CN102262184A - 蓄电池内阻在线检测仪及内阻检测方法 - Google Patents

Abstract

蓄电池内阻在线检测仪及内阻检测方法，属于蓄电池技术领域。它解决了现有交流法测试内阻的方法由于干扰因素多而影响测量精度的问题。蓄电池内阻在线检测仪，它由电源模块、处理器模块、检测信号发生模块、被测电池选通模块和检测信号处理模块组成；基于蓄电池内阻在线检测仪的内阻检测方法，由处理器模块产生正弦电压信号，该正弦电压信号通过检测信号发生模块后输入给被测电池选通模块，同时由处理器模块控制被测电池选通模块依次将第一基准电阻、第二基准电阻和被测电池夹具串联接入检测信号发生模块输出的交流电流回路中，采用四线制方式提取相应的电压信号，计算获取被测电池夹具中夹持的被测电池的内阻值。本发明适用于蓄电池内阻的在线检测。

Description

蓄电池内阻在线检测仪及内阻检测方法

技术领域

本发明涉及一种蓄电池内阻在线检测仪及内阻检测方法，属于蓄电池技术领域。

背景技术

随着全球气候不断变暖，节能环保意识的日益加强，电动汽车取代燃料汽车成为必然趋势。电动汽车以蓄电池作为能量来源，而蓄电池使用消耗状态的重要参数之一就是它的内阻。无论是蓄电池即将失效、容量不足或是充放电不当，都能从它的内阻变化中体现出来。因此可以通过测量蓄电池内阻，来对其工作状态进行评估。

目前测量蓄电池内阻的常见方法有密度法、开路电压法、直流放电法和交流法等。其中：

密度法，是通过测量蓄电池电解液的密度来估算蓄电池的内阻，常用于开口式铅酸电池的内阻测量，该方法的适用范围窄。

开路电压法，是通过测量蓄电池的端电压来估计蓄电池内阻，精度很差，甚至有可能得出错误结论。

直流放电法，是通过对电池进行瞬间大电流放电，测量电池上的瞬间电压降，再通过欧姆定律计算出电池内阻，虽然这种方法在实践中也得到了广泛的应用，但是无法实现在线测量。

交流法，是通过对蓄电池注入一个恒定的交流电流信号，测量出蓄电池两端的电压响应信号以及两者的相位差，由阻抗公式来确定蓄电池的内阻。该方法不需对蓄电池进行放电，可以实现安全在线检测电池内阻，故不会对蓄电池的性能造成影响。但该方法需要测量交流电流信号、电压响应信号以及电压和电流之间的相位差，这种方法不但干扰因素多，而且增加了***的复杂性，同时也影响了测量精度。同时，现有交流法测试内阻都利用锁相放大环节进行小信号处理，由于专门锁相放大芯片价格较为昂贵，故这种方法对于需要控制成本的场合也并不适用。

发明内容

本发明是为了解决现有交流法测试内阻的方法由于干扰因素多而影响测量精度的问题，提供一种蓄电池内阻在线检测仪及内阻检测方法。

蓄电池内阻在线检测仪，它由电源模块、处理器模块、检测信号发生模块、被测电池选通模块和检测信号处理模块组成，

电源模块为处理器模块、检测信号发生模块和检测信号处理模块提供工作电源，

处理器模块的正弦电压信号输出端连接检测信号发生模块的正弦电压信号输入端，检测信号发生模块的两个交流电流信号输出端连接被测电池选通模块的两个交流电流信号输入端，被测电池选通模块的交流电压信号输出端连接检测信号处理模块的检测信号输入端，检测信号处理模块的检测信号输出端连接处理器模块的检测信号输入端；

处理器模块的测量选择信号输出端连接电池选通模块的选通控制信号输入端。

所述处理器模块由微处理器和参考电压电路组成，

参考电压电路的参考电压信号输出端连接微处理器的参考电压信号输入端；微处理器的正弦电压信号输出端为处理器模块的正弦电压信号输出端。

所述检测信号发生模块由第一滤波电路和耦合驱动电路组成，

检测信号发生模块的正弦电压信号输入端为第一滤波电路的正弦电压信号输入端，第一滤波电路的正弦电压信号输出端BPOA连接耦合驱动电路的正弦电压信号输入端，耦合驱动电路的两个交流电流信号输出端TQIx3、TQIx8为检测信号发生模块的两个交流电流信号输出端。

