阻值变化的悬浮电压采集系统

donglw

阻值变化的悬浮电压采集系统.zip (7.27 KB, 下载次数: 33)

2024-8-17 19:48 上传

点击文件名下载附件

bg1trk

donglw 发表于 2024-8-19 00:23
举一个例子：4个1V的电池串联端电压是4V，也可以是1+1+1+1=4，一位小数点：如0.8+1.2+1.1+0.9有多少组合 ...

举一个例子：4个1V的电池串联端电压是4V，也可以是1+1+1+1=4，一位小数点：如0.8+1.2+1.1+0.9有多少组合？两位小数点：如0.99+1.01+0.98+1.02有多少组合？新能源汽车高压500V，需要至少130个单体电池串联，按电压包含两位小数点这有多少组合？


500V、130个单体就是130个测量点，您这个电路要用130套吧？看上去就很麻烦。

换成单片机，以常用的STM32系列来说，16个ADC输入通道，配CD4067之类的16选一模拟开关，可扩展出256个输入通道，足够了。
扩展需要4位地址线、9位片选线，共占用13个GPIO口，也不多。嫌多的话，还可以用译码器将片选线压缩至4条，占用8个GPIO口，可以了。

F3系列是12位ADC，测量500V时的分辨率是0.122V。如果嫌精度不足，可以换F4系列带16位ADC的型号，测量精度约8mV，这个足够了吧？

以上，共用1片MCU、9片模拟开关，10个IC就够了。
换您的方案要用130个运放......，这还没完，你这个还是要送MCU采样，这个MCU还是要扩展出至少130个ADC输入通道才行。


电路也简单，每路测试点电阻分压送输入通道就行了，第n路电压减第n-1路电压即为第n个单体的电压。编程时一个函数就搞定，跑起来飞快。

天方夜弹

donglw 发表于 2024-8-19 07:03
本方案远比另一方案，详见：http://www.crystalradio.cn/forum ... 1450&fromuid=32 ...

首先，采集几十组电池电压，不管是单片机或运放都是不现实的，除非不计成本

其次，你对单片机有误解：
1，单片机每秒可以采集几十万次电压，采集几十个电池可以认为是瞬间完成，可以忽略时间差。
2，单片机采集几十个电压并完成真实电压换算，大概就30行左右代码。

单片机在多组高电压的采集中的缺陷是：
1，精度被压缩，比如采集150V电压，12bit的分辨率只有30mV，解决方案也有，就是有点复杂。
2，调试精度繁琐/针对分压电阻误差纠偏，样品手工调试每路精度费时费力。当然批量的话可以设计调试板和自动调试程序，当然这也很复杂。

超级夜猫子

在编程中有一个名词叫“变量”，有多少节电池，就取多少个“变量”；还有一个名词叫“浮点数”，精度可以到小数点后20位以上；这些“浮点数”“变量”可以进行各种运算，当前常见的单片机把130个这种“浮点数”“变量”全部运算一遍所用时间也在毫秒量级，真正花时间的是采集、传输和显示，即便如此，单片机也可以在1秒内把这些活全给干完了。哪有那么多的排列组合的。

bg1trk

附件形式不便于阅读，尤其是使用手机访问论坛的朋友，很不方便，建议您发帖时顺手截个图。



花了点时间重绘电路图：
相对另一个帖子里的电路，增加了R2、R3、R5，有差分放大的模样了。



仿真截图：

donglw

bg1trk 发表于 2024-8-17 21:12
附件形式不便于阅读，尤其是使用手机访问论坛的朋友，很不方便，建议您发帖时顺手截个图。

这里的运放工作在线性状态

http://www.crystalradio.cn/forum ... &fromuid=322949
运放工作在非线性状态

MT4S301

donglw 发表于 2024-8-17 22:14
这里的运放工作在线性状态

http://www.crystalradio.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=2151450&fromui ...

