CN106324332A - 电池管理系统的电流采样电路 - Google Patents

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卢少华
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饶睦敏
李瑶
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Abstract

本发明提供一种电池管理系统的电流采样电路，包括霍尔采集器件、采样电流转换电路及单片机；所述采样电流转换电路由参数转换电路和基准电压电路组成；所述的参数转换电路包括一运算放大器及一分压电阻，所述电压基准电路连接在运算放大的同相输入端上，所述的霍尔采集器件经所述分压电阻连接在运算放大的同相输入端上；所述运算放大器的输出端连接在单片机的A/D转换端上；参数转换电路还包括至少一个电位拉低电阻，所述至少一个电位拉低电阻一端连接至霍尔采集器件与所述分压电阻之间，另一端连接至一负电压。本发明可防止单片机误断霍尔采集为开路状态的电池管理系统的电流采样电路。

Description

电池管理系统的电流采样电路
技术领域
本发明涉及蓄电池领域，尤其涉及一种电池管理系统的电流采样电路。
背景技术
随著技术的进步和对能源使用要求的提高，以高容量蓄电池为能源的设备日益增加，诸如汽车动力电池、储能电站、通讯基站备用电源的使用日益广泛，随之而来的是这种供电设备的可靠性成为此行业电子工程师要解决好的重要课题，应运而生的电池管理系统(battery management system,BMS)已成为此问题的最佳方式，而在BMS中，主机是电池系统管理和信息处理的中心，电池工作时的电流通过霍尔采集器件(又称霍尔电流传感器)和转换电路后直接接入主机，如果电流采集出现问题，则影响主机对蓄电池剩余电池(state of charge,SOC,也叫荷电状态)及一大片的参数计算出现误差。所以良好的电流采集电路对系统的正常工作非常重要。
电流采集电路包括霍尔采集器件、采样电流转换电路及单片机组成，其中采样电流转换电路包括参数转换电路和基准电压电路两部分组成，参数转换电路包括一运算放大器，霍尔采集器件输出端经一电阻后连接至运算放大器的同相输入端，基准电路同样连接至运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端再经其他电子器件后连接至单片机输入端。
原有的电流测量电路的缺点：当霍尔采集器件开路时运算放大器的输出电压(例如2伏特)，落在霍尔未开路时正常的测试电流范围内(例如0至3伏特)，会造成单片机将霍尔采集器非开路状态误判为开路状态。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种防止单片机误断霍尔采集为开路状态的电池管理系统的电流采样电路。
本发明采用以下技术方案：一种电池管理系统的电流采样电路，包括霍尔采集器件、采样电流转换电路及单片机；所述采样电流转换电路由参数转换电路和基准电压电路组成；所述的参数转换电路包括一运算放大器及一分压电阻，所述电压基准电路连接在运算放大的同相输入端上，所述的霍尔采集器件经所述分压电阻连接在运算放大的同相输入端上；所述运算放大器的输出端连接在单片机的A/D转换端上；参数转换电路还包括至少一个电位拉低电阻，所述至少一个电位拉低电阻一端连接至霍尔采集器件与所述分压电阻之间，另一端连接至一负电压。
进一步地，所述至少一个电位拉低电阻包括第一电位拉低电阻及第二电位拉低电阻，所述第一电位拉低电阻及第二电位拉低电阻串联后一端连接至霍尔采集器件与分压电阻之间，另一端连接至所述负电压。
进一步地，所述分压电阻的阻值远大于所述霍尔采集器件的内阻值。
进一步地，分压电阻值120K欧姆,霍尔采集器件的内阻值10K欧姆。
进一步地，所述第一电位拉低电阻取值120K精度0.1％，所述第二电位拉低电阻取值27K精度0.1％。
