CN111044923A - 电池容量检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电池容量检测电路。电池容量检测电路可以通过检测电路检测待检测电池的输出电流，并将输出电流转化为输出电压发送至电压控制电路。电压控制电路接收输出电压，并判断输出电压是否小于预设电压，若输出电压小于预设电压，则生成升压控制信号并发送至升压电路，升压电路根据升压控制信号提高待检测电池的输出电压，以使待检测电池的输出电流保持恒定。容量测量电路计算待检测电池的放电时间，并根据输出电流和放电时间计算待检测电池的容量。本申请提供的电池容量检测电路可以实现对蓄电池的化学能的直接测量，同时可以通过电压控制电路对输入电压有较宽的适应范围，对放电电流有较强的控制能力，可以适应多种蓄电池放电要求。

Description

电池容量检测电路

技术领域

本申请涉及电池容量检测技术领域，特别是涉及一种电池容量检测电路。

背景技术

随着永磁断路器投运时间增长，永磁断路器中蓄电池不可避免的出现容量衰减或停电后电量不足的问题，导致永磁断路器无法操作。同时，由于蓄电池只能从外观进行巡视，难以提前预知电池状态。而容量检测是判断蓄电池放电能力和寿命状况的最佳方法，现有技术中通常采用核对放电法、电导法、内阻法和安时计法等进行蓄电池放电检测。

其中，核对放电法采用恒定电流对蓄电池完全放电，是检测蓄电池容量最直接、准确且可靠的方法。现有的核对放电设备采用可变电阻器以及降压型电路进行放电，其需要人工调节电阻，具有控制精度差以及适用范围小的问题。

发明内容

基于此，有必要针对现有核对放电设备具有控制精度差以及适用范围小的问题，提供一种电池容量检测电路。

本申请提供一种电池容量检测电路，包括：

升压电路，其第一端与待检测电池的正极电连接，用于提升所述待检测电池的输出电压；

检测电路，其第一端与所述升压电路的第二端电连接，其第二端与所述待检测电池的负极电连接，用于检测所述待检测电池的输出电流，并将所述输出电流转化为输出电压；

电压控制电路，其输入端与所述检测电路的第三端电连接，其第一输出端与所述升压电路的第三端电连接，所述电压控制电路用于接收所述输出电压，并判断所述输出电压是否小于预设电压，若所述输出电压小于所述预设电压，则生成升压控制信号并发送至所述升压电路，所述升压电路根据所述升压控制信号提高所述待检测电池的所述输出电压，以使所述待检测电池的输出电流保持恒定；以及

容量测量电路，其输入端与电压控制电路的第二输出端电连接，用于计算所述待检测电池的放电时间，并根据所述输出电流和所述放电时间计算所述待检测电池的容量。

在其中一个实施例中，所述升压电路包括：

电感，其第一端形成所述升压电路的第一端；

开关管，其第一端与所述电感的第二端电连接，其第二端作为所述升压电路的第二端，其第三端作为所述升压电路的第三端；

第一二极管，其第一端与所述电感的第二端电连接；

第一电容，其第一端与所述第一二极管的第二端电连接，其第二端与所述开关管的第二端电连接；以及

第一电阻，与所述第一电容并联。

在其中一个实施例中，所述升压电路还包括：

电压吸收支路，并联于所述开关管的第一端和第二端，用于吸收所述开关管断开时产生的电压尖峰。

在其中一个实施例中，所述电压吸收支路包括：

第二二极管，其输入端与所述开关管的第一端电连接；

第二电容，其第一端与所述第二二极管的输出端电连接，其第二端与所述开关管的第二端电连接；以及

第二电阻，与所述第二二极管并联。

在其中一个实施例中，所述检测电路包括霍尔器件，所述霍尔器件的第一端与所述升压电路的第二端电连接，其第二端与所述待检测电池的负极电连接，其第三端与所述电压控制电路的输入端电连接。

