一种用于电池组均衡电路的双向电流采样电路的制作方法

1.本发明涉及电池组均衡电路领域，具体涉及一种用于电池组均衡电路的双向电流绝对值采样电路。


背景技术：

2.在现有的蓄电池应用中，大多需要的电压比较高，所以需要若干蓄电池串联组成电池组使用。在目前的制造工艺及应用条件下，单体电池产品性能的差异不可避免，电池组在使用过程中会出现单体电池电压不均衡现象，这会在充放电过程中，造成有些蓄电池的过充、过放，缩短蓄电池的使用寿命；降低电池组的实际可用容量。
3.针对这种现象，对串联电池组进行均衡控制，使电池组的每个单体电池的电压趋于相等是一种提高电池组寿命的有效方法，目前国内外常用的均衡拓扑结构主要有耗散型均衡电路和非耗散性均衡电路，通过多级开关控制电压最高的电池向电压最低的电池放电，达到电池组均衡的方法。
4.实现电池组均衡控制，一般需要对电池电压和电流进行采样，根据采样值，依据适当的控制策略，通过均衡电路对电池电压和电流进行控制和调整。主动均衡电路是一种非耗散型均衡电路。
5.本文涉及的电流采样电路，它用在一种基于单片机控制的，均衡电流为固定大小的恒流电流的主动均衡控制电路中。
6.现有技术常用的电流采样电路是，用小阻值采样电阻串联在电流输出电路，其压降用差分放大器进行放大转换，使得到的采样电压信号处于单片机adc电路可用的区间[0，3.3]内。
[0007]
如果均衡电流值最大为imax，则单片机需要测量的电流量程范围为[-imax，imax]，这就需要差分放大电路把[-imax，imax]转换到单片机adc的输入范围[0，3.3]；需要给差分放大器提供一个稳定的参考电位v0，0《v0《3.3,根据差分放大器的特性，0电流映射到[0，3.3]就是v0。
[0008]
这种技术存在以下不足：
[0009]
1、测量的量程比较大，所以测量精度较差；
[0010]
2、单片机adc电路，采样信号较低(接近0电位)和较高电压时的测量性能有差别，这也影响测量的总体性能；
[0011]
3、提供参考电位v0的电路，本身有固有的误差和漂移特性，其直接影响测量精度；
[0012]
4、为了保证电路性能，满足要求的运放或专用差分放大器价格较高。
[0013]
本发明涉及的均衡电路是基于单片机控制的，均衡电流方向是单片机已知的，所以采样电路只需要提供电流的绝对值即可。
[0014]
因此，发明一种用于电池组均衡电路的低成本的双向电流采样电路很有必要。


