用于电动自行车、园林工具、储能等领域，其本质是在电池进行充电或放电时，通过累积充进或放出的电量来估算电池的SOC；虽然很多不同的BMS厂家都是用SOC估算方式，但是由于硬件电路或者电流采样芯片（电流采样分为两种，一是霍尔传感器，二是分流器电阻）的具体电路结构等不同，使得各厂家的SOC估算精度也各不相同，因此，电流采样芯片的电路结构等很大程度上影响了SOC估算方式的准确性，如申请号为201720466725.9的中国专利、申请号为202020081230.6的中国专利，以及申请号为202021437148 .9的中国专利。
需要说明的是，分流器电阻所处的环境是高压，但现有电流采样芯片并未考虑高低压隔离，因此现有电流采样芯片存在安全可靠性低等缺点。
因此，设计一种结构简单、安全可靠性高且成本相对低廉的电流采样电路十分有必要。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种用于锂电池储能系统的隔离型分流器信号采样电路，能够实现锂电池储能高压电路中分流器信号的采集。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种隔离型分流器信号采样电路，其包括模数转换电路和数字隔离输出电路，所述模数转换电路包括模数转换芯片U3、电感L3、电感L4、电阻R8和电阻R10，所述数字隔离输出电路包括数字隔离芯片U2和上拉电阻；
所述模数转换芯片U3的其中一个输入引脚通过所述电阻R8连接所述电感L3的一端，所述模数转换芯片U3的另一个输入引脚通过所述电阻R10连接所述电感L4的一端；所述电感L3的另一端和所述电感L4的另一端，作为隔离型分流器信号采样电路的输入端；
所述模数转换芯片U3的两输入引脚还分别通过滤波电容与接地端相连，所述模数转换芯片U3的两输入引脚之间还连接有滤波电容；
所述模数转换芯片U3的输出引脚与所述数字隔离芯片U2的输入引脚连接，所述数字隔离芯片U2的两输出引脚作为隔离型分流器信号采样电路的输出端；
所述数字隔离芯片U2的两输出引脚还分别通过上拉电阻与电源端相连。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型提出了一种隔离型分流器信号采样电路，其包括模数转换电路和数字隔离输出电路，所述模数转换器的两输入端与分流器电阻两端连接，以将分流器电阻两端的电压差转换为数字量；所述模数转换器的输出端与所述数字隔离输出电路连接，可以隔离传输所述模数转换器输出的数字量，确保安全和高低压隔离，从而大大提高了分流器电流采样的安全可靠性。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图一；
图2是本实用新型的隔离型分流器信号采样电路的电路原理图；
图3是本实用新型的结构示意图二；
图4是本实用新型的隔离供电电路的电路原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
如附图1和附图2所示，一种隔离型分流器信号采样电路，其包括模数转换电路和数字隔离输出电路，所述模数转换电路包括模数转换芯片U3、电感L3、电感L4、电阻R8和电阻R10，所述数字隔离输出电路包括数字隔离芯片U2和上拉电阻；
所述模数转换芯片U3的其中一个输入引脚通过所述电阻R8连接所述电感L3的一端，所述模数转换芯片U3的另一个输入引脚通过所述电阻R10连接所述电感L4的一端；所述电感L3的另一端和所述电感L4的另一端，作为隔离型分流器信号采样电路的输入端；
所述模数转换芯片U3的两输入引脚还分别通过滤波电容与接地端相连，所述模数转换芯片U3的两输入引脚之间还连接有滤波电容C14；所述模数转换芯片U3的输出引脚与所述数字隔离芯片U2的输入引脚连接，所述数字隔离芯片U2的两输出引脚作为隔离型分流器信号采样电路的输出端；所述数字隔离芯片U2的两输出引脚还分别通过上拉电阻与电源端相连。
如附图2所示，所述隔离型分流器信号采样电路的输入端，用网络Ibat-1和网络Ibat+1示出；其中，电感L3、电感L4用于滤除外部高频干扰，电阻R8、电阻R9和电容C13、电容C14和电容C15用于滤除外部低频干扰，电阻R9和电阻R11是所述模数转换芯片U3的地址选择角，电阻R4和电阻R5起到上拉I2C总线的作用。
需要说明的是，所述隔离型分流器信号采样电路的输入端与分流器电阻两端连接，用于将分流器电阻两端的电压差转换为数字量，由于电流经过分流器电阻时，形成一个mV级别的电压差，该电压差经过所述模数转换芯片U3及其外围电路后转化为数字量。
具体的，所述模数转换芯片U3的型号可以为SQ52201FBC、INA226AIDGSR或者ADS1115IDGST，在其他实施例中所述模数转换芯片U3还可以采用其他具备上述功能的模数转换芯片。
由于分流器电阻所处的环境是高压，为了安全和高低压隔离的作用，本实施例增加了数字隔离输出电路，将处于高压侧所述模数转换芯片U3的I2C通讯进行隔离之后再传输到单片机端。
