一种用于充电电池的电压电流扫描电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于充电电池的电压电流扫描电路，包括控制模块、放大整流模块、扫描模块和检测模块。所述控制模块产生多路PWM信号和若干个开关指令，并分别输送至放大整流模块和扫描模块；所述放大整流模块将多个PWM信号放大整流，并分别输送至与其对应的充电电池两端；所述扫描模块的若干个开关组分别由与其对应的开关指令控制其通断以实现轮流对接入各个开关组中的电池的电流和电压进行扫描，并将扫描取样信息输送至检测模块；所述检测模块将扫描取样信息反馈到控制模块，并由控制模块根据反馈信息调整与被扫描取样的电池对应的PWM信号的值。相对于现有技术，本发明延长了电池的寿命，防止电池充电发生爆炸，提高了电池充电的安全性。
【专利说明】—种用于充电电池的电压电流扫描电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种扫描电路，特别是涉及一种用于充电电池的电压电流扫描电路。
【背景技术】
[0002]目前，新能源汽车已经普遍应用于生活和工作中。现有新能源汽车大多以锂电池组为动力来源，尤其是纯电动汽车和插电式混合动力汽车。在新能源汽车日常使用过程中，电池组处于高频次、大电流充放电状态。由于生产工艺、工作环境的差异，电池单体之间存在一定的差异，伴随锂电池组多次充放电使用，锂电池组端电压不平衡性效应不断累计，端电压最低的单体电池极易发生过放电现象，导致其内阻增加，进而影响整个电池组的正常使用。例如:锂电池的电流和端电压过高或过低都会损坏锂电池的整体，可能会导致电池爆炸或其它故障而危及使用者的安全，因此，为了保证安全可靠地使用电池和保证电池在充电和放电时不受损坏，必须对每节电池的电压值和电流值进行精确的测量和监控。
【发明内容】
[0003]为了解决由于锂电池的充电电压过大和锂电池过放电等而引起的电池整体损坏、爆炸等问题，有必要提供一种用于充电电池的电压电流扫描电路。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:一种用于充电电池的电压电流扫描电路，包括控制模块、放大整流模块、扫描模块和检测模块；
[0005]所述控制模块产生多路PWM信号和若干个开关指令，并分别输送至放大整流模块和扫描模块；
[0006]所述放大整流模块将多个PWM信号放大、整流，并分别输送至与其对应的充电电池两端，为电池充电；
[0007]所述扫描模块包括若干个开关组，若干个开关组分别与若干个开关指令一一对应电连接，并由开关指令控制其通断以实现轮流对接入各个开关组中的电池的电流和电压进行扫描，并将扫描取样信息输送至检测模块；
[0008]所述检测模块将扫描取样信息反馈到控制模块，并由控制模块根据反馈信息调整与被扫描取样的电池对应的PWM信号的值。
[0009]进一步，所述扫描模块包括至少5个相互独立的开关组，分别为第一开关组、第二开关组、第三开关组、第四开关组和第五开关组。所述第二开关组和第三开关组之间接入一第一电池，以输出第一电池的电压信息到检测模块中，且所述第二开关组与第一电池之间设有一第一取样电阻，该第一取样电阻两端分别与第一开关组和第二开关组串接，以输出第一取样电阻的取样信息到检测模块中。所述第四开关组和第五开关组之间接入一第二电池，以输出第二电池的电压信息到检测模块中，且所述第四开关组与第二电池之间设有一第二取样电阻，该第二取样电阻两端分别与第三开关组和第四开关组串接，以输出第二取样电阻的取样信息到检测模块中。
[0010]所述第一电池并联有一第一负载电阻，以用于防止电池断开后的输入阻抗过大产生干扰电压。所述第二电池并联有一第二负载电阻，以用于防止锂电池断开后的输入阻抗过大产生干扰电压。
[0011]进一步，所述放大整流模块包括至少两个相互独立的放大整流电路；所述两放大整流电路分别包括放大电路和整流电路。所述放大电路用于放大控制模块中与其对应的PWM信号，并输送至整流电路；整流电路对放大后的PWM信号进行整流和滤波处理后输出至与其对应的电池两端，以为电池充电。
[0012]进一步，所述检测模块包括:
[0013]——电流放大检测电路，所述电流放大检测电路用于将取样信息中的电流放大并转换为取样压降值，并反馈回控制模块；
[0014]—电压跟随检测电路，所述电压跟随检测电路用于跟随电压信息并转换为电池压降值，并反馈回控制模块。所述第一光耦继电器和第二光耦继电器为KAQW214S型号的光耦继电器。