所述被测电池选通模块包括可控选通开关、第一基准电阻、第二基准电阻和被测电池夹具，所述可控选通开关的两个公共端分别连接检测信号发生模块的两个交流电流信号输出端，处理器模块的测量选择信号输出端连接该可控选通开关的控制端，用于控制该可控开关动作，依次分别将第一基准电阻、第二基准电阻和被测电池串联到检测信号发生模块的两个交流电流信号输出端之间。

所述检测信号处理模块由放大电路、第二滤波电路、全波整流电路和峰值保持电路组成，

检测信号处理模块的检测信号输入端为放大电路的检测信号输入端，放大电路的检测信号输出端连接第二滤波电路的检测信号输入端，第二滤波电路的检测信号输出端连接全波整流电路的检测信号输入端，全波整流电路的检测信号输出端连接峰值保持电路的检测信号输入端，峰值保持电路的检测信号输出端为检测信号处理模块的检测信号输出端。

一种基于上述蓄电池内阻在线检测仪的内阻检测方法，

由处理器模块产生正弦电压信号，该正弦电压信号通过检测信号发生模块产生同频同相的交流电流信号输入给被测电池选通模块，同时由处理器模块控制被测电池选通模块依次将第一基准电阻、第二基准电阻和被测电池夹具串联接入检测信号发生模块输出的交流电流回路中，并同步控制采集串联入交流回路中的第一基准电阻、第二基准电阻和被测电池夹具两端产生的电压信号，所述电压信号的采集采用四线制方式提取，所述电压信号输入给检测信号处理模块，处理器模块根据检测出的电压信号，经计算获取被测电池夹具中夹持的被测电池的内阻值。

本发明的优点是：本发明对蓄电池内阻的测量，采用了两个基准电阻校准、滤波电路滤波，同时采用了放大电路和峰值保持电路，使蓄电池内阻的测量精度高，测量方便，功耗低。本发明既可用于单体蓄电池内阻的测量，也可用于蓄电池组内阻的测量。本发明的使用不受被测蓄电池电压的限制，可应用于各种场合。本发明可在电动车等电磁干扰和震动的环境下工作，抗干扰能力强，可靠性高。还可应用于工业生产中，且维护方便。它可通过标准通信接口，进行扩展。安装方便，可在不影响原有结构的情况下实施安装。

本发明具备易于实现，体积小，成本低，可靠性好的特点，可以应用于电动汽车领域，也可应用于其它领域。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明的信号处理流程示意图；

图3为处理器模块的电路图；

图4为检测信号发生模块的电路图；

图5为被测电池选通模块的电路图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为蓄电池内阻在线检测仪，它由电源模块1、处理器模块2、检测信号发生模块3、被测电池选通模块4和检测信号处理模块5组成，

电源模块1为处理器模块2、检测信号发生模块3和检测信号处理模块5提供工作电源，

处理器模块2的正弦电压信号输出端连接检测信号发生模块3的正弦电压信号输入端，检测信号发生模块3的两个交流电流信号输出端连接被测电池选通模块4的两个交流电流信号输入端，被测电池选通模块4的交流电压信号输出端连接检测信号处理模块5的检测信号输入端，检测信号处理模块5的检测信号输出端连接处理器模块2的检测信号输入端；

处理器模块2的测量选择信号输出端连接电池选通模块4的选通控制信号输入端。

本实施方式中电源模块1包括±5V和±12V两个电源，它负责为整个电路供电。

本实施方式的实现具有成本低、测量速度快、可靠性高及抗干扰能力强的优点。

具体实施方式二：下面结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述处理器模块2由微处理器2-1和参考电压电路2-2组成，

参考电压电路2-2的参考电压信号输出端连接微处理器2-1的参考电压信号输入端；微处理器2-1的正弦电压信号输出端为处理器模块2的正弦电压信号输出端。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

本实施方式中微处理器2-1的正弦电压信号输出端为微处理器2-1的DA端口。

本实施方式具备CAN通信接口，便于扩展。

具体实施方式三：下面结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，所述检测信号发生模块3由第一滤波电路3-1和耦合驱动电路3-2组成，

检测信号发生模块3的正弦电压信号输入端为第一滤波电路3-1的正弦电压信号输入端，第一滤波电路3-1的正弦电压信号输出端BPOA连接耦合驱动电路3-2的正弦电压信号输入端，耦合驱动电路3-2的两个交流电流信号输出端TQIx3、TQIx8为检测信号发生模块3的两个交流电流信号输出端。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。

