充電電池監(jiān)控設計

1、 遼 寧 工 業(yè) 大 學 信號變換綜合設計課程設計（論文） 題目：充電電池工作監(jiān)控電路設計 院（系）： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 起止時間：2013-12-30至2014-1-10本科生課程設計（論文）課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院 教研室： 學 號學生姓名專業(yè)班級設計題目充電電池工作監(jiān)控電路設計課程設計（論文）任務設計任務：充電電池的充放電次數有限，用戶經常在電池充分放電之后再進行充電，但電池深度放電會損害電池。例如電壓為12V的充電電池在放電過程當中，當電壓高于10.4V時，放電曲線變化緩慢，曲線平滑；當電壓低于10.4V時，電壓迅速降低

2、，電池被損壞。設計一個電池監(jiān)控電路，防止電池深度放電。自行設計傳感檢測電路、放大濾波電路，當電池放電電壓達到一定值時自動切斷電源。可采用電壓比較器電路，開關可采用繼電器和三極管等。進行電路仿真，或進行電路板焊接。技術要求:測量范圍：515V；被測電池電壓DC12V（假設供電電壓15V不變）測量精度：0.5級；傳感器（敏感元件）：傳感器自選，檢測方法自行設計說明書要求:1.格式規(guī)范，符合學校要求；2.說明書中應有電壓檢測方法比較與方案論證，系統采用測量原理的說明及具體的實現方案、電路器件型號、參數，可靠性分析等；設計斷電模塊。硬件電路應由protel繪制。不能采用單片機設計3.按規(guī)定格式，撰寫、

3、打印設計說明書一份，詳細闡述系統的設計過程，字數應在4000字以上。工作計劃1、布置任務，查閱資料，理解掌握系統的設計要求。（2天）2、選擇相應傳感器、設計硬件電路圖。（2天）3、計算器件參數、選擇元器件型號繪制硬件電路圖。（3天）4、仿真調試或硬件電路焊接、調試。（2天）5、撰寫、打印設計說明書、答辯。（1天）指導教師評語及成績平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算 摘要第1章 TC0 第1章 緒論1.1 國內外現狀充電電池組是許多設備的動力源或應急電源，因此電池組的性能將直接關系到設備的正常運行。目前世

4、界上廣泛使用的充電電池具有電壓平穩(wěn)、安全可靠、價格低廉、適用范圍廣、原材料豐富等優(yōu)點。充電電池的正確使用關乎到充電電池的使用壽命，為了提高充電電池的使用壽命，保證其可靠運行。為此國內外對于充電電池的正確使用方法投入了大量人力和物力進行研究。我國國內主要對充電電池參數進行嚴格測量，以確保充電電池組處于最佳的工作狀況。以往，充電電池參數的測量都是人工完成的，人工測量速度慢，測量精度不高。為了提高測量速度和測量精度，對蓄電池參數進行自動測量顯得尤為重要。近十年來，大量的研究人員開始于充電電池的自動化監(jiān)測。國外對于充電電池工作得監(jiān)控研究發(fā)展于電力應用工業(yè)。研究方面較為廣泛，采用電池監(jiān)測器，進而可監(jiān)測的

5、電池組監(jiān)測器的數量不受限制，對于充電電池的監(jiān)測有多種監(jiān)測目的。 國外充電電池的監(jiān)測系統技術比較成熟，并且電池監(jiān)測參數有所不同，研究方法更為復雜。國外的先進技術和研究成果有助于我國對于充電電池工作監(jiān)控的進一步研究。1.2 被控對象 充電電池釋放的電壓信號為本設計的被控對象，大小和方向均不隨時間變化的電壓為直流電壓，在直流電路中，電源兩端，某電路兩端，元件兩端均為直流電壓。直流電壓為極性不變化的電壓。本設計通過檢測充電電池的釋放電壓值的大小，當電壓低于某值時，電路不能導通，進而達到防止電池深度放電。1.3 技術要求 測量范圍：515V； 測量精度：0.5級； 被測電池電壓DC12V； 傳感器（敏感

6、元件）：傳感器自選，檢測方法自行設計；第2章 總體設計2.1 系統整體框圖 充電電池工作監(jiān)控電路通過傳感器檢測電路，放大濾波電路和運算電路構成，當電池放電電壓達到一定值時自動切斷電源，來對充電電池進行監(jiān)控，以便延長充電電池的使用壽命。運算電路采用電壓比較器電路，開關采用繼電器與三極管結合，達到自動切斷電源的作用。運算電路放大濾波電路傳感器檢測電路 圖2.1 總體框圖 2.2 充電電池工作監(jiān)控原理 充電電池監(jiān)控領域中，通過對于放電過程中釋放電壓的檢測來對于充電電池進行達到保護的作用，電壓傳感器對于釋放電壓的及時檢測將檢測到的電壓信號傳到后續(xù)的放大濾波電路和運算電路中，最終將電壓信號傳遞于電壓比較

7、器，電壓比較器通過參數的選擇得到與放大濾波電路所給電壓信號相匹配的上限與下限的電壓值。當放大濾波所給的電壓信號不同時，電壓比較器所輸出的信號也有所不同，通過電壓比較器電路的比較進而驅動三極管與繼電器組成的開關，以致達到電路通斷的作用。例如直流電壓為12V的充電電池在持續(xù)放大的過程中，當直流電壓高于10.4V時，平穩(wěn)放電，放電曲線變化緩慢，曲線平滑。當充電電池電壓達到10.4V之時，電壓傳感器將檢測得到的電壓信號傳遞到后續(xù)的放大濾波電路，通過放大濾波電路完成電壓信號的放大與濾波以便排除干擾，通過電壓比較器參數的選擇，來符合10.4V的比較，達到10.4V之時，電壓比較器輸出信號將驅動三極管與繼電

