CN103543411B

CN103543411B - 一种锂电池电压检测装置

Info

Publication number: CN103543411B
Application number: CN201310553223.6A
Authority: CN
Inventors: 高强; 张岳
Original assignee: BEIJING JIUGAO TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING JIUGAO TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2033-11-08
Also published as: CN103543411A

Abstract

本发明涉及一种锂电池电压检测装置，该装置包括第一运算放大器、线性光耦和第二运算放大器，所述第一运算放大器的正相输入端与锂电池连接，第一运算放大器的输出端通过电阻与所述线性光耦连接，所述线性光耦第一输出端与第二运算放大器的同相输入端，所述线性光耦的第二输出端与所述第一运算放大器的反相输入端连接。该装置通过较少的电阻匹配解决目前电压检测电路中的分压问题，电压检测电路的复杂度低，易于小型化，同时采用低成本运算放大器和光藕隔离器件使得低成本，高可靠性。

Description

一种锂电池电压检测装置

技术领域

发明涉及锂电池管理***，特别是涉及一种锂电池电压检测装置。

背景技术

锂离子电池组管理***中都是通过电池组的状态来进行判断，包括电池组的电流、温度、电压以及内阻等，因此电压的测量成为了管理***中的关键。

目前单体电池电压测量方法有许多，主要可归纳为分压电阻降压、浮动地测量、模拟开关选通等几种方法。电阻分压法主要是通过电阻分压将实际电压衰减到测量芯片可接受的电压范围，然后进行模数转换。这种方法测量方面，成本低，寿命长，但是存在累积误差，且无法消除。随着单体电池数的增多，单体电池电压测量误差会随着共模电压的增大而增大。浮动地技术测量电池端电压时，窗口比较器会自动判断当前低电位是否合适。如果合适直接启动模数转换进行测量；如果太高或太低，则通过微控制器经数模对低电位进行浮动控制使低电位处于合适的状态下。该方案由于低电位经常受现场干扰而变化，不能对低电位进行精确控制，影响整个***的测量效果。采用模拟开关的方案通过模拟开关选择测量通道，每个通道采用运算放大器组成线性采样电路。当选中需要进行测量的通道后，模拟开关的输出经电压跟随器送入模数转换器进行模数转换。该方法根据串联电池组总电压的大小，选择适当的放大倍数，不必电阻分压网络或改变低电位就可以直接测量任意一只电池的电压，测量方便。但是该方法需要数量众多的运放和精密匹配电阻，成本高，且电阻的分散性会导致测量结果分散性较高。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提出一种锂电池电压检测装置，通过较少的电阻匹配解决目前电压检测电路中的分压问题，电压检测电路的复杂度低，易于小型化，同时采用低成本运算放大器和光藕隔离器件使得低成本，高可靠性。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种锂电池电压检测装置，该装置包括第一运算放大器、线性光耦和第二运算放大器，所述第一运算放大器的正相输入端与锂电池连接，第一运算放大器的输出端通过电阻与所述线性光耦连接，所述线性光耦第一输出端与第二运算放大器的同相输入端，所述线性光耦的第二输出端与所述第一运算放大器的反相输入端连接。

所述第一运算放大器的输出端与所述线性光耦的第二输出端之间连接有一电容。

所述第一运算放大器的同相输入端与所述锂电池之间通过第一电阻连接，且所述第一运算放大器的同相输入端与地之间连接有第二电阻。

所述的线性光耦中设置有一温度补偿装置。

所述温度补偿装置采用正温度系数的电阻。

本发明的优点在于：

1较少的电阻匹配可以解决目前电压检测电路中大多存在着电阻匹配的问题。

2所发明的电压检测电路的复杂度低，易于小型化。

3低成本，高可靠性，电压检测电路的设计成本波动较大，本设计采用低成本运算放大器和光藕隔离器件，以实现低成本的检测电路方式。

4电压检测电路可用于多组电池级联状态的检测，电压检测电路自身可以级联，适合于模块化的发展。

附图说明

图1：电池电压测试原理图；

图2：本发明电池电压测试实施例图。

具体实施方式

如图1为电池电压测试原理图，将测试***与电池组连接进行测试。图2为本发明电池电压测试实施例图。图中锂电池电压检测装置包括第一运算放大器TLE2022、线性光耦TIL300和第二运算放大器TLE2022，所述第一运算放大器TLE2022的正相输入端与锂电池E连接，第一运算放大器的输出端通过电阻R6与所述线性光耦TIL300连接，所述线性光耦TIL300第一输出端与第二运算放大器TLE2022的同相输入端，所述线性光耦的第二输出端与所述第一运算放大器的反相输入端连接。该检测装置采用集成运放和光耦芯片，***具有较高的精度和安全性。

