專利名稱：一種在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié)電池電壓的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié)電池電壓的裝置，屬于電池組測量 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，電池組廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，對于不同的應(yīng)用， 一般都需要有相應(yīng) 的配套設(shè)備來保證電池組正常工作。這些設(shè)備大多都是通過測量電池組的各種 工作參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)判斷電池組的工作狀態(tài)，然后根據(jù)應(yīng)用的要求采取相 應(yīng)的措施來保證電池組正常使用。對于電池組的各種應(yīng)用，獲取電池組的工作 參數(shù)是這些配套設(shè)備正常工作的先決條件。隨著生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用 對這些相關(guān)設(shè)備的性能提出了更高的要求，發(fā)展高性能、可在線、高精度、實(shí) 時(shí)性強(qiáng)、壽命長、低成本的電池組測量系統(tǒng)是電池應(yīng)技術(shù)發(fā)展的必然要求。
在電池組工作時(shí)一般認(rèn)為需要測量以下參數(shù)電壓、溫度、電流。對于溫 度、電流以及整體電池組電壓的測量都屬常規(guī)測量，相應(yīng)的測量方法和技術(shù)都 已趨于成熟，自動(dòng)化程度較高。通過自動(dòng)設(shè)備測量獨(dú)立的單節(jié)電池的電壓的方 法是非常簡單的，但如何通過自動(dòng)設(shè)備實(shí)時(shí)在線測量串聯(lián)在電池組中的每節(jié)電 池的電壓依然是尚未完全解決的難題，且現(xiàn)有的技術(shù)早已不能滿足時(shí)代發(fā)展的 需求。為此人們進(jìn)行了大量的研究工作，但進(jìn)展卻是非常緩慢。
很多年前就有人采用繼電器來切換電池組中的每節(jié)電池來進(jìn)行測量。這種 方案的缺點(diǎn)是體積大、成本高、壽命短、速度慢，現(xiàn)在已經(jīng)屬于被淘汰的方法和技術(shù)。也有人采用另外一種方法在多路輸入信號的選擇上采用模擬開關(guān) 進(jìn)行選通，在模擬信號的轉(zhuǎn)換上采用可編程定時(shí)器的V/F轉(zhuǎn)換器。其中在解決 輸入信號電壓高于芯片的最大工作電壓的問題上存在技術(shù)難點(diǎn)，且采用V/F轉(zhuǎn) 換作為A/D轉(zhuǎn)換器。其缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢、在小信號范圍內(nèi)線性度差、精度低 且無成型的技術(shù)及產(chǎn)品。對于在線測量單節(jié)電池電壓的方法，還有人提出用光 電隔離器件和大電解電容器構(gòu)成采樣，保持電路來測量蓄電池組中單節(jié)電池電 壓。此電路的缺點(diǎn)是在A/D轉(zhuǎn)換過程中，電容上的電壓能發(fā)生變化導(dǎo)致其精 度低，而且電容充放電時(shí)間及晶體管和隔離芯片等器件動(dòng)作延遲等因素導(dǎo)致了 采樣時(shí)間長等一些缺點(diǎn)。
在授權(quán)公告號為CN201041579Y名為《一種多節(jié)電池組單節(jié)電池電壓測量》
的實(shí)用新型專利中公開了一種多節(jié)電池組單節(jié)電池電壓測量電路，雖然在一定 程度上解決了電池組中單節(jié)電池的測量問題，但其缺點(diǎn)也是顯而易見的由于 電池電壓是通過"近似等于"的方式計(jì)算得出，其測量的準(zhǔn)確度本就不高；由 于電路是通過電壓-電流-電壓轉(zhuǎn)換，測量電路并未真正與電池組實(shí)現(xiàn)電氣隔
離，實(shí)際應(yīng)用會(huì)因運(yùn)算放大器的工作電壓而受限;該電路在測量中留有"死角"。 通過分析電路可以發(fā)現(xiàn)在其實(shí)施例l中不管電阻Rm與電阻Rn2的阻值為何值， 均無法通過計(jì)算得出電池Ban正確的電壓值。同樣在其實(shí)施例2中，不管電阻Rii 與電阻Rni2的阻值為何值，均無法通過計(jì)算得出電池BAi正確的電壓值。
在國外，許多公司研發(fā)了多種獨(dú)立電池測量模塊，通過為每節(jié)電池配備一 套測量模塊來測量電池的參數(shù)，然后再通過光電隔離器件把參數(shù)傳輸?shù)街悄茉O(shè) 備處理，為此還專門運(yùn)用了計(jì)算機(jī)通訊的總線技術(shù)。其缺點(diǎn)也是顯而易見的， 主要是1、技術(shù)上過于復(fù)雜。復(fù)雜化的設(shè)計(jì)往往給系統(tǒng)帶來諸多不穩(wěn)定的因素，造