在其中一个实施例中，所述电压控制电路包括：

滤波支路，其输入端与所述检测电路的第三端电连接，用于对所述输出电压进行滤波处理；

电压比较支路，其输入端与所述滤波支路的第一输出端电连接，用于比较所述输出电压是否小于所述预设电压；

控制支路，其输入端与所述电压比较支路的输出端电连接，用于在所述输出电压小于所述预设电压时，输出脉冲宽度调制信号；以及

驱动支路，其第一输入端与所述控制支路电连接，其输出端与所述升压电路的第三端电连接，用于根据所述脉冲宽度调制信号，生成所述升压控制信号并发送至所述升压电路。

在其中一个实施例中，所述电压控制电路还包括：

放大支路，其输入端与所述滤波支路的第一输出端电连接，其输出端与所述电压比较支路的输入端电连接，用于对所述输出电压进行放大处理。

在其中一个实施例中，所述容量测量电路包括：

采样支路，其输入端与所述滤波支路的第二输出端电连接，用于将所述输出电压由模拟信号转化为数字信号；以及

容量计算支路，其输入端与所述采样支路的输出端电连接，用于计算所述待检测电池的放电时间，并根据所述输出电压、所述第一电阻的阻值以及所述放电时间计算所述待检测电池的容量。

在其中一个实施例中，所述电池容量检测电路还包括隔离电路，其第一端与所述驱动支路的第二输入端电连接，用于隔离其它电路对所述驱动支路的影响。

在其中一个实施例中，所述控制支路包括：

比例积分控制器，其输入端与所述电压比较支路的输出端电连接；以及

脉冲宽度调制控制器，其输入端与所述比例积分控制器的输出端电连接，其输出端与所述驱动支路的第一输入端电连接。

在其中一个实施例中，所述电池容量检测电路还包括显示电路，其输入端与所述容量测量电路的输出端电连接，用于显示所述待检测电池的容量。

上述实施例提供的电池容量检测电路，可以通过检测电路检测待检测电池的输出电流，并将输出电流转化为输出电压发送至电压控制电路。电压控制电路接收输出电压，并判断输出电压是否小于预设电压，若输出电压小于预设电压，则生成升压控制信号并发送至升压电路，升压电路根据升压控制信号提高待检测电池的输出电压，以使待检测电池的输出电流保持恒定。容量测量电路计算待检测电池的放电时间，并根据输出电流和放电时间计算待检测电池的容量。本申请提供的电池容量检测电路可以实现对蓄电池的化学能的直接测量，同时可以通过电压控制电路对输入电压有较宽的适应范围，对放电电流有较强的控制能力，可以适应多种蓄电池放电要求。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种电池容量检测电路。

附图标号说明

100 电池容量检测电路

10 升压电路

110 电感

120 开关管

130 第一二极管

140 第一电容

150 第一电阻

160 电压吸收支路

161 第二二极管

162 第二电容

163 第二电阻

20 检测电路

210 霍尔器件

30 电压控制电路

310 滤波支路

320 电压比较支路

330 控制支路

331 比例积分控制器

332 脉冲宽度调制控制器

340 驱动支路

350 放大支路

40 容量测量电路

410 采样支路

420 容量计算支路

50 隔离电路

60 显示电路

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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，不是旨在于限制本申请。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。

请参见图1，本申请提供一种电池容量检测电路100。电池容量检测电路100包括升压电路10、检测电路20、电压控制电路30和容量测量电路40。升压电路10，其第一端与待检测电池的正极电连接，用于提升待检测电池的输出电压。检测电路20，其第一端与升压电路10的第二端电连接，其第二端与待检测电池的负极电连接，用于检测待检测电池的输出电流，并将输出电流转化为输出电压。电压控制电路30，其输入端与检测电路20的第三端电连接，其第一输出端与升压电路10的第三端电连接，电压控制电路30用于接收输出电压，并判断输出电压是否小于预设电压，若输出电压小于预设电压，则生成升压控制信号并发送至升压电路10，升压电路10根据升压控制信号提高待检测电池的输出电压，以使待检测电池的输出电流保持恒定。容量测量电路40，其输入端与电压控制电路30的第二输出端电连接，用于计算待检测电池的放电时间，并根据输出电流和放电时间计算待检测电池的容量。

