电流检测方法、装置及电池管理系统的制作方法

文档序号:10722832
电流检测方法、装置及电池管理系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电流检测方法、装置及电池管理系统,其中,方法包括以下步骤:对采样电阻施加基准电流以通过基准电流获取第一电流校准系数和第二电流校准系数,并进行存储;在每次通过采样电阻进行电流检测时,获取采样电阻两端的电压;以及根据采样电阻两端的电压、第一电流校准系数和第二电流校准系数计算采样电流,从而通过第一电流校准系数和第二电流校准系数实现采样电流的精准检测,而且无需知道采样电阻的阻值,为电路设计人员的器件选型带来了极大的灵活性。
【专利说明】
电流检测方法、装置及电池管理系统
技术领域
[0001] 本发明涉及检测技术领域,特别涉及一种电流检测方法、装置及电池管理系统。
【背景技术】
[0002] 在电子系统中,有时需要采集电流参数,例如,在BMS(Battery Management System,电池管理系统)中,为了计算电池的容量,需要实时采集电流参数,并且对电流参数 的精度要求非常高。
[0003] 相关技术中,电流采集的方法有很多,包括电阻采样法、霍尔传感器以及库仑计 等。其中,电阻采样法由于具有电路简单、线性度比较好等优点,因而被广泛应用。电阻采样 法的基本原理为欧姆定律:I = U/R,其中采样电阻R为固定值,电压U可以通过AD(Analog Digit,模拟数字)转换器进行获取,从而可以计算出电流I。
[0004] 但是,由于采样电阻的阻值比较小,一般是毫欧级别,采样电阻的精度和PCB (Printed Circuit Board,印制电路板)的生产工艺都会对电流采样产生较大的影响。在实 际电路设计和器件选型中,设计人员均会选择精度高、温漂小的采样电阻,但依然无法解决 实际电路中采样电阻的偏差问题,也就是说,每块PCB板上的采样电阻的标称值与实际值有 偏差。例如,当采样电阻的标称值为ΙπιΩ时,由于焊接触点具有电阻,因而采样电阻焊接到 PCB板后,采样电阻的阻值可能达到1.2πιΩ,有的甚至达到1.5πιΩ等,而且这种偏差是客观 存在并且不可避免的。如果直接采用欧姆定律I=U/R计算电流I,则由于采样电阻R的阻值 具有较大偏差,将导致电流I计算不准确,例如,当采样电阻的标称值为ΙπιΩ,实际采样电阻 的阻值为1.2πιΩ时,计算的电流误差将达到20%。在实际应用中,采样电阻的阻值可能更 小,偏差可能更大,如果不采取措施,将无法正确计算出电流I。
[0005] 因此,需要对电阻采样法进行改进。

【发明内容】

[0006] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0007]为此,本发明的第一个目的在于提出一种电流检测方法,通过第一电流校准系数 和第二电流校准系数实现采样电流的精准检测,而且无需知道采样电阻的阻值,为电路设 计人员的器件选型带来了极大的灵活性。
[0008] 本发明的第二个目的在于提出一种电流检测装置。
[0009] 本发明的第三个目的在于提出一种电池管理系统。
[0010]为实现上述目的,本发明第一方面实施例提出了一种电流检测方法,包括以下步 骤:对所述采样电阻施加基准电流以通过所述基准电流获取第一电流校准系数和第二电流 校准系数,并进行存储;在每次通过所述采样电阻进行电流检测时,获取所述采样电阻两端 的电压;以及根据所述采样电阻两端的电压、所述第一电流校准系数和所述第二电流校准 系数计算采样电流。
[0011]根据本发明实施例的电流检测方法,首先对采样电阻施加基准电流以通过基准电 流获取第一电流校准系数和第二电流校准系数,并进行存储,然后在每次通过采样电阻进 行电流检测时,获取采样电阻两端的电压,并根据采样电阻两端的电压、第一电流校准系数 和第二电流校准系数计算采样电流,从而实现采样电流的精准检测,而且无需知道采样电 阻的阻值,为电路设计人员的器件选型带来了极大的灵活性。
[0012] 根据本发明的一个实施例,通过以下公式计算所述采样电流:
[0013] l=K*U+B,
[0014] 其中,I为所述采样电流,U为所述采样电阻两端的电压,K为所述第一电流校准系 数,B为所述第二电流校准系数。
[0015] 根据本发明的一个实施例,对所述采样电阻施加基准电流以通过所述基准电流获 取第一电流校准系数和第二电流校准系数,包括:对所述采样电阻施加第一基准电流,并获 取所述采样电阻两端的电压记为第一基准电压;对所述采样电阻施加第二基准电流,并获 取所述采样电阻两端的电压记为第二基准电压;根据所述第一基准电流、所述第一基准电 压、所述第二基准电流和所述第二基准电压计算所述第一电流校准系数和所述第二电流校 准系数。
