一种开关式自均衡电阻采集电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种开关式自均衡电阻采集电路，控制简单，低功耗。本实用新型包含有要检测电压的电池组，要检测电压的电池组包含串联连接的若干电芯，电芯的正极与相邻电芯的负极依次连接，采集电路的电芯正极经过开关器件、分压电阻后接入微控制单元MCU正极，微控制单元MCU负极接电源地，微控制单元MCU正极与负极之间并联连接有均衡匹配电阻。本实用新型的均衡网络匹配电阻的使各节电芯消耗相同的电流，有利于电池包的使用寿命，且当某一节的电池压差较大时，流过均衡电阻的电流也增大，起到自均衡的作用。
【专利说明】
一种开关式自均衡电阻采集电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及新能源电池管理系统领域，尤其是涉及一种自平衡修复采集电路，用精密电阻等比例衰减测量各节电芯电压的采集电路。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展和工业需求的提高，人们对新能源体的高能量电池需求愈来愈强烈，锂离子电池是一种主要的高能量电池，广泛应用于通讯、数码等领域。在新能源体系中，电池管理系统是其中不可或缺的重要组成部分，主要承担着保卫电池的安全，针对于目前流行保护方案，专用的采集芯片精度高、稳定性好、抗干扰强，但是芯片的价格高、成本难控制。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种开关式自均衡电阻采集电路，采用电阻网络和开关器件构成，成本价格低，控制简单，功能实现和低成本开发设计相结合。本实用新型低功耗，采用分时采集的方式，当微控制单元MCU需要采集电压的时候，打开相应的电压采集开关电路，不采集的时候关闭相应的电压采集开关电路，降低系统正常运行时功耗。
[0004]为达到上述目的，本实用新型采用以下方案:
[0005]一种开关式自均衡电阻采集电路，包含有要检测电压的电池组，要检测电压的电池组包含串联连接的若干电芯，电芯接入采集电路，电芯的正极与相邻电芯的负极依次连接，最末电芯的负极连接电源地，采集电路的电芯正极经过开关器件、分压电阻后接入微控制单元MCU正极，微控制单元MCU负极接电源地；相邻开关器件之间并联支路上连接有均衡匹配电阻；微控制单元MCU正极与负极之间并联连接有均衡匹配电阻。
[0006]进一步，在一些实施例中，所述要检测电压的电池组包含串联连接的Vl电芯、V2电芯、V3电芯、V4电芯、V5电芯、V6电芯，Vl电芯负极连接V2电芯正极，依次类推，V4电芯负极连接V5电芯正极，V5电芯负极连接V6电芯正极，V6电芯负极连接电源地。
[0007]进一步，在一些实施例中，所述Vl电芯、V2电芯、V3电芯、V4电芯各电芯的正负极之间并联连接有均衡匹配电阻。
[0008]进一步，在一些实施例中，所述Vl电芯、V2电芯、V3电芯、V4电芯、V5电芯各电芯的正极与电源地之间并联支路上连接有均衡匹配电阻。
[0009]进一步，在一些实施例中，所述采集电路从电芯正极为起点，连接开关器件、分压电阻至微控制单元MCU正极，微控制单元MCU负极接电源地(共地点)。
[0010]进一步，在一些实施例中，所述Vl电芯正极经过开关器件Jl、分压电阻Rl后接入微控制单元MCUl正极，微控制单元MCUl负极接电源地；V2电芯正极经过开关器件J2、分压电阻R2后接入微控制单元MCU2正极，微控制单元MCU2负极接电源地；V3电芯正极经过开关器件J3、分压电阻R3后接入微控制单元MCU3正极，微控制单元MCU3负极接电源地；V4电芯正极经过开关器件J4、分压电阻R4后接入微控制单元MCU4正极，微控制单元MCU4负极接电源地；V5电芯正极经过开关器件J5、分压电阻R5后接入微控制单元MCU5正极，微控制单元MCU5负极接电源地；V6电芯正极经过开关器件J6、分压电阻R6后接入微控制单元MCU6正极，微控制单元MCU6负极接电源地。
[0011 ] 进一步，在一些实施例中，所述开关器件Jl与开关器件J2之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R7 ;开关器件J2与开关器件J3之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R8 ;开关器件J3与开关器件J4之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R9 ;开关器件J4与开关器件J5之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R10。