本申请提供的电池容量检测电路100可以通过检测电路20检测待检测电池的输出电流，并将输出电流转化为输出电压发送至电压控制电路30。电压控制电路30接收输出电压，并判断输出电压是否小于预设电压，若输出电压小于预设电压，则生成升压控制信号并发送至升压电路10，升压电路10根据升压控制信号提高待检测电池的输出电压，以使待检测电池的输出电流保持恒定。容量测量电路40计算待检测电池的放电时间，并根据输出电流和放电时间计算待检测电池的容量。本申请提供的电池容量检测电路100可以实现对蓄电池的化学能的直接测量，同时可以通过电压控制电路30对输入电压有较宽的适应范围，对放电电流有较强的控制能力，可以适应多种蓄电池放电要求。

在其中一个实施例中，升压电路10包括电感110、开关管120、第一二极管130、第一电容140和第一电阻150。电感110，其第一端形成升压电路10的第一端。开关管120，其第一端与电感110的第二端电连接，其第二端作为升压电路10的第二端，其第三端作为升压电路10的第三端。第一二极管130，其第一端与电感110的第二端电连接。第一电容140，其第一端与第一二极管130的第二端电连接，其第二端与开关管120的第二端电连接。第一电阻150与第一电容140并联。可以理解，升压电路10的工作频率可以为50HZ，主功率器件开关管120可以为金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)管或者绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，具体类型可以根据实际需要进行选择。升压电路10可以为升压斩波电路。可以理解，由于待检测电池在放大过程中，随着容量的降低，输出电压不断减小。通过设置升压电路10，可以根据待检测电池的输出电压与预设电压的大小关系，控制待检测电池的输出电压保持恒定，从而根据稳定的输出电流和时间计算待检测电池的容量。可以理解，预设电压可以为待检测电池在初始放电时的输出电压的大小。

在其中一个实施例中，升压电路10还包括电压吸收支路160。电压吸收支路160并联于开关管120的第一端和第二端，用于吸收开关管120断开时产生的电压尖峰。在其中一个实施例中，电压吸收支路160包括第二二极管161、第二电容162和第二电阻163。第二二极管161，其输入端与开关管120的第一端电连接。第二电容162，其第一端与第二二极管161的输出端电连接，其第二端与开关管120的第二端电连接。第二电阻163与第二二极管161并联。可以理解，当升压电路10中的主功率器件为开关管120时，开关管在断开时会在C极产生电压尖峰，而电压尖峰会导致输出瞬间变大，使得电流也瞬间增大。因此，该过程无法保证待检测电池维持恒定的电流输出，进而导致电池容量检测产生偏差。因此，通过设置电压吸收支路160，可以提高电池容量检测电路100对电池容量检测的准确性。

在其中一个实施例中，检测电路20包括霍尔器件210，霍尔器件210的第一端与升压电路10的第二端电连接，其第二端与待检测电池的负极电连接，其第三端与电压控制电路30的输入端电连接。在其中一个实施例中，霍尔器件210可以为霍尔传感器，霍尔传感器的原边额度输入电流可以为60A，副边额度输出电压可以为5V。上述型号原边额度输入电流和副边额度输出电压的选择可以确保霍尔传感器适用于不同容量电池的检测，保证霍尔传感器不会被烧毁。

在其中一个实施例中，电压控制电路30包括滤波支路310、电压比较支路320、控制支路330和驱动支路340。滤波支路310，其输入端与检测电路20的第三端电连接，用于对输出电压进行滤波处理。电压比较支路320，其输入端与滤波支路310的第一输出端电连接，用于比较输出电压是否小于预设电压。控制支路330，其输入端与电压比较支路320的输出端电连接，用于在输出电压小于预设电压时，输出脉冲宽度调制信号。驱动支路340，其第一输入端与控制支路330电连接，其输出端与升压电路10的第三端电连接，用于根据脉冲宽度调制信号，生成升压控制信号并发送至升压电路10。在其中一个实施例中，电压控制电路30还包括放大支路350，其输入端与滤波支路310的第一输出端电连接，其输出端与电压比较支路320的输入端电连接，用于对输出电压进行放大处理。

