本發(fā)明涉及電池電壓采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種電池電壓采集系統(tǒng)、采集控制系統(tǒng)及采集控制方法。

背景技術(shù)：

隨著技術(shù)的發(fā)展，家電向著小型化便捷化電器的方向發(fā)展，無線技術(shù)也在小型家電產(chǎn)品上的使用越來越廣泛，在無線技術(shù)中電池是必不可少的，目前小型家電產(chǎn)品仍然處于鉛酸電池轉(zhuǎn)換為鋰電池階段，同時(shí)小型家電在應(yīng)用上又需要有調(diào)速、軟啟動(dòng)，電量顯示、異常指示等功能，鉛酸電池在使用中只需要采集到總電壓即可，而鋰電池需要各串電池均能有過放電、過充電保護(hù)功能，需要采集的各串電壓精度有較高要求，以避免出現(xiàn)過充電、過放電異常而導(dǎo)致電芯起火等現(xiàn)象發(fā)生；目前市場上普遍使用的方案是通過專用芯片采集電池各串電壓，并結(jié)合mcu控制實(shí)現(xiàn)上述保護(hù)功能，在實(shí)現(xiàn)過程中其成本較高，功耗較高，使用方式不靈活，且采集方式以及精度均受限于專用芯片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種電池電壓采集系統(tǒng)、采集控制系統(tǒng)及采集控制方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種電池電壓采集系統(tǒng)，包括電池組單元，還包括與所述電池組單元連接的開關(guān)單元、用于控制開關(guān)單元的控制輸入單元以及與開關(guān)單元連接的分壓單元，

電池組單元，由若干單體電池經(jīng)過串聯(lián)而成，用于提供電壓；

開關(guān)單元，由若干線路相同且相互之間不干涉的開關(guān)模塊組成，所述的開關(guān)模塊用于控制單體電池采集電壓的輸出；

所述的單體電池的個(gè)數(shù)與開關(guān)模塊的個(gè)數(shù)一致且一一對(duì)應(yīng)，所述的開關(guān)模塊上有電壓信號(hào)輸入端a、電壓信號(hào)輸出端a以及控制信號(hào)輸入端a，所述的電壓信號(hào)輸入端a連接于單體電池的正極，所述的控制信號(hào)輸入端a連接控制輸入單元，所述的分壓單元連接于開關(guān)模塊的電壓信號(hào)輸出端a；在若干所述的開關(guān)模塊中有一個(gè)所述的開關(guān)模塊的電壓信號(hào)輸出端a不與分壓單元連接直接輸出電壓信號(hào)。

進(jìn)一步具體的，所述的控制輸入單元由一個(gè)控制輸入模塊組成，所述的控制輸入模塊均與每個(gè)所述開關(guān)模塊的控制信號(hào)輸入端a連接。

進(jìn)一步具體的，所述的控制輸入單元由若干線路相同且相互之間不干涉的控制輸入模塊組成，所述的控制輸入模塊的個(gè)數(shù)與開關(guān)模塊的個(gè)數(shù)一致且一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)所述的控制輸入模塊與與其對(duì)應(yīng)的開關(guān)模塊的控制信號(hào)輸入端a連接。

進(jìn)一步具體的，所述的分壓單元由至少一個(gè)分壓模塊組成，每個(gè)所述的分壓模塊至少與一個(gè)所述的開關(guān)模塊的電壓信號(hào)輸出端a連接，所述的開關(guān)模塊只與一個(gè)所述的分壓模塊連接。

進(jìn)一步具體的，所述不與分壓單元連接的開關(guān)模塊輸出的電壓信號(hào)為電池組單元中第一個(gè)單體電池的電壓信號(hào)。

進(jìn)一步具體的，所述的開關(guān)模塊包括并聯(lián)設(shè)置在電壓信號(hào)輸入端a與電壓信號(hào)輸出端a之間的第一mos管與第二mos管，所述的第一mos管的漏極為電壓信號(hào)輸入端a，所述的第二mos管的漏極為電壓信號(hào)輸出端a；所述的第一mos管的漏極通過第一電容后接地；所述的第一mos管的源極與第二mos管的源極連接；所述的第一mos管的柵極與第二mos管的柵極連接后并通過第一控制電阻連接到控制信號(hào)輸入端a上；在所述的第一mos管的柵極與源極之間并聯(lián)著第一電阻與第一穩(wěn)壓二極管。

進(jìn)一步具體的，所述的控制輸入模塊包括設(shè)置在控制輸入模塊的控制信號(hào)輸入端b與控制信號(hào)信號(hào)輸出端b之間的第一控制mos管；所述的第一控制mos管的柵極接在控制信號(hào)輸入端b，漏極接在控制信號(hào)輸出端b；所述的第一控制mos管的源極接地；所述的第一控制mos管的柵極與源極之間并聯(lián)第二十三電阻。

