一种基于可编程开关阵列的电池单体电压采集电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于可编程开关阵列的电池单体电压采集电路，可应用于电动汽车

【技术实现步骤摘要】
一种基于可编程开关阵列的电池单体电压采集电路


[0001]本专利技术涉及电池管理和电源设计的
，尤其是涉及多串联的电池组管理系统的信号测量和处理
。

技术介绍

[0002]伴随着光伏
、
风能等清洁能源加速开发和新能源汽车的逐渐普及，储能电池的应用越来越广
。
安全性是电池使用中的重中之重，为保证电池的使用安全，需要实时采集电池组内每一个电池的电压情况
。
如果采用传统的并行测量方法，则会消耗大量的硬件资源，这不仅会提高系统的研发成本，而且缺乏扩展性
。
[0003]为了有效地解决上述问题，一般的方法是增加电压采集通道的数目，但是一般
MCU
控制器的
ADC
资源是有限的，如果采集的电池数目庞大，就必须要使用额外的
ADC
采集芯片，这不仅会增加成本，而且会增加电路的复杂性，给汽车带来潜在的安全风险，而且高性能的电压采集芯片多为进口芯片，其供货存在不稳定性
。
[0004]以亚德诺半导体开发的多节电池组监视器
LTC6804
为例，该芯片单片仅支持
12
个串联电池的电压测量，电压测量误差低于
1.2mV
，是电动汽车及混合动力汽车上常见的一款电池组监测芯片
。
但其价格也十分昂贵，单片芯片的价格就要一百元以上，因此并不适合用于中低端
、
经济型的产品
。
因此有必要设计一款使用基础芯片就能实现多串联电芯电压高精度采集的方案
。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是为了解决传统电压采集电路缺乏拓展性的问题，并提供一种新型的基于可编程开关阵列的电池单体电压采集电路结构，使其在有限硬件资源的基础上，增加电池组的可扩展性，降低研发成本，缩短研发周期
。
[0006]本专利技术的技术方案
[0007]一种基于可编程开关阵列的电池单体电压采集电路，该电压采集电路用于对多个电池模组串联组成的电池包中的各单体电池进行电压采集，包括串联电池组
、
保护电路
、
开关阵列，译码器，两级差分放大电路，
ADC
采集单元和
MCU
控制器部分；所述串联电池组通过保护电路连接开关阵列，开关阵列由与之相连的译码器控制，
MCU
控制器连接译码器，进而控制开关阵列的闭合和断开，实现在同一时间内有且仅有一节单体电池接入电压采集总线，电压采集总线末端连接两级差分放大电路，差分放大电路的输出连接
ADC
采集单元，经过一个采集周期，可以获取每一节单体电池的电压信息，然后将所有信息发送给
MCU
控制器
。
[0008]进一步的，所述串联电池组中的每个电池的正负极分别连接到由过流保险丝组成的保护电路，保护电路的输出连接到开关阵列中通道选择开关的输入端，通道选择开关的输出端连接到开关阵列中极性切换开关的输入端，极性切换开关的输出端连接到两级差分放大电路，两级差分放大电路的输出连接到
ADC
采集单元，
ADC
采集单元的输出连接到
MCU
控
制器
。
开关阵列中所有的开关都由译码器进行控制，译码器的输出通道数目和被采集的电池数目一一对应，
MCU
控制器产生控制信号让译码器正常工作
。
两级差分放大电路的输出通过
ADC
采集单元连接
MCU
控制器，差分放大器可以有效地减少外部干扰信号对电压采集精度的影响，同时能够对电池电压进行线性变换，让其更适合
ADC
的采集量程，进而保证电压采集精度
。
经过一个采集周期，可以获取每一节单体电池的电压信息，然后将所有信息整合成数据包发送给
MCU
控制器
。
[0009]本专利技术的优点和有益效果：
[0010]本专利技术提出的全新的电压采集电路，在应用于大规模的电池电压采集的情况中，具有突出的优势
。
相比于独立开关通道的设计，该方案可以有效地节省开关阵列中开关的数量
。
例如，在
n
节电池单体级联的情况下，独立通道需要
2n
个开关，而本专利技术电路仅需
n+5
个开关，当电池组的电池数目大于5时，采集的电池数目越多，节省的开关也越多
。
