CN109085510A - 一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全自动的多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路，包括：电流检测模块、电流采样模块、通道切换模块、校准控制模块和充放电控制模块，电流检测模块、通道切换模块和充放电控制模块中分别设置有与充放电通道一一对应的电流检测单元、通道切换单元和充放电控制单元，电流检测单元的输入端串设在相应的充放电通道中，通道切换单元的输入端与电流检测单元的输出端一一对应相连，通道切换模块的输出端与电流采样模块的输入端相连，电流采样模块通过通讯与校准控制模块相连，校准控制模块通过通讯与充放电控制模块相连。本发明很好地解决了电池在生产过程中因各充放电通道电流不一致而造成的电池性能的差异。

Description

一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路和方法
技术领域
本发明涉及电池化成及测试电路，尤其涉及到一种多个电池充放电通道电流精度在线检测与自动校准的电路结构与方法。
背景技术
业内人士都知道，铅酸蓄电池充放电设备在出厂前和使用一段时间后都需要进行校准以提高电流精度。铅酸蓄电池化成设备通道间由于电流的不同造成生产出的电池的性能差异，增加了配组电池的退货率。
目前，通常采用手动及半自动的方式对电池化成及测试设备的电流进行校准。手工校准的具体过程为：如果采用有电流检测孔的设备时，需要将万用表表笔连接到检测孔测量当前回路电流，人工读数并计算误差，然后手动进行校准，校准完一个通道后也必须手动换到下一个通道，无法自动切换通道及自动判断误差并校准；而如果采用没有电流检测孔的设备时，则更加麻烦，需要停止回路并重新连接输出回路，然后将分流器或者万用表串联在输出回路中测量电流。除此之外，手动校准由于使用的仪表精度不同，不同人员校准的标准不同、视觉误差等因素会造成校准后电流的差异。半自动校准的过程为：采用继电器或接触器切换各个通道的输出主回路，将分流器串联到输出回路中，数字万用表测量分流器信号，然后通过软件发送校准工艺逐个启动通道再通过通讯读取数字万用表的测量值进行误差判断并校准。这种校准方式要求所校准的回路必须都处于停止状态且校准前每个通道的输出回路均需重新连接线路，校准完毕再次把线路恢复原样，操作十分复杂，费时费力。而且，由于校准工装切换的是主输出回路，对于高压大电流的铅酸化成设备切换电路的体积大、成本高，几乎没有铅酸蓄电池生产厂家使用这种半自动校准方式进行校准。
综上所述，急需一种操作简单、经济实用的全自动校准方法实现对电池化成检测过程中的电流校准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种全自动的多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路，包括：电流检测模块、电流采样模块、校准控制模块、通道切换模块和充放电控制模块，所述的电流检测模块中设置有与充放电通道一一对应的电流检测单元，电流检测模块中的电流检测单元的输入端串设在相应的充放电通道中，所述的充放电控制模块中设置有与充放电通道一一对应的充放电控制单元，所述的通道切换模块中设置有与所述电流检测模块中的电流检测单元一一对应的通道切换单元，通道切换模块中的通道切换单元的输入端与所述电流检测模块中的电流检测单元的输出端一一对应相连，通道切换模块的输出端与电流采样模块的输入端相连，电流采样模块通过通讯与所述的校准控制模块相连，校准控制模块通过通讯与充放电控制模块中的所有充放电控制单元相连。
作为一种优选方案，在所述的一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路中，所述的电流采样模块包括：多级运放电路、独立差分AD转换器和采样用微处理器，多级运放电路的输入端与所述通道切换模块的输出端相连，多级运放电路的输出端与独立差分AD转换器的输入端相连，独立差分AD转换器的输出端与采样用微处理器相连，采样用微处理器通过通讯与校准控制模块相连。
作为一种优选方案，在所述的一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路中，所述电流采样模块中的电流检测单元由分流器、采样电阻或霍尔传感器组成。
作为一种优选方案，在所述的一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路中，所述通道切换模块中的通道切换单元由继电器、光继电器或MOS管组成。