一種電池電壓采集控制系統(tǒng)，包括微控制器，所述的微控制器與上述任意一種電池電壓采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與接收，所述的微控制器用于處理電池電壓采集系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)以及發(fā)出對(duì)開關(guān)模塊進(jìn)行控制的控制信號(hào)。

一種電池電壓采集控制方法，所述的采集控制方法的步驟為，

s1、微處理器接收沒有分壓單元的開關(guān)模塊的電壓信號(hào)，并根據(jù)此電壓信號(hào)計(jì)算得出其它開關(guān)模塊所輸出的電壓值；

s2、微處理器接收到有分壓單元的開關(guān)模塊的電壓信號(hào)；

s3、微處理器將步驟s2中檢測到的電壓值與步驟s1中計(jì)算得出的電壓值一一對(duì)應(yīng)并得出每個(gè)開關(guān)模塊輸出電壓信號(hào)的分壓比，將分壓比進(jìn)行存儲(chǔ)；

s4、在電池組進(jìn)行工作的時(shí)候，微處理器將實(shí)時(shí)采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行計(jì)算并與內(nèi)部存儲(chǔ)的分壓比進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，微處理器對(duì)電池組的充放電過程進(jìn)行控制。

本發(fā)明的有益效果是：通過先采集電池電壓然后計(jì)算各串電壓值后比較采集實(shí)際數(shù)值計(jì)算每個(gè)線路的實(shí)際比例，無需選擇精密的分壓電阻即可大大提高電壓的采集精度，大大節(jié)約電壓采集線路的成本，具有其他專用芯片不能夠達(dá)到的電壓采集精度；此方案應(yīng)用靈活，能夠使用同一個(gè)微控制器mcu同時(shí)實(shí)現(xiàn)電池各串電壓的高精度偵測，可通過開關(guān)模塊進(jìn)行控制，關(guān)閉和開啟整個(gè)線路系統(tǒng)，在電池組不使用的情況下線路靜態(tài)功耗可以做到5ua以下，接近0功耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明電壓采集系統(tǒng)的框圖；

圖2是本發(fā)明電壓采集系統(tǒng)的一種實(shí)施例的電路圖；

圖3是本發(fā)明電壓采集系統(tǒng)的另一種實(shí)施例的電路圖；

圖4是本發(fā)明電壓采集控制系統(tǒng)的框圖；

圖5是本發(fā)明電壓采集控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的描述。

如圖1所示一種電池電壓采集系統(tǒng)，包括電池組單元，還包括與所述電池組單元連接的開關(guān)單元、用于控制開關(guān)單元的控制輸入單元以及與開關(guān)單元連接的分壓單元；

電池組單元，由若干單體電池經(jīng)過串聯(lián)而成，用于給負(fù)載提供電壓，根據(jù)串聯(lián)的先后順序，單體電池為第一單體電池、第二單體電池、第三單體電池??????第x單體電池；

開關(guān)單元，由若干線路相同且相互之間不干涉的開關(guān)模塊組成，所述的開關(guān)模塊用于控制單體電池采集電壓的輸出，開關(guān)模塊為第一開關(guān)模塊、第二開關(guān)模塊、第三開關(guān)模塊??????第x開關(guān)模塊；

所述的單體電池的個(gè)數(shù)與開關(guān)模塊的個(gè)數(shù)一致且一一對(duì)應(yīng)，第一單體電池對(duì)應(yīng)第一開關(guān)模塊、第二單體電池對(duì)應(yīng)第二開關(guān)模塊、第三單體電池對(duì)應(yīng)第三開關(guān)模塊??????第x單體電池對(duì)應(yīng)第x開關(guān)模塊，所述的開關(guān)模塊上有電壓信號(hào)輸入端a、電壓信號(hào)輸出端a以及控制信號(hào)輸入端a，所述的電壓信號(hào)輸入端a連接于單體電池的正極，所述的控制信號(hào)輸入端a連接控制輸入單元，所述的分壓單元連接于開關(guān)模塊的電壓信號(hào)輸出端a；在若干所述的開關(guān)模塊中有一個(gè)所述的開關(guān)模塊的電壓信號(hào)輸出端a不與分壓單元連接直接輸出電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)值作為基準(zhǔn)電壓值來計(jì)算其他開關(guān)模塊輸出的電壓值，眾多開關(guān)模塊輸出的電壓值均可以作為基準(zhǔn)電壓值；如圖2與圖3所示第一單體電池的電壓值為cell1、第二單體電池的電壓值為cell2、第三單體電池的電壓值為cell3??????第x單體電池的電壓值為cellx，為了計(jì)算方便，采用第一單體電池通過第一開關(guān)模塊后的電壓值為基準(zhǔn)電壓值v1，由于各個(gè)單體電池完全相同，計(jì)算得出的電壓值分別對(duì)應(yīng)為vcell2=2*v1、vcell3=3*v1??????vcellx=x*v1。

