一种基于霍尔的电流采样方法与流程

【技术领域】

本发明涉及电流测量的技术领域，尤其涉及一种基于霍尔的电流采样方法。

背景技术：

随着电动汽车的不断发展，为电动汽车提供动力的电池的各项指标也成为关注的重点。其中，电池soc(stateofcharge，荷电状态)用于告知用户电池的剩余电量，为用户更好的规划行车里程有着重要的意义。

目前，广泛使用安时积分法来计算电池的soc，该方法通过使用霍尔电流传感器采集电流，然后做电流关于时间的积分，最终得出电荷量，因此，电流采集的准确度直接影响soc预测的准确度。

目前通常采用霍尔传感器对所在电路的电流进行采集并输出采集信号经运算放大电路传递至单片机。然而，由于单片机的adc模块通常都存在非线性误差，霍尔传感器的输出并非严格的线性以及运放放大电路的放大倍数也并非是计算的理论值，进而导致经单片机输出的采集信号与霍尔传感器所在电路的真实电流之间存在较大误差，从而影响电池soc的估算精度。

鉴于此，实有必要提供一种新的基于霍尔的电流采样方法以克服上述缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于霍尔的电流采样方法，所述基于霍尔的电流采样方法的采样精度较高，进而提高了电池soc的估算精度。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于霍尔的电流采样方法，所述基于霍尔的电流采样方法包括如下步骤：

对单片机的adc模块进行校准；

为霍尔传感器通过额定的电流以分别得出所述霍尔传感器在第一量程及第二量程中采集电流与实际电流的对应关系曲线；

通过第一关系曲线以及第二关系曲线确定第一量程与第二量程的切换点。

本发明所提供的基于霍尔的电流采样方法，由于对单片机的adc模块进行校准以及对霍尔传感器的采样电流与实际电流进行对应，进而使得单片机采集到的数据比较准确，提高了电流采样精度，从而提高了电池soc的估算精度。

【附图说明】

图1为霍尔传感器的应用示意图。

图2为本发明实施例中提供的基于霍尔的电流采样方法的流程图。

图3为图1中的adc模块采样的非线性误差图。

图4为图1中的霍尔传感器在理论情况下的电流与电压关系图。

图5为图1中的霍尔传感器的采集电流与实际电流的对应关系图。

图6为图1中霍尔传感器的第一量程与第二量程的第一切换方式图。

图7为图1中霍尔传感器的第一量程与第二量程的第二切换方式图。

图8为图1中霍尔传感器的温度与电流误差关系图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

请参阅图1，其为霍尔传感器10的应用示意图。其中，霍尔传感器10用于采集所在电路的电流经运算放大电路20传递至单片机30。可以理解，霍尔传感器10输出电压信号并经运算放大电路20放大后传送至所述单片机30。进一步地，所述单片机30包括用于将模拟信号转化成数字信号的adc(analog-to-digitalconverter，模数转换器)模块31。由于单片机30的adc模块31通常都存在非线性误差，因此，通过对adc模块31进行校准可以提对高霍尔传感器10的电流采样的精度。

请参阅图2，其为本发明实施例中提供的基于霍尔的电流采样方法的流程图。所应说明的是，本发明的方法并不受限于下述步骤的顺序，且其他实施例中，本发明的方法可以只包括以下所述步骤的其中一部分，或者其中的部分步骤可以被删除。

步骤s01，对单片机30的adc模块31进行校准。

请再参阅图3，通过采用标准校验仪得到adc模块31采样的非线性误差图。其中，311为理论值，312为实测值。横坐标为adc模块31采样到的数值，纵坐标为adc模块31接收到的电压值。由图3可以看出，理论上，adc模块31采样到的数值与接收到的电压值成线性对应关系，而实际上则是非线性的对应关系。通过对图3采用分三段拟合的方式，得到校准方程组如下，由校准方程组就可以得到adc模块31的采样数值x与实际接收到的实际采样电压v-adc的对应关系。

需要说明的是，本实施方式中的单片机30为12位，因此，adc模块31的采样数值范围为0～4096，可以理解，若单片机30的位数不同，adc模块31的数值的取值范围也不同，其中，a以及b的数值可以依据测试统计数据而得出，例如，依据测试统计数据，发现在215以内，测量值与理论值偏差较大，那么就以215作为a点；同理，发现在3899后面的数据测量值也与理论值偏差较大，就选择3899作为b点。因此，f2(x)为直线函数，而f1(x)及f3(x)则为曲线函数，且若单片机30的型号与位数不同，各函数对应的表达式均不同。此外，上述方程组的具体表达式可以依据大量的实验数据通过计算得出，也可以通过matlab的曲线拟合工具，依据图像而拟合得出。

