专利名称：一种电池组分节电压及电量检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电池组分节电压及电量检测技术，具体地说是一种对电池组的每 节电池电压、整体充放电电量进行测量显示、并通过CAN总线实时上报数据的检测装置。
背景技术：
现有的电池组，由数十节电池串联组成。由于单节电池性能不一致，工作一段时间 后，总会有几节电池的性能首先下降，表现为电池容量减少，充电很快充满，放电很快放光。 这样会造成电池组整体容量下降，而且充电时，会比正常单节电池承受更高的充电电压，造 成电池过热，容易发生爆炸危险。尤其是锂电池组，充电时一定要对每节电池的充电电压进 行监测。传统电池组检测装置，要么是只检测充放电电流的相对电量表，要么是只检测分 节电压的电压表。相对电量表经常需要校正，保证自动充电完成后显示满电量，否则电池容 量与电池电压会逐渐偏离。电压表不能显示真实电量，浮电电压会对电量估算造成严重影 响。传统电池组检测装置，多采用I/O输出信号、数码液晶显示，所以不能上报实时电 流、分节电压、剩余电量等详细信息，不能与上位机系统进行通讯。
实用新型内容为了克服现有技术中的不足，本实用新型的目的是提供一种既可以计算电池组充 放电电量，还可以轮循检测分节电压，并通过CAN总线向上位机实时上报数据的检测装置。为实现上述目的本实用新型采用的技术方案是一种电池组分节电压及电量检测 装置，包括主控制器、铁电存储器单元、CAN总线单元、数码显示单元、电压采样电路、电流 采样单元、模数转换单元和基准电源；所述主控制器通过电压采样电路的采样电阻采集分 压电阻的电压信号；所述铁电存储器单元信号输入端与主控制器通讯连接；所述CAN总线 单元信号输入端与主控制器通讯连接，CAN总线单元的CAN控制器信号输出端与CAN隔离 驱动器相连；所述数码显示单元通过锁存器与主控制器通讯连接；所述电压采样电路单元 信号输入端接至分压电阻的中点，通过第一多路选择器、跟随运算放大器输出信号至第二 多路选择器的输入端；所述电流采样单元信号输入端接至外部采样电阻，负载电流经过采 样电阻，产生毫伏级别的电流采样电压，再经电流采样单元的第一仪表运算放大器，第一、 二调理运算放大器后输出至第二多路选择器的输入端；所述模数转换单元信号输入端通过 第二多路选择器与主控制器输出端连接，模数转换单元信号输出端与主控制器信号输入端 通讯连接；所述基准电源与模数转换单元相连。所述主控制器通过管脚PM P27分别与铁电存储器单元的铁电存储器UE管脚 CS、SK、DI, DO相连；主控制器通过管脚P21 P23分别与模数转换单元的模数转换器的管 脚SCLK、SD0、CS相连；主控制器通过管脚PlO P17、INTO、INTl分别与数码显示单元的第 一、二锁存器的管脚DO D7、LE_HCA、LE_HCD连接；所述主控制器通过管脚POO P07、WR、RD、ALE、RXD、TXD分别与CAN控制器的输入端DO D7、WR、RD、ALE、CS、RST连接。所述铁电存储器单元主要由铁电存储器、二极管、电解电容组成；其中铁电存储器 的管脚CS、SK、DI、D0与主控制器的管脚PM P27连接；设置电解电容的正极分别与铁电 存储器的电源端VCC和输入端RCL连接，负极与铁电存储器的接地端VSS连接；设置二极管 DEl的正极与标准电源VCC端连接，负极与铁电存储器UE的电源端VCC连接。所述CAN总线单元主要由CAN控制器和CAN隔离驱动器组成；其中CAN控制器的 管脚输入端DO D7、WR、RD、ALE、CS、RST与主控制器的管脚输出端POO P07、WR、RD、 ALE、RXD, TXD相连；所述CAN控制器的管脚输出端TXO、RXO与CAN隔离驱动器的管脚输入 端T)(D、RXD相连。