一種開關式自均衡電阻采集電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種開關式自均衡電阻采集電路，控制簡單，低功耗。本實用新型包含有要檢測電壓的電池組，要檢測電壓的電池組包含串聯連接的若干電芯，電芯的正極與相鄰電芯的負極依次連接，采集電路的電芯正極經過開關器件、分壓電阻后接入微控制單元MCU正極，微控制單元MCU負極接電源地，微控制單元MCU正極與負極之間并聯連接有均衡匹配電阻。本實用新型的均衡網絡匹配電阻的使各節電芯消耗相同的電流，有利于電池包的使用壽命，且當某一節的電池壓差較大時，流過均衡電阻的電流也增大，起到自均衡的作用。
【專利說明】
一種開關式自均衡電阻采集電路
技術領域
[0001]本實用新型涉及新能源電池管理系統領域，尤其是涉及一種自平衡修復采集電路，用精密電阻等比例衰減測量各節電芯電壓的采集電路。
【背景技術】
[0002]隨著經濟的發展和工業需求的提高，人們對新能源體的高能量電池需求愈來愈強烈，鋰離子電池是一種主要的高能量電池，廣泛應用于通訊、數碼等領域。在新能源體系中，電池管理系統是其中不可或缺的重要組成部分，主要承擔著保衛電池的安全，針對于目前流行保護方案，專用的采集芯片精度高、穩定性好、抗干擾強，但是芯片的價格高、成本難控制。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種開關式自均衡電阻采集電路，采用電阻網絡和開關器件構成，成本價格低，控制簡單，功能實現和低成本開發設計相結合。本實用新型低功耗，采用分時采集的方式，當微控制單元MCU需要采集電壓的時候，打開相應的電壓采集開關電路，不采集的時候關閉相應的電壓采集開關電路，降低系統正常運行時功耗。
[0004]為達到上述目的，本實用新型采用以下方案:
[0005]一種開關式自均衡電阻采集電路，包含有要檢測電壓的電池組，要檢測電壓的電池組包含串聯連接的若干電芯，電芯接入采集電路，電芯的正極與相鄰電芯的負極依次連接，最末電芯的負極連接電源地，采集電路的電芯正極經過開關器件、分壓電阻后接入微控制單元MCU正極，微控制單元MCU負極接電源地；相鄰開關器件之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻；微控制單元MCU正極與負極之間并聯連接有均衡匹配電阻。
[0006]進一步，在一些實施例中，所述要檢測電壓的電池組包含串聯連接的Vl電芯、V2電芯、V3電芯、V4電芯、V5電芯、V6電芯，Vl電芯負極連接V2電芯正極，依次類推，V4電芯負極連接V5電芯正極，V5電芯負極連接V6電芯正極，V6電芯負極連接電源地。
[0007]進一步，在一些實施例中，所述Vl電芯、V2電芯、V3電芯、V4電芯各電芯的正負極之間并聯連接有均衡匹配電阻。
[0008]進一步，在一些實施例中，所述Vl電芯、V2電芯、V3電芯、V4電芯、V5電芯各電芯的正極與電源地之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻。
[0009]進一步，在一些實施例中，所述采集電路從電芯正極為起點，連接開關器件、分壓電阻至微控制單元MCU正極，微控制單元MCU負極接電源地(共地點)。
[0010]進一步，在一些實施例中，所述Vl電芯正極經過開關器件Jl、分壓電阻Rl后接入微控制單元MCUl正極，微控制單元MCUl負極接電源地；V2電芯正極經過開關器件J2、分壓電阻R2后接入微控制單元MCU2正極，微控制單元MCU2負極接電源地；V3電芯正極經過開關器件J3、分壓電阻R3后接入微控制單元MCU3正極，微控制單元MCU3負極接電源地；V4電芯正極經過開關器件J4、分壓電阻R4后接入微控制單元MCU4正極，微控制單元MCU4負極接電源地；V5電芯正極經過開關器件J5、分壓電阻R5后接入微控制單元MCU5正極，微控制單元MCU5負極接電源地；V6電芯正極經過開關器件J6、分壓電阻R6后接入微控制單元MCU6正極，微控制單元MCU6負極接電源地。
[0011 ] 進一步，在一些實施例中，所述開關器件Jl與開關器件J2之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R7 ;開關器件J2與開關器件J3之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R8 ;開關器件J3與開關器件J4之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R9 ;開關器件J4與開關器件J5之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R10。
