一種基于霍爾傳感器的鋰離子電池電流檢測方法

黃建科

一種基于霍爾傳感器的鋰離子電池電流檢測方法

黃建科

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湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

鋰離子電池因其突出優(yōu)點(diǎn)，目前在眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，對電池運(yùn)行狀態(tài)的管理變得越來越重要。鋰離子電池組管理系統(tǒng)主要功能有采集電池的電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確估計(jì)電池的剩余電量（SOC），防止過充電和過放電和均衡管理等多個方面。在電池管理多個環(huán)節(jié)中需要檢測電流值，霍爾傳感器低成本、高精度、小封裝以及良好的隔離特性使得其是一個很好的選擇。

霍爾電流傳感器

ACS706ELC-20A是一款基于霍爾效應(yīng)原理，并具有雙向20A動態(tài)范圍的電流傳感器。傳導(dǎo)被測電流的導(dǎo)體部分與測量電路之間的交流隔離電壓有效值為1600V。該器件采用SOIC表面封裝， 運(yùn)行溫度-40℃～+ 85℃。

ACS706ELC-20A電流傳感器由霍爾元件和動態(tài)偏移電路、調(diào)整控制和輸出等信號處理電路組成。被測電流通過霍爾器件時，由于電磁場的作用產(chǎn)生霍爾電壓信號，霍爾電壓信號與外加磁場強(qiáng)度呈線性關(guān)系，霍爾電壓值很小，通常只有幾個毫伏，經(jīng)集成電路中的放大器使該電壓放大到0.5V～4.5V，且電壓信號1mv對應(yīng)被測電流10mA。

測試原理

設(shè)某鋰離子電池組最大電流為20A，根據(jù)電池組充放電情況，其工作電流為-20A～+20A。測試電路由霍爾電流傳感器、信號處理電路、模擬開關(guān)、單片機(jī)組成。采樣電流經(jīng)過差分比例放大電路和反相放大器進(jìn)行處理，單片機(jī)對多路模擬開關(guān)送入的采樣信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由于電池組有充電和放電兩種狀態(tài)，所以單片機(jī)進(jìn)行電壓采樣時需要判斷是充電還是放電。

圖1 測試系統(tǒng)電路圖

采樣信號處理電路

ACS706ELC-20A的輸出電壓隨被測電流的變化關(guān)系如圖2所示。當(dāng)電池組電流從- 20A～20A的變化時，輸出電壓在0.5～4.5V變化，而A/D轉(zhuǎn)換輸入信號為0～5V，因此通過一級差分放大器，來實(shí)現(xiàn)電位移動和匹配，電路如圖3所示。取比較電壓Vref =0.5V，適當(dāng)選擇R1，R2，R3，Rf，使放大倍數(shù)為1.25，實(shí)際輸出電壓為- 5V～0V。

圖2 輸出電壓-被測電流關(guān)系

圖3 采樣信號處理

數(shù)據(jù)處理

單片機(jī)通過A/D采樣，用程序來判斷是充電電流還是放電電流。差分放大器將電流采樣值變換為-5v到0V電壓，經(jīng)反相放大后采樣電壓變?yōu)?到5V，其中0V～2.5V對應(yīng)放電狀態(tài)，A/D檢測轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)是00H～80H。2.5V～5V對應(yīng)充電狀態(tài)，對應(yīng)測A/D檢測數(shù)據(jù)是80H～ 0FFH。

通常電流檢測存在管理電路消耗電流和采樣誤差，為了避免被測電流的振蕩采樣，把小于50mA的充放電電流為0電流，即A/D檢測數(shù)據(jù)7E～82H范圍，判定為0電流，檢測數(shù)據(jù)低于7EH時才判定為有效放電電流，大于82H時判定為有效充電電流。

通常電池組電流較大，流過印制線和傳感器原邊時，會產(chǎn)生較大的熱量，在PCB布線時，電流流經(jīng)的印制線應(yīng)有足夠的寬度，并使用雙層布線，增大散熱面積。

結(jié)束語

采用霍爾器件作為傳感器，具備良好的溫度特性，采樣誤差較小，可根據(jù)電流檢測大小，適當(dāng)選取Vref和放大倍數(shù)滿足檢測要求，是一種簡單易用的鋰離子電池組電流檢測方法。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.065