專利名稱：電流積分的測量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電動汽車電池管理系統(tǒng)、電池充放電設(shè)備的電流積分測量電路。
背景技術(shù)：
電動汽車、電池充放電設(shè)備中通常需要計(jì)算蓄電池的剩余能量，電流積分法是計(jì)算電池 剩余能量最常用的方法。目前計(jì)算電流積分最常用的方法是先測量電流，然后在軟件中對電 流進(jìn)行積分，這種方法精度低，CPU軟件開銷大。如中國專利03800926.9 "電池組和電池 剩余能量計(jì)算方法"，主要是用軟件計(jì)算能量的積分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種用硬件測量電流積分的方法。本發(fā)明硬 件電路簡單，測量精度高，改變了現(xiàn)有靠軟件技術(shù)測量電流積分的方法，減少了軟件工作量， 同時也降低了系統(tǒng)成本。本發(fā)明用于電動汽車的電池管理系統(tǒng)，計(jì)算蓄電池的電量，可提高 電流積分的精度。
本發(fā)明利用了電量芯片的能量計(jì)算功能。能量計(jì)算芯片需要兩路信號輸入，第一路是電 流信號，第二路是電壓信號，在第二路電壓信號輸入端接入一個基準(zhǔn)電壓源，將電量芯片測
得的能量除以第二路輸入的基準(zhǔn)電壓值，就得到電流積分值A(chǔ)T。能量的計(jì)算公式為
五=J"t/^^ ，其中E為能量，U為輸入電壓，I為輸入電流。當(dāng)用來積分的電壓U為常量
時，^r=^=j>d,通過此公式即可以快速而準(zhǔn)確地計(jì)算出電流的積分AT。
本發(fā)明主要包括電流信號處理模塊、能量計(jì)算芯片模塊、基準(zhǔn)電壓源模塊。電流信號 處理模塊和能量計(jì)算芯片模塊直接通過輸出信號V1P相連接，基準(zhǔn)電壓源模塊輸出基準(zhǔn)電壓 REF直接接到能量計(jì)算芯片的電壓參考端REF?；鶞?zhǔn)電壓源模塊輸出的基準(zhǔn)電壓REF經(jīng)過精 密電阻R63、 R64、 R62分壓后直接輸入到能量計(jì)算芯片V2P端。
電流傳感器輸出的信號經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成一O. 5V~+0. 5V的電壓信號BC+。電壓信號BC+輸 入到電流信號處理模塊。電流信號處理模塊由運(yùn)放LM158，精密電阻R55、 R56、 R57，電容 C44、 C45、 C52構(gòu)成一個二階低通濾波器。實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)干擾源來選定電阻和電容的 值，以取得不同的濾波效果。電阻R58和C46構(gòu)成了一個阻容濾波電路。
能量計(jì)算芯片模塊由ADE7753及其外圍電路構(gòu)成。ADE7753有兩路模擬輸入通道，在用 作電流積分功能時，V1P輸入電流信號，V2P輸入電壓信號。ADE7753使用外部晶振電路， ADE7753的采樣頻率最快可以達(dá)到27.9K/S。 ADE7753工作需要一個電壓基準(zhǔn)，可以使用ADE7753內(nèi)部自帶的電壓基準(zhǔn)源，也可以使用外部電壓基準(zhǔn)，為了提高系統(tǒng)的采樣精度，本 發(fā)明中采用了外部電壓基準(zhǔn)。ADE7753采用SPI通訊接口和外部進(jìn)行通訊，DIN是數(shù)據(jù)輸入 線和CPU的數(shù)據(jù)輸出線接口， DOUT是數(shù)據(jù)輸出線和CPU的數(shù)據(jù)輸入線接口， SCLK是時鐘信 號線，由CPU產(chǎn)生SPI通訊的時鐘信號。
基準(zhǔn)電壓模塊由MAX6173和精密電阻R62、 R63、 R64構(gòu)成。MAX6173具有精度高，低溫 漂的特點(diǎn)。在實(shí)際使用中，可以根據(jù)系統(tǒng)的精度要求采用不同的基準(zhǔn)電壓模塊?；鶞?zhǔn)電壓模 塊在本發(fā)明中主要有兩個作用 一是給ADE7753提供基準(zhǔn)電壓，二是經(jīng)過電阻分壓，給 ADE7753的第二通道輸入一個0. IV的基準(zhǔn)電壓。在第二通道電壓輸入是一個定值的情況下， 電流積分就是能量值的整數(shù)倍。在本發(fā)明中，電流積分就是能量值的十倍。實(shí)際運(yùn)用中，可 以使用不同的分壓電阻，但輸入第二通道的電壓值一定要小于等于0. 5V。
本發(fā)明在能量芯片內(nèi)部就完成了功率的積分，CPU只需要讀取能量芯片中積分的結(jié)果， 經(jīng)過簡單運(yùn)算就能得到電流積分結(jié)果，這樣就大大減少了軟件工作量，同時也提高了電流積 分的精度。


