一种高精度闭环反馈模拟电池系统的制作方法

本实用新型涉及电池管理系统技术领域，尤其涉及一种高精度闭环反馈模拟电池系统。

背景技术：

在使用真实电池组时，由于电池组本身的电压不可控制，真实电池组对外供电过程中，对外放电或者自放电参数不一致，长期使用会造成各节电池的电压不一致，致使每节电池电量不均衡。由于真实的电池组需要充电，由于各节电池组的使用情况和本身原因存在差异，这样就容易使充电不均衡，容易损坏电池。

已有的技术中，多采用三极管串联稳压电路实现模拟电池电压输出，此种系统存在输出电压精度低、温度漂移大以及安全性和稳定性差的缺点，无法满足用户的需求。在公告号为CN201110982Y的名称为电池模拟电路的实用新型专利中，采用比较器检测稳压二极管电压的方法来作为反馈调整三极管来调整输出电压，由于稳压二极管和三极管对在不同温度下参数会发生很大波动，从而导致精度很差，同时纹波也难以控制，而且输出不具备可调性。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于解决现有技术中电池模拟电路输出精度低，且输出电压不可调的问题，为此，本实用新型提供一种高精度闭环反馈模拟电池系统。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高精度闭环反馈模拟电池系统，包括电源单元，稳压单元，中央控制芯片MCU，中央控制芯片MCU包括控制端和信号采集端；还包括以下单元：

一采集单元，采集稳压单元中作为模拟电池的输出端电信号，所述采集单元连接在稳压单元与中央控制芯片MCU的信号采集端之间；

一控制单元，控制稳压单元的输出，所述控制单元连接在中央控制芯片MCU的控制端和稳压单元之间。

优化的，所述稳压单元包括低压差线性稳压器U2，电阻R1、电阻R2，低压差线性稳压器U2包括输入端、接地端、输出端、调压端，电阻R1连接在输出端与调压端之间，调压端通过电阻R2与接地端连接；所述输入端和接地端与电源单元连接，输出端与采集单元连接且作为模拟电池的输出端，调压端与控制单元连接。

优化的，所述采集单元包括模数转换芯片U7、数字隔离器U6，所述模数转换芯片U7包括采集端，所述模数转换芯片U7的采集端与低压差线性稳压器U2的输出端连接，所述模数转换芯片U7经过数字隔离器U6与中央控制芯片MCU的信号采集端连接。

优化的，所述模数转换芯片U7的型号为LTC6804。

优化的，所述中央控制芯片MCU的信号采集端包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口；所述数字隔离器U6包括第一隔离输入端、第二隔离输入端、第三隔离输入端、第四隔离输入端、第一隔离输出端、第二隔离输出端、第三隔离输出端、第四隔离输出端；所述模数转换芯片U7的第41引脚、第42引脚、第43引脚、第44引脚分别与数字隔离器U6的第一隔离输入端、第二隔离输入端、第三隔离输入端、第四隔离输入端连接，数字隔离器U6的第一隔离输出端、第二隔离输出端、第三隔离输出入端、第四隔离输出端分别与中央控制芯片MCU的第一端口、第二端口、第三端口、第四端口连接。

优化的，所述模数转换芯片U7包括多个信号采集端。

优化的，所述控制单元包括数模转换芯片U3、数字隔离器U4、电阻R3，所述数模转换芯片U3包括控制输出端，所述控制输出端通过电阻R3与调压端连接,所述数模转换芯片U3经过数字隔离器U4与中央控制芯片MCU的控制端连接。

优化的，所述中央控制芯片MCU的控制端包括第五端口、第六端口、第七端口；数模转换芯片U3包括第一输出端、第二输出端、第一芯片隔离输入端、第二芯片隔离输入端、第三芯片隔离输入端；数字隔离器U4包括第五隔离输入端、第六隔离输入端、第七隔离输入端、第五隔离输出端、第六隔离输出端、第七隔离输出端；所述数模转换芯片U3的第一输出端和第二输出端连接并作为控制单元的控制输出端，数模转换芯片U3的第一芯片隔离输入端、第二芯片隔离输入端、第三芯片隔离输入端分别与数字隔离器U4的第五隔离输出端、第六隔离输出端、第七隔离输出端连接，数字隔离器U4的第五隔离输入端、第六隔离输入端、第七隔离输入端分别与中央控制芯片MCU的第五端口、第六端口、第七端口连接。