[0012]进一步，在一些实施例中，所述微控制单元MCUl正极与微控制单元MCUl负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R15 ;微控制单元MCU2正极与微控制单元MCU2负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R14 ;微控制单元MCU3正极与微控制单元MCU3负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R13 ;微控制单元MCU4正极与微控制单元MCU4负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R12 ;微控制单元MCU5正极与微控制单元MCU6负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R11。
[0013]本实用新型的自平衡修复采集电路采用精密电阻等比例衰减测量各节电压，各节电芯(电池)电压经过一个开关器件，再经过分压电阻、均衡匹配电阻网络后，最后进入到微控制单元MCU各模拟1 口。当需要测量某一节电池时候，微控制单元MCU输出一个控制信号，使开关器件打开，1 口采集相应的电压，由于Vl电芯电压直接采集，因此不需要外部均衡补偿电阻，其它各节电压依次相减得到各节电芯电压。根据基尔霍夫电流定律，任一个节点，任一时刻，流入节点电流之和等于流出节点电流之和，依次推算出所需的均衡网络电阻。
[0014]本实用新型的均衡网络匹配电阻的使各节电芯消耗相同的电流，有利于电池包的使用寿命，且当某一节的电池压差较大时，流过均衡电阻的电流也增大，起到自均衡的作用。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型实施方式的电子线路图。
【具体实施方式】
[0016]为能进一步了解本实用新型的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本实用新型的优点与精神，藉由以下通过实施例对本实用新型做进一步的阐述。
[0017]基本原理:当需要测量某一节电池时候，微控制单元MCU输出一个控制信号，使开关器件打开，1 口采集相应的电压，由于Vl电芯电压直接采集，因此不需要外部均衡补偿电阻，其它各节电压依次相减得到各节电芯电压。图中，虚线箭头表示V3、V4、V5电芯所在电阻网络的电流，根据基尔霍夫电流定律，任一个节点，任一时刻，流入节点电流之和等于流出节点电流之和，依次推算出所需的均衡网络电阻。
[0018]均衡网络电阻:静态时维持各电芯一致的损耗电流，不会因电阻的不匹配造成某一节电芯长时间的自耗出现电压不一致，动态均衡时，由于相上下间的有较大的压差，通过均衡的网络电阻电流也随着增大，最终使所有的电池电压保持较好的一致性。
[0019]在一些实施例中，要检测电压的电池组包含串联连接的Vl电芯、V2电芯、V3电芯、V4电芯、V5电芯、V6电芯，Vl电芯负极连接V2电芯正极，依次类推，V5电芯负极连接V6电芯正极，V6电芯负极连接电源地。采集电路从电芯正极为起点，连接开关器件、分压电阻至微控制单元MCU正极，微控制单元MCU负极接电源地(共地点)。
[0020]Vl电芯正极经过开关器件J1、分压电阻Rl后接入微控制单元MCUl正极，微控制单元MCUl负极接电源地；V2电芯正极经过开关器件J2、分压电阻R2后接入微控制单元MCU2正极，微控制单元MCU2负极接电源地；V3电芯正极经过开关器件J3、分压电阻R3后接入微控制单元MCU3正极，微控制单元MCU3负极接电源地；V4电芯正极经过开关器件J4、分压电阻R4后接入微控制单元MCU4正极，微控制单元MCU4负极接电源地；V5电芯正极经过开关器件J5、分压电阻R5后接入微控制单元MCU5正极，微控制单元MCU5负极接电源地；V6电芯正极经过开关器件J6、分压电阻R6后接入微控制单元MCU6正极，微控制单元MCU6负极接电源地。
[0021 ] 在一个具体实施例中，分压电阻Rl阻值为5.1M Ω，分压电阻R2阻值为4M Ω，分压电阻R3阻值为3M Ω，分压电阻R4阻值为2M Ω，分压电阻R5阻值为IM Ω，分压电阻R6阻值为 1ΜΩ。
