專利名稱：鋰離子動力電池單體電芯電壓測量電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電池監(jiān)控技術領域，用于鋰離子動力電池組的在線保護和均衡控制過程中單體電芯電壓測量。
背景技術：
鋰離子動力電池由于其比能量大、放電電壓高、循環(huán)壽命長、無記憶效應、具有快速充電能力、自放電速率小、節(jié)能、環(huán)保而受到重視。由于鋰離子電池單體容量過大，容易產生高溫，誘發(fā)不安全因素，因此大容量鋰離子電池必須通過串并聯(lián)的方式形成電池組。單體電池本身的不一致性將會影響整個電池組的壽命和性能。同時,鋰離子單體電芯充電時有電壓上限，當電芯電壓高于一定值時，會產生過充電現(xiàn)象；放電時也有電壓下限，當電芯電壓低于一定值時，會產生過放電現(xiàn)象。電池過充電或過放電均會造成危險性,嚴重時會產生爆炸。綜上所述，在鋰離子電池組充放電過程中必須精確的檢測各個單體電芯的電壓，以便對電池組進行在線保護以及均衡控制。目前采用的技術手段主要有:一、采用專用多通道單體電芯電壓檢測芯片，對電池組中串聯(lián)單體電芯電壓進行測量(參見文獻:電源控制技術[J].電子自動化，2010(32):66-68。以及:基于MSP430單片機的12節(jié)鋰電池管理系統(tǒng)[J].電源技術，2011(35):514-516。)。該方案需要選用價格昂貴的專用芯片，大幅增加系統(tǒng)成本，同時，外圍電路較復雜，可擴展性較差。二、采用巡檢的方式對電池組中串聯(lián)單體電芯電壓進行測量。包括:I)通過開關器件(繼電器)分時把單體電芯的電壓信號切換到同一個差分放大器，經信號調理后用一只A/D轉換器進行采樣(參見文獻:基于雙CAN總線的電動汽車電池管理系統(tǒng)[J].汽車工程，2008(30):788-791, 795。以及:一種新型鋰電池管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].制造業(yè)自動化，2010 (32):197-198, 225。)。該方法存在幾個缺點:需要復雜的信號調理電路將電芯電壓調理至A/D轉換器量程范圍內；機械式開關器件觸點阻抗較大，產生較大的測量誤差，隨著使用時間的延長，誤差將會進一步增大。2)米用微處理器控制光控MOS管開關,分時將單體電芯的電壓信號切換到同一個差分放大器，經信號調理后用一只A/D轉換器進行采樣(參見文獻:純電動汽車電池管理系統(tǒng)研究與設計[J].測控技術，2010 (29):54-57。)。該方法存在幾個缺點:需要復雜的信號調理電路將電芯電壓調理至A/D轉換器量程范圍內。需要增加獨立電源對光控MOS管前后級進行供電，大幅提高系統(tǒng)成本的同時增加電路的復雜性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子動力電池單體電芯電壓測量電路，實現(xiàn)低成本高精度的鋰離子動力電池組中各串聯(lián)單體電芯電壓測量。本發(fā)明的技術方案如下:一種鋰離子動力電池單體電芯電壓測量電路，包括由多個串聯(lián)的單芯電池所組成的電池組；所述電池組的負極接地，所述電池組中每個單芯電池的正極串聯(lián)一個分壓電阻后連接至一個MOS管的漏極；所述各MOS管的源極并聯(lián)后連接至電壓跟隨器的正輸入端，所述各MOS管的柵極分別連接至MCU ;所述電壓跟隨器的正輸入端與地之間連接有并聯(lián)的電阻以及電容，所述電壓跟隨器的負輸入端與輸出端短接，所述電壓跟隨器的輸出端連接至A/D轉換器；所述A/D轉換器與MCU相連接。
本發(fā)明的有益技術效果是:
本發(fā)明實時準確采集鋰離子動力電池組中各串聯(lián)單體電芯電壓，為鋰離子動力電池進行過充電、過放電保護以及均衡控制提供有力的判斷依據(jù)，延長電池組使用壽命，防止發(fā)生火災、爆炸等嚴重事故。
本發(fā)明附加的優(yōu)點將在下面具體實施方式
部分的描述中給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


圖1是本發(fā)明的電路原理圖。
圖2是本發(fā)明一個實施例的電路原理圖。
圖3是本發(fā)明的電壓校準人機界面圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步說明。
本發(fā)明的具體電路如圖1所示，其包括由多個串聯(lián)的單芯電池BTl BTn所組成的電池組。電池組的負極接地；電池組中每個單芯電池BTl BTn的正極串聯(lián)一個分壓電阻Rl Rn后連接至一個MOS管Ql Qn的漏極。各MOS管Ql Qn的源極并聯(lián)后連接至電壓跟隨器Ul的正輸入端+ ;各MOS管Ql Qn的柵極分別連接至MCU的Con_l Con_n端。電壓跟隨器Ul的正輸入端+與地之間連接有并聯(lián)的電阻R以及電容Cl ；電壓跟隨器Ul的負輸入端-與輸出端短接；電壓跟隨器Ul的輸出端連接至A/D轉換器的VIN+端。A/D轉換器與MCU相連接。
