一種電動汽車直流高壓傳感器及其采樣方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電動汽車直流高壓傳感器，包括連接在動力電池組正負(fù)極之間的高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，還包括減法電路、ADC轉(zhuǎn)換器、磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器、微處理器、DAC轉(zhuǎn)換器和電壓跟隨器，所述高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端通過減法電路與ADC轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，所述ADC轉(zhuǎn)換器通過磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器與微處理器交互式信號連接，所述微處理器的輸出端通過DAC轉(zhuǎn)換器與電壓跟隨器的輸入端連接。本發(fā)明還提供一種電動汽車直流高壓傳感器的采樣方法。本發(fā)明具有電路結(jié)構(gòu)簡單可靠、成本低廉、采樣精度高等優(yōu)勢。
【專利說明】
一種電動汽車直流高壓傳感器及其采樣方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動汽車控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種電動汽車直流高壓傳感器及其采樣方法。

【背景技術(shù)】
[0002]電動汽車的快速發(fā)展帶來了動力電池的廣泛應(yīng)用，為了保障動力電池的安全運(yùn)行，需要對其各種參數(shù)如溫度、電壓、電流、SOC等進(jìn)行檢測或監(jiān)控，其中，動力電池的電壓是一個非常重要的參數(shù)，控制系統(tǒng)需要檢測當(dāng)前的母線電壓變化，適時做出各種動作或調(diào)整參數(shù)。
[0003]圖1給出了現(xiàn)有動力電池組總電壓檢測電路的一種示例，在動力電池組的正端子與負(fù)端子之間連接有高電阻Rl、電阻R2和電阻R3，利用電阻Rl、電阻R2和電阻R3對動力電池組的總電壓進(jìn)行分壓，再利用差分儀表放大器Ul和隔離運(yùn)放U2，生成隔離的采樣電壓，供后端ADC采樣電路進(jìn)行采樣。
[0004]圖1所示的方案，需要采用差分儀表放大器和隔離運(yùn)放將電壓信號傳輸至后端采樣點(diǎn)，差分儀表放大器和隔離運(yùn)放的成本較高，而且需要多路正負(fù)電源給隔離運(yùn)放供電。此夕卜，為了分壓到ADC采樣電路能夠測定的電壓，必須利用高電阻增大分壓比，該情況下，總電壓檢測端子中流動的電流較小，為了確?？傠妷簷z測端子接點(diǎn)的可靠性，需要使用高成本的接線端子；而且，由于分壓值較低，且檢測點(diǎn)靠近地端，高壓線路中工作電流引起的地噪聲較大，即使采用高精度放大器，地噪聲也隨之被放大，檢測效果較差。
[0005]圖2給出了現(xiàn)有動力電池組總電壓檢測電路的另一種示例，該方案需要在所述電路的第二電阻R2及第三電阻R3的連接點(diǎn)賦予恒定電位，再通過一個微處理器分別采集中間點(diǎn)恒定電壓、差動放大電路的輸出電壓、第一電阻Rl與第二電阻R2之間的電壓、第三電阻R3與第四電阻R4之間的電壓。
[0006]圖2所示的方案，不僅需要多個ADC采集通道進(jìn)行電壓檢測，而且需要微處理器控制檢測開關(guān)K1、K2接通或斷開，當(dāng)檢測開關(guān)接通時，會將高壓電路與檢測電路接通，使高壓電路通過中間電阻網(wǎng)絡(luò)與地之間形成回路，由于檢測電路的地與車架相連接，將影響整車的絕緣性，從而降低整車安全性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本低廉、采樣精度高的電動汽車直流高壓傳感器及其采樣方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0009]一種電動汽車直流高壓傳感器，包括連接在動力電池組正負(fù)極之間的高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，還包括減法電路、ADC轉(zhuǎn)換器、磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器、微處理器、DAC轉(zhuǎn)換器和電壓跟隨器，所述高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端通過減法電路與ADC轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，所述ADC轉(zhuǎn)換器通過磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器與微處理器交互式信號連接，所述微處理器的輸出端通過DAC轉(zhuǎn)換器與電壓跟隨器的輸入端連接；
