CN102012484A - 蓄电池端电压差测量范围调节电路 - Google Patents

Abstract

本发明的蓄电池端电压差测量范围调节电路，包括：用于将待测蓄电池的端电压转换为第一分压值的第一分压电路；用于将所述第一分压值转换为第一数字信号的模数转换电路；用于将所述第一数字信号转为模拟信号的数模转换电路；用于将待测蓄电池的端电压转换为第二分压值的第二分压电路，用于将所述模拟信号与所述第二分压值的差值放大后输入所述模数转换电路以转换为第二数字信号的差分放大电路；用于判断所述第二数字信号是否大于预设的上限值、以及是否小于预设的下限值，若大于上限值，则调小所述模数转换电路输出的所述第一数字信号，若小于下限值，则调大所述第一数字信号的调节单元，由此可调整所述待测蓄电池的端电压差测量范围。

Description

蓄电池端电压差测量范围调节电路

技术领域

本发明涉及一种蓄电池端电压差测量范围调节电路。

背景技术

蓄电池作为备用电源，是保证不间断供电的关键设备，在通信、铁路、电力等供电系统中得到了广泛的应用，由于蓄电池的内阻与容量之间存在很好的相关性，且可以预测蓄电池的性能，因此内阻作为蓄电池的一项重要技术参数指标越来越受到人们的重视，对其进行测量将有着非常重要的实际意义。

目前，测量蓄电池内阻的方法很多，常见方法主要有：直流法和交流法。直流放电法是属于直流法的一种，其在测量内阻时，需要两次大电流(几十安培甚至上百安培)冲击负载放电，然后直接测量蓄电池端电压，进而计算出端电压压差，再通过以下公式计算内阻r：

$r=\frac{U_1-U_2}{I_1-I_2}---\left(1\right)$

其中，r为蓄电池内阻；

I₁为蓄电池第一次放电时的放电电流；

U₁为第一次放电时的蓄电池端电压；

I₂为蓄电池第二次放电时的放电电流；

U₂为第二次放电时的蓄电池端电压。

由于现有计算内阻大多是在主监控单元(即微处理器)中进行，因此，测出的U₁和U₂需要先转换为数字信号，由于U₁和U₂往往相差仅几毫伏或者或几十毫伏，因此对模数转换的精度相对较高，否则难以体现U₁和U₂之间的差值；而且，此种方法也对放电电流有所限制，即要求较大的放电电流，而对于较小的放电电流所产生的蓄电池端电压压差，难以被微处理器所分辨，因此，鉴于现有测量蓄电池端电压压差的技术存在种种弊端和局限性，如何向主监控单元提供更为有效的蓄电池端电压以利于其计算端电压压差，进而突破现有技术的局限性，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蓄电池端电压差测量范围调节电路，以获得较佳的端电压差的测量范围，进而提高对端电压压差的分辨率。

为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的蓄电池端电压差测量范围调节电路，包括：输入端与待测蓄电池相连接且用于将所述待测蓄电池的端电压转换为第一分压值的第一分压电路；至少有两输入端、且一输入端与所述第一分压电路输出端相连接，用于将所述第一分压值转换为第一数字信号的模数转换电路，同时其能处理的数据范围应涵盖任意一第一分压值；用于将所述模数转换电路输出的第一数字信号转为模拟信号的数模转换电路；输入端与所述待测蓄电池相连接且用于将所述待测蓄电池的端电压转换为第二分压值的第二分压电路，其中，电路增益(即输出电压与输入电压的比值)应使其输出的任意一第二分压值均处于所述数模转换电路的输出范围，其中，所述任意一第二分压值都是在所述待测蓄电池正常工作时所获得的；其两输入端分别与所述数模转换电路的输出端及第二分压电路的输出端相连接，其输出端与所述模数转换电路的另一输入端相连接，用于将所述模拟信号与所述第二分压值的差值放大后输入所述模数转换电路以转换为第二数字信号的差分放大电路；输入端与所述模数转换电路的输出端相连接，输出端与所述数模转换电路相连接，用于判断所述第二数字信号是否大于预设的上限值、以及是否小于预设的下限值，若大于上限值，则调小所述模数转换电路输出的所述第一数字信号，若小于下限值，则调大所述第一数字信号，由此调整所述待测蓄电池的端电压差测量范围的调节单元。

