CN106842046A - 电池容量检测电路 - Google Patents

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Abstract

一种电池容量检测电路包括单片机、数模转换单元及电压转换单元。所述单片机每隔一预设时间感测电池的电压，并根据感测到的所述电池的电压调整输出的脉冲宽度调制信号的占空比。所述单片机还根据所述脉冲宽度调制信号的占空比计算在所述预设时间内所述电池的放电电流，并根据所述放电电流计算所述电池在所述预设时间内的放电电量。所述单片机还将所述放电电流与参考值比较，当所述放电电流小于所述参考值时，所述输出引脚停止输出所述脉冲宽度调制信号，所述单片机对所述电池在之前的每个预设时间内的放电电量进行求和运算，从而得到所述电池的容量。上述电池容量检测电路检测准确、结构简单且成本较低。

Description

电池容量检测电路
【技术领域】
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种应用于电动汽车的电池容量检测电路。
【背景技术】
随着人们环保意识的逐渐增强，以及国家对新能源的大力推广，电动汽车的发展越来越迅速。电池组作为电动汽车的动力来源，其充放电的安全直接关系到电动汽车的安全性。如果电池组中电池单体的容量不一样，在充放电过程中极易出现过充现象。过充一旦发生，轻则导致电池自放电，影响电池的使用寿命；重则导致电池温度升高，从而引起燃烧甚至爆炸。因此，在将电池单体组装成电池组之前，需检测每个电池单体的容量，容量相同的才能组装在一起。然而，现有的电池容量检测方法，检测精度低、准确性差、设备复杂且成本较高。
鉴于此，实有必要提供一种新型的电池容量检测电路以克服以上缺陷。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种检测准确、结构简单且成本较低的电池容量检测电路。
为了实现上述目的，本发明提供一种电池容量检测电路，所述电池容量检测电路包括单片机、数模转换单元及电压转换单元，所述单片机包括输出引脚及内置的比较器，所述比较器的同相输入端通过所述数模转换单元与所述输出引脚相连，所述比较器的反相输入端通过所述电压转换单元与所述比较器的输出端相连，所述单片机每隔一预设时间感测电池的电压，并根据感测到的所述电池的电压调整所述输出引脚输出的脉冲宽度调制信号的占空比，所述数模转换单元将接收到的所述输出引脚输出的脉冲宽度调制信号转换成模拟信号，并将所述模拟信号输出给所述比较器的同相输入端，所述比较器的输出端输出的信号经所述电压转换单元进行电压转换后输出给所述比较器的反相输入端，所述单片机根据所述脉冲宽度调制信号的占空比计算在所述预设时间内所述电池的放电电流，并根据所述放电电流计算所述电池在所述预设时间内的放电电量，所述单片机还将所述放电电流与参考值比较，当所述放电电流小于所述参考值时，所述输出引脚停止输出所述脉冲宽度调制信号，所述单片机对所述电池在之前的每个预设时间内的放电电量进行求和运算，从而得到所述电池的容量。
进一步地，所述数模转换单元包括第一电阻、第二电阻及第一电容，所述第一电阻的第一端与所述输出引脚相连，以接收所述脉冲宽度调制信号，所述第一电阻的第二端与所述比较器的同相输入端相连，并通过所述第二电阻接地，且通过所述第一电容接地。
进一步地，所述单片机根据输出的脉冲宽度调制信号的占空比计算在所述预设时间内所述电池的放电电流的公式为：I＝Vcc*[r2/(r1+r2)]*(pwm/256)/0.1，其中，I代表在所述预设时间内所述电池的放电电流，Vcc代表所述单片机的工作电压，r1代表所述第一电阻的阻值，r2代表所述第二电阻的阻值，pwm代表所述脉冲宽度调制信号的占空比。
进一步地，所述单片机根据所述放电电流计算所述电池在所述预设时间内的放电电量的公式为：C＝I*T，其中，C代表所述电池在所述预设时间内的放电电量，I代表在所述预设时间内所述电池的放电电流，T代表所述预设时间的时间长度。
进一步地，所述电压转换单元包括电子开关、第二电容、第三电阻及第四电阻，所述电子开关的第一端与所述比较器的输出端相连，并通过所述第二电容接地，还通过所述第三电阻接地，所述电子开关的第二端接收所述电池的电压，所述电子开关的第三端与所述比较器的反相输入端相连，并通过所述第四电阻接地。
