串联电池组中单体电池电压的测量电路制造技术

串联电池组中单体电池电压的测量电路保留了单体电池电压测量可以实时、高速进行的优点，且测量范围可以从0V开始；正常工作时，注入或吸取每节电池的电流只有缓冲器和运放的偏置电流，典型值只有0.3微安，非常微弱；测量电路关闭时，每节电池只有缓冲器和运放的输入级反偏电流，电流更小；与电池间的连线顺序弄错，因失调平衡电阻RPx、输入电阻RIx的限流作用，不会导致电流失控，自然不会损坏电路；本发明专利技术对电路元件的精度要求低，成本相对低廉。

【技术实现步骤摘要】
串联电池组中单体电池电压的测量电路
本专利技术涉及电压测量电路，特别是涉及一种串联电池组中单体电池电压的测量电路。
技术介绍
目前可以反复充电使用的蓄电池(以下简称“电池”)，其单体电压比较低，如铅酸电池为2V，镍氢电池为1.2V，锂离子电池为3.6V等等。在需要高电压的场合，常常将它们多只串联起来，形成电压较高的电池组如36V，多个电池组串联成更高电压的电池系统(如360V，在纯电动汽车中就有类似的应用)。限于目前电池的工艺水平和制造成本的限制，电池的参数不一致、应用环境的差异(如成组电池中间部分的单体电池和外部的单体电池散热条件就不相同)等因素，导致串联电池组的单体电池间剩余容量不一致。严重时可能导致充放电过程中，个别电池过充电或过放电而损坏,导致电池组无法使用。所以，在串联电池组的实际应用中，都配备有监测串联电池组中单体电池电压的测量电路，将单体电池电压数字化，结合智能控制器，来准确判断电池状态、进行电池保护。这已经成为电池制造行业、电池应用行业等方面的共识。串联电池组中单体电池电压的测量方法多种多样，比较流行的有三种结构，其典型的原理图收录于说明书附图中。下面简单介绍如下：现有技术1、如附图1所示的中国技术专利申请(专利申请号：201220273479.2，技术名称：一种任意节串联电池组中各单体电池电压简易测量电路)公示的电路结构，用可控开关网络(考虑到开关切换的频繁性，常用光控场效应管，也称PhotoMOS)分时选通某节单体电池，再用减法电路获得单体电池两端的电压值。现有技术2、每节电池对应一个类似附图1中的减法电路，直接获得共参考地的每个单体电池电压值，每个减法器需用4个比例精密的电阻。现有技术3、中国专利技术专利申请(专利申请号：200810038790.7，专利技术名称：汽车用多节串联电池组系统的单体电池电压测量电路)公示的电路结构，其中附图2是电压到电流转换电路(以下简称“电流源”)，是附图3中带箭头的圆圈(附近标注英文SOURCECURRENT)的具体电路，附图3为该专利技术的主体电路结构。该专利技术将悬浮的各路单体电池电压转换为共参考地的电流信号，通过取样电阻复原为与单体电池电压成正比、且共参考地的电压信号，方便A/D(模拟到数字)转换器的高速采集。但是，现在使用的技术方法存在如下缺陷：1、现有技术1采用选通开关轮流选通一节电池来测量，其实时性较差，单节电池采集时间在1毫秒以上(受光控场效应管即PhotoMOS的开关速度限制)，10节电池串联的电池组的总采集时间10毫秒，如果通过电池组的电流是10毫秒的正弦半波波形(50赫兹正弦电流的绝对值，单相逆变器的直流供电电源的电流类似此种波形)，将导致部分电池电压在电流为0时采集，部分电池电压在电流为峰值时采集，采集结果将产生严重的偏差，而且用作选通开关的光控场效应管也价格不低。2、现有技术2中使用了数量众多的比例精密的电阻，成本高，而且每节电池消耗的电流不一致，理由和现有技术3中描述的一致。3、现有技术3中的电流源需要从每节电池上吸取电流，且每节电池被吸取的电流不一致，长期运行过程中容易造成电池的不平衡，比如第5节电池，除了本节对应的电流源吸取电流外，第6、7、…等节的电流源也要从其吸取电流，但第1、2、…、4等节的电流源则不从第5节电池吸取电流；电流源中的运放(如附图2中的U2)采用电池直接供电，使得测量不能从0V开始，其最低起始点为运放的最低工作电源电压如2V，导致低压测量无法进行；如果在生产或维修过程中，弄错了与电池间的连线顺序，会造成部分运放供电反向而容易损坏运放。