CN102053226B - 一种测试电池内阻的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种测试电池内阻的装置，包括激励源和电池组，所述激励源与所述电池组构成回路；可调电阻R，所述可调电阻R位于激励源与电池组构成的回路上；采样单元，所述采样单元用于采集电池组两端的电压、可调电阻R两端的电压及可调电阻R的阻值；控制单元，所述控制单元根据采样单元采集的信号值计算电池组的内阻。以上技术方案，通过调整可调电阻R的阻值，使电池组两端的实际激励电压等于采样单元的量程电压，可以实现测不同电压范围的电池的内阻值，而且通过对电阻的调节实现对电路中电流及电压的调节，采样单元采集的电阻R两端的电压刚好等于采样单元的量程电压，通过这种方式，可有效提高电池内阻的测量精度。

Description

一种测试电池内阻的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种测试电池内阻的装置及方法，尤其涉及一种应用在电动车和混合动力车的电池内阻的测试装置及方法。
背景技术
蓄电池在电动汽车、混合动力汽车方面的应用越来越多。蓄电池系统普遍采用的是串联连接方式。在蓄电池组中某些单体蓄电池的状态劣化直接影响蓄电池组整体的容量状态，也即蓄电池组的整体容量状态是由系统中某一只或几只劣化状态最严重的蓄电池容量决定。所以，准确测量各个单体电池的状态对防止蓄电池组故障是必要的。
目前蓄电池内阻测试的方法包括直流放电法和交流注入法等。直流放电法具体方法是由电池组产生一个瞬间负载电流，然后测出电池极柱上电压的瞬间变化，根据计算得出电池内阻，其缺陷在于：需要频繁的进行剩余容量的检测和显示，这就要求对内阻进行频繁的检测，会影响电动车的正常行驶和减少电池的剩余容量，况且电动车上电池数量很多，将会造成了巨大的电池容量浪费；只适合测量大电压范围的电池或者蓄电池，小电压范围的电池无法在几秒钟的短时间内负荷几十安的大电流；大电流通过电池对电池内部的电极有一定的损伤，而影响测量精度，而且直流放电法无法在混合动力车上使用。
交流注入法其原理是：在蓄电池两端加一恒定的交流音频电流源，然后检测电池两端电压，以及两者之间的相位差，根据欧姆定律就可以获取电池的内阻。
在交流注入法中不须蓄电池进行放电，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，但是交流注入法也像直流放电法一样，存在所测的电池电压范围有限的问题。而且交流注入法需要在MCU中实现三角函数计算等，因此采用的硬件电路及算法比较复杂，影响了测量精度。
发明内容
本发明旨在解决现有技术电池内阻测试中所测的电池电压范围有限的问题，提供一种测试不同电压范围电池内阻的装置和方法，而且有效提高了电池内阻的测量精度。
一种测试电池内阻的装置，包括：
激励源和电池组，所述激励源与所述电池组构成回路；
可调电阻R，所述可调电阻R位于激励源与电池组构成的回路上；
采样单元，所述采样单元用于采集电池组两端的电压、可调电阻R两端的电压及可调电阻R的阻值；
控制单元，所述控制单元根据采样单元采集的信号值计算电池组的内阻。
一种基于上述的测试电池内阻的装置的测试方法，其中包括以下步骤：
所述激励源注入交流激励，采样单元采集电池组和可调电阻R两端的电压及可调电阻R的阻值；
调节可调电阻R的阻值，使电池组两端的实际激励电压等于采样单元的量程电压；
控制单元根据采样单元采集的信号值计算电池组的内阻。
以上技术方案，通过调整可调电阻R的阻值，使采样单元采集的电阻R两端的电压刚好等于采样单元的量程电压，可以实现测不同电压范围的电池的内阻值，而且通过对电阻的调节实现对电路中电流及电压的调节，采样单元采集的电阻R两端的电压刚好等于采样单元的量程电压，通过这种方式，可有效提高电池内阻的测量精度。
附图说明
图1是本发明电池内阻测试装置的结构组成图；
图2是本发明电池内阻测试方法中可调电阻的粗调流程图；
图3是本发明电池内阻测试方法中可调电阻的微调流程图。
图4是本发明电池内阻测试方法中流程C的示意图；