所述数码显示单元主要由第一、二锁存器，数码管组成；所述第一锁存器的管脚输 入端DO D7接至主控制器的输出端PlO P17 ；第一锁存器的输出端QO接至数码管LGl 的接地端GND ；所述第二锁存器的管脚输入端LE_HCA、LE_HCD接至主控制器的管脚输出端 INTO、INTl ；第二锁存器的管脚输出端QO Q7接至数码管的数据输入端SEGA SEGG、DP。所述电压采样单元主要由第一、二分压电阻、第一多路选择器、跟随运算放大器、 跟随电阻组成；其中第一、二分压电阻串联后接在外部电压采样信号的两极，第一、二分压 电阻的共同连接点接至第一多路选择器的管脚输入端CH_I/00 ；所述第一多路选择器的管 脚输出端C0M_I/0接至跟随运算放大器的同相输入端；所述跟随运算放大器的输出端接至 第二多路选择器的管脚输入端CH_I/01，于跟随运算放大器的反相输入端与输出端之间设 置有跟随电阻。所述电流采样单元主要由仪表运算放大器，第一、二调理运算放大器，第十仪表电 阻，第二十 二十四调理电阻组成；其中仪表运算放大器的反相输入端-IN和同相输入端 +IN接至外部电流采样信号的两极；于所述仪表运算放大器的放大输入端-RG与+RG之间 并联设置有第十仪表电阻；于所述仪表运算放大器的输出端OUT与第一调理运算放大器的 反相输入端之间串联设置有第二十调理电阻；于所述基准电源REFl的输出端与第一调理 运算放大器的反相输入端之间串联设置有第二十一调理电阻；于所述第一调理运算放大器 的反相输入端与输出端之间并联设置有第二十二调理电阻；于所述第一调理运算放大器的 输出端与第二调理运算放大器的反相输入端之间串联设置有第二十三调理电阻；于所述第 二调理运算放大器的反相输入端与输出端之间并联第二十四调理电阻；所述第二调理运算 放大器的输出端接至第二多路选择器的输入端CH_I/00。所述模数转换单元主要由第二多路选择器、模数转换器和第十一电阻组成；所述 模数转换器的管脚输入输出端SCLK、SDO、CS与主控制器的管脚输入输出端P21 P23连 接；所述模数转换器的基准端VREF与基准电源的第二输出端连接；模数转换器的信号输入 端AIN与第二多路选择器的输出端C0M_I/0连接；所述第十一电阻并联在模数转换器的电 源端VDD和输入端FS之间；所述第二多路选择器的输入端CH_I/00 CH_I/01分别与第二 调理运算放大器、跟随运算放大器的输出端连接。所述基准电源的输出端与模数转换器的 基准端VREF连接，并接至第二十一调理电阻。本实用新型具有如下优点1.测量准确。本实用新型既可测量电池组充放电电流、从而计算出电量，也可测量 每节电池电压，保证了计算电量的准确性和真实性。[0016]2.报警迅速。本实用新型能够实时检测电池组每节电池电压，所以充电时及时防 止单节电池过压过热爆炸，放电时及时发现单节电池的性能下降。3.信息量大，设定灵活。本实用新型通过CAN总线与上位机通讯，能够在上位机观 察所有实时测量数据，并一次性设定所有参数。4、安装简单，抗干扰能力强。本实用新型采用CAN总线传输方式，仅仅通过一对屏 蔽双绞线与上位机连接，工业总线具备极强的抗干扰能力。
图1是本实用新型检测装置的结构框图。图2是本实用新型检测装置的电路原理图。
具体实施方式