进一步地，所述电子开关为MOS管，所述电子开关开关的第一端、第二端及第三端分别对应于所述MOS管的栅极、漏极及源极。
进一步地，所述电子开关为三极管，所述电子开关开关的第一端、第二端及第三端分别对应于所述三极管的基极、集电极及发射极。
进一步地，所述电子开关为IGBT，所述电子开关开关的第一端、第二端及第三端分别对应于所述IGBT的的门极、集电极及发射极。
进一步地，所述单片机还包括感测引脚，所述感测引脚通过第五电阻接收所述电池的电压，并通过第六电阻接地，所述单片机通过所述感测引脚感测所述电池的电压。
进一步地，所述单片机还包括电源引脚及接地引脚，所述电源引脚与电源相连，并通过第三电容接地，所述接地引脚接地，所述电源为所述单片机提供工作电压。
相比于现有技术，本发明通过所述单片机根据所述感测引脚测到的所述电池的电压调整所述输出引脚输出的脉冲宽度调制信号的占空比，并通过所述比较器使所述单片机与所述数模转换单元及所述电压转换单元形成闭合的回路，从而使在每个预设的时间段内，所述单片机根据所述脉冲宽度调制信号的占空比计算得到的所述电池的放电电流为恒定的值，进而使所述单片机能准确地计算出所述电池的容量。本发明结构简单、容易维护且成本较低。
【附图说明】
图1为本发明的实施例提供的电池容量检测电路的电路图。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人士在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
当一个元件被认为与另一个元件“相连”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人士通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，图1为本发明的实施例提供的电池容量检测电路100的电路图。所述电池容量检测电路100包括单片机10、数模转换单元20及电压转换单元30。所述单片机10包括输出引脚MO及内置的比较器U1。所述比较器U1的同相输入端CPM+通过所述数模转换单元20与所述输出引脚MO相连。所述比较器U1的反相输入端CPM-通过所述电压转换单元30与所述比较器U1的输出端CPMO相连。
所述单片机10每隔一预设时间感测电池的电压VBAT，并根据感测到的所述电池的电压VBAT调整所述输出引脚MO输出的脉冲宽度调制信号PWM的占空比。所述数模转换单元20将接收到的所述输出引脚MO输出的脉冲宽度调制信号PWM转换成模拟信号，并将所述模拟信号输出给所述比较器U1的同相输入端CPM+。所述比较器U1的输出端CPMO输出的信号经所述电压转换单元30进行电压转换后输出给所述比较器U1的反相输入端CPM-。所述单片机10根据所述脉冲宽度调制信号PWM的占空比计算在所述预设时间内所述电池的放电电流，并根据所述放电电流计算所述电池在所述预设时间内的放电电量。所述单片机10还将所述放电电流与参考值比较，当所述放电电流小于所述参考值时，所述输出引脚MO停止输出所述脉冲宽度调制信号PWM。所述单片机10对所述电池在之前的每个预设时间内的放电电量进行求和运算，从而得到所述电池的容量。
在本实施方式中，所述数模转换单元20包括第一电阻R1、第二电阻R2及第一电容C1。所述第一电阻R1的第一端与所述输出引脚MO相连，以接收所述脉冲宽度调制信号PWM。所述第一电阻R1的第二端与所述比较器U1的同相输入端CPM+相连，并通过所述第二电阻R2接地，且通过所述第一电容C1接地。
在本实施方式中，所述单片机10根据输出的脉冲宽度调制信号PWM的占空比计算在所述预设时间内所述电池的放电电流的公式为：I＝Vcc*[r2/(r1+r2)]*(pwm/256)/0.1，其中，I代表在所述预设时间内所述电池的放电电流，Vcc代表所述单片机10的工作电压，r1代表所述第一电阻R1的阻值，r2代表所述第二电阻R2的阻值，pwm代表所述脉冲宽度调制信号PWM的占空比。所述单片机10根据所述放电电流计算所述电池在所述预设时间内的放电电量的公式为：C＝I*T，其中，C代表所述电池在所述预设时间内的放电电量，I代表在所述预设时间内所述电池的放电电流，T代表所述预设时间的时间长度。
