CN111580007A - 蓄电池内阻检测电路及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了蓄电池内阻检测电路，包括电性连接的主控器和恒流放电电路，恒流放电电路包括供电电源、第一比较器和MOS管，所述控器至少输出两种模拟量信号，主控器的模拟量信号输出端与第一比较器的正相输入端相连接，主控器的采样信号输出端与第一比较器的反相输入端相连接，第一比较器的正相输入端的电压等于第一比较器的反相输入端的电压，第一比较器的输出端连接于MOS管的栅极，MOS管的漏极连有供电电源，MOS管的源极接地。主控器根据实际采样信号数据匹配输出不同的模拟量信号，保持模拟量信号的电压大小与采样信号数据的电压大小相等，确保恒流放电电路输出稳定的放电电流，提高蓄电池内阻检测电路检测蓄电池内阻的精度。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及蓄电池内阻检测电路及其方法。
背景技术
蓄电池组内有一个或几个电池老化后，老化电池的容量变小、电阻变大，充电器给蓄电池组充电时，容易在充满老化的电池后持续输出小电流用于电池组充电，此时小电流难以充满其余状态良好的电池，经过多次浮充和放电的恶性循环，蓄电池的整体容量不断下降，大大降低蓄电池的性能。
蓄电池内阻是最能直观体现蓄电池组内部状态的参数，通过检测蓄电池组的内阻，及时排查老化电池，有利于延长蓄电池组的使用寿命。但是常规的蓄电池内阻检测大多使用简单的伏安法测量，在实际测量中发现，蓄电池组之间同时存在充电和放电，伏安法测电阻时无法稳定控制检测电流，导致检测蓄电池组内阻的精度过低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种精度高的蓄电池内阻检测电路及其方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：蓄电池内阻检测电路，包括电性连接的主控器和恒流放电电路，所述恒流放电电路包括供电电源、第一比较器和MOS管，所述主控器至少输出两种模拟量信号，所述主控器的模拟量信号输出端与所述第一比较器的正相输入端相连接，所述主控器的采样信号输出端与所述第一比较器的反相输入端相连接，所述第一比较器的正相输入端的电压等于所述第一比较器的反相输入端的电压，所述第一比较器的输出端连接于所述MOS管的栅极，所述MOS管的漏极连有所述供电电源，所述MOS管的源极接地。
为了解决上述技术问题，本发明还采用的技术方案为：一种电池内阻检测方法，基于上述的蓄电池内阻检测电路，包括放电检测阶段步骤如下：采用恒流放电电路对蓄电池进行周期性放电，并计算各个周期内的平均电流。
本发明的有益效果在于：主控器根据实际采样信号数据匹配输出不同的模拟量信号，保持模拟量信号的电压大小与采样信号数据的电压大小相等，确保恒流放电电路输出稳定的放电电流，提高蓄电池内阻检测电路检测蓄电池内阻的精度。
附图说明
图1为本发明实施例一的蓄电池内阻检测电路的恒流放电电路图；
图2为本发明实施例一的蓄电池内阻检测电路的差分放大电路图；
图3为本发明实施例一的蓄电池内阻检测电路的采样电路图；
图4为本发明实施例一的蓄电池内阻检测方法的放电电流示意图；
图5为本发明实施例一的蓄电池内阻检测方法C1/T1下测量的内阻变化曲线；
图6为本发明实施例一的蓄电池内阻检测方法C2/T2下测量的内阻变化曲线；
图7为本发明实施例一的蓄电池内阻检测方法C3/T3下测量的内阻变化曲线；
图8为本发明实施例一的蓄电池内阻检测方法C4/T4下测量的内阻变化曲线；
图9为本发明实施例一的蓄电池内阻检测方法预放电阶段测量的内阻变化曲线；
图10为本发明实施例一的蓄电池内阻检测方法放电检测阶段测量的内阻变化曲线。
标号说明：
1、恒流放电电路；2、差分放大电路；3、采样电路；4、滤波电路；
U1、第一比较器；U2、第二比较器；U3、第三比较器；U4、第四比较器；
U5、差分放大器；D、MOS管；R1、第一电阻；R2、第二电阻；
R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；R6、第六电阻；
R7、第一偏置电阻；R8、第二偏置电阻；C1、第一电容；C2、第二电容；