本发明还提供了一种全自动的多充放电通道的电流在线检测与自动校准方法：其步骤包括：
1)对每个充放电通道中的电流同时进行实时检测，生成电流检测信号；
2)采用循环轮流的方式，每次将其中的一路电流检测信号送入至电流采样模块进行处理；
3)在电流采样模块中，对所述的电流检测信号依次进行放大、滤波和模数转换，得到当前充放电通道的实际电流输出值，并将该实际电流输出值传送至校准控制模块；
4)在校准控制模块中，将实际电流输出值与对应通道的充放电控制单元的设定输出电流相比较，当两者的误差超出预设的校准范围时，校准控制模块通过通讯向对应通道的充放电控制单元发送回路校准命令，充放电控制单元根据接收到的实际电流输出值调整当前的充放电通道的输出电流，实现电流的自动在线校准。
作为一种优选方案，在所述的一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准方法中，步骤3)中采用了两级运算放大对所述的电流检测信号进行放大。
本发明的有益效果是：采用本发明所述的在线检测与自动校准电路，通过本发明所述的在线检测与自动校准方法，可在电池化成及检测的运行过程中自动完成电流校准，操作简单，而且，校准后的电流精度高，各个充放电通道中的电流一致性好且不影响电池正常的化成检测过程。解决了传统校准方式操作复杂、效率低下、容易出错、精度不高的缺点，提高了生产或检测电池的一致性从而提升电池品质降低退货率，减少了计量人员的人工成本。
附图说明
图1是本发明所述的多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路的原理结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明所述的一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路和方法的具体实施方案。
如图1所示，本发明所述的一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路，包括：电流检测模块、电流采样模块、校准控制模块、通道切换模块和充放电控制模块，充放电控制模块中设置有与充放电通道一一对应的充放电控制单元，电流检测模块中设置有与充放电通道一一对应的电流检测单元，电流检测模块中的电流检测单元的输入端串设在相应的充放电通道中，所述的通道切换模块中设置有与所述电流检测模块中的电流检测单元一一对应的通道切换单元，通道切换模块中的通道切换单元的输入端与所述电流检测模块中的电流检测单元的输出端一一对应相连，通道切换模块的输出端与电流采样模块的输入端相连，电流采样模块通过通讯与所述的校准控制模块相连，校准控制模块通过通讯与充放电控制模块中的所有充放电控制单元相连。本实施例中，所述的电流采样模块包括：两级运放电路、独立差分AD转换器和采样用微处理器，两级运放电路的输入端与所述通道切换模块的输出端相连，两级运放电路的输出端与独立差分AD转换器的输入端相连，独立差分AD转换器的输出端与采样用微处理器相连，采样用微处理器通过通讯与校准控制模块相连；所述的电流检测模块采用分流器用来检测各个充电放通道的电流；所述的通道切换模块使用光继电器用来切换各个分流器采样到的信号。
下面以充放电通道的额定电流为10安培为例详细描述本发明所述的在线检测与自动校准过程：
1)规格为10A/75mV的分流器固定安装在充放电控制模块的对应充放电通道中，每个充放电通道对应一个分流器，在充放电过程中电流经过分流器后在分流器两端产生对应电流的mV电压信号，充电电流为10A时产生75mV电压信号，放电电流为10A时产生-75mV电压信号；
2)通道切换模块中的光继电器在单片机MCU的控制下循环的切换各个分流器产生的检测信号，任意一个时刻只有一个通道对应的光继电器吸合，采样用微处理器MCU需要检测第1个充放电通道的电流时，则先将所有回路的光继电器断开，然后将第1个充放电通道对应的两个光继电器吸合，此时，分流器产生的电流检测信号将通过光继电器传送至电流采样模块中；
