一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路的制作方法

1.本实用新型属于电池压力测量技术领域，具体是关于一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路。


背景技术：

2.在新能源产业中，电芯的性能测试有较多的测试要求，其中挤压测试是可以模拟整车发生碰撞后，用于测量电池包的严重变形引起安全性问题的重要测试环节。在gb 38031-2020中，要求电芯能承受15％的变形量或者100kn的挤压力或1000倍的重量。
3.电芯失效的主要原因还是内部由于挤压力或者变形量过大引发了内短路。因此做电芯测试时，包括常规充放电测试(尤其是循环类)时，通常会增加压力传感器，且会将压力传感器值记录在测试数据中，对压力传感器的信号收集及采样是比不可少的。现有的采样电路虽然使用专用基准芯片为模数转换器提供参考电压，但由于压力传感器的电源波动，使得采样误差增大，采样精度不高。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本实用新型目的在于提供一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路，其通过比例采样原理，在为压力传感器和模数转换器提供电源的同时还为模数转换器提供基准电压，减少了由于电源波动导致的采样误差。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
6.一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路，包括至少一个压力传感器、模数转换器和处理器，每个所述压力传感器嵌设在所述的电芯内，其特征在于：每个所述压力传感器上串联有抗混叠滤波模块，每个所述抗混叠滤波模块的输出端接入所述的模数转换器，每个所述压力传感器在压力作用下输出差分模拟信号经所述的抗混叠滤波模块滤波后输送给所述的模数转换器，所述模数转换器将滤波后的差分模拟信号转换成差分数字信号后以通讯的方式传输至所述的处理器，在所述压力传感器的输入端和模数转换器的输入端上还电连接有与所述压力传感器和抗混叠滤波模块并联的电源模块，所述的电源模块为所述的模数转换器提供基准电压。
7.进一步，所述的电源模块包括参考基准电路模块和ldo电源模块，所述的ldo电源模块与所述压力传感器和模数转换器电连接；所述压力传感器与所述的抗混叠滤波模块之间还连接有压力应变模块，所述参考基准电路模块的输入端连接所述的压力应变模块，所述参考基准电路模块的输出端接入所述的模数转换器；所述压力传感器输出的激励源经所述压力应变模块转换为差分模拟信号输送给所述的抗混叠滤波模块，所述压力传感器输出的激励源经所述的参考基准电路模块抗混叠滤波后输送至所述的模数转换器作为基准电压。
8.进一步，所述ldo电源模块包括开关电源，所述开关电源的输出端串连有降压模块，所述降压模块的输出端并联有第一电压转换模块、第二电压转换模块和第三电压转换
模块，所述第一电压转换模块的输出端电连接所述处理器，所述第二电压转换模块的输出端电连接所述模数转换器，所述第三电压转换模块的输出端电连接所述压力传感器。
9.进一步，所述的ldo电源模块还包括隔离电源模块，所述隔离电源模块的输入端电连接所述开关电源的前级，所述隔离电源模块的输出端电连接有通讯模块。
10.进一步，所述的通讯模块与所述的处理器连接，所述的处理器上还连接有存储器。
11.进一步，所述的参考基准电路模块为抗混叠滤波器。
12.进一步，所述的模数转换器为ads114s08。
13.进一步，所述处理器为gd32f470vit6；所述的存储器为24lc641
14.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点和效果：
15.本实用新型通过比例采样，通过电源模块同时为压力传感器和模数转换器提供电源，且电源模块还做为模数转换器的基准电压，避免使用专用基准芯片为模数转换器提供参考电压，模数转换器则通过电源模块同时提供的vref把差分模拟信号转换成差分数字信号，以通讯的方式传输给处理器，本实用新型不仅降低了对电源模块精度的要求，减少了电源模块的波动导致的采样误差，同时达到了低成本高精度的采样需求。
附图说明
16.图1为本实用新型的采样电路结构框图。
17.图2为本实用新型的采样电路电路图。
18.图3为本实用新型的ldo电源模块原理框图。
19.图4为本实用新型的采样电路的比例采样原理图。
