CN104931894A - 一种锂离子电池状态参数采样*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池充放电状态检测技术领域，特别是涉及一种锂离子电池状态参数采样***，该***包括具有N个采样通道的模拟前端芯片，N个采样通道中每个通道对应一个电压采样点；特别地，该***还包括：设置于至少一个扩展电压采样点与所述模拟前端芯片的预留I/O口之间的电压采样电路。其有效利用了模拟前端芯片本身固有的预留I/O口来实现电压采样通道的扩展，电压采样电路的操作简单、方便，能够将N个采样通道的模拟前端芯片用于N+1及更多路的采样，以此实现了在不更换、不增加模拟前端芯片(成本低)的前提下，最大限度地扩展采样通道数量，满足实际应用地需要，达到了操作简单、采样成本低的目的。
Description
技术领域
本发明涉及电池充放电状态检测技术领域，特别是涉及一种锂离子电池状态参数采样***。
背景技术
当今，锂离子电池广泛应用于电动汽车中，通常地，由于锂离子电池的特性，当电压超过或低于允许范围时会导致电池单元以及整个电池组的损坏或失效。所以，使用锂离子电池组作为能量来源时，对每个电池单元的电压检测至关重要。
事实上，即使对每个电池单元的电压都准确测量，但是由于每节电池单元的参数在出厂时的细微差别，以及使用过程中不同的内阻、不同的环境温度等，都可能会导致不同电池单元的充电、放电速率不同。当它们串联在一起组成电池组并进行充电时，就有可能出现在充电时有部分电池单元提前充满电，而放电时部分电池单元提前放完电的情况。因此，锂离子电池组必须要有电池状态参数采样***来实时采样电池状态参数，进而实现对电池组状态的监控。
在现有技术中，在对电池状态参数进行采样的过程中，通常采用专用的模拟前端芯片来采集电池的电压。然而，模拟前端芯片的采样通道往往是固定的，当需要采集的电压点超过当前的采样通道数量时，只能更换模拟前端芯片或者增加一块模拟前端芯片，操作复杂、极为不便。并且模拟前端芯片往往价格昂贵，大大增加了采样成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种锂离子电池状态参数采样***，以达到操作简单、采样成本低的目的。
为解决上述技术问题，本发明提供一种锂离子电池状态参数采样***，包括具有N个采样通道的模拟前端芯片，所述N个采样通道中每个通道对应一个电压采样点；特别地，该***还包括：
设置于至少一个扩展电压采样点与所述模拟前端芯片的预留I/O口之间的电压采样电路。
上述***中，可选的，所述至少一个扩展电压采样点的数量小于或等于所述预留I/O口的数量，所述电压采样电路包括：
第一运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端与所述至少一个扩展电压采样点、同相输入端均相连，所述同相输入端与地相连，输出端与所述预留I/O口相连。
上述***中，可选的，所述至少一个扩展电压采样点的数量大于所述预留I/O口的数量，所述电压采样电路包括：
第二运算放大器，所述第二运算放大器的反相输入端与所述至少一个扩展电压采样点、同相输入端均相连，所述同相输入端与地相连，输出端与多路开关选择器的支路端相连；
所述多路开关选择器，其公共端与所述预留I/O口相连，所述支路端与所述第一运算放大器的输出端相连。
上述***中，可选的，所述电压采样电路以分时采样方式对所述至少一个扩展电压采样点进行电压采样。
上述***中，可选的，还包括电流采样电路，所述电流采样电路包括：
串联设置于电池组最负端的采样电阻；
跨接于所述采样电阻之间的第三运算放大器，所述第三运算放大器的同相输入端经第一匹配电阻与所述采样电阻背离所述最负端的一端相连、经第七电阻与地相连，反相输入端经第二匹配电阻与所述采样电阻靠近所述最负端的一端相连、经第八电阻与输出端相连，所述输出端与所述预留I/O口相连。
上述***中，可选的，所述电压采样电路还包括：
设置于所述第一运算放大器的同相输入端与所述地之间的第一电阻；
设置于所述第一运算放大器的反相输入端与所述单个扩展电压采样点之间的第二电阻；
设置于所述第一运算放大器的同相输入端与反相输入端之间的第三电阻。
上述***中，可选的，所述电压采样电路还包括：
设置于所述第二运算放大器的同相输入端与所述地之间的第四电阻；
设置于所述第二运算放大器的反相输入端与所述单个扩展电压采样点之间的第五电阻；
设置于所述第二运算放大器的同相输入端与反相输入端之间的第六电阻。