具体实施方式四：下面结合图2和图5说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一、二或三的进一步说明，所述被测电池选通模块4包括可控选通开关、第一基准电阻R1、第二基准电阻R2和被测电池夹具4-1，所述可控选通开关的两个公共端分别连接检测信号发生模块3的两个交流电流信号输出端，处理器模块2的测量选择信号输出端连接该可控选通开关的控制端，用于控制该可控开关动作，依次分别将第一基准电阻R1、第二基准电阻R2和被测电池串联到检测信号发生模块3的两个交流电流信号输出端之间。其它组成及连接关系与实施方式一、二或三相同。

本实施方式中的第一基准电阻R1和第二基准电阻R2选用毫欧级电阻。检测信号发生模块3输出的交流信号分别接到第一基准电阻R1、第二基准电阻R2和被测电池的两端，可通过使用继电器和多路选择器来实现，三条支路的通断分别由微处理器2-1进行控制实现。

本实施方式能够很好的校准测量结果。

具体实施方式五：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一、二、三或四的进一步说明，所述检测信号处理模块5由放大电路5-1、第二滤波电路5-2、全波整流电路5-3和峰值保持电路5-4组成，

检测信号处理模块5的检测信号输入端为放大电路5-1的检测信号输入端，放大电路5-1的检测信号输出端连接第二滤波电路5-2的检测信号输入端，第二滤波电路5-2的检测信号输出端连接全波整流电路5-3的检测信号输入端，全波整流电路5-3的检测信号输出端连接峰值保持电路5-4的检测信号输入端，峰值保持电路5-4的检测信号输出端为检测信号处理模块5的检测信号输出端。其它组成及连接关系与实施方式一、二、三或四相同。

所述第一滤波电路3-1和第二滤波电路5-2采用专业滤波芯片，只需调节其***电阻即可实现精密滤波，其窄带带宽能够达到100Hz以下，使频率成分单一化，能够有效滤除噪声干扰。全波整流电路5-3采用高速运放和快恢复二极管构成，它同时采用差分电路结构实现快速全波整流。峰值保持电路5-4采用有源反馈型结构，它能够保证峰值稳定，达到快速响应。

本实施方式中检测信号处理模块5接收两个基准电阻和被测电池两端的交流电压，经过全波整流电路5-3和峰值保持电路5-4后，送到微处理器2-1的AD采样端口，微处理器2-1经过计算，得到被测电池的阻值，该阻值可通过收发电路发送至上位机。

峰值保持电路5-4有利于保证信号的完整性，提高***的抗干扰能力。

具体实施方式六：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式为基于实施方式五所述蓄电池内阻在线检测仪的内阻检测方法，

由处理器模块2产生正弦电压信号，该正弦电压信号通过检测信号发生模块3产生同频同相的交流电流信号输入给被测电池选通模块4，同时由处理器模块2控制被测电池选通模块4依次将第一基准电阻R1、第二基准电阻R2和被测电池夹具4-1串联接入检测信号发生模块3输出的交流电流回路中，并同步控制采集串联入交流回路中的第一基准电阻R1、第二基准电阻R2和被测电池夹具4-1两端产生的电压信号，所述电压信号的采集采用四线制方式提取，所述电压信号输入给检测信号处理模块5，处理器模块2根据检测出的电压信号，经计算获取被测电池夹具4-1中夹持的被测电池的内阻值。

本实施方式中处理器模块2通过AD采样端口接收检测信号处理模块5输出的检测信号；将检测信号发生模块3产生的同频同相的交流电流信号加在两个基准电阻和被测电池的两端，此时产生的电压峰值与相应的阻值成线性关系。采用四线制方式提取电压可由多路选择器控制其通断。

具体实施方式七：本实施方式为对实施方式六的进一步说明，所述处理器模块2根据检测出的电压信号计算被测电池的内阻的方法为：

根据公式： $R_z=R_2-\frac{R_1\×(V_2-V_z)}{(V_2-V_1)},$

式中，R_z表示被测电池的内阻，R₂表示第二基准电阻R2的电阻值，R₁表示第一基准电阻R1的电阻值，V₂表示第二基准电阻R2两端的电压，V_z表示被测电池两端的电压，V₁表示第一基准电阻R1两端的电压，计算即得到所述被测电池的内阻。其它与实施方式六相同。

本实施方式中的计算过程通过软件的方式在微处理器2-1内部完成。

本实施方式所述计算方法简单可靠，精度高，运算速度快。

Claims (7)

