專利名稱：電池組電壓采樣電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電池管理系統(tǒng)，尤其涉及一種電池組電壓采樣電路。
背景技術：
鋰離子電池組是根據(jù)客戶系統(tǒng)的電壓和容量要求由許多電芯進行串并聯(lián)而得到的，鋰離子電池非常嬌貴，單節(jié)電芯必須保證在規(guī)格書給定的電壓范圍內，如果超出了規(guī)格書給定的范圍，輕則損傷電芯從而影響整組電池的壽命，重則會出現(xiàn)電池組燃燒、爆炸等安
全事故。具有多個電池單元的電池組，例如鋰離子電池組，被廣泛應用于工業(yè)生產中。鋰離子電池具有能量密度大、平均輸出電壓高、自放電小、沒有記憶效應、工作溫度范圍寬、循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電、充電效率高達100%、輸出功率大、使用壽命長以及不含有毒有害物質等諸多優(yōu)點，被稱為綠色電池，廣泛應用于筆記本電腦、電動工具、電動車等領域。單節(jié)鋰離子電池的電壓為4V左右，為了獲得較高電壓，在實際應用中常常使用鋰離子電池多節(jié)串聯(lián)后得到的鋰離子電池組給設備進行供電，所以鋰離子電池組會據(jù)客戶系統(tǒng)的電壓和容量要求進行串并聯(lián)供電。由于鋰離子電池組非常嬌貴，單個電池單元必須保證在規(guī)格書給定的電壓范圍內，如果超出了規(guī)格書給定的范圍，輕則損傷電池單元的電芯，影響整組電池的壽命，重則會出現(xiàn)電池組燃燒、爆炸等安全事故。即使所有電池單元都是在安裝前進行過容量匹配檢測，但在長期的使用過程中電池單元會因自身放電不一致而導致電池單元之間的容量不一致，間接表現(xiàn)出電壓不一致，因此，對電池組里的每個電池的電壓進行采樣，監(jiān)控是很有必要的。圖1為現(xiàn)有技術中一種電池組電壓采樣電路的結構示意圖，如圖1所示，所述電壓采用電路包括第一至第六電池11 16串聯(lián)形成的電池組10和電壓采樣單元60，第一電池至第六電池中11 16每個電池對應于第一至第六電壓輸出單元21 沈相連，第一至第六電壓輸出單元21 沈的輸出端分別通過第一至第六開關31 36與電壓采樣單元60 相連，從而根據(jù)需要閉合對應開關，從而將第一至第六電池11 16的電壓輸出至電壓采樣單元60，實現(xiàn)對電池組10的電壓采樣。其中，第一電池11和電壓采樣單元60共同接地，因此第一電池11的正極和負極分別與第一電壓輸出單元21的兩個輸入端連接，第一電壓輸出單元21的輸出端與電壓采樣單元60的第一端61相連，將第一電池11的電壓直接輸出給電壓采樣單元60 ；而第二至第六電池12 16不接地，第二至第六電池12 16分別與第二至第六輸出單元22 沈相連，第二至第六電池12 16的正極和負極端分別與第二至第六電壓輸出單元22 沈相連，第二至第六電壓輸出單元22 沈的輸出端與電壓采樣單元的第三端63相連，同時還通過一個接地電阻45接地，從而把第二至第六電池的電壓轉移到一個和電壓采樣單元共同接地電阻45上，然后供電壓采樣單元60進行電壓采樣，在第一電壓輸出單元21與電壓采樣單元60之間以及每個電壓輸出單元22 沈所在的支路上設置有第一至第六開關31 36，通過控制閉合其中一個開關可以實現(xiàn)對應電池的電壓采樣，實現(xiàn)監(jiān)控。由于第一電池11與電壓采樣單元60共同接地，故第一電壓輸出單元21通常采用電壓跟隨器或差分電路采樣后直接輸出，因其電平轉移電路上有壓降且又需要在電阻上采樣一串電芯的壓降，故不適用于第一電池11，由于電壓跟隨器或差分電路采樣后直接輸出， 輸出電壓隨溫度飄動非常小，甚至小于lmv。而對于第二電池至第六電池12 16不與電壓采樣單元60共同接地，故對應第二輸出單元至第六輸出單元21 沈均采用電平轉移電路進行電壓輸出。然而，相對于電壓跟隨器或差分電路，電平轉移電路相對復雜且隨溫度的變化也比較大，最大甚至能達到20mV左右，則第二至第六電池12 16與第一電池11之間的采樣電壓會因輸出溫度系數(shù)而導致采樣結果不正確，引起采樣結果誤差，實驗表明，不同溫度情況下會帶來20mV左右的誤差。