电动车电池容量计解决方案设计

熔融盐或固体电解质等。当外电路断开时，两极之间虽然有电位差（开路电压），但没有电流，存储在电池中的化学能并不转换为电能。当外电路闭合时，在两电极电位差的作用下即有电流流过外电路。同时在电池内部，由于电解质中不存在自由电子，电荷的传递必然伴随两极活性物质与电解质界面的氧化或还原反应，以及反应物和反应产物的物质迁移。为吉布斯反应自由能增量（焦）；F为法拉第常数=96500库=26.8安·小时；n为电池反应的当量数。这是电池电动势与电池反应之间的基本热力学关系式，也是计算电池能量转换效率的基本热力学方程式。

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。

3.5 控制电路

　　该部分包含有预置电路、防溢出电路、计数方向控制电路。

　　本样机为适用范围宽，在计数器的预置和控制电路上均增加了拨动开关，这样可以通过拨动开关设置计数部分初值和终值，可达到检测使用已知电池电容的目的，比较方便。

　　同时为防计数器双向溢出，分别设置防溢出电路，使计数器计到零和满值时均不再计数，以防错误。

　　通过对电流流向的比对，输出脉冲控制可逆计数器的计数，构成方向控制电路。

3.6 显示

　　显示有数字式、指针式两种方式。为保证直观的显示，同时尽可能沿用普通汽车的仪表，仍采用汽车上原有指示电池电压的电压表。而在电压表上设置一个开关，通过它来切换电压、容量的指示，这样较为方便。

　　这需要将计数器的二进制数转化为电压。显然用D/A转换是可以的，但电路复杂程度上升，成本也有所提高。故为了简化电路我们仅借用D/A转换网络的思想，利用权电阻T形网络将4516的7位数值变换成模拟量输出，推动电压表指示，见图5。

图5显示电路原理图

3.7 工作电源部分

电池容量计不同于其它仪器的是它只能使用电池作为电源，而由于电池电压的变化及波动，直接使