CN103901345B - 一种蓄电池电量检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄电池电量检测装置及方法,包括微处理器、通讯模块、电源模块和温度传感器,所述电源模块与微处理器连接,为微处理器提供正常的工作电压;所述温度传感器与蓄电池接触,用于检测蓄电池的温度;所述微处理器的输入端分别与蓄电池正极以及温度传感器连接,用于采集蓄电池的电压和温度,将采集的电压及温度进行处理,并输出蓄电池电量;所述通讯模块与微处理器的输出端连接,将蓄电池电量传出。本发明仅根据蓄电池电压和温度便能实现蓄电池电量检测的装置。
Description
技术领域
本发明属于车身电子控制领域,具体涉及一种蓄电池电量检测装置及方法。
背景技术
为了降低整车能耗,提高汽车电源系统的工作效率和零部件的寿命,现已有多种汽车电源管理功能在汽车上应用,如:发电机励磁控制、怠速起停控制系统、舒适性负载控制等功能,而这些电源管理功能都需要通过传感器测量蓄电池电量。现有测量蓄电池电量的装置及方法,如:中国专利文献中记载的“汽车用铅酸蓄电池状态监测装置”(申请号为20110210326.3)和“蓄电池状态检测传感器其电源管理系统及检测方法”(申请号为:200810244758.4),这两种装置在检测蓄电池电量时,都需要同时检测蓄电池电流信号、电压信号和温度信号,而目前的单片机一般都带有ADC(即:模数转换)模块,它直接将电压信号转化为单片机所需的数字信号,故在检测电流时,就需要增加额外的电流检测传感器。并且车用蓄电池的充放电电流变化范围很大,大大增加了车用电流检测传感器的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种蓄电池电量检测装置及方法,仅根据蓄电池电压和温度便能实现蓄电池电量检测的装置,能减低检测装置的成本。
本发明所述蓄电池电量检测装置,包括微处理器、通讯模块、电源模块和温度传感器,
所述电源模块与微处理器连接,为微处理器提供正常的工作电压;
所述温度传感器与蓄电池接触,用于检测蓄电池的温度;
所述微处理器的输入端分别与蓄电池正极以及温度传感器连接,用于采集蓄电池的电压及温度,将采集的电压及温度进行处理,并输出蓄电池电量;
所述通讯模块与微处理器的输出端连接,将蓄电池电量传出。
所述微处理器包括模数转换模块、电压变化率计算模块、放电电流计算模块、内阻计算模块、内部电动势计算模块和蓄电池电量计算模块;
所述模数转换模块的输入端分别与蓄电池正极以及温度传感器连接,用于采集蓄电池的电压以及温度传感器检测的蓄电池温度;
所述模数转换模块的输出端分别与电压变化率计算模块、放电电流计算模块、内阻计算模块、内部电动势计算模块和蓄电池电量计算模块的输入端连接,将采集的蓄电池电压信号分别输入电压变化率计算模块、蓄电池电量计算模块和内部电动势计算模块,将采集的蓄电池温度信号分别输入放电电流计算模块和内阻计算模块;
所述电压变化率计算模块的输出端与放电电流计算模块的输入端连接,所述电压变化率计算模块根据两次采样的蓄电池电压,计算出单位时间电压的变化量,得到电压变化率,并将该电压变化率输入放电电流计算模块;
放电电流计算模块的输出端与内部电动势计算模块的输入端连接,所述放电电流计算模块根据电压变化率和蓄电池温度,通过查二维数据表得到蓄电池的放电电流,并将该放电电流输入内部电动势计算模块;