优化的，所述电源单元包括第一电源、隔离直流转换器U1，所述第一电源经过隔离直流转换器U1与稳压单元连接，所述隔离直流转换器U1与第一电源的连接端和与稳压单元连接的连接端隔离。

优化的，所述第一电源为24V，所述隔离直流转换器U1输出为5V。

本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型通过采集单元采集模拟电池的输出电压到中央控制芯片MCU中，中央控制芯片MCU通过控制单元来控制稳压单元输出端的电压，即调整模拟电池的输出电压，这样的闭环反馈模拟电池系统能够使得模拟电池输出的电压的精度更高。其中采集单元、中央控制芯片MCU、电源单元、稳压单元、控制单元和它们之间的连接线路构成该系统的物理平台。

特别指出的是：本实用新型只保护由上述物理部件以及连接各个物理部件之间的线路所构成的装置或者物理平台，而不涉及其中的软件部分。

(2)构成的物理平台的闭环反馈系统增加了输出精度，并且在该平台中使用高精度的模数转换芯片U7和数模转换芯片U3，即使温度变化很大，也可以保证极高精度。

(3)本实用新型中的电阻R1和电阻R2组成的分压电路用于设定低压差线性稳压器U2的默认输出，如果数模转换芯片U3没有向低压差线性稳压器U2输出激励电压，分压电路提供默认输出。

(4)本实用新型中的电阻R3为限流保护电阻，起到保护控制单元的作用。

(5)本实用新型将24V直流转换成隔离的5V，由于隔离直流转换器U1变换的5V纹波较大，5V经过低压差线性稳压器U2降低调整输出的模拟电压。

(6)本实用新型中模数转换芯片U7包括多个信号采集端，这样可以使用一个模数转换芯片U7同时采集多个模拟电池的电压。

(7)本实用新型通过数字隔离器U4和数字隔离器U6将高低压部分隔离开，从而保护中央控制芯片MCU。

附图说明

图1是本实用新型一种高精度闭环反馈模拟电池系统中的系统框图。

图2是本实用新型一种高精度闭环反馈模拟电池系统的电路图。

图中的附图标记含义如下：

1-电源单元 2-稳压单元 3-中央控制芯片MCU 4-采集单元

5-控制单元

具体实施方式

如图1所示，一种高精度闭环反馈模拟电池系统，本系统包括电源单元1，稳压单元2，中央控制芯片MCU3，中央控制芯片MCU3包括控制端和信号采集端。还包括以下单元：

一采集单元4，采集稳压单元2中作为模拟电池的输出端电信号，采集单元4连接在稳压单元2与中央控制芯片MCU3的信号采集端连接；

一控制单元5，控制稳压单元2的输出，控制单元5连接在中央控制芯片MCU3的控制端和稳压单元2之间。

具体的如图2所示，其中稳压单元2包括低压差线性稳压器U2，电阻R1、电阻R2。低压差线性稳压器U2包括输入端、接地端、输出端、调压端。其中调压端在图2中为ADJ端。电阻R1连接在输出端与调压端之间，调压端通过电阻R2与接地端连接；输入端和接地端与电源单元1连接，输出端与采集单元4连接且作为模拟电池的输出端，调压端与控制单元5连接。

采集单元4包括模数转换芯片U7、数字隔离器U6。模数转换芯片U7包括采集端，模数转换芯片U7的采集端与低压差线性稳压器U2的输出端连接，模数转换芯片U7经过数字隔离器U6与中央控制芯片MCU3的信号采集端连接，模数转换芯片U7将采集到的电压通过数字隔离器U6传递给中央控制芯片MCU(3)。

模数转换芯片U7的型号为LTC6804，该芯片的生产厂家为凌特公司。模数转换芯片U7包括多个信号采集端，这样可以使用一个模数转换芯片U7同时采集多个模拟电池的电压。详细地说，本实施例中模数转换芯片U7的采集精度为14位。

中央控制芯片MCU3的信号采集端包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口，数字隔离器U6包括第一隔离输入端、第二隔离输入端、第三隔离输入端、第四隔离输入端、第一隔离输出端、第二隔离输出端、第三隔离输出端、第四隔离输出端，模数转换芯片U7的第41引脚到第44引脚分别与数字隔离器U6的第一隔离输入端、第二隔离输入端、第三隔离输入端、第四隔离输入端连接，数字隔离器U6的第一隔离输出端、第二隔离输出端、第三隔离输出端、第四隔离输出端分别与中央控制芯片MCU3的第一端口、第二端口、第三端口、第四端口连接。数字隔离器U6各输入端的电源和地需要同数字隔离器U6的各输出端的电源和地隔离。模数转换芯片U7实现采集，采集后的数据通过数据隔离器U6来隔离高低电压，第一端口、第二端口、第三端口、第四端口一起作为中央控制芯片MCU3与模数转换芯片U7的通信端口，在保护中央控制芯片MCU3的情况下将采集到的数据传输给中央控制芯片MCU3处理。