成測量系統(tǒng)可靠性低下；
2、應(yīng)用針對性強(qiáng)，每種電池測量模塊往往是針對某個(gè)具體應(yīng)用而設(shè)計(jì)，通用 性較差，需要為不同的應(yīng)用不斷開發(fā)不同類型的測量模塊；
3、 對電池適用性差。電池類型適用性差，現(xiàn)有的模塊大多都是針對鋰電 的，不能運(yùn)用到其他類型的電池上；參數(shù)適用性差，為了適應(yīng)對于不同廠家、 不同批次的電池在參數(shù)有著細(xì)微的差別，往往需要向廠家定制測量模塊；
4、 開發(fā)周期長；
5、 技術(shù)以及工藝上有待成熟，測量模塊的可靠性有待提高。個(gè)別測量模塊 先于電池?fù)p壞將影響了整個(gè)電池組的使用；
6、 成本昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能解決上述技術(shù)問題的在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié) 電池電壓的裝置。
在由多節(jié)電池串聯(lián)而成的電池組中，本發(fā)明由與每節(jié)電池連接的電路組 成，與每節(jié)電池連接的每一電路其結(jié)構(gòu)均相同；與每節(jié)電池連接的每一電路均 包括轉(zhuǎn)換光耦、開關(guān)光耦、穩(wěn)壓電源、電阻Rt、電阻Ra和電阻R，所述的電 池與電阻Rt、轉(zhuǎn)換光耦中的發(fā)光二極管、開關(guān)光耦中的晶體管分別形成各自 回路；開關(guān)光耦中的發(fā)光二極管通過電阻Ra與輸出穩(wěn)定的電壓的穩(wěn)壓電源的 輸出端分別形成各自回路；轉(zhuǎn)換光耦中晶體管通過電阻R與穩(wěn)壓電源的輸出端 分別形成各自回路。
本發(fā)明的另外一種實(shí)施方案是，在由多節(jié)電池串聯(lián)而成的電池組中，本發(fā)明由與每節(jié)電池連接的電路組成，與每節(jié)電池連接的每一電路結(jié)構(gòu)均相同；與 每節(jié)電池連接的每一電路均包括轉(zhuǎn)換光耦、開關(guān)光耦、穩(wěn)壓電源、電阻Rt、 電阻Ra和電阻R，所述的電池與電阻Rt、轉(zhuǎn)換光耦中的發(fā)光二極管、開關(guān)光 耦中的晶體管分別形成各自回路；開關(guān)光耦中的發(fā)光二極管通過電阻Ra與輸 出穩(wěn)定的電壓的穩(wěn)壓電源的輸出端形成回路；轉(zhuǎn)換光耦中晶體管通過電阻R 與穩(wěn)壓電源的輸出端分別形成各自回路。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?yàn)樵诰€測量電池組中每節(jié)電池的電壓提供實(shí)時(shí)轉(zhuǎn) 換，具有轉(zhuǎn)換精度高、性能穩(wěn)定可靠、應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、耗電量低、成 本低、壽命長、可擴(kuò)充性能好等優(yōu)點(diǎn)，且很容易批量制造和調(diào)試，有較強(qiáng)的實(shí) 用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明所述的一種在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié)電池電壓的裝置的電路 原理圖2是本發(fā)明所述的一種在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié)電池電壓的裝置的另外 一種實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的介紹。 如圖1所示，本發(fā)明的測量對象為由Bi、 B2、……、Bn節(jié)電池串聯(lián)而成的 電池組，其中n為電池組中電池的節(jié)數(shù)(以下含義同)，本發(fā)明由與每節(jié)電池 連接的電路組成，與每節(jié)電池連接的每一電路結(jié)構(gòu)均相同；以連接電池Bl的 電路為例，本發(fā)明由轉(zhuǎn)換光耦Ol、開關(guān)光耦Sl、穩(wěn)壓電源W、電阻Ra、電阻 Ri、電阻Rti組成；所述的電池Bi與電阻Rti、轉(zhuǎn)換光耦Oi中的發(fā)光二極管、開關(guān)光耦Si中的晶體管形成回路Hi;開關(guān)光耦Si中的發(fā)光二極管通過電阻Ra 與穩(wěn)壓電源W的輸出端形成回路；轉(zhuǎn)換光耦Oi中晶體管通過電阻Ri與穩(wěn)壓電 源W的輸出端形成回路；與電池組中的其它電池B2、……、Bn連接的電路和 與電池Bi連接的電路的連接方式、電路結(jié)構(gòu)及所用元器件均相同。