[0010]所述高壓分壓電阻網(wǎng)路由奇數(shù)個阻值相同的電阻串接而成，所述減法電路并接在高壓分壓電阻網(wǎng)路的中間電阻兩端，對加載在中間電阻上的電壓進(jìn)行采樣，并將采樣電壓按比例縮小后輸入ADC轉(zhuǎn)換器。
[0011]所述的電動汽車直流高壓傳感器，所述減法電路包括比例運(yùn)算放大器芯片，所述比例運(yùn)算放大器芯片的反相輸入端通過第一電阻連接中間電阻的電流輸入端，其同相輸入端通過第二電阻連接中間電阻的電流輸出端，其輸出端通過串接的第三電阻和第四電阻接地，所述第三電阻與第四電阻之間的節(jié)點(diǎn)連接ADC轉(zhuǎn)換器的輸入端；
[0012]所述比例運(yùn)算放大器芯片的反相輸入端與第一電阻之間的節(jié)點(diǎn)通過第五電阻連接比例運(yùn)算放大器芯片的輸出端與第三電阻之間的節(jié)點(diǎn):所述比例運(yùn)算放大器芯片的同相輸入端與第二電阻之間的節(jié)點(diǎn)通過第六電阻接地；所述第一電阻與第二電阻具有相同的阻值，所述第五電阻與第六電阻具有相同的阻值，所述第一電阻的阻值大于第五電阻的阻值。
[0013]所述的電動汽車直流高壓傳感器，還包括CAN通訊接口，所述CAN通訊接口與微處理器交互式信號連接。
[0014]所述的電動汽車直流高壓傳感器，還包括隔離電源，所述隔離電源為減法電路、ADC轉(zhuǎn)換器和磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器提供工作電源。
[0015]所述的電動汽車直流高壓傳感器，所述第四電阻、第五電阻和第六電阻的兩端均并接有濾波電容。
[0016]所述的電動汽車直流高壓傳感器，所述第一電阻的阻值是第五電阻的阻值的整數(shù)倍。
[0017]所述的一種電動汽車直流高壓傳感器的采樣方法，包括以下步驟:
[0018](I)由奇數(shù)個阻值相同的電阻串接而成的高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)并接在被測動力電池組的正負(fù)極之間，對被測動力電池組的電壓進(jìn)行分壓；
[0019](2)減法電路對加載在高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的中間電阻上的電壓進(jìn)行采樣，并將采樣電壓按比例縮小，得到變化范圍為O?5V的直流電壓；
[0020](3) ADC轉(zhuǎn)換器將減法電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號，該數(shù)字電壓信號經(jīng)由磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器隔離后輸入微處理器；
[0021](4)微處理器通過其內(nèi)部或外部的DAC轉(zhuǎn)換器將接收到的數(shù)字電壓信號按比例還原成變化范圍為O?5V的直流電壓。
[0022]所述的電動汽車直流高壓傳感器的采樣方法，還包括:微處理器通過CAN通訊接口將接收到的數(shù)字電壓信號發(fā)送到整車CAN網(wǎng)絡(luò)。
[0023]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明采用中間電阻分壓的方式，取得直流母線電壓的部分電壓，再將該電壓按比例縮小后，通過ADC轉(zhuǎn)換器將該電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號，并通過磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器進(jìn)行隔離，保障了低壓部分電路的安全；微處理器將采集到的數(shù)字電壓信號通過其內(nèi)部或外部的DAC轉(zhuǎn)換器按比例還原，得到變化范圍在O?5V之間的直流電壓，該電壓值反映了當(dāng)前母線電壓的變化。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，省去了多路ADC采集單元以及價格昂貴的隔離運(yùn)放，采用一個極其簡單的運(yùn)放電路即可實(shí)現(xiàn)采樣電壓的獲取，避免了地噪聲對采樣信號的干擾，且采樣與控制電路完全隔離，不會影響整車的絕緣性能，具有電路結(jié)構(gòu)簡單可靠、成本低廉、采樣精度高等優(yōu)勢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是現(xiàn)有方案對地分壓檢測示意圖；
[0025]圖2是現(xiàn)有方案中間多路分壓檢測示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4是本發(fā)明的電壓采集及信號調(diào)理示意圖；
[0028]圖5是本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換及傳輸示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0030]如圖3所示，一種電動汽車直流高壓傳感器，包括高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)1、減法電路2> ADC轉(zhuǎn)換器3、磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器4、微處理器5、DAC轉(zhuǎn)換器6、電壓跟隨器7、CAN通訊接口 8和隔離電源9。高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)I的輸出端連接減法電路2的輸入端，減法電路2的輸出端連接ADC轉(zhuǎn)換器3的輸入端，ADC轉(zhuǎn)換器3與磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器4交互式信號連接，磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器4與微處理器5交互式信號連接,微處理器5的輸出端與DAC轉(zhuǎn)換器6的輸入端連接，DAC轉(zhuǎn)換器6的輸出端與電壓跟隨器7的輸入端連接，微處理器5與CAN通訊接口 8交互式信號連接；隔離電源9為減法電路2、ADC轉(zhuǎn)換器3和磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器4提供工作電源。
[0031]如圖4所示，高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)I由五個阻值完全相同的電阻町、1?2、1?3、1?4和1?5串聯(lián)而成，連接在動力電池組BT的正極與負(fù)極之間，電阻R3為高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)I的中間電阻，由于各個電阻的阻值相同，每個電阻上的分壓是完全相同的，在電阻R3的兩端連接有一個由減法電路2組成的取樣電路。減法電路2包括比例運(yùn)算放大器芯片U1，比例運(yùn)算放大器芯片Ul的同相輸入端通過電阻R7連接到電阻R3的電流輸出端，其反相輸入端通過電阻R6連接到電阻R3的電流輸入端，其輸出端通過串接的電阻RlO和Rll接地，電阻R7與比例運(yùn)算放大器芯片Ul的同相輸入端之間的節(jié)點(diǎn)通過并接的電阻R9和電容Cl接地，電阻R6與比例運(yùn)算放大器芯片Ul的反相輸入端之間的節(jié)點(diǎn)通過并接的電阻R8和電容C2連接比例運(yùn)算放大器芯片Ul的輸出端與電阻RlO之間的節(jié)點(diǎn)，電阻Rll兩端并接有電容C3，電阻R1與電阻Rll之間的節(jié)點(diǎn)連接到ADC轉(zhuǎn)換器3的輸入端。
[0032]在這個電路中，電阻R6與電阻R7阻值相同，電阻R8與電阻R9阻值相同，且電阻R6的阻值大于電阻R8的阻值，本實(shí)施例中，為提供測量精度，假設(shè)電阻R6的阻值是電阻R8的阻值的整數(shù)倍，此時，在電阻R3的兩端，相對于高壓的地端，會形成兩個電壓V1、V2，經(jīng)過比例運(yùn)算放大器芯片Ul之后，其輸出電壓No為V1、V2之差與比例運(yùn)算放大器芯片Ul的放大倍數(shù)的乘積，即:
[0033]Vo-(Vl_V2)*(R8/R6)
[0034]比例運(yùn)算放大器芯片Ul的輸出電壓Vo經(jīng)電阻RlO和Rll進(jìn)行分壓，電阻Rll上的電壓Vdc，按電阻R8與電阻R6之間的阻值倍數(shù)關(guān)系縮小了。合理調(diào)整減法電路2的放大倍數(shù)，使輸出電壓Vdc的變化范圍在O?5V之間。
[0035]如圖5所示，ADC轉(zhuǎn)換器3是一個帶SPI接口的12Bit的ADC轉(zhuǎn)換器，其SPI接口通過磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器4與微處理器5相連。磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器4在這里主要起到電氣隔離的作用，它將ADC轉(zhuǎn)換器3與微處理器5之間的數(shù)字電平信號轉(zhuǎn)換為磁場信號來實(shí)現(xiàn)信息傳輸。磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器4高壓側(cè)、ADC轉(zhuǎn)換器3及減法電路2的工作電源由隔離電源9提供。隔離電源9及磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器4的運(yùn)用，使高壓系統(tǒng)與低壓控制端在電氣上相互隔離，保障了高壓采樣與信息處理之間的信號傳輸。
[0036]微處理器5通過其SPI接口讀取ADC轉(zhuǎn)換器3輸出的數(shù)字電壓信號，再通過與之相連的DAC轉(zhuǎn)換器6將接收到的數(shù)字電壓信號轉(zhuǎn)換為一個與之同樣變化的模擬電壓信號，該模擬電壓信號通過電壓跟隨器7送給后級電路。在具備CAN通訊網(wǎng)絡(luò)的車輛環(huán)境中，可以增加CAN通訊接口 8，微處理器8將其接收到的數(shù)字電壓信號通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給車輛上其它控制節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)信息共享。
[0037]以上所述實(shí)施方式僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電動汽車直流高壓傳感器，包括連接在動力電池組正負(fù)極之間的高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:還包括減法電路、ADC轉(zhuǎn)換器、磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器、微處理器、DAC轉(zhuǎn)換器和電壓跟隨器，所述高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端通過減法電路與ADC轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，所述ADC轉(zhuǎn)換器通過磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器與微處理器交互式信號連接，所述微處理器的輸出端通過DAC轉(zhuǎn)換器與電壓跟隨器的輸入端連接； 所述高壓分壓電阻網(wǎng)路由奇數(shù)個阻值相同的電阻串接而成，所述減法電路并接在高壓分壓電阻網(wǎng)路的中間電阻兩端，對加載在中間電阻上的電壓進(jìn)行采樣，并將采樣電壓按比例縮小后輸入ADC轉(zhuǎn)換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車直流高壓傳感器，其特征在于:所述減法電路包括比例運(yùn)算放大器芯片，所述比例運(yùn)算放大器芯片的反相輸入端通過第一電阻連接中間電阻的電流輸入端，其同相輸入端通過第二電阻連接中間電阻的電流輸出端，其輸出端通過串接的第三電阻和第四電阻接地，所述第三電阻與第四電阻之間的節(jié)點(diǎn)連接ADC轉(zhuǎn)換器的輸入端; 所述比例運(yùn)算放大器芯片的反相輸入端與第一電阻之間的節(jié)點(diǎn)通過第五電阻連接比例運(yùn)算放大器芯片的輸出端與第三電阻之間的節(jié)點(diǎn)；所述比例運(yùn)算放大器芯片的同相輸入端與第二電阻之間的節(jié)點(diǎn)通過第六電阻接地；所述第一電阻與第二電阻具有相同的阻值，所述第五電阻與第六電阻具有相同的阻值，所述第一電阻的阻值大于第五電阻的阻值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車直流高壓傳感器，其特征在于:還包括CAN通訊接口，所述CAN通訊接口與微處理器交互式信號連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車直流高壓傳感器，其特征在于:還包括隔離電源，所述隔離電源為減法電路、ADC轉(zhuǎn)換器和磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器提供工作電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動汽車直流高壓傳感器，其特征在于:所述第四電阻、第五電阻和第六電阻的兩端均并接有濾波電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動汽車直流高壓傳感器，其特征在于:所述第一電阻的阻值是第五電阻的阻值的整數(shù)倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車直流高壓傳感器的采樣方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)由奇數(shù)個阻值相同的電阻串接而成的高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)并接在被測動力電池組的正負(fù)極之間，對被測動力電池組的電壓進(jìn)行分壓； (2)減法電路對加載在高壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的中間電阻上的電壓進(jìn)行采樣，并將采樣電壓按比例縮小，得到變化范圍為O?5V的直流電壓； (3)ADC轉(zhuǎn)換器將減法電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號，該數(shù)字電壓信號經(jīng)由磁電信號隔離轉(zhuǎn)換器隔離后輸入微處理器； (4)微處理器通過其內(nèi)部或外部的DAC轉(zhuǎn)換器將接收到的數(shù)字電壓信號按比例還原成變化范圍為O?5V的直流電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動汽車直流高壓傳感器的采樣方法，其特征在于，還包括:微處理器通過CAN通訊接口將接收到的數(shù)字電壓信號發(fā)送到整車CAN網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號】G01R19/25GK104237624SQ201410521570
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】徐青, 吳嘉熙 申請人:武漢弈飛科技有限公司