串联电池组电池电压测量方法的研究

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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第 4 期增刊
串联电池组电池电压测量方法的研究
213
在 A D 转换过程中, 电容上的电压能发生变化, 使其 精度趋低, 而且电容充放电时间及晶体管和隔离芯片 等器件动作延迟决定采样时间长等缺点。
图 3 数据处理流程
5 结 论
将软测量技术转法运用到测试系统的设计中, 克 服了以往测试系统的缺点。该技术转法原理可行, 性能 稳定, 满足火炮后坐动态运动参量的测试需要。软测量 技术简化了传感系统的硬件设计线性特性的要求, 只 需要求具有稳定的特性。 软测量技术和虚拟仪器技术 的结合是一条有效的测试途径。
参考文献
1 刘迎春. 传感器原理设计及应用. 长沙: 国防科技大学出 版社, 1996.
2 贾民平, 等. 测试技术. 北京: 高等教育出版社, 2001. 3 贾伯年, 等. 传感器技术. 南京: 东南大学出版社, 2000. 4 张建民, 等. 机电一体化系统设计. 北京: 机械工业出版
社, 1989.
2 不同端电压测量方法的比较
现场干扰发生变化, 不能对地电位进行精确控制, 影响 整个系统的测量精度。 2. 3 其它测量方法
人们在研究蓄电池监测系统过程中, 提出了许多 测量串联电池组单只电池端电压的方法。 主要有以下
V F 法: 在多路输入信号的选择上采用模拟开关 进行选通, 在模拟信号的转换上采用可编程定时器的
该方法电路简单, 但是测量精度低, 只适合串联电池数
1 引 言
较少或者对测量精度要求不高的场合。 差模测量是通
过继电器选通单节电池进行直接测量。 当串联电池数
在所有表征蓄电池的参数之中, 蓄电池的端电压 最能体现蓄电池的当前状况, 可以根据端电压判断蓄 电池的充、放电进程, 浮充电压是否适当, 当前电压是 否超出允许的极限电压以及估计蓄电池的剩余容量,
较多而且对测量精度要求较高时, 只能采用差模测量。 2. 2 浮动地技术测量电池端电压
由于串联在一起的电池组总电压达几十伏, 甚至 上百伏, 远远高于模拟开关的正常工作电压, 因此需要
还可以判断蓄电池组的均一性好坏等。 因而对蓄电池 使地电位随测量不同电池电压时自动浮动来保证测量
的端电压的测量十分重要。
Abstract O n the basis of com parison of all k inds of m easu rem en t m ethods, a new m easu rem en t m ethod, direct
sam p ling m ethod, is in t roduced to m easu re the bat tery vo ltages of a serial bat tery clu ster, w h ich is m ade up of
(上接第 213 页)
提供准确的技术参数参考, 具有广阔的实际应用前景。 参考文献
版社, 2001. 2 王永洪. 线性集成运算放大器及其应用. 北京: 机械工业
出版社, 1988.
1 [ 德 ]D. B erndt 唐槿译. 免维护蓄电池. 中国科学技术出
3 欧阳斌林, 董守田. 蓄电池组智能监测仪中的浮动地技 术. 电测与仪表, 1998, 35 (12) : 35.