8、器組成的開關進而完成充電電池放電的阻斷。 第3章 硬件電路設計3.1 傳感器選型 方案一 霍爾電壓傳感器霍爾電壓傳感器是基于霍爾效應原理進行工作，可以測量直流電壓，交流電壓和混合波形的電壓。由于霍爾電壓傳感器是應用于霍爾原理的開環(huán)電流傳感器，因此檢測電壓時需內置電阻或外置電阻，來將電壓信號轉換為電流信號，再經霍爾電壓傳感器把電流信號轉換為電壓信號，霍爾效應的輸出電壓與控制電流和磁感應強度有關，因此輸出電壓受到的干擾因素較多。 方案二 電阻電壓式傳感器電阻電壓式傳感器是一種以電阻式分壓為原理的傳感器，與傳統的電磁分壓式傳感器不同，克服了傳統電磁式傳感器的結構復雜，克服了電磁式傳感器存在鐵磁諧振的

9、現象。分壓器由高壓臂電阻與低壓臂電阻組成，電壓信號由高壓臂輸入，電壓信號在低壓臂輸出，通常為防止低壓部分出現過電壓，保護二次測量裝置，必須在低壓電阻上加裝一個放電管或穩(wěn)壓管，使其放大電壓恰好略小于或等于低壓側允許的最大電壓。電阻電壓式傳感器二次電壓與一次電壓始終存在線性關系，電阻電壓式傳感受干擾因素較少，并且具有模塊化，小型化，多功能化的優(yōu)點。適用于系統運行狀態(tài)監(jiān)測，診斷和保護。結合本設計要求與操作問題及干擾因素，本設計采用電阻分壓式傳感器來進行對充電電池的電壓進行檢測。 圖3.1 分壓器原理圖 電壓傳感器最為重要的問題即誤差問題，低壓臂出現的過電壓現象可以通過加裝穩(wěn)壓管或放電管來進行改善，不

10、過其電阻的選擇依然影響著誤差的大小。傳感器額定電流的也必須從減小誤差的角度出發(fā)。高壓臂電阻不能太小，否則分壓器處將從電網上吸收過多的能量，以至于熱損耗太。3.2 放大電路 圖3.1 放大電路 本設計采用同相比例放大器來對電壓信號信號進行放大，考慮到傳感器傳出的電壓信號與基準電壓信號的大小，因此放大倍數不宜過大。取R2=Rf=1.0 k,同相比例的放大倍數為K=1+Rf/R2=2倍。放大電路同相比例放大電路輸入電壓Ui通過R1輸入到運放的同相端，輸出電壓Uo通過反饋電阻Rf反饋到運放的反相端。同相比例放大器具有輸入阻抗高的特點。3.3 濾波電路 圖3.2 濾波電路圖 本設計采用壓控電壓源型二階低

11、通濾波器來對信號進行放大濾波。此放大濾波電路圖由運算放大器與RC元件組成，具有壓控增益，將放大電路與濾波電路組合，使其電路結構簡，節(jié)省資源。壓控電壓源可由任何增益有限的電壓放大器實現，壓控增益為Kp=1+R6/R5.根據二階低通濾波器的傳遞函數 可求得電路圖中各電子元件的參數。 Kp*Wo2 H(s)= S2+*Wo*S+Wo2 為保證頻率較為理想，滿足本設計的測量范圍要求。根據電路圖可求得 ：Wo2=1/R1*R2*C1*C2. *Wo2=1/C1(1/R1+1/R2)+(1-K)/R2*C2。方便計算取Wo=400,R1=6.65k,R2=13 k，C1=0.33f,C2=0.22f。壓控

12、增益Kp=1.5. 3.3 運算電路 圖3.3 運算電路圖 本設計運算電路采用一種簡單的帶有滯回功能的電壓比較電路，若只設置一個門限電壓Um,當充電電池電壓Ut低于Um時，比較電路輸出低電平，負載則被斷開，但由于負載的斷開，電池端的電壓迅速上升，比較器重新輸出高電平，負載又被接入，因此產生振蕩。本設計采用兩個門限電壓Umax和Umin，當充電電池電壓U高于Umax時，電壓比較器輸出高電平，開關導通，給負載供電。接著充電電池電壓減小，低到Umin時，電壓比較器輸出低電平，開關斷開，停止給負載供電。盡管負載斷開，電壓升高但達不到Umax因此輸出低電平。U output Umax Umin 0 u1 u2 Ut 0 U1 U2 Ut  圖3.4 輸入變化時比較器的輸出響應當充電電池充電時，充電電池開始充電時電壓較低，電壓比較器輸出為低電平，因此MOS管Q斷開，電阻R11參與分壓，此時的門限電壓為： R10+R11 Umax=Vcc *  R9+R10+R11當充電電池持續(xù)充電，充電電池電壓Ut達到Umax時，即達到額定電壓時，電壓比較器輸出高電平，此時開關導通，為負載供電。并且MOS管Q導通，R11被短路，此時電壓比較器的門限