图3中，若BATTERY1的电压为0，会导致BATTERY2的电压测量无法进行，原因如下：参见图2，如果电流源正常工作，点VB1、运放U2的1和3脚、PNP管Q2的发射极等电位相同，都为0V，无法在PNP管Q2的集电极VC2得到高于其发射极的电压，所以VC2的电压也为0，和电池电压VB2-VB1不成比例。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种成本低、电流小的串联电池组中单体电池电压的测量电路，一种串联电池组中单体电池电压的测量电路，包括与电池节数相同数量的精密电平移位单元IS1、···、ISx、···、ISN和A/D转换器，还包括与电池节数相同数量的缓冲器U1A、U2A、···、UxA、···、UNA以及与所述缓冲器数量对应的输出直流电源VA1、VA2、···、VAx、···、VAN，其中，N≥2，1≤x≤N；所述缓冲器UxA的正相输入端接所对应的电池的正极，所述缓冲器UxA的反相输入端接所述缓冲器UxA的输出端，所述缓冲器UxA的输出端接所述精密电平移位单元VAx的正输入端；所述精密电平移位单元ISx包括采样电阻RSx、受控电流源CIx；所述受控电流源CIx包括运算放大器UxB、三极管Qx、电压电流转换电阻RZx及失调平衡电阻RPx；所述电压电流转换电阻RZx的一端接所述运算放大器UxB的反相输入端，所述电压电流转换电阻RZx的另一端接所述缓冲器UxA的输出端；所述失调平衡电阻RPx的一端接所对应的电池负极，所述失调平衡电阻RPx的另一端接所述运算放大器UxB的正相输入端，所述运算放大器UxB的输出端接所述三极管Qx的基极，所述三极管Qx的发射极接所述运算放大器UxB的反相输入端，所述三极管Qx的集电极接所述采样电阻RSx，所述采样电阻RSx的另一端接地，所述三极管Qx的集电极与所述采样电阻RSx的公共连接点为所述精密电平移位单元ISx的输出端；多输出直流电源VS1、VA1、VA2、···、VAx、···、VAN的输出之间相互隔离，其中第一路输出电源VS1的电压比所述精密电平移位单元ISx的输出电压VOx的最大值VOmax高出1V，第一路输出电源VS1负端作为公共参考地GND，第一路输出电源VS1正端连接所对应的第1节电池的负端；输出电源VA1、VA2、···、VAx、···、VAN组成多个正负电源对，正端为VAx+、负端为VAx-、中心端为GAx，对应给所述缓冲器UxA、所述运算放大器UxB供电；其中x为正负电源对的序号，数量不大于电池节数N；其中第一组正负电源对的中心端GA1连接所对应的第1节电池的负端；所述缓冲器UxA、所述精密电平移位单元ISx、所述直流电源VAx对应连接后检测电池BTx；所述A/D转换器的输入端接所述精密电平移位单元IS1、···、ISx、···、ISN的输出端；还包括防反二极管DFx和限流电阻RLx，所述防反二极管DFx的正极接所述缓冲器UxA的输出端，所述防反二极管DFx的负极接所述限流电阻RLx，所述限流电阻RLx的另一端接输入电源的中心端GAx+1。在其中一个实施例中，所述三极管Qx为PNP型三极管。在其中一个实施例中，所述三极管Qx为P沟道场效应管。在其中一个实施例中，所述缓冲器的型号为AS324。在其中一个实施例中，所述运算放大器的型号为AS358。