[发明专利]一种电池组电芯电压采样电路

说明书

本发明的名称为一种电池组电芯电压采样电路。属于电池管理系统技术领域。它主要是解决现有电芯电压采样电路因未做隔离和分压采样电阻对电池造成持续漏电流而存在抗干扰性较差、稳定性差和影响电芯一致性及寿命的问题。它的主要特征是：包括电池组、选通开关单元、译码器单元、主控制器、采样转换单元、电压调理单元、模数转换单元和数据隔离单元；选通开关单元、采样转换单元通过Va、Vb总线连接；电压调理单元由滤波电路和负反馈放大电路组成，负反馈放大电路采用隔离电源供电，电源地与采样转换单元采样输出电压低的信号相连。本发明具有抗干扰性能好、安全性高、可扩展性强和成本较低的特点，主要用于对锂离子电池组多个单体电芯的采样及检测。

技术领域

本发明属于电池管理系统技术领域。尤其涉及一种锂离子电池组电芯电压采样电路。

背景技术

锂离子电池组由多个单体电芯通过串并联组成，由于单体电芯在出现短路、过充、过放、以及电压一致性差等情况下，会导致电池性能下降和寿命衰减，甚至会引发冒烟、起火、爆炸等严重的安全危害。因此，锂离子电池组在使用过程中必须实时检测各个单体电芯的电压，以便于对电池组的充放电过程进行精准的控制与保护。

目前市场上常用的电池组电芯电压采样方法有两种，第一种方法采用共模分压法对电池组的电芯电压进行采样，电池主控芯片MCU可以共地，不需要通讯隔离，这种采样方法电路简单，但分压采样电阻对电池造成了持续漏电流，对电芯一致性和寿命产生不利影响，同时，采样电路未做隔离，会导致电路的抗干扰性较差，稳定性差。

第二种也是如今市场上最常见的方法，采用LTC6803、LTC6804等专用采样芯片，集成度高。但这些芯片最大仅支持12串电池电压采集，12串以上需要2个及以上的芯片级联实现，然而该芯片的价格昂贵，成本极高，同时，可扩展性较差。

发明内容

本发明为解决以上缺点，提出一种电池组电芯电压采样电路。通过采用带隔离的浮动式差分信号采样电路，实现对电池组中每个电芯电压进行单独采集。

本发明的技术解决方案是：一种电池组电芯电压采样电路，其特征在于：包括多个电芯串联组成的电池组、选通开关单元、译码器单元、主控制器、采样转换单元、电压调理单元、模数转换单元和数据隔离单元；所述选通开关单元、采样转换单元均由隔离开关阵列和共阳极二极管阵列组成，其之间通过Va、Vb总线连接；所述译码器单元由译码器阵列组成；所述电压调理单元由滤波电路和负反馈放大电路组成，负反馈放大电路采用隔离电源供电，电源地与采样转换单元采样输出电压低的信号相连。选通开关单元用于实现独立的电芯电压采样，其中隔离开关阵列用于电气隔离，选通各路电芯的正负极电压采样，共阳极二极管阵列用于控制选择对应的隔离开关的导通。采样转换单元通过控制信号的高低电平控制隔离开关阵列的导通与截止，将浮动的电芯电压采样信号Va、Vb转换为差分信号对。电压调理单元用于信号滤波，实现将单体电芯的采集电压转换为可以测量的电压值，同时增加阻抗匹配，抑制零点漂移与信号噪声，增强采样电路的抗干扰能力。

本发明的技术解决方案中所述的电池组中各电芯的正极、负极分别经各自串联的取样电阻与选通开关单元中各相对应隔离开关的输出端集电极相连，各隔离开关的另一个输出端发射极按奇数、偶数分选后分别与Va、Vb总线连接；隔离开关的输入端阳极通过串联限流电阻与供电电源相连，隔离开关的输入端阴极分别与其对应的共阳极二极管阵列的阳极端相连。

本发明的技术解决方案中所述的译码器单元中译码器阵列包括两个及以上的译码器；所述译码器的输入信号与主控制器的GPIO端口相连，输出信号端与选通开关单元中二极管的阴极相连，控制二极管的导通。译码器芯片可以轻松实现并行扩展，2片级联即可组成16路译码器，控制1-16路电芯选通开关，从而实现多达16路电芯电压采样。

本发明的技术解决方案中所述的电池组由多个串联的单体电芯组成，包括且不限于磷酸铁锂电池组、三元NCM锂电池组或三元NCA锂电池组。