CN112858768B - 一种提高分流器检测电流精度电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高分流器检测电流精度电路及方法，设于分流器RX的IBATS+、IBATS‑引出线上，其特征在于，包括组成结构相同的两组分流器检测电流电路，分别为放电电流电路和充电电流电路，包括第一电阻、第二电阻、低失调电压运放、第三电阻、第四电阻和第五电阻，低失调电压运放的一端分别通过第一电阻或第二电阻至连接分流器RX的IBATS+或IBATS‑引出线，低失调电压运放的另一端通过第三电阻、第四电阻和第五电阻连接电压输出端。相比较现有技术，提供了一种提高分流器检测电流精度电路及方法，可以在不提升ADC采集位数的情况下，提高分流器采集电流精度，有效的减小了SOC计算的累计误差，减少因电流精度问题导致SOC计算虚高。

Description

一种提高分流器检测电流精度电路及方法

技术领域

本发明属于电动汽车电池管理***技术领域，具体涉及一种提高分流器检测电流精度电路及方法。

背景技术

当前电动汽车电流采集方案是通过霍尔电流传感器或者分流器来检测动力电池的充放电电流，其中使用分流器采集电流具成本低的优势，被广泛使用。

一般的分流器检测电流电路是采用运放来检测分流器两端的差分信号，如说明书附图1所示，IVCC_5V是5V电源，IGND是地，RX为分流器(假设量程为75mv/400A)，当电池组进行充放电时，分流器RX两端(IBATS+、IBATS-)会产生一个差分信号电压，电路通过使用一个低失调电压运放MCP6N16将分流器差分信号放大21倍输出，由于充电电流和放电电流相反，分别会在分流器RX两端会产生正负的差分信号，为了使ADC采集到正电压，运放输出端通过与基准TL431输出的2500mV电压相加，使输出电压范围在0V到4.096V范围内，这样-400A～400A的电流转换成0.925V～4.075V的电压信号，输出的电压Vi到ADC进行采集，电流计算公式为：

由于采集电压的ADC位数一般为12位，所以上述检测方法的采集精度为0.25A/mv，计算公式如下：

即采用这种电路检测出的电流最小分辨率为0.25A，电动汽车慢充的充电电流一般小于10A，充电末端电流更小，如果电动汽车使用家用交流慢充，电动汽车的电池(假设电池额定容量100AH)从放空到充满需要10多个小时，按照电流检测误差为0.25A计算，SOC估算的累计误差为2.5AH。由于慢充充电时间较长，电动汽车经常会在没有充满情况下使用，如果SOC长期得不到满充校准，SOC估算的误差会逐渐增加，这个不仅影响客户使用体验，甚至可能因SOC估算虚高导致车辆行驶过程中电量低停车。因此，我们提出一种提高分流器检测电流精度电路及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高分流器检测电流精度电路及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种提高分流器检测电流精度电路，设于分流器RX的IBATS+、IBATS-引出线上，包括组成结构相同的两组分流器检测电流电路，分别为放电电流电路和充电电流电路，包括第一电阻、第二电阻、低失调电压运放、第三电阻、第四电阻和第五电阻，低失调电压运放的一端分别通过第一电阻或第二电阻至连接分流器RX的IBATS+或IBATS-引出线，低失调电压运放的另一端通过第三电阻、第四电阻和第五电阻连接电压输出端。

作为本发明的进一步优化方案，所述低失调电压运放的型号为MCP6N16。

作为本发明的进一步优化方案，所述放电电流电路的运放的VIM引脚通过第一电阻连接至分流器RX的IBATS-引出线，VIP引脚通过第二电阻连接至分流器RX的IBATS+引出线，所述充电电流电路的运放的VIM引脚通过第一电阻连接至分流器RX的IBATS+引出线，VIP引脚通过第二电阻连接至分流器RX的IBATS-引出线。

作为本发明的进一步优化方案，所述放电电流电路或充电电流电路的运放的VOUT引脚分别连接第三电阻和第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接电压输出端，运放的VFG引脚分别连接第三电阻的另一端和第四电阻的一端，运放的VREF引脚分别连接第四电阻的另一端和大地。

作为本发明的进一步优化方案，所述放电电流电路中第三电阻的阻值为50KΩ，所述充电电流电路中第三电阻的阻值为100KΩ，所述第四电阻的阻值均为1KΩ。

本发明还提供了一种提高分流器检测电流精度的方法，利用上述分流器检测电流精度电路，包括以下步骤：

S1：将放电电流电路和充电电流电路分别连接到分流器的IBATS+、IBATS-端引出线上；

S2：分别基于放电电流电路与充电电流电路采集放电电流、充电电流；

S3：在采集放电电流的过程中，低失调电压运放MCP6N16将分流器的差分信号放大M倍输出，以输出电压信号V1，计算出此时的放电电流，从而获得放电电流精度；在采集充电电流的过程中，低失调电压运放MCP6N16将分流器的差分信号放大N倍输出，以输出电压信号V2，计算出此时的放电电流，从而获得放电电流精度；

