高共模蓄电池单体电压采集电路和采集方法技术

本发明专利技术公开一种高共模蓄电池单体电压采集电路，该采集电路包含：电池单体电压差模信号采集模块，其包含运算放大器，该运算放大器输入端接采集的蓄电池，运算放大器的负极输入端设置有第一电阻，输出端设置有第二电阻，将串联蓄电池的单体电压差模信号转换为电流信号，提取电池单体的电压。本发明专利技术采用电压‑电流转换法采集电池单体电压，提高采集精度、寿命长、可靠性高、环境适应性强。

High voltage common mode accumulator single body voltage collecting circuit and collecting method

The invention discloses a high common mode single battery voltage sampling circuit, the sampling circuit includes: cell voltage differential signal acquisition module, comprising a battery operational amplifier, the operational amplifier input end is connected with the acquisition, negative input terminal of the operational amplifier is provided with a first resistor, the output end is provided with second resistors, monomer the series battery voltage differential signal is converted to current signal, extraction voltage of the single battery. The present invention adopts voltage current single voltage conversion method to collect battery, improve the acquisition accuracy and long service life, high reliability and environmental adaptability.

【技术实现步骤摘要】
高共模蓄电池单体电压采集电路和采集方法
本专利技术涉及蓄电池管理系统
，具体涉及一种适用于空间用串联数较多的高共模锂离子蓄电池组单体电压的高共模蓄电池单体电压采集电路和采集方法。
技术介绍
单体电压的采集是蓄电池管理系统(BMS)的技术核心，其采集精度的高低直接影响BMS管理的准确性和有效性。根据蓄电池类型、串联节数、应用环境等不同，单体电压采集电路的形式多样，包括直接采样、线性光耦隔离、电阻分压、飞电容等等电路实现方式。受空间环境、长寿命、高可靠且无法维修等因素约束，在空间应用的串联蓄电池组单体电压采集电路通常采用电阻分压法，电阻分压法采用的电路图如图1所示，先通过电阻分压降低共模电压幅值，然后再进行放大、采样-保持、数/模转换、编码。电阻分压法电路具有形式简单、可靠性高等优点，但从电路传递函数可知，电阻分压比偏差、共模电压大小以及差分放大环节是影响采集精度的主要因素，对分压电阻的精度和温度系数要求非常苛刻。实际工程应用中，中压42V体系(例如，九节锂离子蓄电池串联)，分压电阻采用±0.05％精度、±10ppm温度系数，在-25℃～70℃温度范围内测试的电压采集精度接近10mV，勉强满足指标要求。但随着蓄电池串联节数的增加(例如22节锂离子蓄电池串联的高压100V体系)，电阻分压比、共模电压以及差分放大倍数的增加，将使误差进一步放大，实现10mV采集精度的指标将变得非常困难。
技术实现思路
本专利技术提供一种高共模蓄电池单体电压采集电路和采集方法，提高采集精度、寿命长、可靠性高、环境适应性强。为实现上述目的，本专利技术提供一种高共模蓄电池单体电压采集电路，其特点是，该采集电路包含：电池单体电压差模信号采集模块，其包含运算放大器，该运算放大器输入端接采集的蓄电池，运算放大器的负极输入端设置有第一电阻，输出端设置有第二电阻，将串联蓄电池的单体电压差模信号转换为电流信号，提取电池单体的电压。上述运算放大器负极输入端和输出端之间连接有第一NPN三极管和第二NPN三极管；第一NPN三极管的发射极连接运算放大器负极输入端，基极接第二NPN三极管的发射极，集电极接第二NPN三极管的集电极；第二NPN三极管基极接运算放大器的输出端。上述运算放大器的输出端依次接有：差分放大模块、采样保持模块、模数转换模块、编码模块和传输模块。上述运算放大器的型号为OP07。上述第一电阻和第二电阻的阻值相等。上述第一电阻和第二电阻的阻值为390千欧，精度±1％，温度系数±10ppm。一种上述的高共模蓄电池单体电压采集电路的采集方法，其特点是，该采集方法包含：运算放大器的负极输入端和输出端设置阻值相等的第一电阻和第二电阻；运算放大器的负极输入端和正极输入端分别接需采集电池单体的正负极，采集单体电压差模信号；运算放大器将串联蓄电池的单体电压差模信号转换为电流信号，并由电流信号提取电池单体的电压。上述单体电压差模信号转换为电流信号和提取电池单体电压的方法包含：在第一电阻两端产生需采集电池单体的电压：U1＝UN＝UN+―UN-；U1为第一电阻电压、UN为需采集电池单体电压，UN+为电池单体正极电压，为电池单体正极电压；得到第一电阻的电流I1＝U1/R1，R1为第一电阻的阻值；利用运算放大器同相和反相输入端虚断的工作特性，第二电阻的电流I2＝I1，在第二电阻两端产生电压U2＝I2×R2＝R2/R1×U1；R2为第二电阻的阻值；当第一电阻与第二电阻阻值相等时，得到U2＝U1＝UN。本专利技术高共模蓄电池单体电压采集电路和采集方法和现有技术相比，其优点在于，本专利技术采用电压-电流转换，将串联蓄电池组中某一节单体的差模电压等比例提取出来且不受高共模电压的影响，通过了-25℃～70℃温度范围内的试验考核，单体电压的采集精度在全温范围内达到±3mV，相比电阻分压法在采集精度上有大幅度的提升，解决了现有空间飞行器上蓄电池单体电压采集方案，电阻分压法存在的固有缺陷，大幅提升了采集精度且可以不断扩展而不受蓄电池串联节数的约束；本专利技术减少了单体电压采集精度的影响因素，主要取决于两个电阻的温度系数的匹配程度，有利于采集精度的提升；本专利技术的电路形式和元器件参数的选取不受蓄电池串联节数的影响，特别适用于高共模蓄电池单体电压的采集，从设计源头保障了采集精度的一致性和稳定性；本专利技术将电压信号转换为电流信号，具有较强的抗干扰特性；本专利技术所选用的元器件对空间环境的适应性强，寿命长，可靠性高，特别适用于空间飞行器上的产品。附图说明图1为现有技术电阻分压法串联蓄电池组单体电压采集电路的电路图；图2为本专利技术高共模蓄电池单体电压采集电路的电路模块图；图3为本专利技术高共模蓄电池单体电压采集电路的电路原理图。具体实施方式以下结合附图，进一步说明本专利技术的具体实施例。如图2所示，本专利技术公开一种高共模蓄电池单体电压采集电路，该采集电路包含：电池单体电压差模信号采集模块210，电路连接电池单体电压差模信号采集模块210输出端的差分放大模块220，电路连接差分放大模块220输出端的采样保持模块230、电路连接采样保持模块230输出端的模数转换模块240，电路连接模数转换模块240输出端的编码模块250和电路连接编码模块250输出端的传输模块260。其中，电池单体电压差模信号采集模块210包含运算放大器，该运算放大器输入端接需采集电压的串联蓄电池的电池单体的正极和负极接收UN+和UN-，其中运算放大器的负极输入端接UN+，正极输入端接UN-，运算放大器的负极输入端接UN+之间设有第一电阻R1，运算放大器的输出端和负极输入端之间设有NPN三极管，通过NPN三极管接有第二电阻R2，通过第二电阻R2电路连接差分放大模块220。电池单体电压差模信号采集模块210利用运算放大器同相/反相输入端虚短、虚断的工作特性，通过匹配电阻对(第一电阻R1和第二电阻R2)，等比例取出，将串联蓄电池的单体电压差模信号变换为电流信号，再进行放大、采样等，最终提取电池单体的电压，解决了电阻分压法将串联单体共模信号和差模信号同时缩小的固有缺陷。本专利技术利用运算放大器同相/反相输入端虚短的工作特性，在第一电阻R1两端产生第N节单体电压U1＝UN＝UN+―UN-，由此产生的电流I1＝U1/R1；利用运算放大器同相/反相输入端虚断的工作特性，第二电阻的电流I2＝I1，在第二电阻R2两端产生的电压U2＝I2×R2＝R2/R1×U1。当第二电阻的阻值R2＝R1时，可得第二电阻的电压U2＝U1＝需采集的电池单体的电压UN。如图3所示，为高共模蓄电池单体电压采集电路的电路原理图，该采集电路包含有第一运算放大器U1，该第一运算放大器U1采用型号为OP07，可将输入失调电压对采集精度的影响降低到了可忽略不计的程度。第一运算放大器U1的正极输入端通过第三电阻R3接需采集电压的电池单体的负端UN-；负极输入端通过第四电阻R4和第一电阻R1连接需采集电压的电池单体的正端UN+；第一运算放大器U1的电压源负极通过第五电阻R5接电压源VCC1，并通过第一电容C1和第二电容C2接地GND1；电压源正极接地GND1；第一运算放大器U1输出端通过第七电阻R7连接电压源正极。第一运算放大器U1的负极输入端与输出端之间连接有型号为3CG1的第一NPN三极管Q1和第二NPN三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高共模蓄电池单体电压采集电路，其特征在于，该采集电路包含：电池单体电压差模信号采集模块，其包含运算放大器，该运算放大器输入端接采集的蓄电池，运算放大器的负极输入端设置有第一电阻，输出端设置有第二电阻，将串联蓄电池的单体电压差模信号转换为电流信号，提取电池单体的电压。