[0016] 根据本发明的一个实施例,通过以下公式计算所述第一电流校准系数和所述第二 电流校准系数:
[0018] 其中,K为所述第一电流校准系数,B为所述第二电流校准系数,1:为所述第一基准 电流,12为所述第二基准电流,山为所述第一基准电压,1] 2为所述第二基准电压。
[0019] 为实现上述目的,本发明第二方面实施例提出的一种电流检测装置,包括:基准电 流提供模块,用于对所述采样电阻施加基准电流;控制模块,用于通过所述基准电流获取第 一电流校准系数和第二电流校准系数并进行存储,并在每次通过所述采样电阻进行电流检 测时,获取所述采样电阻两端的电压,以及根据所述采样电阻两端的电压、所述第一电流校 准系数和所述第二电流校准系数计算采样电流。
[0020] 根据本发明实施例的电流检测装置,通过基准电流提供模块对采样电阻施加基准 电流,以便控制模块通过基准电流获取第一电流校准系数和第二电流校准系数,并进行存 储,然后在每次通过采样电阻进行电流检测时,获取采样电阻两端的电压,并根据采样电阻 两端的电压、第一电流校准系数和第二电流校准系数计算采样电流,从而实现采样电流的 精准检测,而且无需知道采样电阻的阻值,为电路设计人员的器件选型带来了极大的灵活 性。
[0021] 根据本发明的一个实施例,所述控制模块通过以下公式计算所述采样电流:
[0022] l=K*U+B,
[0023] 其中,I为所述采样电流,U为所述采样电阻两端的电压,K为所述第一电流校准系 数,B为所述第二电流校准系数。
[0024] 根据本发明的一个实施例,所述控制模块在通过所述基准电流获取第一电流校准 系数和第二电流校准系数时,其中,所述控制模块获取所述基准电流提供模块对所述采样 电阻施加第一基准电流时所述采样电阻两端的电压,记为第一基准电压,并获取所述基准 电流提供模块对所述采样电阻施加第二基准电流时所述采样电阻两端的电压,记为第二基 准电压,以及根据所述第一基准电流、所述第一基准电压、所述第二基准电流和所述第二基 准电压计算所述第一电流校准系数和所述第二电流校准系数。
[0025]根据本发明的一个实施例,所述控制模块通过以下公式计算所述第一电流校准系 数和所述第二电流校准系数:
[0027] 其中,K为所述第一电流校准系数,B为所述第二电流校准系数,1:为所述第一基准 电流,12为所述第二基准电流,山为所述第一基准电压,1] 2为所述第二基准电压。
[0028] 根据本发明的一个实施例,所述基准电流提供模块包括负载仪或直流稳压电源。 [0029]为实现上述目的,本发明第三方面实施例提出了一种电池管理系统BMS,其包括上 述的电流检测装置。
[0030]本发明实施例的电池管理系统BMS,通过上述的电流检测装置,能够实现采样电流 的精准检测,而且无需知道采样电阻的阻值,为电路设计人员的器件选型带来了极大的灵 活性。
【附图说明】
[0031 ]图1是根据本发明实施例的电流检测方法的流程图;
[0032]图2是根据本发明实施例的电流检测装置的框图;以及
[0033] 图3是根据本发明一个具体示例的智能电池的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034] 下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0035] 下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的电流检测方法、装置及电池管理系 统。
[0036] 图1是根据本发明实施例的电流检测方法的流程图。如图1所示,该电流检测方法 包括以下步骤:
[0037] S1,对采样电阻施加基准电流以通过基准电流获取第一电流校准系数和第二电流 校准系数,并进行存储。
[0038] 具体地,众所周知,采样电阻为线性元件,采样电阻两端的电压与电流符合线性规 律,其数学模型可以用线性方程进行表示:
[0039] I=K · U+B (1)
[0040] 其中,I为流过采样电阻的电流,即采样电流,U为采样电阻两端的电压,Κ和Β为线 性方程的系数,系数Κ、Β均为常量且与采样电阻的大小和系统的电压偏移有关。
[0041]系统在计算采样电流I时,需要知道电压U和系数K、B的值,其中电压U可以通过AD 转换器获取,而系数K、B均为常量,由于每块PCB板均不相同,因而系数K、B也是不同的,因此 在进行电流采样之前,需要推导出系数K、B的值。
[0042]从上述公式(1)可以看出,在计算采样电流I时,并没有用到采样电阻的阻值,因为 采样电阻的差异已经表现在系数K、B上,只要能够正确推导出系数K、B的值,并保存起来,在 每次进行电流采样时,根据保存的系数K、B即可精确计算出采样电流。