所述内阻计算模块的输出端与内部电动势计算模块的输入端连接,所述内阻计算模块根据蓄电池温度,通过查蓄电池的温度-内阻关系曲线得到蓄电池内阻,并将该蓄电池内阻输入内部电动势计算模块;
所述内部电动势计算模块的输出端与蓄电池电量计算模块的输入端连接,所述内部电动势计算模块根据蓄电池的放电电流、蓄电池内阻、蓄电池电压计算蓄电池的内部电动势,并将该内部电动势输入蓄电池电量计算模块;
所述蓄电池电量计算模块根据蓄电池的内部电动势和蓄电池温度,通过查二维表得到蓄电池电量。
所述通讯模块通过LIN总线将蓄电池电量输入发动机控制器、车身控制器和车载电源管理控制器。
所述电源模块采用MC33905电源芯片,或LM2576T-5电源芯片,或LM1593电源芯片。
所述微处理器采用 MPC5634单片机,或MSP430单片机,或MC68HC912DG128A单片机。
所述通讯模块采用TJA1020LIN收发器,或TJA1027LIN收发器,或MPC2003LIN收发器。
所述温度传感器采用WR型热电偶,或WZPM-201热电偶,或WRNY-133热电偶,或WZPK热电偶。
本发明所述的蓄电池电量检测装置的检测方法,其步骤如下:
步骤一、微处理器通过模数转换模块采集蓄电池电压和蓄电池温度;
步骤二、所述电压变化率计算模块根据模数转换模块两次采样的蓄电池电压,计算出单位时间电压的变化量,即得到电压变化率,电压变化率的计算公式如下:
电压变化率 = (本周期蓄电池电压-上一周期蓄电池电压)/运算周期;
步骤三、所述放电电流计算模块根据电压变化率和蓄电池温度,通过查二维数据表得到蓄电池放电电流,该二维数据表由蓄电池的在不同温度和不同放电电流条件下的电压变化曲线,计算线性变化段的电压变化率得到;
步骤四、所述内阻计算模块根据蓄电池温度,通过查一维表得到蓄电池内阻,该一维表为蓄电池的温度-内阻关系曲线;
步骤五、所述内部电动势计算模块根据蓄电池的放电电流、蓄电池内阻、蓄电池电压计算蓄电池的内部电动势,内部电动势的计算公式如下:
蓄电池的内部电动势=蓄电池电压+蓄电池放电电流×蓄电池内阻;
步骤六、所述蓄电池电量计算模块根据蓄电池的内部电动势和蓄电池温度,通过查二维表得到蓄电池电量,该二维表为不同温度下的蓄电池开路电压与蓄电池电量的关系曲线;
步骤七、所述蓄电池电量由通讯模块传出。
所述步骤三中的二维数据表的获取步骤如下:
A、在不同温度和恒流放电电流条件下,测试并记录每个时刻蓄电池的电压数据;
B、针对记录的每组蓄电池电压数据,计算出线性段的电压随时间的变化率的平均值;
C、温度数据点、放电电流数据点和对应的第B步计算得到的电压变化率构成二维数据表,X轴为电压化率,Y轴为温度,Z轴为放电电流。
所述步骤七中,通讯模块通过LIN总线输入发动机控制器、车身控制器和车载电源管理控制器。
本发明具有以下优点:该装置及方法仅根据蓄电池电压和温度即能够实现蓄电池电量检测,而无需专用的电流检测传感器,从而大大降低了蓄电池电量检测装置的成本。该检测装置及方法适用于蓄电池工作在接近恒流放电工况的系统。
附图说明
图1 是本发明所述的蓄电池电量检测装置与蓄电池连接的示意图;
图2 是本发明的所述的蓄电池电量检测方法的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明:
如图1所示的蓄电池电量检测装置,包括微处理器、通讯模块6、电源模块8和温度传感器10;
电源模块8与微处理器连接,为微处理器提供正常的工作电压;
温度传感器10与蓄电池接触,用于检测蓄电池的温度;