具体的，所述数字隔离芯片U2的型号为CA-IS3020W，在其他实施例中所述数字隔离芯片U2也可以采用其他具备实现上述功能的I2C数字隔离器。
如附图2所示，所述隔离型分流器信号采样电路的输出端，用网络Current_SDA和网络Current_SCL示出；在数字隔离输出电路中，电容C7和电容C10是电源的去耦电容，电阻R6和电阻R7是I2C总线通讯的上拉电阻。网络Current_SDA和网络Current_SCL连接至单片机，将所述模数转换电路输出的数字量传输到单片机。
如附图2所示，所述数字隔离输出电路还包括电容C7和电容C10，所述电容C7和所述电容C10并联连接在所述数字隔离芯片U2的电源引脚和接地引脚之间。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例给出了另一种隔离型分流器信号采样电路的具体实施方式。
如附图3所示，所述隔离型分流器信号采样电路还包括隔离供电电路，所述隔离供电电路用于分别为所述模数转换电路和所述数字隔离输出电路供电。
如附图4所示，所述隔离供电电路包括隔离电源芯片U1、电阻R1、电容C1至电容C5、二极管D1和电感L1，所述隔离电源芯片U1的正输入引脚用于连接+5V电源，电容C4和电容C5并联连接在所述隔离电源芯片U1的正输入引脚与负输入引脚之间，所述电阻R1连接在所述隔离电源芯片U1的正输出引脚与负输出引脚之间；
所述隔离电源芯片U1的正输出引脚还与所述二极管D1的正极连接，所述二极管D1的负极连接所述电感L1的一端，所述电感L1的另一端作为所述隔离供电电路的输出端；
电容C2和电容C3并联连接在所述二极管D1的负极与接地端之间，所述电感L1的另一端还通过电容C1与接地端相连。
需要说明的是，电源+5.0V由电池管理系统控制器内部提供，电源+5V-2i由隔离电源芯片U1通过电源+5.0V转换而来。所述隔离供电电路输出电源+5V-2i，为模数转换电路和数字隔离输出电路提供工作电源。
具体的，所述隔离电源芯片U1的型号为P0505FKS-1W，在其他实施例中，所述隔离电源芯片U1也可以采用其他具备实现上述功能的隔离电源模块。
如附图4所示，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5起到滤波作用，电阻R1为隔离电源芯片U1的输出端提供一个假负载，以保证模块能够高效可靠的运行，二极管D1主要用于将输出的电压稳定在5V，电感L1主要用于滤除高频干扰。
在其他实施例中，由单片机对接收到的数字量进行后续处理，进而计算出回路中的电流值。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (5)
1.一种隔离型分流器信号采样电路，其特征在于：包括模数转换电路和数字隔离输出电路，所述模数转换电路包括模数转换芯片U3、电感L3、电感L4、电阻R8和电阻R10，所述数字隔离输出电路包括数字隔离芯片U2和上拉电阻；
所述模数转换芯片U3的其中一个输入引脚通过所述电阻R8连接所述电感L3的一端，所述模数转换芯片U3的另一个输入引脚通过所述电阻R10连接所述电感L4的一端；所述电感L3的另一端和所述电感L4的另一端，作为隔离型分流器信号采样电路的输入端；
所述模数转换芯片U3的两输入引脚还分别通过滤波电容与接地端相连，所述模数转换芯片U3的两输入引脚之间还连接有滤波电容；
所述模数转换芯片U3的输出引脚与所述数字隔离芯片U2的输入引脚连接，所述数字隔离芯片U2的两输出引脚作为隔离型分流器信号采样电路的输出端；
所述数字隔离芯片U2的两输出引脚还分别通过上拉电阻与电源端相连。
2.根据权利要求1所述的一种隔离型分流器信号采样电路，其特征在于：还包括隔离供电电路，所述隔离供电电路用于分别为所述模数转换电路和所述数字隔离输出电路供电。
3.根据权利要求2所述的一种隔离型分流器信号采样电路，其特征在于：所述隔离供电电路包括隔离电源芯片U1、电阻R1、电容C1至电容C5、二极管D1和电感L1，所述隔离电源芯片U1的正输入引脚用于连接+5V电源，电容C4和电容C5并联连接在所述隔离电源芯片U1的正输入引脚与负输入引脚之间，所述电阻R1连接在所述隔离电源芯片U1的正输出引脚与负输出引脚之间；
所述隔离电源芯片U1的正输出引脚还与所述二极管D1的正极连接，所述二极管D1的负极连接所述电感L1的一端，所述电感L1的另一端作为所述隔离供电电路的输出端；
电容C2和电容C3并联连接在所述二极管D1的负极与接地端之间，所述电感L1的另一端还通过电容C1与接地端相连。
4.根据权利要求1所述的一种隔离型分流器信号采样电路，其特征在于：所述模数转换芯片U3的型号为SQ52201FBC。
5.根据权利要求1所述的一种隔离型分流器信号采样电路，其特征在于：所述数字隔离芯片U2的型号为CA-IS3020W。
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