一种高压锂离子电池组充电控制信号产生电路的制作方法

一种高压锂离子电池组充电控制信号产生电路。

本发明属于航天飞行器电源系统充电控制技术领域，尤其涉及一种高压锂离子电池组充电控制信号产生电路。

背景技术：

锂离子电池具有比能量高、循环寿命长、自放电率低等优点，是较为理想的二次电源，目前已作为航天领域的主流电源使用。单节锂离子电池单体无法满足低轨航天器高电压、高容量需求，一般都是通过电池单体的串联组合使用。对于高压锂离子电池来说，电池过充或欠充不仅影响电池的使用寿命，导致电池过早失效，甚至危及航天器供电安全，而电池的启充和停充是通过充电控制信号实现的。因此，为延长锂离子电池在轨循环使用寿命，避免电池过充或欠充风险，必须保证充电控制信号的稳定性和可靠性。

传统通过硬件方式实现的充电控制信号产生电路，如图1所示，对电池组电压进行采集后与参考电压进行比较，当电池组电压大于(小于)参考电压时，输出相应充电控制信号至后续电路中，经过后级驱动控制电路实现电池组的停充(启充)。

由于电池单体中内阻的存在，电池组的内阻随着串联单体数量增加而增大。当电池停止充电时，电池组电压会因为内阻的存在而减小，电池组开始充电时，电池组电压会因为内阻的存在而上升。因此，传统电路虽然具有结构简单、易实现等优点，但是该电路存在仅适用于中低压电池的充电控制、易引起充电控制信号反复变化和振荡的弊端。

因此，设计出适用于高压锂离子电池组的充电控制信号产生电路，保证充电控制信号的可靠性和稳定性是目前亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是使充电控制信号产生电路适应高压锂离子电池组采样需求，提高电路的可靠性和稳定性。

为此，本发明的目的在于提出一种高压锂离子电池组充电控制信号产生电路。包括适用于高压锂离子电池组电压采集的电路和充电控制信号产生电路。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

电压采集电路，所述电压采集电路包括分压电路、第一输入滤波电路和仪用运算放大电路；

作为所述充电控制信号产生电路的输入信号源，所述输入信号源正端通过两串联的电阻与仪用运算放大电路同相端相连；所述输入信号源负端与仪用运算放大电路反相端相连；所述仪用运算放大电路同相输入端和反相输入端通过两并联的分压电阻相连；所述第一输入滤波电路两端分别与所述仪用运算放大电路同相输入端和反相输入端相连；

比较电路，所述比较电路包括第一限流电路、第二输入滤波电路、正反馈电路、电压比较器和上拉电路；

作为所述比较电路的输入源，所述第一限流电路一端与仪用运算放大电路输出端相连；所述第一限流电路另一端与电压比较器同相输入端相连；所述第二输入滤波电路通过两串联的电容分别于所述电压比较电路同相输入端和反相输入端相连；所述电压比较电路同相输入端通过所述正反馈电路与所述电压比较电路输出端相连构成正反馈；所述电压比较电路输出端与所述上拉电路相连；

电压基准电路，所述电压基准电路包括第二限流电路、稳压电路和基准产生电路；所述稳压电路包括稳压二极管和第三限流电路和电源+12v；所述基准产生电路包括分压调试电阻和分压电阻；

所述第二限流电路一端与所述电压比较器反相输入端相连；所述第二限流电路另一端与所述分压电阻相连；所述分压电阻另一端与电源地相连；所述稳压二极管阳极与电源地相连；所述稳压二极管阴极通过所述第三限流电路与所述电源+12v相连；所述分压调试电阻与所述分压电阻相连；所述分压调试电阻与所述稳压二极管阴极相连；

本发明的技术方案适用于高压锂离子电池组电压采集，可以提高充电控制信号产生电路的可靠性和稳定性。

附图说明

附图1为传统技术中充电控制信号产生电路图；

附图2为本发明实施例提供的高压锂离子电池组充电控制信号产生电路图。

图1中：电池组电压+为电池组电压输入正；电池组电压-为电池组电压输入负；r1、r2和r5为分压电阻；r3、r4和r6为限流电阻；*r5和*r6为稳压电路中分压调试电阻；vref为基准参考电压；d1为稳压二极管；n2为电压比较器；r7为上拉电阻；uo为输出的充电控制信号；

图2中：电池组电压+为电池组电压输入正；电池组电压-为电池组电压输入负；*r1和*r2为采集电路中分压调试电阻；c1～c4为电容；r1、r2和r5为分压电阻；n1为仪用运算放大器ad620；r3、r4和r6为限流电阻；*r5和*r6为分压调试电阻；vref为基准参考电压；d1为稳压二极管1n829；n2为电压比较器；r7为上拉电阻；*r3和*r4为正反馈调试电阻；uo为输出的充电控制信号。

