電動(dòng)車(chē)電池容量計解決方案設計

3.2 絕對值放大器

由于充放電電流方向不同，采用絕對值放大器，它將霍爾器件輸出的正負信號統一放大為正信號，然后送往壓頻轉換器。

絕對值放大器的設計方法較多，從電源上來(lái)看，有單電源、雙電源兩種方式，采用的運放個(gè)數有一個(gè)和多個(gè)。本機由于采用霍爾器件且為雙向電流，故單電源沒(méi)有優(yōu)點(diǎn)，而單運放的放大器，電阻取值太多，精度要求高，并且對負載亦應考慮，不太適用。

本機采用由二運放構成的絕對值放大器，選用低失調、低漂移的運算放大器0P-07，精度高且性能不受負載影響，就電池容量計而言，放大器的輸出為零，否則經(jīng)過(guò)長(cháng)期擱置后，容量計由于放大器誤差的關(guān)系指示充滿(mǎn)或放光，產(chǎn)生誤判。以高精度、低失調、低漂移設計完成后的樣機，滿(mǎn)度誤差為1mv，零度誤差小于1mv.參見(jiàn)圖2。

圖2 絕對值放大器原理圖

3.3壓頻轉換器

壓頻轉換器是電池容量計的核心部分，負責將放大的信號轉換為頻率信號，它的線(xiàn)性度和精度直接影響到整機。實(shí)現壓頻轉換的方法也有很多種。該器件較好的線(xiàn)性度為全程跟蹤精度提供了保證，并以較少的元件使體積縮小，電路原理見(jiàn)圖3。

圖3 壓頻轉換器原理圖

3.4 可逆計數器

計數器部分全部采用CMOS電路，一是功耗低，這對依靠電池本身供電顯得極為重要;二是其電平與運放電平匹配，并使顯示范圍增大。見(jiàn)圖4。

圖4可逆計數器原理圖

采用了14級脈沖進(jìn)位二進(jìn)制計數器4020一片，4位可逆二進(jìn)制計數器4516二片，構成21級計數器。而低14位則僅用來(lái)計數并不用作輸出，且4020是單向計數，無(wú)減法功能。

此種設計有兩大優(yōu)點(diǎn)：

(1)4020是高集成度的計數器，可代替3片半4516來(lái)使用，這樣大大縮小了體積。

(2)當作加法時(shí)，4020可精確到最低位;作減法時(shí)，誤差為低十四位，但這個(gè)十四位也是一次性的最大誤差，無(wú)累加性，因為電路上采用了異步、同步計數混用的方法。當減去14個(gè)數，4020輸出異步脈沖4516減“1”，如同作真正減法一樣，而4020的數值是不能輸出的，這使得結果十分精確。

3.5 控制電路

該部分包含有預置電路、防溢出電路、計數方向控制電路。

本樣機為適用范圍寬，在計數器的預置和控制電路上均增加了撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，這樣可以通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)設置計數部分初值和終值，可達到檢測使用已知電池電容的目的，比較方便。

同時(shí)為防計數器雙向溢出，分別設置防溢出電路，使計數器計到零和滿(mǎn)值時(shí)均不再計數，以防錯誤。

通過(guò)對電流流向的比對，輸出脈沖控制可逆計數器的計數，構成方向控制電路。

3.6 顯示

顯示有數字式、指針式兩種方式。為保證直觀(guān)的顯示，同時(shí)盡可能沿用普通汽車(chē)的儀表，仍采用汽車(chē)上原有指示電池電壓的電壓表。而在電壓表上設置一個(gè)開(kāi)關(guān)，通過(guò)它來(lái)切換電壓、容量的指示，這樣較為方便。

這需要將計數器的二進(jìn)制數轉化為電壓。顯然用D/A轉換是可以的，但電路復雜程度上升，成本也有所提高。故為了簡(jiǎn)化電路我們僅借用D/A轉換網(wǎng)絡(luò )的思想，利用權電阻T形網(wǎng)絡(luò )將4516的7位數值變換成模擬量輸出，推動(dòng)電壓表指示，見(jiàn)圖5。

圖5顯示電路原理圖

3.7 工作電源部分

電池容量計不同于其它儀器的是它只能使用電池作為電源，而由于電池電壓的變化及波動(dòng)，直接使用顯然是不合適的，為此必須由電池引出產(chǎn)生二次電源。

首先霍爾器件需電源±12V，電路控制計數等部分也亦借用±12V，另外我們考慮到為了使容量指示更直觀(guān)清晰，其最大電壓范圍應大些，同時(shí)也能充分利用其電壓表有效指示。其電壓表范圍為40V，而電池電壓最高為30V，故設定容量指示最大指示為28V，這就需要電源電壓為30V.

由于電池起動(dòng)時(shí)有大電流放電，使電壓波動(dòng)十分厲害，約15~30V，為適應其變化，同時(shí)減小容量計自身功耗，提高效率，設計全部采用開(kāi)關(guān)電源。

首先+12V的獲得是采用LM2575降壓調整器，該芯片輸入電壓可達40V，固定振蕩頻率52kHz，電壓、電流調整率較好，適應容量計的要求。

-12V是利用+12V為輸入，通過(guò)34063DC/DC變換器加以變換而成。這樣損失了部分功率。我們原設計用M2575HV(輸入電壓60V)由電池電壓直接引入，損失較小。故我們在設計中一直在尋找簡(jiǎn)潔的方法，最后經(jīng)試驗決定利用555振蕩器升壓并采用倍壓整流的方法將12V提升至30V，效果極好，見(jiàn)圖6。

4 產(chǎn)品的設計與計算

4.1 電壓/頻率關(guān)系的設定

電壓0~10V對應頻率0~10kHz

圖6 30V電源原理圖

電流0~1000A對應電壓0~10V

這幾個(gè)值的選取，綜合考慮了霍爾元件、放大器、F/V轉換設計的最佳值及試驗樣機的需要。

4.2 計數位數

4020-14位4516兩片共8位，加起來(lái)為22位，僅采用21位，其計數個(gè)數為：