本發(fā)明的另外一種實(shí)施例如圖2所示，本發(fā)明的測量對象為由電池Bi、 B2、……、Bn串聯(lián)而成的電池組(其中n為電池組中電池的節(jié)數(shù)，以下含義同)， 本發(fā)明由與每節(jié)電池連接的電路組成，與每節(jié)電池連接的每一電路結(jié)構(gòu)均相 同；以連接電池Bi的電路為例，本發(fā)明由轉(zhuǎn)換光耦Oi、開關(guān)光耦Si、穩(wěn)壓電 源W、電阻Ra、電阻Ri、電阻Rtl組成；所述的電池Bi與電阻Rti、轉(zhuǎn)換光耦
0l中的發(fā)光二極管、開關(guān)光耦Sl中的晶體管形成回路Hl;開關(guān)光耦Sl、S2、……、
Sn中的發(fā)光二極管通過電阻Ra與穩(wěn)壓電源W的輸出端形成回路；轉(zhuǎn)換光耦Oi 中晶體管通過電阻Rl與穩(wěn)壓電源W的輸出端形成回路；與電池組中的其它電 池B2、……、Bn連接的電路和與電池Bi連接的電路的連接方式、電路結(jié)構(gòu)及 所用元器件均相同。
所述的轉(zhuǎn)換光耦Oi和開關(guān)光耦Si中的晶體管是雙極性晶體管(BJT)或 場效應(yīng)晶體管(FET)之一；
所述的轉(zhuǎn)換光耦Oi和開關(guān)光耦Si可以是二極管型光耦；
所述的開關(guān)光耦Sl可以是晶閘型光耦。
本發(fā)明的工作原理是當(dāng)穩(wěn)壓電源開始工作時(shí)，為開關(guān)光耦Sl中發(fā)光二極 管供電，開關(guān)光耦Si中晶體管導(dǎo)通，回路Hi中出現(xiàn)大小為Li的電流。電流Ll 的大小與電池的輸出電壓Vi的大小呈現(xiàn)一一對應(yīng)的映射關(guān)系。
Ri、轉(zhuǎn)換光耦Oi中晶體管和穩(wěn)壓電源W輸出端連接形成回路，轉(zhuǎn)換光耦Oi中晶體管與Rn形成的分壓電路所得電壓Ui與轉(zhuǎn)換光耦Oi中晶體管的導(dǎo)通狀況呈 現(xiàn)一一對應(yīng)的映射關(guān)系。
對于轉(zhuǎn)換光耦0i而言，其傳輸系數(shù)gi是穩(wěn)定的，其晶體管的導(dǎo)通狀況取決 于流經(jīng)其發(fā)光二級管的電流大小，即Li的大小與Ui的大小呈現(xiàn)一一對應(yīng)的映射 關(guān)系，也即Vi的大小與Ui的大小呈現(xiàn)一一對應(yīng)的映射關(guān)系。經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，可以 通過常規(guī)的測量方法測量Ui，經(jīng)過對應(yīng)換算就能得到電池Bl的實(shí)際電壓Vl。同 理可以得到電池B2、……、Bn的實(shí)際電壓V2、……、Vn
由于電池電壓與電平之間存在一一對應(yīng)的關(guān)系，且均為模擬量。經(jīng)過轉(zhuǎn)換
后依然可以保持很好的精度。所以測量精度主要取決于裝換后用于測量m、
U2、……、Un的測量電路的精度。對測出的Ui、 U2、……、Un只要根據(jù)對應(yīng)的 關(guān)系進(jìn)行換算就能保證Vl、 V2、……、Vn有很好的準(zhǔn)確度。由于光耦的穩(wěn)定性 較好，所以能很好的滿足測量對精確度和準(zhǔn)確度的要求。
本發(fā)明利用了隔離極限在數(shù)千伏以上的光耦作為電壓-電平器件，在解決了 電器隔離的問題的同時(shí)也消除了被測量對象之間的電位差。由于目前光耦的制 造工藝非常成熟，其平均壽命以及穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電池壽命；由于光耦的工作 頻率從幾十kHz到數(shù)MHz,因而可以適應(yīng)高速測量的需求，實(shí)時(shí)性非常好。
本發(fā)明可應(yīng)用于不同類型電池組的電平轉(zhuǎn)換，不僅適用鋰電池，也適用于 鉛酸蓄電池，還適用于電池電壓較低的鎳鎘和鎳氫等鎳系列電池組上，因而極 大的拓展了可適用電池的類型，具有廣泛的適應(yīng)性。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，對本發(fā)明的上述實(shí) 施例所做出的任何改進(jìn)或變更都不會(huì)超出僅以舉例的方式示出的本發(fā)明的實(shí) 施例和所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié)電池電壓的裝置，其特征在于包括與由B1、B2、……、Bn節(jié)電池串聯(lián)組成的電池組中每節(jié)電池連接的電路組，所述每節(jié)電池連接的每一電路其結(jié)構(gòu)均相同；連接電池B1的電路由轉(zhuǎn)換光耦O1、開關(guān)光耦S1、穩(wěn)壓電源W、電阻Ra、電阻R1、電阻Rt1組成；所述的電池B1與電阻Rt1、轉(zhuǎn)換光耦O1中的發(fā)光二極管、開關(guān)光耦S1中的晶體管分別形成各自回路；開關(guān)光耦S1中的發(fā)光二極管通過電阻Ra與穩(wěn)壓電源W的輸出端分別形成各自回路；轉(zhuǎn)換光耦O1中晶體管通過電阻R1與穩(wěn)壓電源W的輸出端分別形成各自回路；其中所述電池組中的其它電池B2、……、Bn連接的電路和與電池B1連接的電路的連接方式、電路結(jié)構(gòu)及所用元器件均相同。