[0015]所述各个开关组为光电开关组，或为电磁开关组，或为由MOS管开关电路组成的开关组，或为光耦继电器。
[0016]通过上述技术方案，本发明用于充电电池的电压电流扫描电路实现了对锂电池的充电端电压及其充电电流进行监控并检测，并通过检测结果调整锂电池的充电端电压和充电电流，对锂电池具有充电保护作用，延长了锂电池的寿命，防止锂电池充电发生爆炸，提高了锂电池充电时的安全性。
[0017]为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明用于充电电池的电压电流扫描电路的电路结构示意图；
[0019]图2是本发明用于充电电池的电压电流扫描电路的电路原理图；
[0020]图3是本发明用于充电电池的电压电流扫描电路的扫描模块的电路原理图。
【具体实施方式】
[0021]请参阅图1，本发明用于充电电池的电压电流扫描电路包括控制模块1、放大整流模块2、扫描模块3和检测模块4。所述控制模块I产生多路PWM信号，并输送至放大整流模块2 ;多个PWM信号分别经过放大整流模块2放大、整流后分别输送至与其一一对应的充电电池两端，为电池充电；同时控制模块I发出若干个开关指令并分别输送至扫描模块3的若干开关组中，以控制分别与若干个开关指令一一对应的若干个开关组的通断；扫描模块3中的各个开关组分别接入与其对应的电池；控制模块I通过开关指令轮流控制各个开关组的通断，以实现分别对各个电池的电流和电压进行扫描，并将扫描取样信息输送至检测模块4，检测模块4将扫描取样信息处理后反馈回控制模块1，控制模块I根据反馈信息调整与正被扫描取样的电池对应的PWM信号的值。当从反馈信息得到电池的电流值大于设定值时，控制模块I减小与正被扫描取样的电池对应的PWM信号的占空比；当从反馈信息得到电池的电流值等于设定值时，控制模块I使得与正被扫描取样的电池对应的PWM信号的占空比不变；当从反馈信息得到电池的电流值小于设定值时，控制模块I增大与正被扫描取样的电池对应的PWM信号的占空比。当从反馈信息得到电池的电压小于预设值时，表示电池未充满，控制模块I保持输出与正被扫描取样的电池对应的PWM信号，以继续为电池充电；当从反馈信息得到电池的电压等于或大于预设值时，表示电池已充满，控制模块I控制与正被扫描取样的电池对应的PWM信号为O，停止为电池充电。
[0022]请参阅图2，具体地，所述控制模块I包括一 CPU芯片11，该CPU芯片为单片机芯片或DSP芯片或PLC芯片。该CPU芯片11输出至少两个PWM信号和至少5个开关指令。在本实施例中，该CPU输出3个PWM信号，分别为PWMl信号、PWM2信号和PWM3信号，同时输出7个开关指令，分别为开关指令K0、开关指令K1、开关指令K2、开关指令K3、开关指令K4、开关指令K5、开关指令K6。
[0023]所述放大整流模块2包括至少两个相互独立的放大整流电路。在本实施例中，该放大整流模块2包括3个相互独立并分别与所述3个PWM信号一一对应的放大整流电路。所述3个放大整流电路分别包括一放大电路和一整流电路。所述放大电路用于放大与其对应的PWM信号，并输送至整流电路；整流电路对放大后的PWM信号进行整流和滤波处理后输出至与其对应的电池两端，以为电池充电。
[0024]请参阅图3，所述扫描模块3包括至少5个相互独立的开关组，在本实施例中，该扫描模块3包括7个分别由所述7个开关指令控制的相互独立的开关组，分别为第一开关组、第二开关组、第三开关组、第四开关组、第五开关组、第六开关组和第七开关组。
[0025]由于本发明本实施例具有3个PWM信号输出、7个开关指令输出和7个开关组，因此本发明可以接入3个相互独立的充电电池，分别为第一电池Batl、第二电池Bat2和第三电池Bat3。则在所述第二开关组和第三开关组之间接入一第一电池Batl，以输出第一电池Batl的电压信息到检测模块4中，且所述第二开关组与第一电池Batl之间设有一第一取样电阻RlO ;该第一取样电阻RlO两端分别与第一开关组和第二开关组串接，以输出第一取样电阻RlO的取样信息到检测模块4中。所述第四开关组和第五开关组之间接入一第二电池Bat2，以输出第二电池Bat2的电压信息到检测模块4中，且所述第四开关组与第二电池Bat2之间设有一第二取样电阻R14 ;该第二取样电阻R14两端分别与第三开关组和第四开关组串接，以输出第二取样电阻R14的取样信息到检测模块4中。所述第六开关组和第七开关组之间接入一第三电池Bat3，以输出第二电池Bat2的电压信息到检测模块4中，且所述第六开关组与第三电池Bat3之间设有一第三取样电阻R17 ;该第三取样电阻R17两端分别与第五开关组和第六开关组串接，以输出第三取样电阻R17的取样信息到检测模块4中。由于上述各个电池的内阻阻值较小，约为ΙΟπιΩ，故将上述各个取样电阻的阻值均设为0.01 Ω。
