专利名称：用于串联锂电池组的单体电池电压检测装置、系统及方法
技术领域：
本发明涉及电池组的电压检测领域，特别涉及一种用于串联锂电池组的单体电池 电压检测的装置，以及一种检测系统和检测方法。
背景技术：
目前，作为电动车和混合动力车动力源的锂电池组由多节锂电池串联组成，以达 到所需的电压。应用于本系统的电动车或混合动力的锂电池组有96节锂电池组成，分为 6组，一组有16节单体锂电池，在这种多节电池连接在一起向负载供电的电池组，由于锂电 池在制造时不可能完全一样，所以在性能指标上不可能完全一样，因此使用过程各个锂电 池容量和寿命也不同，不能依据一个单元的电压值来决定单体电池的工作状态。因此，只有 正确检测单体电池的电压，才能准确地了解单体电池的工作状态，从而了解整个电池组状 况。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种用于串联锂电池组的单体电池电压检测 装置，可以精准地检测出单体电池的电压值的大小，充分反映单体电池的工作状态；本发明 的目的之二是提供一种用于串联锂电池组的单体电池电压检测系统，通过设置主机，可以 实现对多组串联锂电池组的单体电池的电压检测，实现集中化控制目的；本发明的目的之 三是提供一种用于串联锂电池组的单体电池电压检测方法。本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的该用于串联锂电池组的单体电池 电压检测装置，包括单片机、A/D转换器电路、电压基准电路、译码器电路和上位机，所述单 片机的I/O端口与译码器电路的输入端相联接，所述译码器电路的输出端至少为两路，每 一路输出端分别通过限流电阻联接到与其一一对应的光耦的第一引脚，所述光耦的第二引 脚接地，所述光耦的第四引脚通过分压电阻联接到与其一一对应的单体锂电池的正极，所 有光耦的第三引脚均与检测电阻的一端相联接，所述检测电阻的另一端接串联锂电池组的 负极端后接地；
所述光耦的第三引脚与检测电阻的公共接点与A/D转换器电路的输入端相联接，所述 A/D转换器电路的参考基准电压输入端与电压基准电路的输出端相联接，所述A/D转换器 电路的输出端与单片机的I/O端口相联接，所述单片机通过串行端口将单体锂电池的电压 值发送至上位机。进一步，所述的译码器电路采用标准的4/16线译码器芯片，输出高电平有效；
进一步，还包括电源电路，所述电源电路的输入端与串联锂电池组的其中一节锂电池 的正极相联接，所述电源电路的输出端与单片机、A/D转换器电路、电压基准电路和译码器 电路的电源端相联接；
进一步，所述分压电阻均为精密电阻；
进一步，所述译码器电路的输出端为16路，用于测量16节单体锂电池的电压值。
本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的该用于串联锂电池组的单体电池 电压检测系统，包括多组如前所述的用于串联锂电池组的单体电池电压检测装置，还包括 系统主机和电平转换电路，所述各组单体电池电压检测装置的串行端口通过电平转换电路 与单体电池电压检测系统的串行端口相联接，所述系统主机通过CAN总线发送单体锂电池 电压值；
进一步，组成系统的单体电压检测装置为6组，可以实现96节单体锂电池的电压检测。本发明的目的之三是通过以下技术方案实现的本发明的用于串联锂电池组的单 体电池电压检测方法，包括以下步骤
1)将单片机的I/O端口与译码器电路的输入端连接，译码器电路的每一路输出端对应 串联锂电池组中的一个单体锂电池的检测回路，该检测回路包括限流电阻、光耦、分压电阻 和检测电阻，其中，译码器电路通过限流电组与光耦的第一引脚相联接为其提供驱动信号， 而光耦的第二引脚接地，其第四引脚通过分压电阻与单体锂电池的正极相联接，串联锂电 池组的负极端与检测电阻的一端相联接，检测电阻的另一端与光耦的第三引脚相联接，所 述限流电阻、分压电阻、检测电阻和待测的单体锂电池构成一个闭合回路；
2)通过A/D转换器电路与采集检测电阻与光耦第三引脚相联接一端的电压信号来实 现对单体锂电池电压信号的获取，电压基准电路的输出端口与A/D转换器电路的参考基准 电压输入脚相接，将A/D转换器电路的输出端与单片机的I/O端口相连；
