CN103278695B - 一种电动汽车动力电池组内阻监测系统及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电动汽车动力电池组内阻监测系统及其监测方法，该系统包括微处理器、信号发生器、锁频锁相电路、采样电阻，微处理器分别与信号发生器和锁频锁相电路连接，信号发生器与隔离耦合电路连接，锁频锁相电路分别与参考信号采集器和差分放大电路连接，隔离耦合电路的输出端与低频信号驱动电路的输入端连接，采样电阻与低频信号驱动电路和动力电池组串联构成低频交流恒流信号加载回路，参考信号采集器与采样电阻连接，差分放大电路并联在动力电池组两端。本发明还提供一种电动汽车动力电池组内阻监测系统的监测方法。本发明只需注入一个较小的电流，即可实现安全的在线监测，具有测量精度高、速度快、抗干扰能力强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池组的内阻检测技术领域，具体是一种电动汽车动力电池组内阻监测系统及其监测方法。
背景技术
汽车动力电池组的内阻是体现动力电池性能的重要参数之一，因此通过对动力电池组的内阻进行监测可以实现对动力电池组容量和健康状态的在线评估。目前，一般采用直流放电法和交流注入法对动力电池组的内阻进行测量。
直流放电法是通过对电池组进行短时间的大电流放电，捕捉电池组在放电时端电压的变化，实现内阻的测量。动力电池组的内阻一般都很小，只有几十毫欧甚至几毫欧，用直流放电法测量内阻速度慢，由于必须在静态或脱机状态下进行，无法实现在线测量，而且大电流放电会对电池组造成很大的损害，从而影响电池组的容量及寿命。
传统的交流注入法是对电池组注入一定频率的恒定的交流电流信号，同时捕捉电池组对该交流电流信号的反馈电压信号以及两者的相位差，从而测出电池组的交流阻抗值。该方法不需要对电池组进行放电，可以实现安全在线监测，不会对电池组的性能造成影响。但该方法测量的信号很微弱，容易被车载充电机以及周边用电环境中的噪声所淹没，电池组内的阻抗上有容性成分存在，使得电池组两端产生的反馈电压信号发生相移。因此，如何有效地抑制环境噪声就成为动力电池组内阻测量的关键技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效抑制环境噪声、抗干扰能力强的电动汽车动力电池组内阻监测系统及其监测方法，以解决现有技术中存在的问题。
本发明的技术方案为：
一种电动汽车动力电池组内阻监测系统，包括微处理器、信号发生器、锁频锁相电路、采样电阻，所述微处理器分别与信号发生器和锁频锁相电路连接，所述信号发生器与隔离耦合电路连接，所述锁频锁相电路分别与参考信号采集器和差分放大电路连接，所述隔离耦合电路的输出端与低频信号驱动电路的输入端连接，所述采样电阻与低频信号驱动电路和动力电池组串联构成低频交流恒流信号加载回路，所述参考信号采集器与采样电阻连接，所述差分放大电路并联在动力电池组两端。
所述的电动汽车动力电池组内阻监测系统，该系统还包括连接于锁频锁相电路与微处理器之间的信号调理电路。
所述的电动汽车动力电池组内阻监测系统，所述信号调理电路包括积分器、低通滤波器以及模数转换器。
所述的电动汽车动力电池组内阻监测系统，所述锁频锁相电路包括调制解调器、锁定放大器以及开关式乘法器。
所述的电动汽车动力电池组内阻监测系统，所述微处理器通过输出隔离电路与CAN通讯接口连接。
所述的电动汽车动力电池组内阻监测系统，该系统还包括DC/DC转换器，所述DC/DC转换器用于为整个系统提供工作电源。
一种电动汽车动力电池组内阻监测系统的监测方法，包括以下步骤：
（1）采样电阻与低频信号驱动电路和动力电池组串联构成低频交流恒流信号加载回路；
（2）微处理器控制信号发生器产生一个低频交流电压信号，该低频交流电压信号经隔离耦合电路形成电流回路连续发送至低频信号驱动电路；
（3）低频信号驱动电路将低频交流恒流信号注入动力电池组内部，在动力电池组两端产生反馈电压信号，同时在采样电阻上产生采样电压信号；
（4）上述反馈电压信号经差分放大电路采样放大后送至锁频锁相电路的一个输入端；同时，上述采样电压信号经信号采集器采样后送至锁频锁相电路的另一个输入端，作为参考电压信号；
（5）锁频锁相电路对差分放大电路与参考信号采集器传送的电压信号进行平衡调制和解调、锁定放大以及方波乘法运算，得到优化的反馈电压信号，然后将上述参考电压信号与运算得到的优化的反馈电压信号输入微处理器；
