CN114088235A - 一种用于锂电池化成的高精度温度采集*** - Google Patents

一种用于锂电池化成的高精度温度采集*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了温度采集技术领域的一种用于锂电池化成的高精度温度采集***，包括一可编程增益放大器U1、一模数转换器U2、一温度基准模块、若干个温度检测模块以及若干个电流源模块；所述可编程增益放大器U1的引脚1、2均与各电流源模块连接，引脚3、4分别与模数转换器U2的引脚1、2连接；所述模数转换器U2的引脚3、4均与温度基准模块连接；所述温度基准模块的一端与电流源模块连接，另一端与温度基准模块连接。本发明的优点在于：极大的提升了温度采集的精度、效率以及安全性。

Description

一种用于锂电池化成的高精度温度采集***
技术领域
本发明涉及温度采集技术领域，特别指一种用于锂电池化成的高精度温度采集***。
背景技术
温度是最重要的物理参数之一，无论是日常生活，还是工业生产、实验室，对温度的测量以及控制都十分频繁且重要。通过网络进行远距离实时采集温度、过温报警、控制温度是现代温度测量技术发展的必然趋势，在锂电池化成过程中对电芯、环境等温度采集非常重要，通过对温度的采集能够防止温度异常，快速作出危险判断，提高生产安全率，确保锂电池的生产质量。
PT100铂电阻温度传感器是一种常见的温度传感器，通过铂电阻的阻值变化来表示所测量温度的变化，传统的PT100铂电阻温度传感器采用双线制采集，即通过两根导线与铂电阻两端连接，为了保障测量的精度，还连接了一个高精度、低温漂的参考电阻Rref，电路图如2所示。
但是，由于导线存在内阻，当电流源同时驱动铂电阻和参考电阻Rref时，由于无法分离导线的电阻，将导致温度测量的精度受到影响，且参考电阻Rref出现任何偏差都会使得铂电阻测量具有相同的偏差，进而使得传统的PT100铂电阻温度传感器只适用于短距离的温度测量，以降低导线内阻带来的影响；在锂电池化成过程中，需要同时连接若干个测量通道进行温度采集，极易发生接线错误的情况导致测量通道采集错误，进而影响锂电池化成安全和质量。
因此，如何提供一种用于锂电池化成的高精度温度采集***，实现提升温度采集的精度、效率以及安全性，成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种用于锂电池化成的高精度温度采集***，实现提升温度采集的精度、效率以及安全性。
本发明是这样实现的：一种用于锂电池化成的高精度温度采集***，包括一可编程增益放大器U1、一模数转换器U2、一温度基准模块、若干个温度检测模块以及若干个电流源模块；
所述可编程增益放大器U1的引脚1、2均与各电流源模块连接，引脚3、4分别与模数转换器U2的引脚1、2连接；所述模数转换器U2的引脚3、4均与温度基准模块连接；所述温度基准模块的一端与电流源模块连接，另一端与温度基准模块连接。
进一步地，所述温度基准模块包括一基准电阻Rref、一电阻R6、一电阻R7、一电阻R8、一电容C4、一电容C5、一接口REFIN1以及一接口REFIN2；
所述接口REFIN1的一端与模数转换器U2的引脚3连接，另一端与电阻R6、电容C4以及电容C5连接；所述接口REFIN2的一端与模数转换器U2的引脚4连接，另一端与电阻R8以及电容C5连接；所述基准电阻Rref的一端与电阻R6以及温度检测模块连接，另一端与电阻R7以及电阻R8连接；所述电阻R7以及电容C4均接地。
进一步地，所述温度检测模块包括一铂电阻Rrtd、一导线L1、一导线L2以及一导线L3；
所述导线L1的一端与铂电阻Rrtd连接，另一端与电流源模块连接；所述导线L2的一端与铂电阻Rrtd以及导线L3连接，另一端与电流源模块连接；所述导线L3与温度基准模块连接。
进一步地，所述导线L1与导线L2的阻值相等。
进一步地，所述电流源模块包括一电流源IDAC1、一电流源IDAC2、一电阻R4、一电阻R5、一电容C1、一电容C2、一电容C3、一接口AIN0、一接口AIN1、一接口AIN2以及一接口AIN3；