C3、第三电容。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：主控器根据实际采样信号数据匹配输出不同的模拟量信号确保恒流放电电路输出稳定的放电电流。
请参照图1至图10，蓄电池内阻检测电路，包括电性连接的主控器和恒流放电电路1，所述恒流放电电路1包括供电电源、第一比较器U1和MOS管D，所述主控器至少输出两种模拟量信号，所述主控器的模拟量信号输出端与所述第一比较器U1的正相输入端相连接，所述主控器的采样信号输出端与所述第一比较器U1的反相输入端相连接，所述第一比较器U1的正相输入端的电压等于所述第一比较器U1的反相输入端的电压，所述第一比较器U1的输出端连接于所述MOS管D的栅极，所述MOS管D的漏极连有所述供电电源，所述MOS管D的源极接地。
本发明的工作原理简述如下：主控器根据实际采样信号数据输出与采样信号数据的电压大小相等的模拟量至第一比较器中，使第一比较器输出稳定的放电电流，保证在测量蓄电池内阻的整个过程中放电电流的稳定。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：主控器根据实际采样信号数据匹配输出不同的模拟量信号，保持模拟量信号的电压大小与采样信号数据的电压大小相等，确保恒流放电电路输出稳定的放电电流，提高蓄电池内阻检测电路检测蓄电池内阻的精度。
进一步的，还包括差分放大电路2，所述主控器的采样信号输出端通过所述差分放大电路2与所述第一比较器U1的反相输入端相连接。
由上述描述可知，采样信号经差分放大电路的放大后，扩大了操作和观测的范围，有利于提高检测精度。
进一步的，所述差分放大电路2包括差分放大器U5、第一电阻R1和第二电阻R2，所述差分放大器U5的输出端与差分放大器U5的反相输入端之间设有所述第一电阻R1，所述差分放大器U5的反相输入端通过所述第二电阻R2接地，所述差分放大器U5的正向输入端与所述主控器相连接，所述差分放大器U5的输出端与所述第一比较器U1的反相输入端相连接。
由上述描述可知，调整第一电阻和第二电阻之间的比值可以改变差分放大电路的增益，增强差分放大电路的通用性。
进一步的，还包括第一电容C1，所述第一电容C1与所述第一电阻R1并联。
由上述描述可知，第一电容作为滤波电容，使经过第一电阻的输出信号保持平滑。
进一步的，还包括采样电路3，所述采样电路3包括第二比较器U2、第三比较器U3、第四比较器U4、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，待测蓄电池的正极连接于所述第二比较器U2的输入端，所述第二比较器U2的输出端通过所述第三电阻R3连接于所述第三比较器U3的正相输入端，待测蓄电池的负极连接于所述第四比较器U4的输入端，所述第四比较器U4的输出端通过所述第四电阻R4连接于所述第三比较器U3的反相输入端，所述第三比较器U3的输出端与所述主控器电性连接，所述第三比较器U3的输出端与反相输入端之间设有所述第五电阻R5。
由上述描述可知，第二比较器和第四比较可以滤除蓄电池中的电压中的共有部分，取其差值由第三比较器进行放大，凸显蓄电池放电过程的压差，便于检测人员检测。
进一步的，还包括第二电容C2，所述第二电容C2与所述第五电阻R5并联。
由上述描述可知，与第五电阻并联的第二电容具有滤波作用，削弱第三比较器输出的干扰信号强度。
进一步的，还包括滤波电路4，所述滤波电路4包括第三电容C3和第六电阻R6，所述第三比较器U3与主控器之间设有所述第六电阻R6，所述第六电阻R6与主控器的连接处通过所述第三电容C3接地。
由上述描述可知，滤波电路能够除去第三比较器输出信号中的干扰信号，为主控器器提供精确的采样电压。
进一步的，还包括第一偏置电阻R7和第二偏置电阻R8，所述供电电源通过所述第一偏置电阻R7连接于蓄电池的正极，所述供电电源通过所述第二偏置电阻R8连接于蓄电池的负极。
由上述描述可知，第一偏置电阻和第二偏置电阻在供电电源的作用下能将第二比较器和第四比较器的输入端钳至高电位。
一种电池内阻检测方法，基于上述的蓄电池内阻检测电路，包括放电检测阶段步骤如下：采用恒流放电电路1对蓄电池进行周期性放电，并计算各个周期内的平均电流。
由上述描述可知，通过计算多个放电周期中的平均电流，降低检测蓄电池电流内阻的偶然性，尽可能逼近实际蓄电池组放电电流减小误差。
