一种用于多串电池单体电压测压电路及方法及算法

技术领域

本发明涉及电池单体电压测压电路领域，具体为一种用于多串电池单体电压测压电路及方法及算法。

背景技术

目前电池组，是指分串联和并联,并联的电池组要求每个电池电压相同,输出的电压等于一个电池的电压,并联电池组能提供更强的电流，串联电池组没有过多的要求。随着纯电动车及混合动力车的发展，作为重要储能设备的串联电池组是影响整车性能的一个关键因素。

延长电池寿命，提高电池的使用效率是电动汽车商品化、实用化的关键。由于木桶效应的存在，串联电池组的整体性能取决于电池组中性能最差的单体电池，为了能够对串联电池组的能量使用进行有效管理，需要实时监视串联电池组中的单体电池状态。在表征电池状态的参数中，电池的端电压最能体现其工作状态，在整组电池包内如果有一节或多节电池电压偏低或偏高，在多次充放电后，这种均衡不一致问题会越来明显，因此精确采集电池组中各个单体电池电压十分重要。

由于在整个电池包内，所有电池均是串联关系，所以虽然单芯电压只有2～16V左右的电压，但在串联后通常整组电压会达到300～1000V，这就对测量电路提出了非常高的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于多串电池单体电压测压电路及方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于多串电池单体电压测压电路及方法，包括待测电池组，待测电池组分别与第一分压电阻和第二分压电阻相连，通过第一分压电阻和第二分压电阻采样，连接运放，通过运放射极跟随的信号调理电路，所述运放连接多路选择模拟开关，所述多路选择模拟开关连接高精度ADC采集器以及控制器，所述控制器连接有隔离485电路。

优选的，所述第一分压电阻和第二分压电阻采用高精度的低温漂电阻，封装为1206。

优选的，所述一种用于多串电池单体电压测压电路及方法，所述运放采用的是ADS1115。

优选的，以所述电池组(1)第N/2节正与第N/2+1节负为GND浮地参考点，各电池采用低温漂电池进行分压采样，获得到N个电压值，经过以下公式进一步换算：

VC(N/2)＝V(N/2-1)GND-V(N/2) (1)

VC(N/2)＝-V(N/2) (2)

VC(N/2+1)＝V(N/2+1)GND-V(N/2) (3)

优选的，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻对单体电池的正极对地电压进行衰减处理。

优选的，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻并联一个电容，用来进行RC滤波，以防止浪通电压和尖峰毛刺电压。

优选的，所述运放分为同相放大和反相放大，对1至N/2节电池采用反相放大电路进行处理，对N/2+1至N节电池采用同相放大电路进行处理。

本发明提供了一种用于多串电池单体电压测压电路及方法。具备以下有益效果：

本发明为一种用于多串电池单体电压测压电路及方法，通过设置电池组中间点为GND(浮地)，使得累计误差减小一半，另外加上高精度的ADC的采集，以及软件滤波算法，提高了单体电压的测量精度。

附图说明

图1为本发明的电路结构示意图；

图2为电池电阻分压电路示意图；

图3为运放信号调整电路示意图；

图4为ADC采样电路示意图；

图5为隔离485通讯电路示意图。

其中，1、待测电池组；2、第二分压电阻；3、运放；4、多路选择模拟开关；5、高精度ADC采集器；6、控制器；7、隔离485电路；8、第一分压电阻。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅附图1-图5，本发明实施例提供一种用于多串电池单体电压测压电路及方法及其控制算法，如图1-图5所示，一种用于多串电池单体电压测压电路及方法，包括待测电池组1，其特征在于，待测电池组1分别与第一分压电阻8和第二分压电阻2相连，通过第一分压电阻8和第二分压电阻2采样，连接运放3，通过运放3射极跟随的信号调理电路，所述运放3连接多路选择模拟开关4，所述多路选择模拟开关4连接高精度ADC采集器5以及控制器6，所述控制器6连接有隔离485电路7。

