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分析电池容量计的解决方案

2012-07-04 17:16
人在旅途20
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  绝对值放大器和可逆计数器二者的结合,实现了对充电中放电间隙(即负脉冲充电)的计量,同时用一套电路完成了充放电两个方向的计算。充电时正向计数,放电时反向计数(减数),用电流的流向控制可逆计数器的计数方向。

  3 方案论证及技术关键的解决

  3.1 电流取样

  电流取样的目的是将电流信号变为电压信号,一般有三种方式:

  (1)取样电阻;

  (2)分流器;

  (3)霍尔器件。

  从电动车电池使用来看,电流较大,显然使用取样电阻并不合适,而分流器又太重且体积也较大,不太适用,故霍尔器件较为适用。另外,其尺寸小,重量轻适于在汽车上安装。它的缺点是价格稍贵,但对于汽车上使用的电池价格来讲完全可以忽略。由于选用可以购买到的成熟产品,电路较简单不再列出。

  3.2 绝对值放大器

  由于充放电电流方向不同,采用绝对值放大器,它将霍尔器件输出的正负信号统一放大为正信号,然后送往压频转换器。

  绝对值放大器的设计方法较多,从电源上来看,有单电源、双电源两种方式,采用的运放个数有一个和多个。本机由于采用霍尔器件且为双向电流,故单电源没有优点,而单运放的放大器,电阻取值太多,精度要求高,并且对负载亦应考虑,不太适用。

  本机采用由二运放构成的绝对值放大器,选用低失调、低漂移的运算放大器0P-07,精度高且性能不受负载影响,就电池容量计而言,放大器的输出为零,否则经过长期搁置后,容量计由于放大器误差的关系指示充满或放光,产生误判。以高精度、低失调、低漂移设计完成后的样机,满度误差为1mv,零度误差小于1mv.参见图2。

 

图2 绝对值放大器原理图

  3.3压频转换器

  压频转换器是电池容量计的核心部分,负责将放大的信号转换为频率信号,它的线性度和精度直接影响到整机。实现压频转换的方法也有很多种。该器件较好的线性度为全程跟踪精度提供了保证,并以较少的元件使体积缩小,电路原理见图3。

 

图3 压频转换器原理图

  3.4 可逆计数器

  计数器部分全部采用CMOS电路,一是功耗低,这对依靠电池本身供电显得极为重要;二是其电平与运放电平匹配,并使显示范围增大。见图4。

 

图4可逆计数器原理图

  采用了14级脉冲进位二进制计数器4020一片,4位可逆二进制计数器4516二片,构成21级计数器。而低14位则仅用来计数并不用作输出,且4020是单向计数,无减法功能。

  此种设计有两大优点:

  (1)4020是高集成度的计数器,可代替3片半4516来使用,这样大大缩小了体积。

  (2)当作加法时,4020可精确到最低位;作减法时,误差为低十四位,但这个十四位也是一次性的最大误差,无累加性,因为电路上采用了异步、同步计数混用的方法。当减去14个数,4020输出异步脉冲4516减“1”,如同作真正减法一样,而4020的数值是不能输出的,这使得结果十分精确。

 

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