CN201819977U - 动力电池组测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种动力电池组测试系统，适用于小型电动车对电池电量的检测，属于自动检测领域。本实用新型包括电压采集电路、电流传感器、温度传感器、A/D接口、单片机和显示装置。电压采集电路用于检测串联电池的各模块电压及总电压，电流传感器用于采集串联电池组的电流信号，温度传感器采集环境温度信号，A/D接口将电压采集电路、电流传感器和温度传感器输出的模拟电压转变为数字信号后输入到单片机，单片机根据电池电压、充放电电流等信息，通过算法计算出电池的剩余容量，并在外接显示装置上实时显示以上各参数。该检测系统是一个集数据采集电路和容量计算软件于一体的综合系统，在保证足够精度要求前提下，还满足实时性的要求。

Description

动力电池组测试系统 

技术领域

本实用新型是一种动力电池组测试系统，用于动力蓄电池组充放电过程中电压电流的测试，适用于小型电动车对电池电量的检测，属于自动检测领域。 

背景技术

目前国内对串联蓄电池组的监测大都采用继电器进行切换选通的循环采集方式，这种方法可对多达十到数十个串联电池组的测量，但如果所需测量的串联电池个数较少，就会使测量电路显得过于庞大和复杂，功耗和成本也大大增加。 

实用新型内容

本实用新型所提出的串联蓄电池组检测系统通过对检测电路的改进，不仅可以同时对小规模的串联电池组的总电压、总电流、分电压和电池温度进行在线检测，而且电路结构简单，电路的控制难度也大大简化。 

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案：本系统包括电压采集电路、电流传感器、温度传感器、A/D接口、单片机和显示装置。其中：采用电压采集电路对多个串联电池电压信号进行采集，电压采集电路与串连电池组相连接，用于检测串联电池的各模块电压及总电压。电流传感器与串联电池组相连，用于采集串联电池组的电流信号，温度传感器采集环境温度信号。电压采集电路、电流传感器及温度传感器所需电压均由串联电池组提供。电压采集电路、电流传感器和温度传感器均通过A/D接口与单片机相连，A/D接口将电压采集电路、电流传感器和温度传感器输出的模拟电压转变为数字信号，输入到单片机系统。单片机根据电池电压、充放电电流等信息，通过算法计算出电池的剩余容量，并在外接显示装置上实时显示以上各参数。单片机系统还可对电池过电压、温度异常等进行预警。显示装置与单片机相连，用户通过显示装置输出信息，对电池组的工作状况有准确及时地掌握。 

所述的电压采集电路包括n+1条采集回路，其中n为串联电池组中电池的个数，每条采集回路上串联两个阻值为100-500千欧电阻；每条回路的一端与电池连接的节点相连接，另一端与接地点相连接，靠近接地端的电阻与靠近电池端的电阻阻值之比为1∶5，采集回路上靠近接地端的电阻为分压电阻，取分压电 阻上的电压作为电压采集信号，以电池两端节点的对地电位差值来反映电池电压。 

该检测系统是一个集数据采集电路和容量计算软件于一体的综合系统，在保证足够精度要求前提下，还满足实时性的要求。该系统以小型的电动车串连电池组为应用目标，因此系统的硬件设备部件尽可能可靠和低廉。系统配合A/D接口设计分压电路，这样只需外接一个霍尔电流传感器和温度传感器，就能够达到同时采集电压、电流和温度的功能。此外，系统中所用的电流和温度传感器所需的正负电源直接由测量电池组进行提供，这也大大降低了系统成本。 

附图说明

图1本实用新型工作原理示意图 

图2本实用新型主程序框图 

图3本实用新型电池容量计算过程 

图4本实用新型分压电路原理图 

具体实施方式

下面结合附图1-4对本实用新型作进一步说明： 

如图1所示，本实施例包括电压采集电路、电流传感器、温度传感器、A/D接口、单片机和显示装置。电压采集电路与串连电池组连接，用于检测串联电池的各模块电压、总电压；电流传感器用于采集串联电池组电流信号，温度传感器采集环境温度信号，电压采集电路、电流传感器和温度传感器所需电压均由串联电池组提供。 

A/D接口将电压采集电路、电流传感器和温度传感器输出的模拟电压转变为数字信号，输入到单片机系统。 

单片机根据电池电压、充放电电流等信息，通过算法计算出电池的剩余容量，并在外接显示装置上实时显示以上各参数；单片机系统还可对电池过电压、温度异常等进行预警。用户通过显示装置输出信息，对电池组的工作状况有准确及时地掌握。 

电压采集电路包括n+1条回路，其中n为串联电池组中串联电池的个数(以4块电池为例，包含5条回路，对应于电池连接的5个节点)。每条回路上设置两个大阻值电阻，该阻值的选择要考虑到降低电路功率消耗和小于A/D接口的输入阻抗的要求，每条回路均与接地点连接，采集回路上近地端电阻为分压电阻，取 分压电阻上的电压作为电压采集信号，以电池两端节点的对地电位差值来反映电池电压。 

