CN107607768A

CN107607768A - 一种电池组电压测量装置

Info

Publication number: CN107607768A
Application number: CN201710718537.5A
Authority: CN
Inventors: 刘宜宽
Original assignee: Shanxi Shanshui Optoelectronic Technology Co Ltd
Current assignee: Shanxi Shanshui Optoelectronic Technology Co Ltd
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2018-01-19

Abstract

本发明提供的一种电池组电压测量装置，包括开关网络、自动换挡电路、防反接电路、CPLD和CPU，CPU上包括ADC模数转换器。本发明提供的一种电池组电压测量装置，可以用于测量电池组中的任意单体电池电压和电池组总电压，为了防止安装时接线错误造成电路烧坏，增加防反接控制电路，同时不影响测量精度；增加CPLD对于开关网络进行互斥控制，严格避免电池单体或电池组的正负极同时接到地线上或者测试输入线上造成短路，即使CPU运行出错或者程序编写错误也不会造成短路烧坏电池。

Description

一种电池组电压测量装置

技术领域

本发明属于电压测量技术领域，具体涉及一种电池组电压测量装置。

背景技术

电池组应用广泛，然而限于目前电池的工艺水平和制造成本的限制，电池的参数不一致、应用环境的差异等因素，导致电池组的单体电池间剩余容量不一致，严重时可能导致充放电过程中，个别电池过充电或过放电而损坏,导致电池组无法使用。所以，在电池组的实际应用中，都配备有监测电池组中单体电池电压的测量电路，将单体电池电压数字化，结合智能控制器，来准确判断电池状态、进行电池保护。

在电池管理系统中获取串联电池组中各个电池的电压及电池组总电压是最基本的测量功能，现有技术可以大致归纳为如下方法：1、电阻分压法；2、模拟开关切换法；3、恒流源电平移动法；4、一对一单片机法等等。”

上述测量方法存在以下几个问题：1、实际接线中的错接反接情况没有保护措施；2、用程序控制开关的电路对于程序运行错误造成电池或测量电路损坏的情况没有保护措施；3、测量电池单体电压和电池组总电压缺少换挡措施，从而不好保证不同电压等级的测量精度。并且，现有测量方法在测试系统的耐用性，和大规模现场施工保障上，都有明显不足。

发明内容

本发明所要解决的是现有电池组电压测量电路耐用性不好，现场适用性不强的技术问题，提供一种成本低、操作简单、精度高，在接线错误的情况下都不会烧毁的电池组电压测量装置，用来测量串联电池组中任意单体电池电压及电池组总电压。

为了解决本发明的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种电池组电压测量装置，包括开关网络、自动换挡电路、防反接电路、CPLD和CPU，所述CPU上包括ADC模数转换器，所述开关网络包括二倍于电池数量的开关Kx-（x=0,1,...,n-1）和Ky+（y=1,2,...,n），电池数量为n（n≥1），所述Kx-（x=0,1,...,n-1）开关的右端共联接地，Ky+（y=1,2,...,n）开关的右端共联到ADC模数转换器输入端；当x=y，Ky+和Kx-两个开关的左边共联到一个电池测试点；所述CPLD具有两个输出端和一个输入端，所述CPLD4输入端与所述CPU连接；所述CPLD输出端一用于输出控制信号Control Kx-(x=0,1,...,n-1)，只让一个开关合上，其余断开；所述CPLD输出端二用于输出控制信号Control Ky+(x=1,2,...,n)，只让一个开关合上，其余断开；所述自动换挡电路包含电阻R4、R5，电压比较器CP2和光耦继电器K2000，所述防反接电路包含电压比较器CP1，光耦继电器K1000和二极管D1；二极管D1负极点的电压Vin2经R4、R5分压后接到比较器CP2的输入正极，CP2的输入负极为电压设定值，比较器CP2输出端接光耦继电器K2000的负极端，比较器CP1输出端接光耦继电器K1000的负极端。

优选地，所述Ky+和Kx-为光耦继电器。

优选地，所述CPLD通过SPI总线与CPU通信。

与现有技术相比，本发明获得的有益效果是：

本发明提供的一种电池组电压测量装置，采用防反接电路设计，防止人为接线错误而烧坏器件，即使电池两端的线接反了，经过比较器CP1输出，K1000断开，D1截止，整个电路断路，不会有任何器件烧坏，自动保护器件；若电池两端接线正常，经比较器CP1输出，K1000合上，D1被短路掉，不影响测量的精度。

本发明提供的一种电池组电压测量装置，采用CPLD输出控制信号Control Kx-(x=0,1,...,n-1)，并确保这n个信号只有一个是让开关合上的，其余都是断开的； Ky+(x=1,2,...,n)，并确保这n个信号只有一个是让开关合上的，其余都是断开的，不管软件如何操作都不可能让2个同极性的开关合上，从而能达到防错的目的，避免烧坏电池。

本发明提供的一种电池组电压测量装置，采用自动换挡电路，将测试电压范围自动调节成ADC模数转换器51可接受的范围，提高低档的测试精度。

本发明提供的一种电池组电压测量装置，没有运放电路，避免运放电路引入的误差，提高测试精度。

附图说明

图1为一种电池组电压测量装置原理结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例进行详细说明，本实施例中的电压设定值为3.3V，可根据需要，修改电压设定值。

