CN102809729B - 一种动力电池电量计量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动力电池电量计量装置，包括用于给驱动电机提供电源并由直流充电机充电的动力电池，还包括用于采集动力电池充放电电流的电流采样模块、用于采集动力电池充放电电压的电压采样模块、用于对电压采样模块和电流采样模块的输出信号进行转换并输出到处理器模块的电能计量模块、用于读取电量计量单元测量的数据并对动力电池的充放电状态数据信息进行处理的处理器模块和用于数据传送的外部接口。本发明解决了一般计量装置的量程范围小、精度低的问题，提高了费用结算的准确性。

Description

一种动力电池电量计量装置
技术领域
本发明涉及测量技术领域，更具体涉及一种动力电池电量计量装置，它适用于法定计费功能的动力电池电量的计量。
背景技术
电动汽车作为清洁、环保型绿色车辆，受到世界各国政府及汽车生产商的极大关注。电动汽车以电为动力，能够实现“零排放”，噪音低，是解决能源和环境问题的重要手段。充电机为电动汽车运行提供能量补给，而现今尚无一个法定的置于电动汽车内部的对电动汽车电池组单次及累计充放电电量的计量与显示的计量装置，目前国内大多数直流电能计量主要采用机械式电度表,不仅只能单向计量电能,而且存在着功耗大、计量精度不够高、误差曲线不理想、需要进行定期校准、行驶过程中的剧烈振动影响机械部件计量等缺陷,无法满足电动汽车的电能计量需求。
发明内容
本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种动力电池电量计量装置，该装置量程范围广、精度高的问题，提高了费用结算的准确性，实用性强，与用户端更加贴近。该装置还实现了电动汽车双向电能的全面准确计量及数据集成，促进建立高效、节能的充电模式和充电方法，提高能源的利用率。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：
一种动力电池电量计量装置，包括用于给驱动电机提供电源并由直流充电机充电的动力电池，还包括用于采集动力电池充放电电流的电流采样模块、用于采集动力电池充放电电压的电压采样模块、用于对电压采样模块和电流采样模块的输出信号进行转换并输出到处理器模块的电能计量模块、用于读取电量计量单元测量的数据并对动力电池的充放电状态数据信息进行处理的处理器模块和用于数据传送的外部接口。
如上所述的电流采集模块包括用于将被测电流转换成电压信号的电流传感器和用于调制电流传感器输出电压信号的放大倍数的电流仪表放大器模块，电流传感器为锰铜分流器。
如上所述的锰铜分流器的线性度为0.1%，温漂系数为10ppm/K至200ppm/K。
如上所述的电流仪表放大器模块包括至少2个仪表放大器，各个仪表放大器的放大倍数不同，各个仪表放大器的输入端相连，各个仪表放大器的输出端分别与电能计量模块连接，电流传感器与电能计量模块相连。
如上所述的电压采集模块包括用于对被测电压进行分压转换的精密电阻和用于调制精密电阻分压后的电压的放大倍数的电压仪表放大器模块，精密电阻的线性度为0.1%，温漂系数为5ppm/K至250ppm/K。
如上所述的电压仪表放大器模块包括至少2个仪表放大器，各个仪表放大器的放大倍数不同，各个仪表放大器的输入端相连，各个仪表放大器的输出端分别与电能计量模块连接，精密电阻将被测电压分压后传送到电能计量模块。
如上所述的电能计量模块采样速率为0-500k，精度为±0.1%，线性度为±0.05%，温漂系数为200ppm/K。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、与现有技术相比，本装置采用高精度计量芯片，使电压测量范围在0至400V，电流测量范围在-200A至+200A，在满量程情况下高于0.2%的精度，解决了一般计量装置的量程范围小、精度低的问题，如表1所示，表1为能量测量实验结果。
2、采用直流电源提供电流，利用直流稳压电源提供电压,模拟实际车辆的不同运行状况下的能耗情况。
3、可以实现双向计量，在动力电池充放电时能够记录充放电电能数据，并能将电池充电时的电能计量数据与放电过的能量计量数据相结合，分析电池的充电效果和充电设备的性能，实现了电动汽车双向电能的全面准确计量及数据集成。
4、通过对同一被测量进行多通道，多放大倍数的综合测量，对测量结果更加精确。
表1能量测量实验结果
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的电压采集模块的原理示意图；
图3是本发明的电流采集模块的原理示意图。
其中：1-电压采样模块，2-电流采样模块，3-电流传感器，4-电能计量模块，5-处理器模块，6-动力电池，7-直流充电机，8-外部接口，9-驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
如图1~图3所示，一种动力电池电量计量装置，包括用于给驱动电机9提供电源并由直流充电机7充电的动力电池6，还包括用于采集动力电池6充放电电流的电流采样模块2、用于采集动力电池6充放电电压的电压采样模块1、用于对电压采样模块1和电流采样模块2的输出信号进行转换并输出到处理器模块5的电能计量模块4、用于读取电量计量单元4测量的数据并对动力电池6的充放电状态数据信息进行处理的处理器模块5和用于数据传送的外部接口8。
电流采集模块包括用于将被测电流转换成电压信号的电流传感器3和用于调制电流传感器3输出电压信号的放大倍数的电流仪表放大器模块，电流传感器3为锰铜分流器。
锰铜分流器的线性度为0.1%，温漂系数为10ppm/K至200ppm/K。
电流仪表放大器模块包括至少2个仪表放大器，各个仪表放大器的放大倍数不同，各个仪表放大器的输入端相连，各个仪表放大器的输出端分别与电能计量模块4连接，电流传感器3与电能计量模块4相连。
电压采集模块包括用于对被测电压进行分压转换的精密电阻和用于调制精密电阻分压后的电压的放大倍数的电压仪表放大器模块，精密电阻的线性度为0.1%，温漂系数为5ppm/K至250ppm/K。
电压仪表放大器模块包括至少2个仪表放大器，各个仪表放大器的放大倍数不同，各个仪表放大器的输入端相连，各个仪表放大器的输出端分别与电能计量模块4连接，精密电阻将被测电压分压后传送到电能计量模块4。
电能计量模块5采样速率为0-500k，精度为±0.1%，线性度为±0.05%，温漂系数为200ppm/K。
外部接口8包括CAN接口、RS-485接口和显示屏接口。
如图1所示，本装置位于动力电池包内，与动力电池6相连。本装置包括电压采样模块1、电流采样模块2、电流传感器3、电能计量模块4、处理器模块5、外部接口8组成。在动力电池充电时，直流充电机7与动力电池6连接，动力电池电量计量装置记录动力电池6充入的总电量。在动力电池6对驱动电机9放电时，驱动电机9与动力电池6连接，本发明记录动力电池6输出的总电量。电压采样模块1与动力电池6相连，电压采样模块1包括高精度的低温漂的功率精密电阻构成分压电路进行电压采集，采集动力电池6端电压。电流采样模块2包括锰铜分流器作为电流传感器3，采集动力电池6充放电电流。
电能计量模块4采集经过精密电阻分压后的电压，采集经过锰铜分流器进行转化后的电压，采集各个不同放大倍数的仪表放大器通道的输出电压，负责对动力电池6电压电流值进行测量并计算电能。
如图2所示，经过精密电阻分压后的电压直接传送到电能计量模块4，确保电能计量模块4采集到的电压在量程范围内；
经过精密电阻分压后的电压还通过多个输入端连接的且放大倍数不同的仪表放大器通道与电能计量模块4相连，通过对同一被测信号进行多放大倍数通道的同步测量，并进行综合判断，优化计算被测信号的实际值，提高测量精度。
如图3所示，经过锰铜分流器转换的电压直接传送到电能计量模块4，确保电能计量模块4采集到的电压在量程范围内；
经过锰铜分流器转换的电压还通过多个输入端连接的且放大倍数不同的仪表放大器通道与电能计量模块4相连，通过对同一被测信号进行多放大倍数通道的同步测量，并进行综合判断，优化计算被测信号的实际值，提高测量精度。
电能计量模块4采用单相双向且具有SPI接口的高度集成的功率/能量测量芯片，能够精确测量正反两个方向的电压和电流的瞬时值、有效值以及功率和能量,并将测量结果存放在对应的寄存器单元中。电能计量采用积分法，即根据能量流动的方向，通过对某一时间段内电池总电压(V)和工作电流(A)之积分别进行累计，即可实现整车充入和消耗电能的准确计量。
处理器模块5与电能计量模块4连接，读取电量计量单元测量的数据，对动力电池6的电压、充放电电流、充放电电量等数据信息进行处理，实现电能的计费和记录，并通过外部结构8在显示屏上显示。
动力电池电量计量装置还具备外部接口8，外部接口8可以使本装置方便地接入整车通讯系统，也可同外部手持设备连接，方便对本装置进行设置、读取存贮数据等。