图5是本发明电池内阻测试方法中流程D的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示，本发明的电池内阻测试装置由激励源、电池组、可调电阻R、采样单元及控制单元组成，所述激励源与所述电池组构成回路，所述可调电阻R位于激励源与电池组构成的回路上；采样单元用于采集电池组两端的电压、可调电阻两端的电压及可调电阻的阻值；控制单元根据采样单元采集的信号值计算电池的内阻。
所述激励源优选为交流激励源，电池组与晶体管，可调电阻构成回路，交流激励源可通过晶体管的控制端注入交流激励，这样整个回路中就会产生一正弦激励电流，可调电阻两端就会产生一激励电压，电池组两端也会产生一激励电压V。
采样单元用于采集电池组两端的电压、可调电阻两端的电压及可调电阻的阻值，当回路中注入交流激励后，在可调电阻两端及电池组两端会分别产生激励电压，采样单元采集可调电阻两端及电池组两端的激励电压；采样单元还采集可调电阻的阻值。优选地，采样单元采用型号为CS5463的采样芯片。
控制单元与采样单元电连接，控制单元接收采样单元采集的信号并根据这些信号对电池组的内阻进行计算，最终得出电池组的内阻，优选地，控制单元相应的控制程序可以集成编程在采样芯片中。所述电池组至少包含一个电池单体。
一种基于上述的测试电池内阻的装置的测试方法，其中包括以下步骤：
所述激励源注入交流激励，采样单元采集电池组和可调电阻两端的电压及可调电阻的阻值；
调节可调电阻的阻值，使电池组两端的实际激励电压等于采样单元的量程电压；
控制单元根据采样单元采集的信号值计算电池组的内阻。
其具体的控制过程如下：
结合图2和图3所示，首先，激励源通过晶体管的控制端向可调电阻和电池组组成的回路中注入交流激励，这样整个回路中就会产生一正弦激励电流，可调电阻两端就会产生一激励电压V1，电池组两端也会产生一激励电压V2。
此时采样单元采集可调电阻两端的激励电压V1、电池组两端的激励电压V2及可调电阻的阻值R，并将所采集的信息发送给控制单元；
粗调可调电阻的阻值大小，使得电池组两端的激励电压V2等于采样单元的最大量程电压值V(标)，此时说明采样单元所采集的激励电压信号波形有可能存在削波；
然后对可调电阻进行粗调，增大可调电阻的阻值R，此时采集单元时时采集可调电阻两端的电压、电池组两端的电压及可调电阻的阻值，并将采集到的数据传递给控制单元，控制单元比较所接收的电阻两端的电压值V2与采样单元的最大量程电压值V(标)的大小；
如果V2等于V(标)，说明波形产生削波，则需要继续对可调电阻进行粗调，增大可调电阻的阻值，电路中的激励电流减小，采样单元继续采集可调电阻两端的电压、电池组两端的电压及可调电阻的阻值，并将采集到的数据传递给控制单元，控制单元比较所接收的电阻两端的电压值V2与采样单元的最大量程电压值V(标)的大小，如果V2还等于V(标)，说明波形还存在削波现象，需要继续调大可调电阻的阻值，直到V2小于V(标)；
如果V2小于V(标)，则开始对可调电阻进行微调，使得采集单元采集到的电池组两端的电压等于采集单元的最大量程电压值V(标)。具体的微调过程如下：
以上在对可调电阻的粗调过程中，控制单元记录最后一次使V2＝V(标)的可调电阻的阻值为R1，接下来的使V＜V(标)的可调电阻的阻值为R2，假设使电池组两端的实际激励电压的数值等于采样单元的最大量程电压值的可调电阻的临界值为R0，则R0的取值范围在R1与R2之间，需要在R1和R2之间对可调电阻进行微调；
这里作为一种优选的技术方案，设置对可调电阻进行微调的最小单位为a，系统内部设置有变量m、n，其中m、n分别都为整数。
微调时，调节可调电阻的阻值，使其等于R1和R2的平均值R3，控制单元可以根据接收到的采集单元所采集到的可调电阻两端的电压值V1和可调电阻的阻值R3，通过公式I＝V1/R3计算出电路中的电流，通过采集单元采集电池组两端的电压V2a并将电池组两端的电压值V2a发送给控制单元；
控制单元比较所接收的电池组两端的电压值V2a与V(标)的大小，如果电池组两端的电压V2a等于V(标)，则控制单元控制测试流程进入流程C，如图4所示；如果电池组两端的电压V2a小于V(标)的大小，则控制单元控制测试流程进入流程D，如图5所示。
如图4所示，测试进入流程C后，因为此时电池组两端的电压V2a等于V(标)，则R3＜R0，需要调大可调电阻的阻值R，调节可调电阻的阻值，使可调电阻的阻值等于R2和R3的平均值R5，设R5＝ma，控制单元可以根据接收到的采集单元所采集到的可调电阻两端的电压值V1和可调电阻的阻值R5，通过公式I＝V1/R5计算出电路中的电流，通过采集单元采集电池组两端的电压并V2b将电池组两端的电压值V2b发送给控制单元；如果采集单元采集的电池组两端的电压V2b仍然等于V(标)，则R5＜R0，应继续调大R；