技术实现要素：

[0015]
本发明提供一种用于基于单片机控制的，输出电流为恒流电流的，电池组均衡电路的双向电流绝对值采样电路。
[0016]
因涉及的均衡电路是基于单片机控制的，均衡电流方向是单片机已知的(上层控制传给单片机)，所以采样电路只需要提供电流的绝对值即可。
[0017]
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0018]
一种用于电池组均衡电路的双向电流绝对值采样电路，其特征在于：包括：
[0019]
电压转电流单元电路，其有两个电压输入端与一个电流输出端，当被测输入电流为正时，正端电位高于负端电位，其输出电流与被采样的输入电流绝对值成正比；当输入电流为负时，正端电位低于负端电位，其输出电流为0；
[0020]
电流转电压电路，把总输出采样电流转换为电压信号，输送给adc采样电路；
[0021]
用两个上述的电路单元，其电压输入端相互反接，单元电路1的正端接单元电路2的负端，单元电路1的负端接单元电路2的正端，被采样电流是哪个方向时，都有一个单元电路输出电流正比于输入电流绝对值，而另一个单元电路输出电流为0，总输出电流为两个输出电流的和，正比于输入电流的绝对值。4.根据权利要求1所述的一种用于电池组均衡电路的双向电流绝对值采样电路，其特征在于，包括：电压转电流单元电路，包括运算放大器u1a、电压输入端vin和电压输出端vout，所述运算放大器u1a的1脚连接mos管q1栅极，所述mos管q1源极端连接电阻r2的2端，所述运算放大器u1a的2脚连接在所述mos管q1源极和所述电阻r2的2端之间；所述电压输入端vin连接电阻r1的1端，所述电压输出端vout连接电阻r1的2端，所述电阻r2的1端连接在所述电压输入端vin和所述电阻r1的1端之间，所述运算放大器u1a的3脚连接在所述电压输出端vout和所述电阻r1的2端之间；所述mos管q1漏极端连接电阻r4的1端，所述电阻r4的2端连接地gnd，这个电路输出电流的绝对值为isout，当被测输入电流为正时，正端电位高于负端电位，isout与输入电流成正比；当输入电流为负时，正端电位低于负端电位，isout为0。
[0022]
优选地：所述双向电流采样电路包括：
[0023]
运算放大器u1a、mos管q1，电阻阻r2，组成的电压转电流单元电路1，其输入正端是电阻r2的1端，负端是运算放大器u1a的3脚，输出端是mos管q1的漏极；
[0024]
运算放大器u1b、mos管q2，电阻阻r3，组成的电压转电流单元电路2，其输入正端是电阻r3的1端，负端是运算放大器u1b的5脚，输出端是mos管q2的漏极；
[0025]
所述电压转电流单元电路1的正端和电压转电流单元电路2的负端连接电压输入端vin；
[0026]
所述电压转电流单元电路1的负端和电压转电流单元电路2的正端连接电压输出端vout；
[0027]
所述电压输入端vin和所述电压输出端vout之间连接电流采样电阻r1；
[0028]
电阻r4一端接地，一端接上述单元电路输出端，组成的电流转电压电路；
[0029]
采样电压信号sout从电阻r4的1端引出。
[0030]
本发明用到一种电压转电流电路单元，它用一个通用运放，一个三极管(或mos管)和电阻组成一个对电流流过采样电阻的压降进行放大的电路。这个电路有两个输入端(正端和负端)与一个输出端(开漏输出)。这个电路输出电流的绝对值为isout。当被测输入电
流为正时，正端电位高于负端电位，isout与输入电流成正比；当输入电流为负时，正端电位低于负端电位，isout为0.
[0031]
用两个上述的电路单元，两个单元电路的输入端相互反接(单元电路1的正端接单元电路2的负端，单元电路1的负端接单元电路2的正端)，输出端并联，即构成输入电流的绝对值采样电路。输出电流
[0032]
isout＝i1sout+i2sout
[0033]
当被测输入电流为正时
[0034]
isout＝i1sout
[0035]
当被测输入电流为负时
[0036]
isout＝i2sout
[0037]
最后输出端通过一个电阻接地，把输出采样电流转换为电压信号
[0038]
sout＝r4*isout
[0039]
输送给adc采样电路。
[0040]
本发明的有益效果是：
[0041]
1.本电路的采样信号误差主要取决于采用的运放性能，跟蓄电池在蓄电池组中所处的位置无关，也就是蓄电池组中所有单电池位置的均衡电流采样误差都是基本一样的；
[0042]
2.通过在本发明中使用便宜的通用运算放大器，降低了成本的投入。
附图说明
[0043]
图1为本发明提供的流程示意图。
[0044]
图2为本发明提供2条电路示意图。
具体实施方式
[0045]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0046]
参照附图1，本发明提供的一种用于电池组均衡电路的双向电流绝对值采样电路；一种用于电池组均衡电路的双向电流绝对值采样电路，其特征在于：包括：
[0047]