20.其中，1-压力传感器、2-抗混叠滤波模块、3-电源模块、4-模数转换器、5-处理器、6-存储器、7-通讯模块，8-压力应变模块，31-ldo电源模块，32-参考基准电路模块，p1-开关电源，p2-降压模块、p3-第一电压转换模块、p4-第二电压转换模块，p5-第三电压转换模块，p6-隔离电源模块。
具体实施方式
21.以下将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，以便更清楚理解本实用新型的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本实用新型范围的限制，而只是为了说明本实用新型技术方案的实质精神。
22.本实用新型提供一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路，压力传感器上通过连接抗混叠滤波模块后与数模转换器连接为模数转换器提供压力差分模拟信号，压力传感器和数模转换器同时通过电源模块提供电源，电源模块同时为数模转换器提供参考电压vref，使得数模转换器把输入的差分模拟信号放大后，通过电源模块提供的vref，把差分模拟信号转换成差分数字信号，以通讯的方式传输至处理器。由于电源模块同时为压力传感器和模数转换器(adc)提供电源，且还做为模数转换器的基准电压，因此避免了使用专用基准芯片为模数转换器提供参考电压，同时减少了电源模块的波动导致的采样误差。
23.如图1所示。本实用新型的一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路，包括至少一个压力传感器1、模数转换器4和处理器5，每个所述压力传感器1嵌设在所述的电芯内，其中，每个所述压力传感器1上串联有抗混叠滤波模块2，每个所述抗混叠滤波模块2
的输出端接入所述的模数转换器4，每个所述压力传感器1在压力作用下输出差分模拟信号经所述的抗混叠滤波模块2滤波后输送给所述的模数转换器4，所述模数转换器4将滤波后的差分模拟信号转换成差分数字信号后以通讯的方式传输至所述的处理器5，在所述压力传感器1的输入端和模数转换器4的输入端上还电连接有与所述压力传感器1和抗混叠滤波模块2并联的电源模块3，所述的电源模块3为所述的模数转换器4提供基准电压。
24.具体说，本实施例中，包括多个压力传感器1，每个压力传感器1上串联抗混叠滤波模块2形成一组压力信号采集线路，多组压力信号采集线路并联接入模数转换器4，每个压力传感器1分别采集电芯的压力，在每个压力传感器1的输入端和模数转换器4的输入端之间并联电源模块3，电源模块3与每个压力传感器1和抗混叠滤波模块2组成的压力信号采集线路并联，压力传感器1和抗混叠滤波模块2为模数转换器4提供压力的差分模拟信号，电源模块3为压力传感器1和模数转换器4(adc)提供电源，同时电源模块3还做为模数转换器4的基准电压。模数转换器4内置有放大电路，把输入的差分模拟信号放大后，通过电源模块3提供的vref，把模拟信号转换成数字信号，以通讯的方式传输给处理器5。处理器5用来处理模数转换器4传输的数据，以及实现与上位机的数据交换，比如：发送模数转换器4采集数据，下载校准数据等，处理器5上同时还连接有存储器6和通讯模块7，存储器6用作存储校准值，通讯模块7用于和上位机通讯，通讯模块7包括以太网和can隔离接口。
25.本实用新型中，所述的模数转换器的型号优选为ads114s08；所述的处理器5的型号优选为gd32f470vit6；所述的存储器6的型号优选为24lc641；所述的以太网的芯片的型号优选为lan8720a-cp-tr；所述的can隔离接口的芯片的型号优选为iso1050。
26.进一步，如图2所示。所述的电源模块3包括参考基准电路模块32和ldo电源模块31，所述的ldo电源模块31与所述压力传感器1和模数转换器4电连接；所述压力传感器1与所述的抗混叠滤波模块2之间连接有压力应变模块8，所述的参考基准电路模块32的输入端连接所述的压力应变模块8，所述参考基准电路模块32的输出端接入所述的模数转换器4；所述压力传感器1输出的激励源经所述压力应变模块8转换为差分模拟信号输送给所述的抗混叠滤波模块2，所述压力传感器1输出的激励源经所述的参考基准电路模块32抗混叠滤波后输送至所述的模数转换器4作为基准电压。模数转换器4把输入的差分模拟信号放大后，通过参考基准电路模块32提供的vref，把模拟信号转换成数字信号，以通讯的方式传输给处理器，ldo电源模块31同时为压力传感器1、模数转换器4处理器和通讯模块7提供电源，ldo电源模块31通过压力传感器1和参考基准电路模块32为模数转换器4提供基准电压。