其中，采集放电电流、充电电流的流程包括：若V1＝0，表示分流器上有充电电流或电流为0A，当V1＞0时，电流使用I1作为放电电流；若V2＝0，表示分流器上有放电电流或电流为0A，当V2＞0时，I2作为充电电流，否则电流为0A。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S3中，放大倍数M为放电电流电路中第三电阻和第四电阻的阻值之和，具体倍数为51，,放大倍数N为充电电流电路中第三电阻和第四电阻的阻值之和，具体倍数为101。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S3中电流采集精度的计算方式为：

当X为M时，i为放电电流采集精度，当X为N时，i为充电电流采集精度，i的单位为A/mv。

作为本发明的进一步优化方案，所述放电电流采集精度为0.11A/mv，所述充电电流采集精度为0.05A/mv。

作为本发明的进一步优化方案，所述放电电流I1的计算公式为：

所述充电电流I2的计算公式为：

其中，M、N分别为放电电流电路和充电电流电路中低失调电压运放的电流放大倍数。

本发明的有益效果在于：提供了一种提高分流器检测电流精度电路及方法，可以在不提升ADC采集位数的情况下，提高分流器采集电流精度，有效的减小了SOC计算的累计误差，减少因电流精度问题导致SOC计算虚高。

附图说明

图1是现有技术中分流器检测电流电路的电路图；

图2是本发明提高分流器检测电流精度电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

图1现有技术中分流器检测电流电路的电路图，分流器电流检测电路包括低失调电压运放MCP6N16和稳压器TL431，低失调电压运放MCP6N16的电源端与隔离5V电源IVCC_5V连接，VSS端与隔离地IGND连接，VIM端和VIP端分别与分流器的IBATS-、IBATS+引出线连接，VOUT端与稳压器TL431连接，稳压器TL431与隔离5V电源IVCC_5V连接，输出2500mA的基准电压，并与低失调电压运放MCP6N16输出的放大电压叠加后，输出电压Vi到隔离ADC进行采集。

本实施例中提高分流器检测电流精度电路如图2所示，包括组成结构相同的两组分流器检测电流电路，设于分流器RX的IBATS+、IBATS-引出线上，分别为放电电流电路和充电电流电路，包括第一电阻R1或R10、第二电阻R2或R20、型号为MCP6N16的低失调电压运放U1或U2、第三电阻R5或R50、第四电阻R6或R60和第五电阻R4或R40。

本实施例中提高分流器检测电流精度电路中的分流器检测电流电路相比较图1所示现有技术中分流器检测电流电路，将稳压器TL431及周围连接电阻R7和电容C7删除：

放电电流电路的运放的VIM引脚2通过电阻R1连接至分流器RX的IBATS-引出线，VIP引脚3通过电阻R2连接至分流器RX的IBATS+引出线，放电电流电路的运放的VOUT引脚7分别连接电阻R5和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电压输出端V1，运放的VFG引脚6分别连接电阻R5的另一端和电阻R6的一端，运放的VREF引脚5分别连接电阻R6的另一端和大地IGND，电阻R5的阻值为50KΩ，电阻R6的阻值为1KΩ，即将运放的放大倍数调整至51倍；

充电电流电路的运放的VIM引脚2通过电阻R10连接至分流器RX的IBATS+引出线，VIP引脚3通过电阻R20连接至分流器RX的IBATS-引出线，充电电流电路的运放的VOUT引脚7分别连接电阻R50和电阻R40的一端，电阻R40的另一端连接电压输出端V2，运放的VFG引脚6分别连接电阻R50的另一端和电阻R60的一端，运放的VREF引脚5分别连接电阻R60的另一端和大地IGND，电阻R50的阻值为100KΩ，电阻R60的阻值为1KΩ，运放的放大倍数为101倍。

一种提高分流器检测电流精度的方法，利用本实施例中提高分流器检测电流精度电路，包括以下步骤：

S1：将放电电流电路和充电电流电路分别连接到分流器的IBATS+、IBATS-端引出线上；

S2：分别基于放电电流电路与充电电流电路采集放电电流、充电电流；

S3：在采集放电电流的过程中，低失调电压运放MCP6N16将分流器的差分信号放大M倍输出，以输出电压信号V1，计算出此时的放电电流，从而获得放电电流精度；

采集放电电流的流程包括：若V1＝0，表示分流器上有充电电流或电流为0A，当V1＞0时，电流使用I1作为放电电流；当电池放电电流为0～400A时，输出电压范围为0～3582mv，放电电流I1计算公式为：