较佳的，所述调节单元为单片机。

较佳的，在所述差分放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端之间增加一模数端口保护电路以避免因所述差分放大电路的输出超出所述单片机的数据处理范围而发生异常。

较佳的，所述第一分压电路可为一分压电阻网络。

较佳的，所述第二分压电路也可为一分压电阻网络。

综上所述，本发明的蓄电池端电压差测量范围调节电路调节模数转换电路的输出，以使数模转换电路输出电压与第二分压电路输出电压尽可能的接近，从而可使差分放大电路的输出被控制在较理想的范围内，进而可获得较佳的蓄电池端电压差测量范围。，由此提高测量的分辨率。

附图说明

图1为本发明的蓄电池端电压差测量范围调节电路的基本结构示意图。

图2为本发明的蓄电池端电压差测量范围调节电路的工作过程示意图。

图3为本发明的蓄电池端电压差测量范围调节电路的差分放大电路两输入端电压差示意图。

图4为本发明的蓄电池端电压差测量范围调节电路用于测量蓄电池内阻的操作流程示意图。

图5为本发明的蓄电池端电压差测量范围调节电路的应用实施例示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明的蓄电池端电压差测量范围调节电路主要包括：第一分压电路、模数转换电路(即AD转换电路)、数模转换电路(即DA转换电路)、第二分压电路、差分放大电路、AD端口保护电路、(AD转换)、以及调节单元等。

所述第一分压电路(即分压电阻网络1)的输入端与所述待测蓄电池相连接，用于将所述待测蓄电池的端电压进行分压以获得第一分压值。所述分压电阻网络1的增益(即输出电压与输入电压的比值)由所述模数转换电路和单片机的数据处理范围来确定，以使其输出的任意一第一分压值均能处于所述模数转换电路的测量范围内，例如，待测蓄电池电压为12V(其最高电压小于15V)，所述数模转换电路输出数据位数为8位、参考电压为2.5V，由此，可选择增益为

的分压电阻网络，即12V端电压经过所述分压电阻网络1后，输出电压为2V，小于参考电压2.5V。至于分压电阻网络的结构，此已为本领域技术人员所知悉，故在此不再详述。

所述模数转换电路(即AD转换)至少有两输入端，其一输入端与所述第一分压电路输出端相连接，另一输入端与所述差分放大电路的输出端相连接，用于将所述第一分压值转换为第一数字信号，且其能处理的数据范围应涵盖任意一第一分压值。在本实施例中，其可采用输出数据位数为8位、参考电压为2.5V的模数转换器，由此，将2V的第一分压值转换后变为第一数字信号，即11001101。

所述数模转换电路用于将所述模数转换电路输出的第一数字信号转为模拟信号，例如可采用参考电压值为2.5V的DA转换器。

所述第二分压电路(即分压电阻网络2)的输入端与所述待测蓄电池相连接，用于将所述待测蓄电池的端电压转换为第二分压值，其增益(即输出电压与输入电压的比值)应使其输出的任意一第二分压值均处于所述数模转换电路的输出范围，其中，所述任意一第二分压值都是在所述待测蓄电池正常工作时所获得的。例如，在本实施例中，所述待测蓄电池最高端电压小于15V，所述数模转换电路的参考电压值为2.5V，那么，分压电阻网络2可选增益为

的分压电阻网，由此可使所获得的任意一第二分压值均小于2.5V。

所述差分放大电路的两输入端分别与所述DA转换电路的输出端及第二分压电路的输出端相连接，其输出端与所述数模转换电路的另一输入端相连接，用于将所述模拟信号与所述第二分压值的差值放大后输入所述模数转换电路以转换为第二数字信号。