[0012]進一步，在一些實施例中，所述微控制單元MCUl正極與微控制單元MCUl負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R15 ;微控制單元MCU2正極與微控制單元MCU2負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R14 ;微控制單元MCU3正極與微控制單元MCU3負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R13 ;微控制單元MCU4正極與微控制單元MCU4負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R12 ;微控制單元MCU5正極與微控制單元MCU6負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R11。
[0013]本實用新型的自平衡修復采集電路采用精密電阻等比例衰減測量各節電壓，各節電芯(電池)電壓經過一個開關器件，再經過分壓電阻、均衡匹配電阻網絡后，最后進入到微控制單元MCU各模擬1 口。當需要測量某一節電池時候，微控制單元MCU輸出一個控制信號，使開關器件打開，1 口采集相應的電壓，由于Vl電芯電壓直接采集，因此不需要外部均衡補償電阻，其它各節電壓依次相減得到各節電芯電壓。根據基爾霍夫電流定律，任一個節點，任一時刻，流入節點電流之和等于流出節點電流之和，依次推算出所需的均衡網絡電阻。
[0014]本實用新型的均衡網絡匹配電阻的使各節電芯消耗相同的電流，有利于電池包的使用壽命，且當某一節的電池壓差較大時，流過均衡電阻的電流也增大，起到自均衡的作用。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型實施方式的電子線路圖。
【具體實施方式】
[0016]為能進一步了解本實用新型的特征、技術手段以及所達到的具體目的、功能，解析本實用新型的優點與精神，藉由以下通過實施例對本實用新型做進一步的闡述。
[0017]基本原理:當需要測量某一節電池時候，微控制單元MCU輸出一個控制信號，使開關器件打開，1 口采集相應的電壓，由于Vl電芯電壓直接采集，因此不需要外部均衡補償電阻，其它各節電壓依次相減得到各節電芯電壓。圖中，虛線箭頭表示V3、V4、V5電芯所在電阻網絡的電流，根據基爾霍夫電流定律，任一個節點，任一時刻，流入節點電流之和等于流出節點電流之和，依次推算出所需的均衡網絡電阻。
[0018]均衡網絡電阻:靜態時維持各電芯一致的損耗電流，不會因電阻的不匹配造成某一節電芯長時間的自耗出現電壓不一致，動態均衡時，由于相上下間的有較大的壓差，通過均衡的網絡電阻電流也隨著增大，最終使所有的電池電壓保持較好的一致性。
[0019]在一些實施例中，要檢測電壓的電池組包含串聯連接的Vl電芯、V2電芯、V3電芯、V4電芯、V5電芯、V6電芯，Vl電芯負極連接V2電芯正極，依次類推，V5電芯負極連接V6電芯正極，V6電芯負極連接電源地。采集電路從電芯正極為起點，連接開關器件、分壓電阻至微控制單元MCU正極，微控制單元MCU負極接電源地(共地點)。
[0020]Vl電芯正極經過開關器件J1、分壓電阻Rl后接入微控制單元MCUl正極，微控制單元MCUl負極接電源地；V2電芯正極經過開關器件J2、分壓電阻R2后接入微控制單元MCU2正極，微控制單元MCU2負極接電源地；V3電芯正極經過開關器件J3、分壓電阻R3后接入微控制單元MCU3正極，微控制單元MCU3負極接電源地；V4電芯正極經過開關器件J4、分壓電阻R4后接入微控制單元MCU4正極，微控制單元MCU4負極接電源地；V5電芯正極經過開關器件J5、分壓電阻R5后接入微控制單元MCU5正極，微控制單元MCU5負極接電源地；V6電芯正極經過開關器件J6、分壓電阻R6后接入微控制單元MCU6正極，微控制單元MCU6負極接電源地。
[0021 ] 在一個具體實施例中，分壓電阻Rl阻值為5.1M Ω，分壓電阻R2阻值為4M Ω，分壓電阻R3阻值為3M Ω，分壓電阻R4阻值為2M Ω，分壓電阻R5阻值為IM Ω，分壓電阻R6阻值為 1ΜΩ。
