一种电池电压采集系统、采集控制系统及采集控制方法与流程

本发明涉及电池电压采集技术领域，尤其是涉及一种电池电压采集系统、采集控制系统及采集控制方法。

背景技术：

随着技术的发展，家电向着小型化便捷化电器的方向发展，无线技术也在小型家电产品上的使用越来越广泛，在无线技术中电池是必不可少的，目前小型家电产品仍然处于铅酸电池转换为锂电池阶段，同时小型家电在应用上又需要有调速、软启动，电量显示、异常指示等功能，铅酸电池在使用中只需要采集到总电压即可，而锂电池需要各串电池均能有过放电、过充电保护功能，需要采集的各串电压精度有较高要求，以避免出现过充电、过放电异常而导致电芯起火等现象发生；目前市场上普遍使用的方案是通过专用芯片采集电池各串电压，并结合mcu控制实现上述保护功能，在实现过程中其成本较高，功耗较高，使用方式不灵活，且采集方式以及精度均受限于专用芯片。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种电池电压采集系统、采集控制系统及采集控制方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种电池电压采集系统，包括电池组单元，还包括与所述电池组单元连接的开关单元、用于控制开关单元的控制输入单元以及与开关单元连接的分压单元，

电池组单元，由若干单体电池经过串联而成，用于提供电压；

开关单元，由若干线路相同且相互之间不干涉的开关模块组成，所述的开关模块用于控制单体电池采集电压的输出；

所述的单体电池的个数与开关模块的个数一致且一一对应，所述的开关模块上有电压信号输入端a、电压信号输出端a以及控制信号输入端a，所述的电压信号输入端a连接于单体电池的正极，所述的控制信号输入端a连接控制输入单元，所述的分压单元连接于开关模块的电压信号输出端a；在若干所述的开关模块中有一个所述的开关模块的电压信号输出端a不与分压单元连接直接输出电压信号。

进一步具体的，所述的控制输入单元由一个控制输入模块组成，所述的控制输入模块均与每个所述开关模块的控制信号输入端a连接。

进一步具体的，所述的控制输入单元由若干线路相同且相互之间不干涉的控制输入模块组成，所述的控制输入模块的个数与开关模块的个数一致且一一对应，每个所述的控制输入模块与与其对应的开关模块的控制信号输入端a连接。

进一步具体的，所述的分压单元由至少一个分压模块组成，每个所述的分压模块至少与一个所述的开关模块的电压信号输出端a连接，所述的开关模块只与一个所述的分压模块连接。

进一步具体的，所述不与分压单元连接的开关模块输出的电压信号为电池组单元中第一个单体电池的电压信号。

进一步具体的，所述的开关模块包括并联设置在电压信号输入端a与电压信号输出端a之间的第一mos管与第二mos管，所述的第一mos管的漏极为电压信号输入端a，所述的第二mos管的漏极为电压信号输出端a；所述的第一mos管的漏极通过第一电容后接地；所述的第一mos管的源极与第二mos管的源极连接；所述的第一mos管的栅极与第二mos管的栅极连接后并通过第一控制电阻连接到控制信号输入端a上；在所述的第一mos管的栅极与源极之间并联着第一电阻与第一稳压二极管。

进一步具体的，所述的控制输入模块包括设置在控制输入模块的控制信号输入端b与控制信号信号输出端b之间的第一控制mos管；所述的第一控制mos管的栅极接在控制信号输入端b，漏极接在控制信号输出端b；所述的第一控制mos管的源极接地；所述的第一控制mos管的栅极与源极之间并联第二十三电阻。

一种电池电压采集控制系统，包括微控制器，所述的微控制器与上述任意一种电池电压采集系统实现信号的传递与接收，所述的微控制器用于处理电池电压采集系统发出的信号以及发出对开关模块进行控制的控制信号。

一种电池电压采集控制方法，所述的采集控制方法的步骤为，

s1、微处理器接收没有分压单元的开关模块的电压信号，并根据此电压信号计算得出其它开关模块所输出的电压值；

s2、微处理器接收到有分压单元的开关模块的电压信号；

s3、微处理器将步骤s2中检测到的电压值与步骤s1中计算得出的电压值一一对应并得出每个开关模块输出电压信号的分压比，将分压比进行存储；

s4、在电池组进行工作的时候，微处理器将实时采集到的电压信号进行计算并与内部存储的分压比进行对比，当发生异常时，微处理器对电池组的充放电过程进行控制。

本发明的有益效果是：通过先采集电池电压然后计算各串电压值后比较采集实际数值计算每个线路的实际比例，无需选择精密的分压电阻即可大大提高电压的采集精度，大大节约电压采集线路的成本，具有其他专用芯片不能够达到的电压采集精度；此方案应用灵活，能够使用同一个微控制器mcu同时实现电池各串电压的高精度侦测，可通过开关模块进行控制，关闭和开启整个线路系统，在电池组不使用的情况下线路静态功耗可以做到5ua以下，接近0功耗。