27.所述压力传感器1连接在压力应变模块8上，压力应变模块8为压力传感器1的等效电路，该等效电路其通过电阻r11、电阻r12、电阻r22和电阻r23串联相接成一个封闭形状的桥式电路，其中电阻r12为应变电阻，当受到压力作用时，电阻r12阻值会发生变化，在外部压力传感器1激励源的作用下，会输出一个微弱的差分模拟信号经抗混叠滤波模块2处理后到模数转换器4。
28.所述抗混叠滤波模块2为抗混叠滤波电路，抗混叠滤波电路包括电阻r1,电阻r2,电容c1,电容c2,电容c3，其通过在电阻r1和电阻r2之间并联电容c1、电容c2和电容c3将输入的差分模拟信号中超过最高频率的其他频率特别是与采样频率接近的频率要通过抗混叠滤波电路进行抑制，防止采样时出现频率混叠，可以有效避免高频信号进入模数转换器4。
29.所述压力应变模块8上同时连接参考基准电路模块32，参考基准电路模块32连接至模数转换器4，压力传感器1的激励源输入至参考基准电路模块32后由参考基准电路模块32输出给模数转换器4作为基准电压。
30.所述参考基准电路模块32同样为抗混叠滤波电路，包括电阻r3、电阻r4、电容c4、电容c5和电容c6，其通过在电阻r3和电阻r4之间并联电容c4、电容c5和电容c6。所述的参考基准电路模块32是通过把压力传感器1的激励源作为输入后，通过电阻r3、电阻r4、电容c4、电容c5和电容c6抗混叠滤波后，提供给模数转换器4作为参考基准电压。
31.作为一种优选，所述的参考基准电路模块32可采用抗混叠滤波器替代。
32.进一步，如图3所示。所述的ldo电源模块31包括开关电源p1、降压模块p2、第一电压转换模块p3、第二电压转换模块p4和第三电压转换模块p5，其中开关电源p1的输出端电连接降压模块p2，降压模块p2的输出端并联第一电压转换模块p3、第二电压转换模块p4和第三电压转换模块p5，所述第一电压转换模块p3的输出端电连接所述的处理器5，第二电压转换模块p4的输出端电连接所述的模数转换器4，所述第三电压转换模块p5的输出端电连接所述的压力传感器1。
33.具体的说，开关电源p1是实现电源的隔离与降压。开关电源p1前级输入有24v直流电源，开关电源p1后级连接着降压模块p2构成的降压电路,降压模块p2后端输出的电压通过第一电压转换模块p3转换成3.3v电压给所述处理器5供电，通过第二电压转换模块p4转换为5v电压给所述的模数转换器4供电，通过第三电压转换模块p5转换为5v电压给所述的压力传感器1供电。
34.本实用新型中，所述的开关电源p1的型号优选为vrb2412s-6wr3；所述的降压模块p2的型号优选为lm317hv；所述的第一电压转换模块p3的型号优选为p3lm1117impx-3.3v；所述的第二电压转换模块p4和第三电压转换模块p5的型号均优选为lm117s-5.0。
35.进一步，所述开关电源p1前级的24v直流电源同时连接有隔离电源模块p6,所述的隔离电源模块p6与所述的通讯模块7电连接为其供电。所述的隔离电源模块p6优选为wrb2405sd-3wr2。
36.如图4所示。本实用新型的采样电路采集信号时，采用比例采样原理如下：
37.压力传感器1的分辨率s:1.6mv/v；
38.压力范围：0～10t(full)；
39.fs:adc数字信号满量程；
40.k1:放大倍数；
41.ve：电源；
42.ft:压力值；
43.则：压力传感器1输出的信号vs＝(s*ve/10)*ft
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(1)；
44.模数转换器4转换的数字信号d＝(vs*k1/vref)*fs
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(2)；把式(1)带入式(2)可得：
45.d＝s x ve x ft x r1x fs/10vref (3)；
46.当ve＝vref时，将(3)式简化得：
47.d＝(s x k1x fs/10)x ft (4)；
48.此时由于(s x k1x fs/10)为一个定值，把(s x k1x fs/10)设为a,则：
49.d＝a x ft (5)；
50.由式(5)可以看到压力ft与模数转换器4转换的数字信号d是一个一次正比例函数，且a中不包含传感器电源以及模数转换器4的基准电压，说明数字信号d不会受电源模块的精度和模数转换器4基准精度的影响。
51.因此当压力传感器1的电源与模数转换器4基准实用同一个电源模块供电时，可以有效提高采样精度，而且对电源的精度要求不高。