圖l是系統(tǒng)模塊連接框圖2是電流信號處理電路原理圖3是能量計(jì)算芯片電路原理圖4是基準(zhǔn)電壓源電路原理圖；
具體實(shí)施例方式
圖l是本發(fā)明系統(tǒng)模塊連接框圖。本發(fā)明包括電流信號處理模塊、能量計(jì)算芯片模塊、 基準(zhǔn)電壓源模塊三部分。電流信號處理模塊和能量計(jì)算芯片模塊直接通過輸出信號V1P相連 接，基準(zhǔn)電壓源模塊輸出基準(zhǔn)電壓REF直接接到能量計(jì)算芯片的電壓參考端REF?；鶞?zhǔn)電壓 源模塊輸出的基準(zhǔn)電壓REF經(jīng)過精密電阻R63、R64、R62分壓后直接輸入到能量計(jì)算芯片V2P
端o
圖2所示是電流信號處理模塊。進(jìn)入電流信號處理模塊的信號BC+是一個-0. 5V~+0. 5V 的電壓信號。因此不管前端用什么樣的電流傳感器，只要把它的輸出信號轉(zhuǎn)換成-O. 5V +0. 5V 的電壓信號后，就可以直接和電流信號處理模塊接口。具體連接方式是運(yùn)放LM158，電阻 R55、 R56、 R57電容C45、 C44、 C52構(gòu)成了一個二階有源低通濾波器。BC+直接接到電阻R55, 電阻R55的輸出接到電阻R56和電容C44，電容C44接LM158的1管腳，電阻R56的輸出接 運(yùn)放LM158的3引腳和電容C45。運(yùn)放LM158的2管腳接電阻R57和電容C52，電阻R57輸 出腳和電容C52輸出腳相連接，電阻R57輸出接運(yùn)放LM158的1腳，電容C52的輸出接運(yùn)放LM158的1管腳。運(yùn)放LM158的1管腳接電阻R58，電阻R58輸出信號V1P。信號V1P通過電 容C46接地，同時信號V1P輸入到能量計(jì)算芯片模塊。由于濾波的信號是一個-0.5r+0.5V 的電壓信號，因此運(yùn)放LM158的供電電源需要一個雙電源電壓，本發(fā)明中使用+5V和一5V 電壓給運(yùn)放LM158供電。電容C53、 C54是運(yùn)放LM158供電電源的濾波電容。電阻R58通過 C46接地，電阻R58輸出接ADE7753的管腳4，電阻R58、電容C46在二階有源濾波器的輸出 端構(gòu)成一個簡單的阻容濾波器。
圖3所示為能量計(jì)算芯片模塊。U25是能量計(jì)算芯片ADE7753， U25有兩個輸入通道管腳 4和管腳7，在使用能量積分功能時，管腳4輸入的是電流信號，管腳7輸入的是電壓信號。 管腳9是能量芯片基準(zhǔn)電壓輸入端。管腳2是能量芯片數(shù)字電源輸入端、管腳3是能量芯片 模擬電源輸入端。管腳15、管腳16接外部晶振電路。管腳14是中斷輸出、管腳17是ADE7753 的片選端，低電平有效。管腳18、管腳19、管腳20是ADE7753的SPI通訊端，DIO是能量 計(jì)算芯片的數(shù)據(jù)輸入端，DOO是能量芯片的數(shù)據(jù)輸出端，SCLKO是能量芯片的時鐘信號端， 由主CPU產(chǎn)生通訊時鐘信號。具體連接方式是管腳2的數(shù)字電源通過電容C48、 C49接地， 管腳3的模擬電源通過電容C51、 C50接地。管腳9通過電容C57，C60接地。管腳15，管腳 16接外部晶振X2，晶振X2的兩端通過電容C61， C62接地。
圖4是基準(zhǔn)電壓源模塊。U26是MAXIM公司的基準(zhǔn)電壓源MAX6173,輸出電壓是2.5V, 它的精度是0.06%，溫度系數(shù)是3ppm(-40。C +125。C)管腳2是電壓輸入端，管腳2接+ 5V電源，在電源端接電容C55、 C56。。管腳4是接地端。管腳6是MAX6173的輸出端，輸出 2. 5V。 U26的輸出端直接接到能量計(jì)算芯片的REF端。電阻R63、 R64、 R62采用精度為0. 1%， 溫度系數(shù)是10ppm的精密電阻，U26的6管腳輸出經(jīng)過精密電阻R63、 R64、 R62分壓后得到 一個0.1V的電壓V2P，電壓V2P直接輸入到能量計(jì)算芯片U25的7管腳。具體連接方式是-管腳2接電源+5V，同時通過電容C55, C56接地。管腳6輸出信號REF輸入到電阻R63， R63 接R64， R64通過電阻R62接地，電阻R64的輸出直接接到能量計(jì)算芯片模塊的管腳7。能量 芯片ADE7753的管腳5，管腳6，管腳17，管腳8，管腳10直接接地。
權(quán)利要求