实施例如图1、2所示，一种电池组分节电压及电量检测装置，包括主控制器U1、铁电存 储器单元、CAN总线单元、数码显示单元、电压采样电路、电流采样单元、模数转换单元和基 准电源；所述主控制器Ul通过采样电阻采集电池组的电压信号；电池组给负载供电，负载 电流经过采样电阻，产生毫伏级别的电流采样电压，所述主控制器Ul周期性对电流采样电 压进行积分计算，从而计算出充放电电量；电池组每节电池的节点电压经过电阻分压后，供 主控制器Ul轮循采样，将结果乘上分压系数，从而计算出分节电压；充放电电量和分节电 压的算法均为现有的常用技术。所述铁电存储器单元信号输入端与主控制器Ul通讯连接；所述CAN总线单元信号 输入端与主控制器Ul通讯连接，CAN总线单元的CAN控制器信号输出端与CAN隔离驱动器 相连；所述数码显示单元通过第一、二锁存器HCA、HCD与主控制器Ul通讯连接；将剩余电 量通过数码管LGl显示输出，按照实际需要，可以增加数码管的数量；所述电压采样电路单 元信号输入端接至第一、二分压电阻RN10、RN11的中点，经多第一路选择器TO、跟随运算放 大器0P;3B后的输出信号，接至多路选择器U7的输入端，用来轮循检测分节电压，按照实际 需要，可以增加分压电阻的对数；所述电流采样单元信号输入端接至外部采样电阻，负载电 流经过采样电阻，产生毫伏级别的电流采样电压，再经电流采样单元的第一仪表运算放大 器0P1，第一、二调理运算放大器0P2A、0P2B后输出至第二多路选择器U7的输入端，用来检 测充放电电流；所述模数转换单元的模数转换器UAD的信号输入端与第二多路选择器U7输 出端连接，信号输出端与主控制器Ul通讯，将模拟采样信号转换为数字信号，供主控制器 Ul计算处理；所述基准电源与第一、二调理运算放大器0P2A、0P2B、模数转换单元相连，提 供 4. 096V。所述主控制器Ul通过管脚PM P27分别与铁电存储器单元的铁电存储器UE管 脚CS、SK、DI、DO相连；主控制器Ul通过管脚P21 P23分别与模数转换单元的模数转换 器UAD的管脚SCLK, SDO、CS相连；主控制器Ul通过管脚PlO P17、INTO、INTl分别与数 码显示单元的第一、二锁存器HCA、HCD的管脚DO D7、LE_HCA、LE_HCD连接；所述主控制 器Ul通过管脚POO P07、WR、RD、ALE、RXD、TXD分别与CAN控制器U3的输入端DO D7、 WR、RD、ALE、CS、RST 连接。[0025]所述铁电存储器单元主要由铁电存储器UE、二极管DE1、电解电容EEl组成；其中 铁电存储器UE的管脚CS、SK、DI、D0与主控制器Ul的管脚PM P27连接；设置电解电容 EEl的正极分别与铁电存储器UE的电源端VCC和输入端RCL连接，负极与铁电存储器UE的 接地端VSS连接；设置二极管DEl的正极与标准电源VCC端连接，负极与铁电存储器UE的 电源端VCC连接。所述CAN总线单元主要由CAN控制器U3和CAN隔离驱动器U14组成；其中CAN控 制器U3的管脚输入端D 0 D7、WR、RD、ALE、CS、RST与主控制器Ul的管脚输出端POO P07、WR、RD、ALE、RXD、TXD相连；所述CAN控制器U3的管脚输出端TXO、RXO与CAN隔离驱 动器U14的管脚输入端T)(D、RXD相连。所述数码显示单元主要由第一、二锁存器HCA、HCD，数码管LGl组成；所述第一锁 存器HCA的管脚输入端DO D7接至主控制器Ul的输出端PlO P17 ；第一锁存器HCA的 输出端QO接至数码管LGl的接地端GND ；所述第二锁存器HCD的管脚输入端LE_HCA、LE_ HCD接至主控制器Ul的管脚输出端INTO、INTl ；第二锁存器HCD的管脚输出端QO Q7接 至数码管LGl的数据输入端SEGA SEGG、DP。