（6）微处理器根据采样电阻的参考电压值与采样电阻阻值得到通过采样电阻的电流值，该电流值即为通过动力电池组的交流电流值，再结合优化的反馈电压信号即动力电池组两端的交流电压信号得到动力电池组两端的交流电压值，利用欧姆定律，经过计算，即得到动力电池组的内阻阻值。
所述的电动汽车动力电池组内阻监测系统的监测方法，锁频锁相电路将参考电压信号与优化的反馈电压信号输入信号调理电路，优化的反馈电压信号经信号调理电路进行积分、滤波以及模数转换后，再与参考电压信号一起输入到微处理器进行计算。
所述的电动汽车动力电池组内阻监测系统的监测方法，所述微处理器依次通过输出隔离电路、CAN通讯接口将计算出的动力电池组的内阻阻值传输至外部总线。
所述的电动汽车动力电池组内阻监测系统的监测方法，将24V电源经DC/DC转换器后产生的隔离电源作为监测系统的工作电源。
本发明的微处理器控制信号发生器产生一个低频交流电压信号，该低频交流电压信号经隔离耦合电路形成电流回路连续发送至低频信号驱动电路，由于低频信号驱动电路与采样电阻及动力电池组串联构成低频交流恒流信号加载回路，所以低频信号驱动电路将低频交流恒流信号注入动力电池组内部，在动力电池组两端产生反馈电压信号，同时在采样电阻上产生采样电压信号；上述反馈电压信号经前置放大与采样电压信号一起被送至锁频锁相电路进行相关运算，抑制噪声和干扰，从中抽取微弱信号进行放大，送入微处理器进行计算，得到动力电池组的内阻阻值；本发明不需对电池进行充放电，从而不会对电池造成损伤，也不会影响电池的性能，可以实现安全的在线监测；本发明体积小、成本低，只需注入一个较小的电流，即可实现测量，不受测量时间、频次限制，具有测量精度高、速度快、抗干扰能力强等优点。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种电动汽车动力电池组内阻监测系统，包括微处理器1、信号发生器2、隔离耦合电路3、低频信号驱动电路4、采样电阻5、动力电池组6、参考信号采集器7、差分放大电路8、锁频锁相电路9、信号调理电路10、输出隔离电路11、CAN通讯接口12、DC/DC转换器13；所述微处理器1的一个输出端连接信号发生器2的输入端，另一个输出端通过输出隔离电路11与CAN通讯接口12连接，信号发生器2的输出端与隔离耦合电路3的输入端连接，隔离耦合电路3的输出端与低频信号驱动电路4的输入端连接，所述采样电阻5与低频信号驱动电路4和动力电池组6串联构成低频交流恒流信号加载回路，所述参考信号采集器7与采样电阻5连接，所述差分放大电路8并联在动力电池组6两端，所述参考信号采集器7的输出端连接锁频锁相电路9的一个输入端，所述差分放大电路8的输出端连接锁频锁相电路9的另一个输入端，锁频锁相电路9的输出端与信号调理电路10的输入端连接，信号调理电路10的输出端与微处理器1的输入端连接；所述DC/DC转换器13用于为整个系统提供工作电源；所述信号调理电路10包括积分器、低通滤波器以及模数转换器（图中未示），所述锁频锁相电路9包括调制解调器、锁定放大器以及开关式乘法器（图中未示）。
本发明的工作原理：
将24V电源经DC/DC转换器13后产生的隔离电源作为整个内阻监测系统的工作电源；采样电阻5与低频信号驱动电路4和动力电池组6串联构成低频交流恒流信号加载回路；微处理器1控制信号发生器2产生一个低频交流电压信号，该低频交流电压信号经隔离耦合电路3形成电流回路连续发送至低频信号驱动电路4，低频信号驱动电路4将低频交流恒流信号注入动力电池组6内部，在动力电池组6两端产生反馈电压信号，同时在采样电阻5上产生采样电压信号；上述反馈电压信号经差分放大电路8采样放大后送至锁频锁相电路9的一个输入端，同时，上述采样电压信号经参考信号采集器7采样后送至锁频锁相电路9的另一个输入端，作为参考电压信号；锁频锁相电路9首先对差分放大电路8与参考信号采集器7传送的电压信号进行平衡调制和解调、锁定放大以及方波乘法运算，得到优化的反馈电压信号，然后将上述参考电压信号与运算得到的优化的反馈电压信号输入信号调理电路10，所述优化的反馈电压信号经过积分、滤波以及模数转换后，得到进一步优化的反馈电压信号，所述进一步优化的反馈电压信号再与参考电压信号一起输入到微处理器1；微处理器1根据采样电阻5的参考电压值与采样电阻阻值得到通过采样电阻5的电流值，该电流值即为通过动力电池组6的交流电流值，再结合进一步优化的反馈电压信号即动力电池组6两端的交流电压信号得到动力电池组6两端的交流电压值，利用欧姆定律，经过计算，即得到动力电池组6的内阻阻值；所述微处理器1依次通过输出隔离电路11、CAN通讯接口12将计算出的动力电池组6的内阻阻值传输至外部总线。