放电电流精度为：

当电流充电时，由于运放不会输出负电压，输出的电压V1为0V，这样放电电流采集的精度为0.11A/mv，比改进前方式精度提升一倍；

在采集充电电流的过程中，低失调电压运放MCP6N16将分流器的差分信号放大N倍输出，以输出电压信号V2，计算出此时的放电电流，从而获得放电电流精度；

采集充电电流的流程包括：若V2＝0，表示分流器上有放电电流或电流为0A，当V2＞0时，I2作为充电电流，否则电流为0A。

当电池充电电流为0～200A时，输出电压范围为0～3787.5mv，当电流放电时，由于运放不会输出负电压，输出的电压V2为0V，这样充电电流采集的精度为0.05A/mv，充电电流I2计算公式为：

充电电流精度为：

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种提高分流器检测电流精度的方法，其特征在于，利用提高分流器检测电流精度电路实现，所述提高分流器检测电流精度电路设于分流器RX的IBATS+、IBATS-引出线上；

所述提高分流器检测电流精度电路包括组成结构相同的两组分流器检测电流电路，分别为放电电流电路和充电电流电路，所述放电电流电路或充电电流电路包括第一电阻、第二电阻、低失调电压运放、第三电阻、第四电阻和第五电阻，低失调电压运放的一端分别通过第一电阻或第二电阻至连接分流器RX的IBATS+或IBATS-引出线，低失调电压运放的另一端通过第三电阻、第四电阻和第五电阻连接电压输出端；

所述方法包括以下步骤：

S1：将放电电流电路和充电电流电路分别连接到分流器的IBATS+、IBATS-端引出线上；

S2：分别基于放电电流电路与充电电流电路采集放电电流、充电电流；

S3：在采集放电电流的过程中，低失调电压运放MCP6N16将分流器的差分信号放大M倍输出，以输出电压信号V1，计算出此时的放电电流，从而获得放电电流精度；在采集充电电流的过程中，低失调电压运放MCP6N16将分流器的差分信号放大N倍输出，以输出电压信号V2，计算出此时的充电电流，从而获得充电电流精度；

其中，采集放电电流、充电电流的流程包括：若V1=0，表示分流器上有充电电流或电流为0A，当V1＞0时，电流使用I1作为放电电流；若V2=0，表示分流器上有放电电流或电流为0A，当V2＞0时，I2作为充电电流，否则电流为0A。

2.根据权利要求1所述的一种提高分流器检测电流精度的方法，其特征在于，所述放电电流电路的运放的VIM引脚通过第一电阻连接至分流器RX的IBATS-引出线，VIP引脚通过第二电阻连接至分流器RX的IBATS+引出线，所述充电电流电路的运放的VIM引脚通过第一电阻连接至分流器RX的IBATS+引出线，VIP引脚通过第二电阻连接至分流器RX的IBATS-引出线。

3.根据权利要求2所述的一种提高分流器检测电流精度的方法，其特征在于，所述放电电流电路或充电电流电路的运放的VOUT引脚分别连接第三电阻和第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接电压输出端，运放的VFG引脚分别连接第三电阻的另一端和第四电阻的一端，运放的VREF引脚分别连接第四电阻的另一端和大地。

4.根据权利要求3所述的一种提高分流器检测电流精度的方法，其特征在于，所述放电电流电路中第三电阻的阻值为50KΩ，所述充电电流电路中第三电阻的阻值为100KΩ，所述第四电阻的阻值均为1KΩ。

5.根据权利要求1所述的一种提高分流器检测电流精度的方法，其特征在于，所述步骤S3中，放大倍数M为放电电流电路中第三电阻和第四电阻的阻值之和，具体倍数为51，放大倍数N为充电电流电路中第三电阻和第四电阻的阻值之和，具体倍数为101。

6.根据权利要求1所述的一种提高分流器检测电流精度的方法，其特征在于，所述步骤S3中电流精度的计算方式为：

（1）

当X为M时，i为放电电流采集精度，当X为N时，i为充电电流采集精度，i的单位为A/mv。

7.根据权利要求6所述的一种提高分流器检测电流精度的方法，其特征在于，所述放电电流采集精度为0.11A/mv，所述充电电流采集精度为0.05A/mv。

8.根据权利要求1所述的一种提高分流器检测电流精度的方法，其特征在于，所述放电电流I1的计算公式为：

（2）

所述充电电流I2的计算公式为：

（3）

其中，M、N分别为放电电流电路和充电电流电路中低失调电压运放的电流放大倍数。

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