双电池包串联电压检测电路及方法与流程

双电池包串联电压检测电路及方法
【技术领域】
1.本发明涉及电池包领域，特别涉及一种双电池包串联电压检测电路及方法。


背景技术：

2.电池包在使用过程中，需要对其内部的检测电阻进行实时检测，通过判断其阻值是否在合理的区间范围内，进而判断电池包是否处于正常状态，无故障问题发生，最终提高电池包使用的安全系数。其中，检测电阻一般为ntc温度传感器或id识别电阻。
3.目前对于单电池包bat来说，具体如说明书附图1所示，由于电池包bat的电压参考地1-gnd与控制器的电压参考地2-gnd处于同一个地，可以将单电池包内部检测电阻rt直接接入控制器引脚进行adc采样，反推出检测电阻rt的阻值，即检测电阻rt与分压电阻r1构成分压电路，分压电阻r1接有上拉电源 5v，则根据控制器读出的电压值反推出检测电阻rt的阻值，进而判断单电池包是否正常。
4.而对于串联的双电池包来说，具体如说明书附图2所示，图中电池包bat1的电压参考地3-gnd与控制器的电压参考地4-gnd处于同一个地，电池包bat2的电压参考地5-gnd与控制器的电压参考地4-gnd不在同一个地，电池包bat2的电压参考地5-gnd为电池包bat1的正极，则处于低端的电池包bat1内部检测电阻rt1电压的检测和说明书附图1中单电池包bat检测方法相同，但处于高端的电池包bat2内部检测电阻rt2无法直接接入控制器引脚进行adc采样，由于给电动工具供电的电池包bat1，其电压一般大于5v，若控制器对其进行直接检测，将造成控制器的损毁，安全系数极低。
5.因此，有必要设计一种双电池包串联电压检测电路及方法来解决以上技术问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双电池包串联电压检测电路及方法，采用如下技术方案：
7.一种双电池包串联电压检测电路，包括电池包bat1、电池包bat2，所述电池包bat1负极端子接地且其正极端子连接于所述电池包bat2负极端子，还包括运算放大器u1a，所述电池包bat2负极端子通过输入电阻r1连接于所述运算放大器u1a同相输入端，所述输入电阻r1与所述运算放大器u1a同相输入端之间通过输入电阻r2连接有ldo稳压源；
8.所述运算放大器u1a反相输入端与输出端之间通过反馈电阻r3连接，所述反馈电阻r3与所述运算放大器u1a反相输入端之间连接有下拉电阻r4；
9.所述运算放大器u1a输出端与所述电池包bat2负极端子之间串联有分压电阻r6、分压电阻r12，所述分压电阻r12为所述电池包bat2内部检测电阻；
10.所述分压电阻r12两端连接有差分运算放大电路，所述差分运算放大电路输出端连接有控制器。
11.进一步地，所述ldo稳压源正极端子通过二极管d2与所述输入电阻r2连接，负极端子与所述电池包bat1负极端子共地，所述ldo稳压源取值为 5v。
12.进一步地，所述输入电阻r1与所述输入电阻r2电阻值相等，所述反馈电阻r3与所述下拉电阻r4电阻值相等。
13.进一步地，所述运算放大器u1a正电源端通过稳压管d1连接于所述电池包bat2正极端子，负电源端接地。
14.进一步地，所述分压电阻r6一端连接于所述运算放大器u1a输出端，另一端连接于所述分压电阻r12一端，所述分压电阻r12另一端连接于所述电池包bat2负极端子。
15.进一步地，所述差分运算放大电路包括运算放大器u1b，所述运算放大器u1b同相输入端通过输入电阻r7连接于所述分压电阻r6与分压电阻r12之间，反相输入端通过输入电阻r9连接于所述分压电阻r12与所述电池包bat2负极端子之间；
16.所述输入电阻r7与所述运算放大器u1b同相输入端之间连接有下拉电阻r8，所述输入电阻r9与所述运算放大器u1b反相输入端之间通过反馈电阻r10连接于所述运算放大器u1b输出端；
17.所述运算放大器u1b正电源端连接于所述电池包bat2正极端子，负电源端接地。
18.进一步地，所述输入电阻r7与所述下拉电阻r8电阻值相等，所述输入电阻r9与所述反馈电阻r10电阻值相等，运算放大器u1b输出端连接于所述控制器。
19.进一步地，所述运算放大器u1b输出端与所述控制器之间连接有rc滤波电路。
20.进一步地，所述控制器内预设有所述分压电阻r12的区间阈值。
21.进一步地，本发明还提供一种双电池包串联电压检测方法，该方法基于所述的双电池包串联电压检测电路，包括以下步骤：
22.s1：电池包bat1正极端子电压记为u1，ldo稳压源电压记为u2，运算放大器u1a输出端电压记为u3，分压电阻r6、分压电阻r12之间电压记为u4，分压电阻r12与所述电池包bat2负极端子之间的电压记为u5，运算放大器u1b输出端电压记为u6；
