专利名称：一种在线转换电池组中每节电池电压的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在线转换电池组中每节电池电压的装置，属于电池组 测量技术领域。
背景技术：
目前，电池组广泛应用于各个领域，对于不同的应用， 一般都需要有相应 的配套设备来保证电池组正常工作。这些设备大多都是通过测量电池组的各种 工作参数，根据这些参数判断电池组的工作状态，然后根据应用的要求采取相 应的措施来保证电池组正常使用。对于电池组的各种应用，获取电池组的工作 参数是这些配套设备正常工作的先决条件。随着生产与经济的发展，现实应用 对这些相关设备的性能提出了更高的要求，发展高性能、可在线、高精度、实 时性强、寿命长、低成本的电池组测量系统是电池应技术发展的必然要求。
在电池组工作时一般认为需要测量以下参数电压、温度、电流。对于温 度、电流以及整体电池组电压的测量都属常规测量，相应的测量方法和技术都 己趋于成熟，自动化程度较高。通过自动设备测量独立的单节电池的电压的方 法是非常简单的，但如何通过自动设备实时在线测量串联在电池组中的每节电 池的电压依然是尚未完全解决的难题，且现有的技术早已不能满足时代发展的 需求。为此人们进行了大量的研究工作，但进展却是非常缓慢。
很多年前就有人采用继电器来切换电池组中的每节电池来进行测量。这种
方案的缺点是体积大、成本高、寿命短、速度慢，现在已经属于被淘汰的方法和技术。也有人采用另外一种方法在多路输入信号的选择上采用模拟开关 进行选通，在模拟信号的转换上采用可编程定时器的V/F转换器。其中在解决
输入信号电压高于芯片的最大工作电压的问题上存在技术难点，且采用V/F转 换作为A/D转换器。其缺点是响应速度慢、在小信号范围内线性度差、精度低 且无成型的技术及产品。对于在线测量单节电池电压的方法，还有人提出用光 电隔离器件和大电解电容器构成采样，保持电路来测量蓄电池组中单节电池电 压。此电路的缺点是在A/D转换过程中，电容上的电压能发生变化导致其精 度低，而且电容充放电时间及晶体管和隔离芯片等器件动作延迟等因素导致了 采样时间长等一些缺点。
在授权公告号为CN201041579Y名为《一种多节电池组单节电池电压测量》
的实用新型专利中公开了一种多节电池组单节电池电压测量电路，虽然在一定 程度上解决了电池组中单节电池的测量问题，但其缺点也是显而易见的由于 电池电压是通过"近似等于"的方式计算得出，其测量的准确度本就不高；由
于电路是通过电压-电流-电压转换，测量电路并未真正与电池组实现电气隔
离，实际应用会因运算放大器的工作电压而受P艮;该电路在测量中留有"死角"。 通过分析电路可以发现在其实施例l中不管电阻Rni与电阻Rn2的阻值为何值， 均无法通过计算得出电池Ban正确的电压值。同样在其实施例2中，不管电阻Rii 与电阻Rm2的阻值为何值，均无法通过计算得出电池BAi正确的电压值。
在国外，许多公司研发了多种独立电池测量模块，通过为每节电池配备一 套测量模块来测量电池的参数，然后再通过光电隔离器件把参数传输到智能设 备处理，为此还专门运用了计算机通讯的总线技术。其缺点也是显而易见的， 主要是1、技术上过于复杂。复杂化的设计往往给系统带来诸多不稳定的因素，造 成测量系统可靠性低下；
2、应用针对性强，每种电池测量模块往往是针对某个具体应用而设计，通用 性较差，需要为不同的应用不断开发不同类型的测量模块；
3、 对电池适用性差。电池类型适用性差，现有的模块大多都是针对锂电 的，不能运用到其他类型的电池上；参数适用性差，为了适应对于不同厂家、 不同批次的电池在参数有着细微的差别，往往需要向厂家定制测量模块；
4、 开发周期长；
5、 技术以及工艺上有待成熟，测量模块的可靠性有待提高。个别测量模块 先于电池损坏将影响了整个电池组的使用；
6、 成本昂贵。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能解决上述技术问题的在线转换电池组中 每节电池电压的装置。
在由多节电池串联而成的电池组中，本实用新型由与每节电池连接的电路 组成，与每节电池连接的每一电路其结构均相同；与每节电池连接的每一电路 均包括转换光耦、开关光耦、稳压电源、电阻Rt、电阻Ra和电阻R，所述的 电池与电阻Rt、转换光耦中的发光二极管、开关光耦中的晶体管分别形成各 自回路；开关光耦中的发光二极管通过电阻Ra与输出稳定的电压的稳压电源 的输出端分别形成各自回路；转换光耦中晶体管通过电阻R与稳压电源的输出 端分别形成各自回路。