进一步的，还包括放电检测阶段前的预放电阶段，预放电阶段操作步骤如下：采用恒流放电电路1对蓄电池进行周期性放电，预放电阶段的电流大于放电检测阶段电流。
由上述描述可知，预放电阶段的较大放电电流可以提前激活蓄电池组。
实施例一
请参照图1至图10，本发明的实施例一为：蓄电池内阻检测电路，包括电性连接的主控器(图未示)和恒流放电电路1，所述恒流放电电路1包括供电电源、第一比较器U1和MOS管D，所述主控器至少输出两种模拟量信号，所述主控器的模拟量信号输出端与所述第一比较器U1的正相输入端相连接，所述主控器的采样信号输出端与所述第一比较器U1的反相输入端相连接，所述第一比较器U1的正相输入端的电压等于所述第一比较器U1的反相输入端的电压，所述第一比较器U1的输出端连接于所述MOS管D的栅极，所述MOS管D的漏极连有所述供电电源，所述MOS管D的源极接地。请参照图1，端口I DRIVER为主控器的模拟量信号输出端，端口I SENSE为主控器的采样信号输出端。
请参照图2，还包括差分放大电路2，所述主控器的采样信号输出端通过所述差分放大电路2与所述第一比较器U1的反相输入端相连接。详细的，所述差分放大电路2包括差分放大器U5、第一电阻R1和第二电阻R2，所述差分放大器U5的输出端与差分放大器U5的反相输入端之间设有所述第一电阻R1，所述差分放大器U5的反相输入端通过所述第二电阻R2接地，所述差分放大器U5的正向输入端与所述主控器相连接，所述差分放大器U5的输出端与所述第一比较器U1的反相输入端相连接。具体的，还包括第一电容C1，所述第一电容C1与所述第一电阻R1并联。容易理解的是，所述差分放大器U5的放大倍数为第一电阻R1阻值与第二电阻R2阻值的比值，优选的，所述第一电阻R1的阻值为51K，所述第二电阻R2的阻值为1K，所述差分放大器U5的放大倍数为50倍。
请参照图3，还包括采样电路3，所述采样电路3包括第二比较器U2、第三比较器U3、第四比较器U4、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，待测蓄电池的正极连接于所述第二比较器U2的输入端，所述第二比较器的输出端通过所述第三电阻R3连接于所述第三比较器U3的正相输入端，待测蓄电池的负极连接于所述第四比较器U4的输入端，所述第四比较器U4的输出端通过所述第四电阻R4连接于所述第三比较器U3的反相输入端，所述第三比较器U3的输出端与所述主控器电性连接，所述第三比较器U3的输出端与反相输入端之间设有所述第五电阻R5。本实施例中的采样电路3，在第二比较器U2和第四比较器U4的共同作用下，能滤除蓄电池上的共同电压，即相当于通过作差比较计算得到蓄电池两端的压差，其压差通过第三比较器U3的放大后输出至主控芯片上，优选的，所述主控器为ADC芯片。
详细的，还包括第二电容C2，所述第二电容C2与所述第五电阻R5并联。
本实施例中的采样电路3中还包括滤波电路4，所述滤波电路4包括第三电容C3和第六电阻R6，所述第三比较器U3与主控器之间设有所述第六电阻R6，所述第六电阻R6与主控器的连接处通过所述第三电容C3接地，所述滤波电路4作为采样电路3的后端滤波，可以滤除第三比较器U3输出信号中的干扰信号，将放大后的压差输入至主控器中。
可选的，还包括第一偏置电阻R7和第二偏置电阻R8，所述供电电源通过所述第一偏置电阻R7连接于蓄电池的正极，所述供电电源通过所述第二偏置电阻R8连接于蓄电池的负极，请参照图3，所述供电电源的电压为3.3V，所述第一偏置电阻R7和第二偏置电阻R8的阻值均为51K。
请参照图4，一种电池内阻检测方法，基于上述的蓄电池内阻检测电路，包括放电检测阶段步骤如下：采用恒流放电电路1对蓄电池进行周期性放电，并计算各个周期内的平均电流。详细的，还包括放电检测阶段前的预放电阶段，预放电阶段操作步骤如下：采用恒流放电电路1对蓄电池进行周期性放电，预放电阶段的电流大于放电检测阶段电流。
具体方式如下：预放电阶段输出的放电电流脉冲大于放电检测阶段的放电电流脉冲，预放电阶段主要用于激活蓄电池的活性，在预放电阶段不对蓄电池的内阻进行计算。在本实施例中，图示放电电流C1为3.2A，与之对应的放电时间t1为2.4ms，放电电流C2为1.3A，与之对应的放电时间为t2为4.8ms，由图可知，预放电阶段的电流脉冲次数为五次，即以3.2A和1.3A的电流循环用于蓄电池放电。