电压转电流单元电路，其有两个电压输入端与一个电流输出端，当被测输入电流为正时，正端电位高于负端电位，其输出电流与被采样的输入电流绝对值成正比；当输入电流为负时，正端电位低于负端电位，其输出电流为0；
[0048]
电流转电压电路，把总输出采样电流转换为电压信号，输送给adc采样电路；
[0049]
用两个上述的电路单元，其电压输入端相互反接，单元电路1的正端接单元电路2的负端，单元电路1的负端接单元电路2的正端，被采样电流是哪个方向时，都有一个单元电路输出电流正比于输入电流绝对值，而另一个单元电路输出电流为0，总输出电流为两个输出电流的和，正比于输入电流的绝对值。
[0050]
电压转电流单元电路，包括运算放大器u1a、电压输入端vin和电压输出端vout，所述运算放大器u1a的1脚连接mos管q1栅极，所述mos管q1源极端连接电阻r2的2端，所述运算放大器u1a的2脚连接在所述mos管q1源极和所述电阻r2的2端之间；所述电压输入端vin连接电阻r1的1端，所述电压输出端vout连接电阻r1的2端，所述电阻r2的1端连接在所述电压
输入端vin和所述电阻r1的1端之间，所述运算放大器u1a的3脚连接在所述电压输出端vout和所述电阻r1的2端之间；所述mos管q1漏极端连接电阻r4的1端，所述电阻r4的2端连接地gnd，这个电路输出电流的绝对值为isout，当被测输入电流为正时，正端电位高于负端电位，isout与输入电流成正比；当输入电流为负时，正端电位低于负端电位，isout为0。
[0051]
所述双向电流采样电路包括：
[0052]
运算放大器u1a、mos管q1，电阻阻r2，组成的电压转电流单元电路1，其输入正端是电阻r2的1端，负端是运算放大器u1a的3脚，输出端是mos管q1的漏极；
[0053]
运算放大器u1b、mos管q2，电阻阻r3，组成的电压转电流单元电路2，其输入正端是电阻r3的1端，负端是运算放大器u1b的5脚，输出端是mos管q2的漏极；
[0054]
所述电压转电流单元电路1的正端和电压转电流单元电路2的负端连接电压输入端vin；
[0055]
所述电压转电流单元电路1的负端和电压转电流单元电路2的正端连接电压输出端vout；
[0056]
所述电压输入端vin和所述电压输出端vout之间连接电流采样电阻r1；
[0057]
电阻r4一端接地，一端接上述单元电路输出端，组成的电流转电压电路；
[0058]
采样电压信号sout从电阻r4的1端引出；
[0059]
图1中，运算放大器u1a、mos管q1，电阻阻r2，组成电压转电流单元电路1，其输入正端是电阻r2的1端，负端是运算放大器u1a的3脚，电流输出端是mos管q1的漏极(开漏输出)；
[0060]
运算放大器u1b、mos管q2，电阻阻r3，组成电压转电流单元电路2，其输入正端是电阻r3的1端，负端是运算放大器u1b的5脚，输出端是mos管q2的漏极；
[0061]
所述电压转电流单元电路1的正端和电压转电流单元电路2的负端连接电压输入端vin；
[0062]
所述电压转电流单元电路1的负端和电压转电流单元电路2的正端连接电压输出端vout；
[0063]
所述电压输入端vin和所述电压输出端vout之间连接电流采样电阻r1；
[0064]
电阻r4一端接地，一端接上述单元电路电流输出端，组成的电流转电压电路；
[0065]
采样电压信号sout从电阻r4的1端引出，输送给adc采样电路。
[0066]
记运放引脚i的电压为vi，i＝1，2，3，......
[0067]
当vin》vout时：
[0068]
v1《vin
[0069]
q1工作于放大区
[0070]
v3＝v2＝vout，
[0071]
q1集电极电流i1＝(vin-vout)/r2.
[0072]
v5＝vin》v6,
[0073]
v7输出高电平，q2截止，q2集电极电流i2＝0.
[0074]
sout＝(i1+i2)*r4
[0075]
＝(vin-vout)*r4/r2
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(1)
[0076]
当vin《vout时，根据电路对称性：
[0077]
sout＝(vout-vin)*r4/r3
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(2)
[0078]
设从vin流过采样电阻r1到vout的被采样电流为iin，则
[0079]
vout-vin＝iin*r1
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(3)
[0080]
本电路中电阻r2和r3的阻值相同，所以根据式(1)、(2)和式(3)可知：
[0081]
sout＝|vout-vin|*r4/r2
[0082]
＝|iin|*r1*r4/r2
[0083]
以上所述，是本发明的实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