微调可调电阻，使可调电阻的阻值为(m+1)a，采集单元继续采集电池组两端的电压V2c并将电池组两端的电压值发送给控制单元；如果此时控制单元接收到的电池组两端的电压值V2c小于V(标)，则控制单元最终将可调电阻的阻值R取(m+1)a，即如果要使得电池组两端的电压为V(标)时，需要调节可调电阻的阻值为R＝(m+1)a，此时测得的电池组的内阻值最精确；如果此时控制单元接收到的电池组两端的电压值V2c等于V(标)，则需要继续调大可调电阻的阻值，微调可调电阻的阻值R，使其R＝(m+2)a，此时继续采集电池组两端的电压，如果此时电池组两端的电压小于V(标)，则可调电阻R的最终取值为(m+2)a，即当把可调电阻的阻值R调为(m+2)a的时候，测得电池组的内阻值最精确；否则继续以微调的最小单位调大可调电阻的阻值，按如此方法微调，直到可调电阻阻值为(m+x-1)a时，x为微调次数，电池组两端的电压等于V(标)；可调电阻阻值为(m+x)a时，电池组两端的电压小于V(标)；那么此时只有把可调电阻的阻值调为(m+x)a时，电池组两端的电压才会等于V(标)，此时测得的电池内阻的阻值最精确。
如果采集单元采集的电池组两端的电压V2b小于V(标)，则R5＞R0，需要调小可调电阻的阻值R，微调R使可调电阻的阻值R为(m-1)a，采集单元继续采集电池组两端的电压V2g并将电池组两端的电压值发送给控制单元；如果此时控制单元接收到的电池组两端的电压值V2g等于V(标)，则控制单元最终将可调电阻的阻值R取(m-1)a，即如果要使得电池组两端的电压为V(标)时，需要调节可调电阻的阻值为R＝(m-1)a，此时测得的电池组的内阻值最精确；如果此时控制单元接收到的电池组两端的电压值V2g小于V(标)，则需要继续调小可调电阻的阻值，微调可调电阻的阻值R，使其R＝(m-2)a，此时继续采集电池组两端的电压，如果此时电池组两端的电压等于V(标)，则可调电阻R的最终取值为(m-2)a，即当把可调电阻的阻值R调为(m-2)a的时候，测得电池组的内阻值最精确；否则继续以微调的最小单位调小可调电阻的阻值，按如此方法微调，直到可调电阻阻值为(m-z-1)a时，z为微调次数，电池组两端的电压等于V(标)；可调电阻阻值为(m-z)a时，电池组两端的电压小于V(标)；那么此时只有把可调电阻的阻值调为(m-z-1)a时，电池组两端的电压才会等于V(标)，此时测得的电池内阻的阻值最精确。
如图5所示，测试进入流程D后，因为此时电池组两端的电压V2a小于V(标)，则R3＞R0，需要调小可调电阻的阻值R，调节可调电阻的阻值，使可调电阻的阻值等于R1和R3的平均值R4，设R4＝na，控制单元可以根据接收到的采集单元所采集到的可调电阻两端的电压值V1和可调电阻的阻值R4，通过公式I＝V1/R4计算出电路中的电流，通过采集单元采集电池组两端的电压并V2d将电池组两端的电压值V2d发送给控制单元；如果采集单元采集的电池组两端的电压V2d仍然小于V(标)，则R3＞R0，应继续调小可调电阻的阻值R；
微调可调电阻，使可调电阻的阻值为(n-1)a，采集单元继续采集电池组两端的电压V2f并将电池组两端的电压值发送给控制单元；如果此时控制单元接收到的电池组两端的电压值V2f等于V(标)，则控制单元最终将可调电阻的阻值R取(n-1)a，即如果要使得电池组两端的电压为V(标)时，需要调节可调电阻的阻值为R＝(n-1)a，此时测得的电池组的内阻值最精确；如果此时控制单元接收到的电池组两端的电压值V2f小于V(标)，则需要继续调小可调电阻的阻值，微调可调电阻的阻值R，使其R＝(n-2)a，此时继续采集电池组两端的电压，如果此时电池组两端的电压等于V(标)，则可调电阻R的最终取值为(n-2)a，即当把可调电阻的阻值R调为(n-2)a的时候，测得电池组的内阻值最精确；否则继续以微调的最小单位调小可调电阻的阻值，按如此方法微调，直到可调电阻阻值为(n-y-1)a时，y为微调次数，电池组两端的电压等于V(标)；可调电阻阻值为(n-y)a时，电池组两端的电压小于V(标)；那么此时只有把可调电阻的阻值调为(n-y-1)a时，电池组两端的电压才会等于V(标)，此时测得的电池内阻的阻值最精确。
