CN202676784U - 汽车单体电池电压采集电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种汽车单体电池电压采集电路，属于汽车电池电子技术领域。它解决了现有技术中受单体电池和***地之间的共模电压的影响不能直接采集单体电池的问题。本电路包括用于连接单体电池正负极的输入端和用于检测电压的输出端，还包括运放单元和分压单元，输入端连接运放单元的输入口，运放单元负极输入口和输入端正极之间串联连接有分压电阻R1，运放单元的输出口连接有用于实现抑制单体电池和***地之间共模电压的分压单元的触发口，运放单元负输入口还连接分压单元的输入口，分压单元的输出口与地线串联连接分压电阻R2，分压单元的输出口电压作为输入端采集电压。该电路抑制了单体电池和***地之间的共模电压，能直接采集电池电压。
Description
技术领域
本实用新型属于汽车电池电子技术领域，涉及一种汽车单体电池电压采集电路。
背景技术
为确保汽车的正常和安全运行，电池管理***必须实时监测汽车电池的电压数据，为避免电池电压的不均衡性等带来局部电池过充或过放引起的安全问题，要求检测***必须对电池单体电压进行精确的测量。
现有的汽车电池一般使用锂电池，理电池的特性使得锂电池在应用时需要监控锂电池单体电压，避免理电池在不正常电压范围内使用而损坏。但由于大规模锂电池的串并联，使得锂电池内部高压不是常规电子器件可以承受，给锂电池的应用带来了困难。且特别是单体锂电池串联而成的电池，该单体电池与***地存在较高的共模电压使得电压信号不能直接接入***A/D转换电路，不能实现直接的检测监控进行电池管理。
发明内容
本实用新型针对现有的技术存在上述问题，提出了一种汽车单体电池电压采集电路，该电路能有效采集单体电池电压，同时也抑制了单体电池和***地之间的共模电压使检测的电压信号能直接接入电池管理***的A/D转换电路中。
本实用新型通过下列技术方案来实现：一种汽车单体电池电压采集电路，包括用于连接单体电池正负极的输入端和用于检测电压的输出端，其特征在于，该电路还包括运放单元和分压单元，所述的输入端的正负极分别对应连接运放单元的负极和正极两个输入口，所述运放单元负极输入口和输入端正极之间串联连接有分压电阻R1，所述运放单元的输出口连接有用于实现抑制单体电池和***地之间共模电压的分压单元的触发口，所述的运放单元负输入口还连接分压单元的输入口，所述的分压单元的输出口与地线串联连接分压电阻R2，所述的分压单元的输出口电压作为输入端采集电压。
采集电池电压时，单体电池的正负极分别连接运放单元的负极和正极。经过运放单元对输入端电压的放大处理，使得运放单元输出口输入分压单元的电压高于分压单元集成芯片的输入电压，从而提高采集电路的抗干扰能力。输入的单体电池电压经过分压单元进行分压后，单体电池电压在R1上形成电流等于输出端电压在电阻如R2上形成的电流，假设单体电池电压为Vb,输出端电压为Vout，则可以得出单体电池电压除以电阻R1等于输出端电压除以电阻R2，即Vb/R1=Vout/R2。当可直接检测出输出端电压Vout时，即能得出单体电池Vb的电压。又由于分压单元的输出端连接电阻R2后接地，使得单体电池本身与***地存在的较高共模电压集中于分压单元上，起到了抑制单体电池与***地之间的共模电压。
在上述的汽车单体电池电压采集电路中，所述的运放单元包括差分运算发大器，所述差分运算发大器的负输入口通过分压电阻R1用于连接采集单体电池的正极，差分运算发大器的正输入口用于连接采集单体电池的负极。运放单元作为采集电路的前端具有提高采集电路抗干扰能力。
在上述的汽车单体电池电压采集电路中，所述的分压单元包括N沟道的MOS管，所述MOS管的源极连接电阻R1和差分运算发大器的负输入口，MOS管的栅极连接差分运算发大器的输出口，MOS管的漏极与地之间串联连接电阻R2。差分运算发大器放大后输出电压加在MOS管的栅极，用于推动MOS管的内部阻抗，分析电路时，本MOS管在电路中相当于可通过单体电池的加在差分运算发大器输入端的压差来进行调节阻抗的可调电阻。
在上述的汽车单体电池电压采集电路中，所述的运放单元的输出口与MOS管的栅极之间还串联连接有电阻R3。差分运算发大器用于放大电流后在电阻R3上形成电压。
在上述的汽车单体电池电压采集电路中，所述的MOS管的源极和漏极之间反向并联连接二极管。这里反向并联的二极管具有稳压的作用。
在上述的汽车单体电池电压采集电路中，所述的分压单元包括PNP晶体管，所述晶体管的集电极连接分压电阻R1和差分运算发大器的负输入口，晶体管的基极通过串联电阻R3连接差分运算发大器的输出口，晶体管的发射极与地线之间串联连接分压电阻R2。晶体管可代替上述的MOS管在本采集电路中起到分压和抑制单体电池和***地之间的共模电压的作用。
现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型通过运放单元和分压单元有效抑制抑制了单体电池和***地之间的共模电压使检测的电压信号能直接接入电池管理***的A/D转换电路中，方便应用于电池管理***。且能有效采集单体电池电压。
2、本实用新型结构简单、精简，成本低，采集后的电压能直接接入电池管理***的A/D转换电路，所得出的单体电池电压算法简单，方便后续的电池管理***计算和编程。
3、本实用新型可使用MOS管和晶体管作等普通的元器件为分压单元进行实现，使本电路具有很好的稳定性，且输入电压先进行放大使得输出分压单元的电压高于集成芯片本身的输入电压，从而提高了采集电路的抗干扰能力。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型分压单元具MOS管的结构示意图；
