一種電池電壓採集校準電路的製作方法

2023-08-09 19:01:36 1

本發明涉及電池管理技術領域，尤其涉及一種應用於電池管理單元的電池電壓採集校準電路。

背景技術：

隨著人類對環境保護意識的提高，新能源技術得到廣泛應用。其中儲能技術及新能源電動汽車得到飛速發展，在儲能產品及電動汽車的核心是電池，而電池的核心在電池管理系統（BMS）。電池管理系統（BMS）作為實時監控、自動均衡、智能充放電的電子部件，起到保障安全、延長壽命、估算剩餘電量等重要功能，是動力和儲能電池組中不可或缺的重要部件。而在電池管理系統中，電芯電壓採集是重中之重。而直接採用片內集成或外置ADC進行採集，因元件差異性，會導致採集不準確。需要對電壓採集進行校準。

目前均衡電壓採集有兩种放式，一種是運用高精度模擬前端晶片進行採集，雖然運用了高精度ADC，但依然受外界電路元件參數差異影響，此種方案未經校準，精度不能保證，同時，高精度模擬前端成本過高。另一種方式是採用MCU內置ADC進行採樣，需要外接採樣調理電路。此種方式如果不進行採集校準，則採樣誤差偏大。目前市場上有模擬電池出售，不過其價格不菲，而當大批量生產電池管理單元時，需要大量的設備去校準測試，這會將產品成本提高數倍。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種結構簡單、成本低自動化程度高的電池電壓採集校準電路。

本發明所採用的技術方案是：一種電池電壓採集校準電路，其包括電池電壓採集模塊，其還包括MCU、多路基準電壓產生電路、恆流源電路以及電壓跟隨電路，所述MCU的輸出端與多路基準電壓產生電路的輸入端連接，所述多路基準電壓產生電路可產生多路高精度基準電壓，所述MCU可控制多路高精度基準電壓產生電路輸出多種高精度基準電壓；所述多路基準電壓採集電路的輸出端依次通過恆流源電路以及電壓跟隨電路與所述電池電壓採集模塊連接以供其採集基準電壓；所述MCU與電池電壓採集模塊通過電性連接進行通信。

進一步，所述多路基準電壓產生電壓電路包括電壓基準晶片、第一分壓電阻、第二分壓電阻、第三分壓電阻以及模擬開關，所述電壓基準晶片可輸出3路基準電壓，所述3路基準電壓分別通過第一分壓電阻、第二分壓電阻、第三分壓電阻與所述模擬開關的輸入端連接，所述模擬開關的輸出端與所述恆流源電路的輸入端連接。

進一步，所述第一分壓電阻、第二分壓電阻、第三分壓電阻均為高精度黑電阻。

進一步，所述恆流源電路包括比例積分電路、反饋電路以及分壓電路，所述多路基準電壓產生電壓電路的輸出端依次連接比例積分電路、反饋電路以及分壓電路，所述分壓電路的輸出端與所述電壓跟隨電路的輸入端連接。

進一步，所述比例積分電路包括第一運算放大器、第一電容以及第四電阻，所述第一運算放大器的正向輸入端與所述多路基準電壓產生電路的輸出端連接，其反向輸入端依次通過第一電容以及第四電阻與其輸出端連接。

進一步，所述分壓電路由若干高精度黑電阻組成，通過高精度黑電阻使恆定電流轉換成多路電壓，用以模擬電池電壓。

進一步，所述電壓跟隨電路包括第二運算放大器和滑動變阻器，所述恆流源電路的輸出端通過滑動變阻器與所述第二運算放大器的正向輸入端連接，所述第二運算放大器的反向輸入端與其輸出端連接，其輸出端與所述電池電壓採集模塊的輸入端連接。

本發明的有益效果是：本發明通過MCU控制多路基準電壓產生電路產生多路基準電壓並通過恆流源電路模擬電池電壓供電池電壓採集模塊進行採集；所述MCU與電池電壓採集模塊連接把基準電壓的電壓值傳輸給電池電壓採集模塊，電池電壓採集模塊把採集到的基準電壓的電壓值與MCU傳輸過來的基準電壓值進行對比，計算誤差並進行自動校準，並且通過電壓跟隨電路增加輸出帶載能力，以達到對多節電池電壓進行校準的目的，綜上所述本發明實現了對單體或者多節電池電壓自動化採集校準的目的，同時結構簡單、成本低，具有良好的經濟價值。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明：

圖1是本發明一具體實施例的結構示意圖；

圖2是本發明一具體實施例中多路基準電壓產生電路的電路原理圖；

圖3是本發明一具體實施例中恆流源電路的電路原理圖；

圖4是本發明一具體實施例中電壓跟隨電路的電路原理圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

如圖1所示，一種電池電壓採集校準電路，其包括電池電壓採集模塊，其還包括MCU、多路基準電壓產生電路、恆流源電路以及電壓跟隨電路，所述MCU的輸出端與多路基準電壓產生電路的輸入端連接，所述多路基準電壓產生電路可產生多路高精度基準電壓，所述MCU可控制多路高精度基準電壓產生電路輸出多種高精度基準電壓；所述多路基準電壓採集電路的輸出端依次通過恆流源電路以及電壓跟隨電路與所述電池電壓採集模塊連接以供其採集基準電壓；所述MCU與電池電壓採集模塊通過通連接進行通信。

