CN103760491A - 数字式蓄电池电量监测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了数字式蓄电池电量监测方法与装置，监测装置包括霍尔传感器、积分电路、积分电容放电电路和脉冲发生电路。监测方法是：霍尔传感器检测蓄电池充放电电流，转换成电压信号，对其进行积分，当积分到一定电压时产生一个脉冲，并对积分电容进行放电，然后进行下一次积分，这个脉冲代表一定的电量，对此电量进行计数便可知蓄电池的充放电电量，而实现对蓄电池容量的预测。本发明用于蓄电池监测部分，操作简单，实用方便，可以精确到蓄电池储电电荷量具体数值，使得电池电量监测彻底实现在线精确数字式监测。

Description

数字式蓄电池电量监测方法与装置

技术领域

本发明涉及蓄电池状态监测领域，具体为一种数字式蓄电池电量监测方法与装置。

背景技术

蓄电池电量方案的研究具有重要意义。蓄电池是各个应用领域用电系统的备用电源，是新能源系统的重要储能机构，因此，蓄电池工作状态的优劣直接关系到整个系统的正常运行。我们要充分发挥出蓄电池的潜在能力，使其能稳定、长期、高效工作。此方向的研究工作将会越来越细化，越来越实用化，并未能源领域的稳定、高效运行提供保障。

当前，对于蓄电池电量的在线监测一般都是通过开路电压法、安时法、内阻法来监测其剩余容量的来实现的，这些方法固然能够实现对电量的一种监测，但这些方法都有其局限性。例如开路法必须在蓄电池不在使用时，并且持续稳定2小时以上；安时法电池的放电电流也不能一定恒定；内阻法只能提供蓄电池早期的一些预报信息。而且都是对蓄电池电量的一个估计值，无法精确给出一个以电荷C为单位的值来精确的反应蓄电池的电量。

总而言之，目前难以对蓄电池实现精确的在线式电量监测。

发明内容

本发明的目的是为了针对蓄电池电量监测的特点解决现有技术存在的问题而提出的数字式蓄电池电量监测方法与装置。其可以实现对蓄电池荷电状态的精确化和数字化的在线监测。

本发明通过以下的技术方案实现的：

数字式蓄电池电量监测方法，其采用霍尔传感器、积分电路、积分电容放电电路和脉冲发生电路，霍尔传感器与积分电路连接，霍尔传感器用于检测蓄电池充放电电流，当蓄电池为放电状态时霍尔传感器将电流信号转换成负电压信号，积分电路对该电压信号进行积分，积分到设定电压时脉冲发生电路产生一个放电电量脉冲，并通过积分电容放电电路对积分电路的积分电容进行放电，然后进行下一次积分，当蓄电池为充电状态霍尔传感器将电流信号转换成正电压信号，通过一个反相器，转换成负电压信号，积分电路对该电压信号进行积分，积分到设定电压时脉冲发生电路产生一个充电电量脉冲，并对积分电路的积分电容进行放电，然后进行下一次积分，用计数器分别对蓄电池充电电量脉冲和放电电量脉冲计数，再做减法运算，进行蓄电池荷电状态监测。

实现上述的数字式蓄电池电量监测方法的监测装置，其包括霍尔传感器、积分电路、积分电容放电电路和脉冲发生电路，霍尔传感器与积分电路连接，所述积分电路包括第一电阻、第二电阻，第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第一运算放大器、第二运算放大器和反相器，其中第一电阻一端与反相器的输入端连接于霍尔电流传感器输出端，第一电阻另一端接第一运算放大器的反相端，第一电容与第一二极管并联之后第一二极管阳极连接第一运算放大器反相端，第一二极管阴极连接于第一运算放大器输出端，反相器与第二电阻串联之后连接第二运算放大器反相端，第二电容与第二二极管并联之后第二二极管阳极连接第二运算放大器反相端，第二二极管阴极连接于第二运算放大器输出端。

进一步地，所述积分电容放电电路包括第一模拟开关，第二模拟开关，其中第一模拟开关与第一电容并联，第一模拟开关的控制端与反向电流输出脉冲端连接，第二模拟开关与第一电容并联，第二模拟开关的控制端与正向电流输出脉冲端连接。

