CN220894407U - 一种分流器电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池领域，具体涉及一种分流器电流检测电路，包括：接口模块、电源转换模块、隔离电源模块、电流采集模块、温度检测模块、MCU模块和通信隔离模块；电源转换模块为通信隔离模块及隔离电源模块供电；隔离电源模块将电源转换模块输入的5V电源转为隔离5V电源，用于给MCU模块、电流采集模块、温度检测模块和通信隔离模块提供电源；电流采集模块采集分流器电压值；温度检测模块对分流器温度测量；MCU模块接收分流器电压值和分流器温度值，计算分流器电流值并通过通信隔离模块发送给接口模块。本实用新型通过温度采集电路对分流器温度进行测量，对电阻温度系数TCR进项修正，提高分流器电流的测量精度。

Description

一种分流器电流检测电路

技术领域

本实用新型涉及电池领域，具体涉及一种分流器电流检测电路。

背景技术

受益于新能源电动汽车的发展，作为核心部件的电池管理***(BMS)也得到了飞速发展。BMS中总电流检测是必不可少的，BMS中的电流检测分为传统霍尔传感器检测方式和分流器检测方式，其中分流器检测方式，由于其较高的测量精度和相对较低的成本，以及测量方法简单，使用设备少、方便快捷应用于电池管理***中。

分流器检测方式的测量原理是直接测量分流器两端的电压，再根据欧姆定律，用测得的电压除以分流器的电阻值，从而得到电路中的电流值进行电流检测。分流器检测方式通过将电流分流到多个电阻器中，然后测量每个电阻器上的电压来间接地测量电流的大小。通常，这些电阻器会被连接在电池组的正极和负极之间，以便测量整个电池组的总电流。在实际应用中，分流器检测方式可以通过使用多个电阻器来实现不同的电流范围的测量。每个电阻器都会产生一个电压降，这些电压降会被连接到一个集成电路中，并经过特定的放大器和ADC(模数转换器)进行放大和数字化处理，然后将电压转换为电流值。最终，这些电流值会被传输到BMS中进行处理和监控。

影响分流器采样精度的因素:直接由欧姆定律I＝V/R可知,影响电流采样精度的因素主要为电阻R与电压采样值V。影响采样电压V的因素为电压采样模拟-数字转换器(ADC)的精度，选取高精度ADC，有目的增加滤波电路可以进一步提高采样精度。影响分流器采样精度的阻值因素为分流器的电阻温度系数TCR。TCR是非线性的，这就导致分流器电阻阻值不是一个常量，它随着温度变化而变化。分流器电阻阻值的变化造成电流计算的误差。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种分流器电流检测电路。

该电路包括接口模块、电源转换模块、隔离电源模块、电流采集模块、温度检测模块、MCU模块和通信隔离模块；

接口模块用于提供电源接口和通信接口；

电源转换模块将接口模块输入的电源转为5V，为通信隔离模块及隔离电源模块供电；

隔离电源模块将电源转换模块输入的5V电源转为隔离5V电源，用于给MCU模块、电流采集模块、温度检测模块和通信隔离模块提供电源；

电流采集模块用于采集分流器电压值并发送给MCU模块；

温度检测模块使用热敏电阻进行对分流器温度测量，并将其发送给MCU模块；

MCU模块从电流采集模块接收分流器电压值，从温度检测模块接收分流器温度值，计算分流器电流值并发送给通信隔离模块；

通信隔离模块接收MCU模块发送的分流器电流值并发送给接口模块。

进一步的，所述接口模块接插件为插头插座连接方式，具有防呆功能。

进一步的，所述电流采集模块具体包括：

AS8510芯片U5、第三电阻R3、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第七电感L7、第十二电阻R12、第十四电阻R14、第十六电阻R16、第十八电阻R18、第二十七电阻R27和第二十六电容C26；