图3是本实用新型分压单元具晶体管的结构示意图。
图中,G、栅极；D、漏极；S、源极；C、集电极；B、基极；E、发射极；Vb、单体电池电压；Vout输出端电压；T、差分运算放大器。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
实施例一，如图1、2所示，本汽车单体电池电压Vb采集电路包括用于连接单体电池的输入端和用于检测电压的输出端，还包括运放单元和分压单元，输入端的正负极分别对应连接运放单元的负极和正极两个输入口，运放单元负极输入口和输入端正极之间串联连接有分压电阻R1，运放单元负输入口还连接分压单元的输入口，运放单元的输出口连接有用于实现抑制单体电池和***地之间共模电压的分压单元的触发口，分压单元的输出口与地线串联连接分压电阻R2，输出端连接分压单元的输出口。共模电压是指多个输入端上共同存在对***地（或对同一参考点）电压。
运放单元包括差分运算发大器T，差分运算发大器T的负输入口通过电阻R1用于连接采集单体电池的正极，正输入口用于连接采集单体电池的负极。
上述分压单元的触发口为MOS管的栅极和晶体管的基极，分压单元的输入口为MOS管的源极和晶体管的集电极，分压单元的输出口漏极和晶体管的发射极。
分压单元包括N沟道的MOS管，MOS管的源极S连接分压电阻R1和差分运算发大器T的负输入口，MOS管的栅极G通过串联连接电阻R3连接于差分运算发大器T的输出口，MOS管的漏极D与地之间串联连接分压电阻R2。MOS管的源极S和漏极D之间反向并联连接二极管。N沟道的MOS管具有栅极G和源极S电压大于导通电压时，MOS管从漏极D到源极S导通的特性。
给运放单元通电压VCC，采集电池电压时，单体电池的正负极分别连接差分运算放大器T的负极和正极。经过运放单元对输入端电压的放大处理，使得运放单元输出口输入分压单元的电压高于分压单元集成芯片的输入电压，即MOS管栅极G电压高于源极S电压，从而提高采集电路的抗干扰能力。输入的单体电池电压Vb经过MOS管进行分压后，单体电池电压Vb在电阻R1上形成电流等于输出端电压Vout在电阻R2上形成的电流，则可以得出单体电池电压Vb除以电阻R1等于输出端电压Vout除以电阻R2，即Vb/R1=Vout/R2。当可直接检测出输出端电压Vout时，即能得出单体电池Vb的电压。又由于MOS管的漏极D连接电阻R2后接地，使得单体电池本身与***地存在的较高共模电压集中于MOS管上，起到了抑制单体电池与***地之间的共模电压。在该采样电路使用于电池管理***时，只需直接把该输出端的输出电压Vout直接接入电池管理***即可得出单体电池电压Vb。基于该单体电池电压Vb的采样电路集成的多路集成模块，可以检测由多路单体电池串、并联形成的电池。
实施例二，如图3所示，本分压单体电池电压Vb的采样电路具有实施例一的结构，不同之处是实施例一中分压单元的MOS管由晶体管进行替换，本汽车单体电池分压单元包括PNP晶体管，晶体管的集电极C连接电阻R1和差分运算发大器T的负输入口，晶体管的基极E通过串联电阻R3连接差分运算发大器的输出口，晶体管的发射极B与地之间串联连接电阻R2。晶体管的发射极B电压为输出电压Vout，使用晶体管替代MOS管实现在电路中的可变电阻分压功能。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了栅极G、漏极D、源极S、集电极C、基极E、发射极B、单体电池电压Vb、输出端电压Vout、差分运算放大器T、等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
Claims (6)
1.一种汽车单体电池电压采集电路，包括用于连接单体电池正负极的输入端和用于检测电压的输出端，其特征在于，该电路还包括运放单元和分压单元，所述的输入端的正负极分别对应连接运放单元的负极和正极两个输入口，所述运放单元负极输入口和输入端正极之间串联连接有分压电阻R1，所述运放单元的输出口连接有用于实现抑制单体电池和***地之间共模电压的分压单元的触发口，所述的运放单元负输入口还连接分压单元的输入口，所述的分压单元的输出口与地线串联连接分压电阻R2，所述的分压单元的输出口电压作为输入端采集电压。
2.根据权利要求1所述的汽车单体电池电压采集电路，其特征在于，所述的运放单元包括差分运算发大器，所述差分运算发大器的负输入口通过电阻R1用于连接采集单体电池的正极，正极输入口用于连接采集单体电池的负极。
3.根据权利要求2所述的汽车单体电池电压采集电路，其特征在于，所述的分压单元包括N沟道的MOS管，所述MOS管的源极（S）连接分压电阻R1和差分运算发大器的负输入口，MOS管的栅极（G）连接差分运算发大器的输出口，MOS管的漏极（D）与地之间串联连接分压电阻R2。
4.根据权利要求3所述的汽车单体电池电压采集电路，其特征在于，所述的运放单元的输出口与MOS管的栅极（G）之间还串联连接有电阻R3。
5.根据权利要求4所述的汽车单体电池电压采集电路，其特征在于，所述的MOS管的源极（S）和漏极（D）之间反向并联连接二极管。
6.根据权利要求2所述的汽车单体电池电压采集电路，其特征在于，所述的分压单元包括PNP晶体管，所述晶体管的集电极（C）连接分压电阻R1和差分运算发大器（T）的负输入口，晶体管的基极（B）通过串联电阻R3连接差分运算发大器（T）的输出口，晶体管的发射极（E）与地之间串联连接分压电阻R2。
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