同时，本专利技术电路支持任意节电池的级联，如果想要增加单体电池的数量，只需要增加开关阵列的选通开关数目即可，不需要再占用额外的
ADC
资源，极大地提高了电压采集电路的可扩展性
。
相比于多
ADC
通道的方案，本专利技术电路只需要1路
ADC
，节省了
ADC
资源，并且对于电池单体电压可以进行适当的放大，提高了电压采样精度
。
附图说明
[0011]为了更加清楚地说明本专利技术的实施例，下面将对实施例详细描述中所需要的附图作简单介绍，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例的不同组成部分，对本领域的普通技术人员来说，在不进行创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其它相似的实施例
。
[0012]图1为本专利技术的电压采集电路的系统结构框图
。
[0013]图2为本专利技术的串联电池组和电压采集开关阵列，该阵列能够采集7节电池的电压信息
。
[0014]图3为本专利技术所使用的两级差分放大电路结构图
。
具体实施方式
[0015]为使对本专利技术实施例的专利技术目的
、
技术方案和优越性进行更加清楚的描述，下面将结合实施例的附图，对实施例的技术特点作详细阐述，需要强调的是，本文中的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，并不代表全部实施例
。
基于本文中的实施例，本领域的技术人员在没有其它创造性劳动的前期下获得的所有其他相似的实施例，都属于本专利技术专利的保护范围
。
[0016]首先参考图1说明本专利技术设计的新型单体电池电压采集电路，在本文所提供的非限制性实例中，主要包含：串联电池组
100、
保护电路
200、
开关阵列
300、
两级差分放大电路
400、ADC
采集单元
500、
译码器
600
以及
MCU
控制器
700。
[0017]本实施例仅需要一个
ADC
采集通道即可，可选的，开关阵列由若干光耦继电器芯片组成，每个芯片拥有两路可控的选择开关，其输出端连接到电池组，控制端连接到译码器，两级差分放大电路为带有输出增益的减法电路
、
译码器可根据电池的数目选择3‑8译本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于可编程开关阵列的电池单体电压采集电路，其特征在于对多个电池模组串联组成的电池包中的各单体电池进行电压采集，该电路包括串联电池组
、
保护电路
、
开关阵列，译码器，两级差分放大电路，
ADC
采集单元和
MCU
控制器；所述串联电池组通过保护电路连接开关阵列，开关阵列由与之相连的译码器控制，
MCU
控制器连接译码器，进而控制开关阵列的闭合和断开，实现在同一时间内有且仅有一节单体电池接入电压采集总线，电压采集总线末端连接两级差分放大电路，差分放大电路的输出连接
ADC
采集单元，经过一个采集周期，可以获取每一节单体电池的电压信息，然后将所有信息发送给
MCU
控制器
。2.
根据权利要求1所述的电压采集电路，其特征在于，所述开关阵列包括通道选择开关和极性切换开关两部分；第一个通道选择开关
K1
的输入连接第一节电池
Cell1
的负极；第二个通道选择开关
K2
的输入连接第二节电池
Cell2
的负极，也是第一节电池
Cell1
的正极；第三个通道选择开关
K3
的输入连接第三节电池
Cell3
的负极，也是第二节电池
Cell2
的正极；以此类推，第
n
个通道选择开关的输入连接第
n
节电池的负极，也是第
n
‑1节电池的正极；第
n+1
个通道选择开关的输入连接第
n
节电池的正极；第奇数个通道选择开关的输出统一连接到
BUS+
总线；第偶数个通道选择开关的输出统一连接到
BUS
‑
总线；极性切换开关
KA
将总线
BUS+
连接
VBAT
‑
，总线
BUS
‑
连接
VBAT+
；极性切换开关
KB
将总线...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琨，王庆，孟嘉恒，刘清，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：