所述接口AIN0的一端与电流源IDAC1连接，另一端与电阻R4以及温度检测模块连接；所述接口AIN1的一端与可编程增益放大器U1的引脚1连接，另一端与电阻R4、电容C1以及电容C2连接；所述接口AIN2的一端与可编程增益放大器U1的引脚2连接，另一端与电阻R5、电容C3以及电容C2连接；所述接口AIN3的一端与电流源IDAC2连接，另一端与电阻R5以及温度检测模块连接；所述电容C1以及电容C3均接地。
进一步地，所述电流源IDAC1与电流源IDAC2输出的电流值大小相等。
进一步地，各所述电流源模块的接口AIN1和接口AIN2的插座结构各不相同。
本发明的优点在于：
1、通过设置包括铂电阻Rrtd、导线L1、导线L2以及导线L3的温度检测模块，且导线L1与导线L2的阻值相等，即采用三线制的温度检测模块，而电流源模块的电流源IDAC1与电流源IDAC2输出的电流值大小相等，即导线L1和导线L2的阻值相等，流经的电流值大小相等方向相同，所产生的电压能够相互抵消，避免了导线对铂电阻Rrtd的影响，相对于传统上的二线制，极大的提升了温度采集的精度。
2、通过设置各电流源模块的接口AIN1和接口AIN2的插座结构各不相同，即接口AIN1和接口AIN2预留不同数量的空闲的针脚，使得可编程增益放大器U1同时连接多个电流源模块进行多测量通道的温度采集时，不会插错接口，进而影响锂电池化成，且由于接口AIN1和接口AIN2的防呆性，极大的提升了接口插拔的效率，最终极大的提升了温度采集的效率以及安全性。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种用于锂电池化成的高精度温度采集***的电路图。
图2是传统双线制PT100铂电阻温度传感器的电路图。
具体实施方式
本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：设置与铂电阻Rrtd连接的导线L1与导线L2的阻值相等，电流源模块的电流源IDAC1与电流源IDAC2输出的电流值大小相等，即让导线L1和导线L2的阻值相等，流经的电流值大小相等方向相同，所产生的电压能够相互抵消，避免了导线对铂电阻Rrtd的影响；通过设置各电流源模块的接口AIN1和接口AIN2的插座结构各不相同，达到防呆的效果，以提升温度采集的精度、效率以及安全性。
请参照图1至图2所示，本发明一种用于锂电池化成的高精度温度采集***的较佳实施例，包括一可编程增益放大器(PGA)U1、一模数转换器(ADC)U2、一温度基准模块、若干个温度检测模块以及若干个电流源模块；包含多少个测量通道，便有多少个所述温度检测模块以及电流源模块；所述温度基准模块用于对通过温度检测模块检测的温度提供参考；所述可编程增益放大器U1用于对铂电阻Rrtd两端的电压进行放大；所述电流源模块用于消除导线的误差；
所述可编程增益放大器U1的引脚1、2均与各电流源模块连接，引脚3、4分别与模数转换器U2的引脚1、2连接；所述模数转换器U2的引脚3、4均与温度基准模块连接；所述温度基准模块的一端与电流源模块连接，另一端与温度基准模块连接。
所述温度基准模块包括一基准电阻Rref、一电阻R6、一电阻R7、一电阻R8、一电容C4、一电容C5、一接口REFIN1以及一接口REFIN2；所述基准电阻Rref的阻值大于铂电阻Rrtd的阻值；所述基准电阻Rref的阻值和可编程增益放大器U1的增益倍数决定了温度测量的全刻度范围；
所述接口REFIN1的一端与模数转换器U2的引脚3连接，另一端与电阻R6、电容C4以及电容C5连接；所述接口REFIN2的一端与模数转换器U2的引脚4连接，另一端与电阻R8以及电容C5连接；所述基准电阻Rref的一端与电阻R6以及温度检测模块连接，另一端与电阻R7以及电阻R8连接；所述电阻R7以及电容C4均接地。