3)电流采样模块中采样信号首先经过由U1A、U1B、R1、R2、R3、R4组成的两级运放调理回路将电流检测信号调理放大，其中，R1＝R2，R3＝R4，信号放大倍数最后经由R5、R6、C5、C6组成的低通滤波器滤波后送入独立ADC(本实例中使用的是型号为ADS1252的模数转换器)中进行模数转换，接着，采样用微处理器(MCU)与独立ADC进行SPI通讯，得到转换后的数字信号Data，采样用微处理器根据分流器的规格10A/75mV、ADC数据位数n、基准电压VREF(单位mV)以及运放调理回路的放大倍数Gain计算得到当前通道的实际输出电流值I(单位A)，计算公式为当第一个充放电通道的电流采样计算完毕后，采样用微处理器再控制光继电器切换到第2个充电放通道进行采样计算，如此循环往复，将所有的通道实时电流均采样计算得到实际电流值；
4)校准控制模块通过通讯读取电流采样用微处理器中的实际电流值，然后将实际电流与对应充放电通道的充放电控制单元的设定输出电流进行比较，当两者的误差超出预设的校准范围时，即通过通讯发送回路校准命令，将当前实际电流值发送至对应的充放电通道的充放电控制单元，充放电控制单元根据接收到的实际电流值调整输出电流，实现电流的自动校准。
在实际应用时，每个充放电通道中使用的电流检测模块除了分流器以外还可以是采样电阻、霍尔传感器等其他电流传感器；所述的通道切换模块除了使用光继电器作为切换开关以外，还可以使用继电器、MOS管等开关器件。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所作的均等变化与修饰，均应包括在本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路，包括：电流检测模块、电流采样模块、校准控制模块和充放电控制模块，所述的电流检测模块中设置有与充放电通道一一对应的电流检测单元，电流检测模块中的电流检测单元的输入端串设在相应的充放电通道中，所述的充放电控制模块中设置有与充放电通道一一对应的充放电控制单元，其特征在于：所述的多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路还包括：通道切换模块，通道切换模块中设置有与所述电流检测模块中的电流检测单元一一对应的通道切换单元，通道切换模块中的通道切换单元的输入端与所述电流检测模块中的电流检测单元的输出端一一对应相连，通道切换模块的输出端与电流采样模块的输入端相连，电流采样模块通过通讯与所述的校准控制模块相连，校准控制模块通过通讯与充放电控制模块中的所有充放电控制单元相连。
2.根据权利要求1所述的一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路，其特征在于：所述的电流采样模块包括：多级运放电路、独立差分AD转换器和采样用微处理器，多级运放电路的输入端与所述通道切换模块的输出端相连，多级运放电路的输出端与独立差分AD转换器的输入端相连，独立差分AD转换器的输出端与采样用微处理器相连，采样用微处理器通过通讯与校准控制模块相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路，其特征在于：所述电流采样模块中的电流检测单元由分流器、采样电阻或霍尔传感器组成。
4.根据权利要求1或2所述的一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路，其特征在于：所述通道切换模块中的通道切换单元由继电器、光继电器或MOS管组成。
5.根据权利要求3所述的一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准电路，其特征在于：所述通道切换模块中的通道切换单元由继电器、光继电器或MOS管组成。
6.一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准方法，其步骤包括：
1)对每个充放电通道中的电流同时进行实时检测，生成电流检测信号；
2)采用循环轮流的方式，每次将其中的一路电流检测信号送入至电流采样模块进行处理；
3)在电流采样模块中，对所述的电流检测信号依次进行放大、滤波和模数转换，得到当前充放电通道的实际电流输出值，并将该实际电流输出值传送至校准控制模块；
4)在校准控制模块中，将实际电流输出值与对应通道的充放电控制单元的设定输出电流相比较，当两者的误差超出预设的校准范围时，校准控制模块通过通讯向对应通道的充放电控制单元发送回路校准命令，充放电控制单元根据接收到的实际电流输出值调整当前的充放电通道的输出电流，实现电流的自动在线校准。
7.根据权利要求6所述的一种多充放电通道的电流在线检测与自动校准方法，其特征在于：步骤3)中采用了两级运算放大对所述的电流检测信号进行放大。
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