如圖2和圖3所示本申請(qǐng)的兩種實(shí)施例的開關(guān)模塊的線路相同，在同一種實(shí)施例中的若干開關(guān)模塊的線路也相同，下面以第一開關(guān)模塊為例，對(duì)其線路進(jìn)行描述，第一開關(guān)模塊包括并聯(lián)設(shè)置在電壓信號(hào)輸入端a與電壓信號(hào)輸出端a之間的第一mos管qp1與第二mos管qp2，所述的第一mos管qp1的漏極3腳為電壓信號(hào)輸入端a，所述的第二mos管qp2的漏極3腳為電壓信號(hào)輸出端a；所述的第一mos管qp1的漏極3腳通過第一電容c1后接地；所述的第一mos管qp1的源極2腳與第二mos管qp2的源極2腳連接；所述的第一mos管qp1的柵極1腳與第二mos管qp2的柵極1腳連接后并通過第一控制電阻rc1連接到控制信號(hào)輸入端a上；在所述的第一mos管qp1的柵極1腳與源極2腳之間并聯(lián)著第一電阻r1與第一穩(wěn)壓二極管zd1；第一開關(guān)模塊主要用于打開或者關(guān)閉第一單體電池的采集功能。

本申請(qǐng)關(guān)于控制輸入單元有兩種模式，第一種如圖2所示控制輸入單元由一個(gè)控制輸入模塊組成，所述的控制輸入模塊均與每個(gè)所述開關(guān)模塊的控制信號(hào)輸入端a連接，控制輸入模塊用于控制所有的開關(guān)模塊的開啟與關(guān)閉；第二種如圖3所示控制輸入單元由若干線路相同且相互之間不干涉的控制輸入模塊組成，所述的控制輸入模塊的個(gè)數(shù)與開關(guān)模塊的個(gè)數(shù)一致且一一對(duì)應(yīng)，第一控制輸入模塊與第一開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)、第二控制輸入模塊與第二開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)、第三控制輸入模塊與第三開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)??????第x控制輸入模塊與第x開關(guān)模塊對(duì)應(yīng),每個(gè)所述的控制輸入模塊與與其對(duì)應(yīng)的開關(guān)模塊的控制信號(hào)輸入端a連接,即第一控制輸入模塊與第一開關(guān)模塊的控制信號(hào)輸入端a連接??????第x控制輸入模塊與第x開關(guān)模塊的控制信號(hào)輸入端a連接。

如圖2和圖3所示本申請(qǐng)的兩種實(shí)施例的控制輸入模塊的線路相同，以第一控制輸入模塊為例，對(duì)其線路進(jìn)行描述，第一控制輸入模塊包括設(shè)置在第一控制輸入模塊的控制信號(hào)輸入端b與控制信號(hào)輸出端b之間的第一控制mos管qc1；所述的第一控制mos管qc1的柵極1腳接在控制信號(hào)輸入端b上，漏極3腳接在控制信號(hào)輸出端b上；所述的第一控制mos管qc1的源極2腳接地；所述的第一控制mos管qc1的柵極1腳與源極2腳之間并聯(lián)第二十三電阻r23；第一控制輸入模塊主要是將控制信號(hào)輸入到第一開關(guān)模塊內(nèi)，控制信號(hào)輸出端b連接在開關(guān)模塊的控制信號(hào)輸入端a上。

本申請(qǐng)內(nèi)的分壓單元根據(jù)需要可以有多種模式，概括為所述的分壓單元由至少一個(gè)分壓模塊組成，每個(gè)所述的分壓模塊至少與一個(gè)所述的開關(guān)模塊的電壓信號(hào)輸出端連接，所述的開關(guān)模塊只與一個(gè)所述的分壓模塊連接，即分壓模塊可以連接多個(gè)開關(guān)模塊，而一個(gè)開關(guān)模塊只能連接一個(gè)分壓模塊，上述作為基準(zhǔn)電壓值的為第一單體電池通過第一開關(guān)模塊后所輸出的電壓值。

本申請(qǐng)實(shí)際使用的兩種實(shí)施例分別為，第一種如圖3所示，分壓模塊為一個(gè)，除第一開關(guān)模塊不與分壓模塊連接，其他開關(guān)模塊均連接在分壓模塊上；第二種如圖2所示，分壓模塊的個(gè)數(shù)比開關(guān)模塊的個(gè)數(shù)少一個(gè)，從第二開關(guān)模塊開始均與分壓模塊實(shí)現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)。如圖2和圖3所示分壓模塊由兩個(gè)分壓電阻組成，為了方便表述為第一分壓電阻rv1和第二分壓電阻rv2，第一分壓電阻rv1連接在電壓信號(hào)輸入端c與電壓信號(hào)輸出端c之間，電壓信號(hào)輸出端c連接第一分壓電阻rv1之后接地。