参见附图1，一种电池组电压测量装置，包括开关网络、自动换挡电路、防反接电路、CPLD和CPU，所述CPU上包括ADC模数转换器，所述开关网络包括二倍于电池数量的开关Kx-（x=0,1,...,n-1）和Ky+（y=1,2,...,n），电池数量为n（n≥1），所述Kx-（x=0,1,...,n-1）开关的右端共联接地，Ky+（y=1,2,...,n）开关的右端共联到ADC模数转换器输入端；当x=y，Ky+和Kx-两个开关的左边共联到一个电池测试点；所述CPLD具有两个输出端和一个输入端，所述CPLD输入端与所述CPU连接；所述CPLD输出端一用于输出控制信号Control Kx-(x=0,1,...,n-1)，只让一个开关合上，其余断开；所述CPLD输出端二用于输出控制信号Control Ky+(x=1,2,...,n)，只让一个开关合上，其余断开；所述自动换挡电路包含电阻R4、R5，电压比较器CP2和光耦继电器K2000，所述防反接电路包含电压比较器CP1，光耦继电器K1000和二极管D1；二极管D1负极点的电压Vin2经R4、R5分压后接到比较器CP2的输入正极，CP2的输入负极为电压设定值，比较器CP2输出端接光耦继电器K2000的负极端，比较器CP1输出端接光耦继电器K1000的负极端。

进一步地，所述Ky+和Kx-为光耦继电器。

进一步地，所述CPLD通过SPI总线与CPU通信。

通过开关网络将待测电池的负极连接到本电路的数字地上；将其正极连接到ADC模数转换器的分压电路的输入上，如图中的二极管D1的正极处，并通过二极管D1、R1、R2、R3分压后送到ADC模数转换器做精确测量。

所述自动换挡电路的连接如附图1所示，将二极管D1负极点的电压Vin2经R4、R5分压后接到比较器CP2的输入正极，当这个电压值大于从3.3V分压的一个设定值时，认为电池的被测的电压较高，此时的CP2输出正电压，光耦K2000的发光二极管不发光，光耦不导通，R1分掉一部分电压，让分压后的被测电压落到ADC的输入范围内；反之，当这个电压值小于从3.3V分压的一个设定值时，认为电池的被测的电压较低，此时CP2输出低电压，光耦K2000的发光二极管发光，光耦导通，R1的两端被短路掉，此时分压后的被测电压既落在ADC模数转换器的输入范围内，又因为减小了分压比而得到更高的精度。

防反接电路的连接如附图1，将分压后的电压Vin4直接接到比较器CP1的输入负极，比较器CP1的输入正极为电压设定值，当这个电压值大于从3.3V分压的一个设定值时，认为电池的连接没有接反的情况发生，此时CP1输出低电压，光耦继电器K1000的放光二极管发光，光耦导通，将二极管D1的正负极短路，让其不影响被测电压的分压比，从而避免其影响测量精度；反之，如果这个电压值小于从3.3V分压的一个设定值时，认为电池的连接有反接的情况（或者电池的电压接近0），此时CP1输出高电压，光耦继电器K1000的发光二极管不发光，光耦继电器不导通，防反二极管D1不导通，并承担所有电压，保护了此种情况下的后级电路，有效保护电路。

CPLD和CPU之间采用通用的SPI总线通信，CPU可以通过此总线读写CPLD的寄存器，以控制开关网络，达到选通想测的电池的正负极。

以上列举的仅是本发明的具体实施例之一。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多类似的改形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明所要保护的范围。

Claims

1.一种电池组电压测量装置，其特征在于：包括开关网络、自动换挡电路、防反接电路、CPLD和CPU，所述CPU上包括ADC模数转换器，所述开关网络包括二倍于电池数量的开关Kx-（x=0,1,...,n-1）和Ky+（y=1,2,...,n），电池数量为n（n≥1），所述Kx-（x=0,1,...,n-1）开关的右端共联接地，Ky+（y=1,2,...,n）开关的右端共联到ADC模数转换器输入端；当x=y，Ky+和Kx-两个开关的左边共联到一个电池测试点；所述CPLD具有两个输出端和一个输入端，所述CPLD输入端与所述CPU连接；所述CPLD输出端一用于输出控制信号Control Kx-(x=0,1,...,n-1)，只让一个开关合上，其余断开；所述CPLD输出端二用于输出控制信号ControlKy+(x=1,2,...,n)，只让一个开关合上，其余断开；所述自动换挡电路包含电阻R4、R5，电压比较器CP2和光耦继电器K2000，所述防反接电路包含电压比较器CP1，光耦继电器K1000和二极管D1；二极管D1负极点的电压Vin2经R4、R5分压后接到比较器CP2的输入正极，CP2的输入负极为电压设定值，比较器CP2输出端接光耦继电器K2000的负极端，比较器CP1输出端接光耦继电器K1000的负极端。

2.如权利要求1所述的一种电池组电压测量装置，其特征在于：所述Ky+和Kx-为光耦继电器。

3.如权利要求1所述的一种电池组电压测量装置，其特征在于：所述CPLD通过SPI总线与CPU通信。