附图说明

图1是本发明电压采集系统的框图；

图2是本发明电压采集系统的一种实施例的电路图；

图3是本发明电压采集系统的另一种实施例的电路图；

图4是本发明电压采集控制系统的框图；

图5是本发明电压采集控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示一种电池电压采集系统，包括电池组单元，还包括与所述电池组单元连接的开关单元、用于控制开关单元的控制输入单元以及与开关单元连接的分压单元；

电池组单元，由若干单体电池经过串联而成，用于给负载提供电压，根据串联的先后顺序，单体电池为第一单体电池、第二单体电池、第三单体电池······第x单体电池；

开关单元，由若干线路相同且相互之间不干涉的开关模块组成，所述的开关模块用于控制单体电池采集电压的输出，开关模块为第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块······第x开关模块；

所述的单体电池的个数与开关模块的个数一致且一一对应，第一单体电池对应第一开关模块、第二单体电池对应第二开关模块、第三单体电池对应第三开关模块······第x单体电池对应第x开关模块，所述的开关模块上有电压信号输入端a、电压信号输出端a以及控制信号输入端a，所述的电压信号输入端a连接于单体电池的正极，所述的控制信号输入端a连接控制输入单元，所述的分压单元连接于开关模块的电压信号输出端a；在若干所述的开关模块中有一个所述的开关模块的电压信号输出端a不与分压单元连接直接输出电压信号，此电压信号值作为基准电压值来计算其他开关模块输出的电压值，众多开关模块输出的电压值均可以作为基准电压值；如图2与图3所示第一单体电池的电压值为cell1、第二单体电池的电压值为cell2、第三单体电池的电压值为cell3······第x单体电池的电压值为cellx，为了计算方便，采用第一单体电池通过第一开关模块后的电压值为基准电压值v1，由于各个单体电池完全相同，计算得出的电压值分别对应为vcell2=2*v1、vcell3=3*v1······vcellx=x*v1。

如图2和图3所示本申请的两种实施例的开关模块的线路相同，在同一种实施例中的若干开关模块的线路也相同，下面以第一开关模块为例，对其线路进行描述，第一开关模块包括并联设置在电压信号输入端a与电压信号输出端a之间的第一mos管qp1与第二mos管qp2，所述的第一mos管qp1的漏极3脚为电压信号输入端a，所述的第二mos管qp2的漏极3脚为电压信号输出端a；所述的第一mos管qp1的漏极3脚通过第一电容c1后接地；所述的第一mos管qp1的源极2脚与第二mos管qp2的源极2脚连接；所述的第一mos管qp1的栅极1脚与第二mos管qp2的栅极1脚连接后并通过第一控制电阻rc1连接到控制信号输入端a上；在所述的第一mos管qp1的栅极1脚与源极2脚之间并联着第一电阻r1与第一稳压二极管zd1；第一开关模块主要用于打开或者关闭第一单体电池的采集功能。

本申请关于控制输入单元有两种模式，第一种如图2所示控制输入单元由一个控制输入模块组成，所述的控制输入模块均与每个所述开关模块的控制信号输入端a连接，控制输入模块用于控制所有的开关模块的开启与关闭；第二种如图3所示控制输入单元由若干线路相同且相互之间不干涉的控制输入模块组成，所述的控制输入模块的个数与开关模块的个数一致且一一对应，第一控制输入模块与第一开关模块对应、第二控制输入模块与第二开关模块对应、第三控制输入模块与第三开关模块对应······第x控制输入模块与第x开关模块对应,每个所述的控制输入模块与与其对应的开关模块的控制信号输入端a连接,即第一控制输入模块与第一开关模块的控制信号输入端a连接······第x控制输入模块与第x开关模块的控制信号输入端a连接。

如图2和图3所示本申请的两种实施例的控制输入模块的线路相同，以第一控制输入模块为例，对其线路进行描述，第一控制输入模块包括设置在第一控制输入模块的控制信号输入端b与控制信号输出端b之间的第一控制mos管qc1；所述的第一控制mos管qc1的栅极1脚接在控制信号输入端b上，漏极3脚接在控制信号输出端b上；所述的第一控制mos管qc1的源极2脚接地；所述的第一控制mos管qc1的栅极1脚与源极2脚之间并联第二十三电阻r23；第一控制输入模块主要是将控制信号输入到第一开关模块内，控制信号输出端b连接在开关模块的控制信号输入端a上。