[0026]所述检测模块4包括电流放大检测电路和电压跟随检测电路。所述电流放大检测电路用于将取样信息中的电流放大并转换为取样压降值，并反馈回控制模块I ;所述电压跟随检测电路用于跟随电压信息并转换为电池压降值，并反馈回控制模块I。在本实施例中，电流放大检测电路和电压跟随检测电路共用一反馈通道。
[0027]进一步，所述第一电池Batl并联有一第一负载电阻R13，以用于防止电池断开后的输入阻抗过大产生干扰电压；所述第二电池Bat2并联有一第二负载电阻R15,以用于防止锂电池断开后的输入阻抗过大产生干扰电压；所述第三电池Bat3并联有一第三负载电阻R16，以用于防止锂电池断开后的输入阻抗过大产生干扰电压。
[0028]进一步，所述各个开关组为光电开关组，或为电磁开关组，或为由MOS管开关电路组成的开关组，或为光耦继电器。在本实施例中，各个开关组均为光耦继电器，其中，第一开关组为一 4引脚封装的光耦继电器U3，第二开关组和第三开关组共同封装形成一 8引脚封装的光耦继电器U5，第四开关组和第五开关组共同封装形成一 8引脚封装的光耦继电器U6，第六开关组和第其开关组共同封装形成一 8引脚封装的光耦继电器U7。
[0029]当需要扫描更多的电池时，可以按照上述方式对应增加输出的PWM信号的个数、开关指令的个数、放大整流电路的个数和开关组的个数以实现对更多电池的扫描和监控检测。
[0030]本发明的工作原理如下:
[0031]当对电池进行扫描时，电路启动，CPU芯片11产生PWM1、PWM2和PWM3等信号，并输送至分别与所述3个PWM信号一一对应的3个放大整流电路中，所述3个放大整流电路分别将PWMl、PWM2和PWM3信号驱动、放大、整流后输出至分别与其对应的电池两端，分别为与其对应电池充电；同时，CPU芯片11通过开关指令轮流反复控制各个开关组的通断以实现对各个电池的循环扫描。CPU芯片11对各个电池的扫描过程如下:首先扫描电池电流，从第一电池Batl开始扫描，此时CPU芯片11控制开关指令KO、开关指令Kl为高电平，其它开关指令为低电平，则只有第一开关组和第二开关组导通、开关闭合，则第一取样电阻RlO的取样信息，也即第一电阻的端电压便通过第一开关组和第二开关组输送至电流放大检测电路中，电流放大检测电路将其电流成分放大后并将其转化为一取样压降值，并反馈回CPU芯片11，CPU芯片11便对该取样压降值进行处理，即将该取样压降值除以第一取样电阻RlO的阻值便得出第一取样电阻RlO的电流值，由于第一取样电阻RlO与第一电池Batl是串联的，故该电流值也为第一电池Batl的电流值(由于第一负载电阻R13的阻值100K Ω远远大于第一电池Batl的内阻值1mΩ，因此流过第一负载电阻R13的电流可忽略不计)。当该电流值大于设定值时，控制模块I减小与第一电池Batl对应的PWMl信号的占空比；当该电流值等于设定值时，控制模块I使得PWMl信号的占空比不变；当该电流值小于设定值时，控制模块I增大P丽I信号的占空比。对第一电池Batl的电流扫描完毕后，CPU芯片11转向对第二电池Bat2进行电流扫描，此时CPU芯片11控制开关指令K2和开关指令K3为高电平，其它开关指令为低电平，此时本发明对第二电池Bat2的电流扫描原理和对PWM2信号的处理与其对第一电池Batl的电流扫描原理和对PWMl信号的处理一样，故在此不再累述。对第二电池Bat2的电流扫描完毕后，CPU芯片11转向对第三电池Bat3进行电流扫描，此时CPU芯片11控制开关指令K4和开关指令K5为高电平，其它开关指令为低电平，此时本发明对第三电池Bat3的电流扫描原理和对PWM3信号的处理与其对第一电池Batl的电流扫描原理和对PWMl信号的处理一样，故在此不再累述。