所述电压转换单元30包括电子开关Q1、第二电容C2、第三电阻R3及第四电阻R4。所述电子开关Q1的第一端与所述比较器U1的输出端CPMO相连，并通过所述第二电容C2接地，还通过所述第三电阻R3接地。所述电子开关Q1的第二端接收所述电池的电压VBAT。所述电子开关Q1的第三端与所述比较器U1的反相输入端CPM-相连，并通过所述第四电阻R4接地。
在本实施方式中，所述电子开关Q1为MOS管，所述电子开关Q1开关的第一端、第二端及第三端分别对应于所述MOS管的栅极、漏极及源极。在其它实施方式中，所述电子开关Q1可以为具有相似功能的开关，如三极管或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等。当所述电子开关Q1为三极管时，所述电子开关Q1开关的第一端、第二端及第三端分别对应于所述三极管的基极、集电极及发射极。当所述电子开关Q1为IGBT时，所述电子开关Q1开关的第一端、第二端及第三端分别对应于所述IGBT的的门极、集电极及发射极。
在本实施方式中，所述单片机10还包括感测引脚S1。所述感测引脚S1通过第五电阻R5接收所述电池的电压VBAT，并通过第六电阻R6接地。所述单片机10通过所述感测引脚S1感测所述电池的电压VBAT。所述单片机10还包括电源引脚VCC及接地引脚GND。所述电源引脚VCC与电源V1相连，并通过第三电容C3接地，所述接地引脚GND接地。所述电源V1为所述单片机10提供工作电压。
下面将对本发明电池容量检测电路100的工作原理进行说明。
当所述单片机10的电源引脚VCC接收到所述电源V1输出的工作电压后，所述单片机10开始工作。所述单片机10每隔一预设时间通过所述感测引脚S1感测所述电池的电压VBAT，并根据感测到的所述电池的电压VBAT调整所述输出引脚MO输出的脉冲宽度调制信号PWM的占空比。所述数模转换单元20利用所述第一电容C1的充电及放电来将接收到的脉冲宽度调制信号PWM转换成模拟信号，并将所述模拟信号输出给所述比较器U1的同相输入端CPM+。所述比较器U1将所述同相输入端CPM+及所述反相输入端CPM-输入的信号进行比较，并将比较结果通过所述输出端CPMO输出给所述电子开关Q1的第一端。在本实施方式中，所述比较器U1的翻转速度非常快，大约只有几纳秒，因此可以提高电路的响应速度；所述比较器U1的电压门限比较非常精确，比较后的输出边沿上升或下降时间极短，从而提高电路的准确度。
当所述比较结果为高电平信号时，所述电子开关Q1导通，所述电池的电压VBAT通过所述电子开关Q1输出给所述比较器U1的反相输入端CPM-。即，所述电压转换单元30将所述输出端CPMO输出的高电平信号的电压转换成所述电池的电压VBAT。当所述比较结果为低电平信号，所述电子开关Q1截止，所述比较器U1的反相输入端CPM-通过所述第四电阻R4接地。即，所述电压转换单元30将所述输出端CPMO输出的低电平信号的电压转换成接地电压。所述电压转换单元30将进行电压转换后的信号输出给所述比较器U1的反相输入端CPM-。
在本实施方式中，所述单片机10通过所述比较器U1与所述数模转换单元20及所述电压转换单元30形成闭合的回路，从而使在每个预设的时间段内，所述单片机10根据所述脉冲宽度调制信号PWM的占空比计算得到的所述电池的放电电流为恒定的值。即，在每个预设的时间段内，所述电池的放电电流相等(为恒流)，但在不同的预设的时间段内，所述电池的放电电流值不同，随着放电时间的延长，所述电池的放电电流会逐渐减小。
所述单片机10根据所述放电电流计算所述电池在所述预设时间内的放电电量。所述单片机10还将所述放电电流与参考值比较，当所述放电电流小于所述参考值时，所述输出引脚MO停止输出所述脉冲宽度调制信号PWM，所述单片机10对所述电池在之前的每个预设时间内的放电电量进行求和运算，从而得到所述电池的容量。在本实施方式中，所述参考值的大小可根据实际情况进行相应的调整。