本实施例的主程序框图如图2所示，在初始化过程后，系统首先读取A/D值，然后按照标定过程确定的关系，将A/D数据转化为真值，然后进行判断，确认系统电压和温度都在正常值范围内时，进行剩余容量的计算，然户将所有电压、电流和温度及计算得到的剩余容量送显示装置进行输出。该程序主要包括以下几个步骤： 

第一步：A/D数据读取及处理。当系统初始化后，即开始读取A/D值，并按照标定过程确定的与真值的关系进行真值计算； 

第二步：判断电压及温度是否超限，并报警处理。系统根据所用电池的使用规范，规定了电池电压和温度的上下限值，在真值计算完成后，即进行判断，并在显示装置上以闪烁和声音进行报警，提醒用户检测连接电路和故障发生； 

第三步：进行剩余容量计算，并输出显示。根据所用电池类型，综合开路电压和容量累计的方式确定电池的剩余容量。 

本实施例中剩余容量的计算方法采用开路电压结合电量累计方法，开路电压与荷电状态关系如图3所示，首先开机检测电池的开路电压，然后查表求得电池的荷电状态和剩余电量Q₀。电池充放电过程中，电池的剩余容量Q表示为： 

$Q=Q_0\±{\∫}_0^T\mathrm{\α}\left(i\right)i\left(t\right)\mathrm{dt}$

其中，放电为“-”，充电为“+”，系统可以判断电流的正负； 

α(i)称为权重系数，表示将任意放电电流所放电量折合为参考电流放电电量的加权系数： 

$\mathrm{\α}\left(i\right)=\frac{Q^{\′}}{Q}=\frac{C_{\mathrm{ref}}}{C_i}={\left(\frac{i}{I_{\mathrm{ref}}}\right)}^{n-1}$

参考电流按照国家标准设置为C/3放电电流，系数n是电池的特性参数由电池试验确定。 

本实施例用分压采集电路替代电压选通测量方式，具体的采集电路图如图4所示，以4块电池组成的电池组为例，电池串联连接共有5个节点，每个电池节点对地的回路设置高阻值电阻，采集回路上靠近电池端的电阻阻值为500千欧，采集回路上近地端电阻为分压电阻，其阻值为100千欧，取分压电阻上的电压为A/D输入信号，恰当设置电阻阻值及其比值，可以满足A/D接口对输入信号的要 求。通过对电路的理论计算和multi-sim仿真，认为分压电路能够满足分电压和总电压的测量要求。分压采集电路存在以下优点： 

1)精确度提高。电路是采用电池两端的对地电位的差值来反映电池电压，且电阻的变化只会影响到所在回路电压比的变化，不会对其他电池电压信号造成影响，从而克服了由于电阻值变化引起的测量值的变化。 

2)抗干扰能力得到提高。由于每一测量支路都存在接地信号，这就减少了由于其他原因，例如电磁波引起的电磁感应信号等的影响。 

3)共地优势。由于每一路的测量值是电阻两端的电压信号，而其中有一端接地，这样A/D接口的数据采集线都与地线信号相连，不必单独为A/D接口板另接共地端。 

系统的误差来源主要为电阻误差，经过仿真计算表明：支路的电阻变化时仅对此电阻所在的支路的电压测量信号产生影响；支路两电阻如果成比例变化经计算后所得电压值能够正确的反映电池电压，不受阻值变化影响。电源电压的变化不会对测量及计算带来影响，并且此连接电路可以在电源电压不同或不对称时，得到正确的测量值，不会产生相互影响。选用精度高、稳定性好、及耐热性能好的电阻可以大大降低电阻带来的误差。 

Claims (2)

1.动力电池组测试系统，其特征在于：包括电压采集电路、电流传感器、温度传感器、A/D接口、单片机和显示装置；其中：电压采集电路与串连电池组连接，用于检测串联电池的各模块电压及总电压；电流传感器与串联电池组相连，用于采集串联电池组的电流信号，温度传感器采集环境温度信号，电压采集电路、电流传感器及温度传感器所需电压均由串联电池组提供；电压采集电路、电流传感器和温度传感器均通过A/D接口与单片机相连，A/D接口将电压采集电路、电流传感器和温度传感器输出的模拟电压转变为数字信号，输入到单片机系统；显示装置与单片机相连。

2.根据权利要求1所述的动力电池组测试系统，其特征在于：所述的电压采集电路包括n+1条采集回路，其中n为串联电池组中电池的个数，每条采集回路上串联两个阻值为100-500千欧电阻；每条回路的一端与电池连接的节点相连接，另一端与接地点相连接，靠近接地端的电阻与靠近电池端的电阻阻值之比为1∶5，采集回路上靠近接地端的电阻为分压电阻，取分压电阻上的电压作为电压采集信号，以电池两端节点的对地电位差值来反映电池电压。

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