所述调节单元的输入端与所述模数转换电路的输出端相连接，输出端与所述数模转换电路相连接，用于判断所述第二数字信号是否大于预设的上限值、以及是否小于预设的下限值，若大于上限值，则调小所述模数转换电路输出的所述第一数字信号，若小于下限值，则调大所述第一数字信号，由此调整所述待测蓄电池的端电压差测量范围，其可为单片机。

此外，为避免在异常状况时所述差分放大电路的输出超出所述单片机的数据处理范围，而导致其无法正常工作，在所述差分放大电路的输出端与所述AD转换电路的输入端之间增加一AD端口保护电路。

需注意的是，上述各部件的内部电路结构都已为本领域技术人员所知悉，故在此不在详述。而各分压电阻网络的各电阻的选取可根据实际情况予以确定，对于分压电阻网络1，应确保其输出的电压处于AD转换电路的处理范围之内，而分压电阻网络2，应确保其输出的电压不超出DA转换电路的测量范围内。

上述蓄电池端电压差测量范围调节电路的工作原理如图2所示，其中需要考虑到电路元件均非理想的实际情况，即分压电阻网络1增益、分压电阻网络2增益、AD转换电路的参考电压以及DA转换电路的参考电压存在精度问题。具体过程如下：在理想情况下，当所述待测蓄电池处于正常工作状态时(例如端电压为12V)，分压电阻网络1(其增益为

)将12V端电压降至2V，经过AD转换及单片机处理后，由DA转换电路输出2V的电压进入差分放大器的正输入端(即+输入端)，同时，分压电阻网络2(其增益也为

)将12V的电压分压后，输出2V，进入差分放大器的负输入端(即-输入端)，但考虑到精度等实际问题，DA转换电路输出的电压会在2V左右的某一个数值；分压电阻网络2的输出电压也会在2V左右的另一个数值；那么，当DA转换电路输出电压与分压电阻网络2输出电压的实际差值较大时，经过差分放大电路进行电压放大后，可能会产生较大的输出电压值，这个电压值会导致端电压差的测量范围变小。例如，若实际的DA转换电路输出电压为2.02V，分压电阻网络2的实际输出电压为1.98V，当差分放大电路的增益为25时，那么，DA转换电路实际输出电压与分压电阻网络2输出电压的实际差值经过差分放大电路进行电压放大后，差分放大电路输出电压U0为(2.02-1.98)×25＝1V，当AD转换电路的参考电压为2.5V时，则可测量的实际端电压差为

显然，调小所述U0，即可扩大端电压差的测量范围。若调节模块(即单片机)的预设的上限值为300mv(小于1v)，下限值为150mv，由此，单片机调小所述第一数字信号11001101，使其为11001001，进而可使DA转换电路输出电压减小，然后再判断U0是否小于300mv，若是，则进一步判断U0是否小于150mv，若是，则调大第一数字信号，例如调节为11001010，然后再判断U0是否小于150mv，若否，则保持DA转换电路的输出电压不变。由于将U0控制在较理想的范围(即150mV到300mV)内，那么，端电压差的测量范围将大大增加。考虑蓄电池电压不会突变，所以经过以上调整，可以使AD转换电路输出电压与分压电阻网络2输出电压尽可能接近，如图3所示，从而将U0控制在较理想的范围内，进而可获得较佳的蓄电池端电压差测量范围。

当蓄电池端电压差的测量范围已经调节完成后，上述电路就可以用于测量蓄电池端电压差，并进而计算出蓄电池的内阻，其测量内阻的工作原理如图4所示，当所述待测蓄电池与放电负载连通形成放电电流为I₁的放电回路时，其端电压会下降，但由于单片机的控制，所述AD转换电路的输出仍保持固定，例如2V，而此时所述待测蓄电池的端电压经过分压电阻网络2后，其输出的分压值会降低，例如1.92V，经过差分放大电路后，0.08V(2V-1.92V＝0.08V)的压差被放大，例如，放大25倍后，变成2V，经过模数转换电路后被送入单片机初次记录第二数字信号U₁。而当所述待测蓄电池与放电负载形成放电电流为I₂的放电回路后，由此单片机记录的相应的第二数字信号U′₁(例如2.2V)。单片机根据所记录的U₁和U′₁，依照