进一步地，所述参数转换电路还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管及第二二极管；第一电阻与第一电容并联后再与第二电阻串联；第二电阻的一端连接至运算放大器的反相输入端；第二电阻的另一端接地；第一电阻与第一电容并联后的一端接运算放大器反相输入端，第一电阻与第一电容并联后的另一端接运算放大器的输出端；运算放大器的输出端经第五电阻后连接至单片机的A/D转换端，第三电容一端连接至单片机的A/D转换端与第五电阻之间，另一端接地；第一二极管的正端连接至第二二极管的负端，第一二极管的负端接一正电压，第二二极管的正端接地，所述第一二极管的正端及第二二极管的负端还连接至单片机的A/D转换端；第二电容与第三电阻并联后一端连接至电压基准电路，另一端连接至运算放大器的正相输入端。
进一步地，第一电阻取值2.7k欧姆精度0.1％，第二电阻取值12K欧姆精度0.1％,第三电阻取值27K欧姆精度0.1％,第四电阻取值120K欧姆精度0.1％,第一电容、第二电容C2及第三电容C3均取值1nF 10V。
进一步地，所述正电压为3.3伏特电压。
进一步地，所述负电压为－15伏特电压。
进一步地，所述运算放大器采用+-15伏特电压供电。
本发明的有益效果是：
1、当霍尔采集器件开路时，IC1输出为+0.15v,不再为2V(即不落入霍尔采集器件非开路时的电压值)，防止电路误以为此时电流为正常值。
2、R4取值120K,远大于霍尔内阻10K，不会造成误差。。
附图说明
图1是本发明提供的一种电池管理系统的电流采样电路的电路图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明提供的一种电池管理系统的电流采样电路100，包括霍尔采集器件10、采样电流转换电路20及单片机30；所述采样电流转换电路20由参数转换电路21和基准电压电路22两部分组成；所述的参数转换电路21包括一运算放大器IC1及一分压电阻R4，所述电压基准电路22连接在运算放大器的同相输入端上(3脚，+极)，所述的霍尔采集器件10经一分压电阻R4连接在运算放大器IC1的同相输入端上；所述运算放大器IC1的输出端(1脚，－极)连接在单片机A/D的转换端上；所述参数转换电路21还包括至少一个电位拉低电阻，所述至少一个电位拉低电阻一端连接至霍尔采集器件10与分压电阻R4之间，另一端连接至一负电压。
具体的，所述至少一个电位拉低电阻包括第一电位拉低电阻R6及第二电位拉低电阻R7，所述第一电位拉低电阻6R及第二电位拉低电阻R7串联后一端连接至霍尔采集器件10与分压电阻R4之间，另一端连接至所述负电压。所述第一电位拉低电阻R6取值120K欧姆精度为0.1％，所述第二电位拉低电阻R7取值欧姆27K精度为0.1％。负电压为－15伏特电压。在其他实施方式中，电位拉低电阻的数量及电阻值可以根据实际需要设置。
所述分压电阻R4的阻值远大于所述霍尔采集器件10的内阻值。本实施方式中，所述分压电阻值120K欧姆,霍尔采集器件10的内阻值10K欧姆。
所述参数转换电路21还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1及第二二极管D2。
第一电阻R1与第一电容C1并联后再与第二电阻R2串联；第二电阻R2的一端连接至运算放大器的反相输入端(2脚)；第二电阻R2的另一端接地；第一电阻R1与第一电容C1并联后的一端接运算放大器反相输入端，第一电阻R1与第一电容C1并联后的另一端接运算放大器IC1的输出端；运算放大器IC1的输出端经第五电阻R5后连接至单片机30的A/D转换端，第三电容C3一端连接至单片机30的A/D转换端与第五电阻R5之间，另一端接地；第一二极管D1的正端连接至第二二极管的负端，第一二极管D1的负端接一正电压，第二二极管D2的正端接地，所述第一二极管D1的正端及第二二极管D2的负端还连接至单片机的A/D转换端。第二电容C2与第三电阻R3并联后一端连接至电压基准电路22，另一端连接至运算放大器IC1的正相输入端。
第一电阻R1取值2.7k欧姆精度为0.1％，第二电阻R2取值12K欧姆精度为0.1％,第三电阻R3取值27K欧姆精度为0.1％,第四电阻R4取值120K欧姆精度为0.1％,第一电容C1、第二电容C2及第三电容取值均为1nF 10V。所述正电压为3.3伏特电压。所述运算放大器采用+-15伏特电压供电。