所述锂电池E为每个单体电池电压输入，通过R3进入TLE2022运算放大器，运算放大器输出连接R6，进入线性光耦TIL300，输出信号通过TLE2022运算放大器进入检测***进行检测。

在第一运算放大器的输出端与线性光耦的一输出端之间连接有一电容C，该电容C可以防止电路产生震荡。TIL300内部D0是发光二极管，其工作电流电If可选为10mA。D1，D2为光敏二极管，他们受D0的激发分别产生电流Ip1和Ip2，其大小与If有关：

I_p1=K₁·I_f

I_p2=K₂·I_f

其中K₁·I_f、K₂·I_f表明I_p1，I_p2随I_f的变化，可称为光耦合函数。由于D1，D2用相同的工艺做成并与D0封装在一起，因此，它们的光耦合函数变化规律一致，故可设：

K = \frac{I_{p 2}}{I_{p 1}} = \frac{K_{2} \cdot I_{f}}{K_{1} \cdot I_{f}} - - - (1)

实际上可以把K看做常数，K的值是TIL300的电器参数，典型值为1。参数取值范围为0.75～1.25.。

U1构成一个负反馈放大器，其同相输入端和反相输入端的电压应近似相等，满足：

Vi>>Ip1·R1 （2）

U2是一个电压跟随器，输出电压V0等于输入端电压：

V_i>>I_p2·R₂ （3）

于是电路的增益可由

\frac{V_{0}}{V_{i}} = \frac{I_{P 2}}{I_{P 1}} \cdot \frac{R_{2}}{R_{1}} = K \frac{R_{2}}{R_{1}} - - - (4)

由于V_i的电压是由R3、R5分压后输入U1同向端，所以：

V_{i} = E \cdot \frac{R 5}{R 3 + R 5} - - - (5)

于是

V_{0} = KE \frac{R_{2}}{R_{1}} \frac{R 5}{R 3 + R 5} - - - (6)

可以看出输出V₀与E是线性关系。输出的V0可送于单片机检测和处理，每一交流高电压对应一Ｅ值，每一Ｅ值对应一输出电压V0。整个电路输出电压与输入电流的比例关系可通过调节电阻R1、R2、R3、R5来实现。

本发明也适合直流高压电路，当E为直流高压时，就需调整R2、R1的值，在输出端可以得到适合单片机检测的电压。

根据实际测量，此类光耦在-10～+50℃工作环境温度下输出的精度比较高，性能比较稳定可靠，因此为提高检测精度，在***中加入温度补偿环节，温度补偿环节采用正温度系数的电阻，电阻阻值随温度升高,通过得到电阻阻值判断温度的状况，并通过对温度的测量，补偿输出效果。

Vt=m（T-20）/T，当-10<t<50时，m=0，当t<-10或-t>50时,m=0.01～0.05之间调节，最终所求的单体电池电压为Vfo=Vo+Vt。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种锂电池电压检测装置，其特征在于，该装置包括第一运算放大器、线性光耦和第二运算放大器，所述第一运算放大器的正相输入端与锂电池连接，第一运算放大器的输出端通过电阻与所述线性光耦连接，所述线性光耦第一输出端与第二运算放大器的同相输入端连接，所述线性光耦的第二输出端与所述第一运算放大器的反相输入端连接，所述线性光耦中设置有一温度补偿装置，所述温度补偿装置采用正温度系数的电阻。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池电压检测装置，其特征在于，所述第一运算放大器的输出端与所述线性光耦的第二输出端之间连接有一电容。

3.根据权利要求1所述的一种锂电池电压检测装置，其特征在于，所述第一运算放大器的同相输入端与所述锂电池之间通过第一电阻连接，且所述第一运算放大器的同相输入端与地之间连接有第二电阻。