所述电压采样单元主要由第一、二分压电阻RN10、RN11、第一多路选择器TO、跟随 运算放大器0P;3B、跟随电阻R0P32组成；其中第一、二分压电阻RN10、RN11串联后接在外部 电压采样信号的两极，第一、二分压电阻RN10、RNll的共同连接点接至第一多路选择器TO 的管脚输入端CH_I/00 ；所述第一多路选择器U6的管脚输出端C0M_I/0接至跟随运算放 大器0P;3B的同相输入端；所述跟随运算放大器0P;3B的输出端接至第二多路选择器U7的 管脚输入端CH_I/01，于跟随运算放大器0P;3B的反相输入端与输出端之间设置有跟随电阻 R0P32。所述电流采样单元主要由仪表运算放大器0P1，第一、二调理运算放大器0P2A、 0P2B，第十仪表电阻，第二十 二十四调理电阻组成；其中仪表运算放大器OPl的反相输入 端-IN和同相输入端+IN接至外部电流采样信号的两极；于所述仪表运算放大器OPl的 放大输入端-RG与+RG之间并联设置有第十仪表电阻R0P10 ；于所述仪表运算放大器OPl 的输出端OUT与第一调理运算放大器0P2A的反相输入端之间串联设置有第二十调理电阻 R0P20 ；于所述基准电源REFl的输出端与第一调理运算放大器0P2A的反相输入端之间串联 设置有第二十一调理电阻R0P21 ；于所述第一调理运算放大器0P2A的反相输入端与输出端 之间并联设置有第二十二调理电阻R0P22 ；于所述第一调理运算放大器0P2A的输出端与第 二调理运算放大器0P2B的反相输入端之间串联设置有第二十三调理电阻R0P23 ；于所述第 二调理运算放大器0P2B的反相输入端与输出端之间并联第二十四调理电阻ROPM ；所述第 二调理运算放大器0P2B的输出端接至第二多路选择器U7的输入端CH_I/00。所述模数转换单元主要由第二多路选择器U7、模数转换器UAD和第十一电阻 RADll组成；所述模数转换器UAD的管脚输入输出端SCLK、SDO、CS与主控制器Ul的管脚 输入输出端P21 P23连接；所述模数转换器UAD的基准端VREF与基准电源REFl的第二 输出端连接；模数转换器UAD的信号输入端AIN与第二多路选择器U7的输出端C0M_I/0连 接；所述第十一电阻RADll并联在模数转换器UAD的电源端VDD和输入端FS之间；所述第 二多路选择器U7的输入端CH_I/00 CH_I/01分别与第二调理运算放大器0P2B、跟随运算 放大器0P;3B的输出端连接。[0031]所述基准电源REFl的输出端与模数转换器UAD的基准端VREF连接，并接至第 二^^一调理电阻R0P21。设置电源转换单元，所述电源转换电路由电源模块DC1、第十一 十二电感 LDCll LDC12组成，电源模块DCl的输入端外接MV，其输出端分别与跟随运算放大器 0P;3B、仪表运算放大器0P1、第一、二调理运算放大器0P2A 0P2B、第一、二多路选择器 U6 U7、模数转换器UAD、基准电源REFl连接，提供士5V电压；通过第十一电感Lll并联 于电源模块DCl的输出端OUT+与VCC端之间；通过第十二电感L12并联于模拟地与数字地 之间。并向主控制器U1、CAN控制器U3、CAN隔离驱动器U14、铁电存储器UE、锁存器HCA HCD提供+5V电压。所述充放电电量的计算主控制器Ul通过电流采样单元得出AD数值，然后对其 AD数值进行积分计算，从而求出电池组详细的充放电电量；所述积分计算采用周期定时中 断方式，每次进入中断时将采样信号的AD数值乘上固定系数，作为定时中断周期时间段的 电量，再与前次计算结果累加求和，从而得出当前总共充放电的电量；采用固定系数计算方 法，可以简化计算步骤，提高运算速度。本实施例所述主控制器Ul采用AT89S52，铁电存储器UE采用XMC44、CAN控制 器采用SJA1000，CAN隔离驱动器采用CTM1501，模数转换器UAD采用TLV2541、锁存器采用 74HC573、数码管采用LG3911、多路选择器采用CD4051、仪表运算放大器OP1采用AD62!3B、调 理运算放大器采用TLC2^2、基准电源采用REF3040、电源转换模块DCl采用MD05N05。