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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湖南生物機電職業技術學院

鋰離子電池因其突出優點，目前在眾多領域廣泛應用，對電池運行狀態的管理變得越來越重要。鋰離子電池組管理系統主要功能有采集電池的電壓、電流、溫度數據，準確估計電池的剩余電量（SOC），防止過充電和過放電和均衡管理等多個方面。在電池管理多個環節中需要檢測電流值，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原理，并具有雙向20A動態范圍的電流傳感器。傳導被測電流的導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， 運行溫度-40℃～+ 85℃。

ACS706ELC-20A電流傳感器由霍爾元件和動態偏移電路、調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生霍爾電壓信號，霍爾電壓信號與外加磁場強度呈線性關系，霍爾電壓值很小，通常只有幾個毫伏，經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對應被測電流10mA。

測試原理

設某鋰離子電池組最大電流為20A，根據電池組充放電情況，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、單片機組成。采樣電流經過差分比例放大電路和反相放大器進行處理，單片機對多路模擬開關送入的采樣信號進行A/D轉換，由于電池組有充電和放電兩種狀態，所以單片機進行電壓采樣時需要判斷是充電還是放電。

圖1 測試系統電路圖

采樣信號處理電路

ACS706ELC-20A的輸出電壓隨被測電流的變化關系如圖2所示。當電池組電流從- 20A～20A的變化時，輸出電壓在0.5～4.5V變化，而A/D轉換輸入信號為0～5V，因此通過一級差分放大器，來實現電位移動和匹配，電路如圖3所示。取比較電壓Vref =0.5V，適當選擇R1，R2，R3，Rf，使放大倍數為1.25，實際輸出電壓為- 5V～0V。

圖2 輸出電壓-被測電流關系

圖3 采樣信號處理

數據處理

單片機通過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，經反相放大后采樣電壓變為0到5V，其中0V～2.5V對應放電狀態，A/D檢測轉換后數據是00H～80H。2.5V～5V對應充電狀態，對應測A/D檢測數據是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檢測數據7E～82H范圍，判定為0電流，檢測數據低于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，會產生較大的熱量，在PCB布線時，電流流經的印制線應有足夠的寬度，并使用雙層布線，增大散熱面積。

結束語

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，可根據電流檢測大小，適當選取Vref和放大倍數滿足檢測要求，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