一種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝置的製作方法

2023-04-23 04:47:21 1

專利名稱：一種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝置，屬於電池組 測量技術領域。
背景技術：
目前，電池組廣泛應用於各個領域，對於不同的應用， 一般都需要有相應 的配套設備來保證電池組正常工作。這些設備大多都是通過測量電池組的各種 工作參數，根據這些參數判斷電池組的工作狀態，然後根據應用的要求採取相 應的措施來保證電池組正常使用。對於電池組的各種應用，獲取電池組的工作 參數是這些配套設備正常工作的先決條件。隨著生產與經濟的發展，現實應用 對這些相關設備的性能提出了更高的要求，發展高性能、可在線、高精度、實 時性強、壽命長、低成本的電池組測量系統是電池應技術發展的必然要求。
在電池組工作時一般認為需要測量以下參數電壓、溫度、電流。對於溫 度、電流以及整體電池組電壓的測量都屬常規測量，相應的測量方法和技術都 己趨於成熟，自動化程度較高。通過自動設備測量獨立的單節電池的電壓的方 法是非常簡單的，但如何通過自動設備實時在線測量串聯在電池組中的每節電 池的電壓依然是尚未完全解決的難題，且現有的技術早已不能滿足時代發展的 需求。為此人們進行了大量的研究工作，但進展卻是非常緩慢。
很多年前就有人採用繼電器來切換電池組中的每節電池來進行測量。這種
方案的缺點是體積大、成本高、壽命短、速度慢，現在已經屬於被淘汰的方法和技術。也有人採用另外一種方法在多路輸入信號的選擇上採用模擬開關 進行選通，在模擬信號的轉換上採用可編程定時器的V/F轉換器。其中在解決
輸入信號電壓高於晶片的最大工作電壓的問題上存在技術難點，且採用V/F轉 換作為A/D轉換器。其缺點是響應速度慢、在小信號範圍內線性度差、精度低 且無成型的技術及產品。對於在線測量單節電池電壓的方法，還有人提出用光 電隔離器件和大電解電容器構成採樣，保持電路來測量蓄電池組中單節電池電 壓。此電路的缺點是在A/D轉換過程中，電容上的電壓能發生變化導致其精 度低，而且電容充放電時間及電晶體和隔離晶片等器件動作延遲等因素導致了 採樣時間長等一些缺點。
在授權公告號為CN201041579Y名為《一種多節電池組單節電池電壓測量》
的實用新型專利中公開了一種多節電池組單節電池電壓測量電路，雖然在一定 程度上解決了電池組中單節電池的測量問題，但其缺點也是顯而易見的由於 電池電壓是通過"近似等於"的方式計算得出，其測量的準確度本就不高；由
於電路是通過電壓-電流-電壓轉換，測量電路並未真正與電池組實現電氣隔
離，實際應用會因運算放大器的工作電壓而受P艮;該電路在測量中留有"死角"。 通過分析電路可以發現在其實施例l中不管電阻Rni與電阻Rn2的阻值為何值， 均無法通過計算得出電池Ban正確的電壓值。同樣在其實施例2中，不管電阻Rii 與電阻Rm2的阻值為何值，均無法通過計算得出電池BAi正確的電壓值。
在國外，許多公司研發了多種獨立電池測量模塊，通過為每節電池配備一 套測量模塊來測量電池的參數，然後再通過光電隔離器件把參數傳輸到智能設 備處理，為此還專門運用了計算機通訊的總線技術。其缺點也是顯而易見的， 主要是1、技術上過於複雜。複雜化的設計往往給系統帶來諸多不穩定的因素，造 成測量系統可靠性低下；
2、應用針對性強，每種電池測量模塊往往是針對某個具體應用而設計，通用 性較差，需要為不同的應用不斷開發不同類型的測量模塊；
3、 對電池適用性差。電池類型適用性差，現有的模塊大多都是針對鋰電 的，不能運用到其他類型的電池上；參數適用性差，為了適應對於不同廠家、 不同批次的電池在參數有著細微的差別，往往需要向廠家定製測量模塊；
4、 開發周期長；
5、 技術以及工藝上有待成熟，測量模塊的可靠性有待提高。個別測量模塊 先於電池損壞將影響了整個電池組的使用；
6、 成本昂貴。
實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種能解決上述技術問題的在線轉換電池組中 每節電池電壓的裝置。
在由多節電池串聯而成的電池組中，本實用新型由與每節電池連接的電路 組成，與每節電池連接的每一電路其結構均相同；與每節電池連接的每一電路 均包括轉換光耦、開關光耦、穩壓電源、電阻Rt、電阻Ra和電阻R，所述的 電池與電阻Rt、轉換光耦中的發光二極體、開關光耦中的電晶體分別形成各 自迴路；開關光耦中的發光二極體通過電阻Ra與輸出穩定的電壓的穩壓電源 的輸出端分別形成各自迴路；轉換光耦中電晶體通過電阻R與穩壓電源的輸出 端分別形成各自迴路。