电压控制电路30可以包括滤波支路310和放大支路350，这是由于检测的电流信号非恒定值，并且包含了开关工作频率干扰，为此需要对检测电路20输出的电压信号进行放大和滤波。放大和滤波后的电路可以输入电压比较支路320，电压比较支路320可以将输出电压与预设电压，即基准给定电压进行比较。控制支路330可以根据输出电压与预设电压的差值，即两者之间误差采用比例积分控制器331闭环控制调节后，控制脉冲宽度调制控制器332输出相应的占空比，驱动支路340驱动升压电路10，从而提升第一电阻150两端的电压，进而调节待检测电池的放电电流，使其保持恒定。其中，偏置电压可以保证脉冲宽度调制控制器332在无基准给定信号时具有稳定的初始状态。可以理解，通过设置控制支路330可以使电池容量检测电路100对输入电压有较宽的适应范围，对放电电流有较强的控制能力，能够适应不同待检测电池的放电要求。

在其中一个实施例中，容量测量电路40包括采样支路410和容量计算支路420。采样支路410，其输入端与滤波支路310的第二输出端电连接，用于将输出电压由模拟信号转化为数字信号。容量计算支路420，其输入端与采样支路410的输出端电连接，用于计算待检测电池的放电时间，并根据输出电压、第一电阻150的阻值以及放电时间计算待检测电池的容量。可以理解，通过滤波支路310和放大支路350对检测电路20输出的电压信号进行放大和滤波。滤波后的电压值可以经采样支路410进行采样，即将模拟信号转化为数字信号后发送至容量计算支路420。在其中一个实施例中，容量计算支路420中可以包括单片机，单片机可以根据检测电路20采集到的稳定的输出电压以及升压电路10中作为负载的第一电阻150的已知阻值，根据欧姆定律计算得到稳定的输出电流。单片机还可以根据输出电流和计算得到的电池的放电时间，通过计算输出电流和放电时间的乘积得到待检测电池的容量。

在其中一个实施例中，电池容量检测电路还包括隔离电路50，其第一端与驱动支路340的第二输入端电连接，用于隔离其它电路对驱动支路340的影响。可以理解，隔离电路50可防止其他电路对驱动支路340产生影响，从而保证整个电池容量检测电路100的稳定工作。

在其中一个实施例中，控制支路330包括比例积分控制器331、脉冲宽度调制控制器332。比例积分控制器331，其输入端与电压比较支路320的输出端电连接。脉冲宽度调制控制器332，其输入端与比例积分控制器331的输出端电连接，其输出端与驱动支路340的第一输入端电连接。本申请提供的电池容量检测电路100以升压电路10为主电路，结合采用脉冲宽度调制技术和比例积分闭环控制技术的控制支路330，可以满足各类型待检测蓄电池容量检测的要求。在本实施例中，霍尔器件可以检测待检测电池的放电电流信号，经过放大滤波后与基准给定电压进行比较，根据两者之间误差采用比例积分控制器331闭环控制调节后，控制脉冲宽度调制控制器332输出相应的占空比，驱动支路340驱动升压电路10，从而提升第一电阻150两端的电压，进而使待检测电池的放电电流保持恒定。

在其中一个实施例中，电池容量检测电路还包括显示电路60，其输入端与容量测量电路40的输出端电连接，用于显示待检测电池的容量。可以理解，最终电池容量信息可以通过串口通信发送至显示电路60。显示电路60可以包括显示屏，显示屏可以显示待检测电池的容量，从而方便工作人员对待检测电池的容量进行查看，以保证永磁断路器的正常工作。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种电池容量检测电路，其特征在于，包括：

升压电路(10)，其第一端与待检测电池的正极电连接，用于提升所述待检测电池的输出电压；

检测电路(20)，其第一端与所述升压电路(10)的第二端电连接，其第二端与所述待检测电池的负极电连接，用于检测所述待检测电池的输出电流，并将所述输出电流转化为输出电压；

电压控制电路(30)，其输入端与所述检测电路(20)的第三端电连接，其第一输出端与所述升压电路(10)的第三端电连接，所述电压控制电路(30)用于接收所述输出电压，并判断所述输出电压是否小于预设电压，若所述输出电压小于所述预设电压，则生成升压控制信号并发送至所述升压电路(10)，所述升压电路(10)根据所述升压控制信号提高所述待检测电池的所述输出电压，以使所述待检测电池的输出电流保持恒定；以及