所述温度检测模块包括一铂电阻Rrtd、一导线L1、一导线L2以及一导线L3；铂电阻又称为铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变，有PT100和PT1000等系列产品，适用于医疗、电机、工业、温度计算、卫星、气象、阻值计算等高精温度设备；当测量的温度范围为-250℃到800℃时，所述铂电阻Rrtd的阻值范围为20Ω至400Ω；
所述导线L1的一端与铂电阻Rrtd连接，另一端与电流源模块连接；所述导线L2的一端与铂电阻Rrtd以及导线L3连接，另一端与电流源模块连接；所述导线L3与温度基准模块连接。
所述导线L1与导线L2的阻值相等，即所述导线L1与导线L2的长度以及粗细均相等。
所述电流源模块包括一电流源IDAC1、一电流源IDAC2、一电阻R4、一电阻R5、一电容C1、一电容C2、一电容C3、一接口AIN0、一接口AIN1、一接口AIN2以及一接口AIN3；
所述接口AIN0的一端与电流源IDAC1连接，另一端与电阻R4以及温度检测模块连接；所述接口AIN1的一端与可编程增益放大器U1的引脚1连接，另一端与电阻R4、电容C1以及电容C2连接；所述接口AIN2的一端与可编程增益放大器U1的引脚2连接，另一端与电阻R5、电容C3以及电容C2连接；所述接口AIN3的一端与电流源IDAC2连接，另一端与电阻R5以及温度检测模块连接；所述电容C1以及电容C3均接地。
所述电流源IDAC1与电流源IDAC2输出的电流值大小相等，所述电流源IDAC1通过导线L1输入铂电阻Rrtd的正端，所述电流源IDAC2通过导线L2输入铂电阻Rrtd的负端；由于所述导线L1和导线L2的阻值相等，流经的电流值大小相等方向相同，所产生的电压能够相互抵消。
具体实施时，为了让温度检测的范围更大(-250℃到800℃)，需要让所述铂电阻Rrtd的电压最大化，同时需要考虑所述铂电阻Rrtd因为激励电流过大，导致功率过大而自发热严重，影响温度检测的精度，因此优选将所述电流源IDAC1与电流源IDAC2输出的电流值设置为1mA，所述铂电阻Rrtd的阻值为400Ω，所述铂电阻Rrtd的最大电压为400mV，所述基准电阻Rref的阻值为1K，所述基准电阻Rref的电压为2V，所述可编程增益放大器U1的增益为4倍；经上述设置，可让所述铂电阻Rrtd的最大电压接近正满量程范围，且不超过所述基准电阻Rref的电压。
各所述电流源模块的接口AIN1和接口AIN2的插座结构各不相同，即所述接口AIN1和接口AIN2预留不同数量的空闲的针脚，例如各所述接口AIN1和接口AIN2都需要10个针脚，插座确分别设置10个针脚、12个针脚、14个针脚、16个针脚……，通过插座结构的差异进行防呆。
本发明工作原理：
所述电流源IDAC1和电流源IDAC2分别通过导线L1和导线L2输送等大的激励电流，第一路激励电流流经所述铂电阻Rrtd到达导线L3，第二路激励电流直接到达导线L3，两路合并后的激励电流再流经所述基准电阻Rref。
所述可编程增益放大器U1通过接口AIN1采集电压VAIN1，通过接口AIN2采集电压VAIN2，并将所述电压VAIN1以及VAIN2传输给模数转换器U2；所述模数转换器U2基于电压VAIN1和VAIN2计算铂电阻Rrtd的电压Vrtd，通过所述接口REFIN1和接口REFIN2采集基准电阻Rref的基准电压Vref，基于所述基准电压Vref对电压Vrtd进行比对，并对校准后的所述电压Vrtd进行模数转换，生成对应的温度值。
所述温度采集***长期使用过程中，可能出现所述电流源IDAC1和电流源IDAC2输出的电流值不相等的情况，可在温度检测过程中，对调所述电流源IDAC1和电流源IDAC2，再对生成的温度值取平均值，以消除所述铂电阻Rrtd两端激励电流不相等所引起的误差，即通过电流斩波技术消除误差。
计算过程如下：
Vrtd＝VAIN1-VAIN2；
VAIN1＝IAIN0*(RL1+Rrtd)+(IAIN0+IAIN3)*(RL3+Rref)；
VAIN2＝IAIN3*RL2+(IAIN0+IAIN3)*(RL3+Rref)；
有上述式子推导可得：
