CN206696413U

CN206696413U - 大量程电池剩余电量检测装置

Info

Publication number: CN206696413U
Application number: CN201720556382.5U
Authority: CN
Inventors: 王宗鼎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2027-05-18

Abstract

本实用新型涉及一种大量程电池剩余电量检测装置，属于一种检测电路。本实用新型采用的技术方案是：大量程电池剩余电量检测装置，其特征是，包括前端处理电路、数据处理模块，信息显示板、输入按键和内置电源；数据处理模块为arduino模块，所述前端处理电路包括输入保护电路、信号处理电路，输入保护电路接入待测电源，信号处理电路的输出引脚接入arduino模块的A0‑A2引脚，内置电源分别接入信号处理电路、受控电流源、信息显示板和输入按键并为其提供电能。

Description

大量程电池剩余电量检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种大量程电池剩余电量检测装置，属于一种检测电路。

背景技术

在生活中，我们常常遇到难以区分新旧电池的问题。虽然这可以用万用表或电池测试仪测量其电压来获知其剩余电量，但使用这两种仪器需要有一定的相关知识，而且普通家庭极少有万用表等仪器，使得家庭条件下判断电池的剩余电量非常困难。而且，市面上的电池种类繁多，良莠不齐，其质量好坏很难鉴别。因此，我们需要一种可以快速检测各种电池（尤其是干电池）剩余电量和放电能力的仪器来快速鉴别电池的剩余电量和放电能力。

发明内容

本实用新型涉及一种大量程电池剩余电量检测装置，快速检测各种常见电池，通过其电压自动识别电池种类，并计算出该电池的剩余电量和内阻，然后显示出来。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

大量程电池剩余电量检测装置，其特征是，包括前端处理电路、数据处理模块，信息显示板、输入按键和内置电源；

数据处理模块为arduino微型电脑，

所述前端处理电路包括输入保护电路、信号处理电路，输入保护电路接入待测电源，信号处理电路的输出引脚接入arduino模块的A0-A2引脚，内置电源分别接入信号处理电路、受控电流源、信息显示板和输入按键并为其提供电能。

作为优选，所述输入保护电路为两串联的稳压二极管，两稳压二极管的负极相连，正极与待测电源接线接入信号处理电路,所述信号处理电路包括与两稳压二极管并联的高精度运算放大器和功率厂效应管，功率厂效应管后部串联两级运算放大器,后一级运算放大器为三组，后一级三组运算放大器的输入端分别接入arduino微型电脑的A2、A1、A0输入端。

进一步的优选，所述后一级运算放大器中输出端接入arduino微型电脑的A2、A1的两个运算放大器采用同相接法分别串联接入10千欧电阻和100千欧可变电阻，上述两运算放大器的负极输入端各串联10千欧电阻。

可以快速检测各种电池（尤其是干电池）剩余电量和放电能力的仪器来快速鉴别电池的剩余电量和放电能力。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图，

图2是本实用新型的处理前端的电路图，

图3是本实用新型的arduino微型电脑电路图，

图4是本实用新型的工作流程图。

图5是应用于1.5V干电池检测的放电曲线，

图6是应用于3.7V锂电池放电曲线，

图7是应用于铅蓄电池的放电曲线。

具体实施方式

本装置选用Arduino作为数据处理模块，。Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。内置有系统软件（Arduino IDE)。使用Arduino与Adobe Flash,Processing, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider等软件结合，作出互动作品。

本装置使用的模拟前端的设计输入电压为0~±24V，而Arduino内部A/D转换器的工作电压范围是0～5V。故模拟前端需要将0~±24V的输入电压转换成0~+5V，以适应Arduino的转换范围。本装置的模拟前端电路原理图1如下：大量程电池剩余电量检测装置，其特征是，包括前端处理电路、arduino微型电脑，信息显示板、输入按键和内置电源；所述前端处理电路包括输入保护电路、信号处理电路，输入保护电路接入待测电源，信号处理电路的输出引脚接入arduino模块的A0-A2引脚，内置电源分别接入信号处理电路、受控电流源、信息显示板和输入按键并为其提供电能前端处理电路电路如图2所示，输入保护电路为两串联的稳压二极管，两稳压二极管的负极相连，正极与待测电源接线接入信号处理电路,所述信号处理电路包括与两稳压二极管并联的高精度运算放大器和功率厂效应管，功率厂效应管后部串联两级运算放大器,后一级运算放大器为三组，后一级三组运算放大器的输入端分别接入arduino微型电脑的A2、A1、A0输入端。后一级运算放大器中输出端接入arduino微型电脑的A2、A1的两个运算放大器采用同相接法分别串联接入10千欧电阻和100千欧可变电阻，上述两运算放大器的负极输入端各串联10千欧电阻。UIN接被测电池，CCSIN接电源板上的CCS OUT，Uo1、Uo2、Uo3分别接Arduino的A2、A1、A0。

本装置的电源本需要将来自9V叠层电池的6～10V DC转换成稳定的+9V、+5V、-3V供单片机和模拟前端使用，同时对arduino产生的PWM信号进行滤波，使其变成纹波系数符合要求的直流电，作为有源负载的基准电压。其中，+5V可以由Arduino自带的1117-5获得，不需要电源提供。+9V采用基于XL6009的Boost电路提供，保证电压稳定；-3V由34063提供。将单片机提供的PWM信号经阻容一阶LPF滤波后经缓冲器输出，即为基准电压。