本申请内的分压单元根据需要可以有多种模式，概括为所述的分压单元由至少一个分压模块组成，每个所述的分压模块至少与一个所述的开关模块的电压信号输出端连接，所述的开关模块只与一个所述的分压模块连接，即分压模块可以连接多个开关模块，而一个开关模块只能连接一个分压模块，上述作为基准电压值的为第一单体电池通过第一开关模块后所输出的电压值。

本申请实际使用的两种实施例分别为，第一种如图3所示，分压模块为一个，除第一开关模块不与分压模块连接，其他开关模块均连接在分压模块上；第二种如图2所示，分压模块的个数比开关模块的个数少一个，从第二开关模块开始均与分压模块实现一一对应。如图2和图3所示分压模块由两个分压电阻组成，为了方便表述为第一分压电阻rv1和第二分压电阻rv2，第一分压电阻rv1连接在电压信号输入端c与电压信号输出端c之间，电压信号输出端c连接第一分压电阻rv1之后接地。

本申请采用上述电压采集系统制作而成电压采集控制系统，如图4所示它由微处理器mcu与电压采集系统之间实现信号的传递和接收，微处理器mcu对接收到的信号进行处理并通过与微处理器mcu连接的各种检测控制模块对电池组单元进行控制。检测控制模块均与微处理器mcu实现信号的传递和接收，它们包括用于开启与切断供电的开关控制模块、电量显示异常指示模块、低温高温保护模块、充电驱动模块、充电开关控制模块、放电驱动模块、放电开关控制模块、短路保护模块、过流保护信号放大模块、电流侦测模块。

如图4所示微处理器mcu与分压模块之间通过多路选择复用器连通，能够根据需要选择不同的分压模块进行接收电压信号；微处理器mcu输出控制信号通过控制输入模块对开关模块进行有效的控制。

如图4所示为锂电池保护功能与控制功能相结合，满足吸尘器控制系统要求，通过开关控制模块可开启系统以及系统自锁开机功能，通过多路选择复用器侦测电池电压，以满足过充过放控制以及电量显示功能；通过电流侦测模块来检测实际工作电流，以满足过流、过功率保护功能；同时具有低温高温保护模块，以满足电池的高低温保护功能；微处理器mcu可通过控制放电开关控制模块达到软启动以及调速功能，以及各工作状态指示功能。

如图5所示一种电池电压采集控制方法，所述的采集控制方法的步骤为，

s1、微处理器mcu接收没有分压单元的开关模块（即第一开关模块）的电压信号，并根据此电压信号计算得出其它开关模块所输出的电压值，以第一单体电池通过第一开关模块后的电压值为基准电压值v1，由于各个单体电池完全相同，计算得出的电压值分别对应为vcell2=2*v1、vcell3=3*v1······vcellx=x*v1（如图2和图3所示）；

s2、微处理器mcu接收到有分压单元的开关模块的电压信号，通过分压单元输出的电压值分别为v2、v3······vx；

s3、微处理器mcu将步骤s2中检测到的电压值（v2、v3······vx）与步骤s1中计算得出的电压值（vcell2=2*v1、vcell3=3*v1······vcellx=x*v1）一一对应并得出每个开关模块输出电压信号的分压比（v2/vcell2、v3/vcell3······vx/vcellx），将分压比进行存储；

s4、在电池组进行工作的时候，微处理器mcu将实时采集到的电压信号进行计算并与内部存储的分压比进行对比，当发生异常时，微处理器mcu对电池组的充放电过程进行控制。

综上，电池电压采集系统主要用于对电池电压异常的采集，并将采集到的信号传递给电池电压采集控制系统内的微处理器mcu，微处理器mcu对信号进行处理判断，并输出控制信号，控制电池的在过充与过放过程中的启闭。通过先采集电池电压然后计算各串电压值后比较采集实际数值计算每个线路的实际比例，无需选择精密的分压电阻即可大大提高电压的采集精度，大大节约电压采集线路的成本，具有其他专用芯片不能够达到的电压采集精度；此方案应用灵活，能够使用同一个微控制器mcu同时实现电池各串电压的高精度侦测，可通过开关模块进行控制，关闭和开启整个线路系统，在电池组不使用的情况下线路静态功耗可以做到5ua以下，接近0功耗。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。