Claims (1)

1.一种动力电池电量计量装置，包括用于给驱动电机(9)提供电源并由直流充电机(7)充电的动力电池(6)，其特征在于：还包括用于采集动力电池(6)充放电电流的电流采样模块(2)、用于采集动力电池(6)充放电电压的电压采样模块(1)、用于对电压采样模块(1)和电流采样模块(2)的输出信号进行转换并输出到处理器模块(5)的电能计量模块(4)、用于读取电量计量模块(4)测量的数据并对动力电池(6)的充放电状态数据信息进行处理的处理器模块(5)和用于数据传送的外部接口(8)，
电流采集模块包括用于将被测电流转换成电压信号的电流传感器(3)和用于调制电流传感器(3)输出电压信号的放大倍数的电流仪表放大器模块，电流传感器(3)为锰铜分流器，
锰铜分流器的线性度为0.1％，温漂系数为180ppm/K，锰铜分流器的阻值为2毫欧，
电流仪表放大器模块包括至少2个电流仪表放大器，各个电流仪表放大器的放大倍数不同，各个电流仪表放大器的输入端相连，各个电流仪表放大器的输出端分别与电能计量模块(4)连接，电流传感器(3)与电能计量模块(4)相连，
电压采集模块包括用于对被测电压进行分压转换的精密电阻和用于调制精密电阻分压后的电压的放大倍数的电压仪表放大器模块，精密电阻的线性度为0.1％，温漂系数为53ppm/K，
电压仪表放大器模块包括至少2个电压仪表放大器，各个电压仪表放大器的放大倍数不同，各个电压仪表放大器的输入端相连，各个电压仪表放大器的输出端分别与电能计量模块(4)连接，精密电阻将被测电压分压后传送到电能计量模块(4)，
电能计量模块(5)采样速率为0-500k，精度为±0.1％，线性度为±0.05％，温漂系数为200ppm/K，
外部接口(8)包括CAN接口、RS-485接口和显示屏接口。
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