本發明通過MCU控制多路基準電壓產生電路產生多路基準電壓並通過恆流源電路模擬電池電壓供電池電壓採集模塊進行採集；所述MCU與電池電壓採集模塊連接把基準電壓的電壓值傳輸給電池電壓採集模塊，電池電壓採集模塊把採集到的基準電壓的電壓值與MCU傳輸過來的基準電壓值進行對比，計算誤差並進行自動校準，並且通過電壓跟隨電路增加輸出帶載能力，以達到對多節電池電壓進行校準的目的，綜上所述本發明實現了對單體或者多節電池電壓自動化採集校準的目的，同時結構簡單、成本低，具有良好的經濟價值。

進一步作為優選的實施方式如圖2所示，所述多路基準電壓產生電壓電路包括電壓基準晶片U1、第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2、第三分壓電阻R3以及模擬開關U2，所述電壓基準晶片可輸出3路基準電壓，所述3路基準電壓分別通過第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2、第三分壓電阻R3與所述模擬開關U2的輸入端連接，所述模擬開關U2的輸出端與所述恆流源電路的輸入端連接。

優選的，所述第一分壓電阻、第二分壓電子、第三分壓電阻均為高精度黑電阻，通過分壓電阻分別產生2V，3V，3.6V參考電壓，所述電壓基準晶片U1型號為ADR02，輸入範圍為7~36V，輸出為5V。此處用25V電源輸入，輸出加濾波電容C2，使輸出電壓更穩定。其全溫度範圍輸出誤差不超過±5mV。採用CD4051模擬開關實現電壓基準的選擇。其可通過與MCU處理器連接，可用軟體下發指令實現電壓基準的在2V，3V，3.6V中切換，從而實現自動化校準和測試。

進一步作為為優選的實施方式，所述恆流源電路包括比例積分電路、反饋電路以及分壓電路，所述多路基準電壓產生電壓電路的輸出端依次連接比例積分電路、反饋電路以及分壓電路，所述分壓電路的輸出端與所述電壓跟隨電路的輸入端連接。其運用運算放大器的深度負反饋機制，利用虛短與虛斷實現電流源的設計。所使用的運放為ADA4077-2，該運放為高速運放，具有低偏置電壓，溫度變化對其影響極小，偏置電壓變化為0.25uV/℃，同時具有4MHZ的帶寬。

優選的，如圖3所示，所述比例積分電路包括第一運算放大器U3A、第一電容C8以及第四電阻R17，所述第一運算放大器U3A的正向輸入端與所述多路基準電壓產生電路的輸出端連接，其反向輸入端依次通過第一電容C8以及第四電阻R17與其輸出端連接。

優選的，所述分壓電路由若干高精度黑電阻組成，通過高精度黑電阻使恆定電流轉換成多路電壓，用以模擬電池電壓。

進一步作為優選的實施方式，所述電壓跟隨電路包括第二運算放大器和滑動變阻器，所述恆流源電路的輸出端通過滑動變阻器與所述第二運算放大器的正向輸入端連接，所述第二運算放大器的反向輸入端與其輸出端連接，其輸出端與所述電池電壓採集模塊的輸入端連接。

優選的，如圖4所示，在恆流源之後，本設計在每節電壓輸出處加上了輸出電壓跟隨器，用以增加輸出帶載能力，避免因外部接入電路而影響輸出電壓。同時，為了軟體便於處理，在每節分壓電阻處並聯100K的滑動變阻器，用於電壓微調，以使每節輸出電壓一致，便於軟體統一下發指令，加速校準及檢測過程。同時增加了電壓跟隨器後，其供電改為多電源疊加供電，第13~16節電壓輸出跟隨器的供電電源地接到第12節輸出處。同理，第7~12節輸出跟隨器的供電地接到第6節輸出處。從而實現電壓的正常輸出，增大其帶載能力，保證輸出電壓的精度。

在本實施例中由高精度電壓基準晶片通過黑電阻分壓產生2V，3V，3.6V電壓基準。MCU通過CD4051選擇，默認打開3V基準，隨後恆流源電路開始工作，產生恆定電流，通過高精度黑電阻轉化為電壓，然後通過輸出電壓跟隨電路，接至輸出接口，供電池電壓採集模塊採集。進入校準模式時，先輸出2V，電池電壓採集模塊下發校準指令，先校準小電壓。隨後輸出3.6V，再校準大電壓。校準完成後，進入檢測模式，檢測校準是否成功，電池電壓採集模塊採集是否正常。

綜上所述本發明實現了對單體或者多節電池電壓自動化採集校準的目的，同時結構簡單、成本低，由小功率元件組成，只是用了部分高精度運放及黑電阻，相對模擬電池來說，其成本不到一個普通電池管理單元的價格。具有良好的經濟價值。

以上是對本發明的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造並不限於所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的範圍內。