一种动力电池组电压采集系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种动力电池组的电压采集系统，包括译码器、测量及控制单元和光电耦合继电器，所述测量及控制单元包括测量端和控制端，其控制端与译码器的输入端连接，译码器的输出端连接光电耦合继电器，光电耦合继电器设置有检测端口，检测端口与被测动力电池组连接；测量及控制单元的测量端与光电耦合继电器连接，测量端包括逐次比较型模数转换器ADC。本实用新型实现了差模方式下的逐次电压采集，整个电压采集系统可靠性和精度较高，电路简单、易于实现、造价低廉，同时对电池组一致性影响小，耗能少。
【专利说明】—种动力电池组电压采集系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电池【技术领域】，特别是涉及一种动力电池组电压采集系统。
【背景技术】
[0002]动力电池组由多节单体电池组成，能够为各种工具提供动力来源，广泛应用于电动汽车、航空航天、便携式电子产品等领域。其中，电压是电池中一个极为重要的参数，为了对电池组进行必要的管理和保护，需要对电池组中单体电池的电压进行精确的采集，有效监测电池组的工作状态。
[0003]目前，对电池组电压的采集可分为共模法和差模法两种方式。
[0004]用共模法采集电压，需要选定一个电压参考点，并与被测点电压相减以获得被测点的电压。由于存在电压参考点和需要进行差值计算，这种方法存在无法消除的累计误差，而且随着串联电池节数的增加，测量误差会随之增大。
[0005]差模法是通过确定电路中独立两点的差分电压来进行电压采集的方法，差模法主要采用同时测量的方式。然而，同时测量的不足之处在于测量电路复杂，所用器件较多，成本较高，而且对于电池串联数较多的系统，此法测量精度较低。
[0006]因而，目前亟需本领域技术人员解决的问题是:如何对动力电池组的电压进行采集，能够在保证测量和采集精度的前提下，兼顾成本的要求。
【发明内容】
[0007]本实用新型针对上述现有技术存在的问题，提出了一种动力电池组电压采集装置，采用差模法逐次进行电压采集，可以在保证测量、采集精度的前提下，兼顾成本的要求。
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下:
[0009]一种动力电池组的电压采集系统，包括译码器、测量及控制单元和光电耦合继电器，所述测量及控制单元包括测量端和控制端，其控制端与译码器的输入端连接，译码器的输出端连接光电耦合继电器，光电耦合继电器设置有检测端口，检测端口与被测动力电池组连接；测量及控制单元的测量端与光电耦合继电器连接，测量端包括逐次比较型模数转换器ADC。
[0010]优选地，所述测量及控制电路为集成逐次比较型模数转换器ADC的多点控制单元MCU芯片。
[0011]MCU芯片价格便宜，购买方便，利用其自带的逐次比较型模数转换器ADC进行电压测量，精度很高，能实现误差小于1%的电压采集。
[0012]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点:
[0013]本实用新型公开了一种利用差模法逐次进行电压采集和测量的电路，单体电池选通电路输出端接光电耦合开关，通过测量及控制单元控制开关的通断以选通或断开单体电池，并依次对单体电池进行电压采集。该方案实现了差模方式下的逐次电压采集，电路简单、易于实现、造价低廉，同时整个电压采集系统可靠性和精度较高，并且耗能少；相比于差模法同时测量的方式，由于实现同时测量的电阻分压法对流过每一个电池的电流由下至上呈现递增，对电池组的一致性产生极为不利的影响，然而本实用新型采用逐次测量方式，避免了同时测量存在的问题，对电池组一致性影响很小。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型一种动力电池组的电压采集系统的结构示意图；
[0015]图2为本实用新型中单体电池选通电路的译码器电路图；
[0016]图3为本实用新型中光电耦合继电器的连接电路图；
[0017]图4为本实用新型采用的AQW214光电耦合继电器的内部结构示意图；
[0018]图5为本实用新型中扩展板跳线1、2电路图；
[0019]图6为本实用新型中级联接口管线设置图。
【具体实施方式】
[0020]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0021]参照图1，示出了本实用新型一种动力电池组的电压采集系统的结构示意图；