本實用新型的另外一種實施方案是，在由多節電池串聯而成的電池組中，本實用新型由與每節電池連接的電路組成，與每節電池連接的每一 電路結構均
相同；與每節電池連接的每一電路均包括轉換光耦、開關光耦、穩壓電源、電 阻Rt、電阻Ra和電阻R，所述的電池與電阻Rt、轉換光耦中的發光二極體、 開關光耦中的電晶體分別形成各自迴路；開關光耦中的發光二極體通過電阻 Ra與輸出穩定的電壓的穩壓電源的輸出端形成迴路；轉換光耦中電晶體通過 電阻R與穩壓電源的輸出端分別形成各自迴路。
本實用新型的優點在於能夠為在線測量電池組中每節電池的電壓提供實 時轉換，具有轉換精度高、性能穩定可靠、應用範圍廣、結構簡單、耗電量低、 成本低、壽命長、可擴充性能好等優點，且很容易批量製造和調試，有較強的 實用價值。


圖1是本實用新型所述的一種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝置的 電路原理圖2是本實用新型所述的一種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝置的 另外一種實施例的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細的介紹。 如圖1所示，本實用新型的測量對象為由Bl、 B2、……、Bn節電池串聯而 成的電池組，其中n為電池組中電池的節數(以下含義同)，本實用新型由與 每節電池連接的電路組成，與每節電池連接的每一電路結構均相同；以連接電 池Bi的電路為例，本實用新型由轉換光耦Oi、開關光耦Sl、穩壓電源W、電 阻Ra、電阻Ri、電阻Rti組成；所述的電池Bi與電阻Rti、轉換光耦0i中的發光二極體、開關光耦Sl中的電晶體形成迴路Hl;開關光耦Sl中的發光二極
管通過電阻Ra與穩壓電源W的輸出端形成迴路；轉換光耦0i中電晶體通過電 阻Ri與穩壓電源W的輸出端形成迴路；與電池組中的其它電池B2、……、Bn 連接的電路和與電池Bi連接的電路的連接方式、電路結構及所用元器件均相同。
本實用新型的另外一種實施例如圖2所示，本實用新型的測量對象為由電 池Bi、 B2、……、Bn串聯而成的電池組(其中n為電池組中電池的節數，以下 含義同)，本實用新型由與每節電池連接的電路組成，與每節電池連接的每一 電路結構均相同；以連接電池Bi的電路為例，本實用新型由轉換光耦Oi、開 關光耦Si、穩壓電源W、電阻Ra、電阻Ri、電阻Rti組成；所述的電池Bi與 電阻Rti、轉換光耦Ol中的發光二極體、開關光耦Sl中的電晶體形成迴路Hl; 開關光耦Si、 S2、……、Sn中的發光二極體通過電阻Ra與穩壓電源W的輸出 端形成迴路；轉換光耦0i中電晶體通過電阻Rl與穩壓電源W的輸出端形成回 路；與電池組中的其它電池B2、……、Bn連接的電路和與電池Bi連接的電路 的連接方式、電路結構及所用元器件均相同。
所述的轉換光耦Oi和開關光耦Si中的電晶體是雙極性電晶體(BJT)或 場效應電晶體(FET)之一；
所述的轉換光耦0i和開關光耦Si可以是二極體型光耦；
所述的開關光耦Si可以是晶閘型光耦。
本實用新型的工作原理是當穩壓電源開始工作時，為開關光耦Sl中發光 二極體供電，開關光耦Sl中電晶體導通，迴路Hi中出現大小為Li的電流。電 流Li的大小與電池的輸出電壓Vl的大小呈現一一對應的映射關係。Ri、轉換光耦Oi中電晶體和穩壓電源W輸出端連接形成迴路，轉換光耦0i中 電晶體與Rn形成的分壓電路所得電壓Ui與轉換光耦(h中電晶體的導通狀況呈 現一一對應的映射關係。
對於轉換光耦0i而言，其傳輸係數gi是穩定的，其電晶體的導通狀況取決 於流經其發光二級管的電流大小，即Li的大小與Ui的大小呈現一一對應的映射 關係，也即Vi的大小與Ui的大小呈現一一對應的映射關係。經過轉換後，可以 通過常規的測量方法測量Ui,經過對應換算就能得到電池Bi的實際電壓Vi。同 理可以得到電池B2、……、Bn的實際電壓V2、……、Vn
由於電池電壓與電平之間存在一一對應的關係，且均為模擬量。經過轉換 後依然可以保持很好的精度。所以測量精度主要取決於裝換後用於測量Ui、 U2、……、Un的測量電路的精度。對測出的Ui、 U2、……、Un只要根據對應的 關係進行換算就能保證Vi、 V2、……、Vn有很好的準確度。由於光耦的穩定性 較好，所以能很好的滿足測量對精確度和準確度的要求。