运放在线性状态。http://www.crystalradio.cn/forum ... &fromuid=322954

donglw

bg1trk 发表于 2024-8-17 21:12
附件形式不便于阅读，尤其是使用手机访问论坛的朋友，很不方便，建议您发帖时顺手截个图。

这个电路特点是每个串联的单体电池，因为电压不同，5个电阻阻值不同，例如：第五个串联单体电池的负极电压是60V，正极电压电压是75V，第10个串联单体电池的负极电压是135V，正极电压电压是150V；5个电阻阻值：第5与第10个串联单体电池没有相同的阻值，无论是硬件设计，还是单片机编程都是麻烦之事，而且容易出错。

donglw

另外，15V电压是一个变化值，串联的个数越多越麻烦，甚至超过单片机的测量范围！

donglw

这个电路的最大缺点是假设每组电池充满电的电压为15V，在电池使用一段时间后，有的电池一分钟充满电，有的电池过充超过15V，有的电池欠充小于15V。而且每分钟电压值都是变化的。解决方法曾想一路使用一个单片机，成本太高，交换数据复杂等。因此想到另一方案，详见：http://www.crystalradio.cn/forum ... &fromuid=322949
不知采用此方案是否有更好的方法？先谢谢了！

MT4S301

猜测开关电容电路可实现真隔离悬浮采样，
http://www.seas.ucla.edu/brweb/teaching/AIC_Ch12.pdf

donglw

MT4S301 发表于 2024-8-18 22:36
猜测开关电容电路可实现真隔离悬浮采样，
http://www.seas.ucla.edu/brweb/teaching/AIC_Ch12.pdf

谢谢！读了一遍，这种方法可能对铅酸电池有效，有一种测量方法使用测量铅酸电池内阻检测蓄电池的好坏，而且国内外有专门的仪器在卖。锂电由于内阻比铅酸电池小了一个数量级，单体0.25V的电压差，就可以使目前所使用的均衡电路方法失效，目前国内外，还没有锂电测量内阻的报道。

天方夜弹

donglw 发表于 2024-8-18 21:10
这个电路特点是每个串联的单体电池，因为电压不同，5个电阻阻值不同，例如：第五个串联单体电池的负极电 ...

测每串电池的端电压， 程序中运算想减就是每组电池的电压。
这样最简单，精度也有保证。只用一片单片机，不用运放

donglw

天方夜弹 发表于 2024-8-19 00:08
测每串电池的端电压， 程序中运算想减就是每组电池的电压。
这样最简单，精度也有保证。只用一片单片 ...

举一个例子：4个1V的电池串联端电压是4V，也可以是1+1+1+1=4，一位小数点：如0.8+1.2+1.1+0.9有多少组合？两位小数点：如0.99+1.01+0.98+1.02有多少组合？新能源汽车高压500V，需要至少130个单体电池串联，按电压包含两位小数点这有多少组合？

donglw

本方案远比另一方案，详见：http://www.crystalradio.cn/forum ... &fromuid=322949 复杂的多：
例如：500V需要至少130个单体磷酸铁锂电池，1.本方案需要650组不同阻值的电阻，而另一方案需要132组不同阻值的电阻，批量生产时，足以看出本方案的劣势，本方案需要650组不同阻值的电阻，而另一方案需要130组不同阻值的电阻，而另外520个电阻被2组不同阻值的电阻平均分配。由于批量采购同一品种数量越多价格越便宜，因此本方案比另一方案价格贵。2.从实际应用来看，本方案中5个阻值任何一个电阻阻值的变化都会导致采集电压的准确性，而另一方案只有两个电阻中一个或两个电阻发生变化才会影响采集电压的准确性。3.设计中假设每个单体磷酸铁锂电池充满电的电压为3.6V，在电池使用一段时间后，有的电池一分钟充满电，同样这样的电池一分钟放完电；有的单体电池过充超过3.6V，有的电池欠充小于3.6V，过充和欠充的放电至最低的放电电压的时间是不同的，实际每分钟电压值都是变化的的，如果考虑阻值的变化导致采集电压的准确性，采用本方案无论硬件设计还是MCU软件设计都是一个相当复杂的问题，而另一方案采集的是电池组每个串联单体电池在整体的电压值，通过对比相邻单体电压，可以解决本方案存在的问题，无论是硬件的设计还是MCU软件设计容易的多。4.维修本方案较另一方案复杂的多。... ...