[0022]一种动力电池组的电压采集系统，包括译码器、测量及控制单元和光电耦合继电器，所述测量及控制单元包括测量端和控制端，其控制端与译码器的输入端连接，译码器的输出端连接光电耦合继电器，光电耦合继电器设置有检测端口，检测端口与被测动力电池组连接；测量及控制单元的测量端与光电耦合继电器连接，测量端包括逐次比较型模数转换器ADC。
[0023]如图1，为本实用新型一种动力电池组的电压采集系统的结构示意图。测量及控制单元能够发出选通控制信号，该选通控制信号经过译码器译码后，送至光电耦合继电器。光电耦合继电器的检测端口在测量及控制单元的控制下，依次对不同的单体电池进行选通，图1中，I为动力电池组，由多节单体相互连接构成。依次相连的测量与控制单元、译码器、光电耦合继电器等元件构成了本电压采集系统的单体电池选通电路。测量及控制单元的测量端在单体电池选通电路接通时，对单体电池的电压进行逐次测量，并进行记录，从而实现动力电池组电压的采集。
[0024]本实用新型的动力电池组电压采集系统，主要包括译码器、测量及控制单元和光电耦合继电器，对应的元器件简单、数量少，测量及控制单元利用光电耦合继电器控制被测电池的选通和电气隔离，性能可靠，对动力电池组性能影响小；并且，测量及控制单元自带逐次比较型模数转换器ADC，能够对动力电池组中单体电池电压进行逐次采集，可以使每一时刻最多只有一个电池单元接入测量系统，动力电池组的功耗很小，因此采集的电压数值可靠、精度高。
[0025]利用译码器组成的单体电池选通电路还具有结构简单、易于实现、造价低廉的优点，而且能根据实际的需求进行级联，扩充可测电池单元的数量。
[0026]在具体应用中，所述测量及控制电路为自带逐次比较型模数转换器ADC的多点控制单元MCU芯片，例如STC12C5A60S2。
[0027]MCU芯片价格便宜，购买方便，利用其自带的逐次比较型模数转换器ADC进行电压测量，精度很高，能实现误差小于1%的电压采集。
[0028]如图2所示，为本实用新型单体电池选通电路的译码器电路图。本电压采集系统选用3片74HC138译码器，译码器U15的El、E2作为片选管脚，低电平有效。译码器U15的EU E2管脚接地选通，而其三个输入管脚1、2、3连接管脚P20、P21、P22。译码器输出端输出低电平信号，译码器U15的Yl和Y2两个输出管脚作为一组，分别接入U16、U17译码器的片选端，即El、E2管脚，从而译码器U16可以由译码器U15的Yl管脚选通，译码器U17可以由译码器U15的Y2管脚选通，通过U16、U17两个译码器的16个输出端可以控制选通16节单体电池。
[0029]A0、A1和A2为译码器的译码芯片输入端，将U16、U17译码器的译码芯片输入端并行接入控制端输出管脚P23、P24和P25。
[0030]通过控制P20、P21和P22三个管脚的信号，可以控制译码器U15产生不同的输出，进而选通译码器U16或U17，再通过控制P23、P24和P25管脚的信号，以控制U16、U17译码器的16个输出端中的任意一个，从而达到选通单体电池的目的。
[0031]如图3所示，为光电耦合继电器的连接电路；图4为本实施例采用AQW214光电耦合继电器内部结构示意图。AQW214光电耦合继电器共有8个管脚，可以控制2路开关。在本实施例中，光电耦合继电器的管脚2与管脚3相接，管脚I接高电平，管脚4连接译码器的输出端。如图3所示，由译码器构成的译码电路共16个输出端并与16个光电耦合继电器相连接，每个光电耦合继电器为一个开关，其管脚4对应译码电路的一个输出管脚；当且仅当光电耦合继电器(开关)的管脚4接受到低电平信号时，2路开关同时闭合；而光电耦合继电器的输出端管脚8、7、6分别与Pll、BT_n、BT_n+l相连，Pll为MCU芯片测量用的管脚，η为I至15的整数，ΒΤ_η代表电池组中电池电极的编号,光电稱合继电器的输出端管脚5接地。光电耦合继电器(开关)闭合时相当于其管脚6和5短接，7和8短接，即ΒΤ_η+1接地，ΒΤ_η接PU。再把ΒΤ_η+1接单体电池的负极，ΒΤ_η接电池正极，则可使光电耦合继电器开关闭合时，被测电池电压的模拟信号接入到MCU芯片测量用的Pll管脚。
[0032]由图2还可以看出，只需将译码器U15的输出端两两为一分组(Yl和Υ2、Υ3和Υ4、Υ5和Υ6、Υ7和Υ8)，同组的两个输出管脚分别接入2片译码器的片选端即可控制一组有16路输出的译码电路，实现级联功能，以6路输入作为控制则最多可产生64路输出，即测量64节电池的电压，如果采用输入线路更多的译码器，还可以实现更多节的电压测量。