23.s2：根据输入电阻r1与输入电阻r2电阻值相等，反馈电阻r3与下拉电阻r4电阻值相等，可知运算放大器u1a构成的是加法器，则可算出u3＝u1 u2；
24.s3：获取分压电阻r6远离分压电阻r12的一端电压为u3；
25.s4：根据分压电阻r6与分压电阻r12构成的分压检测电路，获取分压电阻r6与分压电阻r12总电压为u3-u1，又u3＝u1 u2，则分压电阻r6与分压电阻r12总电压为u2，即为ldo稳压源输出的电压 5v；
26.s5：通过差分运算放大电路使得分压电阻r12的电压参考地与控制器的电压参考地处于同一个地；
27.s6：根据输入电阻r7与下拉电阻r8电阻值相等，输入电阻r9与反馈电阻r10电阻值相等，可知运算放大器u1b构成的是减法器，则可算出u6＝u4-u5，即u6为分压电阻r12两端的电压；
28.s7：控制器根据u6反推出分压电阻r12当前的电阻值，即r12＝(u6*r6)/(5-u6)；
29.s8：控制器判断分压电阻r12的值是否处于区间阈值内，若在，则电池包bat2正常，反之则电池包bat2出现故障。
30.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
31.本发明通过将电池包bat2内部检测电阻(即分压电阻r12)外接，与分压电阻r6形成分压电路，再结合加法器电路进行电动势转换，使得分压电阻r6与分压电阻r12的总电压
为ldo稳压源电压；然后通过减法器电路获取分压电阻r12两端电压并反推出分压电阻r12阻值；最后判断分压电阻r12阻值是否处于区间阈值内，若在，则电池包bat2正常，反之则电池包bat2出现故障，极大地提高了电池包bat2的使用安全系数，同时解决了电池包bat2内部检测电阻无法直接接入控制器引脚进行adc采样的问题。
【附图说明】
32.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明：
33.图1是本发明现有技术单电池包检测的电路结构图；
34.图2是本发明现有技术双电池包串联检测的电路结构图，图中分压电阻rt2的p端无法直接接入控制器；
35.图3是本发明双电池包串联电压检测电路结构图。
【具体实施方式】
36.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细说明。
37.参阅图3所示的一种双电池包串联电压检测电路，包括电池包bat1、电池包bat2，电池包bat1负极端子接地且其正极端子连接于电池包bat2负极端子，还包括运算放大器u1a，电池包bat2负极端子通过输入电阻r1连接于运算放大器u1a同相输入端，输入电阻r1与运算放大器u1a同相输入端之间通过输入电阻r2连接有ldo稳压源；
38.运算放大器u1a反相输入端与输出端之间通过反馈电阻r3连接，反馈电阻r3与运算放大器u1a反相输入端之间连接有下拉电阻r4；
39.运算放大器u1a输出端与电池包bat2负极端子之间串联有分压电阻r6、分压电阻r12，分压电阻r12为电池包bat2内部检测电阻；
40.分压电阻r12两端连接有差分运算放大电路，差分运算放大电路输出端连接有控制器，其中，控制器采用mcu控制器或单片机。
41.本实施例中，ldo稳压源正极端子通过二极管d2与输入电阻r2连接，负极端子与电池包bat1负极端子共地，输入电阻r1与输入电阻r2相等，反馈电阻r3与下拉电阻r4相等，这就使得运算放大器u1a构成的是加法器，即运算放大器u1a输出端电压等于电池包bat1正极端子电压加上ldo稳压源电压，便于电路下一步的电动势转换功能，其中，ldo稳压源的电压取值为 5v。
42.本实施例中，运算放大器u1a正电源端通过稳压管d1连接于电池包bat2正极端子，负电源端接地。
43.继续参阅图3所示，分压电阻r6一端连接于运算放大器u1a输出端，另一端连接于分压电阻r12一端，分压电阻r12另一端连接于电池包bat2负极端子，整体构成分压电路，为后续分压电阻r12两端电压的检测做铺垫。
44.继续参阅图3所示，差分运算放大电路包括运算放大器u1b，运算放大器u1b同相输入端通过输入电阻r7连接于分压电阻r6与分压电阻r12之间，反相输入端通过输入电阻r9连接于分压电阻r12与电池包bat2负极端子之间；输入电阻r7与运算放大器u1b同相输入端之间连接有下拉电阻r8，输入电阻r9与运算放大器u1b反相输入端之间通过反馈电阻r10连接于运算放大器u1b输出端；运算放大器u1b正电源端连接于电池包bat2正极端子，负电源
端接地。