进一步地，所述脉冲发生电路包括第三电阻、第四电阻，第一电压比较器、第二电压比较器，第三电阻连接于积分电路中的第一运算放大器输出端与第一电压比较器正相端之间，第一电压比较器的反相端接设定的参考电压，第一电压比较器输出端接反向电流输出脉冲端，第四电阻连接于积分电路中的第二运算放大器输出端与第二电压比较器正相端之间，第二电压比较器的反相端接设定的参考电压，第二电压比较器输出端接正向电流输出脉冲端。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明通过霍尔传感器检测蓄电池充放电电流，转换成电压信号，对其进行积分，积分到一定电压进而产生一个脉冲，并对积分电容进行放电，然后进行下一次积分，这个脉冲代表一定的电量，对此脉冲进行计数便可知蓄电池的充放电电量，而实现对蓄电池荷电状态的预测。本发明用于蓄电池监测，监测装置构成简单，监测方法操作方便，可以精确到蓄电池储电电荷量具体数值，使得电池电量监测彻底实现在线精确数字式监测。

附图说明

图1本发明的数字式蓄电池电量监测装置当霍尔传感器通过反向电流时电

量监测电路原理框图。

图2本发明的数字式蓄电池电量监测装置电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的实施和保护作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。

图1给出了数字式蓄电池电量监测装置的霍尔传感器通过反向电流电量监测的电路原理框图。数字式蓄电池电量监测方法采用霍尔传感器、积分电路、积分电容放电电路和脉冲发生电路，积分电路包括电容C、电阻R和运算放大器U、二极管D，积分电路中的对霍尔传感器输出的电压信号Vi进行积分，积分到设定电压时脉冲发生电路产生一个放电电量脉冲，并通过积分电容放电电路（控制开关K）对积分电路的积分电容进行放电，然后进行下一次积分。

图1中霍尔传感器输出的电压信号Vi，经过运算积分电路可以输出一个电压V0。其数学关系如下：

V_i＝kI      （1）

$V_0=-\frac{1}{\mathrm{RC}}{\∫V}_i\mathrm{dt}---\left(2\right)$

其中I是穿过霍尔传感器的电流。k是霍尔传感电流转换为电压信号的一个比例系数，R为积分电路中电阻器的阻值，C为积分电路中电容器的电容值。

由（1）、（2）两式我们可以推出

$V_0=-\frac{1}{\mathrm{RC}}\∫\mathrm{kIdt}=-\frac{k}{\mathrm{RC}}\mathrm{\ΔQ}---\left(3\right)$

可以看出V0与ΔQ电量呈线性关系，即V0可以代表一定量的ΔQ。因此假设V0每到一个电压值产生一个脉冲，这个脉冲即可代表一定的电量。然后对电容进行放电，即可进行下一次积分循环。只要对这个脉冲的个数进行统计（例如通过单片机中的计数器对其进行计数），然后乘以一定的比例系数便可得到蓄电池的电量得失。

图2给出了数字式蓄电池电量监测装置的电路原理图（图中未标出的电阻为接地电阻）。图中积分电路包括第一电阻R1、第二电阻R2，第一电容C1、第二电容C2，第一二极管D1、第二二极管D2、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和反相器U3，其中第一电阻R1一端与反相器U3的输入端连接于霍尔电流传感器输出端，第一电阻R1另一端接第一运算放大器U1的反相端，第一电容C1与第一二极管D1并联之后第一二极管D1阳极连接第一运算放大器U1反相端，第一二极管D1阴极连接于第一运算放大器U1输出端，反相器U3与第二电阻R2串联之后连接第二运算放大器U2反相端，第二电容C2与第二二极管D2并联之后第二二极管D2阳极连接第二运算放大器U2反相端，第二二极管D2阴极连接于第二运算放大器U2输出端。积分电容放电电路包括第一模拟开关K1，第二模拟开关K2，其中第一模拟开关K1与第一电容C1并联，第一模拟开关K1的控制端与反向电流输出脉冲端连接，第二模拟开关K2与第一电容C2并联，第二模拟开关K2的控制端与正向电流输出脉冲端连接。脉冲发生电路包括第三电阻R3、第四电阻R4，第一电压比较器U4、第二电压比较器U5，第三电阻R3连接于积分电路中的第一运算放大器U1输出端与第一电压比较器U4正相端之间，第一电压比较器U4的反相端接设定的参考电压Vref，第一电压比较器U4输出端接反向电流输出脉冲端，第四电阻R4连接于积分电路中的第二运算放大器U2输出端与第二电压比较器U5正相端之间，第二电压比较器U5的反相端接设定的参考电压Vref，第二电压比较器U5输出端接正向电流输出脉冲端。