本实用新型的另外一种实施方案是，在由多节电池串联而成的电池组中，本实用新型由与每节电池连接的电路组成，与每节电池连接的每一 电路结构均
相同；与每节电池连接的每一电路均包括转换光耦、开关光耦、稳压电源、电 阻Rt、电阻Ra和电阻R，所述的电池与电阻Rt、转换光耦中的发光二极管、 开关光耦中的晶体管分别形成各自回路；开关光耦中的发光二极管通过电阻 Ra与输出稳定的电压的稳压电源的输出端形成回路；转换光耦中晶体管通过 电阻R与稳压电源的输出端分别形成各自回路。
本实用新型的优点在于能够为在线测量电池组中每节电池的电压提供实 时转换，具有转换精度高、性能稳定可靠、应用范围广、结构简单、耗电量低、 成本低、寿命长、可扩充性能好等优点，且很容易批量制造和调试，有较强的 实用价值。


图1是本实用新型所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装置的 电路原理图2是本实用新型所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装置的 另外一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的介绍。 如图1所示，本实用新型的测量对象为由Bl、 B2、……、Bn节电池串联而 成的电池组，其中n为电池组中电池的节数(以下含义同)，本实用新型由与 每节电池连接的电路组成，与每节电池连接的每一电路结构均相同；以连接电 池Bi的电路为例，本实用新型由转换光耦Oi、开关光耦Sl、稳压电源W、电 阻Ra、电阻Ri、电阻Rti组成；所述的电池Bi与电阻Rti、转换光耦0i中的发光二极管、开关光耦Sl中的晶体管形成回路Hl;开关光耦Sl中的发光二极
管通过电阻Ra与稳压电源W的输出端形成回路；转换光耦0i中晶体管通过电 阻Ri与稳压电源W的输出端形成回路；与电池组中的其它电池B2、……、Bn 连接的电路和与电池Bi连接的电路的连接方式、电路结构及所用元器件均相同。
本实用新型的另外一种实施例如图2所示，本实用新型的测量对象为由电 池Bi、 B2、……、Bn串联而成的电池组(其中n为电池组中电池的节数，以下 含义同)，本实用新型由与每节电池连接的电路组成，与每节电池连接的每一 电路结构均相同；以连接电池Bi的电路为例，本实用新型由转换光耦Oi、开 关光耦Si、稳压电源W、电阻Ra、电阻Ri、电阻Rti组成；所述的电池Bi与 电阻Rti、转换光耦Ol中的发光二极管、开关光耦Sl中的晶体管形成回路Hl; 开关光耦Si、 S2、……、Sn中的发光二极管通过电阻Ra与稳压电源W的输出 端形成回路；转换光耦0i中晶体管通过电阻Rl与稳压电源W的输出端形成回 路；与电池组中的其它电池B2、……、Bn连接的电路和与电池Bi连接的电路 的连接方式、电路结构及所用元器件均相同。
所述的转换光耦Oi和开关光耦Si中的晶体管是双极性晶体管(BJT)或 场效应晶体管(FET)之一；
所述的转换光耦0i和开关光耦Si可以是二极管型光耦；
所述的开关光耦Si可以是晶闸型光耦。
本实用新型的工作原理是当稳压电源开始工作时，为开关光耦Sl中发光 二极管供电，开关光耦Sl中晶体管导通，回路Hi中出现大小为Li的电流。电 流Li的大小与电池的输出电压Vl的大小呈现一一对应的映射关系。Ri、转换光耦Oi中晶体管和稳压电源W输出端连接形成回路，转换光耦0i中 晶体管与Rn形成的分压电路所得电压Ui与转换光耦(h中晶体管的导通状况呈 现一一对应的映射关系。
对于转换光耦0i而言，其传输系数gi是稳定的，其晶体管的导通状况取决 于流经其发光二级管的电流大小，即Li的大小与Ui的大小呈现一一对应的映射 关系，也即Vi的大小与Ui的大小呈现一一对应的映射关系。经过转换后，可以 通过常规的测量方法测量Ui,经过对应换算就能得到电池Bi的实际电压Vi。同 理可以得到电池B2、……、Bn的实际电压V2、……、Vn
由于电池电压与电平之间存在一一对应的关系，且均为模拟量。经过转换 后依然可以保持很好的精度。所以测量精度主要取决于装换后用于测量Ui、 U2、……、Un的测量电路的精度。对测出的Ui、 U2、……、Un只要根据对应的 关系进行换算就能保证Vi、 V2、……、Vn有很好的准确度。由于光耦的稳定性 较好，所以能很好的满足测量对精确度和准确度的要求。