放电检测阶段转用1.9A和0.5A的电流循环放电，具体的，图中放电电流C3为1.9A，与之对应的放电时间为t3为4.7ms，放电电流C4为0.5A，与之对应的放电时间为t2为4.7ms。放电检测阶段，t3和t4结束时刻对蓄电池的电压进行采样，分别记为V3和V4，通过Ri＝(V4-V3)/(C3-C4)计算得到蓄电池的内阻。
图中每个循环计算并记录蓄电池的内阻，优选的，本实施例中的饭店检测阶段包括十个循环，十个循环中记录的蓄电池内阻加权平均后得到测定的蓄电池内阻。由上述测定值测量的内阻曲线请参照图5至图10。
另外上述C1、C2、C3、C4、t1、t2、t3和t4的数值可选范围如下表所示。
在上表的选值范围内，每个放电检测阶段可以包括5-10个循环。
综上所述，本发明提供的蓄电池内阻检测电路及其方法，主控器根据实际采样信号数据匹配输出不同的模拟量信号，保持模拟量信号的电压大小与采样信号数据的电压大小相等，确保恒流放电电路输出稳定的放电电流，提高蓄电池内阻检测电路检测蓄电池内阻的精度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.蓄电池内阻检测电路，其特征在于：包括电性连接的主控器和恒流放电电路，所述恒流放电电路包括供电电源、第一比较器和MOS管，所述主控器至少输出两种模拟量信号，所述主控器的模拟量信号输出端与所述第一比较器的正相输入端相连接，所述主控器的采样信号输出端与所述第一比较器的反相输入端相连接，所述第一比较器的正相输入端的电压等于所述第一比较器的反相输入端的电压，所述第一比较器的输出端连接于所述MOS管的栅极，所述MOS管的漏极连有所述供电电源，所述MOS管的源极接地。
2.根据权利要求1所述的蓄电池内阻检测电路，其特征在于：还包括差分放大电路，所述主控器的采样信号输出端通过所述差分放大电路与所述第一比较器的反相输入端相连接。
3.根据权利要求2所述的蓄电池内阻检测电路，其特征在于：所述差分放大电路包括差分放大器、第一电阻和第二电阻，所述差分放大器的输出端与差分放大器的反相输入端之间设有所述第一电阻，所述差分放大器的反相输入端通过所述第二电阻接地，所述差分放大器的正向输入端与所述主控器相连接，所述差分放大器的输出端与所述第一比较器的反相输入端相连接。
4.根据权利要求3所述的蓄电池内阻检测电路，其特征在于：还包括第一电容，所述第一电容与所述第一电阻并联。
5.根据权利要求1所述的蓄电池内阻检测电路，其特征在于：还包括采样电路，所述采样电路包括第二比较器、第三比较器、第四比较器、第三电阻、第四电阻和第五电阻，待测蓄电池的正极连接于所述第二比较器的输入端，所述第二比较器的输出端通过所述第三电阻连接于所述第三比较器的正相输入端，待测蓄电池的负极连接于所述第四比较器的输入端，所述第四比较器的输出端通过所述第四电阻连接于所述第三比较器的反相输入端，所述第三比较器的输出端与所述主控器电性连接，所述第三比较器的输出端与反相输入端之间设有所述第五电阻。
6.根据权利要求5所述的蓄电池内阻检测电路，其特征在于：还包括第二电容，所述第二电容与所述第五电阻并联。
7.根据权利要求5所述的蓄电池内阻检测电路，其特征在于：还包括滤波电路，所述滤波电路包括第三电容和第六电阻，所述第三比较器与主控器之间设有所述第六电阻，所述第六电阻与主控器的连接处通过所述第三电容接地。
8.根据权利要求5所述的蓄电池内阻检测电路，其特征在于：还包括第一偏置电阻和第二偏置电阻，所述供电电源通过所述第一偏置电阻连接于蓄电池的正极，所述供电电源通过所述第二偏置电阻连接于蓄电池的负极。
9.一种蓄电池内阻检测方法，基于权利要求1-8任一项所述的蓄电池内阻检测电路，其特征在于：包括放电检测阶段步骤如下：采用恒流放电电路对蓄电池进行周期性放电，并计算各个周期内的平均电流。
10.根据权利要求9所述的蓄电池内阻检测方法，其特征在于：还包括放电检测阶段前的预放电阶段，预放电阶段操作步骤如下：采用恒流放电电路对蓄电池进行周期性放电，预放电阶段的电流大于放电检测阶段电流。
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