具体实施方式

本发明要解决的是针对传统充电控制信号产生电路不适用高压电池、信号稳定性差和可靠性低问题，鉴于上述问题本发明的技术方案提出了一种高压锂离子电池组充电控制信号产生电路。本发明的技术方案在高压采集电路中引入两串联的分压调试电阻和高精度仪用运算放大器，通过在仪用运算放大器输入端引入两并联分压电阻和两串联滤波电容方式实现高压电池组电压的高精度采集；在电压比较电路中引入正反馈，同时在电压比较电路输入端引入两串联滤波电容，提高电路的抗干扰能力，能有效解决充电控制信号稳定性差、易振荡问题。

下面结合附图2对本发明的技术方案进行详细说明：

电压采集电路，所述电压采集电路包括分压电路(含分压调试电阻*r1、*r2和分压电阻r1、r2)、第一输入滤波电路(含电容c1、c2)和仪用运算放大电路n1；

作为所述充电控制信号产生电路的输入信号源，所述电池组电压正端与所述分压电路(*r1与*r2串联)一端相连；所述电池组电压负端与所述仪用运算放大电路n1反相端相连；所述分压电路(*r1与*r2串联)另一端与所述仪用运算放大电路n1同相端相连；所述第一输入滤波电路中电容c1与电容c2串联；所述电容c1与所述仪用运算放大电路n1同相端相连；所述电容c2与所述仪用运算放大电路n1反相端相连；所述分压电路中电阻r1与电阻r2并联后分别于所述仪用运算放大电路n1同相端和反相端相连；所述电压采集电路通过调节所述分压调试电阻*r1和*r2阻值以分压的方式实现高压锂离子电池组电压的高精度采集；

比较电路，所述比较电路包括第一限流电路r3、第二输入滤波电路(含电容c3、c4)、正反馈电路(含电阻*r3、*r4)、电压比较器n2和上拉电路(含上拉电阻r7和上拉电源+5v)；

作为所述比较电路的输入源，所述仪用运算放大电路输出端与所述第一限流电路r3一端相连；所述第一限流电路r3另一端与所述电压比较器n2同相输入端相连；所述第二输入滤波电路中电容c3与电容c4串联；所述电容c3与所述电压比较器n2反相输入端相连；所述电容c4与所述电压比较器n2同相输入端相连；所述正反馈电路中电阻*r3与电阻*r4串联；所述电阻*r3与所述电压比较器n2同相输入端相连；所述电阻*r4与所述电压比较器n2输出端相连；所述电压比较器n2输出端通过上拉电阻r7与上拉电源+5v相连；所述比较电路将输入的电池组电压模拟信号转换为0v和5v的数字信号；

电压基准电路，所述电压基准电路包括第二限流电路r4、稳压电路(含稳压二极管d1、第三限流电阻r6和电源+12v)和基准产生电路(含分压调试电阻*r5、*r6和分压电阻r5)；

所述第二限流电路r4一端与所述电压比较器n2反相输入端相连；所述第二限流电路r4另一端与所述分压电阻r5相连；所述分压电阻r5另一端与电源地相连；所述稳压二极管d1阳极与电源地相连；所述稳压二极管d1阴极通过所述第三限流电阻r6与所述电源+12v相连；所述分压调试电阻*r5与所述分压调试电阻*r6串联；所述分压调试电阻*r5与所述分压电阻r5相连；所述分压调试电阻*r6与所述稳压二极管d1阴极相连；所述电压基准电路通过调节所述分压调试电阻*r5和*r6的阻值产生基准参考电压vref；

根据以上叙述，本发明的技术方案提供的高压锂离子电池充电控制信号产生电路中，通过电阻分压方式将电池组电压分压为0v～5v的低压信号，然后差分送给仪用运算放大器，以1：1比例输出给比较电路；通过调节分压调试电阻*r5、*r6和正反馈调试电阻*r3、*r4的阻值，得到比较电路上下门限阈值ut2、ut1，当电池组电压采集低压输出信号大于ut2时，电压比较器输出电压由0v低电平翻转为5v高电平，当电池组电压采集低压输出信号小于ut1时，电压比较器输出电压由5v高电平翻转为0v低电平，当电池组电压采集低压输出信号在ut1～ut2范围内时，输出信号保持不变。

从以上描述可知，本发明的技术方案提供的高压锂离子电池充电控制信号产生电路具有以下几方面的优点：

1)高压采集电路中引入两串联的分压调试电阻，分压比例柔性可调；

2)仪用运算放大器输入端引入两并联分压电阻和两串联滤波电容，能有效避免电阻或电容故障时高压引入仪用运算放大器，可有效保护后级电路，使该采样电路适应高压锂离子电池采样需求，同时滤波电容的引入能有效吸收输入端电压波动，提高电池组电压采样精度；

3)电压比较器输入端引入两串联的滤波电容，能有效抵消寄生杂散电容的影响，提高电路的抗干扰能力；

4)比较电路中引入正反馈形成迟滞电压比较器，能有效避免充电控制信号反复变化与振荡，更能适应航天系统的高可靠性要求；

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，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、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。