45.本实施例中，输入电阻r7与下拉电阻r8电阻值相等，输入电阻r9与反馈电阻r10电阻值相等，这就使得运算放大器u1b构成的是减法器，即运算放大器u1b输出端电压等于分压电阻r6、分压电阻r12之间电压减去分压电阻r12与电池包bat2负极端子之间的电压。
46.继续参阅图3所示，运算放大器u1b输出端连接于控制器，运算放大器u1b输出端与控制器之间连接有rc滤波电路，rc滤波电路包括滤波电阻r11、滤波电容c1，运算放大器u1b输出端连接于滤波电阻r11一端，滤波电阻r11另一端连接于滤波电容c1一端，滤波电容c1另一端接地，滤波电阻r11、滤波电容c1之间连接于控制器，便于控制器直接采样分压电阻r12两端的电压，其中，分压电阻r12的电压参考地6-gnd与控制器的电压参考地7-gnd处于同一个地。
47.本实施例中，分压电阻r12为id识别电阻，且控制器内预设有分压电阻r12的区间阈值：20kω～50kω。
48.此外，本发明还提供一种双电池包串联电压检测方法，该方法基于的双电池包串联电压检测电路，包括以下步骤：
49.s1：电池包bat1正极端子电压记为u1，ldo稳压源电压记为u2，运算放大器u1a输出端电压记为u3，分压电阻r6、分压电阻r12之间电压记为u4，分压电阻r12与电池包bat2负极端子之间的电压记为u5，运算放大器u1b输出端电压记为u6；
50.s2：根据输入电阻r1与输入电阻r2电阻值相等，反馈电阻r3与下拉电阻r4电阻值相等，可知运算放大器u1a构成的是加法器，则可算出u3＝u1 u2；
51.s3：获取分压电阻r6远离分压电阻r12的一端电压为u3；
52.s4：根据分压电阻r6与分压电阻r12构成的分压检测电路，获取分压电阻r6与分压电阻r12总电压为u3-u1，又u3＝u1 u2，则分压电阻r6与分压电阻r12总电压为u2，即为ldo稳压源输出的电压 5v；
53.s5：通过差分运算放大电路使得分压电阻r12的电压参考地与控制器的电压参考地处于同一个地；
54.s6：根据输入电阻r7与下拉电阻r8相等，输入电阻r9与反馈电阻r10相等，可知运算放大器u1b构成的是减法器，则可算出u6＝u4-u5，即u6为分压电阻r12两端的电压；
55.s7：控制器根据u6反推出分压电阻r12当前的电阻值，即r12＝(u6*r6)/(5-u6)；
56.s8：控制器判断分压电阻r12的值是否处于区间阈值内，若在，则电池包bat2正常，反之则电池包bat2出现故障。
57.本发明的工作原理为：
58.(1)电池包bat2故障：假设分压电阻r6＝10kω，控制器检测出运算放大器u1b输出端电压u6＝3v，则控制器算出r12＝15kω，又分压电阻r12阻值区间阈值为20kω～50kω，则控制器显示电池包bat2发生故障；
59.(2)电池包bat2正常：假设分压电阻r6＝10kω，控制器检测出运算放大器u1b输出端电压u6＝4v，则控制器算出r12＝40kω，又分压电阻r12阻值区间阈值为20kω～50kω，则控制器显示电池包bat2使用正常。
60.此外，本实施例中的分压电阻r12还可为ntc温度传感器，控制器内预设有温度区间阈值：-20℃～70℃与阻值温度对照表，控制器可根据分压电阻r12的值对应到获取当前
电池包bat2温度，若电池包bat2温度处于-20℃～70℃之间，则控制器显示电池包bat2使用正常；若电池包bat2温度未在-20℃～70℃之间，则控制器显示电池包bat2出现温度故障。
61.本发明先通过将电池包bat2内部检测电阻(即分压电阻r12)外拉，与分压电阻r6形成分压电路；其次通过运算放大器u1a形成加法器电路并将运算放大器u1a输出端与分压电阻r6连接；再其次通过电动势转换，使得分压电阻r6与分压电阻r12的总电压为ldo稳压源电压且恒定在 5v；然后通过差分运算放大电路使得分压电阻r12的电压参考地与控制器的电压参考地处于同一个地且获取运算放大器u1b输出端电压，即为分压电阻r12两端的电压；再然后控制器通过电阻计算公式反推出分压电阻r12的阻值；最后控制器判断分压电阻r12的值是否处于区间阈值内，若在，则电池包bat2正常，反之则电池包bat2出现故障，极大地提高了电池包bat2的使用安全系数，同时解决了电池包bat2内部检测电阻无法直接接入控制器引脚进行adc采样的问题。
62.本发明不局限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员可以很容易地理解到，在不脱离本发明原理和范畴的前提下，本发明的双电池包串联电压检测电路及方法还有其他很多的替代方案，本发明的保护范围以权利要求书的内容为准。