综上，本发明提供的锂离子电池状态参数采样***中，模拟前端芯片具有N个采样通道，且每个通道对应一个电压采样点；特别地，在扩展电压采样点与所述模拟前端芯片的预留I/O口之间引入了电压采样电路，其中，有效利用了模拟前端芯片本身固有的预留I/O口来实现电压采样通道的扩展。以上技术方案通过***电路的扩展(扩展电压采样电路的操作简单、方便)，能够将N个采样通道的模拟前端芯片用于N+1及更多路的采样(实际应用中，具体采样通道扩展的上限取决于实际要求的采样间隔)，以此实现了在不更换、不增加模拟前端芯片(成本低)的前提下，最大限度地扩展采样通道数量，满足实际应用地需要，达到了操作简单、采样成本低的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种锂离子电池状态参数采样***实施例1的电路结构示意图；
图2为本发明一种锂离子电池状态参数采样***实施例2中电压采样电路的结构示意图；
图3为本发明一种锂离子电池状态参数采样***实施例3中电压采样电路的结构示意图；
图4为本发明一种锂离子电池状态参数采样***实施例4中电流采样电路的结构示意图。
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、完整地描述，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。
本发明的核心是提供一种锂离子电池状态参数采样***，以达到操作简单、采样成本低的目的。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参考图1，示出了本发明一种锂离子电池状态参数采样***实施例1的电路结构示意图，从图中可以看出，锂离子电池状态参数采样***包括具有N个采样通道的模拟前端芯片100，这N个采样通道中每个通道对应一个电压采样点；特别地，该***还包括设置于至少一个扩展电压采样点与模拟前端芯片100的预留I/O口之间的电压采样电路101。
其中，BAT1、BAT2、BAT3……BATN为电压采样点，N为模拟前端芯片100的采样通道数；BATN1、BATN2……为扩展电压采样点，扩展电压采样点是指需要采集的电压采样点中除了能用模拟前端芯片100进行采样的N个电压采样点之外的电压采样点，扩展电压采样点的数量可以为一个，两个或者两个以上，但在实际应用中，采样通道扩展的上限取决于实际要求的采样间隔。
以上技术方案通过***电路的扩展(扩展电压采样电路101的操作简单、方便)，能够将N个采样通道的模拟前端芯片100用于N+1及更多路的采样，有效利用了模拟前端芯片100本身固有的预留I/O口来实现电压采样通道的扩展，以此实现了在不更换、不增加模拟前端芯片100(成本低)的前提下，最大限度地扩展采样通道数量，满足实际应用地需要，达到了操作简单、采样成本低的目的。
基于上述实施例公开的锂离子电池状态参数采样***，进一步地，基于模拟前端芯片100的预留I/O口的数量有限且固定，且一个预留I/O口对应一个扩展电压采样点，所以，对于至少一个扩展电压采样点与预留I/O口的数量关系来说，会出现以下两种情况中的一种：一种是至少一个扩展电压采样点的数量小于或等于预留I/O口的数量，另一种是至少一个扩展电压采样点的数量大于预留I/O口的数量。而在不同的情况下，电压采样电路101的具体内容是不一样的。
针对至少一个扩展电压采样点的数量小于或等于预留I/O口的数量的情况，本发明提供一种锂离子电池状态参数采样***实施例2，电压采样电路101包括第一运算放大器，其中，第一运算放大器的反相输入端与至少一个扩展电压采样点、同相输入端均相连，第一运算放大器的同相输入端与地相连，输出端与预留I/O口相连。事实上，上述技术方案是针对至少一个扩展电压采样点整体来说的，第一运算放大器包含着至少一个扩展电压采样点数量的运算放大器，第一运算放大器在所有扩展电压采样点与所有预留I/O口之间建立连接。
进一步地，对于至少一个扩展电压采样点中的单个扩展电压采样点而言，参考图2，一个运算放大器的反相输入端与扩展电压采样点BATN1相连，输出端与一个预留I/O口相连。具体地，在扩展电压采样点BATN1采集到的电压为负值，通过运算放大器将其转换为正值，使其符合模拟前端芯片100的输入范围。然后将运算放大器的输出接到模拟前端芯片100的预留I/O口，实现电压采样通道的扩展。
更进一步，在实际应用中，电压采样电路101还包括：设置于第一运算放大器的同相输入端与地之间的第一电阻R1；设置于第一运算放大器的反相输入端与扩展电压采样点BATN1之间的第二电阻R2；设置于第一运算放大器的同相输入端与反相输入端之间的第三电阻R3。其它的扩展电压采样点以此类推，此处不再赘述。