第三电阻R3的一端与分流器电压采集口CUR+连接，第三电阻R3的另一端与AS8510芯片U5的1脚相连，第二十二电容C22两端分别连接AS8510芯片U5的1脚和2脚，第二十三电容C23的两端分别连接AS8510芯片U5的3脚和隔离地，第二十四电容C24的两端分别连接AS8510芯片U5的4脚和隔离地；第二十五电容C25的一端和AS8510芯片U5的6脚连接接供电电源，第二十五电容C25的另一端和AS8510芯片U5的7脚连接隔离地；第二十八电阻R28的一端接隔离电源，第二十八电阻R28的另一端与第二十九电阻R29的一端相连，第二十九电阻R29的另一端与第三十电阻R30的一端相连，第三十电阻R30的另一端以及第三十一电阻R31的一端连接AS8510芯片U5的9脚，第三十一电阻R31的另一端与第三十二电阻R32的一端相连，第三十二电阻R32的另一端与第七电感L7一端相连，第七电感L7的另一端接隔离地；第十二电阻R12的一端与AS8510芯片U5的20脚相连，第十四电阻R14的一端与AS8510芯片U5的18脚相连，第十六电阻R16的一端与AS8510芯片U5的13脚相连，第十八电阻R18的一端与AS8510芯片U5的12脚相连，第二十七电阻R27的一端与AS8510芯片U5的11脚相连；第二十六电容C26一端和AS8510芯片U5的15脚连接接供电电源，第二十六电容C26的另一端以及AS8510芯片U5的14脚连接隔离地。

进一步的，所述电源转换模块包括：

包括第一齐纳二极管Z1、第一二极管D1、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第四十一电容C41和TLE42744DV50芯片；

第一齐纳二极管Z1的一端与第一二极管D1的阳极连接输入的12V，第一齐纳二极管Z1的另一端接地，第一二极管D1的阴极接地；第四电容C4的一端、第四十一电容C41的一端与TLE42744DV50的1脚相连，第四电容C4的另一端、第四十一电容C41的另一端接地；第五电容C5的一端、第六电容C6的一端与TLE42744DV50的3脚相连，第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端接地。

进一步的，所述温度检测模块，具体包括：

第二十四电阻R24、第十七电阻R17、第四十四电容C44、第二十六电阻R26和第四十电容C40；

温度检测模块的电路结构，第二十四电阻R24一端连接输入的电源，第二十四电阻R24另一端与第十七电阻R17的一端、第四十四电容C44的一端以及第二十六电阻R26的一端相连，第十七电阻R17的另一端以及第四十四电容C44的另一端接地。第二十六电阻R26的另一端与第四十电容C40的一端相连，第四十电容C40的另一端接地；

第十七电阻R17为负温度系数电阻。

本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本实用新型通过温度采集电路对分流器温度进行测量，对电阻温度系数TCR进项修正，提高分流器电流的测量精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的分流器电流检测电路原理框图；

图2为本实用新型实施例提供的电源转换模块的电路图；

图3为本实用新型实施例提供的隔离电源模块的电路图；

图4为本实用新型实施例提供的电流采集模块的电路图；

图5为本实用新型实施例提供的温度检测模块的电路图；

图6为本实用新型实施例提供的MCU模块的电路图；

图7为本实用新型实施例提供的通信隔离模块的电路图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明，在详细说明本实用新型各实施例的技术方案前，对所涉及的名词和术语进行解释说明，在本说明书中，名称相同或标号相同的部件代表相似或相同的结构，且仅限于示意的目的。

为解决分流器自发产生热量,环境温度升高或者器件本身散热不充分导致的分流器电阻阻值变化引起的电流测量误差，本实用新型提供一种分流器电流检测电路，包括：接口模块、电源转换模块、隔离电源模块、电流采集模块、温度检测模块、MCU模块和通信隔离模块。

所述接口模块，采用的接插件为插头插座连接方式，具有防呆功能，提供电源接口和通信接口。接口模块连接电源转换模块，为电源转换模块提供电源。接口模块接收通信隔离模块发出的信号，并向外部转发。