3)所述单片机依次对串联锂电池组中的单体锂电池进行电压扫描检测并将将检测获 得的单体锂电池电压通过串口向主机发送。进一步，所述译码器电路输出高电平有效，在任何状态只有一位为高位，确定只有 一只光耦正常工作选通。本发明的有益效果是
1.本发明为串联锂电池组的单体电压测量提供了一种新思路，通过单片机和译码器的 配合，能够实现以择一的方式对单体锂电池进行测量，其测量快速高效、结果准确可靠；
2.本发明的系统通过主机的设置，能够实现对多组串联锂电池组的测量，从而可以在 保证精度的情况下，以比较短的时间内，满足对现有的96节锂电池组成的电动车锂电池系 统的单体电池电压检测，达到集中检测目的；
3.本发明的装置和系统完全避免了与高电压直接接触的机会，确保了检测系统稳定和 检测人员的人身安全，同时也克服了现在技术的不足之处，适合推广使用。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要 求书来实现和获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中
图1为本发明的装置连接示意图； 图2为本发明的系统连接示意图。
具体实施例方式以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。如图1所示，这是一组16节单体锂电池电压检测电路图。在光电开关用于弱电控 制高电压的电路中，译码器电路U4的包括十六路信号输出端口 YO—Y15，其中，每一路输出 端分别通过限流电阻(R1 R16)联接到与其一一对应的光耦(LCTL15)的第一引脚，光耦的 第二引脚接地，从而组成弱电控制电路部分；
每一光耦的第四引脚分别通过分压电阻(R17 R31)联接到与其一一对应的单体锂电池 的正极，所有光耦的第三引脚均与检测电阻RO的一端相联接，检测电阻RO的另一端接串 联锂电池组的负极端后接地；由于光耦在常态时处断开状态，因此，分压电阻一端与电池相 连，另一端与光耦的第四引脚相连，然后共同与检测电阻RO串联后接地，形成一个开关控 制式的电路，从而组成高电压控制电路部分。A/D转换器电路U2电池电压信号采取点从检 测电阻R0与光耦电路U6之间H点引出。电源电路U8的输入端与串联锂电池组的其中一节 锂电池的正极相联接，以实现电源的供给(其具体选择与哪一节锂电池相连接由其需要输 入的电压取值有关)，本实施例中，电源电路U8的输入端与锂电池E6的正极连接，保证电源 电压在8v左右，满足输出要求，而输出端与以上各电路的电源端相接，能够排除噪声影响。以上所述的A/D转换器电路U2采用串行16位微功耗CMOS型高速A/D转换器，电 压基准电路U3采用噪音非常低、漂移低的精密电压基准芯片。译码器电路U4可以采用标 准的译码芯片或者是逻辑电路来实现其逻辑功能，使其检测单体电池电压时，只能有一个 光耦工作，保证了由于检测电压时产生干扰误差；限流电阻均为普通电阻型号；光电开关 电路TO起一个将高电压和低电压隔离开关的作用，选用多个输入电压为100V以上的光耦 作为开关部件；分压电路U7采用的分压电阻均为精度很高的精密电阻，电源电路U8可以采 用标准的集成稳定电源芯片如LM7812、LM7805等。本发明采用的译码器电路U4采用的是4/16线译码器，输出16个信号高电平有 效，只有当译码器电路U4信号输出端口 YO — Y15输出高电电位时，在任何时候光电开关电 路中的光耦只有一只能导通工作，依次对其他光耦进行导通。4/16线译码器使能端口引脚 与单片机Ul中的I/O端口 A4相连。当单片机Ul的I/O端口 A4A3A2A1A0输出状态为(00000)时，译码器电路U4端口 YO输出高电平，其余为低电平，此时只有光耦LO导通工作，其余都不导通。单体锂电池E1、 精密电阻R17、光耦LO和精密电阻RO形成一个闭合回路，这时A/D转换器电路U2采集的电 阻RO两端电压模拟信号，也是对应A处单体锂电池电压的模拟值。