本实用新型工作原理如下第一仪表运算放大器OPl将外部电流采样信号放大后送入第一、二调理运算放大 器0P2A 0P2B变送跟随，然后送入第二多路选择器U7 ；外部电压采样信号经电阻RN10、 RNll分压后送入第一多路选择器TO，再经跟随运算放大器0P;3B送入第二多路选择器U7 ； 主控制器Ul控制第一、二多路选择器TO U7的轮循开关，从而将电流信号、电压信号分时 送入模数转换器UAD，再将模拟信号转换为数字信号输入主控制器Ul，主控制器Ul根据采 样信号的极性和大小计算出充放电电量和分节电压，并通过CAN总线单元将数据上报给上 位机。
权利要求1.一种电池组分节电压及电量检测装置，其特征在于，包括主控制器、铁电存储器单元、CAN总线单元、数码显示单元、电压采样电路、电流采样单 元、模数转换单元和基准电源；所述主控制器通过电压采样电路的采样电阻采集分压电阻的电压信号；所述铁电存储器单元信号输入端与主控制器通讯连接；所述CAN总线单元信号输入端与主控制器通讯连接，CAN总线单元的CAN控制器信号 输出端与CAN隔离驱动器相连；所述数码显示单元通过锁存器与主控制器通讯连接；所述电压采样电路单元信号输入端接至分压电阻的中点，通过第一多路选择器、跟随 运算放大器输出信号至第二多路选择器的输入端；所述电流采样单元信号输入端接至外部采样电阻，负载电流经过采样电阻，产生毫伏 级别的电流采样电压，再经电流采样单元的第一仪表运算放大器，第一、二调理运算放大器 后输出至第二多路选择器的输入端；所述模数转换单元信号输入端通过第二多路选择器与主控制器输出端连接，模数转换 单元信号输出端与主控制器信号输入端通讯连接；所述基准电源与模数转换单元相连。
2.按权利要求1所述电池组分节电压及电量检测装置，其特征在于所述主控制器通 过管脚PM P27分别与铁电存储器单元的铁电存储器UE管脚CS、SK、DI、DO相连；主控 制器通过管脚P21 P23分别与模数转换单元的模数转换器的管脚SCLK、SD0、CS相连；主 控制器通过管脚PlO P17、INTO、INTl分别与数码显示单元的第一、二锁存器的管脚DO D7、LE_HCA、LE_HCD连接；所述主控制器通过管脚POO P07、WR、RD、ALE、RXD、TXD分别与 CAN控制器的输入端DO D7、WR、RD、ALE、CS、RST连接。
3.按权利要求1所述电池组分节电压及电量检测装置，其特征在于所述铁电存储器 单元主要由铁电存储器、二极管、电解电容组成；其中铁电存储器的管脚CS、SK、DI、D0与主控制器的管脚P24 P27连接；设置电解电 容的正极分别与铁电存储器的电源端VCC和输入端RCL连接，负极与铁电存储器的接地端 VSS连接；设置二极管DEl的正极与标准电源VCC端连接，负极与铁电存储器UE的电源端 VCC连接。
4.按权利要求1所述电池组分节电压及电量检测装置，其特征在于所述CAN总线单 元主要由CAN控制器和CAN隔离驱动器组成；其中CAN控制器的管脚输入端DO D7、WR、RD、ALE、CS、RST与主控制器的管脚输出端 POO P07、WR、RD、ALE、RXD、T)(D相连；所述CAN控制器的管脚输出端TX0、RX0与CAN隔离 驱动器的管脚输入端T)(D、RXD相连。
5.按权利要求1所述电池组分节电压及电量检测装置，其特征在于所述数码显示单 元主要由第一、二锁存器，数码管组成；所述第一锁存器的管脚输入端DO D7接至主控制器的输出端PlO P17 ；第一锁存器 的输出端QO接至数码管LGl的接地端GND ；所述第二锁存器的管脚输入端LE_HCA、LE_HCD 接至主控制器的管脚输出端INT 0、INT1 ；第二锁存器的管脚输出端QO Q7接至数码管的 数据输入端SEGA SEGG、DP。