【技术特征摘要】
1.一种高共模蓄电池单体电压采集电路，其特征在于，该采集电路包含：电池单体电压差模信号采集模块，其包含运算放大器，该运算放大器输入端接采集的蓄电池，运算放大器的负极输入端设置有第一电阻，输出端设置有第二电阻，将串联蓄电池的单体电压差模信号转换为电流信号，提取电池单体的电压。2.如权利要求1所述的高共模蓄电池单体电压采集电路，其特征在于，所述运算放大器负极输入端和输出端之间连接有第一NPN三极管和第二NPN三极管；第一NPN三极管的发射极连接运算放大器负极输入端，基极接第二NPN三极管的发射极，集电极接第二NPN三极管的集电极；第二NPN三极管基极接运算放大器的输出端。3.如权利要求1所述的高共模蓄电池单体电压采集电路，其特征在于，所述运算放大器的输出端依次接有：差分放大模块、采样保持模块、模数转换模块、编码模块和传输模块。4.如权利要求1所述的高共模蓄电池单体电压采集电路，其特征在于，所述运算放大器的型号为OP07。5.如权利要求1所述的高共模蓄电池单体电压采集电路，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻的阻值相等。6.如权利要求5所述的高共模蓄电池单体电...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐慧栋，武腾，李旭评，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31