本装置的驱动主要可分为LCD1602的驱动、电池电压的测量和内阻的计算、电池种类的识别和剩余电量的计算3部分。总程序流程图如图4所示：

使用本装置进行电池电压的测量

由于输入电压范围太大，为保证精度，不能直接将其衰减后进行A/D转换。故将其分为3个区间，由单片机选择量程。每个量程对应不同的输入电压和不同的衰减量。

量程一：0~5V，不衰减

量程二：5~10V，2倍衰减

量程三：10~25V，5倍衰减

量程选择及电压测量子程序如下：

float Test () {

int a, b, c;

float vo = 0;

a = analogRead(A0);

if (a == 1023) {

b = analogRead(A1);

if (b == 1023) {

c = analogRead(A2);

if (c == 1023) {

OC = 1;

} else {

vo = c * (5.0 / 1023.0) * 5.0;

}

} else {

vo = b * (5.0 / 1023.0) * 2.0;

}

} else {

vo = a * (5.0 / 1023.0);

}

if (OC == 0) {

return vo;

} else {

return 0.0;

}

电池内阻的计算

因为实际的电池可等效为一个有伴电压源，所以我们可以通过其空载电压和有负时的载电压计算出其内阻。设电池空载电压为U ₀，接入电流为I的恒流负载后电压降为U，则电池内阻Rs的表达式为：

测量子程序如下：

void BatteryTest () {

char var;

float v1, v2, vol1, vol2, vol3, ESR1, ESR2, ESR;

VBAT1 = 0;

VBAT2 = 0;

VBAT3 = 0;

RS1 = 0;

RS2 = 0;

LCD_Write_String(0, 1, "1/3");

analogWrite(CCS, 0);//关CCS

delay(500);//等待电压稳定

OC = 0; //清标志位

v1 = Test();

var = 0;

while (var < 50 && OC == 0) {

v2 = Test();

v1 = v1 + v2;

var++;//重复50次取平均值

}

vol1 = v1 / 50;

v1 = 0; //清临时变量

v2 = 0;

LCD_Write_String(0, 1, "2/3");

if (OC == 0) {

analogWrite(CCS, 10);//设定负载电流为20mA

delay(1500);//等待电压稳定

v1 = Test();

var = 0;

while (var < 50 && OC == 0) {

v2 = Test();

v1 = v1 + v2;

var++;//重复50次取平均值

}

vol2 = v1 / 50;

v1 = 0; //清临时变量

v2 = 0;

LCD_Write_String(0, 1, "3/3");

if (OC == 0) {

analogWrite(CCS, 51);//设定负载电流为100mA

delay(1500);//等待电压稳定

v1 = Test();

var = 0;

while (var < 50 && OC == 0) {

v2 = Test();

v1 = v1 + v2;

var++;//重复50次取平均值

}

vol3 = v1 / 50;

v1 = 0; //清临时变量

v2 = 0;

analogWrite(CCS, 0);//关CCS

if (OC == 0) {

ESR1 = (vol1 - vol2) / 0.02 ;//计算电池内阻

ESR2 = (vol1 - vol3) / 0.1 ;

ESR = (ESR1 + ESR2) / 2.0 ;//取平均

VBAT1 = vol1;

VBAT2 = vol2;

VBAT3 = vol3;

RS1 = ESR1;

RS2 = ESR2;

RS = ESR;//将结果存入全局变量

}

analogWrite(CCS, 0);//关CCS

}

电池种类的判定及剩余电量的计算

由于不同种类的电池性质的差异，可以通过电池的电压和内阻区分不同种类的电池。虽然各种电池的放电曲线并不相同，但在精度要求较低的场合，几乎所有种类的电池的放电曲线都可以拟合成一次函数（蓄电池放电末段除外）。故只需按比例计算即可。

图5是1.5V干电池放电曲线，

图6是3.7V锂电池放电曲线，

图7是铅蓄电池放电曲线。

本装置能够快速检测各种电池（尤其是干电池）剩余电量和放电能力的仪器来快速鉴别电池的剩余电量和放电能力。为高中及大学电路教学提供参考案例，也能够作为商业化产品进行生产。

Claims

1.一种大量程电池剩余电量检测装置，其特征是，包括前端处理电路、数据处理模块，信息显示板、输入按键和内置电源；

数据处理模块为arduino模块，

2.根据权利要求1所述的大量程电池剩余电量检测装置，其特征是，所述输入保护电路为两串联的稳压二极管，两稳压二极管的负极相连，正极与待测电源接线接入信号处理电路,所述信号处理电路包括与两稳压二极管并联的高精度运算放大器和功率厂效应管，功率厂效应管后部串联两级运算放大器,后一级运算放大器为三组，后一级三组运算放大器的输入端分别接入arduino微型电脑的A2、A1、A0输入端。

3.根据权利要求2所述的大量程电池剩余电量检测装置，其特征是，所述后一级运算放大器中输出端接入arduino微型电脑的A2、A1的两个运算放大器采用同相接法分别串联接入10千欧电阻和100千欧可变电阻，上述两运算放大器的负极输入端各串联10千欧电阻。