一种基于单片机的动力电池的soc检测电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电池剩余电量检测电路，具体地说是一种基于单片机的动力电池的SOC检测电路。
【背景技术】
[0002]动力电池是一个复杂的电化学系统，它在不同负载条件或不同环境温度下运行时，实际可供释放的剩余电量(SOC，即State Of Charge的缩写，指充电状态，又称剩余容量或剩余电荷量，表示电池继续工作的能力)不同。而且随着动力电池使用时间的增加，其电量也将下降。通常用来检测动力电池电量的方法有多种，比如根据动力电池的电解液密度来估算剩余电量的密度法，该方法检测精度较低，而且具有很大的局限性，不适合密封的动力电池。而且随着动力电池使用时间的增加，电极的损坏，更加难以准确推算出剩余电量。同时，这种方法也难以适应目前广泛应用的VRLA动力电池的在线检测。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的就是提供一种基于单片机的动力电池的SOC检测电路，该SOC检测电路能够较精确地、在线对动力电池的剩余电量进行检测，且不受电池电极损坏的影响。
[0004]本实用新型是这样实现的:一种基于单片机的动力电池的SOC检测电路，包括CS5460A芯片，所述CS5460A芯片的正向电压输入端和其反向电压输入端分别与动力电池中串联电池组的两端相接，所述CS5460A芯片的正向电流输入端和其反向电流输入端经分流器或互感器与动力电池中串联电池组的输出干路相接;所述CS5460A芯片的串行数据输入端和其串行数据输出端均与单片机相接;在所述CS5460A芯片的晶振输入端和其晶振输出端之间接有4.096MHz的晶体振荡器。
[0005]在动力电池中串联电池组的两端之间接有由两个电阻串联形成的分压电路;所述CS5460A芯片的正向电压输入端与两个电阻的连接节点相接，所述CS5460A芯片的反向电压输入端通过一限流电阻与串联电池组的负极相接。
[0006]所述CS5460A芯片的正向电流输入端和其反向电流输入端分别经过一个限流电阻与所述分流器相接。
[0007]所述CS5460A芯片的正向电压输入端、反向电压输入端、正向电流输入端和反向电流输入端分别通过一个滤波电容接地线。
[0008]所述单片机为ATmegal6单片机。
[0009]本实用新型是基于单片机来实现的，CS5460A芯片的串行数据输入端和其串行数据输出端均与单片机相接，因此其与单片机之间可相互传输数据;CS5460A芯片的正向电压输入端和其反向电压输入端分别与动力电池中串联电池组的两端相接，从而可采集串联电池组的总电压;CS5460A芯片的正向电流输入端和其反向电流输入端经分流器或互感器与动力电池中串联电池组的输出干路相接，从而可采集串联电池组干路中的电流;采集到总电压和干路电流后，经过简单的计算即可得出消耗的电能，用总能量减去消耗的电能即为剩余电量soc。
[0010]本实用新型通过CS5460A芯片可精确检测和计算有功电能、瞬时功率、Irms(有效电流)和Vrms(有效电压)。同时，CS5460A芯片还具有与单片机相通讯的双向串口，CS5460A芯片的脉冲输出频率与有功电能成正比。CS5460A芯片还具有方便的片上AC/DC系统校准功能，从而保证了测量的精确度。
[0011]采用本实用新型可实现在线检测动力电池的剩余电量S0C，由于是基于单片机进行的检测，因此检测过程对动力电池产生的影响较小，并且测量精度较高，即使动力电池电极损坏也能较为准确地检测其剩余电量，以便在剩余电量不足时及时充电，充电过程中当剩余电量达到总电量时及时断电，以免出现过充状况。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的电路结构不意图。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示，本实用新型主要由CS5460A芯片构成。芯片CS5460A是具有有功功率计算引擎的CMOS单片功率测量芯片，它包含了两个增益可编程放大器、两个高速滤波器，具有系统校准和有效值、功率计算功能，以提供瞬时电压、电流、功率数据采样及有功能量的周期计算结果。图1中，CS5460A芯片的正向电压输入端(VIN+，即9脚)和其反向电压输入端(VIN-，即10脚)经分压电路后分别与动力电池中串联电池组(以20个串联的电池为例进行说明)的两端相接，分压电路由分压电阻R55(20K)和R56(1K)串联组成。由于电池组的串联个数为20个，因此，将第一个电池的负极端记为BATl，将第二十个电池的正极端记为BAT21，BATl经限流电阻R57(470)连接CS5460A芯片的反向电压输入端，BATl和BAT21之间依序连接分压电阻R56和R55，分压电阻R56和R55的连接节点与CS5460A芯片的正向电压输入端相接。CS5460A芯片的正向电压输入端和其反向电压输入端又分别通过滤波电容C39(0.1yF)和C40(0.1yF)接地线。通过使CS5460A芯片的VIN+端和VIN-端分别接动力电池中串联电池组的两端，可测量出电池组的总电压。
[0014]CS5460A芯片的正向电流输入端(IIN+，即16脚)经限流电阻R6U470)连接分流器J13(C0N2)的I脚，CS5460A芯片的反向电流输入端(IIN-，S卩15脚)经限流电阻R60(470)连接分流器J13的2脚，分流器J13可接在电池组的干路中。其他实施例中分流器也可用互感器替换，分流器或互感器相对成本都比较低。CS5460A芯片的IIN+端和IIN-端分别通过滤波电容C42(0.1yF)和C43(0.1yF)接地线。通过使CS5460A芯片的IIN+端和IIN-端接分流器J13，可实现对电池组干路电流的测量。电池组的总电压、干路电流以及工作时间的乘积即是消耗的能量，用动力电池的总能量减去消耗的能量即得剩余电量S0C。