1、一種電流積分測量電路，其特征在于向該電路的能量計(jì)算芯片ADE7753輸入電流和基準(zhǔn)電壓兩路信號，其中基準(zhǔn)電壓信號是通過外部基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的一個固定電壓值；利用能量計(jì)算芯片ADE7753內(nèi)部計(jì)算能量的功能，把從芯片內(nèi)部讀取到的能量值除以第二路輸入的電壓值，便得到電流的積分值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流積分測量電路，其特征在于該電路包括電流信號處理模 塊、能量計(jì)算芯片模塊和基準(zhǔn)電壓源模塊；電流信號處理模塊由運(yùn)放LM158，精密電阻R55、 R56和R57，電容C44、 C45和C52構(gòu)成的一個二階有源低通濾波器；能量計(jì)算芯片模塊 ADE7753 U25實(shí)現(xiàn)電流積分功能；基準(zhǔn)電源模塊由MAX6173作為能量計(jì)算芯片模塊 ADE7753的基準(zhǔn)電壓源，經(jīng)精密電阻R62、 R63、 R64對基準(zhǔn)電壓源分壓后輸入到能量計(jì)算 芯片模塊AED7753的V2P端口；電流信號處理模塊對輸入到AD7753的—0.5V—+0.5V的 信號進(jìn)行濾波處理；電流信號處理模塊和能量計(jì)算芯片模塊直接通過輸出信號V1P相連接， 基準(zhǔn)電壓源模塊輸出基準(zhǔn)電壓直接接到能量計(jì)算芯片的電壓參考端REF;基準(zhǔn)電壓源模塊輸 出的基準(zhǔn)電壓經(jīng)過精密電阻R63、 R64、 R62分壓后直接輸入到能量計(jì)算芯片V2P端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流積分測量電路，其特征在于電流信號處理模塊中，進(jìn)入 電流信號處理模塊的信號BC+直接接到電阻R55，電阻R55的輸出接到電阻R56和電容C44， 電阻R56和電容C44并聯(lián)，電容C44接LM158的1管腳，電阻R56的輸出接運(yùn)放LM158 的3引腳和電容C45;運(yùn)放LM158的2管腳接電阻R57和電容C52，電阻R57和電容C52 并聯(lián)，電阻R57輸出接運(yùn)放LM158的1腳，電容C52的輸出接運(yùn)放LM158的1管腳；運(yùn) 放LM158的1管腳接電阻R58，電阻R58輸出信號V1P;信號V1P通過電容C46接地，同 時信號V1P輸入到能量計(jì)算芯片模塊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電流積分測量電路，其特征在于能量計(jì)算芯片模塊U25管腳 2的數(shù)字電源通過電容C48、 C49接地，管腳3的模擬電源通過電容C51、 C50接地；管腳9 通過電容C57和電容C60接地；管腳15和管腳16接外部晶振X2，晶振X2的兩端通過電 容C61和C62接地；U25的管腳5、管腳6、管腳17、管腳8和管腳10直接接地。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流積分測量電路，其特征在于基準(zhǔn)電壓源模塊MAX6173 U26 中，管腳2接電源+5V，同時通過電容C55， C56接地；管腳6輸出信號REF輸入到電阻 R63， R63接R64， R64通過電阻R62接地，電阻R64的輸出直接接到能量計(jì)算芯片模塊的 管腳7。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流信號處理模塊，其特征在于二階有源低通濾波電路的電 阻R55、 R56和R57的阻值，電容C44、 C45和C52的容值根據(jù)干擾源來選定。
全文摘要
一種電流積分測量電路，包括電流信號處理模塊、能量計(jì)算芯片模塊和基準(zhǔn)電壓源模塊。電流信號處理模塊為由運(yùn)放LM158，精密電阻R55、R56和R57，電容C44、C45和C52組成的二階有源低通濾波器，對輸入到AD7753的-0.5V-+0.5V的信號進(jìn)行濾波處理。能量計(jì)算芯片模塊ADE7753實(shí)現(xiàn)電流積分功能?；鶞?zhǔn)電源模塊MAX6173作為能量計(jì)算芯片模塊ADE7753的基準(zhǔn)電壓源，經(jīng)精密電阻R62、R63、R64對基準(zhǔn)電壓源分壓后輸入到能量計(jì)算芯片模塊AED7753的V2P端口。本發(fā)明硬件電路簡單，測量精度高，可用于電動汽車的電池管理系統(tǒng)，計(jì)算蓄電池的電量。
文檔編號G01R31/36GK101308196SQ20081011492
公開日2008年11月19日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者吳振軍, 廖承林, 徐冬平, 健 楊, 王麗芳 申請人:中國科學(xué)院電工研究所