基於飛渡電容的電壓巡迴檢測電路及方法
2023-11-10 02:35:22 3
基於飛渡電容的電壓巡迴檢測電路及方法
【專利摘要】一種基於飛渡電容的電壓巡迴檢測電路及方法，包括前後依次連接的採樣繼電器組、前置調理電路、飛渡電容、後置調理電路、跟隨器、AD轉換器及控制器；採樣繼電器組實現分時採樣對不同電池模塊的通斷，前置調理電路用於限流、分壓與濾波，飛渡電容通過電容前繼電器接收前置調理電路的電壓信號，用於信號的採樣保持，後置調理電路和跟隨器接收飛渡電容上的電壓信號，用於調整信號幅值、減小信號內阻和防止失真，控制器包括單片機與解碼器，單片機處理AD轉換器的信號後得到電池模塊的採樣電壓，並且控制採樣繼電器組、前置調理電路和後置調理電路的通斷，實現採樣期間只有被測電池模塊被選通，並輪流對各電池模塊採樣電壓以完成巡迴檢測。本發明具有測量精度高、抗幹擾性強的優點。
【專利說明】基於飛渡電容的電壓巡迴檢測電路及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及動力電池管理系統的電壓檢測裝置，特別涉及一種用於混合動力汽車動力電池模塊的基於飛渡電容的電壓巡迴檢測電路及方法，屬於新能源汽車【技術領域】。
【背景技術】
[0002]動力電池是電動汽車的關鍵部件，其性能直接影響到整車的性能。電池的電壓能夠直接體現電池的狀況，而且電池電壓的測量影響到剩餘電量SOC的估算等。為保證動力電池能夠安全穩定的運行，必須對電池的模塊或單體電壓進行實時準確的檢測。
[0003]目前電池模塊電壓測量的方法主要有:
[0004](I)採用電阻分壓方式測量；該方法測量精度低，且存在較大的能耗，不能實現電壓之間、電壓與電流信號的隔離。
[0005](2)繼電器陣列及共享A/D的巡迴採樣；該方法需要大量的繼電器，成本高，且信號的隔離效果差。
[0006](3)差模電壓法；該方法存在漏電流和電阻匹配的問題。
[0007](4)專用採樣晶片；該類晶片都是針對鋰離子電池組而設計的低單體電壓的集成採樣電路，其存在著微漏電、電氣隔離差、成本高、每一路採樣電壓低等問題，不適合模塊化電池組的應用場合。
【發明內容】
[0008]本發明所要解決的技術問題是，針對上述現有技術的不足，在滿足測量精度的條件下，提供一種新型的基於飛渡電容的電壓巡迴檢測電路以及使用該電路進行檢測的方法，以實現信號之間的電氣隔離，提高測量精度和抗幹擾程度。
[0009]本發明所採用的技術方案是:
[0010]一種基於飛渡電容的電壓巡迴檢測電路，用於汽車動力電池模塊，包括:
[0011]採樣繼電器組，輸入端通過限流電阻與所述電池模塊相連，輸出端分別連接兩條母線以實現分時採樣對不同電池模塊的通斷；
[0012]前置調理電路，輸入端通過所述兩條母線與所述採樣繼電器組相連，用於限流、分壓與濾波；
[0013]飛渡電容，用於電壓信號的採樣保持，通過電容前繼電器與所述前置調理電路的輸出端相連並接收來自該前置調理電路的電壓信號；
[0014]前後依次相連的後置調理電路和跟隨器，用於調整電壓信號幅值、減小信號的內在阻抗和防止信號失真，該後置調理電路通過電容後繼電器與所述飛渡電容連接並接收該飛渡電容上的電壓信號；
[0015]AD轉換器，輸入端連接所述跟隨器並將該跟隨器輸出的模擬信號轉換為數位訊號;