[0022]开关器件Jl与开关器件J2之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R7 ;开关器件J2与开关器件J3之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R8 ;开关器件J3与开关器件J4之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R9 ;开关器件J4与开关器件J5之间并联支路上连接有均衡匹配电阻RlO。
[0023]在其中一个具体实施例中，Vl电芯、V2电芯、V3电芯、V4电芯、V5电芯、V6电芯的电压为4V ;开关器件J为低压开关管。
[0024]微控制单元MCUl正极与微控制单元MCUl负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R15 ;微控制单元MCU2正极与微控制单元MCU2负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R14 ;微控制单元MCU3正极与微控制单元MCU3负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R13 ;微控制单元MCU4正极与微控制单元MCU4负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R12 ;微控制单元MCU5正极与微控制单元MCU6负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻 Rll0
[0025]在一个具体实施例中，均衡匹配电阻R7阻值为240k Ω，均衡匹配电阻R8阻值为330k Ω，均衡匹配电阻R9阻值为510k Ω，均衡匹配电阻RlO阻值为IM Ω，均衡匹配电阻Rll阻值为IM Ω，均衡匹配电阻Rl2阻值为IM Ω，均衡匹配电阻Rl3阻值为IM Ω，均衡匹配电阻R14阻值为IM Ω，均衡匹配电阻R15阻值为IM Ω。
[0026]本实用新型的自平衡修复采集电路采用精密电阻等比例衰减测量各节电压，详见附图1所示。由图中可见，要检测电压的电池组，各节电芯(电池)电压经过一个开关器件，再经过分压电阻、均衡匹配电阻网络，最后进入到微控制单元MCU各模拟1 口。
[0027]当需要测量电池电压值时，微控制单元MCU每隔1mS (具体的间隔输出时间可根据实际情况由软件设置)输出一个电平控制信号，能使开关器件打开导通，相应的模拟1口采集相应的电压值，然后关闭开关器件，依次类推采集剩余各节电芯电压，由于系统的微控制单元MCU采用5V电压供电，Vl电芯电压可通过微控制单元MCU直接采集，由于没有分压电阻的分流，因此不需要外部均衡补偿电阻，其它各节电压依次相减得到各节电芯电压。
[0028]具体为，流向电芯V5的电流II，流向开关器件J5(低压开关管)的电流12，流向电芯V4的电流13，流向分压电阻R5的电流14，流向均衡匹配电阻RlO的电流15，流向电芯V3的电流16，流向开关器件J4的电流17，流向均衡匹配电阻R9的电流18，流向分压电阻R4的电流19。
[0029]图中，虚线箭头表示V3电芯、V4电芯、V5电芯所在电阻网络的电流，根据基尔霍夫电流定律，任一个节点，任一时刻，流入节点电流之和等于流出节点电流之和，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]通过组合方程依次解出所需要的电阻阻值。
[0033]均衡网络电阻:静态时维持各电芯一致的损耗电流，不会因电阻的不匹配造成某一节电芯长时间的自耗出现电压不一致，动态均衡时，由于相上下间的有较大的压差，通过均衡的网络电阻电流也随着增大，最终使所有的电池电压保持较好的一致性。本实用新型的优点:
[0034]1、成本低，本实用新型以电阻网络和普通开关管为基础组成，其中电阻、低压开关管价格便宜，购买方便；
[0035]2、低功耗，本实用新型采用分时采集的方式，当微控制单元MCU需要采集电压的时候，打开相应的电压采集开关电路，不采集的时候关闭相应的电压采集开关电路，降低系统正常运行时功耗；
[0036]3、自均衡，均衡网络匹配电阻的主要作用使各节电芯消耗相同的电流，有利于电池包的使用寿命，且当某一节的电池压差较大时，流过均衡电阻的电流也增大，起到自均衡的作用。当电芯的漏电或者其它的原因，造成的电芯电压不一致，通过电路的均衡网络电阻放电，使得整组电池电压得到维护。