所述电源转换模块，将接口模块输入的电源转为5V，为通信隔离模块及隔离电源模块供电。本实用新型的电源转换模块采用LDO TLE42744DV50芯片。

图2示出了电源转换模块的电路结构，包括第一齐纳二极管Z1、第一二极管D1、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第四十一电容C41和TLE42744DV50芯片。第一齐纳二极管Z1的一端与第一二极管D1的阳极连接输入的12V，第一齐纳二极管Z1的另一端接地，第一二极管D1的阴极接地；第四电容C4的一端、第四十一电容C41的一端与TLE42744DV50的1脚相连，第四电容C4的另一端、第四十一电容C41的另一端接地；第五电容C5的一端、第六电容C6的一端与TLE42744DV50的3脚相连，第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端接地；TLE42744DV50是单片集成低压差稳压器，将输入12V转换为5V。5V用于给隔离电源模块、CAN通信隔离器、CAN收发器供电。

所述隔离电源模块，采用推挽结构，产生隔离5V(ISO5V)，给MCU模块、电流采集模块、温度检测模块和通信隔离模块提供电源。隔离电源模块使用控制器SCM1201A，其内部集成了功率MOS对管，用于控制输入电源的正半周和负半周。当控制信号输入时，MOS对管会打开或关闭，从而控制输出电源的正半周和负半周，将输入电源的正半周和负半周分别转换成输出电源的正半周和负半周，从而实现电源的隔离。因为MOS对管的开关速度非常快，所以可以实现高效率的电源转换。配套使用的变压器CTTFB0505-1T具有小体积、高性价比特点，利用电磁感应的原理，将输入电压变换为输出电压。

图3示出了隔离电源模块的电路结构，第一电感L1一端与第三电容C3的一端以及5V电源相连，第一电感L1的另一端与第十七电容C17的一端、SCM1201A芯片U3的VIN引脚以及T1的原边绕组的2脚相连，第三电容C3的另一端接地，第十七电容C17的另一端接地。SCM1201A芯片U3的三个VSS引脚系接地，SCM1201A芯片U3的VD1引脚连接第一变压器T1原边绕组的3脚，SCM1201A芯片U3的VD2引脚连接第一变压器T1原边绕组的1脚。第一变压器T1的副边绕组的6脚连接第二二极管D2的阳极，第一变压器T1的副边绕组4脚连接第三二极管D3的阳极，第二二极管D2的阴极与第三二极管D3的阴极、第十一电容C11的一端以及第二电感L2的一端相连，第二电感L2的另一端连接第十二电容C12的一端以及第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端和第十二电容C12的另一端接地。第十一电容C11的另一端连接第四电感L4的一端以及第一变压器T1的T1的副边绕组的5脚，第四电感L4的另一端接地。当SCM1201A内置MOS管下管Q1导通时，输入电压VIN驱动一个电流，经变压器原边绕组的下半部分、Q1到VSS，同时副边绕组的感应电动势通过二极管D2给输出电容充电；相同地，当SCM1201A内置MOS管上管Q2导通时，感应电动势通过二极管D3给输出电容充电。如此不断反复，在电源变换器的副边得到所需的供电电源。隔离5V(ISO5V)用于给MCU模块、CAN通信隔离器供电。

所述电流采集模块用于采集分流器电压值并将其发送给MCU模块。此模块使用AS8510芯片U5数据采集芯片，可实现-160mV～+160mV分流器电压的采集，AS8510芯片U5内置16位ADC，零漂移，内置可编程增益放大器。其主要原理是通过内置的16位ADC(模数转换器)对分流器电压进行采样和转换，然后通过4线SPI(串行外设接口)与MCU进行通信，将采集到的电压值发送给MCU。