[0016]控制器，由相互連接的單片機與解碼器組成，其中，解碼器連接所述採樣繼電器組，單片機連接所述AD轉換器並接收該AD轉換器的數位訊號，經處理後得到被測電池模塊的採樣電壓；單片機還連接所述前置調理電路和後置調理電路並通過I/O 口的輸出直接控制該前置調理電路和後置調理電路的通斷，同時單片機通過解碼器控制採樣繼電器組實現在被測電池模塊的電壓採樣期間，只有該被測電池模塊與所述母線相連，並且實現輪流對各電池模塊電壓的採樣以完成所述汽車動力電池模塊電壓的巡迴檢測。
[0017]作為進一步改進，所述的單片機直接連接所述跟隨器，並且在單片機內部完成該跟隨器輸出模擬信號的數位化。
[0018]作為進一步改進，所述的採樣繼電器組、電容前繼電器和電容後繼電器均選用光電率禹合繼電器。
[0019]作為進一步改進，所述的飛渡電容是一種自放電極低的無極性電容。
[0020]本發明的另一技術方案如下:
[0021]一種採用上述檢測電路實施的電壓巡迴檢測方法，其包括以下步驟:
[0022]I)所述單片機通過解碼器控制所述採樣繼電器組，確保在同一時刻採樣繼電器組只選通唯一的被測電池模塊；
[0023]2)所述單片機控制所述電容前繼電器閉合，讓選通的被測電池模塊給所述飛渡電容充電，待充電穩定後斷開所述電容前繼電器和採樣繼電器組；
[0024]3)所述單片機控制所述電容後繼電器閉合，使所述飛渡電容上的電壓信號經過濾波、高阻放大通過所述AD轉換器輸出到所述單片機，該單片機得到該被測電池模塊的採樣電壓；
[0025]4)所述單片機控制斷開電容後繼電器，使所述採樣繼電器組選通下一需採樣的電池模塊，重複以上步驟I)至3)，直至實現所有電壓模塊的電壓的巡迴檢測。
[0026]本發明的工作原理:
[0027]由單片機通過解碼器控制閉合唯一的一路採樣繼電器，其他的採樣繼電器斷開，從而對其中唯一的被測電池模塊或電池單體進行電壓採樣；電壓信號經過一定的調理後，單片機控制飛渡電容的前繼電器閉合，使飛渡電容充電；充電進入穩定狀態後，電容前繼電器斷開，然後電容後繼電器閉合，飛渡電容上的電壓信號經過後置調理電路和跟隨器的處理後，進入AD轉換器，由單片機接收，或直接由單片機內AD完成數位化，至此一個模塊電壓的採樣結束；單片機重複上述步驟，通過控制繼電器的通斷進行其他電池模塊電壓的採樣，在極短的時間內完成所有電池模塊的電壓採集。
[0028]本發明與現有技術相比，採用了飛渡電容與繼電器相結合，由單片機自動控制，實現了信號之間徹底的電氣隔離，增強了抗幹擾性；由於動力電池模塊電壓的測量精度比總壓測量的要求低，無需進行同步測量，因此本發明採用了由控制器控制的採樣繼電器組對不同電池模塊進行分時採樣，避免了同步測量時所有開關同時閉合，使測量端存在上百伏的電壓，導致繼電器等的擊穿危險。本發明具有結構簡單、成本低廉、測量精度高並且安全可靠的優點，便於大規模生產，能夠用於在短時間內完成對所有汽車動力電池模塊電壓的巡迴檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明的結構及原理示意圖。[0030]圖2為各繼電器開關的時序圖。
【具體實施方式】
[0031]為了更好地說明此發明，下面結合具體實施例和附圖對本發明的技術方案作進一步的介紹和說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。
[0032]請參閱圖1，本發明所述的基於飛渡電容的電壓巡迴檢測電路用於汽車動力電池模塊，包括限流電阻、採樣繼電器組、母線a和母線b、前置調理電路、電容前繼電器、飛渡電容、電容後繼電器、後置調理電路、跟隨器、AD轉換器及控制器。