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种电动汽车动力电池组内阻监测系统，其特征在于：该系统包括微处理器、信号发生器、锁频锁相电路、采样电阻，所述微处理器分别与信号发生器和锁频锁相电路连接，所述信号发生器与隔离耦合电路连接，所述锁频锁相电路分别与参考信号采集器和差分放大电路连接，所述隔离耦合电路的输出端与低频信号驱动电路的输入端连接，所述采样电阻与低频信号驱动电路和动力电池组串联构成低频交流恒流信号加载回路，所述参考信号采集器与采样电阻连接，所述差分放大电路并联在动力电池组两端；
该系统还包括连接于锁频锁相电路与微处理器之间的信号调理电路，所述信号调理电路包括积分器、低通滤波器以及模数转换器；所述锁频锁相电路包括调制解调器、锁定放大器以及开关式乘法器；所述微处理器通过输出隔离电路与CAN通讯接口连接；
所述微处理器控制信号发生器产生一个低频交流电压信号，该低频交流电压信号经隔离耦合电路形成电流回路连续发送至低频信号驱动电路，低频信号驱动电路将低频交流恒流信号注入动力电池组内部，在动力电池组两端产生反馈电压信号，同时在采样电阻上产生采样电压信号；上述反馈电压信号经差分放大电路采样放大后送至锁频锁相电路的一个输入端，同时，上述采样电压信号经参考信号采集器采样后送至锁频锁相电路的另一个输入端，作为参考电压信号；锁频锁相电路首先对差分放大电路与参考信号采集器传送的电压信号进行平衡调制和解调、锁定放大以及方波乘法运算，得到优化的反馈电压信号，然后将上述参考电压信号与运算得到的优化的反馈电压信号输入信号调理电路，所述优化的反馈电压信号经过积分、滤波以及模数转换后，得到进一步优化的反馈电压信号，所述进一步优化的反馈电压信号再与参考电压信号一起输入到微处理器，所述微处理器依次通过输出隔离电路、CAN通讯接口将计算出的动力电池组的内阻阻值传输至外部总线。
2.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池组内阻监测系统，其特征在于：该系统还包括DC/DC转换器，所述DC/DC转换器用于为整个系统提供工作电源。
3.一种电动汽车动力电池组内阻监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）采样电阻与低频信号驱动电路和动力电池组串联构成低频交流恒流信号加载回路；
（2）微处理器控制信号发生器产生一个低频交流电压信号，该低频交流电压信号经隔离耦合电路形成电流回路连续发送至低频信号驱动电路；
（3）低频信号驱动电路将低频交流恒流信号注入动力电池组内部，在动力电池组两端产生反馈电压信号，同时在采样电阻上产生采样电压信号；
（4）上述反馈电压信号经差分放大电路采样放大后送至锁频锁相电路的一个输入端；同时，上述采样电压信号经参考信号采集器采样后送至锁频锁相电路的另一个输入端，作为参考电压信号；
（5）锁频锁相电路对差分放大电路与参考信号采集器传送的电压信号进行平衡调制和解调、锁定放大以及方波乘法运算，得到优化的反馈电压信号，然后将上述参考电压信号与运算得到的优化的反馈电压信号输入微处理器；
（6）微处理器根据采样电阻的参考电压值与采样电阻阻值得到通过采样电阻的电流值，该电流值即为通过动力电池组的交流电流值，再结合优化的反馈电压信号即动力电池组两端的交流电压信号得到动力电池组两端的交流电压值，利用欧姆定律，经过计算，即得到动力电池组的内阻阻值；
所述锁频锁相电路将参考电压信号与优化的反馈电压信号输入信号调理电路，优化的反馈电压信号经信号调理电路进行积分、滤波以及模数转换后，再与参考电压信号一起输入到微处理器进行计算；
所述微处理器依次通过输出隔离电路、CAN通讯接口将计算出的动力电池组的内阻阻值传输至外部总线。
4.根据权利要求3所述的电动汽车动力电池组内阻监测系统的监测方法，其特征在于：将24V电源经DC/DC转换器后产生的隔离电源作为监测系统的工作电源。
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