CN103323646B - 一种电动汽车用电流传感器及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车用电流传感器，包括霍尔元件，所述霍尔元件与电压信号采集器进行交互式电连接，所述电压信号采集器的输出端与微处理器的输入端连接，所述微处理器与电压信号采集器均由电源电路提供工作电源。本发明还提供了本电流传感器检测动力电池电流的方法。本发明是采用霍尔元件在通电导体周围产生一个正比于该电流的磁场，通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小，从而达到检测动力电池的总电流与充放电状态的目的，减少微处理器的处理量，电路结构简单，电压信号受干扰小，检测的数值相对精确。

Description

一种电动汽车用电流传感器及其检测方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，具体是一种用于检测电动汽车的动力电池系统充放电电流的电流传感器及其检测方法。

背景技术

新能源电动汽车的主要工作原理是通过锂电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车前进。作为电动汽车的动力装置是由多个单体锂电池串、并联起来，形成大功率、大容量的锂电池组。其中锂电池的充放电性能直接影响了电动汽车的整体性能与驾驶里程。电动汽车控制系统有很多监测和控制单元，都需要对电池系统的总电流进行采样，并进行相应的策略控制，如电池管理系统需要对电池实时充放电进行监测，整车控制系统在不同的运行状态或静止充电时，对充电电流进行检测，这需要各控制单元各自接入一个电流检测回路，或通过其中一个控制单元对电流进行检测，然后通过CAN总线向其它单元进行转发电流信息帧。

目前，常用的电动汽车动力电池系统充放电电流检测常用电阻法进行采样，电阻法是在动力电池系统的地回路上串接分流器，通过采集分流器电阻上的电压，再根据采样电压和分流器的阻值来计算流过分流器的电流（即系统总电流）。由于动力电池系统充放电时电流达几百安培，且充放电时电流的流向不同，电压的极性也随之改变，需要外接电压信号调理电路来对信号进行采样，由于电动汽车采用高压不接地系统，即高压系统的地回路和车身底盘之间是绝缘回路，电压采样电路和车身地之间需要进行隔离，再进行差分采样，电路结构复杂。调理过的电压信号在传输过程中受到干扰波动也较大。

另外，电阻法检测电源是通过测量分流器上的电压来估算流过系统的电流，由于分流器阻值较小，采样到的电压幅值低，需要外加信号放大电路，且测量回路与高压系统直接连接，电路需要进行二次隔离。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电动汽车用电流传感器及其检测方法，达到测量精度高、响应速度快并能实时监测动力电池系统的充放电电流。

本发明的技术方案为:

一种电动汽车用电流传感器，包括霍尔元件，所述霍尔元件与电压信号采集器进行交互式电连接，所述电压信号采集器的输出端与微处理器的输入端连接，所述微处理器与电压信号采集器均由电源电路提供工作电源。

进一步，所述微处理器的输出端连接有与外部网络通讯的CAN通讯接口。

本发明的另一个目的是提供一种电动汽车用电流传感器的检测方法，包括以下步骤：

（1）将电动汽车动力电池的导线穿过霍尔元件的磁环；

（2）霍尔元件实现电-磁-电的转换,霍尔元件将产生的磁场强度转换成0-5V电压，并交电压信号输出，其中以动力电池关闭时霍尔元件输出的电压为基准电压；

（3）电压信号采集器将霍尔元件输出的电压信号进行采集并调理后传输给微处理器，微处理器对霍尔元件输出的电压信号进行处理后得到流经动力电池导线中的实际电流值；

（4）微处理器将（3）中实际电源值封装成CAN信息包通过CAN通讯接口发送到汽车控制系统的CAN网络。

进一步，所述步骤（3）中，微处理器将采集的霍尔元件的电压值与基准电压进行对比判断动力电池的充放电状态：当电压值大于基准电压时，则动力电池为放电；当电压值小于基准电压时，则动力电池为充电。

由于动力电池在充电或放电时其电流的方向正好相反、电流的大小也不同，导致通过霍尔元件而输出的电压信号也有正负与大小之分，从而达到检测动力电池的总电流与充放电状态的目的，为电动汽车控制系统的监测和控制单元提供动力电池的总电流值，达到进行其相应的策略控制。

本发明是以动力电池关闭时，霍尔元件输出的电压信号为基准电压，基准电压为2.5V。即动力电池的电流为0时，则霍尔元件的磁场强度为0，其输出的电压信号为固定不变。根据微处理器采集到的电压的大小来判断动力电池的电流的方向，即大于基准电压为放电，小于基准电压为充电。

本发明是采用霍尔元件在通电导体周围产生一个正比于该电流的磁场，用霍尔元件来测量这一磁场。通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。

本发明通过采用霍尔元件来测量流过动力电池导线周围产生的磁场,并将其转换为电信号,通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。本发明中的霍尔元件采用5V的单电源供电,其输出电压在0-5V之间变化,以零电流时输出电压为2.5V时为标准电压；而电流为正向时,霍尔元件输出电压变化范围为2.5-5V；电流为反向时, 霍尔元件输出电压为0-2.5V。

本发明直接将霍尔元件输出的电压信号通过微处理器变换成电流信号,并通过CAN通讯接口进行网络传输,其信号不易受到干扰,而且汽车总线网络上所有通讯节点均可接收该电流信息，相当于多个处理单元共亨一个电流采样单元，简化了系统结构.                    