52.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路，包括至少一个压力传感器(1)、模数转换器(4)和处理器(5)，每个所述压力传感器(1)嵌设在所述的电芯内，其特征在于：每个所述压力传感器(1)上串联有抗混叠滤波模块(2)，每个所述抗混叠滤波模块(2)的输出端接入所述的模数转换器(4)，每个所述压力传感器(1)在压力作用下输出差分模拟信号经所述的抗混叠滤波模块(2)滤波后输送给所述的模数转换器(4)，所述模数转换器(4)将滤波后的差分模拟信号转换成差分数字信号后以通讯的方式传输至所述的处理器(5)，在所述压力传感器(1)的输入端和模数转换器(4)的输入端上还电连接有与所述压力传感器(1)和抗混叠滤波模块(2)并联的电源模块(3)，所述的电源模块(3)为所述的模数转换器(4)提供基准电压。2.根据权利要求1所述的一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路，其特征在于：所述的电源模块(3)包括参考基准电路模块(32)和ldo电源模块(31)，所述的ldo电源模块(31)与所述压力传感器(1)和模数转换器(4)电连接；所述压力传感器(1)与所述的抗混叠滤波模块(2)之间还连接有压力应变模块(8)，所述参考基准电路模块(32)的输入端连接所述的压力应变模块(8)，所述参考基准电路模块(32)的输出端接入所述的模数转换器(4)；所述压力传感器(1)输出的激励源经所述压力应变模块(8)转换为差分模拟信号输送给所述的抗混叠滤波模块(2)，所述压力传感器(1)输出的激励源经所述的参考基准电路模块(32)抗混叠滤波后输送至所述的模数转换器(4)作为基准电压。3.根据权利要求2所述的一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路，其特征在于：所述ldo电源模块(31)包括开关电源(p1)，所述开关电源(p1)的输出端串连有降压模块(p2)，所述降压模块(p2)的输出端并联有第一电压转换模块(p3)、第二电压转换模块(p4)和第三电压转换模块(p5)，所述第一电压转换模块(p3)的输出端电连接所述处理器(5)，所述第二电压转换模块(p4)的输出端电连接所述模数转换器(4)，所述第三电压转换模块(p5)的输出端电连接所述压力传感器(1)。4.根据权利要求3所述的一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路，其特征在于：所述ldo电源模块(31)还包括隔离电源模块(p6)，所述隔离电源模块(p6)的输入端电连接所述开关电源(p1)的前级，所述隔离电源模块(p6)的输出端电连接有通讯模块(7)。5.根据权利要求4所述的一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路，其特征在于：所述的通讯模块(7)与所述的处理器(5)连接，所述的处理器(5)上还连接有存储器(6)。6.根据权利要求2所述的一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路，其特征在于：所述的参考基准电路模块(32)为抗混叠滤波器。7.根据权利要求1或2或3所述的一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路，所述的模数转换器为ads114s08。8.根据权利要求5所述的一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路，所述处理器(5)为gd32f470vit6；所述的存储器(6)为24lc641。

技术总结
本实用新型涉及一种用于测量电芯压力的压力传感器信号采样电路，包括至少一个压力传感器、模数转换器和处理器，每个压力传感器嵌设在的电芯内，每个压力传感器上串联有抗混叠滤波模块，每个抗混叠滤波模块的输出端接入模数转换器，每个压力传感器在压力作用下输出差分模拟信号经抗混叠滤波模块滤波后输送给模数转换器，模数转换器将滤波后的差分模拟信号转换成差分数字信号后以通讯的方式传输至处理器，在压力传感器的输入端和模数转换器的输入端上还电连接有电源模块，电源模块为模数转换器提供基准电压。本实用新型提供的采样电路，避免使用基准芯片为模数转换器提供参考电压，同时降低对电源模块精度的要求，减少电源模块波动导致的采样误差。模块波动导致的采样误差。模块波动导致的采样误差。


技术研发人员：吴远航 蔡晓 常亚婷 刘强 胡永胜 赵希俊 程国庆
受保护的技术使用者：西安迅湃快速充电技术有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/9/13