CN206038874U - 一种蓄电池电量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种蓄电池电量检测装置，包括电流采集模块、温度采集模块、电压采集模块、电量计芯片和主控制器，其中电流采集模块、温度采集模块和电压采集模块分别与电量计芯片的电流采集引脚、温度采集引脚和电压采集引脚连接，电流采集模块、温度采集模块、电压采集模块和电量计芯片均与主控制器连接。该装置充分利用电量计芯片电量估算的精确模型，同时系统采用主控制器加电量计芯片的方案，主控制器可自检电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块运行状态，确保温度、电流、电压采集值的有效性，获得准确的蓄电池电量数据的蓄电池电量。
Description
技术领域
本实用新型涉及到检测技术领域，尤其涉及一种蓄电池电量检测装置。
背景技术
在蓄电池电量检测领域中，传统的方法是使用主控制器采集电流、电压、温度三个参数，然后建立电量与电流、电压、温度三者的关系曲线，对电量进行估算。由于电量值的估算模型本身就是非线性的，且每种电池都有各自的特性，电池不一样，电量值估算模型也不一样。这种方法精度有限，准确性不高。而近年来电量计芯片的出现，可以有效的解决电量值估算模型不精确的问题，但是电量计芯片本身不能对其采集数值的有效性进行判断，当温度、电压、电流其中有一个参数不正常时，电量计芯片是无法发现的。那么这种情况下采集的数据自然就是错误的。
因此如何能够充分利用电量计芯片电量估算的精确模型，又可确保温度、电流、电压的有效性，从而获得准确的蓄电池电量数据，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种充分利用电量计芯片电量估算的精确模型，又可确保温度、电流、电压的有效性，从而获得准确的蓄电池电量数据的蓄电池电量检测装置。
本实用新型提供的蓄电池电量检测装置，包括电流采集模块、温度采集模块、电压采集模块、电量计芯片和主控制器，其中电流采集模块、温度采集模块和电压采集模块分别与电量计芯片的电流采集引脚、温度采集引脚和电压采集引脚连接，电流采集模块、温度采集模块、电压采集模块和电量计芯片均与主控制器连接。
优选地，所述装置还包括电源模块，用于与电流采集模块、温度采集模块、电压采集模块、电量计芯片和主控制器连接并提供电源。
优选地，所述装置还包括总线通信模块，与主控制器相连接，用于将主控制器发送的数据转出到外部总线，并接收外部总线命令。
优选地，所述电流采集模块包括霍尔传感器、通道切换电路、保护电路、滤波电路、正负电压源电路、差分放大电路、基准电压源电路、比例缩放电路，所述霍尔传感器、通道切换电路、通道切换、滤波电路、差分放大电路、比例缩放电路依次连接，正负电压源电路、基准电压源电路均与差分放大电路的输入端相连接。
优选地，所述装置还包括通道选择模块，主控制器通过通道选择模块与电流采集模块的通道切换电路连接。
优选地，所述霍尔传感器包括霍尔传感器线圈、霍尔传感器调理电路，优选地，所述温度采集模块包括热敏电阻传感器和电阻电压转换电路。
优选地，所述电压采集模块通过分压电路与主控制器相连接。
该装置是充分利用电量计芯片电量估算的精确模型，同时系统采用主控制器加电量计芯片的方案，主控制器可自检电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块运行状态，确保温度、电流、电压采集值的有效性，获得准确的蓄电池电量数据的蓄电池电量。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种蓄电池电量检测装置的结构框图；
图2为本实用新型提供的一种电流采集模块的结构框图；
图3为本实用新型提供的一种蓄电池电量检测方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
参见图1和图2，图1为本实用新型提供的一种蓄电池电量检测装置的结构框图，图2为本实用新型提供的一种电流采集模块的结构框图。
本实用新型提供的蓄电池电量检测装置，包括电流采集模块1、温度采集模块2、电压采集模块3、电量计芯片4和主控制器5，其中电流采集模块1、温度采集模块2和电压采集模块3分别与电量计芯片4的电流采集引脚、温度采集引脚和电压采集引脚连接，电流采集模块1、温度采集模块2、电压采集模块3和电量计芯片4均与主控制器连接。
电流采集模块1采集蓄电池电流信息，经处理后一路反馈给主控制器5，一路通过电量计芯片4的电流采集引脚输出给电量计芯片4；温度采集模块1采集蓄电池温度信息，经处理后一路反馈给主控制器5，一路通过电量计芯片4的温度采集引脚输出给电量计芯片4；电压采集模块1采集蓄电池电压信息，经处理后一路反馈给主控制器5，一路通过电量计芯片4的电压采集引脚输出给电量计芯片4。