[0033]所述限流電阻由電阻Rl、R2、R3和R4組成，其前端與所測電池模塊正負極相連，後端連接所述採樣繼電器組的輸入端。
[0034]所述採樣繼電器組由光電耦合繼電器S1、S2、S3和S4組成，各繼電器的通斷受所述解碼器的控制；所述兩個母線，母線a和母線b連接於該採樣繼電器組的輸出端，實現分時採樣對不同電池模塊的通斷。
[0035]所述前置調理電路起到限流、分壓及濾波的作用，其輸入端通過所述兩條母線與所述採樣繼電器組相連，兩母線上的電壓信號經過前置調理電路的處理後電壓符合採樣電路要求。所述電容前繼電器連接於所述前置調理電路之後。
[0036]所述飛渡電容C是一種自放電極低的無極性電容，為電壓保持電容，用於電壓信號的採樣保持，其通過電容前繼電器與所述前置調理電路的輸出端相連並接收來自該前置調理電路的電壓信號。
[0037]所述後置調理電路和跟隨器前後依次相連，所述後置調理電路通過電容後繼電器與所述飛渡電容C連接並接收該飛渡電容C上的電壓信號，所述跟隨器為放大器，與所述後置調理電路共同起到調整電壓信號幅值、減小信號的內在阻抗和防止信號失真的作用，其經過有源濾波的電壓信號進入所述AD轉換器。
[0038]所述電容前繼電器和電容後繼電器均選用光電耦合繼電器；所述電容前繼電器由開關Kl和K2組成，所述電容前繼電器由開關K3和K4組成。
[0039]所述電容前繼電器閉合後，所述飛渡電容C充電，母線上的電壓信號轉移到飛渡電容C上。充電穩定後，電容前繼電器斷開，且所述電容後繼電器閉合，飛渡電容C上的電壓信號繼續向後轉移。
[0040]所述AD轉換器的輸入端連接所述跟隨器，接收來自該跟隨器的模擬信號，並將該模擬信號轉換為數位訊號。
[0041]所述控制器由相互連接的單片機與解碼器組成；其中，單片機連接所述AD轉換器並接收該AD轉換器的數位訊號，經處理後得到被測電池模塊的採樣電壓；解碼器連接所述採樣繼電器組，單片機連接所述前置調理電路和後置調理電路，單片機通過I/O 口引腳的電平高低輸出直接控制該前置調理電路和後置調理電路的開關通斷；同時單片機通過解碼器控制採樣繼電器組實現在被測電池模塊的電壓採樣期間，只有該被測電池模塊與所述母線相連，並且實現輪流對各電池模塊電壓的採樣，以完成所述汽車動力電池模塊電壓的巡迴檢測。
[0042]所述的單片機也可以直接連接所述跟隨器，並且在單片機內的AD部完成該跟隨器輸出模擬信號的數位化。[0043]下面結合【專利附圖】
【附圖說明】採用上述檢測電路實施的電壓巡迴檢測方法的具體步驟，請參閱圖2各繼電器開關的時序圖，圖中高電平時，開關閉合，低電平時，開關斷開。
[0044]所述電壓巡迴檢測方法包括以下步驟:
[0045]I)所述單片機通過解碼器控制所述採樣繼電器組，確保在同一時刻採樣繼電器組只選通唯一的被測電池模塊；首先對被測電池模塊Vl進行電壓採集，單片機控制採樣繼電器組的S1、S2同時閉合，其他的採樣繼電器S3、S4斷開。
[0046]2)然後，所述單片機控制所述電容前繼電器的K1、K2閉合，讓選通的被測電池模塊開始給所述飛渡電容C充電，Vc逐漸增大，充電達到穩定後(τ為電容充電時間)，飛渡電容C上的電壓為經過調理後的電壓信號，然後斷開所述電容前繼電器Κ1、Κ2和採樣繼電器組S1、S2。
[0047]3)所述單片機控制所述電容後繼電器K3、K4同時閉合，使所述飛渡電容C上的電壓信號經過後置調理電路及跟隨器的濾波、高阻放大處理後，通過所述AD轉換器輸出到所述單片機，該單片機經過一定的處理得到該被測電池模塊Vl的採樣電壓，到tl時，電池模塊Vl採樣結束。