Vrtd＝IAIN0*(RL1+Rrtd)-IAIN3*RL2；
因为RL1＝RL2,IAIN0＝IAIN3，可得：
Vrtd＝IAIN0*Rrtd。
综上所述，本发明的优点在于：
1、通过设置包括铂电阻Rrtd、导线L1、导线L2以及导线L3的温度检测模块，且导线L1与导线L2的阻值相等，即采用三线制的温度检测模块，而电流源模块的电流源IDAC1与电流源IDAC2输出的电流值大小相等，即导线L1和导线L2的阻值相等，流经的电流值大小相等方向相同，所产生的电压能够相互抵消，避免了导线对铂电阻Rrtd的影响，相对于传统上的二线制，极大的提升了温度采集的精度。
2、通过设置各电流源模块的接口AIN1和接口AIN2的插座结构各不相同，即接口AIN1和接口AIN2预留不同数量的空闲的针脚，使得可编程增益放大器U1同时连接多个电流源模块进行多测量通道的温度采集时，不会插错接口，进而影响锂电池化成，且由于接口AIN1和接口AIN2的防呆性，极大的提升了接口插拔的效率，最终极大的提升了温度采集的效率以及安全性。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种用于锂电池化成的高精度温度采集***，其特征在于：包括一可编程增益放大器U1、一模数转换器U2、一温度基准模块、若干个温度检测模块以及若干个电流源模块；
所述可编程增益放大器U1的引脚1、2均与各电流源模块连接，引脚3、4分别与模数转换器U2的引脚1、2连接；所述模数转换器U2的引脚3、4均与温度基准模块连接；所述温度基准模块的一端与电流源模块连接，另一端与温度基准模块连接。
2.如权利要求1所述的一种用于锂电池化成的高精度温度采集***，其特征在于：所述温度基准模块包括一基准电阻Rref、一电阻R6、一电阻R7、一电阻R8、一电容C4、一电容C5、一接口REFIN1以及一接口REFIN2；
所述接口REFIN1的一端与模数转换器U2的引脚3连接，另一端与电阻R6、电容C4以及电容C5连接；所述接口REFIN2的一端与模数转换器U2的引脚4连接，另一端与电阻R8以及电容C5连接；所述基准电阻Rref的一端与电阻R6以及温度检测模块连接，另一端与电阻R7以及电阻R8连接；所述电阻R7以及电容C4均接地。
3.如权利要求1所述的一种用于锂电池化成的高精度温度采集***，其特征在于：所述温度检测模块包括一铂电阻Rrtd、一导线L1、一导线L2以及一导线L3；
所述导线L1的一端与铂电阻Rrtd连接，另一端与电流源模块连接；所述导线L2的一端与铂电阻Rrtd以及导线L3连接，另一端与电流源模块连接；所述导线L3与温度基准模块连接。
4.如权利要求3所述的一种用于锂电池化成的高精度温度采集***，其特征在于：所述导线L1与导线L2的阻值相等。
5.如权利要求1所述的一种用于锂电池化成的高精度温度采集***，其特征在于：所述电流源模块包括一电流源IDAC1、一电流源IDAC2、一电阻R4、一电阻R5、一电容C1、一电容C2、一电容C3、一接口AIN0、一接口AIN1、一接口AIN2以及一接口AIN3；
所述接口AIN0的一端与电流源IDAC1连接，另一端与电阻R4以及温度检测模块连接；所述接口AIN1的一端与可编程增益放大器U1的引脚1连接，另一端与电阻R4、电容C1以及电容C2连接；所述接口AIN2的一端与可编程增益放大器U1的引脚2连接，另一端与电阻R5、电容C3以及电容C2连接；所述接口AIN3的一端与电流源IDAC2连接，另一端与电阻R5以及温度检测模块连接；所述电容C1以及电容C3均接地。
6.如权利要求5所述的一种用于锂电池化成的高精度温度采集***，其特征在于：所述电流源IDAC1与电流源IDAC2输出的电流值大小相等。
7.如权利要求5所述的一种用于锂电池化成的高精度温度采集***，其特征在于：各所述电流源模块的接口AIN1和接口AIN2的插座结构各不相同。
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