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種解決溫度變化而導致的電壓采樣誤差問題的電壓采樣的電池組電壓采樣電路。為解決上述問題，本實用新型一種電池組電壓采樣電路包括若干電池串聯(lián)形成的電池組，包括第一電池和第二電池，所述第一電池的負極接地；第一電壓輸出單元，所述第一電池的負極與正極分別與所述第一電壓輸出單元的兩個輸入端連接；電壓采樣單元， 所述第一電壓輸出單元的輸出端通過第一開關與所述電壓采樣單元第一端相連，所述電壓采樣單元的第二端接地；第二電壓輸出單元，所述第二電池的負極和正極端分別與所述第二電壓輸出單元的兩個輸入端連接，所述第二電壓輸出單元的輸出端通過第二開關與所述電壓采樣單元的第三端連接；差分電路，所述差分電路包括運算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻，所述第二電池的負極通過第一電阻與運算放大器的反向輸入端連接，所述第二電池的正極通過第二電阻與運算放大器的正向輸入端連接，所述運算放大器的反向輸入端通過第三電阻與運算放大器的輸出端連接，所述運算放大器的正向輸入端通過第四電阻接地，所述運算放大器的輸出端與所述電壓采樣單元的第四端連接。進一步的，所述第二電池的負極與所述第一電池的正極相連。進一步的，所述第一電壓輸出單元為電壓跟隨器或差分電路。進一步的，所述第二電壓輸出單元為電平轉移電路。進一步的，所述電壓采樣單元的第三端通過接地電阻接地。進一步的，所述第一電阻、第二電阻、第三電阻以及第四電阻的阻值均相同。進一步的，還包括第三電壓輸出單元和第三開關，所述電池組還包括第三電池，所述第三電池的負極與所述第二電池的正極相連，所述第三個電池的負極與正極分別與所述第三電壓輸出單元的兩個輸入端連接，所述第三電壓輸出單元的輸出端通過所述第三開關與所述電壓采樣單元的第三端連接。進一步的，所述第三電壓輸出單元與第二電壓輸出單元為兩個相同的電平轉移電路。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型通過增加一個運放組成的差分電路來實現(xiàn)全溫度范圍的采樣電壓補償。由于接地的第一電池由電壓跟隨器或差分電路的電壓輸出單元輸出采樣單元，可以實現(xiàn)第一電池在全溫度范圍內的采樣電壓漂動ImV左右，而在第二個電池上分別使用電平轉移電路和差分電路分別輸出第二電池的采樣電壓，比較兩個采樣電壓值， 獲得電壓差值Δ V，因為差分電路得到的電壓基本上就是實際值，所以這個Δ V就是電平轉移電路因溫度變化造成的漂移和實際值的差值，其他電池采用電平轉移電路輸出電路具有相同的溫度漂移系數(shù)，故其他電池實際電壓可以由電平轉移電路采樣得到的電壓加上AV 來得到，使用這樣一個簡單的電路可以將溫度導致的誤差降到IOmV以內。

圖1為現(xiàn)有技術中電池組電壓采樣電路的結構示意圖。圖2為本實用新型一實施例中電池組電壓采樣電路的結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本實用新型的內容作進一步說明。當然本實用新型并不局限于該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本實用新型的保護范圍內。其次，本實用新型利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本實用新型實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應以此作為對本實用新型的限定。