图 2 直接采样法线性运放电路图
其中 V n 是第 n 路的输入端电压。V ′n 经模拟开关选通 后, 再经电压跟随器, 由微处理器内置模数转换器进行 A D 转换。R n1、R n2、R n3、R n4和 R n5的值可以根据要检测 的蓄电池标称电压是 2V、6V 还是 12V , 以及是测量单 节电池电压还是电池组总电压进行匹配选择。
几种: 2. 1 差模测量与共模测量
V F 转换器。 但采用 V F 转换作为 A D 转换器的缺 点是响应速度慢、在小信号范围内线性度差、精度低。
共模测量是相对同一参考点, 用精密电阻等比例
用光电隔离器件和大电解电容器构成采样, 保持
衰减测量各点电压, 然后依次相减得到各节电池电压。 电路来测量蓄电池组中单只电池电压。此电路缺点是:
3 直接采样法
直接采样法的框图如图 1 所示。
图 1 直接采样法框图
该方法采用线性运算放大器组成线性采样电路, 经模拟开关选通要采样的通道, 后经电压跟随器送入 嵌入式微处理器, 微处理器片内集成 ADC, 无须外加 采样保持电路。根据串联电池组总电压的大小, 选择适 当的放大倍数, 无须电阻分压网络或改变地电位, 就可 以直接测量任意一只电池的电压。电路图如图 2 所示。
k
S= ∑∃ si i
4 计算机实现方法
4. 1 测量系统硬件实现 图 2 为虚拟仪器面板。
图 2 虚拟仪器面板
4. 2 测量系统软件实现 以数据处理的曲线说明数据软件处理过程及功
能, 利用实际信号对软测量传感器的原理进行考核和 验证。选择可控的位移典型信号进行试验, 对试验输入 的位移信号实测, 测量及数据处理结果如图 3 所示, 其 中: (a) 实测的传感器电压信号, (b) 位移往复折返点, (c) 重构位移信号。
4 结束语
本文提出的测量电池电压的直接采样法, 电路简 单实用, 适用范围广, 测量精度高, 很好的解决了电池 电压检测难的问题, 为蓄电池的在线监测和快速诊断
(下转第 215 页)
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第 4 期增刊
位移软测量虚拟仪器测试系统
215
Η= arcco s (Η) 式中: l—电容式位移传感器测量值, R —偏心圆直径, Η—摩擦轮转角, e—偏心距。
在水平转向直线位移驱动转向线位移与摩擦轮每
一周的对应关系:
y ( t) = r·Η 式中: r—摩擦轮驱动圆直径。
变极距型电容传感器极板位移与电容变化间的关
系[ 1 ]:
∃C C0
=
∃∆ ∆0
1-
∃∆ - 1 ∆0
可见, 传感器的输出特性 C= f (∆) 是非线的。根据
以上软模型, 可计算出位移的增量值。
曲线重构拟和模块是利用已建立起来的可测量与需测
量的确定关系, 计算重构出需测量。位移量的值的计算是根
据转向识别的结果进行位移增量的加减运算。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
即: 正向增量, 代数加; 反向增量, 代数减。
in tegrated operat ional am p lifier and analog elect ron ic sw itch. T he p rincip le is analyzed and m erit s are also dis2
cu ssed.
Key words Serial bat tery clu ster O n2line m on ito ring V o ltage L inear F loat ing ground
Research on M ethods of M ea sur ing Voltage in a Ser ia l Ba ttery C luster
L i Shu jing L in L ing L i Gang
(C olleg e of P recision Instrum en t and Op to. 2electron ics E ng ineering , T ianj in U n iv. , T ianj in 300072, C h ina)
以测量 2V 电池, 串联电池组总电压为 220V 为 例, 为保证电路正常工作, 选择 R n1= R n2 = R n5 = 1M 8 , R n3 = R n4 = 10k8 , 经该电路后的输出电压就是单只电 池的端电压, 由于是线性电路, 因此可以快速跟踪测量 电池电压的变化。因为电池的内阻很小, 该电路的输入 阻抗很大, 电路的线性再经过处理器校正后, 使用该电 路测量电池的端电压, 测量精度可以到 0. 25% , 为准 确判断蓄电池组的当前状态提供了技术参数。
第 24 卷第 4 期增刊 仪 器 仪 表 学 报 2003 年 8 月
串联电池组电池电压测量方法的研究
李树靖 林 凌 李 刚
(天津大学精密仪器与光电子工程学院 天津 300072)
摘要 本文在比较分析各种电池电压测量方法的基础上, 提出了一种集成运算放大器和模拟电子开关组成的新的测量方法 —直接采样法, 并分析了工作原理及其优点。 关键词 串联电池组 在线监测 电压 线性 浮动地
而且该电路有很好的可扩展性能。选择适当的R n1 ～ R n5的值, 可以测量标称电压是 6V , 12V 的电池, 还 可以测量电池组总电压。如果每 8 只或 16 只电池组成 一个测量模块, 就可以很方便的根据串联电池组电池 种类和个数选择测量模块组成一个采样系统, 适用于 各种蓄电池在线监测系统。
正常进行。 测量时窗口比较器自动判断当前地电位是
我们根据串联电池组的特性, 在比较了各种测量 方法的基础上, 提出了一种新的测量端电压的方法一 直接采样法。
否合适。如果正好, 启动A D 进行测量; 如果太高或太 低, 则通过控制器经D A 对地) 电位行浮动控制。该方 法虽然可以达到较高的测量精度, 但是地电位经常受
该电路为典型的线性电路, 根据运算放大器的特 笥, 可分析计算出经过采样电路后的输出电压为:
V ’n=
Rn Rn
3 2
Rn Rn
54V (n+ 1) -
Rn Rn
51V n
取 R n1= R n2= R n5, R n3 = R n4, 则有蓄电池 Bn 经采样电
路变换后的电压为:
V ’n= V (n+ 1) - V n