控制单元5包括数模转换芯片U3、数字隔离器U4、电阻R3，数模转换芯片U3包括控制端，控制端通过电阻R3与调压端连接,数模转换芯片U3经过数字隔离器U4与中央控制芯片MCU3的控制端连接。

中央控制芯片MCU3的控制端包括第五端口、第六端口、第七端口，数模转换芯片U3包括第一输出端、第二输出端、第一芯片隔离输入端、第二芯片隔离输入端、第三芯片隔离输入端，数字隔离器U4包括第五隔离输入端、第六隔离输入端、第七隔离输入端、第五隔离输出端、第六隔离输出端、第七隔离输出端，数模转换芯片U3的第一输出端和第二输出端连接并作为控制单元5的控制输出端，数模转换芯片U3的第一芯片隔离输入端、第二芯片隔离输入端、第三芯片隔离输入端分别与数字隔离器U4的第五隔离输出端、第六隔离输出端、第七隔离输出端连接，数字隔离器U4的第五隔离输入端、第六隔离输入端、第七隔离输入端分别与中央控制芯片MCU3的第五端口、第六端口、第七端口连接。第五端口、第六端口、第七端口由同一组信号控制输出。

数字隔离器U4各输入端的电源和地需要同数字隔离器U4的各输出端的电源和地隔离。中央控制芯片MCU3通过数字隔离器U4输出控制信号，控制信号通过数模转换芯片U3的控制输出端输出到调压端，调压端的信号传输到低压差线性稳压器U2中，调整低压差线性稳压器U2的输出端的输出值，即调整模拟电池的输出值，从而调整模拟电池的输出精度。详细地说，本实施例中数模转换芯片U3的采集精度为14位。

电源单元1包括第一电源、隔离直流转换器U1，第一电源为24V，第一电源经过隔离直流转换器U1与稳压单元2连接，所述隔离直流转换器U1与第一电源的连接端和与稳压单元连接的连接端隔离。该实施例中第一电源为24V，隔离直流转换器U1与稳压单元连接的端口输出电压为5V。其中第一电源24V对应的地与5V电压对应的地隔离。

在图2中，中央控制芯片MCU3还包括TXD端和RXD端，与外部设备进行通信。可以从此端口设置模拟电池电压的设定值。

本实用新型在使用时，可以与现有技术中的软件配合来进行使用。下面结合现有技术中的软件对本实用新型的工作原理进行描述，但是必须指出的是：与本实用新型相配合的软件不是本实用新型的创新部分，也不是本实用新型的组成部分。

上述系统的工作过程如下：

S1、初始化整个系统，

S2、中央控制芯片MCU3发送指令；

S3、发送的指令通过数字隔离器U4传送给数模转换芯片U3；

S4、数模转换芯片U3输出信号给低压差线性稳压器U2；

S5、低压差线性稳压器U2输出电压作为模拟电池的输出端；

S6、模数转换芯片U7采集模拟电池的输出端的电压；

S7、将转换后的电压信号经过数字隔离器U6传送给中央控制芯片MCU3的信号采集端；

S8、中央控制芯片MCU3比较输入的电压信号是否等于设定的电压值；

S9、循环到步骤S3中，当中央控制芯片MCU3比较输入的电压信号小于设定值时，中央控制芯片MCU3发送指令，控制增大数模转换芯片U3的输出值，相反，当大于设定值时，中央控制芯片MCU3发送指令，控制减小数模转换芯片U3的输出值，当等于设定值时，循环结束。

在步骤S9中，当中央控制芯片MCU3比较输入的电压信号等于设定值后，定期实施步骤S6到S9，大大提高模拟电池输出电压的精度。

上述的闭环反馈的模拟电池系统，结合系统中电路设计，可以得到一个高精度闭环反馈的模拟电池系统，提高了模拟电池输出的稳定性。

以上仅为本实用新型创造的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型创造，凡在本实用新型创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型创造的保护范围之内。