而目前现有的霍尔元件需要外接正负电源为其供电,其输出电压随电流方向的不同呈现出正压或负压状态，其输出电压为-5V-+5V之间变化，需要外接一个信号调理电路对电压信号进行调节,并且霍尔元件对外输出接口为模拟电压,在传输过程中易受外部环境干扰而造成电压波动,其电路相对较复杂。

所以本发明相对于现有技术具有以下优点：

1、本电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换，是一种非接触测量方式，电路结构简单，电压信号受干扰小，检测的数值相对精确。

2、本电流传感器检测的电压信号不受电流方向的改变而变化,其输出电压始终为一个正值电压,使系统相对简化，减少微处理器的处理量。

3、本发明将检测的电流值直接通过CAN总线接口发送到汽车控制系统的CAN网络，各测量单元直接从CAN网络的信息帧读取电流值,省去了一个系统中多个电流传感器重复采样或信息转发环节。

4、本发明电流传感器具有测量范围广、响应速度快、测量精度高、线性度好、动态性能好、工作频带宽、可靠性高、过载能力强、体积小、重量轻、易于安装等特点。它可以测量任意波形的电流、瞬态峰值电流，在0-100KHz 频率范围内的信号均可以测量，可广泛应用与需要隔离检测电流电压的各个领域中。

附图说明

图1是本发明原理框图。

图2是本发明检测流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种电动汽车用电流传感器，包括霍尔元件1，所述霍尔元件1与电压信号采集器2进行交互式电连接，所述电压信号采集器2的输出端与微处理器3的输入端连接，所述微处理器3与电压信号采集器2均由电源电路5提供工作电源；微处理器3的输出端连接有与外部网络通讯的CAN通讯接口4。

如图2所示，一种电动汽车用电流传感器的检测方法，包括以下步骤：

（1）将电动汽车动力电池的导线穿过霍尔元件的磁环，霍尔元件实现电-磁-电的转换；

（2）霍尔元件的磁场强度随动力电池的电流大小而发生相应的变化，霍尔元件再将磁场强度转换成电压信号，电压信号以动力电池关闭时霍尔元件输出的电压信号为基准电压，当动力电池的电流增大或减少时，电压信号也随之增加或减小；

（3）电压信号采集器将采集到的电压信号进行调理后传输给微处理器，微处理器对霍尔元件输出的电压信号进行处理后得到流经动力电池导线中的实际电流值；

同时微处理器将采集的霍尔元件的电压值与基准电压进行对比判断动力电池的充放电状态：当电压值大于基准电压时，则动力电池为放电；当电压值小于基准电压时，则动力电池为充电。

（4）微处理器将（3）中实际电源值封装成CAN信息包通过CAN通讯接口发送到汽车控制系统的CAN网络。

本发明是采用霍尔元件在通电导体周围产生一个正比于该电流的磁场，用霍尔元件来测量这一磁场。通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。由于动力电池在充电或放电时其电流的方向正好相反、电流的大小也不同，导致通过霍尔元件而输出的电压信号也有正负与大小之分，从而达到检测动力电池的总电流与充放电状态的目的，为电动汽车控制系统的监测和控制单元提供动力电池的总电流值，达到进行其相应的策略控制。本电流传感器检测的电压信号不受电流方向的改变而变化,其输出电压始终为一个正值电压,使系统相对简化，减少微处理器的处理量，并且电路结构简单，电压信号受干扰小，检测的数值相对精确。同时本发明将检测的电流值直接通过CAN总线接口发送到汽车控制系统的CAN网络，各测量单元直接从CAN网络的信息帧读取电流值,省去了一个系统中多个电流传感器重复采样或信息转发环节。

以上实施例并非仅限于本发明的保护范围，所有基于本发明的基本思想而进行修改或变动的都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种电动汽车用电流传感器，包括霍尔元件，其特征在于：所述霍尔元件与电压信号采集器进行交互式电连接，所述电压信号采集器的输出端与微处理器的输入端连接，所述微处理器与电压信号采集器均由电源电路提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于：所述微处理器的输出端连接有与外部网络通讯的CAN通讯接口。

3.一种电动汽车用电流传感器的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将电动汽车动力电池的导线穿过霍尔元件的磁环；

（2）霍尔元件实现电-磁-电的转换,霍尔元件将产生的磁场强度转换成0-5V电压，并交电压信号输出，其中以动力电池关闭时霍尔元件输出的电压为基准电压；

（3）电压信号采集器将霍尔元件输出的电压信号进行采集并调理后传输给微处理器，微处理器对霍尔元件输出的电压信号进行处理后得到流经动力电池导线中的实际电流值，并将采集的霍尔元件的电压值与基准电压进行对比判断动力电池的充放电状态：当电压值大于基准电压时，则动力电池为放电；当电压值小于基准电压时，则动力电池为充电；

（4）微处理器将（3）中实际电源值封装成CAN信息包通过CAN通讯接口发送到汽车控制系统的CAN网络。