工作时，来自霍尔采集器件10的电流信号经过分压电阻R4与经过第三电阻R3引过来的+1.65v移位电压同时连接在运算放大器IC1的正相输入端。转换输出电压由运算放大器IC1的输出端经过第五电阻R5后并联一个第三电容C3到地进行滤波，然后送入单片机的A/D转换端。具体的，来自霍尔采集器件的+6v---6v代表电流信息的电压经过分压电阻R4在通过第三电阻R3引入+1.65V电压源后在运算放大器的正相输入端点变成+2.45V--+0.245V的变化电压；而此电压经过运算放大器IC1放大后变化为0.3V-+3V与单片机A/D转换端匹配的电压。
在一实施方式中，所述运处放大器IC1型号取AS358AM，所述的单片机型号为TM4C123GH6PMI,所述的电压基准电路采用AZ431，二极管D1型号取BAT54C。
本发明的有益效果是：
1、当霍尔采集器件开路时，运算放大器IC1输出为+0.15v,不再为2V(即不落入霍尔采集器件非开路时的电压范围0.3V-+3V)，防止电路误以为此时电流为正常值。
2、R4取值120K,远大于霍尔内阻10K，不会造成误差。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池管理系统的电流采样电路，包括霍尔采集器件、采样电流转换电路及单片机；所述采样电流转换电路由参数转换电路和基准电压电路组成；所述的参数转换电路包括一运算放大器及一分压电阻，所述电压基准电路连接在运算放大的同相输入端上，所述的霍尔采集器件经所述分压电阻连接在运算放大的同相输入端上；所述运算放大器的输出端连接在单片机的A/D转换端上；其特征在于：参数转换电路还包括至少一个电位拉低电阻，所述至少一个电位拉低电阻一端连接至霍尔采集器件与所述分压电阻之间，另一端连接至一负电压。
2.如权利要求1所述的电池管理系统的电流采样电路，其特征在于：所述至少一个电位拉低电阻包括第一电位拉低电阻及第二电位拉低电阻，所述第一电位拉低电阻及第二电位拉低电阻串联后一端连接至霍尔采集器件与分压电阻之间，另一端连接至所述负电压。
3.如权利要求2所述的电池管理系统的电流采样电路，其特征在于：所述分压电阻的阻值远大于所述霍尔采集器件的内阻值。
4.如权利要求3所述的电池管理系统的电流采样电路，其特征在于：分压电阻值120K欧姆,霍尔采集器件的内阻值10K欧姆。
5.如权利要求4所述的电池管理系统的电流采样电路，其特征在于：所述第一电位拉低电阻取值120K精度0.1％，所述第二电位拉低电阻取值27K精度0.1％。
6.如权利要求5所述的电池管理系统的电流采样电路，其特征在于：所述参数转换电路还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管及第二二极管；第一电阻与第一电容并联后再与第二电阻串联；第二电阻的一端连接至运算放大器的反相输入端；第二电阻的另一端接地；第一电阻与第一电容并联后的一端接运算放大器反相输入端，第一电阻与第一电容并联后的另一端接运算放大器的输出端；运算放大器的输出端经第五电阻后连接至单片机的A/D转换端，第三电容一端连接至单片机的A/D转换端与第五电阻之间，另一端接地；第一二极管的正端连接至第二二极管的负端，第一二极管的负端接一正电压，第二二极管的正端接地，所述第一二极管的正端及第二二极管的负端还连接至单片机的A/D转换端；第二电容与第三电阻并联后一端连接至电压基准电路，另一端连接至运算放大器的正相输入端。
7.如权利要求6所述的电池管理系统的电流采样电路，其特征在于：第一电阻取值2.7k欧姆精度0.1％，第二电阻取值12K欧姆精度0.1％,第三电阻取值27K欧姆精度0.1％,第四电阻取值120K欧姆精度0.1％,第一电容、第二电容C2及第三电容C3均取值1nF 10V。
8.如权利要求6所述的电池管理系统的电流采样电路，其特征在于：所述正电压为3.3伏特电压。
9.如权利要求1所述的电池管理系统的电流采样电路，其特征在于：所述负电压为－15伏特电压。
10.如权利要求1所述的电池管理系统的电流采样电路，其特征在于：所述运算放大器采用+-15伏特电压供电。
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