[0015]CS5460A芯片的18脚(空闲接口)悬空，11脚(参考电压输出端)和12脚(参考电压输入端)经滤波电容C44(0.1yF)接地线，13脚(负模拟电源端)和4脚(数字接地端)直接接地线。14脚接+5V的电源，3脚经滤波电容C41 (470yF)接地线。17脚(掉电监视端)接+5V的电源，以保证芯片的状态寄存器不发生不可逆的永久复位。2脚接单片机的时钟输出，是一个片上的振荡器输出，可驱动一个标准的CMOS负载。I脚(晶振输出端)和24脚(晶振输入端)之间接有4.096MHz的晶体振荡器XL19脚(复位端)接单片机，当该引脚为低电平时，所有的寄存器都将恢复为缺省值。7脚为片选端CS，接地线，此引脚为低电平时，端□可识别SCLK。
[0016]引脚23(SDI)为串行数据输入端，引脚6(SD0)为串行数据输出端，通过引脚6和23可为单片机提供结果数据和接受单片机的命令。引脚5(SCLK)为串行时钟输入端，该引脚的时钟信号用于确定SDO的输出频率和SDI的输入频率。引脚20(INT)为中断引脚，低电平有效，表明一个允许的命令已经发生。引脚22(EDIR)为能量方向指示端，如果检测到的能量为负值，则发出信号。引脚21 (EOUT)为能量输出引脚，输出一个脉宽固定、频率和有功量成比例的脉冲串。引脚8(MODE)为模式选择接口，低电平表示芯片运转在常规命令模式，即接受单片机的命令然后经过自己的运算后向单片机提供结果，高电平表示可以直接读取EEPROM的命令。
[0017]芯片CS5460A可以精确检测和计算有功电能、瞬时功率、Irms和Vrms，然后把这些数据传输给单片机。CS5460A可在单一 5V电源下运行，其可以使用分流器或电流互感器来检测电流。因CS5460A的控制线有CS、SD1、SDO、SCLK、INT和RESET，这些控制线经过隔离后，与单片机进行数据交换，由于不同控制线所要求的实时性不同，所以需选用不同的光耦隔离，芯片SPI接口的数据线(SD1、SD0)和时钟线(SCLK)信号变化快，可选用高速光耦6N137隔离，其耦合速率可达10Mbps。因芯片的片选(CS)，复位(RESET)和中断(INT)端输出信号属于电平信号，变换速率很低，故可用普通光耦NEC2501或TLP521来隔离。
[0018]本实用新型中的单片机可以为ATmegal6单片机。ATmegal6单片机是高性能、低功耗的8位AVR微处理器，具有先进的RISC结构。
[0019]在本实施例中，电池组的串联个数为20，电池组总电流采样范围为-120A-120A，误差为< 0.5%;最高可测量总电压为100V，误差< 0.5%; SOC估算误差< 5%。
【主权项】
1.一种基于单片机的动力电池的SOC检测电路，其特征是，包括CS5460A芯片，所述CS5460A芯片的正向电压输入端和其反向电压输入端分别与动力电池中串联电池组的两端相接，所述CS5460A芯片的正向电流输入端和其反向电流输入端经分流器或互感器与动力电池中串联电池组的输出干路相接;所述CS5460A芯片的串行数据输入端和其串行数据输出端均与单片机相接；在所述C S 5 4 6 O A芯片的晶振输入端和其晶振输出端之间接有4.096MHz的晶体振荡器。2.根据权利要求1所述的基于单片机的动力电池的SOC检测电路，其特征是，在动力电池中串联电池组的两端之间接有由两个电阻串联形成的分压电路;所述CS5460A芯片的正向电压输入端与两个电阻的连接节点相接，所述CS5460A芯片的反向电压输入端通过一限流电阻与串联电池组的负极相接。3.根据权利要求1所述的基于单片机的动力电池的SOC检测电路，其特征是，所述CS5460A芯片的正向电流输入端和其反向电流输入端分别经过一个限流电阻与所述分流器相接。4.根据权利要求1所述的基于单片机的动力电池的SOC检测电路，其特征是，所述CS5460A芯片的正向电压输入端、反向电压输入端、正向电流输入端和反向电流输入端分别通过一个滤波电容接地线。5.根据权利要求1所述的基于单片机的动力电池的SOC检测电路，其特征是，所述单片机为ATmegal6单片机。
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于单片机的动力电池的SOC检测电路。该SOC检测电路包括CS5460A芯片，CS5460A芯片的正向电压输入端和反向电压输入端分别与动力电池中串联电池组的两端相接，CS5460A芯片的正向电流输入端和反向电流输入端经分流器或互感器与串联电池组的输出干路相接；CS5460A芯片的串行数据输入端和串行数据输出端均与单片机相接；在CS5460A芯片的晶振输入端和其晶振输出端之间接有晶体振荡器。采用本实用新型可实现在线检测动力电池的剩余电量SOC，由于是基于单片机进行的检测，因此检测过程对动力电池产生的影响较小，且测量精度高，即使动力电池电极损坏也能较为准确地检测其剩余电量。
【IPC分类】G01R31/36
【公开号】CN205176236
【申请号】CN201520968645
【发明人】王涛, 王金国, 郭建佳, 王惠雪, 张子阳, 庞艳荣
【申请人】河北大学, 保定奥奇机电科技服务有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月30日