本申請(qǐng)采用上述電壓采集系統(tǒng)制作而成電壓采集控制系統(tǒng)，如圖4所示它由微處理器mcu與電壓采集系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和接收，微處理器mcu對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理并通過與微處理器mcu連接的各種檢測控制模塊對(duì)電池組單元進(jìn)行控制。檢測控制模塊均與微處理器mcu實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和接收，它們包括用于開啟與切斷供電的開關(guān)控制模塊、電量顯示異常指示模塊、低溫高溫保護(hù)模塊、充電驅(qū)動(dòng)模塊、充電開關(guān)控制模塊、放電驅(qū)動(dòng)模塊、放電開關(guān)控制模塊、短路保護(hù)模塊、過流保護(hù)信號(hào)放大模塊、電流偵測模塊。

如圖4所示微處理器mcu與分壓模塊之間通過多路選擇復(fù)用器連通，能夠根據(jù)需要選擇不同的分壓模塊進(jìn)行接收電壓信號(hào)；微處理器mcu輸出控制信號(hào)通過控制輸入模塊對(duì)開關(guān)模塊進(jìn)行有效的控制。

如圖4所示為鋰電池保護(hù)功能與控制功能相結(jié)合，滿足吸塵器控制系統(tǒng)要求，通過開關(guān)控制模塊可開啟系統(tǒng)以及系統(tǒng)自鎖開機(jī)功能，通過多路選擇復(fù)用器偵測電池電壓，以滿足過充過放控制以及電量顯示功能；通過電流偵測模塊來檢測實(shí)際工作電流，以滿足過流、過功率保護(hù)功能；同時(shí)具有低溫高溫保護(hù)模塊，以滿足電池的高低溫保護(hù)功能；微處理器mcu可通過控制放電開關(guān)控制模塊達(dá)到軟啟動(dòng)以及調(diào)速功能，以及各工作狀態(tài)指示功能。

如圖5所示一種電池電壓采集控制方法，所述的采集控制方法的步驟為，

s1、微處理器mcu接收沒有分壓單元的開關(guān)模塊（即第一開關(guān)模塊）的電壓信號(hào)，并根據(jù)此電壓信號(hào)計(jì)算得出其它開關(guān)模塊所輸出的電壓值，以第一單體電池通過第一開關(guān)模塊后的電壓值為基準(zhǔn)電壓值v1，由于各個(gè)單體電池完全相同，計(jì)算得出的電壓值分別對(duì)應(yīng)為vcell2=2*v1、vcell3=3*v1??????vcellx=x*v1（如圖2和圖3所示）；

s2、微處理器mcu接收到有分壓單元的開關(guān)模塊的電壓信號(hào)，通過分壓單元輸出的電壓值分別為v2、v3??????vx；

s3、微處理器mcu將步驟s2中檢測到的電壓值（v2、v3??????vx）與步驟s1中計(jì)算得出的電壓值（vcell2=2*v1、vcell3=3*v1??????vcellx=x*v1）一一對(duì)應(yīng)并得出每個(gè)開關(guān)模塊輸出電壓信號(hào)的分壓比（v2/vcell2、v3/vcell3??????vx/vcellx），將分壓比進(jìn)行存儲(chǔ)；

s4、在電池組進(jìn)行工作的時(shí)候，微處理器mcu將實(shí)時(shí)采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行計(jì)算并與內(nèi)部存儲(chǔ)的分壓比進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，微處理器mcu對(duì)電池組的充放電過程進(jìn)行控制。

綜上，電池電壓采集系統(tǒng)主要用于對(duì)電池電壓異常的采集，并將采集到的信號(hào)傳遞給電池電壓采集控制系統(tǒng)內(nèi)的微處理器mcu，微處理器mcu對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理判斷，并輸出控制信號(hào)，控制電池的在過充與過放過程中的啟閉。通過先采集電池電壓然后計(jì)算各串電壓值后比較采集實(shí)際數(shù)值計(jì)算每個(gè)線路的實(shí)際比例，無需選擇精密的分壓電阻即可大大提高電壓的采集精度，大大節(jié)約電壓采集線路的成本，具有其他專用芯片不能夠達(dá)到的電壓采集精度；此方案應(yīng)用靈活，能夠使用同一個(gè)微控制器mcu同時(shí)實(shí)現(xiàn)電池各串電壓的高精度偵測，可通過開關(guān)模塊進(jìn)行控制，關(guān)閉和開啟整個(gè)線路系統(tǒng)，在電池組不使用的情況下線路靜態(tài)功耗可以做到5ua以下，接近0功耗。

需要強(qiáng)調(diào)的是：以上僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。