在電路設計上，本發(fā)明采用多通道切換的技術。圖1中各測試點Vl Vn的電壓，通過低阻抗MOS管Ql Qn組成的多路電子開關，結合MCU程序控制，分時送至分壓電路分壓，再經過電壓跟隨器Ul緩沖后送至同一個A/D轉換器，完成電池組各串聯(lián)單體電芯電壓的測量，從而實現(xiàn)硬件電路分時復用，降低成本。其中，各分壓電阻(Rl Rn，以及R)選用相同材料電阻，減小 因溫度系數(shù)不同而造成的測量誤差。
基于上述電路所實現(xiàn)的電壓校準方式如下:
因各通道分壓電阻(Rl Rn)固有的不一致性，各通道實際分壓比與理論值不同，將引起單體電芯電壓測量誤差。本發(fā)明采用線性校正方法對測量的電壓進行校正。
Vbti，νΒΤ2...νΒΤη分別為I η號單體電芯(BTl BTn)電壓。Vn為各測試點的電壓。
則:VBTn=Vn-Vn_i當 η>1 時 (I)
Vbti=V1 當 n=l 時
Vn=(R+Rn)/R*Vin (2)
根據(jù)分壓電阻標稱阻值計算得到的各測試點的電壓值(未校準)記為Vn#;R l。
則有:Vn未校準=(R標稱+Rn標稱)/R標稱*Vin上式中，R標稱為電阻R的標稱阻值；Rn稱為電阻Rl Rn的標稱阻值。為減小由于分壓電阻的不一致性(電阻阻值誤差不一致)所引起的單體電芯電壓測量誤差，增加校準系數(shù)Κηβ ι，公式(2)轉換為:Vn=Kn校準*Vn未校準=Kn校準*(R標稱+Rn標稱)/R標稱*Vin (3)Kn校準=Vn校準/Vn未校準 (4)其中，Vne l為使用儀表測得的測試點Vn處的電壓值。因分壓電阻選用相同材料電阻，溫度系數(shù)也相同，經過一次校準，即可在不更換分壓電阻的情況下，保證單體電芯電壓測量精度。同時，因本發(fā)明中電壓校準點與測量點相同，避免了累計誤差。以下為本發(fā)明的一個實施例。圖2是一個利用本發(fā)明實現(xiàn)24V鋰離子動力電池各串聯(lián)單體電芯電壓精確測量的實施例。其中，A/D轉換器選用18位A/D轉換器MCP3421。各測試點的電壓，通過低阻抗MOS管組成的多路電子開關，結合MCU程序控制，分時送至分壓電路分壓，轉變?yōu)镺 2.048V電壓，再經過由電壓跟隨器Ul緩沖后送至A/D轉換器MCP3421進行A/D轉換。電容Cl起濾波作用。圖3是上述實施例的電壓校準畫面。在上位機電壓校準畫面設置利用儀表測得各測試點的電壓值，經過通訊將所設置的電壓傳送至MCU，在MCU中按照公式(4)計算各校準系數(shù)Kntsi ;值得注意的是，校準系數(shù)!^!^的確定只需進行一次；因為校準系數(shù)Kntsi是為本發(fā)明電路的固有系數(shù)，其不隨測量電池的改變而變動；因此，將該校準系數(shù)κηβ ι內置于MCU中。在接下來的工作過程中，按照公式(3)計算各測試點校準后的電壓Vn，最后按照公式(I)計算鋰離子電池組中各串聯(lián)單體電芯的電壓VBTn。圖3中，“實測”為各測試點未經校準的電壓;“校準值”為利用儀表測得各測試點的電壓(νη δ ι); “校準”為經過校準后各單體電芯電壓(VBTn)。以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明不限于以上實施例。可以理解，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的基本構思的前提下直接導出或聯(lián)想到的其他改進和變化，均應認為包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種鋰離子動力電池單體電芯電壓測量電路，其特征在于:包括由多個串聯(lián)的單芯電池所組成的電池組；所述電池組的負極接地,所述電池組中每個單芯電池的正極串聯(lián)一個分壓電阻后連接至一個MOS管的漏極；所述各MOS管的源極并聯(lián)后連接至電壓跟隨器的正輸入端，所述各MOS管的柵極分別連接至MCU ;所述電壓跟隨器的正輸入端與地之間連接有并聯(lián)的電阻以及電容，所述電壓跟隨器的負輸入端與輸出端短接，所述電壓跟隨器的輸出端連接至A/D轉換器；所述A/D轉換器與MCU相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種鋰離子動力電池單體電芯電壓測量電路，包括由多個串聯(lián)的單芯電池所組成的電池組；電池組的負極接地，電池組中每個單芯電池的正極串聯(lián)一個分壓電阻后連接至一個MOS管的漏極；各MOS管的源極并聯(lián)后連接至電壓跟隨器的正輸入端，各MOS管的柵極分別連接至MCU；電壓跟隨器的正輸入端與地之間連接有并聯(lián)的電阻以及電容，電壓跟隨器的負輸入端與輸出端短接，電壓跟隨器的輸出端連接至A/D轉換器；A/D轉換器與MCU相連接。本發(fā)明實時準確采集鋰離子動力電池組中各串聯(lián)單體電芯電壓，為鋰離子動力電池進行過充電、過放電保護以及均衡控制提供有力的判斷依據(jù)，延長電池組使用壽命，防止發(fā)生火災、爆炸等嚴重事故。
文檔編號G01R31/36GK103163479SQ201310100910
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權日2013年3月26日
發(fā)明者葉露林, 張曄, 蔣偉鋒, 朱麟, 夏加明, 吳秋芹, 曹菁 申請人:葉露林, 張曄, 蔣偉鋒, 朱麟, 夏加明, 吳秋芹, 曹菁