如果采集单元采集的电池组两端的电压V2d等于V(标)，则R3小于R0，应调大可调电阻的阻值R；微调可调电阻，使可调电阻的阻值为(n+1)a，采集单元继续采集电池组两端的电压V2e并将电池组两端的电压值发送给控制单元；如果此时控制单元接收到的电池组两端的电压值V2e小于V(标)，则控制单元最终将可调电阻的阻值R取(n+1)a，即如果要使得电池组两端的电压为V(标)时，需要调节可调电阻的阻值为R＝(n+1)a，此时测得的电池组的内阻值最精确；如果此时控制单元接收到的电池组两端的电压值V2f等于V(标)，则需要继续调大可调电阻的阻值，微调可调电阻的阻值R，使其R＝(n+2)a，此时继续采集电池组两端的电压，如果此时电池组两端的电压小于V(标)，则可调电阻R的最终取值为(n+2)a，即当把可调电阻的阻值R调为(n+2)a的时候，测得电池组的内阻值最精确；否则继续以微调的最小单位调小可调电阻的阻值，按如此方法微调，直到可调电阻阻值为(n+w-1)a时，w为微调次数，电池组两端的电压等于V(标)；可调电阻阻值为(n+w)a时，电池组两端的电压小于V(标)；那么此时只有把可调电阻的阻值调为(n+w)a时，电池组两端的电压才会等于V(标)，此时测得的电池内阻的阻值最精确。
通过以上粗调和微调方法确定可调电阻的阻值R后，控制单元可根据可调电阻两端的电压V1计算出电路中的电流I＝V1/R，然后控制单元可利用采集单元此时所述采集到的电池组两端的电压值V2和电路中的电流I计算得出电池组的内阻，因为在注入交流激励的时候，激励电压与激励电流之间会存在相位差，即功率因数PF，因此电池组的内阻值r＝PF*V2/I，而功率因数可以由控制单元计算得出，本部分属于本领域公知常识，在此不再详述。
以上技术方案中，可调电阻的阻值可以通过手动调节，也可以通过内部的程序控制实现对可调电阻的调节。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种测试电池内阻的装置的测试方法，
所述装置包括：
激励源和电池组，所述激励源与所述电池组构成回路；
可调电阻R，所述可调电阻R位于激励源与电池组构成的回路上；
采样单元，所述采样单元用于采集电池组两端的电压、可调电阻R两端的电压及可调电阻R的阻值；
控制单元，所述控制单元根据采样单元采集的信号值计算电池组的内阻；
所述测试方法包括以下步骤：
所述激励源注入激励，采样单元采集电池组两端的激励电压V2、可调电阻R两端的激励电压V1及可调电阻R的阻值；
调节可调电阻R的阻值，使电池组两端的实际激励电压等于采样单元的量程电压V标；
控制单元根据采样单元采集的信号值计算电池组的内阻；其特征在于，当激励源注入激励后，
调节可调电阻R，直到采样单元采集的电池组两端的电压等于采样单元的量程电压V标；
增大可调电阻R的阻值，直到采样单元采集的电池组两端的电压小于采样单元的量程电压V标，并标记此时可调电阻的阻值为R2；并标记最后一次使电池组两端的电压等于采样单元的量程电压V标的可调电阻的阻值为R1；
微调可调电阻R，使电池组两端的实际激励电压等于采样单元的量程电压V标；
控制单元根据调节后的可调电阻两端的电压V1及阻值R及电池组两端的电压V2计算电池组的内阻。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，对可调电阻进行微调时，
调节可调电阻的阻值，使其等于R1和R2的平均值R3；
采样单元采集电池组两端的电压V2a；
根据电池组两端的电压V2a及采样单元的量程电压V标的大小调节可调电阻的阻值大小；
控制单元根据采样单元采集的调节后的可调电阻的阻值R，调节后电阻两端的电压V1及调节后电池组两端的电压V2，计算电池组的内阻。
3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，采样单元采集的电池组两端的电压V2a＝V标时，
调节可调电阻R的阻值，使其等于R2和R3的平均值R5，R5＝ma，其中，m为系统内设的整数变量，a为可调电阻进行微调的最小单位；
采样单元采集电池组两端的电压V2b；
根据电池组两端的电压V2b及采样单元的量程电压V标的大小继续调节可调电阻的阻值大小；