微处理器的输入端分别与蓄电池正极9以及温度传感器10连接,用于采集蓄电池的电压和温度,将采集的电压及温度进行处理,并输出蓄电池电量;
通讯模块6与微处理器的输出端连接,通讯模块6通过LIN总线与其他控制器连接,蓄电池电量由通讯模块6通过LIN总线传给其他控制器,如发动机控制器、车身控制器、车载电源管理控制器等。
如图2所示,微处理器包括模数转换模块11、电压变化率计算模块1、放电电流计算模块2、内阻计算模块5、内部电动势计算模块3和蓄电池电量计算模块4;
模数转换模块11的输入端分别与蓄电池正极9以及温度传感器10连接,用于采集蓄电池的电压以及温度传感器10检测的蓄电池温度;
模数转换模块11的输出端分别与电压变化率计算模块1、放电电流计算模块2、内阻计算模块5、内部电动势计算模块3和蓄电池电量计算模块4的输入端连接,将采集的蓄电池电压信号分别输入电压变化率计算模块1、蓄电池电量计算模块4和内部电动势计算模块3,将采集的蓄电池温度信号分别输入放电电流计算模块2和内阻计算模块5;
电压变化率计算模块1的输出端与放电电流计算模块2的输入端连接,电压变化率计算模块1根据两次采样的蓄电池电压,计算出单位时间电压的变化量,得到电压变化率,并将该电压变化率输入放电电流计算模块2;
放电电流计算模块2的输出端与内部电动势计算模块3的输入端连接,放电电流计算模块2根据电压变化率和蓄电池温度,通过查二维数据表得到蓄电池的放电电流,并将该放电电流输入内部电动势计算模块3;
内阻计算模块5的输出端与内部电动势计算模块3的输入端连接,内阻计算模块5根据蓄电池温度,通过查蓄电池的温度-内阻关系曲线得到蓄电池内阻,并将该蓄电池内阻输入内部电动势计算模块3;
内部电动势计算模块3的输出端与蓄电池电量计算模块4的输入端连接,内部电动势计算模块3根据蓄电池的放电电流、蓄电池内阻、蓄电池电压计算蓄电池的内部电动势,并将该内部电动势输入蓄电池电量计算模块4;
蓄电池电量计算模块4根据蓄电池的内部电动势和蓄电池温度,通过查二维表得到蓄电池电量。
本发明所述的蓄电池电量检测装置的微处理器采用 MPC5634单片机,检测时,运算周期设置为1分钟,若周期太短,蓄电池电压变化不明显,MPC5634单片机7中的模数转换模块无法分辨;若周期太长,蓄电池电量更新太慢,可能影响系统功能。电源模块8采用MC33905电源芯片,MC33905电源芯片将车载电源转化为5V电源,为MPC5634单片机7供电。通讯模块6采用TJA1020LIN收发器。温度传感器10采用WR型热电偶。
本发明所述的电源模块8亦可采用LM2576T-5电源芯片或LM1593电源芯片;微处理器亦可采用MSP430单片机或MC68HC912DG128A单片机;通讯模块6亦可采用TJA1027LIN收发器或MPC2003LIN收发器;温度传感器10亦可采用WZPM-201热电偶,或WRNY-133热电偶,或WZPK热电偶。
如图2所示,本发明的蓄电池电量检测装置的检测方法,其步骤如下:
步骤一、微处理器通过模数转换模块11采集蓄电池电压和蓄电池温度;
步骤二、电压变化率计算模块1根据模数转换模块11两次采样的蓄电池电压,计算出单位时间电压的变化量,即得到电压变化率,电压变化率的计算公式如下:
电压变化率 = (本周期蓄电池电压-上一周期蓄电池电压)/运算周期;
步骤三、放电电流计算模块2根据电压变化率和蓄电池温度,通过查二维数据表得到蓄电池放电电流,该二维数据表由蓄电池的在不同温度和不同放电电流条件下的电压变化曲线,计算线性变化段的电压变化率得到;