圖2為本實用新型一實施例中電池組電壓采樣電路的結構示意圖，如圖2所示，如圖2所示，所述電池組電壓采樣電路包括若干電池串聯(lián)形成的電池組100，所述電池組100包括第一電池101和第二電池 102，所述第一電池101的負極接地；第一電壓輸出單元201，所述第一電池101的負極與正極分別與所述第一電壓輸出單元201的兩個輸入端連接；其中，由于第一電池101與電壓采樣單元600共同接地，其中第一電壓輸出單元201選擇電壓跟隨器或差分電路，相比于電平轉移電路，其壓降更小， 且不需要連接接地電阻，故耗能更小，且輸出電壓準確，受溫度漂移影響小。電壓采樣單元600，所述第一電壓輸出單元201的輸出端通過第一開關301與所述電壓采樣單元600的第一端601相連，所述電壓采樣單元600的第二端602接地；進一步的，所述電壓采樣單元600的第三端603通過接地電阻405接地。在若干電池串聯(lián)形成的電池組中，第一電池101和電壓采樣單元600是共地的，則第一電池101可以第一電壓輸出單元201，即電壓跟隨器或差分電路進行采樣后直接輸出，而第二電池至第六電池102 106不與電壓采樣單元600共同接地。第二電壓輸出單元202，所述第二電池102的負極和正極端分別與所述第二電壓輸出單元202的兩個輸入端連接，所述第二電壓輸出單元202的輸出端通過第二開關302 與所述電壓采樣單元600的第三端603連接；差分電路，所述差分電路包括運算放大器500、第一電阻401、第二電阻402、第三電阻403和第四電阻404，所述第二電池102的負極通過第一電阻401與運算放大器500的反向輸入端連接，所述第二電池102的正極通過第二電阻402與運算放大器500的正向輸入端連接，所述運算放大器500的反向輸入端通過第三電阻403與運算放大器的輸出端連接，所述運算放大器500的正向輸入端通過第四電阻404接地，所述運算放大器500的輸出端與所述電壓采樣單元的第四端604連接。其中，所述第一電阻401、第二電阻402、第三電阻403以及第四電阻404的阻值均相同，以保證運算放大器500兩端輸入電壓為1 1電壓輸入。第二電池102相對于電壓采樣系統(tǒng)是不同地的，所以要用第一至第四電阻401 404與運算放大器組成差分電路，將第二電池102的電壓轉換成為與電壓采樣單元600共同接地的電壓采樣方式，方便采樣，同時四個電阻的阻值相等容易匹配，可以將第二電池102 的電壓等比例復制到電壓采樣單元600。所述電池組除包括第一電池101和第二電池102，還可以包括第三電池103以及更多串聯(lián)的電池，本實施例以六個串聯(lián)電池為例，第一電池至第六電池101 106依次串聯(lián)， 其中第三電池至第六電池103 106的連接方式相似，其中，所述第三電池103的負極與所述第二電池102的正極相連，所述第三個電池103的負極與正極分別與所述第三電壓輸出單元203的兩個輸入端連接，所述第三電壓輸出單元203的輸出端通過所述第三開關303 與所述電壓采樣單元600的第三端603連接；所述第四電池104的負極與所述第三電池103 的正極相連，所述第四電池104的負極與正極分別與所述第四電壓輸出單元204的兩個輸入端連接，所述第四電壓輸出單元204的輸出端通過所述第四開關304與所述電壓采樣單元600的第三端603連接，同樣第五電池105通過與第五電壓輸出單元205連接，通過第五開關305控制，將電壓輸出給電壓采樣單元600進行采樣，第六電池106通過與第六電壓輸出單元206連接，通過第六開關306控制，將電壓輸出給電壓采樣單元600進行采樣。上述僅以六個電池串聯(lián)形成的電池組為例，但所述電池組中串聯(lián)電池的數(shù)量不被限制。其中，所述第三電壓輸出單元203與第二電壓輸出單元202為兩個相同的電平轉移電路，由于所述第三電壓輸出單元203與第二電壓輸出單元202采用了同樣架構的電平轉移電路，故具有同樣的溫度系數(shù)，溫度曲線非常相似，故采樣電壓的輸出因溫度引起的電壓誤差一致。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型通過增加一個運放組成的差分電路來實現(xiàn)全溫度范圍的采樣電壓補償。