[0033]如图5，为本实施例扩展板跳线1、2电路图。
[0034]为实现级联功能，每块主板和拓展板上均配备了相同的级联接口，主板上有一个级联接口，每块拓展板上有两个级联接口:其中一个级联接口用来与上一级主板或拓展板相连，另一个级联接口用来与下一级拓展板相连。级联接口管线设置如图6所示。一块主板可依次级联三块拓展板，而三块级联电路板间仅译码器片选端与级联管脚连接关系有差另O，其余部分均相同。这样设计，可以保持拓展板电路PCB的一致性，从而进行批量生产，节约成本。因此出于节省成本的目的，本实施例扩展板中均统一加入两组跳线，并依据扩展板跳线的具体位置，根据实际情况在使用时利用跳线帽进行连接。
[0035]如图6所示，跳线I中的Υ1‘触点与扩展板译码器I片选端相连，跳线2中的Υ2’触点与扩展板译码器2片选端相连，则扩展板I应用跳线帽连接Υ2与Υ1’和Υ3和Υ2’ ；同理扩展板2则应用跳线帽连接Υ4与YlIP Υ5和Υ2’;扩展板3则应用跳线帽连接Υ6与Υ1’和Y7和Υ2’。
[0036]在本实施例中，测量及控制单元的MUC芯片选用STC12C5A60S2，当单体电池选通电路完成待测电池的选通后，电压的模拟信号已被接入测试电压用的Pll管脚，此时利用STC12C5A60S2芯片自带的逐次比较型模数转换器ADC，即可对单体电池进行电压测量。需要说明的是，本实用新型采用的MUC芯片产品型号并不限于STC12C5A60S2芯片，只要自带逐次比较型模数转换器ADC即可，如TI公司的msp430芯片亦是可以采用的。
[0037]STC12C5A60S2芯片自带的ADC是逐次比较型ADC，由多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、10位DAC、转换结果寄存器组成，ADC和DAC是实现模拟信号和数字信号之间转换的单元。芯片将输入的模拟信号利用DAC转换成数字信号并进行逐次比较，经过多次比较，使转换所得的数字量逐渐逼近模拟量对应值，并将最终结果存放于结果寄存器中。
[0038]本实施例采用8位的方式存储数据，故最终结果将以十六进制形式储存于ADC_RES寄存器中。故最终结果为:
[0039]ADC_RES[10]*Vcc/256=Vin
[0040]式中ADC_RES[10]为结果化成十进制并存储在寄存器内的数据；
[0041]Vcc为单片机(MUC芯片)的实际工作电压；
[0042]Vin为模拟输入通道输入电压。
[0043]逐次比较型ADC不仅耗能少速度快而且能实现很高的测量精度，实践证明，其测
量结果误差小于1%。
[0044]本实用新型公开了一种利用差模法逐次进行电压采集和测量的电路，单体电池选通电路输出端接光电耦合开关，通过测量及控制单元控制开关的通断以选通或断开单体电池，并依次对单体电池进行电压采集。该方案实现了差模方式下的逐次电压采集，电路简单、易于实现、造价低廉，同时整个电压采集系统可靠性和精度较高，并且耗能少；相比于差模法同时测量的方式，由于实现同时测量的电阻分压法对流过每一个电池的电流由下至上呈现递增，对电池组的一致性产生极为不利的影响，然而本实用新型采用逐次测量方式，避免了同时测量存在的问题，对电池组一致性影响很小。
[0045]上列详细说明是针对本实用新型之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
【权利要求】
1.一种动力电池组的电压采集系统，包括译码器、测量及控制单元和光电耦合继电器，其特征在于: 所述测量及控制单元包括测量端和控制端，其控制端与译码器的输入端连接，译码器的输出端连接光电耦合继电器，光电耦合继电器设置有检测端口，检测端口与被测动力电池组连接；测量及控制单元的测量端与光电耦合继电器连接，测量端包括逐次比较型模数转换器ADC。
2.根据权利要求1所述的动力电池组的电压采集系统，其特征在于，所述测量及控制电路为集成逐次比较型模数转换器ADC的多点控制单元MCU芯片。
【文档编号】G01R19/257GK203587680SQ201320682251
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】王志平, 胡战虎, 汪暾, 杨坤, 汤露曦, 张立平 申请人:广东省自动化研究所