[0037]以上所述实施例仅表达了本实用新型的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种开关式自均衡电阻采集电路，包含有:要检测电压的电池组，所述要检测电压的电池组包含串联连接的若干电芯，所述电芯接入采集电路，所述电芯的正极与相邻电芯的负极依次连接，最末电芯的负极连接电源地，其特征在于，所述采集电路的电芯正极经过开关器件、分压电阻后接入微控制单元MCU正极，所述微控制单元MCU负极接电源地；相邻开关器件之间并联支路上连接有均衡匹配电阻；所述微控制单元MCU正极与负极之间并联连接有均衡匹配电阻。2.根据权利要求1所述的一种开关式自均衡电阻采集电路，其特征在于，所述述要检测电压的电池组包含串联连接的Vl电芯、V2电芯、V3电芯、V4电芯、V5电芯、V6电芯，所述Vl电芯负极连接V2电芯正极，依次类推，所述V4电芯负极连接V5电芯正极，所述V5电芯负极连接V6电芯正极，所述V6电芯负极连接电源地。3.根据权利要求2所述的一种开关式自均衡电阻采集电路，其特征在于，所述Vl电芯、V2电芯、V3电芯、V4电芯各电芯的正负极之间并联连接有均衡匹配电阻。4.根据权利要求2所述的一种开关式自均衡电阻采集电路，其特征在于，所述Vl电芯、V2电芯、V3电芯、V4电芯、V5电芯各电芯的正极与电源地之间并联支路上连接有均衡匹配电阻。5.根据权利要求2所述的一种开关式自均衡电阻采集电路，其特征在于，所述采集电路从电芯正极为起点，连接开关器件、分压电阻至微控制单元MCU正极，微控制单元MCU负极接电源地。6.根据权利要求2所述的一种开关式自均衡电阻采集电路，其特征在于，所述Vl电芯正极经过开关器件Jl、分压电阻Rl后接入微控制单元MCUl正极，所述微控制单元MCUl负极接电源地； 所述V2电芯正极经过开关器件J2、分压电阻R2后接入微控制单元MCU2正极，所述微控制单元MCU2负极接电源地； 所述V3电芯正极经过开关器件J3、分压电阻R3后接入微控制单元MCU3正极，所述微控制单元MCU3负极接电源地； 所述V4电芯正极经过开关器件J4、分压电阻R4后接入微控制单元MCU4正极，所述微控制单元MCU4负极接电源地； 所述V5电芯正极经过开关器件J5、分压电阻R5后接入微控制单元MCU5正极，所述微控制单元MCU5负极接电源地； 所述V6电芯正极经过开关器件J6、分压电阻R6后接入微控制单元MCU6正极，所述微控制单元MCU6负极接电源地。7.根据权利要求6所述的一种开关式自均衡电阻采集电路，其特征在于，所述开关器件Jl与开关器件J2之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R7 ; 所述开关器件J2与开关器件J3之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R8 ; 所述开关器件J3与开关器件J4之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R9 ; 所述开关器件J4与开关器件J5之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R10。8.根据权利要求6所述的一种开关式自均衡电阻采集电路，其特征在于，所述微控制单元MCUl正极与微控制单元MCUl负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻R15 ; 所述微控制单元MCU2正极与微控制单元MCU2负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻 R14 ； 所述微控制单元MCU3正极与微控制单元MCU3负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻 R13 ； 所述微控制单元MCU4正极与微控制单元MCU4负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻 R12 ； 所述微控制单元MCU5正极与微控制单元MCU6负极之间并联支路上连接有均衡匹配电阻 Rll0
【文档编号】G01R19/00GK205427158SQ201520722256
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年9月16日
【发明人】刘厚德, 何振忠
【申请人】东莞市德尔能新能源股份有限公司