图4示出了电流采集模块的电路机构，第三电阻R3的一端与分流器电压采集口CUR+连接，第三电阻R3的另一端与AS8510芯片U5的1脚相连，第二十二电容C22两端分别连接AS8510芯片U5的1脚和2脚，第二十三电容C23的两端分别连接AS8510芯片U5的3脚和隔离地(ISOGND)，第二十四电容C24的两端分别连接AS8510芯片U5的4脚和隔离地(ISOGND)。第二十五电容C25的一端和AS8510芯片U5的5脚连接供电电源，第二十五电容C25的另一端和AS8510芯片U5的6脚连接隔离地(ISOGND)。第二十八电阻R28的一端接隔离电源，第二十八电阻R28的另一端与第二十九电阻R29的一端相连，第二十九电阻R29的另一端与第三十电阻R30的一端相连，第三十电阻R30的另一端以及第三十一电阻R31的一端连接AS8510芯片U5的9脚，第三十一电阻R31的另一端与第三十二电阻R32的一端相连，第三十二电阻R32的另一端与第七电感L7一端相连，第七电感L7的另一端接隔离地。第十二电阻R12的一端与AS8510芯片U5的20脚相连，第十四电阻R14的一端与AS8510芯片U5的18脚相连，第十六电阻R16的一端与AS8510芯片U5的13脚相连，第十八电阻R18的一端与AS8510芯片U5的12脚相连，第二十七电阻R27的一端与AS8510芯片U5的11脚相连。第二十六电容C26一端和AS8510芯片U5的15脚连接供电电源，第二十六电容C26的另一端以及AS8510芯片U5的14脚连接隔离地(ISOGND)。AS8510芯片U5的1脚和2脚采集分流器上电压，经内部运算放大器放大后转换为SPI信号，经过电平转换发送给MCU。AS8510芯片U5的9脚和10脚采集隔离电源经电阻分压后的电压，转换为SPI信号送给MCU。

所述温度检测模块使用NTC进行对分流器温度测量，并将其发送给MCU模块。

图5示出了温度检测模块的电路结构，第二十四电阻R24一端连接输入的电源，第二十四电阻R24另一端与第十七电阻R17的一端、第四十四电容C44的一端以及第二十六电阻R26的一端相连，第十七电阻R17的另一端以及第四十四电容C44的另一端接地。第二十六电阻R26的另一端与第四十电容C40的一端相连，第四十电容C40的另一端接地。第十七电阻R17为负温度系数电阻，是一类电阻值随温度增大而减小的一种传感器电阻，R17电阻会随温度变化而变化，R17电阻值改变会引起C40上电压改变，单片机采集C40上电压，根据电压可以计算出R17上的阻值，再根据阻值表查表得出对应的温度。

所述MCU模块：从电流采集模块接收分流器电压值，从温度检测模块接收分流器温度值，根据温度值对分流器的TRC阻值进行修正，从而计算出分流器上电流值并发送给通信隔离模块。MCU模块采用低成本的S9KEAZ128AMLH，基于ARM Cortex-M0处理器，主频48MHz。

图6示出了MCU模块的电路结构。第十电阻R10一端接3.3VA电源，第十电阻R10另一端接TXB0108PWR 3脚。第十一电阻R11一端接3.3VA电源，第十一电阻R11另一端接TXB0108PWR 4脚。第十三电阻R13一端接3.3VA电源，第十三电阻R13另一端接TXB0108PWR 5脚。第九电阻R9一端接3.3VA电源，第九电阻R9另一端接TXB0108PWR 6脚。第四电阻R4一端接3.3VA电源，第四电阻R4另一端接TXB0108PWR 7脚。第十五电阻R15一端与TXB0108PWR 19脚及3.3VA电源相连，第十五电阻R15另一端接隔离地。第二十电容C20一端与TXB0108PWR 3脚及3.3VA电源相连，第二十电容C20另一端接隔离地。第二十一电容C21一端与TXB0108PWR19脚及5V隔离电源相连，第二十一电容C21另一端接隔离地。TXB0108PWR 18脚与S9KEAZ128AMLH 19脚相连，TXB0108PWR 17脚与S9KEAZ128AMLH 32脚相连，TXB0108PWR16脚与S9KEAZ128AMLH 18脚相连，TXB0108PWR 15脚与S9KEAZ128AMLH 31脚相连，TXB0108PWR14脚与S9KEAZ128AMLH 30脚相连，TXB0108PWR 11脚接隔离地。TXB0108PWR实现3.3V SPI信号和5V SPI的电平转换。TXB0108PWR为双向电压电平转换器，该器件可在1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、3.3V和5V电压节点之间任意进行通用低压双向转换，AS8510芯片工作电压为3.3V，MCU工作电压为5V，二者工作电压不同，需使用TXB0108PWR进行电压转换。MCU接收AS8510芯片U5采集的分流器电压信号，根据电压线号换算出对应的电流值，同时接收AS8510芯片U5采集的NTC电压，换算出对应的温度，根据温度对电流值进行补偿，通过CAN收发器将电流值送出。