步骤四、内阻计算模块5根据蓄电池温度,通过查一维表得到蓄电池内阻,该一维表为蓄电池的温度-内阻关系曲线。
步骤五、内部电动势计算模块3根据蓄电池的放电电流、蓄电池内阻、蓄电池电压计算蓄电池的内部电动势,内部电动势的计算公式如下:
蓄电池的内部电动势=蓄电池电压+蓄电池放电电流×蓄电池内阻;
步骤六、蓄电池电量计算模块4根据蓄电池的内部电动势和蓄电池温度,通过查二维表得到蓄电池电量,该二维表为不同温度下的蓄电池开路电压与蓄电池电量的关系曲线。
步骤七、蓄电池电量由通讯模块6通过LIN总线传给其他控制器,如发动机控制器、车身控制器、车载电源管理控制器等。
上述步骤三中的二维数据表的获取步骤如下:
A、在不同温度和恒流放电电流条件下,测试并记录每个时刻蓄电池的电压数据;
B、针对记录的每组蓄电池电压数据,计算出线性段的电压随时间的变化率的平均值;
C、温度数据点、放电电流数据点和对应的第B步计算得到的电压变化率构成二维数据表,X轴为电压化率,Y轴为温度,Z轴为放电电流。
上述步骤四的一维数据表和步骤六中的二维数据表获取步骤如下:
A. 在不同温度和蓄电池电量条件下,测试并记录蓄电池的内阻和开路电压;
B. 针对同一温度条件,计算出蓄电池内阻随蓄电池电量线性变化段的内阻的平均值;
C. 温度数据点和对应的第B步计算得到的内阻构成具体实施例步骤四的一维数据表,X轴为温度,Y轴内阻;
D. 温度数据点、蓄电池电量数据点和对应的第A步测得的开度电压构成具体实施例步骤六的二维数据表,X轴为温度,Y轴为开路电压,Z轴为电池电量。
Claims (9)
1.一种蓄电池电量检测装置,其特征在于:包括微处理器、通讯模块(6)、电源模块(8)和温度传感器(10),
所述电源模块(8)与微处理器连接,为微处理器提供正常的工作电压;
所述温度传感器(10)与蓄电池接触,用于检测蓄电池的温度;
所述微处理器的输入端分别与蓄电池正极(9)以及温度传感器(10)连接,用于采集蓄电池的电压及温度,将采集的电压及温度进行处理,并输出蓄电池电量;
所述通讯模块(6)与微处理器的输出端连接,将蓄电池电量传出;
所述微处理器包括模数转换模块(11)、电压变化率计算模块(1)、放电电流计算模块(2)、内阻计算模块(5)、内部电动势计算模块(3)和蓄电池电量计算模块(4);
所述模数转换模块(11)的输入端分别与蓄电池正极(9)以及温度传感器(10)连接,用于采集蓄电池的电压以及温度传感器(10)检测的蓄电池温度;
所述模数转换模块(11)的输出端分别与电压变化率计算模块(1)、放电电流计算模块(2)、内阻计算模块(5)、内部电动势计算模块(3)和蓄电池电量计算模块(4)的输入端连接,将采集的蓄电池电压信号分别输入电压变化率计算模块(1)、蓄电池电量计算模块(4)和内部电动势计算模块(3),将采集的蓄电池温度信号分别输入放电电流计算模块(2)和内阻计算模块(5);
所述电压变化率计算模块(1)的输出端与放电电流计算模块(2)的输入端连接,所述电压变化率计算模块(1)根据两次采样的蓄电池电压,计算出单位时间电压的变化量,得到电压变化率,并将该电压变化率输入放电电流计算模块(2);
放电电流计算模块(2)的输出端与内部电动势计算模块(3)的输入端连接,所述放电电流计算模块(2)根据电压变化率和蓄电池温度,通过查二维数据表得到蓄电池的放电电流,并将该放电电流输入内部电动势计算模块(3);
所述内阻计算模块(5)的输出端与内部电动势计算模块(3)的输入端连接,所述内阻计算模块(5)根据蓄电池温度,通过查一维表得到蓄电池内阻,并将该蓄电池内阻输入内部电动势计算模块(3);