[0048]4) tl之後，所述單片機控制斷開電容後繼電器K3、K4，重複以上步驟I)至3)，使所述採樣繼電器組選通下一需採樣的電池模塊，進行電池模塊V2的電壓採樣；首先採樣繼電器組的S2、S3同時閉合，然後電容前繼電器的Kl、K2閉合，V2電壓經過調理後給飛渡電容C充電，充電達到穩定後，S2、S3及K1、K2斷開，Κ3、Κ4同時閉合，飛渡電容C上的電壓信號，經過處理後通過AD轉換器進入單片機，到t2時刻，V2採樣結束。如此循環，直至實現所有電壓模塊的電壓的巡迴檢測。
【權利要求】
1.一種基於飛渡電容的電壓巡迴檢測電路，用於汽車動力電池模塊，其特徵在於:所述檢測電路包括: 採樣繼電器組，輸入端通過限流電阻與所述電池模塊相連，輸出端分別連接兩條母線以實現分時採樣對不同電池模塊的通斷； 前置調理電路，輸入端通過所述兩條母線與所述採樣繼電器組相連，用於限流、分壓與濾波； 飛渡電容，用於電壓信號的採樣保持，通過電容前繼電器與所述前置調理電路的輸出端相連並接收來自該前置調理電路的電壓信號； 前後依次相連的後置調理電路和跟隨器，用於調整電壓信號幅值、減小信號的內在阻抗和防止信號失真，該後置調理電路通過電容後繼電器與所述飛渡電容連接並接收該飛渡電容上的電壓信號； AD轉換器，輸入端連接所述跟隨器並將該跟隨器輸出的模擬信號轉換為數位訊號； 控制器，由相互連接的單片機與解碼器組成，其中，解碼器連接所述採樣繼電器組，單片機連接所述AD轉換器並接收該AD轉換器的數位訊號，經處理後得到被測電池模塊的採樣電壓；單片機還連接所述前置調理電路和後置調理電路並通過I/O 口的輸出直接控制該前置調理電路和後置調理電路的通斷，同時單片機通過解碼器控制採樣繼電器組實現在被測電池模塊的電壓採樣期間，只有該被測電池模塊與所述母線相連，並且實現輪流對各電池模塊電壓的採樣以完成所述汽車動力電池模塊電壓的巡迴檢測。
2.根據權利要求1所述的基於飛渡電容的電壓巡迴檢測電路，其特徵在於:所述的單片機直接連接所述跟隨器，並且在單片機內部完成該跟隨器輸出模擬信號的數位化。
3.根據權利要求1所述的基於飛渡電容的電壓巡迴檢測電路，其特徵在於:所述的採樣繼電器組、電容前繼電器和電容後繼電器均選用光電耦合繼電器。
4.根據權利要求1所述的基於飛渡電容的電壓巡迴檢測電路，其特徵在於:所述的飛渡電容是一種自放電極低的無極性電容。
5.一種採用權利要求1所述的檢測電路實施的電壓巡迴檢測方法，其特徵在於:包括以下步驟: 1)所述單片機通過解碼器控制所述採樣繼電器組，確保在同一時刻採樣繼電器組只選通唯一的被測電池模塊； 2)所述單片機控制所述電容前繼電器閉合，讓選通的被測電池模塊給所述飛渡電容充電，待充電穩定後斷開所述電容前繼電器和採樣繼電器組； 3)所述單片機控制所述電容後繼電器閉合，使所述飛渡電容上的電壓信號經過濾波、高阻放大通過所述AD轉換器輸出到所述單片機，該單片機得到該被測電池模塊的採樣電壓； 4)所述單片機控制斷開電容後繼電器，使所述採樣繼電器組選通下一需採樣的電池模塊，重複以上步驟I)至3)，直至實現所有電壓模塊的電壓的巡迴檢測。
【文檔編號】G01R19/25GK103983839SQ201410234688
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】朱建新, 劉鵬 申請人:上海交通大學