当是霍尔传感器检测正向电流时，第一电容C1充电，由于第一二极管D1的钳位作用，使得第一运算放大器U1输出电压始终不会大于0.5V左右。而其经过反向器U3反向之后，此时第二电阻R2、第二电容C2与第二运算放大器U2组成的积分电路便可反向积分，输出电压为正，当积分到一定电压时输出一个放电电量脉冲（该电压与脉冲发生电路中的比较器参考电压进行比较，产生相应的脉冲），这个脉冲一方面控制开关的闭合，对第二电容C2进行放电，另一方面输出该脉冲，以便对其计数，每个脉冲代表了特定的电荷量流过检测装置。同理，当霍尔传感器检测反向电流时也是如此。假如正向电流代表充电电流，反向电流代表放电电流，通过充电电流时脉冲计数加1，放电电流时脉冲计数减1。这样便可检测出蓄电池的充电电荷量及放电电荷量的多少，进而可以实时的监测出蓄电池的电量是多少。

Claims (4)

1.数字式蓄电池电量监测方法，其特征在于采用霍尔传感器、积分电路、积分电容放电电路和脉冲发生电路，霍尔传感器与积分电路连接，霍尔传感器用于检测蓄电池充放电电流，当蓄电池为放电状态时霍尔传感器将电流信号转换成负电压信号，积分电路对该电压信号进行积分，积分到设定电压时脉冲发生电路产生一个放电电量脉冲，并通过积分电容放电电路对积分电路的积分电容进行放电，然后进行下一次积分，当蓄电池为充电状态霍尔传感器将电流信号转换成正电压信号，通过一个反相器，转换成负电压信号，积分电路对该电压信号进行积分，积分到设定电压时脉冲发生电路产生一个充电电量脉冲，并对积分电路的积分电容进行放电，然后进行下一次积分，用计数器分别对蓄电池充电电量脉冲和放电电量脉冲计数，再做减法运算，进行蓄电池荷电状态监测。

2.实现权利要求1所述的数字式蓄电池电量监测方法的监测装置，其特征在于包括霍尔传感器、积分电路、积分电容放电电路和脉冲发生电路，霍尔传感器与积分电路连接，所述积分电路包括第一电阻、第二电阻，第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第一运算放大器、第二运算放大器和反相器，其中第一电阻一端与反相器的输入端连接于霍尔电流传感器输出端，第一电阻另一端接第一运算放大器的反相端，第一电容与第一二极管并联之后第一二极管阳极连接第一运算放大器反相端，第一二极管阴极连接于第一运算放大器输出端，反相器与第二电阻串联之后连接第二运算放大器反相端，第二电容与第二二极管并联之后第二二极管阳极连接第二运算放大器反相端，第二二极管阴极连接于第二运算放大器输出端。

3.根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于所述积分电容放电电路包括第一模拟开关，第二模拟开关，其中第一模拟开关与第一电容并联，第一模拟开关的控制端与反向电流输出脉冲端连接，第二模拟开关与第一电容并联，第二模拟开关的控制端与正向电流输出脉冲端连接。

4.根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于所述脉冲发生电路包括第三电阻、第四电阻，第一电压比较器、第二电压比较器，第三电阻连接于积分电路中的第一运算放大器输出端与第一电压比较器正相端之间，第一电压比较器的反相端接设定的参考电压，第一电压比较器输出端接反向电流输出脉冲端，第四电阻连接于积分电路中的第二运算放大器输出端与第二电压比较器正相端之间，第二电压比较器的反相端接设定的参考电压，第二电压比较器输出端接正向电流输出脉冲端。

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