由于接地的第一電池由電壓跟隨器或差分電路的電壓輸出單元輸出采樣單元，可以實現(xiàn)第一電池在全溫度范圍內的采樣電壓漂動ImV左右，而在第二個電池上分別使用電平轉移電路和差分電路分別輸出第二電池的采樣電壓，比較兩個采樣電壓值， 獲得電壓差值Δ V，因為差分電路得到的電壓基本上就是實際值，所以這個Δ V就是電平轉移電路因溫度變化造成的漂移和實際值的差值，其他電池采用電平轉移電路輸出電路具有相同的溫度漂移系數(shù)，故其他電池實際電壓可以由電平轉移電路采樣得到的電壓加上AV 來得到，使用這樣一個簡單的電路可以將溫度導致的誤差降到IOmV以內。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本實用新型，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本實用新型的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求1.一種電池組電壓采樣電路，其特征在于，包括若干電池串聯(lián)形成的電池組，所述電池組包括第一電池和第二電池，所述第一電池的負極接地；第一電壓輸出單元，所述第一電池的負極與正極分別與所述第一電壓輸出單元的兩個輸入端連接；電壓采樣單元，所述第一電壓輸出單元的輸出端通過第一開關與所述電壓采樣單元第一端相連，所述電壓采樣單元的第二端接地；第二電壓輸出單元，所述第二電池的負極和正極端分別與所述第二電壓輸出單元的兩個輸入端連接，所述第二電壓輸出單元的輸出端通過第二開關與所述電壓采樣單元的第三端連接；差分電路，所述差分電路包括運算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻， 所述第二電池的負極通過第一電阻與運算放大器的反向輸入端連接，所述第二電池的正極通過第二電阻與運算放大器的正向輸入端連接，所述運算放大器的反向輸入端通過第三電阻與運算放大器的輸出端連接，所述運算放大器的正向輸入端通過第四電阻接地，所述運算放大器的輸出端與所述電壓采樣單元的第四端連接。
2.如權利要求1所述的電池組電壓采樣電路，其特征在于，所述第二電池的負極與所述第一電池的正極相連。
3.如權利要求1所述的電池組電壓采樣電路，其特征在于，所述第一電壓輸出單元為電壓跟隨器或差分電路。
4.如權利要求1所述的電池組電壓采樣電路，其特征在于，所述第二電壓輸出單元為電平轉移電路。
5.如權利要求1所述的電池組電壓采樣電路，其特征在于，所述電壓采樣單元的第三端通過接地電阻接地。
6.如權利要求1所述的電池組電壓采樣電路，其特征在于，所述第一電阻、第二電阻、 第三電阻以及第四電阻的阻值均相同。
7.如權利要求6所述的電池組電壓采樣電路，其特征在于，還包括第三電壓輸出單元和第三開關，所述電池組還包括第三電池，所述第三電池的負極與所述第二電池的正極相連，所述第三個電池的負極與正極分別與所述第三電壓輸出單元的兩個輸入端連接，所述第三電壓輸出單元的輸出端通過所述第三開關與所述電壓采樣單元的第三端連接。
8.如權利要求7所述的電池組電壓采樣電路，其特征在于，所述第三電壓輸出單元與第二電壓輸出單元為兩個相同的電平轉移電路。
專利摘要本實用新型提供一種電池組電壓采樣電路，包括若干電池串聯(lián)形成的電池組，每個電池通過一個電壓輸出單元將其電壓輸出給電壓采樣單元進行采樣，其中接地的第一電池的電壓輸出單元為電壓跟隨器或差分電路，與接地的第一電池相連的第二電池的電壓輸出單元為電平轉移電路，并在第二電池兩端連接差分電路，通過差分電路輸出第二電池的電壓給所述電壓采樣單元，從而獲得差分電路和電平轉移電路之間的電壓差，該電壓差即為溫度效應引起的電壓差值，根據(jù)電壓差值可以確定第二電池以及依次相連的其他電池的實際采樣電壓值。從而通過簡單的電路結構，獲得準確的電池電壓采樣電路。
文檔編號G01R19/32GK202281798SQ201120314428
公開日2012年6月20日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權日2011年8月25日
發(fā)明者嚴春 申請人:上海新進芯微電子有限公司