所述电量计芯片4，即battery fuel gauge，其内部集成了高精度AD转换器、电量估算模型及算法，用于通过接收到的电流信息、温度信息和电压信息估算得到蓄电池的电量。所述主控制器5负责监控和收集电流采集模块1、温度采集模块2、电压采集模块3的电流信息、温度信息、电压信息，当三个模块中任何一个出现故障时，电量计4采集的数据就是无效数据，必须丢弃。只有在三个模块工作正常的情况下，电量计芯片4采集的数据才是正确数据，主控制器5读取电量计芯片4电压、电流、温度、电量等参数值。
该装置是充分利用电量计芯片电量估算的精确模型，同时系统采用主控制器加电量计芯片的方案，主控制器可自检电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块运行状态，确保温度、电流、电压采集值的有效性，获得准确的蓄电池电量数据的蓄电池电量。
主控制器5对电量、温度、电压三个参数在蓄电池充放电时的变化趋势进行分析，就可以判断采集值是否正常。另外除电流值会有突变外，电压、电量、温度这三个参数都具有缓慢变化的特点，且当前采集值与历史值具有相关性。主控制器5可建立电压、电流、温度与电量的关系曲线，从而深度分析数据是否正确。
所述装置还包括电源模块6，用于与电流采集模块1、温度采集模块2、电压采集模块3、电量计芯片4和主控制器5连接并提供电源。因为蓄电池电量检测装置需长期连接蓄电池，为了防止蓄电池电量检测装置消耗蓄电池过多的能量，所述电源模块6具有极低漏电流，所述主控制器5选择低功耗CPU，从而使所述蓄电池电量检测装置具有极低漏电流和极低功耗。
考虑到显示装置安装位置处在电池周围，不便于观察，所述装置还包括总线通信模块7，与主控制器5相连接，用于将主控制器5发送的数据转出到外部总线，并接收外部总线命令。所述检测装置利用总线通信模块将采集的数据发送到总线，以供后级设备使用。
上电开始运行，主控制器1初始化；电流采集模块1、温度采集模块2、电压采集模块3采集蓄电池的电流、温度和电压信息，并发送给主控制器5和电量计芯片4；电量计芯片4根据接收到的电流信息、温度信息和电压信息通过电量估算模型及算法估算得到蓄电池的电量；主控制器5检测电流采集模块1、温度采集模块2、电压采集模块3，有无开路故障、短路故障，判断各模块运行正常否？
若各模块无故障，主控制器5读取电量计芯片4电压、电流、温度、电量等参数值；主控制器5调用数据分析子程序；主控制器5分别开辟电压、电流、温度、电量四个数据缓存区，并保存相关数据，同时向总线发送数据。
若有模块有故障，主控制器5读取电量计芯片4数据时丢弃不正常模块采集的数据与电量值，同时向总线发送故障消息；主控制器5从缓存中读取不正常模块数据历史数据，同时调用AD采样此不正常模块；对比不正常模块的AD采样值与该模块最近的历史值，分析两者区别是否较大？
若差别较小，选择实时采样值，主控制器5利用该采样值结合其他正常模块的参数进行电量估算，存储数据到缓存，并标记AD值，同时发送给总线；
若差别较大，选择该不正常模块最近时刻的历史值作为的当前有效值，主控制器5再结合其他正常模块的参数进行电量估算；主控制器5存储数据到缓存中、并做标识，同时发送数据到总线。
系统采用主控制器加电量计芯片的方案，主控制器可自检电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块运行状态，确保采集值的有效；此特点可避免电量计芯片在传感器出现故障时采集无效数据导致的误报。因此非常有效的解决了数据有效的问题。
由于电量计芯片通常能检测电流的范围有限，仅仅几十安培，因此电流采集模块1、温度采集模块2、电压采集模块3必须对采集到的数据进行处理才能发送给电量计芯片，具体为：
参见图2，所述电流采集模块1包括霍尔传感器11、通道切换电路12、保护电路13、滤波电路14、正负电压源电路16、差分放大电路15、基准电压源电路17、比例缩放电路18，所述霍尔传感器11、通道切换电路12、保护电路13、滤波电路14、差分放大电路15、比例缩放电路18依次连接，正负电压源电路16、基准电压源电路17均与差分放大电路15的输入端相连接。
通道切换电路12控制霍尔传感器11在检测小电流时选择通道1，在检测大电流时选择通道2，霍尔传感器11采集蓄电池的电流信息后输出电压给保护电路13，保护电路输出的电压一路反馈给主控制器5，一路滤波电路14滤波后，进入差分放大电路15，差分放大电路15将滤波电路14的输出电压减去基准电压源电路17提供的基准电压源的参考电压后，得到一个电压的变化值，电压值的大小可以比例反映检测的电流的变化，由于电量计芯片4的检测引脚量程通常比较小，所以需要比例缩放电路18将电压变化值比例缩小到芯片允许的量程范围内，正负电压源电路16给差分放大电路15供电。
。选择有双路输出通道的霍尔电流传感器，可以拓展应用的场合：检测小电流时选择通道1，通道1有检测电流精度高，范围小；检测大电流时选择通道2，通道2有检测电流范围大，精度低。
