專利名稱：一種電池組總電壓檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電動汽車技術(shù)領(lǐng)域，尤其是電動汽車動力鋰電池組的總電壓檢測電路，具體為一種電池組總電壓檢測電路。
背景技術(shù)：
電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一是動力鋰電池。大量單體鋰電池串聯(lián)組成鋰電池組，為電動汽車提供動力。電動汽車鋰電池組由數(shù)十甚至上百節(jié)單體電池串聯(lián)組成，電壓達(dá)到幾百伏，如電動大巴的鋰電池組電壓高達(dá)近700伏。動力鋰電池組的總電壓是一個重要的參數(shù)，需要精確測量這幾百伏的總電壓。在電池組總電壓檢測方面現(xiàn)有技術(shù)主要有兩種，一種是通過測量組成電池組的每節(jié)單體電池的電壓值，將其相加得到總電壓；另一種是采用電壓霍爾傳感器測量總電壓。第一種方法中單體電池的測量誤差因電池組中單體電池數(shù)量很大而累積，總電壓測量值誤差太大；第二種方法霍爾傳感器線性度是一定的，在考慮成本和應(yīng)用場所的情況下，霍爾傳感器測量誤差較大，為了確保測量精度需要選用價格昂貴的大范圍霍爾電壓傳感器。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種電池組總電壓檢測電路，以解決現(xiàn)有技術(shù)的電動車電池電壓測量中測量誤差大的問題。為了達(dá)到上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案為一種電池組總電壓檢測電路，其特征在于包括有依次電連接的電壓采集單元、儀表運放單元、隔離運放單元和A/D轉(zhuǎn)換單元，被測電池組的端電壓信號由電壓采集單元采集，再依次經(jīng)過儀表運放單元排噪放大、隔離運放單元隔離放大后，通過A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。所述的一種電池組總電壓檢測電路，其特征在于所述電壓采集單元為多個電阻串聯(lián)構(gòu)成的分壓電路，所述分壓電路一端接被測電池組的正極端，另一端接被測電池組的負(fù)極接地端，其中靠近被測電池組負(fù)極接地端的一個電阻作為采樣電阻，從所述采樣電阻與其相鄰的電阻之間引出輸出導(dǎo)線接至所述儀表運放單元。所述的一種電池組總電壓檢測電路，其特征在于所述儀表運放單元由儀表運放芯片INAU8構(gòu)成，所述電壓采集單元中的輸出導(dǎo)線接至儀表運放芯片INA128的V+in引腳， 所述儀表運放芯片INAU8通過Vo引腳與所述隔離運放單元電連接，儀表運放芯片INA128 的Ref引腳、V_in引腳分別接電池地。所述的一種電池組總電壓檢測電路，其特征在于所述隔離運放單元由隔離運放芯片ISOlM構(gòu)成，所述儀表運放芯片INA128的Vo端引腳與隔離運放芯片ISOlM的Vin 引腳電連接，隔離運放芯片ISOlM通過V。ut引腳與A/D轉(zhuǎn)換單元電連接，隔離運放芯片 IS0124的GNDl引腳接電池地，隔離運放芯片ISOlM的GND2引腳接控制電路地。所述的一種電池組總電壓檢測電路，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換單元由A/D轉(zhuǎn)換芯片ADSl 100構(gòu)成，所述隔離運放芯片IS0124的Vout引腳與A/D轉(zhuǎn)換芯片ADSl 100的Vin+引腳電連接，A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS1100的Vin_引腳和GND引腳分別接控制電路地，SCL引腳引入時鐘信號，在SDA引腳接有信號輸出導(dǎo)線輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。與已有技術(shù)相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在1、本實用新型抗干擾性能好，精度高。分壓電路采集來的電壓經(jīng)儀表運放放大，排除干擾。電動汽車工況復(fù)雜，汽車電子產(chǎn)品越來越復(fù)雜，會產(chǎn)生多種干擾因素。在這種有噪聲的復(fù)雜工況下采用隔離運放能夠有效的抑制噪聲對于電壓信號的干擾，并且保持較高的測量精度。2、本實用新型高隔離、高絕緣性。電動汽車用鋰電池組電壓達(dá)幾百伏，要將電池部分與系統(tǒng)控制電路隔離開來，做到高絕緣性。采用隔離運放，能夠?qū)㈦姵亟M地和系統(tǒng)控制電路完全隔離開來，具有極高的絕緣性，避免了二者之間的互相干擾。3、本實用新型信號輸出方便。通過A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過1 直接輸出，微處理器可以直接接受該信號，不需要做進(jìn)一步的處理。

圖1為本實用新型電路原理圖。圖2為本實用新型中的INA128的引腳配置圖。圖3為本實用新型中的ISOlM的引腳配置圖。圖4為本實用新型中ADS1100引腳排列圖。
具體實施方式
本實施例中的總電壓檢測電路包括有電壓采集單元、儀表運放單元、隔離運放單元和A/D轉(zhuǎn)換單元；被測電池組的端電壓是由分壓電路進(jìn)行電壓采集，依次經(jīng)過儀表運放單元、隔離運放單元，最后通過A/D轉(zhuǎn)換單元，由所述A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出。具體實施中，電池組通過串聯(lián)200個額定電壓為3. 2V的鋰離子電池構(gòu)成，電池組的額定電壓被設(shè)置為640V。在電動汽車的具體實施過程中一般以8-12個單體理電池組成小的電池組，再將這些小的電池組申聯(lián)組成電動汽車的動力電池組，組裝和操作起來更簡便。如圖1所示，以串聯(lián)設(shè)置的分壓電阻Rl、R2和R3構(gòu)成電壓采集單元的分壓電路， 電阻Rl —端接在電池組的正極端，R3 —端接在電池組的負(fù)極端，即負(fù)極接地。電池組的總電壓達(dá)幾百伏，調(diào)整各分壓電阻R1、R2和R3的阻值，可以使得電壓測定用的電阻R3兩端的電壓值處在儀表運放的輸入范圍之內(nèi)。本實施例中，設(shè)置電阻Rl和R2的阻值為高電阻1ΜΩ，R3是電壓測定用的電阻，電阻R3為IOK Ω。電池組的額定電壓為640V，電阻R1、R2與R3的分壓比為200/1，因此在電阻R3兩端產(chǎn)生3. 18V的電壓。如圖2所示。將電阻R3兩端的電壓信號作為儀表運放的輸入。在本實施方式中儀表運放采用INAU8系列芯片。INAU8是低功耗、高精度的通用儀表放大器，具有極強的抑制噪聲能力。INAU8芯片共有八個引腳，兩個接電阻的增益調(diào)節(jié)引腳RG，正負(fù)輸入引腳 V+in和V-in，電源引腳V+和V-，以及一個Ref引腳和一個輸出引腳Vo。[0024]INA128的電源采用士5V的電壓，電源引腳V+與V-分別接士5V電壓，Ref接地； 考慮此處主要任務(wù)是排除噪聲的干擾，放大增益設(shè)置為1，兩個RG引腳空接；將輸入引腳 V+in與R2、R3的中點相接，另一引腳V_in接地，即直接將電阻R3兩端電壓作為INA128的輸入，電壓信號經(jīng)過INA128的排噪放大處理后從Vo端輸出。經(jīng)分壓電路分壓后采集得到的電壓信號經(jīng)過INA128的抑噪和放大處理后，從Vo 輸出端輸出，然后作為隔離運放的輸入。鋰電池組由大量單體鋰電池串聯(lián)構(gòu)成，電壓值達(dá)到 620V，電池組控制中心電路需要通過很高的絕緣處理與電池組隔離開，避免電池組的高電壓對控制電路形成干擾。如圖3所示，隔離運放單元采用ISOlM芯片，ISOlM芯片是一種高精度、高絕緣的隔離運放，共有八個引腳，引腳配置如圖3所示，其中，士Vsl和士Vs2為電源引腳，GNDl和 GND2為接地引腳，Vin為輸入引腳、Vout為輸出引腳。INAU8芯片的Vo端輸出引腳接入在 ISOlM芯片的Vin端輸入引腳；為了保持隔離，以ISOlM芯片的GNDl端接電池地，以ISOlM 芯片的GMD2接控制電路地；輸入端的電源采用士 12V電源，SP 士Vs2接士 12V電源；輸出端的電源采用士5V的電源，S卩士VSl接士5V電源；電壓信號從ISOlM芯片的V-輸出到下一級電路。IS0124輸出的電壓信號是模擬信號，需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后才能被單片機所處理。本實施方式中選用的A/D轉(zhuǎn)換器是ADS1100，這是一種精密的連續(xù)自校準(zhǔn)A/D轉(zhuǎn)換器。如圖4所示。ISOlM芯片的V。ut輸出端接入ADS1100芯片的Vin_1; ADS1100芯片的Vin-和GND接控制電路中的地；SCL接IIC SCLK時鐘信號，在IIC SDA端輸出轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號。Vin+和Vin_是分別為正負(fù)輸入引腳，VDD是電源引腳，GND接地引腳，ADSl 100通過一個I2C接口通信。一條I2C由兩條線路組成SDA線和SCLK線，SDA傳送數(shù)據(jù)，SCLK提供時鐘?？刂品绞诫妷簷z測電路中的電阻Rl、R2和R3申聯(lián)后接到電池組的正負(fù)兩端。電阻Rl、R2 和R3對電池組進(jìn)行分壓，分壓處理后R3兩端的電壓為3. 18V，接到INAU8輸入接口。INAU8是低功耗、高精度、高抗干擾的儀表放大器。在大多數(shù)應(yīng)用中它的噪聲都很低，在G > 100時在0. 1到IOHz范圍內(nèi)測得的低噪聲頻率大約為0. 2μ Vp-p。并且具有非常低的偏置電壓和溫度漂移，高共模抑制，是復(fù)雜噪聲干擾強的環(huán)境中的最佳選擇。在本實施方式中，電池組中干擾較強，選用INAU8有效地排除了干擾因素，得到可以準(zhǔn)確的檢測觀測量的值。