6.按权利要求1所述电池组分节电压及电量检测装置，其特征在于所述电压采样单 元主要由第一、二分压电阻、第一多路选择器、跟随运算放大器、跟随电阻组成；其中第一、二分压电阻串联后接在外部电压采样信号的两极，第一、二分压电阻的共 同连接点接至第一多路选择器的管脚输入端CH_I/00 ；所述第一多路选择器的管脚输出端 C0M_I/0接至跟随运算放大器的同相输入端；所述跟随运算放大器的输出端接至第二多路 选择器的管脚输入端CH_I/01，于跟随运算放大器的反相输入端与输出端之间设置有跟随 电阻。
7.按权利要求1所述电池组分节电压及电量检测装置，其特征在于所述电流采样单 元主要由仪表运算放大器，第一、二调理运算放大器，第十仪表电阻，第二十 二十四调理 电阻组成；其中仪表运算放大器的反相输入端-IN和同相输入端+IN接至外部电流采样信号的两 极；于所述仪表运算放大器的放大输入端-RG与+RG之间并联设置有第十仪表电阻；于所 述仪表运算放大器的输出端OUT与第一调理运算放大器的反相输入端之间串联设置有第 二十调理电阻；于所述基准电源REFl的输出端与第一调理运算放大器的反相输入端之间 串联设置有第二十一调理电阻；于所述第一调理运算放大器的反相输入端与输出端之间并 联设置有第二十二调理电阻；于所述第一调理运算放大器的输出端与第二调理运算放大器 的反相输入端之间串联设置有第二十三调理电阻；于所述第二调理运算放大器的反相输入 端与输出端之间并联第二十四调理电阻；所述第二调理运算放大器的输出端接至第二多路 选择器的输入端CH_I/00。
8.按权利要求1所述电池组分节电压及电量检测装置，其特征在于所述模数转换单 元主要由第二多路选择器、模数转换器和第十一电阻组成；所述模数转换器的管脚输入输出端SCLK、SD0、CS与主控制器的管脚输入输出端P21 P23连接；所述模数转换器的基准端VREF与基准电源的第二输出端连接；模数转换器的信 号输入端AIN与第二多路选择器的输出端C0M_I/0连接；所述第十一电阻并联在模数转换 器的电源端VDD和输入端FS之间；所述第二多路选择器的输入端CH_I/00 CH_I/01分别 与第二调理运算放大器、跟随运算放大器的输出端连接。
9.按权利要求1所述电池组分节电压及电量检测装置，其特征在于所述基准电源的 输出端与模数转换器的基准端VREF连接，并接至第二十一调理电阻。
专利摘要本实用新型公开一种电池组分节电压及电量检测装置，包括主控制器、铁电存储器单元、CAN总线单元、数码显示单元、电压采样电路、电流采样单元、模数转换单元和基准电源；所述主控制器通过电压采样电路的采样电阻采集分压电阻的电压信号；所述铁电存储器单元信号输入端与主控制器通讯连接；所述CAN总线单元信号输入端与主控制器通讯连接；所述数码显示单元通过锁存器与主控制器通讯连接；所述模数转换单元信号输入端与主控制器输出端连接，模数转换单元信号输出端与主控制器信号输入端通讯连接；所述基准电源与模数转换单元相连。本实用新型具有测量准确，信息量大，设定灵活，安装更简单，抗干扰能力强的优点。
文档编号G01R31/36GK201819981SQ201020547428
公开日2011年5月4日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者曹智荀, 苗妤, 魏星 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司