所述内部电动势计算模块(3)的输出端与蓄电池电量计算模块(4)的输入端连接,所述内部电动势计算模块(3)根据蓄电池的放电电流、蓄电池内阻、蓄电池电压计算蓄电池的内部电动势,并将该内部电动势输入蓄电池电量计算模块(4);
所述蓄电池电量计算模块(4)根据蓄电池的内部电动势和蓄电池温度,通过查二维表得到蓄电池电量。
2.根据权利要求1所述的蓄电池电量检测装置,其特征在于:所述通讯模块(6)通过LIN总线将蓄电池电量输入发动机控制器、车身控制器和车载电源管理控制器。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池电量检测装置,其特征在于:所述电源模块(8)采用MC33905电源芯片,或LM2576T-5电源芯片,或LM1593电源芯片。
4.根据权利要求1或2所述的蓄电池电量检测装置,其特征在于:所述微处理器采用MPC5634单片机,或MSP430单片机,或MC68HC912DG128A单片机。
5.根据权利要求1或2所述的蓄电池电量检测装置,其特征在于:所述通讯模块(6)采用TJA1020LIN收发器,或TJA1027LIN收发器,或MPC2003LIN收发器。
6.根据权利要求1或2所述的蓄电池电量检测装置,其特征在于:所述温度传感器(10)采用WR型热电偶,或WZPM-201热电偶,或WRNY-133热电偶,或WZPK热电偶。
7.一种用根据权利要求1至6任一所述的蓄电池电量检测装置的检测方法,其步骤如下:
步骤一、微处理器通过模数转换模块(11)采集蓄电池电压和蓄电池温度;
步骤二、所述电压变化率计算模块(1)根据模数转换模块(11)两次采样的蓄电池电压,计算出单位时间电压的变化量,即得到电压变化率,电压变化率的计算公式如下:
电压变化率 = (本周期蓄电池电压-上一周期蓄电池电压)/运算周期;
步骤三、所述放电电流计算模块(2)根据电压变化率和蓄电池温度,通过查二维数据表得到蓄电池放电电流,该二维数据表由蓄电池的在不同温度和不同放电电流条件下的电压变化曲线,计算线性变化段的电压变化率得到;
步骤四、所述内阻计算模块(5)根据蓄电池温度,通过查一维表得到蓄电池内阻,该一维表为蓄电池的温度-内阻关系曲线;
步骤五、所述内部电动势计算模块(3)根据蓄电池的放电电流、蓄电池内阻、蓄电池电压计算蓄电池的内部电动势,内部电动势的计算公式如下:
蓄电池的内部电动势=蓄电池电压+蓄电池放电电流×蓄电池内阻;
步骤六、所述蓄电池电量计算模块(4)根据蓄电池的内部电动势和蓄电池温度,通过查二维表得到蓄电池电量,该二维表为不同温度下的蓄电池开路电压与蓄电池电量的关系曲线;
步骤七、所述蓄电池电量通过通讯模块(6)输出。
8.根据权利要求7所述的检测方法,其特征在于:所述步骤三中的二维数据表的获取步骤如下:
A、在不同温度和恒流放电电流条件下,测试并记录每个时刻蓄电池的电压数据;
B、针对记录的每组蓄电池电压数据,计算出线性段的电压随时间的变化率的平均值;
C、温度数据点、放电电流数据点和对应的第B步计算得到的电压变化率构成二维数据表,X轴为电压化率,Y轴为温度,Z轴为放电电流。
9.根据权利要求7所述的检测方法,其特征在于:所述步骤七中,所述通讯模块(6)通过LIN总线送入发动机控制器、车身控制器和车载电源管理控制器。
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