[0022]開關器件Jl與開關器件J2之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R7 ;開關器件J2與開關器件J3之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R8 ;開關器件J3與開關器件J4之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R9 ;開關器件J4與開關器件J5之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻RlO。
[0023]在其中一個具體實施例中，Vl電芯、V2電芯、V3電芯、V4電芯、V5電芯、V6電芯的電壓為4V ;開關器件J為低壓開關管。
[0024]微控制單元MCUl正極與微控制單元MCUl負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R15 ;微控制單元MCU2正極與微控制單元MCU2負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R14 ;微控制單元MCU3正極與微控制單元MCU3負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R13 ;微控制單元MCU4正極與微控制單元MCU4負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R12 ;微控制單元MCU5正極與微控制單元MCU6負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻 Rll0
[0025]在一個具體實施例中，均衡匹配電阻R7阻值為240k Ω，均衡匹配電阻R8阻值為330k Ω，均衡匹配電阻R9阻值為510k Ω，均衡匹配電阻RlO阻值為IM Ω，均衡匹配電阻Rll阻值為IM Ω，均衡匹配電阻Rl2阻值為IM Ω，均衡匹配電阻Rl3阻值為IM Ω，均衡匹配電阻R14阻值為IM Ω，均衡匹配電阻R15阻值為IM Ω。
[0026]本實用新型的自平衡修復采集電路采用精密電阻等比例衰減測量各節電壓，詳見附圖1所示。由圖中可見，要檢測電壓的電池組，各節電芯(電池)電壓經過一個開關器件，再經過分壓電阻、均衡匹配電阻網絡，最后進入到微控制單元MCU各模擬1 口。
[0027]當需要測量電池電壓值時，微控制單元MCU每隔1mS (具體的間隔輸出時間可根據實際情況由軟件設置)輸出一個電平控制信號，能使開關器件打開導通，相應的模擬1口采集相應的電壓值，然后關閉開關器件，依次類推采集剩余各節電芯電壓，由于系統的微控制單元MCU采用5V電壓供電，Vl電芯電壓可通過微控制單元MCU直接采集，由于沒有分壓電阻的分流，因此不需要外部均衡補償電阻，其它各節電壓依次相減得到各節電芯電壓。
[0028]具體為，流向電芯V5的電流II，流向開關器件J5(低壓開關管)的電流12，流向電芯V4的電流13，流向分壓電阻R5的電流14，流向均衡匹配電阻RlO的電流15，流向電芯V3的電流16，流向開關器件J4的電流17，流向均衡匹配電阻R9的電流18，流向分壓電阻R4的電流19。
[0029]圖中，虛線箭頭表示V3電芯、V4電芯、V5電芯所在電阻網絡的電流，根據基爾霍夫電流定律，任一個節點，任一時刻，流入節點電流之和等于流出節點電流之和，故:11+12+13=0， 12+14+15 = O ；
[0030]13+16+17 = 0，I7+I5+I8+I9 = O ；
[0031]且14 = (V5+V6)/(R5+R11)， 19 = (V4+V5+V6)/(R4+R12)。
[0032]通過組合方程依次解出所需要的電阻阻值。
[0033]均衡網絡電阻:靜態時維持各電芯一致的損耗電流，不會因電阻的不匹配造成某一節電芯長時間的自耗出現電壓不一致，動態均衡時，由于相上下間的有較大的壓差，通過均衡的網絡電阻電流也隨著增大，最終使所有的電池電壓保持較好的一致性。本實用新型的優點:
[0034]1、成本低，本實用新型以電阻網絡和普通開關管為基礎組成，其中電阻、低壓開關管價格便宜，購買方便；
[0035]2、低功耗，本實用新型采用分時采集的方式，當微控制單元MCU需要采集電壓的時候，打開相應的電壓采集開關電路，不采集的時候關閉相應的電壓采集開關電路，降低系統正常運行時功耗；
[0036]3、自均衡，均衡網絡匹配電阻的主要作用使各節電芯消耗相同的電流，有利于電池包的使用壽命，且當某一節的電池壓差較大時，流過均衡電阻的電流也增大，起到自均衡的作用。當電芯的漏電或者其它的原因，造成的電芯電壓不一致，通過電路的均衡網絡電阻放電，使得整組電池電壓得到維護。