[0043] 而要准确推导出系数K、B,即第一电流校准系数和第二电流校准系数,需要两组已 知参数(山山)和(U2,I 2)。因此,根据本发明的一个实施例,对采样电阻施加基准电流以通 过基准电流获取第一电流校准系数和第二电流校准系数,包括:对采样电阻施加第一基准 电流,并获取采样电阻两端的电压记为第一基准电压;对采样电阻施加第二基准电流,并获 取采样电阻两端的电压记为第二基准电压;根据第一基准电流、第一基准电压、第二基准电 流和第二基准电压计算第一电流校准系数和第二电流校准系数。
[0044] 具体地,可以通过负载仪或直流稳压电源等对采样电阻施加第一基准电流h,并 获取采样电阻两端的电压记为第一基准电压山,然后对采样电阻施加第二基准电流1 2,并获 取采样电阻两端的电压记为第二基准电压U2,其中,第一基准电流Ii不等于第二基准电流 1 2,从而可以得到两组不同的参数(υ^ω和(U2,I2),然后将两组参数带入上述公式(1)得到 以下方程组:
[0046]对上述公式(2)进行解方程,即可计算出第一电流校准系数Κ和第二电流校准系数 Β:
[0048] 然后,将计算的第一电流校准系数Κ和第二电流校准系数Β进行存储。
[0049] S2,在每次通过采样电阻进行电流检测时,获取采样电阻两端的电压。
[0050] S3,根据采样电阻两端的电压、第一电流校准系数和第二电流校准系数计算采样 电流。
[0051] 具体地,由于在进行电流检测之前,第一电流校准系数Κ和第二电流校准系数BE 经存储在系统中,因此,当需要进行电流检测时,只需要获取采样电阻两端的电压U,然后将 电压U、第一电流校准系数K和第二电流校准系数B带入上述公式(1)即可精准计算出采样电 流I。
[0052] 经实际测试可知,在未采用上述方法进行电流采样时,所获得电流I的精度误差普 遍在10%以上,有的甚至达到50%,对于电流精度要求高的场合不适用,而在采用上述方法 后,所获得的电流I的精度误差可以有效降低,并且,设计人员可以不知道采样电阻的精确 值,从而为电路设计者的器件选型带来了极大的灵活性,而且检测精度高,适用于对电流精 度要求高的场合。
[0053] 根据本发明实施例的电流检测方法,首先对采样电阻施加基准电流以通过基准电 流获取第一电流校准系数和第二电流校准系数,并进行存储,然后在每次通过采样电阻进 行电流检测时,获取采样电阻两端的电压,并根据采样电阻两端的电压、第一电流校准系数 和第二电流校准系数计算采样电流,从而实现采样电流的精准检测,而且无需知道采样电 阻的阻值,为电路设计人员的器件选型带来了极大的灵活性。
[0054]图2是根据本发明实施例的电流检测装置的框图,如图2所示,该电流检测装置包 括:基准电流提供模块10和控制模块20。
[0055]其中,基准电流提供模块10用于对采样电阻施加基准电流。控制模块20用于通过 基准电流获取第一电流校准系数和第二电流校准系数并进行存储,并在每次通过采样电阻 进行电流检测时,获取采样电阻两端的电压,以及根据采样电阻两端的电压、第一电流校准 系数和第二电流校准系数计算采样电流。
[0056] 根据本发明的一个实施例,控制模块20在通过基准电流获取第一电流校准系数和 第二电流校准系数时,其中,控制模块20获取基准电流提供模块10对采样电阻施加第一基 准电流时采样电阻两端的电压,记为第一基准电压,并获取基准电流提供模块10对采样电 阻施加第二基准电流时采样电阻两端的电压,记为第二基准电压,以及根据第一基准电流、 第一基准电压、第二基准电流和第二基准电压计算第一电流校准系数和第二电流校准系 数。
[0057] 在本发明的实施例中,基准电流提供模块10可包括负载仪或直流稳压电源。
[0058] 具体地,可以通过负载仪或直流稳压电源等对采样电阻施加第一基准电流Ii,同 时控制模块20获取采样电阻两端的电压记为第一基准电压山,然后通过负载仪或直流稳压 电源等对采样电阻施加第二基准电流1 2,同时控制模块20获取采样电阻两端的电压记为第 二基准电压U2,其中,第一基准电流不等于第二基准电流1 2,从而得到两组不同的参数 (ΙΛ,ω和(U2,I2)。然后,控制模块20将两组参数带入上述公式(2)或(3),计算出第一电流 校准系数Κ和第二电流校准系数Β,并将计算的第一电流校准系数Κ和第二电流校准系数Β存 储在存储器中。
[0059] 在每次进行电流采样时,控制模块20获取采样电阻两端的电压U,然后将电压U、第 一电流校准系数Κ和第二电流校准系数Β带入上述公式(1)即可精准计算出采样电流I。
[0060] 经实际测试可知,在未采用上述装置进行电流采样时,所获得电流I的精度误差普 遍在10%以上,有的甚至达到50%,对于电流精度要求高的场合不适用,而在采用上述装置 后,所获得的电流I的精度误差可以有效降低,并且,设计人员可以不知道采样电阻的精确 值,从而为电路设计者的器件选型带来了极大的灵活性,而且检测精度高,适用于对电流精 度要求高的场合。