[0032]当需要对电池的端电压进行扫描时，首先对第一电池Batl的端电压进行扫描，此时PWMl信号继续输出，同时CPU芯片11控制开关指令Kl和开关指令K2为高电平，其它开关指令为低电平，则只有第二开关组和第三开关组导通、开关闭合，则第一电池Batl两端的电压信息便由第二开关组和第三开关组输送至电压跟随检测电路，电压跟随检测电路跟随该电压信息并将其转化为电池压降值，并反馈回CPU芯片11。当该电池压降值小于预设值时，表示电池未充满，CPU芯片11保持输出PWMl信号，以继续为电池充电；当该电池压降值等于或大于预设值时，表示电池已充满，CPU芯片11控制PWMl信号为0，停止为电池充电。对第一电池Batl的电压扫描完毕后,CPU芯片11转向对第二电池Bat2进行电压扫描，此时CPU芯片11控制开关指令K3和开关指令K4为高电平，其它开关指令为低电平，此时本发明对第二电池Bat2的电压扫描原理和对PWM2信号的处理与其对电压的电压扫描原理和PWMl信号的处理一样，故在此不再累述。对第二电池Bat2的电压扫描完毕后，CPU芯片11转向对下一节第三电池Bat3进行电压扫描，此时CPU芯片11控制开关指令K5和K6为高电平，其它开关指令为低电平，此时本发明对第三电池Bat3的电压扫描原理和PWM3信号的处理与其对第一电池Batl的电压扫描原理和PWMl信号的处理一样，故在此不再累述。
[0033]本发明将循环电流扫描工作和电压扫描工作直到所有电池充电完毕。
[0034]另外，本发明还具有其它变形实施例，例如:
[0035](一)将第一负载电阻R13、第二负载电阻R15、第三负载电阻R16去掉,其它电路结构不变。
[0036]( 二 )所述电流放大检测电路和电压跟随检测电路的反馈通道相互独立，也即，电流放大检测电路和电压跟随检测电路分别通过一反馈通道将信息反馈回CPU芯片11，其它电路结构不变。
[0037]相对于现有技术，本发明实现了对锂电池的充电端电压及其充电电流进行监控并检测，并通过检测结果调整锂电池的充电端电压和充电电流，对锂电池具有充电保护作用，延长了锂电池的寿命，防止锂电池充电发生爆炸，提高了锂电池充电时的安全性。
[0038]本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
【权利要求】
1.一种用于充电电池的电压电流扫描电路，其特征在于:包括控制模块、放大整流模块、扫描模块和检测模块； 所述控制模块产生多路PWM信号和若干个开关指令，并分别输送至放大整流模块和扫描模块； 所述放大整流模块将多个PWM信号放大、整流，并分别输送至与其对应的充电电池两端，为电池充电； 所述扫描模块包括若干个开关组，若干个开关组分别与若干个开关指令一一对应电连接，并由开关指令控制其通断以实现轮流对接入各个开关组中的电池的电流和电压进行扫描，并将扫描取样信息输送至检测模块； 所述检测模块将扫描取样信息反馈到控制模块，并由控制模块根据反馈信息调整与被扫描取样的电池对应的PWM信号的值。
2.根据权利要求1所述的用于充电电池的电压电流扫描电路，其特征在于:所述扫描模块包括至少5个相互独立的开关组，分别为第一开关组、第二开关组、第三开关组、第四开关组和第五开关组； 所述第二开关组和第三开关组之间接入一第一电池，以输出第一电池的电压信息到检测模块中，且所述第二开关组与第一电池之间设有一第一取样电阻；该第一取样电阻两端分别与第一开关组和第二开关组串接，以输出第一取样电阻的取样信息到检测模块中；所述第四开关组和第五开关组之间接入一第二电池，以输出第二电池的电压信息到检测模块中，且所述第四开关组与第二电池之间设有一第二取样电阻；该第二取样电阻两端分别与第三开关组和第四开关组串接，以输出第二取样电阻的取样信息到检测模块中。
3.根据权利要求2所述的用于充电电池的电压电流扫描电路，其特征在于:所述第一电池并联有一第一负载电阻，以用于防止电池断开后的输入阻抗过大产生干扰电压；所述第二电池并联有一第二负载电阻，以用于防止锂电池断开后的输入阻抗过大产生干扰电压。
4.根据权利要求1所述的用于充电电池的电压电流扫描电路，其特征在于:所述放大整流模块包括至少两个相互独立的放大整流电路；所述两放大整流电路分别包括放大电路和整流电路； 所述放大电路用于放大控制模块中与其对应的PWM信号，并输送至整流电路；整流电路对放大后的PWM信号进行整流和滤波处理后输出至与其对应的电池两端，以为电池充电。
5.根据权利要求2所述的用于充电电池的电压电流扫描电路，其特征在于:所述检测模块包括: ——电流放大检测电路，所述电流放大检测电路用于将取样信息中的电流放大并转换为取样压降值，并反馈回控制模块； —电压跟随检测电路，所述电压跟随检测电路用于跟随电压信息并转换为电池压降值，并反馈回控制模块。
6.根据权利要求2所述的用于充电电池的电压电流扫描电路，其特征在于:所述各个开关组为光电开关组，或为电磁开关组，或为由MOS管开关电路组成的开关组，或为光耦继电器。
【文档编号】H02J7/00GK104079042SQ201410349871
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】廖德成 申请人:廖德成