[0037]以上所述實施例僅表達了本實用新型的部分實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1.一種開關式自均衡電阻采集電路，包含有:要檢測電壓的電池組，所述要檢測電壓的電池組包含串聯連接的若干電芯，所述電芯接入采集電路，所述電芯的正極與相鄰電芯的負極依次連接，最末電芯的負極連接電源地，其特征在于，所述采集電路的電芯正極經過開關器件、分壓電阻后接入微控制單元MCU正極，所述微控制單元MCU負極接電源地；相鄰開關器件之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻；所述微控制單元MCU正極與負極之間并聯連接有均衡匹配電阻。2.根據權利要求1所述的一種開關式自均衡電阻采集電路，其特征在于，所述述要檢測電壓的電池組包含串聯連接的Vl電芯、V2電芯、V3電芯、V4電芯、V5電芯、V6電芯，所述Vl電芯負極連接V2電芯正極，依次類推，所述V4電芯負極連接V5電芯正極，所述V5電芯負極連接V6電芯正極，所述V6電芯負極連接電源地。3.根據權利要求2所述的一種開關式自均衡電阻采集電路，其特征在于，所述Vl電芯、V2電芯、V3電芯、V4電芯各電芯的正負極之間并聯連接有均衡匹配電阻。4.根據權利要求2所述的一種開關式自均衡電阻采集電路，其特征在于，所述Vl電芯、V2電芯、V3電芯、V4電芯、V5電芯各電芯的正極與電源地之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻。5.根據權利要求2所述的一種開關式自均衡電阻采集電路，其特征在于，所述采集電路從電芯正極為起點，連接開關器件、分壓電阻至微控制單元MCU正極，微控制單元MCU負極接電源地。6.根據權利要求2所述的一種開關式自均衡電阻采集電路，其特征在于，所述Vl電芯正極經過開關器件Jl、分壓電阻Rl后接入微控制單元MCUl正極，所述微控制單元MCUl負極接電源地； 所述V2電芯正極經過開關器件J2、分壓電阻R2后接入微控制單元MCU2正極，所述微控制單元MCU2負極接電源地； 所述V3電芯正極經過開關器件J3、分壓電阻R3后接入微控制單元MCU3正極，所述微控制單元MCU3負極接電源地； 所述V4電芯正極經過開關器件J4、分壓電阻R4后接入微控制單元MCU4正極，所述微控制單元MCU4負極接電源地； 所述V5電芯正極經過開關器件J5、分壓電阻R5后接入微控制單元MCU5正極，所述微控制單元MCU5負極接電源地； 所述V6電芯正極經過開關器件J6、分壓電阻R6后接入微控制單元MCU6正極，所述微控制單元MCU6負極接電源地。7.根據權利要求6所述的一種開關式自均衡電阻采集電路，其特征在于，所述開關器件Jl與開關器件J2之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R7 ; 所述開關器件J2與開關器件J3之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R8 ; 所述開關器件J3與開關器件J4之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R9 ; 所述開關器件J4與開關器件J5之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R10。8.根據權利要求6所述的一種開關式自均衡電阻采集電路，其特征在于，所述微控制單元MCUl正極與微控制單元MCUl負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻R15 ; 所述微控制單元MCU2正極與微控制單元MCU2負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻 R14 ； 所述微控制單元MCU3正極與微控制單元MCU3負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻 R13 ； 所述微控制單元MCU4正極與微控制單元MCU4負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻 R12 ； 所述微控制單元MCU5正極與微控制單元MCU6負極之間并聯支路上連接有均衡匹配電阻 Rll0
【文檔編號】G01R19/00GK205427158SQ201520722256
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年9月16日
【發明人】劉厚德, 何振忠
【申請人】東莞市德爾能新能源股份有限公司