当单片机Ul的I/O端 口 A4A3A2A1A0输出状态为(00001)时，译码器电路U4端口 Yl输出高电平，其余为低电平， 此时只有光耦Ll导通工作，其余都不导通。单体锂电池、精密电阻R18、光耦Ll和精密电 阻RO形成一个闭合回路，这时A/D转换器电路U2采集的电阻RO两端电压模拟信号，也是 对应B处单体锂电池电压的模拟值。以此类推当单片机Ul的I/O端口 A4A3A2A1A0输出状 态为(01111)时，这时A/D转换器电路U2采集的电阻RO两端电压模拟信号，也是对应P处 单体锂电池电压的模拟值，即16节锂电池总电压值。以下“单体锂电池电压值”简称“En”，A/D转换器检测到的电阻RO处的“模拟量”简称为“AINn”。AINO对应的是单体锂电池El的电压，AINl对应的是单体锂电池E2+E1的电压， AIN2对应的是单体锂电池E2+E1+E1的电压，依次类推，AIN15对应的是单体锂电池E15+… +E2+E1 的电压。El 的电压等于 ΑΙΝΟ X (R0+R17)/R0, E2 的电压等于 Ami X (R0+R18)/ R0-E1，E3 的电压等于 AIN2X (R0+R19)/R0- (E2+E1 )，依次类推，E16 的电压等于 AIN15 X (R0+R3D/R0- (E15+…+E2+E1)。单片机Ul通过软件计算，得出这组16节单体锂电池电 压值，通过单片机Ul的串行端口发出。在基于以上装置的基础上，本发明提出的一种用于串联锂电池组的单体电池电压 检测方法，包括以下步骤
1)将单片机的I/O端口与译码器电路的输入端连接，译码器电路的每一路输出端对应 串联锂电池组中的一个单体锂电池的检测回路，该检测回路包括限流电阻、光耦、分压电阻 和检测电阻，其中，译码器电路通过限流电组与光耦的第一引脚相联接为其提供驱动信号， 而光耦的第二引脚接地，其第四引脚通过分压电阻与单体锂电池的正极相联接，串联锂电 池组的负极端与检测电阻的一端相联接，检测电阻的另一端与光耦的第三引脚相联接，限 流电阻、分压电阻、检测电阻和待测的单体锂电池构成一个闭合回路；
2)通过A/D转换器电路与采集检测电阻与光耦第三引脚相联接一端的电压信号来实 现对单体锂电池电压信号的获取，电压基准电路的输出端口与A/D转换器电路的参考基准 电压输入脚相接，将A/D转换器电路的输出端与单片机的I/O端口相连；
3)所述单片机依次对串联锂电池组中的单体锂电池进行电压扫描检测并将将检测获 得的单体锂电池电压通过串口向主机发送。本实施例中，译码器电路输出高电平有效，在任何状态只有一位为高位，确定只有 一只光耦正常工作选通。本发明还提出了一种包括多组如前所述的用于串联锂电池组的单体电池电压检 测装置的单体电池电压检测系统，该系统包括系统主机和电平转换电路，所述各组单体电 池电压检测装置的串行端口通过电平转换电路与单体电池电压检测系统的串行端口相联 接，系统主机通过CAN总线发送单体锂电池电压值；如图2所示，这是从机组U9中的6组单 体电池电压检测装置与系统主机UlO之间通信电路，在该电路中，系统主机UlO通过串行端 口依次选通各单体电池电压检测装置的单片机，与选通的单片机建立通信，每次只能选通 一只单片机。建立通信后，单片机将如图1所示中的16节锂电池电压值通过串口形式传给 系统主机处理或判断，系统主机UlO分别与6只单片机通信完后，也就完成了 96节锂电池 电压检测，从而可以判断出每节单体锂电池的工作状态，系统主机UlO通过CAN总线接口电 路对外发出处理信息。从机组U9和主机UlO所用的单片机和Ul 一样的型号，电平转换电路可以采用专 用芯片如 MAX323、MAX1478、MAX487、MAX485、ADM2483 等，CAN 总线接口电路采用 CAN 总线 驱动器芯片。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
权利要求