步骤s02，为霍尔传感器10通过额定的电流以分别得出霍尔传感器10在第一量程及第二量程中采集电流与实际电流的对应关系曲线。

请再参阅图4，其为霍尔传感器10在理论情况下的电流与电压关系图。其中，第一量程为-30a～30a；第二量程为-300a～300a。从图中可以看出，理论上当为霍尔传感器10同第一量程的电流时，通过霍尔传感器10输出并经运算放大电路20后，所述adc模块31接收到0.25v到4.75v的电压，且电压与电流成线性变化。因此，可以依据电流为-30a、电压为0.25v的a点以及电流为30a、电压为4.75v的b点得出霍尔传感器10在第一量程中的电流与电压的对应关系的方程。同理，依据电流为-300a、电压为0.25v的c点以及电流为300a、电压为4.75v的d点得出霍尔传感器10在第二量程中的电流与电压的对应关系方程。然而，由于霍尔传感器10的输出并非严格的线性，并且运放放大电路20的放大倍数也并非是计算的理论值，因此，需要通过统计学的方法找出采样电流与实际电流之间的关系曲线。

具体地，请再参阅图5，在第一量程中，选取多个电流为霍尔传感器10通电，例如，分别给霍尔传感器10通5a、10a、15a及20a等的电流，并测出adc模块31接收到的采样电压，然后，依据第一量程中的电流与电压的对应关系方程得出采样电流，接着依据采样电流(图5中横坐标代表采样电流)与对应的实际电流(图5中纵坐标代表实际电流)所确定的点，描绘相应的第一关系曲线s1，最后，通过使用matlab的曲线拟合工具，得到第一关系曲线s1的三次拟合多项式。可以理解，选择的点越多，得出来的三次拟合多项式越精确。可以理解，虽然取名第一关系曲线s1，但其接近一条直线。同理，通过为霍尔传感器10通第二量程的若干电流以得到第二量程中的采样电流与实际电流的对应关系。具体的，第二量程中的采样电流与实际电流的对应的第二关系曲线s2(请参图6)。

步骤s03，通过第一关系曲线s1以及第二关系曲线s2确定第一量程与第二量程的切换点。

具体地，请再参阅图6，当第一关系曲线s1与第二关系曲线s2有交点时，在交点处做第一量程与第二量程的自动切换，亦即，当采集到霍尔传感器10的采集电流小于交点所对应的采集电流时，采用第一量程中采集电流与实际电流的第一关系曲线s1得出对应的实际电流；当采集到霍尔传感器10的采集电流大于交点所对应的采集电流时，采用第二量程中采集电流与实际电流的第二关系曲线s2得出对应的实际电流。

请再参阅图7，当所述第一关系曲线s1与第二关系曲线s2没有交点时，在第一量程的可信区间内选择第一区间，在第一区间内做均值变换，使用线性平均的方法连接第一关系曲线s1与第二关系曲线s2，进而得到直线l1，并分别以直线l1与第一关系曲线s1的交点及直线s2与第二关系曲线s2的交点所对应的采集电流的大小做分界点。由于直线l1综合了第一曲线s1与第二曲线s2的特点，最大限度的利用了第一量程在小电流时的高精度特点，使得第一关系曲线s1与第二关系曲线s2成为一条连续的线。可以理解，第一区间可以为一个对称的2δ范围，其中，2δ范围的区间，可以依据统计实验得出。本实施方式中的第一量程与第二量程的切换方法避免了先由技术中两个量程切换点附近数据会猛烈跳动的情况发生。

步骤s04，采集霍尔传感器10的温度，并依据霍尔传感器10的温度校准系数对实际电流进行校准。

具体地，请再参阅图8，每个霍尔传感器10在出厂时都有对应的温度校准系数(温度与电流误差的对应关系)，因此，可以通过查表，找出对应的关系后对得出的实际电流进行校准。图8中三条折线分别代表了不同电流时，霍尔传感器10的温度与对应的电流误差。本实施方式中，考虑了温度对霍尔传感器10的精度影响，依据温度校准系数对得出的实际电流进行校准，进而进一步提高了采样的精度。

本发明所提供的基于霍尔的电流采样方法，由于对单片机30的adc模块31进行校准以及对霍尔传感器10的采样电流与实际电流进行对应，进而使得单片机采集到的数据比较准确，提高了电流的采样精度，从而提高了电池soc的估算精度。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。