1.一种蓄电池内阻在线检测仪，其特征在于：它由电源模块(1)、处理器模块(2)、检测信号发生模块(3)、被测电池选通模块(4)和检测信号处理模块(5)组成，

电源模块(1)为处理器模块(2)、检测信号发生模块(3)和检测信号处理模块(5)提供工作电源，

处理器模块(2)的正弦电压信号输出端连接检测信号发生模块(3)的正弦电压信号输入端，检测信号发生模块(3)的两个交流电流信号输出端连接被测电池选通模块(4)的两个交流电流信号输入端，被测电池选通模块(4)的交流电压信号输出端连接检测信号处理模块(5)的检测信号输入端，检测信号处理模块(5)的检测信号输出端连接处理器模块(2)的检测信号输入端；

处理器模块(2)的测量选择信号输出端连接电池选通模块(4)的选通控制信号输入端。

2.根据权利要求1所述的蓄电池内阻在线检测仪，其特征在于：所述处理器模块(2)由微处理器(2-1)和参考电压电路(2-2)组成，

参考电压电路(2-2)的参考电压信号输出端连接微处理器(2-1)的参考电压信号输入端；微处理器(2-1)的正弦电压信号输出端为处理器模块(2)的正弦电压信号输出端。

3.根据权利要求2所述的蓄电池内阻在线检测仪，其特征在于：所述检测信号发生模块(3)由第一滤波电路(3-1)和耦合驱动电路(3-2)组成，

检测信号发生模块(3)的正弦电压信号输入端为第一滤波电路(3-1)的正弦电压信号输入端，第一滤波电路(3-1)的正弦电压信号输出端BPOA连接耦合驱动电路(3-2)的正弦电压信号输入端，耦合驱动电路(3-2)的两个交流电流信号输出端TQIx3、TQIx8为检测信号发生模块(3)的两个交流电流信号输出端。

4.根据权利要求3所述的蓄电池内阻在线检测仪，其特征在于：所述被测电池选通模块(4)包括可控选通开关、第一基准电阻(R1)、第二基准电阻(R2)和被测电池夹具(4-1)，所述可控选通开关的两个公共端分别连接检测信号发生模块(3)的两个交流电流信号输出端，处理器模块(2)的测量选择信号输出端连接该可控选通开关的控制端，用于控制该可控开关动作，依次分别将第一基准电阻(R1)、第二基准电阻(R2)和被测电池串联到检测信号发生模块(3)的两个交流电流信号输出端之间。

5.根据权利要求4所述的蓄电池内阻在线检测仪，其特征在于：所述检测信号处理模块(5)由放大电路(5-1)、第二滤波电路(5-2)、全波整流电路(5-3)和峰值保持电路(5-4)组成，

检测信号处理模块(5)的检测信号输入端为放大电路(5-1)的检测信号输入端，放大电路(5-1)的检测信号输出端连接第二滤波电路(5-2)的检测信号输入端，第二滤波电路(5-2)的检测信号输出端连接全波整流电路(5-3)的检测信号输入端，全波整流电路(5-3)的检测信号输出端连接峰值保持电路(5-4)的检测信号输入端，峰值保持电路(5-4)的检测信号输出端为检测信号处理模块(5)的检测信号输出端。

6.一种基于权利要求5所述蓄电池内阻在线检测仪的内阻检测方法，其特征在于：

由处理器模块(2)产生正弦电压信号，该正弦电压信号通过检测信号发生模块(3)产生同频同相的交流电流信号输入给被测电池选通模块(4)，同时由处理器模块(2)控制被测电池选通模块(4)依次将第一基准电阻(R1)、第二基准电阻(R2)和被测电池夹具(4-1)串联接入检测信号发生模块(3)输出的交流电流回路中，并同步控制采集串联入交流回路中的第一基准电阻(R1)、第二基准电阻(R2)和被测电池夹具(4-1)两端产生的电压信号，所述电压信号的采集采用四线制方式提取，所述电压信号输入给检测信号处理模块(5)，处理器模块(2)根据检测出的电压信号，经计算获取被测电池夹具(4-1)中夹持的被测电池的内阻值。

7.根据权利要求6所述蓄电池内阻在线检测仪的内阻检测方法，其特征在于：所述处理器模块(2)根据检测出的电压信号计算被测电池的内阻的方法为：

根据公式： $R_z=R_2-\frac{R_1\×(V_2-V_z)}{(V_2-V_1)},$

式中，R_z表示被测电池的内阻，R₂表示第二基准电阻(R2)的电阻值，R₁表示第一基准电阻(R1)的电阻值，V₂表示第二基准电阻(R2)两端的电压，V_z表示被测电池两端的电压，V₁表不第一基准电阻(R1)两端的电压，计算即得到所述被测电池的内阻。

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