[0061]需要说明的是,本发明实施例的电流检测装置中未纰漏的细节可以参照本发明实 施例的电流检测方法,这里不再赘述。
[0062]根据本发明实施例的电流检测装置,通过基准电流提供模块对采样电阻施加基准 电流,以便控制模块通过基准电流获取第一电流校准系数和第二电流校准系数,并进行存 储,然后在每次通过采样电阻进行电流检测时,获取采样电阻两端的电压,并根据采样电阻 两端的电压、第一电流校准系数和第二电流校准系数计算采样电流,从而实现采样电流的 精准检测,而且无需知道采样电阻的阻值,为电路设计人员的器件选型带来了极大的灵活 性。
[0063] 此外,本发明的实施例还提出了一种电池管理系统BMS,其包括上述的电流检测装 置。
[0064] 为使本领域技术人员更清楚地了解本发明,下面以智能电池作为示例来具体说 明。
[0065] 如图3所示,智能电池可包括MQJ(Micro Controller Unit,微控制单元)、电池 BT、 采样电阻R、可控开关S,可控开关S由MCU进行控制。P+、P-分别为智能电池的正负输出端,其 中,P+与电池 BT的正极直接相连,P-通过可控开关S与电池 BT的负极相连。关机时,Μ⑶控制 可控开关S断开,电池 ΒΤ的负极与Ρ-断开,此时电池 ΒΤ对外断电;开机时,MCU控制可控开关S 闭合,电池 ΒΤ的负极与Ρ-连通,此时电池 ΒΤ对外供电。
[0066]智能电池可以通过I2C总线(包括时钟信号线SCL和数据线SDA)与外部设备如PC (Personal Computer,计算机)进行通信,在建立通信连接后,PC可以获取智能电池的状态, 也可以给智能电池发送控制命令等。需要说明的是,智能电池也可以通过串口、SPI总线、 CAN总线以及USB等与外部设备进行通信,外部设备也可以为其他嵌入式系统等,具体不做 限制。
[0067] 在进行电流采样之前,首先对采样电阻R施加基准电流以通过基准电流获取第一 电流校准系数K和第二电流校准系数B,具体步骤如下:
[0068] S101,将基准电流提供模块10连接在智能电池的输出端P+、P_之间,其中,基准电 流提供模块10可以为负载仪、直接稳压电源等,只要能够产生精准的基准电流的设备或元 件均可,具体不做限定。
[0069] S102,将智能电池的通信接口 SCL和SDA与PC的通信接口对应相连,保证PC与智能 电池可以正常通信。
[0070] S103,将智能电池打开,使其处于开机状态,此时可控开关S闭合,通过调苄基准电 流提供模块1 〇以输出精准的第一基准电流11,如2500mA。
[0071] S104,PC将第一基准电流1:的值通过I2C总线发送至MCU,MCU接收该值,并控制相关 电路获取采样电阻R两端的电压,记为第一基准电压山,此时Μ⑶得到第一组参数(1^10 = (Ui,2500)。
[0072] S105,M⑶控制可控开关S断开,此时智能电池的P+、P_处于对外断电状态,也即断 开了基准电流提供模块10,采样电阻R上的电流必然为0,即第二基准电流12为0,同时,Μ⑶ 控制相关电路获取采样电阻R两端的电压,记为第二基准电压U 2,此时得到第二组参数(U2, I2) = (U2,0)〇
[0073] S106,MCU将步骤S104和S105中得到的两组参数0^,2500)和(U2,0)代入公式(3), 计算得到第一电流校准系数K和第二电流校准系数B,并将其保存在智能电池内部存储器 中。
[0074] 至此,电流校准完毕。当智能电池每次开机时,从存储器中加载第一电流校准系数 K和第二电流校准系数B,MCU通过获取采样电阻R两端的电压U,并通过上述公式(1)计算出 采样电流I,从而获得精准的采样电流。
[0075]本发明实施例的电池管理系统BMS,通过上述的电流检测装置,能够实现采样电流 的精准检测,而且无需知道采样电阻的阻值,为电路设计人员的器件选型带来了极大的灵 活性。
[0076] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语"第一"、"第二"仅用于描述目的,而不能 理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有"第 一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,"多个" 的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