本实用新型利用了隔离极限在数千伏以上的光耦作为电压-电平器件，在解 决了电器隔离的问题的同时也消除了被测量对象之间的电位差。由于目前光耦 的制造工艺非常成熟，其平均寿命以及稳定性远远优于电池寿命；由于光耦的 工作频率从几十kHz到数MHz，因而可以适应高速测量的需求，实时性非常好。
本实用新型可应用于不同类型电池组的电平转换，不仅适用锂电池，也适 用于铅酸蓄电池，还适用于电池电压较低的镍镉和镍氢等镍系列电池组上，因 而极大的拓展了可适用电池的类型，具有广泛的适应性。
本实用新型不限于上述实施例，对于本领域技术人员来说，对本实用新型 的上述实施例所做出的任何改进或变更都不会超出仅以举例的方式示出的本实用新型的实施例和所附权利要求的保护范围,
权利要求1.一种在线转换电池组中每节电池电压的装置，其特征在于包括与由B1、B2、……、Bn节电池串联组成的电池组中每节电池连接的电路组，所述每节电池连接的每一电路其结构均相同；连接电池B1的电路由转换光耦O1、开关光耦S1、稳压电源W、电阻Ra、电阻R1、电阻Rt1组成；所述的电池B1与电阻Rt1、转换光耦O1中的发光二极管、开关光耦S1中的晶体管分别形成各自回路；开关光耦S1中的发光二极管通过电阻Ra与稳压电源W的输出端分别形成各自回路；转换光耦O1中晶体管通过电阻R1与稳压电源W的输出端分别形成各自回路；其中所述电池组中的其它电池B2、……、Bn连接的电路和与电池B1连接的电路的连接方式、电路结构及所用元器件均相同。
2. 如权利要求1所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装置， 其特征在于所述的转换光耦Oi和开关光耦Si中的晶体管是双极性晶 体管或场效应晶体管之一。
3. 如权利要求1所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装置， 所述的转换光耦0i和开关光耦Si是二极管型光耦。
4. 如权利要求1所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装 置，其特征在于所述的开关光耦Sl是晶闸型光耦。
5. —种在线转换电池组中每节电池电压的装置，其特征在于包括与由Bi、 B2、……、Bn节电池串联组成的电池组中每节电池连接的电 路组成，所述每节电池连接的每一电路其结构均相同；连接电池Bi的 电路由转换光耦Oi、开关光耦Si、稳压电源W、电阻Ra、电阻Ri、电 阻Rti组成；所述的电池Bi与电阻Rti、转换光耦Oi中的发光二极管、开关光耦Sl中的晶体管分别形成各自回路；开关光耦Sl中的发光二极 管通过电阻Ra与稳压电源W的输出端形成回路；转换光耦01中晶体管通过电阻Rl与稳压电源W的输出端分别形成各自回路；所述电池组中的B2、……、Bn节电池连接的电路和与电池Bl连接的电路的连接方式、电路结构及所用元器件均相同。
6.如权利要求5所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装 置，其特征在于所述的转换光耦Ol和开关光耦Sl中的晶体管是双极 性晶体管或场效应晶体管之一。
7. 如权利要求5所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装置， 所述的转换光耦Oi和开关光耦Si是二极管型光耦。
8. 如权利要求5所述的一种在线转换电池组中每节电池电压的装 置，其特征在于所述的开关光耦Sl是晶闸型光耦。
专利摘要本实用新型公开了一种在线转换电池组中每节电池电压的装置，其由与每节电池连接的有着相同结构的电路组成，每个与电池连接的电路均包括转换光耦、开关光耦、稳压电源、电阻Rt、电阻Ra和电阻R，所述的电池与电阻Rt、转换光耦中的发光二极管、开关光耦中的晶体管分别形成各自回路；开关光耦中的发光二极管通过电阻Ra与稳压电源的输出端分别形成各自回路；转换光耦中晶体管通过电阻R与稳压电源的输出端分别形成各自回路；本实用新型的另外一种实施方案是开关光耦中的发光二极管通过电阻Ra与稳压电源的输出端形成回路；本实用新型的优点在于转换精度高、性能稳定可靠、实时性强、耗电量低、寿命长等优点，有较强的实用价值。
文档编号G01R31/36GK201311482SQ20082012427
公开日2009年9月16日 申请日期2008年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者鹏 李 申请人:鹏 李