上述串联电池组中单体电池电压的测量电路保留了单体电池电压测量可以实时、高速进行的优点，且测量范围可以从0V开始；正常工作时，注入或吸取每节电池的电流只有缓冲器和运放的偏置电流，典型值只有0.3微安，非常微弱；测量电路关闭时，每节电池只有缓冲器和运放的输入级反偏电流，电流更小；与电池间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联电池组中单体电池电压的测量电路，包括电池节数相同数量的精密电平移位单元IS1、…、ISx、…、ISN和A/D转换器，其特征在于，包括与电池节数相同数量的缓冲器U1A、U2A、…、UxA、…、UNA以及与所述缓冲器数量对应的输出直流电源VA1、VA2、…、VAx、…、VAN，其中，N≥2，1≤x≤N；所述缓冲器UxA的正相输入端接所对应的电池的正极，所述缓冲器UxA的反相输入端接所述缓冲器UxA的输出端，所述缓冲器UxA的输出端接所述精密电平移位单元VAx的正输入端；所述精密电平移位单元ISx包括采样电阻RSx、受控电流源CIx；所述受控电流源CIx包括运算放大器UxB、三极管Qx、电压电流转换电阻RZx及失调平衡电阻RPx；所述电压电流转换电阻RZx的一端接所述运算放大器UxB的反相输入端，另一端接所述缓冲器UxA的输出端；所述失调平衡电阻RPx的一端接所对应的电池负极，另一端接所述运算放大器UxB的正相输入端，所述运算放大器UxB的输出端接所述三极管Qx的基极，所述三极管Qx的发射极接所述运算放大器UxB的反相输入端，所述三极管Qx的集电极接所述采样电阻RSx，所述采样电阻RSx的另一端接地，所述三极管Qx的集电极与所述采样电阻RSx的公共连接点为所述精密电平移位单元ISx的输出端；多输出直流电源VS1、VA1、VA2、…、VAx、…、VAN的输出之间相互隔离，其中第一路输出电源VS1的电压比所述精密电平移位单元ISx的输出电压VOx的最大值VOmax高出1V，第一路输出电源VS1负端作为公共参考地GND，第一路输出电源VS1正端连接所对应的第1节电池的负端；输出电源VA1、VA2、…、VAx、…、VAN组成多个正负电源对，正端为VAx+、负端为VAx‑、中心端为GAx，对应给所述缓冲器UxA、所述运算放大器UxB供电；其中x为正负电源对的序号，数量不大于电池节数N；其中第一组正负电源对的中心端GA1连接所对应的第1节电池的负端；所述缓冲器UxA、所述精密电平移位单元ISx、所述直流电源VAx对应连接后检测电池BTx；所述A/D转换器的输入端接所述精密电平移位单元IS1、…、ISx、…、ISN的输出端；还包括防反二极管DFx和限流电阻RLx，所述防反二极管DFx的正极接所述缓冲器UxA的输出端，所述防反二极管DFx的负极接所述限流电阻RLx，所述限流电阻RLx的另一端接输入电源的中心端GAx+1。...

【技术特征摘要】
1.一种串联电池组中单体电池电压的测量电路，包括电池节数相同数量的精密电平移位单元IS1、…、ISx、…、ISN和A/D转换器，其特征在于，包括与电池节数相同数量的缓冲器U1A、U2A、…、UxA、…、UNA以及与所述缓冲器数量对应的输出直流电源VA1、VA2、…、VAx、…、VAN，其中，N≥2，1≤x≤N；所述缓冲器UxA的正相输入端接所对应的电池的正极，所述缓冲器UxA的反相输入端接所述缓冲器UxA的输出端，所述缓冲器UxA的输出端接所述精密电平移位单元VAx的正输入端；所述精密电平移位单元ISx包括采样电阻RSx、受控电流源CIx；所述受控电流源CIx包括运算放大器UxB、三极管Qx、电压电流转换电阻RZx及失调平衡电阻RPx；所述电压电流转换电阻RZx的一端接所述运算放大器UxB的反相输入端，所述电压电流转换电阻RZx的另一端接所述缓冲器UxA的输出端；所述失调平衡电阻RPx的一端接所对应的电池负极，所述失调平衡电阻RPx的另一端接所述运算放大器UxB的正相输入端，所述运算放大器UxB的输出端接所述三极管Qx的基极，所述三极管Qx的发射极接所述运算放大器UxB的反相输入端，所述三极管Qx的集电极接所述采样电阻RSx，所述采样电阻RSx的另一端接地，所述三极管Qx的集电极与所述采样电阻RSx的公共连接点为所述精密电平移位单元ISx的输出端；多输出直流电源VS1、VA1、VA2、…、VAx、…、VAN的输出之间相互隔离，其中第一路...

【专利技术属性】
技术研发人员：范家闩，廖仕明，
申请(专利权)人：深圳市科陆电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44