技术特征：
1.一种用于电池组均衡电路的双向电流绝对值采样电路，其特征在于：包括：电压转电流单元电路，其有两个电压输入端与一个电流输出端，当被测输入电流为正时，正端电位高于负端电位，其输出电流与被采样的输入电流绝对值成正比；当输入电流为负时，正端电位低于负端电位，其输出电流为0；电流转电压电路，把总输出采样电流转换为电压信号，输送给adc采样电路；用两个上述的电路单元，其电压输入端相互反接，单元电路1的正端接单元电路2的负端，单元电路1的负端接单元电路2的正端，被采样电流是哪个方向时，都有一个单元电路输出电流正比于输入电流绝对值，而另一个单元电路输出电流为0，总输出电流为两个输出电流的和，正比于输入电流的绝对值。2.根据权利要求1所述的一种用于电池组均衡电路的双向电流绝对值采样电路，其特征在于，包括：电压转电流单元电路，包括运算放大器u1a、电压输入端vin和电压输出端vout，所述运算放大器u1a的1脚连接mos管q1栅极，所述mos管q1源极端连接电阻r2的2端，所述运算放大器u1a的2脚连接在所述mos管q1源极和所述电阻r2的2端之间；所述电压输入端vin连接电阻r1的1端，所述电压输出端vout连接电阻r1的2端，所述电阻r2的1端连接在所述电压输入端vin和所述电阻r1的1端之间，所述运算放大器u1a的3脚连接在所述电压输出端vout和所述电阻r1的2端之间；所述mos管q1漏极端连接电阻r4的1端，所述电阻r4的2端连接地gnd，这个电路输出电流的绝对值为isout，当被测输入电流为正时，正端电位高于负端电位，isout与输入电流成正比；当输入电流为负时，正端电位低于负端电位，isout为0。3.根据权利要求1所述的一种用于电池组均衡电路的双向电流绝对值采样电路，其特征在于：所述双向电流采样电路包括：运算放大器u1a、mos管q1，电阻阻r2，组成的电压转电流单元电路1，其输入正端是电阻r2的1端，负端是运算放大器u1a的3脚，输出端是mos管q1的漏极；运算放大器u1b、mos管q2，电阻阻r3，组成的电压转电流单元电路2，其输入正端是电阻r3的1端，负端是运算放大器u1b的5脚，输出端是mos管q2的漏极；所述电压转电流单元电路1的正端和电压转电流单元电路2的负端连接电压输入端vin；所述电压转电流单元电路1的负端和电压转电流单元电路2的正端连接电压输出端vout；所述电压输入端vin和所述电压输出端vout之间连接电流采样电阻r1；电阻r4一端接地，一端接上述单元电路输出端，组成的电流转电压电路；采样电压信号sout从电阻r4的1端引出。

技术总结
本发明公开了一种用于电池组均衡电路的双向电流绝对值采样电路，具体涉及电池组均衡电路技术领域，其技术方案是：使用两个电压转电流电路单元，这个单元电路有两个输入端(正端和负端)与一个输出端(开漏输出)。当被测输入电流为正时，正端电位高于负端电位，其输出电流与被采样的输入电流绝对值成正比；当输入电流为负时，正端电位低于负端电位，其输出电流为0，本发明的有益效果是：不需要对应0电流的参考电位电路，简化了电路，提高了测量精度；被采样的电流数值接近ADC电路测量量程的上端，这有利于ADC采样的精度；另外本发明可根据需要使用便宜的通用运算放大器，降低了成本的投入。投入。


技术研发人员：李强
受保护的技术使用者：宝星智能科技（上海）有限公司
技术研发日：2021.12.28
技术公布日：2023/7/11