本實用新型利用了隔離極限在數千伏以上的光耦作為電壓-電平器件，在解 決了電器隔離的問題的同時也消除了被測量對象之間的電位差。由於目前光耦 的製造工藝非常成熟，其平均壽命以及穩定性遠遠優於電池壽命；由於光耦的 工作頻率從幾十kHz到數MHz，因而可以適應高速測量的需求，實時性非常好。
本實用新型可應用於不同類型電池組的電平轉換，不僅適用鋰電池，也適 用於鉛酸蓄電池，還適用於電池電壓較低的鎳鎘和鎳氫等鎳系列電池組上，因 而極大的拓展了可適用電池的類型，具有廣泛的適應性。
本實用新型不限於上述實施例，對於本領域技術人員來說，對本實用新型 的上述實施例所做出的任何改進或變更都不會超出僅以舉例的方式示出的本實用新型的實施例和所附權利要求的保護範圍,
權利要求1.一種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝置，其特徵在於包括與由B1、B2、……、Bn節電池串聯組成的電池組中每節電池連接的電路組，所述每節電池連接的每一電路其結構均相同；連接電池B1的電路由轉換光耦O1、開關光耦S1、穩壓電源W、電阻Ra、電阻R1、電阻Rt1組成；所述的電池B1與電阻Rt1、轉換光耦O1中的發光二極體、開關光耦S1中的電晶體分別形成各自迴路；開關光耦S1中的發光二極體通過電阻Ra與穩壓電源W的輸出端分別形成各自迴路；轉換光耦O1中電晶體通過電阻R1與穩壓電源W的輸出端分別形成各自迴路；其中所述電池組中的其它電池B2、……、Bn連接的電路和與電池B1連接的電路的連接方式、電路結構及所用元器件均相同。
2. 如權利要求1所述的一種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝置， 其特徵在於所述的轉換光耦Oi和開關光耦Si中的電晶體是雙極性晶 體管或場效應電晶體之一。
3. 如權利要求1所述的一種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝置， 所述的轉換光耦0i和開關光耦Si是二極體型光耦。
4. 如權利要求1所述的一種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝 置，其特徵在於所述的開關光耦Sl是晶閘型光耦。
5. —種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝置，其特徵在於包括與由Bi、 B2、……、Bn節電池串聯組成的電池組中每節電池連接的電 路組成，所述每節電池連接的每一電路其結構均相同；連接電池Bi的 電路由轉換光耦Oi、開關光耦Si、穩壓電源W、電阻Ra、電阻Ri、電 阻Rti組成；所述的電池Bi與電阻Rti、轉換光耦Oi中的發光二極體、開關光耦Sl中的電晶體分別形成各自迴路；開關光耦Sl中的發光二極 管通過電阻Ra與穩壓電源W的輸出端形成迴路；轉換光耦01中電晶體通過電阻Rl與穩壓電源W的輸出端分別形成各自迴路；所述電池組中的B2、……、Bn節電池連接的電路和與電池Bl連接的電路的連接方式、電路結構及所用元器件均相同。
6.如權利要求5所述的一種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝 置，其特徵在於所述的轉換光耦Ol和開關光耦Sl中的電晶體是雙極 性電晶體或場效應電晶體之一。
7. 如權利要求5所述的一種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝置， 所述的轉換光耦Oi和開關光耦Si是二極體型光耦。
8. 如權利要求5所述的一種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝 置，其特徵在於所述的開關光耦Sl是晶閘型光耦。
專利摘要本實用新型公開了一種在線轉換電池組中每節電池電壓的裝置，其由與每節電池連接的有著相同結構的電路組成，每個與電池連接的電路均包括轉換光耦、開關光耦、穩壓電源、電阻Rt、電阻Ra和電阻R，所述的電池與電阻Rt、轉換光耦中的發光二極體、開關光耦中的電晶體分別形成各自迴路；開關光耦中的發光二極體通過電阻Ra與穩壓電源的輸出端分別形成各自迴路；轉換光耦中電晶體通過電阻R與穩壓電源的輸出端分別形成各自迴路；本實用新型的另外一種實施方案是開關光耦中的發光二極體通過電阻Ra與穩壓電源的輸出端形成迴路；本實用新型的優點在於轉換精度高、性能穩定可靠、實時性強、耗電量低、壽命長等優點，有較強的實用價值。
文檔編號G01R31/36GK201311482SQ20082012427
公開日2009年9月16日 申請日期2008年12月9日 優先權日2008年12月9日
發明者鵬 李 申請人:鵬 李