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié)電池電壓的裝置， 其特征在于所述的轉(zhuǎn)換光耦Oi和開關(guān)光耦Sl中的晶體管是雙極性晶 體管(BJT)或場效應(yīng)晶體管(FET)之一。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié)電池電壓的裝置， 所述的轉(zhuǎn)換光耦(h和開關(guān)光耦Si是二極管型光耦。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié)電池電壓的裝 置，其特征在于所述的開關(guān)光耦Si是晶閘型光耦。
5. —種在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié)電池電壓的裝置，其特征在于包括 與由Bi、 B2、……、Bn節(jié)電池串聯(lián)組成的電池組中每節(jié)電池連接的電 路組成，所述每節(jié)電池連接的每一電路其結(jié)構(gòu)均相同；連接電池Bl的 電路由轉(zhuǎn)換光耦Oi、開關(guān)光耦Si、穩(wěn)壓電源W、電阻Ra、電阻Ri、電 阻Rti組成；所述的電池Bi與電阻Rti、轉(zhuǎn)換光耦Ol中的發(fā)光二極管、開關(guān)光耦Sl中的晶體管分別形成各自回路；開關(guān)光耦Sl中的發(fā)光二極管通過電阻Ra與穩(wěn)壓電源W的輸出端形成回路；轉(zhuǎn)換光耦0i中晶體管通過電阻Rl與穩(wěn)壓電源W的輸出端分別形成各自回路；所述電池組中的B2、……、Bn節(jié)電池連接的電路和與電池Bl連接的電路的連接方式、電路結(jié)構(gòu)及所用元器件均相同。
6.如權(quán)利要求5所述的一種在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié)電池電壓的裝 置，其特征在于所述的轉(zhuǎn)換光耦Ol和開關(guān)光耦Sl中的晶體管是雙極 性晶體管(BJT)或場效應(yīng)晶體管(FET)之一。
7. 如權(quán)利要求5所述的一種在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié)電池電壓的裝置， 所述的轉(zhuǎn)換光耦Ol和開關(guān)光耦Si是二極管型光耦。
8. 如權(quán)利要求5所述的一種在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié)電池電壓的裝 置，其特征在于所述的開關(guān)光耦Si是晶閘型光耦。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在線轉(zhuǎn)換電池組中每節(jié)電池電壓的裝置，其由與每節(jié)電池連接的有著相同結(jié)構(gòu)的電路組成，每個(gè)與電池連接的電路均包括轉(zhuǎn)換光耦、開關(guān)光耦、穩(wěn)壓電源、電阻Rt、電阻Ra和電阻R，所述的電池與電阻Rt、轉(zhuǎn)換光耦中的發(fā)光二極管、開關(guān)光耦中的晶體管分別形成各自回路；開關(guān)光耦中的發(fā)光二極管通過電阻Ra與穩(wěn)壓電源的輸出端分別形成各自回路；轉(zhuǎn)換光耦中晶體管通過電阻R與穩(wěn)壓電源的輸出端分別形成各自回路；本發(fā)明的另外一種實(shí)施方案是開關(guān)光耦中的發(fā)光二極管通過電阻Ra與穩(wěn)壓電源的輸出端形成回路；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于轉(zhuǎn)換精度高、性能穩(wěn)定可靠、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、耗電量低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號G01R31/36GK101413993SQ20081023930
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者鵬 李 申請人:鵬 李