控制单元根据采样单元采集的调节后的可调电阻的阻值R，调节后电阻两端的电压V1及调节后电池组两端的电压V2，计算电池组的内阻。
4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于，采样单元采集的电池组两端的电压V2b＝V标时，
调节可调电阻，使其电阻值R＝(m+1)a；
采样单元采集电池组两端的电压V2c；
当V2c＜V标时，可调电阻R的取值为(m+1)a，控制单元根据此时采样单元采集的信息计算电池组的内阻。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，当V2c＝V标时，继续调节可调电阻R的阻值；
当可调电阻R的阻值满足：R＝(m+x-1)a，x为微调次数，电池组两端的电压等于量程电压V标；R＝(m+x)a，电池组两端的电压小于量程电压V标时；
可调电阻R的取值为(m+x)a，控制单元根据此时采样单元采集的信息计算电池组的内阻。
6.根据权利要求3所述测试方法，其特征在于，当采样单元采集的电池组两端的电压V2b＜V标时，
调节可调电阻，使其电阻值R＝(m-1)a；
采样单元采集电池组两端的电压V2g；
当V2g＝V标时，可调电阻R的取值为(m-1)a，控制单元根据此时采样单元采集的信息计算电池组的内阻。
7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，当V2g＜V标时，继续调节可调电阻R的阻值；
当可调电阻R的阻值满足：R＝(m-z-1)a，z为微调次数，电池组两端的电压等于量程电压V标；R＝(m-z)a时，电池组两端的电压小于量程电压V标时；
可调电阻R的取值为(m-z-1)a，控制单元根据此时采样单元采集的信息计算电池组的内阻。
8.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，采样单元采集的电池组两端的电压V2a＜V标时，
调节可调电阻R的阻值，使其等于R1和R3的平均值R4，R5＝na，其中，n为系统内设的整数变量，a为可调电阻进行微调的最小单位；
采样单元采集电池组两端的电压V2d；
根据电池组两端的电压V2d及采样单元的量程电压V标的大小继续调节可调电阻的阻值大小；
控制单元根据采样单元采集的调节后的可调电阻的阻值R，调节后电阻两端的电压V1及调节后电池组两端的电压V2，计算电池组的内阻。
9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，采样单元采集的电池组两端的电压V2d＝V标时，
调节可调电阻，使其电阻值R＝(n+1)a；
采样单元采集电池组两端的电压V2e；
当V2e＜V标时，可调电阻R的取值为(n+1)a，控制单元根据此时采样单元采集的信息计算电池组的内阻。
10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，当V2e＝V标时，继续调节可调电阻R的阻值；
当可调电阻R的阻值满足：R＝(n+w-1)a，w为微调次数，电池组两端的电压等于量程电压V标；R＝(n+w)a，电池组两端的电压小于量程电压V标时；
可调电阻R的取值为(n+w)a，控制单元根据此时采样单元采集的信息计算电池组的内阻。
11.根据权利要求8所述测试方法，其特征在于，当采样单元采集的电池组两端的电压V2d＜V标时，
调节可调电阻，使其电阻值R＝(n-1)a；
采样单元采集电池组两端的电压V2f；
当V2f＝V标时，可调电阻R的取值为(n-1)a，控制单元根据此时采样单元采集的信息计算电池组的内阻。
12.根据权利要求11所述的测试方法，其特征在于，当V2f＜V标时，继续调节可调电阻R的阻值；
当可调电阻R的阻值满足：R＝(n-y-1)a，y为微调次数，电池组两端的电压等于量程电压V标；R＝(n-y)a时，电池组两端的电压小于量程电压V标时；
可调电阻R的取值为(n-y-1)a，控制单元根据此时采样单元采集的信息计算电池组的内阻。
13.根据权利要求1-12任意一项所述的测试方法，其特征在于，所述电池组的内阻值r＝PF*V2/I，I＝V1/R，其中I为电路中的电流，PF为电路中的功率因数。
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