来计算端电压的压差，其中，K₁为差分放大电路的放大倍数，K₂为所述第一分压电路的增益，ΔU为所述待测蓄电池在不同的放电电流(I₁和I₂)下的相应端电压的压差，进而可由

计算出蓄电池的内阻。

再请参见图5，其为本发明的蓄电池端电压差测量范围调节电路的具体应用实施例示意图，一主监控单元通过数据总线与各本发明的蓄电池端电压差测量范围调节电路(即端电压测量电路1、2……n)中的单片机相连接，并由主监控单元控制放电负载使各待测蓄电池以不同的放电电流I₁和I₂进行放电。由此在待测蓄电池组与放电负载连通形成放电电流为I₁的放电回路时，端电压测量电路1、2……n的各个单片机记录对应蓄电池端电压所对应的第二数字信号U₁、U₂……U_n；在待测蓄电池组与放电负载连通形成放电电流为I₂的放电回路时，端电压测量电路1、2……n的各个单片机记录对应蓄电池端电压所对应的各第二数字信号U′₁、U′₂......U′_n，所述主监控单元根据各单片机的记录，依照

来计算所述各蓄电池端电压的压差，其中，K₁为差分放大电路的放大倍数，K₂为所述第一分压电路的增益，U_n为所述待测蓄电池组中，第n节电池在放电电流I₁下所述差分放大电路的输出，U′_n所述待测蓄电池组中，第n节电池在放电电流I₂下所述差分放大电路的输出，ΔU_n为所述测蓄电池组中，第n节电池在不同的放电电流(I₁和I₂)下的相应端电压的压差，进而可由计算出各蓄电池的内阻。

综上所述，本发明的蓄电池端电压差测量范围调节电路通过调节AD转换电路输出，以使DA转换电路输出电压与分压电阻网络2输出电压尽可能的接近，从而可使差分放大电路的输出被控制在较理想的范围内，进而可获得较佳的蓄电池端电压差测量范围。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (5)

1.一种蓄电池端电压差测量范围调节电路，其特征在于包括：

输入端与待测蓄电池相连接的第一分压电路，用于将所述待测蓄电池的端电压转换为第一分压值；

至少有两输入端的模数转换电路，其一输入端与所述第一分压电路输出端相连接，用于将所述第一分压值转换为第一数字信号，且其能处理的数据范围应涵盖任意一第一分压值；

数模转换电路，用于将所述模数转换电路输出的第一数字信号转为模拟信号；输入端与所述待测蓄电池相连接的第二分压电路，用于将所述待测蓄电池的端电压转换为第二分压值，其增益(即输出电压与输入电压的比值)应使其输出的任意一第二分压值均处于所述数模转换电路的输出范围，其中，所述任意一第二分压值都是在所述待测蓄电池正常工作时所获得的；

差分放大电路，其两输入端分别与所述数模转换电路的输出端及第二分压电路的输出端相连接，其输出端与所述模数转换电路的另一输入端相连接，用于将所述模拟信号与所述第二分压值的差值放大后输入所述模数转换电路以转换为第二数字信号；

调节单元，其输入端与所述模数转换电路的输出端相连接，输出端与所述数模转换电路相连接，用于判断所述第二数字信号是否大于预设的上限值、以及是否小于预设的下限值，若大于上限值，则调小所述模数转换电路输出的所述第一数字信号，若小于下限值，则调大所述第一数字信号，由此调整所述待测蓄电池的端电压差测量范围。

2.如权利要求1所述的蓄电池端电压差测量范围调节电路，其特征在于：所述调节单元为单片机。

3.如权利要求1所述的蓄电池端电压差测量范围调节电路，其特征在于：在所述差分放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端之间增加一模数端口保护电路以避免因所述差分放大电路的输出超出所述单片机的数据处理范围而发生异常。

4.如权利要求1所述的蓄电池端电压差测量范围调节电路，其特征在于：所述第一分压电路为一分压电阻网络。

5.如权利要求1所述的蓄电池端电压差测量范围调节电路，其特征在于：所述第二分压电路为一分压电阻网络。

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