以所述电池组1第N/2节正与第N/2+1节负为GND浮地参考点，各电池采用低温漂电池进行分压采样，获得到N个电压值，经过以下公式进一步换算：

VC(N/2)＝V(N/2-1)GND-V(N/2) (1)

VC(N/2)＝-V(N/2) (2)

VC(N/2+1)＝V(N/2+1)GND-V(N/2) (3)

所述第一分压电阻8和所述第二分压电阻2对单体电池的正极对地电压进行衰减处理。所述第一分压电阻8和所述第二分压电阻2并联一个电容，用来进行RC滤波，以防止浪通电压和尖峰毛刺电压，所述运放3分为同相放大和反相放大，对1至N/2节电池采用反相放大电路进行处理，对N/2+1至N节电池采用同相放大电路进行处理。

该电路中的分压电阻的精度很大程序上决定了采样的精度，所以分压电阻应选取高精度的低温漂电阻，封装为1206。

访电路中有模拟多路选择电路，由于ADC采集器5只有4个通道，为了将12个通道的电压值都采集进ADC，于是这里采用了4选1的模拟多路选择器。

通过以上的换算就得到了每一节电池的实际电压值，后级通过精密运放3进行同相和反相的信号调理，然后ADC采集器5采用16位Σ-Δ模数转换芯片，以及RC低通滤波，嵌入式控制软件内采用多次软件滤波，最终整体的测量精度达到了0.01％，分辨率达到了10mV。

更具体的为：以12节电池为一个采集单元，其中第6节正与第7节负为GND浮地参考点，各电池采用合适的低温漂电池进行分压采样，这样会获得到如下12个电压值：V1GND，V2GND，V3GND，V4GND，V5GND，V6GND，V7GND，V8GND，V9GND，V10GND，V11GND，V12GND，但这12个电池值并非直接反应电池电压值，经过进一步的换算：

VC1＝V1 GND-V2GND

VC2＝V2GND-V3GND

VC3＝V3GND-V4GND

VC4＝V4GND-V6GND

VC5＝V5GND-V6GND

VC6＝V6GND

VC7＝V7GND

VC8＝V8GND-V7GND

VC9＝V9GND-V8GND

VC10＝V10GND-V9GND

VC11＝V11GND-V10GND

VC12＝V12GND-V11GND

通过分压电路中的第一分压电阻和第二分压电阻可以对单体电池的正极对地电压进行衰减处理，所得电压为Vn(n＝1～7)。

电池电压经过第一和第二分压电阻后在第二分压电阻上并联一个1uF电容，用来进行RC滤波，以防止浪通电压和尖峰毛刺电压，测量更准确。

运放放大器分为同相放大和反相放大，由于1至6节采集电压值为负电压值，故1至6应采应反相放大电路进行处理。7至12节采集电压值为正电压值，故7至12节应采应同相放大电路进行处理。

该电路中的分压电阻的精度很大程序上决定了采样的精度，所以分压电阻应选取高精度的低温漂电阻，封装为1206。

访电路中有模拟多路选择电路，由于ADC采样芯片只有4个通道，为了将12个通道的电压值都采集进ADC，于是这里采用了4选1的模拟多路选择器。

通过以上的换算就得到了每一节电池的实际电压值，后级通过精密运放进行同相和反相的信号调理，然后ADC模数转换器采用16位Σ-Δ模数转换芯片，以及RC低通滤波，嵌入式控制软件内采用多次软件滤波，最终整体的测量精度达到了0.01％，分辨率达到了10mV。

120节的电池组，只需要12个这样的采集电路模块即可完成，由于不同模块之间所测量电池组采用串联接法，这会导致不同模块之间会存在电压差，所以模块与模块之间必须采用隔离的通讯方式，这里采用RS485进行通讯数据采集，数据通讯速率采用19.2kbps，每个模块具有唯一的通讯地址，上位机采用一主多从的半双工通信方式，依次对各个采集单元进行数据收发，完成后数据更新速率可达到2次/秒以上。

以下是电路部分控制算法：

代码一、软件滤波算法：

代码二、AD数据采集计算算法：

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代码三、数据通讯算法：

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电池实际电压值与测量对比如表1所示：

表1

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。