本发明通过所述单片机10根据所述感测引脚S1感测到的所述电池的电压VBAT调整所述输出引脚MO输出的脉冲宽度调制信号PWM的占空比，并通过所述比较器U1使所述单片机10与所述数模转换单元20及所述电压转换单元30形成闭合的回路，从而使在每个预设的时间段内，所述单片机10根据所述脉冲宽度调制信号PWM的占空比计算得到的所述电池的放电电流为恒定的值，进而使所述单片机10能准确地计算出所述电池的容量。本发明结构简单、容易维护且成本较低。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人士而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种电池容量检测电路，其特征在于：所述电池容量检测电路包括单片机、数模转换单元及电压转换单元，所述单片机包括输出引脚及内置的比较器，所述比较器的同相输入端通过所述数模转换单元与所述输出引脚相连，所述比较器的反相输入端通过所述电压转换单元与所述比较器的输出端相连，所述单片机每隔一预设时间感测电池的电压，并根据感测到的所述电池的电压调整所述输出引脚输出的脉冲宽度调制信号的占空比，所述数模转换单元将接收到的所述输出引脚输出的脉冲宽度调制信号转换成模拟信号，并将所述模拟信号输出给所述比较器的同相输入端，所述比较器的输出端输出的信号经所述电压转换单元进行电压转换后输出给所述比较器的反相输入端，所述单片机根据所述脉冲宽度调制信号的占空比计算在所述预设时间内所述电池的放电电流，并根据所述放电电流计算所述电池在所述预设时间内的放电电量，所述单片机还将所述放电电流与参考值比较，当所述放电电流小于所述参考值时，所述输出引脚停止输出所述脉冲宽度调制信号，所述单片机对所述电池在之前的每个预设时间内的放电电量进行求和运算，从而得到所述电池的容量。
2.如权利要求1所述的电池容量检测电路，其特征在于：所述数模转换单元包括第一电阻、第二电阻及第一电容，所述第一电阻的第一端与所述输出引脚相连，以接收所述脉冲宽度调制信号，所述第一电阻的第二端与所述比较器的同相输入端相连，并通过所述第二电阻接地，且通过所述第一电容接地。
3.如权利要求2所述的电池容量检测电路，其特征在于：所述单片机根据输出的脉冲宽度调制信号的占空比计算在所述预设时间内所述电池的放电电流的公式为：I＝Vcc*[r2/(r1+r2)]*(pwm/256)/0.1，其中，I代表在所述预设时间内所述电池的放电电流，Vcc代表所述单片机的工作电压，r1代表所述第一电阻的阻值，r2代表所述第二电阻的阻值，pwm代表所述脉冲宽度调制信号的占空比。
4.如权利要求3所述的电池容量检测电路，其特征在于：所述单片机根据所述放电电流计算所述电池在所述预设时间内的放电电量的公式为：C＝I*T，其中，C代表所述电池在所述预设时间内的放电电量，I代表在所述预设时间内所述电池的放电电流，T代表所述预设时间的时间长度。
5.如权利要求1所述的电池容量检测电路，其特征在于：所述电压转换单元包括电子开关、第二电容、第三电阻及第四电阻，所述电子开关的第一端与所述比较器的输出端相连，并通过所述第二电容接地，还通过所述第三电阻接地，所述电子开关的第二端接收所述电池的电压，所述电子开关的第三端与所述比较器的反相输入端相连，并通过所述第四电阻接地。
6.如权利要求5所述的电池容量检测电路，其特征在于：所述电子开关为MOS管，所述电子开关开关的第一端、第二端及第三端分别对应于所述MOS管的栅极、漏极及源极。
7.如权利要求5所述的电池容量检测电路，其特征在于：所述电子开关为三极管，所述电子开关开关的第一端、第二端及第三端分别对应于所述三极管的基极、集电极及发射极。
8.如权利要求5所述的电池容量检测电路，其特征在于：所述电子开关为IGBT，所述电子开关开关的第一端、第二端及第三端分别对应于所述IGBT的的门极、集电极及发射极。
9.如权利要求1所述的电池容量检测电路，其特征在于：所述单片机还包括感测引脚，所述感测引脚通过第五电阻接收所述电池的电压，并通过第六电阻接地，所述单片机通过所述感测引脚感测所述电池的电压。
10.如权利要求1所述的电池容量检测电路，其特征在于：所述单片机还包括电源引脚及接地引脚，所述电源引脚与电源相连，并通过第三电容接地，所述接地引脚接地，所述电源为所述单片机提供工作电压。
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