所述通信隔离模块用于隔离CAN总线的接地环路，减小CAN总线节点间的地线环路电流，从而减小共模干扰，有效提升对电流的检测精度。通信隔离模块接收MCU模块发送的修正后的电流值并发送给接口模块。该模块使用CAN通信芯片TJA1042，隔离器使用通讯隔离芯片Nsi8221。

图7示出了通信隔离模块的电路结构。第二十一电阻R21的一端接S9KEAZ128AMLH芯片U2的51脚，第二十一电阻的R21另一端接Nsi82213芯片U10的7脚，第二十五电阻R25一端接S9KEAZ128AMLH芯片U2的52脚，第二十五电阻R25的另一端接Nsi82213芯片U10的6脚。Nsi8221芯片U10的8脚接隔离5V，Nsi8221芯片U10的5脚接隔离地，Nsi8221芯片U10的1脚接5V电源，Nsi8221芯片U10的4脚接地。Nsi8221芯片U10的2脚接TJA1042芯片U8的1脚，Nsi8221芯片U10的3脚接TJA1042芯片U8的4脚。第三十七电容C37的一端以及TJA1042芯片U8的3脚连接5V电源，第三十五电容C35一端、第五电感L5的4脚与TJA1042芯片U8的6脚相连，第三十五电容C35另一端接地。第三十六电容C36一端、第五电感L5的3脚与TJA1042芯片U8的7脚相连，第三十六电容C36另一端接地。第三十四电容C34一端、第十九电阻R19一端、第二十电阻R20一端、第二十二电阻R22一端、第二十三电阻R23的一端连接TJA1042芯片U8的5脚，第三十四电容C34的另一端接地。第十九电阻R19另一端、第二十电阻R20另一端、第六齐纳二极管D6的1脚以及第五电感L5的2脚相连。第二十二电阻R22另一端、第二十三电阻R23另一端、第六齐纳二极管D6的2脚以及第五电感L5的1脚相连。第六齐纳二极管D6的3脚接地。Nsi8221实现采集端MCU与TJA1042信号隔离，TJA1042实现与CAN总线的信息交互。

工作流程：外部电源通过接口模块输入至电源转换模块，电源转换模块将输入的电源进行降压，输出5V电源给通信隔离模块和隔离电源模块供电。隔离电源模块将输入的5V通过推挽电路产生隔离5V(ISO5V)电源给MCU模块、电流采集模块、温度检测模块和通信隔离模块供电。电流采集模块将采集的分流器电压值送给MCU模块，温度检测模块将采集的分流器温度送给MCU模块，MCU模块根据温度值对分流器的TRC阻值进行修正，从而计算出分流器上电流值，发送给通信隔离模块，通信隔离模块通过接口模块将电流值传送给外部。

本实用新型的技术方案通过采用差分检测采样分流器上电压，同时通过NTC采集分流器温度，通过温度值对分流器电阻TRC阻值进行修正，有效提升对电流的检测精度。

以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种分流器电流检测电路，其特征在于，包括接口模块、电源转换模块、隔离电源模块、电流采集模块、温度检测模块、MCU模块和通信隔离模块；