针对至少一个扩展电压采样点的数量大于预留I/O口的数量的情况，本发明提供一种锂离子电池状态参数采样***实施例3，当预留的I/O数量较少，仍无法满足实际需要时，则加入多路开关选择器，电压采样电路101包括第二运算放大器和多路开关选择器，其中，第二运算放大器的反相输入端与至少一个扩展电压采样点、同相输入端均相连，第二运算放大器的同相输入端与地相连，输出端与多路开关选择器的支路端相连；多路开关选择器的公共端与预留I/O口相连，支路端与第一运算放大器的输出端相连。并且，由于在电池组的正常使用过程中，电池电压变化速率较慢，采用分时采样方案对于电池电压的实时检测并无影响，可以根据实际采样间隔决定分时采样方案，所以电压采样电路101以分时采样方式对至少一个扩展电压采样点进行电压采样，实现用一个预留I/O口采样多路电池电压。
与上述实施例中的第一运算放大器类似，此处技术方案同样是针对至少一个扩展电压采样点整体来说的，第二运算放大器包含着至少一个扩展电压采样点数量的运算放大器，多路开关选择器的数量为至少一个，多路开关选择器的支路端的支路总数量大于或者等于至少一个扩展电压采样点数量，第二运算放大器、多路开关选择器在所有扩展电压采样点与所有预留I/O口之间建立连接。
进一步地，对于至少一个扩展电压采样点中的单个扩展电压采样点而言，参考图3，一个运算放大器的反相输入端与扩展电压采样点BATN1＇相连，输出端与多路开关选择器的一个支路相连，多路开关选择器的公共端与一个预留I/O口相连。并且，加入多路选择器，采用分时采样方案，用一个预留I/O口采样多路电池电压，即利用一个预留I/O口实现对多个扩展电压采样点的采样，一个多路选择器的支路端的支路数量决定了一个预留I/O口能够对多少个扩展电压采样点进行采样。
更进一步，在实际应用中，电压采样电路101还包括设置于第二运算放大器的同相输入端与地之间的第四电阻R4；设置于第二运算放大器的反相输入端与扩展电压采样点BATN1＇之间的第五电阻R5；设置于第二运算放大器的同相输入端与反相输入端之间的第六电阻R6。其它的扩展电压采样点以此类推，此处不再赘述。
基于上述各实施例公开的技术方案，针对现有技术中需要使用额外的电流采样芯片来采集充放电电流，增加了产品的成本的技术问题，本发明还提供了本发明一种锂离子电池状态参数采样***实施例4，以解决上述技术问题。参考图4，本发明锂离子电池状态参数采样***还包括电流采样电路，该电流采样电路包括：串联设置于电池组最负端的采样电阻R；跨接于采样电阻R之间的第三运算放大器，第三运算放大器的同相输入端经第一匹配电阻R11与采样电阻R背离最负端的一端相连、经第七电阻R7与地相连，反相输入端经第二匹配电阻R22与采样电阻R靠近最负端的一端相连、经第八电阻R8与输出端相连，输出端与预留I/O口相连。
具体地，当需要进行电流采样时，在电池组的最负端接入采样电阻，并将采样电阻的两端接到第三运算放大器两端，中间串入匹配电阻。通过改变具体参数，调整第三运算放大器的输出至模拟前端芯片100的输入范围，实现电池组电流采样。相对于电压、温度等参数，电流采样对实时性要求更高，一般该通道不采用分时采样。
综合上述本发明提供的锂离子电池状态参数采样***，通过***电路的扩展，能够将N个采样通道的模拟前端用于N+1及更多路的采样。本发明可以在不更换不增加模拟前端的前提下最大限度地扩展采样通道数量，满足实际应用地需要。同时，本发明在不增加电流采样芯片的前提下实现了电流采样，大大降低了成本。
以上对本发明所提供的锂离子电池状态参数采样***进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种锂离子电池状态参数采样***，包括具有N个采样通道的模拟前端芯片，所述N个采样通道中每个通道对应一个电压采样点；其特征在于，该***还包括：
设置于至少一个扩展电压采样点与所述模拟前端芯片的预留I/O口之间的电压采样电路。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述至少一个扩展电压采样点的数量小于或等于所述预留I/O口的数量，所述电压采样电路包括：
第一运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端与所述至少一个扩展电压采样点、同相输入端均相连，所述同相输入端与地相连，输出端与所述预留I/O口相连。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述至少一个扩展电压采样点的数量大于所述预留I/O口的数量，所述电压采样电路包括：