用于串联锂电池组的单体电池电压检测装置，其特征在于包括单片机、A/D转换器电路、电压基准电路、译码器电路和上位机，所述单片机的I/O端口与译码器电路的输入端相联接，所述译码器电路的输出端至少为两路，每一路输出端分别通过限流电阻联接到与其一一对应的光耦的第一引脚，所述光耦的第二引脚接地，所述光耦的第四引脚通过分压电阻联接到与其一一对应的单体锂电池的正极，所有光耦的第三引脚均与检测电阻的一端相联接，所述检测电阻的另一端接串联锂电池组的负极端后接地；所述光耦的第三引脚与检测电阻的公共接点与A/D转换器电路的输入端相联接，所述A/D转换器电路的参考基准电压输入端与电压基准电路的输出端相联接，所述A/D转换器电路的输出端与单片机的I/O端口相联接，所述单片机通过串行端口将单体锂电池的电压值发送至上位机。
2.根据权利要求1所述的用于串联锂电池组的单体电池电压检测装置，其特征在于 所述的译码器电路采用标准的4/16线译码器芯片，输出高电平有效。
3.根据权利要求2所述的用于串联锂电池组的单体电池电压检测装置，其特征在于 还包括电源电路，所述电源电路的输入端与串联锂电池组的其中一节锂电池的正极相联 接，所述电源电路的输出端与单片机、A/D转换器电路、电压基准电路和译码器电路的电源 端相联接。
4.根据权利要求3所述的用于串联锂电池组的单体电池电压检测装置，其特征在于 所述分压电阻均为精密电阻。
5.根据权利要求4所述的用于串联锂电池组的单体电池电压检测装置，其特征在于 所述译码器电路的输出端为16路，用于测量16节单体锂电池的电压值。
6.用于串联锂电池组的单体电池电压检测系统，包括多组如权利要求1至5任一权利 要求所述的用于串联锂电池组的单体电池电压检测装置，其特征在于所述系统还包括系 统主机和电平转换电路，所述各组单体电池电压检测装置的串行端口通过电平转换电路与 单体电池电压检测系统的串行端口相联接，所述系统主机通过CAN总线发送单体锂电池电 压值。
7.如权利要求6所述的用于串联锂电池组的单体电池电压检测系统，其特征在于组 成系统的单体电压检测装置为6组，可以实现96节单体锂电池的电压检测。
8.用于串联锂电池组的单体电池电压检测方法，其特征在于包括以下步骤1)将单片机的I/O端口与译码器电路的输入端连接，译码器电路的每一路输出端对应 串联锂电池组中的一个单体锂电池的检测回路，该检测回路包括限流电阻、光耦、分压电阻 和检测电阻，其中，译码器电路通过限流电组与光耦的第一引脚相联接为其提供驱动信号， 而光耦的第二引脚接地，其第四引脚通过分压电阻与单体锂电池的正极相联接，串联锂电 池组的负极端与检测电阻的一端相联接，检测电阻的另一端与光耦的第三引脚相联接，所 述限流电阻、分压电阻、检测电阻和待测的单体锂电池构成一个闭合回路；2)通过A/D转换器电路与采集检测电阻与光耦第三引脚相联接一端的电压信号来实 现对单体锂电池电压信号的获取，电压基准电路的输出端口与A/D转换器电路的参考基准 电压输入脚相接，将A/D转换器电路的输出端与单片机的I/O端口相连；3)所述单片机依次对串联锂电池组中的单体锂电池进行电压扫描检测并将将检测获 得的单体锂电池电压通过串口向主机发送。
9.如权利要求8所述的用于串联锂电池组的单体电池电压检测方法，其特征在于所 述译码器电路输出高电平有效，在任何状态只有一位为高位，确定只有一只光耦正常工作 选通。
全文摘要
本发明公开了一种用于串联锂电池组的单体电池电压检测装置，包括单片机、A/D转换器电路、电压基准电路、译码器电路和上位机，单片机的I/O端口与译码器电路的输入端相联接，译码器电路的每一路输出端分别联接到与其一一对应的光耦的第一引脚，光耦的第二引脚接地，光耦的第四引脚联接到与其一一对应的单体锂电池的正极，所有光耦的第三引脚均与检测电阻的一端相联接，检测电阻的另一端接串联锂电池组的负极端后接地；A/D转换器电路的输入端联接至光耦第三引脚与检测电阻的公共接点，其输出端与单片机的I/O端口相联接，本装置能快速地实现单体锂电池的电压测量，结果准确可靠；本发明还提供了用于串联锂电池组的单体电池电压检测的系统和方法。
文档编号G01R31/36GK101943745SQ20101026808
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者何培祥, 秦大同, 胡明辉 申请人:重庆大学