[0077] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语"安装"、"相连"、"连接"、"固定"等 术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连 接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员 而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0078] 在本说明书的描述中,参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不 必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任 一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技 术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结 合和组合。
[0079] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例 性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述 实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1. 一种电流检测方法,其特征在于,包括W下步骤: 对所述采样电阻施加基准电流W通过所述基准电流获取第一电流校准系数和第二电 流校准系数,并进行存储; 在每次通过所述采样电阻进行电流检测时,获取所述采样电阻两端的电压;W及 根据所述采样电阻两端的电压、所述第一电流校准系数和所述第二电流校准系数计算 采样电流。2. 根据权利要求1所述的电流检测方法,其特征在于,通过W下公式计算所述采样电 流: I=KW+B, 其中,I为所述采样电流,U为所述采样电阻两端的电压,K为所述第一电流校准系数,B 为所述第二电流校准系数。3. 根据权利要求1或2所述的电流检测方法,其特征在于,对所述采样电阻施加基准电 流W通过所述基准电流获取第一电流校准系数和第二电流校准系数,包括: 对所述采样电阻施加第一基准电流,并获取所述采样电阻两端的电压记为第一基准电 压; 对所述采样电阻施加第二基准电流,并获取所述采样电阻两端的电压记为第二基准电 压; 根据所述第一基准电流、所述第一基准电压、所述第二基准电流和所述第二基准电压 计算所述第一电流校准系数和所述第二电流校准系数。4. 根据权利要求3所述的电流检测方法,其特征在于,通过W下公式计算所述第一电流 校准系数和所述第二电流校准系数:其中,K为所述第一电流校准系数,B为所述第二电流校准系数,Ii为所述第一基准电流, 12为所述第二基准电流,化为所述第一基准电压,化为所述第二基准电压。5. -种电流检测装置,其特征在于,包括: 基准电流提供模块,用于对所述采样电阻施加基准电流; 控制模块,用于通过所述基准电流获取第一电流校准系数和第二电流校准系数并进行 存储,并在每次通过所述采样电阻进行电流检测时,获取所述采样电阻两端的电压,W及根 据所述采样电阻两端的电压、所述第一电流校准系数和所述第二电流校准系数计算采样电 流。6. 根据权利要求5所述的电流检测装置,其特征在于,所述控制模块通过W下公式计算 所述采样电流: I=KW+B, 其中,I为所述采样电流,U为所述采样电阻两端的电压,K为所述第一电流校准系数,B 为所述第二电流校准系数。7. 根据权利要求5或6所述的电流检测装置,其特征在于,所述控制模块在通过所述基 准电流获取第一电流校准系数和第二电流校准系数时,其中, 所述控制模块获取所述基准电流提供模块对所述采样电阻施加第一基准电流时所述 采样电阻两端的电压,记为第一基准电压,并获取所述基准电流提供模块对所述采样电阻 施加第二基准电流时所述采样电阻两端的电压,记为第二基准电压,W及根据所述第一基 准电流、所述第一基准电压、所述第二基准电流和所述第二基准电压计算所述第一电流校 准系数和所述第二电流校准系数。8. 根据权利要求7所述的电流检测装置,其特征在于,所述控制模块通过W下公式计算 所述第一电流校准系数和所述第二电流校准系数:其中,K为所述第一电流校准系数,B为所述第二电流校准系数,Ii为所述第一基准电流, 12为所述第二基准电流,化为所述第一基准电压,化为所述第二基准电压。9. 根据权利要求5所述的电流检测装置,其特征在于,所述基准电流提供模块包括负载 仪或直流稳压电源。10. -种电池管理系统BMS,其特征在于,包括根据权利要求5-9中任一项所述的电流检 测装置。
【文档编号】G01R19/00GK106093521SQ201610445615
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】罗云聪
【申请人】广州极飞电子科技有限公司
再多了解一些
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1