第二运算放大器，所述第二运算放大器的反相输入端与所述至少一个扩展电压采样点、同相输入端均相连，所述同相输入端与地相连，输出端与多路开关选择器的支路端相连；
所述多路开关选择器，其公共端与所述预留I/O口相连，所述支路端与所述第一运算放大器的输出端相连。
4.如权利要求3所述的***，其特征在于，所述电压采样电路以分时采样方式对所述至少一个扩展电压采样点进行电压采样。
5.如权利要求1至4任意一项所述的***，其特征在于，还包括电流采样电路，所述电流采样电路包括：
串联设置于电池组最负端的采样电阻；
跨接于所述采样电阻之间的第三运算放大器，所述第三运算放大器的同相输入端经第一匹配电阻与所述采样电阻背离所述最负端的一端相连、经第七电阻与地相连，反相输入端经第二匹配电阻与所述采样电阻靠近所述最负端的一端相连、经第八电阻与输出端相连，所述输出端与所述预留I/O口相连。
6.如权利要求2所述的***，其特征在于，所述电压采样电路还包括：
设置于所述第一运算放大器的同相输入端与所述地之间的第一电阻；
设置于所述第一运算放大器的反相输入端与所述单个扩展电压采样点之间的第二电阻；
设置于所述第一运算放大器的同相输入端与反相输入端之间的第三电阻。
7.如权利要求3所述的***，其特征在于，所述电压采样电路还包括：
设置于所述第二运算放大器的同相输入端与所述地之间的第四电阻；
设置于所述第二运算放大器的反相输入端与所述单个扩展电压采样点之间的第五电阻；
设置于所述第二运算放大器的同相输入端与反相输入端之间的第六电阻。
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Shen Baoxing Inventor after: Chen Panxia Inventor after: Zhao Huanwei Inventor after: Mao Jianwei Inventor after: Li Liang Inventor after: Li Bo Inventor after: Zhang Fan Inventor after: Zheng Zhengxian Inventor after: Su Fang Inventor after: Zhu Jinwei Inventor after: Zhou Bin Inventor before: Zhang Fan Inventor before: Zheng Zhengxian Inventor before: Su Fang Inventor before: Zhu Jinwei Inventor before: Zhou Bin Inventor before: Chen Panxia Inventor before: Zhao Huanwei |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160311 Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: ELECTRIC AUTOMOBILE SERVICE BRANCH, STATE GRID ZHEJIANG ELECTRIC POWER COMPANY Applicant after: Hangzhou Power Supply Company, State Grid Zhejiang Electric Power Company Applicant after: Hangzhou Dayou Technology Development Co., Ltd. Applicant after: Hangzhou Bmser Technology Co., Ltd. Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: Hangzhou Power Supply Company, State Grid Zhejiang Electric Power Company Applicant before: Hangzhou Dayou Technology Development Co., Ltd. Applicant before: Hangzhou Bmser Technology Co., Ltd. |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150923 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |