串聯(lián)電池組中單體電池電壓的測量電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電壓測量電路，特別是涉及一種串聯(lián)電池組中單體電池電壓的測量電路。
【背景技術】
[0002]目前可以反復充電使用的蓄電池(以下簡稱“電池”)，其單體電壓比較低，如鉛酸電池為2V，鎳氫電池為1.2V，鋰離子電池為3.6V等等。在需要高電壓的場合，常常將它們多只串聯(lián)起來，形成電壓較高的電池組如36V，多個電池組串聯(lián)成更高電壓的電池系統(tǒng)(如360V，在純電動汽車中就有類似的應用)。
[0003]限于目前電池的工藝水平和制造成本的限制，電池的參數(shù)不一致、應用環(huán)境的差異(如成組電池中間部分的單體電池和外部的單體電池散熱條件就不相同)等因素，導致串聯(lián)電池組的單體電池間剩余容量不一致。嚴重時可能導致充放電過程中,個別電池過充電或過放電而損壞，導致電池組無法使用。所以，在串聯(lián)電池組的實際應用中，都配備有監(jiān)測串聯(lián)電池組中單體電池電壓的測量電路，將單體電池電壓數(shù)字化，結合智能控制器，來準確判斷電池狀態(tài)、進行電池保護。這已經(jīng)成為電池制造行業(yè)、電池應用行業(yè)等方面的共識。
[0004]串聯(lián)電池組中單體電池電壓的測量方法多種多樣，比較流行的有三種結構，其典型的原理圖收錄于說明書附圖中。下面簡單介紹如下:
[0005]現(xiàn)有技術1、如附圖1所示的中國實用新型專利申請(專利申請?zhí)?201220273479.2，實用新型名稱:一種任意節(jié)串聯(lián)電池組中各單體電池電壓簡易測量電路)公示的電路結構，用可控開關網(wǎng)絡(考慮到開關切換的頻繁性，常用光控場效應管，也稱PhotoMOS)分時選通某節(jié)單體電池，再用減法電路獲得單體電池兩端的電壓值。
[0006]現(xiàn)有技術2、每節(jié)電池對應一個類似附圖1中的減法電路，直接獲得共參考地的每個單體電池電壓值，每個減法器需用4個比例精密的電阻。
[0007]現(xiàn)有技術3、中國發(fā)明專利申請(專利申請?zhí)?201220273479.2，發(fā)明名稱:汽車用多節(jié)串聯(lián)電池組系統(tǒng)的單體電池電壓測量電路)公示的電路結構，其中附圖2是電壓到電流轉換電路(以下簡稱“電流源”)，是附圖3中帶箭頭的圓圈(附近標注英文SOURCE CURRENT)的具體電路，附圖3為該發(fā)明的主體電路結構。該發(fā)明將懸浮的各路單體電池電壓轉換為共參考地的電流信號，通過取樣電阻復原為與單體電池電壓成正比、且共參考地的電壓信號，方便A/D (模擬到數(shù)字)轉換器的高速采集。
[0008]但是，現(xiàn)在使用的技術方法存在如下缺陷:
[0009]1、現(xiàn)有技術I采用選通開關輪流選通一節(jié)電池來測量，其實時性較差，單節(jié)電池采集時間在I毫秒以上(受光控場效應管即PhotoMOS的開關速度限制)，10節(jié)電池串聯(lián)的電池組的總采集時間10毫秒，如果通過電池組的電流是10毫秒的正弦半波波形(50赫茲正弦電流的絕對值，單相逆變器的直流供電電源的電流類似此種波形)，將導致部分電池電壓在電流為O時采集，部分電池電壓在電流為峰值時采集，采集結果將產(chǎn)生嚴重的偏差，而且用作選通開關的光控場效應管也價格不低。
[0010]2、現(xiàn)有技術2中使用了數(shù)量眾多的比例精密的電阻，成本高，而且每節(jié)電池消耗的電流不一致，理由和現(xiàn)有技術3中描述的一致。
[0011]3、現(xiàn)有技術3中的電流源需要從每節(jié)電池上吸取電流，且每節(jié)電池被吸取的電流不一致，長期運行過程中容易造成電池的不平衡，比如第5節(jié)電池，除了本節(jié)對應的電流源吸取電流外，第6、7、…等節(jié)的電流源也要從其吸取電流，但第1、2、…、4等節(jié)的電流源則不從第5節(jié)電池吸取電流；電流源中的運放(如附圖2中的U2)采用電池直接供電，使得測量不能從OV開始，其最低起始點為運放的最低工作電源電壓如2V，導致低壓測量無法進行；如果在生產(chǎn)或維修過程中，弄錯了與電池間的連線順序，會造成部分運放供電反向而容易損壞運放。圖3中，若BATTERY1的電壓為0，會導致BATTERY2的電壓測量無法進行，原因如下:參見圖2，如果電流源正常工作，點VB1、運放U2的I和3腳、PNP管Q2的發(fā)射極等電位相同，都為0V，無法在PNP管Q2的集電極VC2得到高于其發(fā)射極的電壓，所以VC2的電壓也為0，和電池電壓VB2-VB1不成比例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]基于此，有必要提供一種成本低、電流小的串聯(lián)電池組中單體電池電壓的測量電路，
[0013]一種串聯(lián)電池組中單體電池電壓的測量電路，包括與電池節(jié)數(shù)相同數(shù)量的精密電平移位單元IS1、…、ISx、"《、ISN和A/D轉換器，還包括與電池節(jié)數(shù)相同數(shù)量的緩沖器U1A、U2A、…、UxA、…、UNA以及與所述緩沖器數(shù)量對應的輸出直流電源VA1、VA2、…、VAx、…、VAN,其中，N彡2，I彡X彡N ;
[0014]所述緩沖器UxA的正相輸入端接所對應的電池的正極，所述緩沖器UxA的反相輸入端接所述緩沖器UxA的輸出端，所述緩沖器UxA的輸出端接所述精密電平移位單元VAx的正輸入端；
[0015]所述精密電平移位單元ISx包括采樣電阻RSx、受控電流源CIx ;所述受控電流源CIx包括運算放大器UxB、三極管Qx、電壓電流轉換電阻RZx及失調(diào)平衡電阻RPx ；
[0016]所述電壓電流轉換電阻RZx的一端接所述運算放大器UxB的反相輸入端，另一端接所述緩沖器UxA的輸出端；所述失調(diào)平衡電阻RPx的一端接所對應的電池負極，另一端接所述運算放大器UxB的正相輸入端，所述運算放大器UxB的輸出端接所述三極管Qx的基極，所述三極管Qx的發(fā)射極接所述運算放大器UxB的反相輸入端，所述三極管Qx的集電極接所述采樣電阻RSx，所述采樣電阻RSx的另一端接地，所述三極管Qx的集電極與所述采樣電阻RSx的公共連接點為所述精密電平移位單元ISx的輸出端；
[0017]多輸出直流電源VS1、VA1、VA2、…、VAx、…、VAN的輸出之間相互隔離，其中第一路輸出電源VSl的電壓比所述精密電平移位單元ISx的輸出電壓VOx的最大值VOmax高出IV，第一路輸出電源VSl負端作為公共參考地GND，第一路輸出電源VSl正端連接所對應的第I節(jié)電池的負端；輸出電源VA1、VA2、…、VAx、…、VAN組成多個正負電源對，正端為VAx+、負端為VAx-、中心端為GAx，對應給所述緩沖器UxA、所述運算放大器UxB供電；其中x為正負電源對的序號，數(shù)量不大于電池節(jié)數(shù)N ;其中第一組正負電源對的中心端GAl連接所對應的第I節(jié)電池的負端；
[0018]所述緩沖器UxA、所述精密電平移位單元ISx、所述直流電源VAx對應連接后檢測電池BTx ；
[0019]所述A/D轉換器的輸入端接所述精密電平移位單元ISl、…、ISx、…、ISN的輸出端;
[0020]還包括防反二極管DFx和限流電阻RLx，所述防反二極管DFx的正極接所述緩沖器UxA的輸出端，所述防反二極管DFx的負極接所述限流電阻RLx，所述限流電阻RLx的另一端接輸入電源的中心端GAx+1。
[0021]在其中一個實施例中，所述三極管Qx為PNP型三極管。
[0022]在其中一個實施例中,所述三極管Qx為P溝道場效應管。
[0023]在其中一個實施例中，所述緩沖器的型號為AS324。
[0024]在其中一個實施例中，所述運算放大器的型號為AS358。
[0025]上述串聯(lián)電池組中單體電池電壓的測量電路保留了單體電池電壓測量可以實時、高速進行的優(yōu)點，且測量范圍可以從OV開始；正常工作時，注入或吸取每節(jié)電池的電流只有緩沖器和運放的偏置電流，典型值只有0.3微安，非常微弱；測量電路關閉時，每節(jié)電池只有緩沖器和運放的輸入級反偏電流，電流更??；與電池間的連線順序弄錯，因失調(diào)平衡電阻RPx、輸入電阻RIx的限流作用，不會導致電流失控，自然不會損壞電路；本發(fā)明對電路元件的精度要求低，成本相對低廉。