容量测量电路(40)，其输入端与电压控制电路(30)的第二输出端电连接，用于计算所述待检测电池的放电时间，并根据所述输出电流和所述放电时间计算所述待检测电池的容量。

2.根据权利要求1所述的电池容量检测电路，其特征在于，所述升压电路(10)包括：

电感(110)，其第一端形成所述升压电路(10)的第一端；

开关管(120)，其第一端与所述电感(110)的第二端电连接，其第二端作为所述升压电路(10)的第二端，其第三端作为所述升压电路(10)的第三端；

第一二极管(130)，其第一端与所述电感(110)的第二端电连接；

第一电容(140)，其第一端与所述第一二极管(130)的第二端电连接，其第二端与所述开关管(120)的第二端电连接；以及

第一电阻(150)，与所述第一电容(140)并联。

3.根据权利要求2所述的电池容量检测电路，其特征在于，所述升压电路(10)还包括：

电压吸收支路(160)，并联于所述开关管(120)的第一端和第二端，用于吸收所述开关管(120)断开时产生的电压尖峰。

4.根据权利要求3所述的电池容量检测电路，其特征在于，所述电压吸收支路(160)包括：

第二二极管(161)，其输入端与所述开关管(120)的第一端电连接；

第二电容(162)，其第一端与所述第二二极管(161)的输出端电连接，其第二端与所述开关管(120)的第二端电连接；以及

第二电阻(163)，与所述第二二极管(161)并联。

5.根据权利要求1所述的电池容量检测电路，其特征在于，所述检测电路(20)包括霍尔器件(210)，所述霍尔器件(210)的第一端与所述升压电路(10)的第二端电连接，其第二端与所述待检测电池的负极电连接，其第三端与所述电压控制电路(30)的输入端电连接。

6.根据权利要求2所述的电池容量检测电路，其特征在于，所述电压控制电路(30)包括：

滤波支路(310)，其输入端与所述检测电路(20)的第三端电连接，用于对所述输出电压进行滤波处理；

电压比较支路(320)，其输入端与所述滤波支路(310)的第一输出端电连接，用于比较所述输出电压是否小于所述预设电压；

控制支路(330)，其输入端与所述电压比较支路(320)的输出端电连接，用于在所述输出电压小于所述预设电压时，输出脉冲宽度调制信号；以及

驱动支路(340)，其第一输入端与所述控制支路(330)电连接，其输出端与所述升压电路(10)的第三端电连接，用于根据所述脉冲宽度调制信号，生成所述升压控制信号并发送至所述升压电路(10)。

7.根据权利要求6所述的电池容量检测电路，其特征在于，所述电压控制电路(30)还包括：

放大支路(350)，其输入端与所述滤波支路(310)的第一输出端电连接，其输出端与所述电压比较支路(320)的输入端电连接，用于对所述输出电压进行放大处理。

8.根据权利要求6所述的电池容量检测电路，其特征在于，所述容量测量电路(40)包括：

采样支路(410)，其输入端与所述滤波支路(310)的第二输出端电连接，用于将所述输出电压由模拟信号转化为数字信号；以及

容量计算支路(420)，其输入端与所述采样支路(410)的输出端电连接，用于计算所述待检测电池的放电时间，并根据所述输出电压、所述第一电阻(150)的阻值以及所述放电时间计算所述待检测电池的容量。

9.根据权利要求6所述的电池容量检测电路，其特征在于，还包括隔离电路(50)，其第一端与所述驱动支路(340)的第二输入端电连接，用于隔离其它电路对所述驱动支路(340)的影响。

10.根据权利要求6所述的电池容量检测电路，其特征在于，所述控制支路(330)包括：

比例积分控制器(331)，其输入端与所述电压比较支路(320)的输出端电连接；以及

脉冲宽度调制控制器(332)，其输入端与所述比例积分控制器(331)的输出端电连接，其输出端与所述驱动支路(340)的第一输入端电连接。

11.根据权利要求1所述的电池容量检测电路，其特征在于，还包括显示电路(60)，其输入端与所述容量测量电路(40)的输出端电连接，用于显示所述待检测电池的容量。

Images