优选地，所述霍尔传感器11包括霍尔传感器线圈、霍尔传感器调理电路，为DHABS/33霍尔传感器。
所述通道选择模块12是选择霍尔传感器的输出通道，根据采集电流值切换通道。采用lem公司的DHAB S/33霍尔传感器，具有双通道电压信号输出，通道1：电流范围小（正负75安培），精度高；通道2：电流范围大（正负750安培），精度低。
在进一步的方案中，所述蓄电池电量检测装置还包括通道选择模块8，主控制器4通过通道选择模块8与电流采集模块1的通道切换电路12连接。
所述温度采集模块2选择热敏电阻传感器，热敏电阻传感器阻值随温度变化而变化，经电阻电压转换电路处理转化为电压信号，一路反馈给主控制器5，一路输入到电量计芯片4温度采集引脚。
所述电压采集模块3可直接采集蓄电池电压，一路反馈给主控制器5，一路通过电量计芯片4的电压采集引脚输出给电量计芯片4。反馈给主控制器的一路则需要通过分压电路比例缩小到CPU引脚的标准电平范围内。
参见图3，图3为本实用新型提供的一种蓄电池电量检测方法的流程图。
一种蓄电池电量检测方法，包括：
步骤1：上电开始运行，主控制器初始化；
步骤2：电流采集模块、温度采集模块、电压采集模块采集蓄电池的电流、温度和电压信息，并发送给主控制器和电量计芯片；电量计芯片根据接收到的电流信息、温度信息和电压信息通过电量估算模型及算法估算得到蓄电池的电量；主控制器检测电流采集模块、温度采集模块、电压采集模块，有无开路故障、短路故障，判断各模块运行正常否？若各模块无故障，则转入步骤4，反之则转入步骤6；
步骤3：主控制器读取电量计芯片电压、电流、温度、电量等参数值；
步骤4：主控制器调用数据分析子程序，用于分析电压、电流、温度、与电量之间的关系是否处于合理的范围内；
步骤5：主控制器分别开辟电压、电流、温度、电量四个数据缓存区，并保存相关数据，同时向总线发送数据，之后转入步骤12；
步骤6：主控制器读取电量计芯片数据时丢弃不正常模块采集的数据与电量值，同时向总线发送故障消息；
步骤7：主控制器从缓存中读取不正常模块数据历史数据，同时调用AD采样此不正常模块；
步骤8：对比不正常模块的AD采样值与该模块最近的历史值，分析两者区别是否较大？若差别较小则进入步骤9，反之则进入步骤10；
步骤9：选择实时采样值，主控制器利用该采样值结合其他正常模块的参数进行电量估算，存储数据到缓存，并标记AD值，同时发送给总线，之后转入步骤12；
步骤10:选择该不正常模块最近时刻的历史值作为的当前有效值，主控制器再结合其他正常模块的参数进行电量估算；
步骤11：主控制器存储数据到缓存中并做标识，同时发送数据到总线，之后转入步骤12；
步骤12：流程结束。
充分利用电量计芯片电量估算的精确模型，同时系统采用主控制器加电量计芯片的方案，主控制器可自检电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块运行状态，确保温度、电流、电压采集值的有效性，获得准确的蓄电池电量数据的蓄电池电量。
以上对本实用新型所提供的一种蓄电池电量检测装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种蓄电池电量检测装置，其特征在于，包括电流采集模块、温度采集模块、电压采集模块、电量计芯片和主控制器，其中电流采集模块、温度采集模块和电压采集模块分别与电量计芯片的电流采集引脚、温度采集引脚和电压采集引脚连接，电流采集模块、温度采集模块、电压采集模块和电量计芯片均与主控制器连接。
2.根据权利要求1所述的蓄电池电量检测装置，其特征在于，所述装置还包括电源模块，用于与电流采集模块、温度采集模块、电压采集模块、电量计芯片和主控制器连接并提供电源。
3.根据权利要求2所述的蓄电池电量检测装置，其特征在于，所述装置还包括总线通信模块，与主控制器相连接，用于将主控制器发送的数据转出到外部总线，并接收外部总线命令。
4.根据权利要求1至3任一项所述的蓄电池电量检测装置，其特征在于，所述电流采集模块包括霍尔传感器、通道切换电路、保护电路、滤波电路、正负电压源电路、差分放大电路、基准电压源电路、比例缩放电路，所述霍尔传感器、通道切换电路、保护电路、滤波电路、差分放大电路、比例缩放电路依次连接，正负电压源电路、基准电压源电路均与差分放大电路的输入端相连接。
5.根据权利要求4所述的蓄电池电量检测装置，其特征在于，所述装置还包括通道选择模块，主控制器通过通道选择模块与电流采集模块的通道切换电路连接。
6.根据权利要求5所述的蓄电池电量检测装置，其特征在于，所述霍尔传感器包括霍尔传感器线圈、霍尔传感器调理电路。
7.根据权利要求6所述的蓄电池电量检测装置，其特征在于，所述温度采集模块包括热敏电阻传感器和电阻电压转换电路。
8.根据权利要求7所述的蓄电池电量检测装置，其特征在于，所述电压采集模块通过分压电路与主控制器相连接。
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