接口模块用于提供电源接口和通信接口；

电源转换模块将接口模块输入的电源转为5V，为通信隔离模块及隔离电源模块供电；

隔离电源模块将电源转换模块输入的5V电源转为隔离5V电源，用于给MCU模块、电流采集模块、温度检测模块和通信隔离模块提供电源；

电流采集模块用于采集分流器电压值并发送给MCU模块；

温度检测模块使用热敏电阻进行对分流器温度测量，并将其发送给MCU模块；

MCU模块从电流采集模块接收分流器电压值，从温度检测模块接收分流器温度值，计算分流器电流值并发送给通信隔离模块；

通信隔离模块接收MCU模块发送的分流器电流值并发送给接口模块。

2.根据权利要求1所述一种分流器电流检测电路，其特征在于，所述接口模块接插件为插头插座连接方式，具有防呆功能。

3.根据权利要求1所述一种分流器电流检测电路，其特征在于，所述电流采集模块具体包括：

AS8510芯片U5、第三电阻R3、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第七电感L7、第十二电阻R12、第十四电阻R14、第十六电阻R16、第十八电阻R18、第二十七电阻R27和第二十六电容C26；

第三电阻R3的一端与分流器电压采集口CUR+连接，第三电阻R3的另一端与AS8510芯片U5的1脚相连，第二十二电容C22两端分别连接AS8510芯片U5的1脚和2脚，第二十三电容C23的两端分别连接AS8510芯片U5的3脚和隔离地，第二十四电容C24的两端分别连接AS8510芯片U5的4脚和隔离地；第二十五电容C25的一端和AS8510芯片U5的6脚连接接供电电源，第二十五电容C25的另一端和AS8510芯片U5的7脚连接隔离地；第二十八电阻R28的一端接隔离电源，第二十八电阻R28的另一端与第二十九电阻R29的一端相连，第二十九电阻R29的另一端与第三十电阻R30的一端相连，第三十电阻R30的另一端以及第三十一电阻R31的一端连接AS8510芯片U5的9脚，第三十一电阻R31的另一端与第三十二电阻R32的一端相连，第三十二电阻R32的另一端与第七电感L7一端相连，第七电感L7的另一端接隔离地；第十二电阻R12的一端与AS8510芯片U5的20脚相连，第十四电阻R14的一端与AS8510芯片U5的18脚相连，第十六电阻R16的一端与AS8510芯片U5的13脚相连，第十八电阻R18的一端与AS8510芯片U5的12脚相连，第二十七电阻R27的一端与AS8510芯片U5的11脚相连；第二十六电容C26一端和AS8510芯片U5的15脚连接接供电电源，第二十六电容C26的另一端以及AS8510芯片U5的14脚连接隔离地。

4.根据权利要求1所述一种分流器电流检测电路，其特征在于，所述电源转换模块包括：

包括第一齐纳二极管Z1、第一二极管D1、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第四十一电容C41和TLE42744DV50芯片；

第一齐纳二极管Z1的一端与第一二极管D1的阳极连接输入的12V，第一齐纳二极管Z1的另一端接地，第一二极管D1的阴极接地；第四电容C4的一端、第四十一电容C41的一端与TLE42744DV50的1脚相连，第四电容C4的另一端、第四十一电容C41的另一端接地；第五电容C5的一端、第六电容C6的一端与TLE42744DV50的3脚相连，第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端接地。

5.根据权利要求1所述一种分流器电流检测电路，其特征在于，所述温度检测模块，具体包括：

第二十四电阻R24、第十七电阻R17、第四十四电容C44、第二十六电阻R26和第四十电容C40；

温度检测模块的电路结构，第二十四电阻R24一端连接输入的电源，第二十四电阻R24另一端与第十七电阻R17的一端、第四十四电容C44的一端以及第二十六电阻R26的一端相连，第十七电阻R17的另一端以及第四十四电容C44的另一端接地；第二十六电阻R26的另一端与第四十电容C40的一端相连，第四十电容C40的另一端接地；

第十七电阻R17为负温度系数电阻。