電壓信號經(jīng)INA128除噪后接入隔離運放IS01M，這是一種低成本的精密隔離放大器。ISOlM的非線性度很小，具有極高的隔離性能。在電動汽車工況中，電池組電壓很高，需要將電池組與控制電路絕緣隔離開來，ISOlM具備很高的隔離性能，用在本實施方式中能夠很好的做到絕緣隔離，在提高準(zhǔn)確性的同時降低了成本。經(jīng)過ISOlM隔離處理過的電壓模擬信號需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后才能被單片機讀入。本實施方式中的ADS1100是16位自校準(zhǔn)的A/D轉(zhuǎn)換器，具有高達(dá)16位的分辨率，精度很高。ADS1100通過I2C(內(nèi)部集成電路)接口通信，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后可直接通過I2C接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较乱患壧幚砹鞒讨校３指呔鹊耐瑫r簡化了電路，提高了可操作性。 本實用新型提出的電池組總電壓檢測方案，通過儀表運放和隔離運放的應(yīng)用，解決了電池組中干擾噪聲多總電壓測量不精確的問題，同時實現(xiàn)了電池組電路和控制電路的高絕緣隔離，提高了安全性進(jìn)一步提高了測量的準(zhǔn)確度，最后通過選用含I2C通信的A/D轉(zhuǎn)換器將采集到的電壓數(shù)據(jù)直接發(fā)送到單片機處理，電路實現(xiàn)更加簡潔。
權(quán)利要求1.一種電池組總電壓檢測電路，其特征在于包括有依次電連接的電壓采集單元、儀表運放單元、隔離運放單元和A/D轉(zhuǎn)換單元，被測電池組的端電壓信號由電壓采集單元采集，再依次經(jīng)過儀表運放單元排噪放大、隔離運放單元隔離放大后，通過A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池組總電壓檢測電路，其特征在于所述電壓采集單元為多個電阻串聯(lián)構(gòu)成的分壓電路，所述分壓電路一端接被測電池組的正極端，另一端接被測電池組的負(fù)極接地端，其中靠近被測電池組負(fù)極接地端的一個電阻作為采樣電阻，從所述采樣電阻與其相鄰的電阻之間引出輸出導(dǎo)線接至所述儀表運放單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池組總電壓檢測電路，其特征在于所述儀表運放單元由儀表運放芯片INAU8構(gòu)成，所述電壓采集單元中的輸出導(dǎo)線接至儀表運放芯片 INA128的V_in引腳，所述儀表運放芯片INAU8通過Vo引腳與所述隔離運放單元電連接，儀表運放芯片INA128的Ref引腳、V_in引腳分別接電池地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池組總電壓檢測電路，其特征在于所述隔離運放單元由隔離運放芯片ISOlM構(gòu)成，所述儀表運放芯片INA128的Vo端引腳與隔離運放芯片 ISOlM的Vin引腳電連接，隔離運放芯片ISOlM通過V。ut引腳與A/D轉(zhuǎn)換單元電連接，隔離運放芯片ISOlM的GNDl引腳接電池地，隔離運放芯片ISOlM的GND2引腳接控制電路地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池組總電壓檢測電路，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換單元由A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS1100構(gòu)成，所述隔離運放芯片ISOlM的V。ut引腳與A/D轉(zhuǎn)換芯片 ADSl 100的Vin+引腳電連接，A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS1100的Vin_引腳和GND引腳分別接控制電路地，SCL引腳引入時鐘信號，在SDA引腳接有信號輸出導(dǎo)線輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。
專利摘要本實用新型公開了一種電池組總電壓檢測電路，包括有電壓采集單元、儀表運放單元、隔離運放單元和A/D轉(zhuǎn)換單元；被測電池組的端電壓是由分壓電路進(jìn)行電壓采集，依次經(jīng)過儀表運放單元、隔離運放單元，最后通過A/D轉(zhuǎn)換單元，由所述A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出。本實用新型具有高精度、高隔離及高絕緣性能。
文檔編號G01R31/36GK201935955SQ20102056841
公開日2011年8月17日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者何耀, 劉興濤, 詹昌輝, 陳宗海 申請人:合肥國軒高科動力能源有限公司, 安徽安凱國軒新能源汽車科技有限公司