一种基于霍尔传感器的锂离子电池电流检测方法

黄建科

一种基于霍尔传感器的锂离子电池电流检测方法

黄建科

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湖南生物机电职业技术学院

锂离子电池因其突出优点，目前在众多领域广泛应用，对电池运行状态的管理变得越来越重要。锂离子电池组管理系统主要功能有采集电池的电压、电流、温度数据，准确估计电池的剩余电量（SOC），防止过充电和过放电和均衡管理等多个方面。在电池管理多个环节中需要检测电流值，霍尔传感器低成本、高精度、小封装以及良好的隔离特性使得其是一个很好的选择。

霍尔电流传感器

ACS706ELC-20A是一款基于霍尔效应原理，并具有双向20A动态范围的电流传感器。传导被测电流的导体部分与测量电路之间的交流隔离电压有效值为1600V。该器件采用SOIC表面封装， 运行温度-40℃～+ 85℃。

ACS706ELC-20A电流传感器由霍尔元件和动态偏移电路、调整控制和输出等信号处理电路组成。被测电流通过霍尔器件时，由于电磁场的作用产生霍尔电压信号，霍尔电压信号与外加磁场强度呈线性关系，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，经集成电路中的放大器使该电压放大到0.5V～4.5V，且电压信号1mv对应被测电流10mA。

测试原理

设某锂离子电池组最大电流为20A，根据电池组充放电情况，其工作电流为-20A～+20A。测试电路由霍尔电流传感器、信号处理电路、模拟开关、单片机组成。采样电流经过差分比例放大电路和反相放大器进行处理，单片机对多路模拟开关送入的采样信号进行A/D转换，由于电池组有充电和放电两种状态，所以单片机进行电压采样时需要判断是充电还是放电。

图1 测试系统电路图

采样信号处理电路

ACS706ELC-20A的输出电压随被测电流的变化关系如图2所示。当电池组电流从- 20A～20A的变化时，输出电压在0.5～4.5V变化，而A/D转换输入信号为0～5V，因此通过一级差分放大器，来实现电位移动和匹配，电路如图3所示。取比较电压Vref =0.5V，适当选择R1，R2，R3，Rf，使放大倍数为1.25，实际输出电压为- 5V～0V。

图2 输出电压-被测电流关系

图3 采样信号处理

数据处理

单片机通过A/D采样，用程序来判断是充电电流还是放电电流。差分放大器将电流采样值变换为-5v到0V电压，经反相放大后采样电压变为0到5V，其中0V～2.5V对应放电状态，A/D检测转换后数据是00H～80H。2.5V～5V对应充电状态，对应测A/D检测数据是80H～ 0FFH。

通常电流检测存在管理电路消耗电流和采样误差，为了避免被测电流的振荡采样，把小于50mA的充放电电流为0电流，即A/D检测数据7E～82H范围，判定为0电流，检测数据低于7EH时才判定为有效放电电流，大于82H时判定为有效充电电流。

通常电池组电流较大，流过印制线和传感器原边时，会产生较大的热量，在PCB布线时，电流流经的印制线应有足够的宽度，并使用双层布线，增大散热面积。

结束语

采用霍尔器件作为传感器，具备良好的温度特性，采样误差较小，可根据电流检测大小，适当选取Vref和放大倍数满足检测要求，是一种简单易用的锂离子电池组电流检测方法。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.065