CN103823118A - 一种均衡过程中的单体电池内阻测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种均衡过程中的单体电池内阻测量装置及方法，属于锂离子电池技术领域。本发明通过切换均衡电流依次对每一支单体电池施加激励，基于均衡电流和均衡电流在内阻上产生的压降解析出内阻，可以在电池组动态和静态的情况下计算单体电池内阻，实现实时、在线、精确测量电池组内每一支单体电池内阻的目的，本发明设计巧妙，简单实用，性价比高，能够同时实现单体电池内阻测量和锂电池主动均衡两种功能，提升锂离子电池使用的安全性和可靠性。

Description

一种均衡过程中的单体电池内阻测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种均衡过程中的单体电池内阻测量装置及方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池的健康状态与锂离子电池的性能密切相关，锂离子电池的内阻是表征健康状态的一个关键指标，通过测量锂离子电池内阻可以评估、预测电池性能，提升控制策略的可靠性。由于电池内阻的重要作用，业内针对锂离子电池的内阻测量开展了大量研究。

目前，内阻测量方法分为直流法和交流法等方式。交流测量法适应面较广，但是测量的结果与所用信号的波型，和频率、以及是电流强度有关，测量结果相差很大。直流法是对电池接入固定设备并进行较大电流的充放电，以测量断电前后的电压降并测算出电池内阻。无论是交流法还是直流法均需要专业设备，不能实现对所有单体电池内阻的实时在线测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种均衡过程中的单体电池内阻测量装置及方法，以解决锂离子电池单体内阻实时精确测量的难题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种均衡过程中单体电池内阻测量装置，该测量装置包括电池均衡电路和电压采集单元，所述的均衡电路包括开关电源和开关阵列，开关电源第一直流接线端对应连接待测电池组的正负极，开关电源第二直流接线端对应连接开关阵列模块的第一直流接线端，开关阵列模块的第二直流接线端对应连接待测电池组每支单体电池的正负极，所述电压采集单元用于与待测电池组各单体电池连接，以采集各单体电池的电压。

所述的测量装置还包括MCU单元，所述的MCU单元与电压采集单元通信连接，用于根据电压采集单元采集到开关电源开启前后的单体电池电压计算单体电池内阻。

所述的开关电源的使能控制端和方向控制端与MCU单元连接。

所述的开关电源的第二直流接线端流经的电流为恒定值。

所述开关阵列依次实现电池组内各个单体电池与开关电源的独立连接。

本发明还提供了一种均衡过程中的单体电池内阻测量方法，该测量方法包括以下步骤：

1）将待测电池组通过开关电源和开关阵列与电池组中各单体电池连接，使电池组与电池组内的各单体电池之间构成可自由切换通道的均衡电路；

2）切换开关阵列依次对待测电池组中每一支单体电池施加电流激励；

3）分别采集单体电池施加电流激励前后的单体电池电压；

4）根据所采集电压计算单体电池施加激励前后的压差，并根据压差和均衡电流计算相应单体电池的内阻。

所述步骤4）中单体电池的内阻计算公式为：

r=|V_前-V_后|/(β*I_b)

其中r为所求单体电池的内阻，V_前为施加激励前单体电池的电压，V_后为施加激励后的单体电池的电压，I_b为均衡电流，β为电流修正因子，受电池组电压、单体电压以及开关电源效率影响。

本发明的有益效果是：本发明通过切换均衡电流依次对每一支单体电池施加电流激励，基于均衡电流和均衡电流在内阻上产生的压降解析出内阻，可以在电池组动态和静态的情况下计算单体电池内阻，实现实时、在线、精确测量电池组内每一支单体电池内阻的目的，本发明设计巧妙，简单实用，性价比高，能够同时实现单体电池内阻测量和锂电池主动均衡两种功能，提升锂离子电池使用的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本发明均衡过程中单体电池内阻测量装置的原理图；

图2是本发明电池组对单体电池充电时锂离子电池内阻测量示意图；

图3是本发明单体电池对电池组放电时锂离子电池内阻测量示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明的一种均衡过程中单体电池内阻测量装置的实施例

如图1所示，本实施例的电池组由12个锂离子单体电池串联而成，本发明的均衡过程中单体电池内阻测量装置包括均衡电路、电压采集芯片和MCU，均衡电路包括开关电源和开关阵列，开关电源第一直流接线端（Va+、Va-）分别连接电池组的正负极（V+、V-），开关电源第二直流接线端（Vb+、Vb-）分别连接开关阵列模块的第一直流接线端（Vc+、Vc-），开关阵列模块的第二直流接线端对应连接电池组每支单体电池的正负极，电压采集芯片的采集端分别连接到电池组中各单体电池的两端，用于采集各单体电池两端的电压，电压采集芯片的输出端与MCU单元连接，MCU用于根据电压采集单元采集到开关电源开启前后的单体电池电压计算单体电池内阻，这里也可以不采用的MCU，通过人工计算也可以实现，其中开关电源的第二直流接线端流经的电流为恒定值，开关阵列能够依次实现电池组内各个单体电池与开关电源的独立连接。该装置的测量过程如下：

电池组向单体电池充电时测量单体电池内阻，通过开关阵列选择单体电池Cell10，MCU记录开关电源开启前Cell10的电压为V10，设置DIR为高电平，使能EN；此时电池组向单体电池Cell10充电，记录开关电源开启后Cell10的电压为V10_in，流经开关电源第二接线端的电流I_b为设定值，如图2所示，内阻r₁＝(V10_in-V10)/(β*I_b)，其中β为电流修正因子，受电池组电压、单体电压以及开关电源效率影响。

单体电池向电池组放电时测量单体电池内阻，通过开关阵列选择单体电池Cell10。MCU记录开关电源开启前Cell10的电压为V10，设置DIR为低电平，使能EN；此时单体电池Cell10向电池组放电，记录开关电源开启后Cell10的电压为V10_in，流经开关电源第二接线端的电流I_b为设定值，如图3所示。内阻r₁＝(V10-V10_in)/(β*I_b)，其中β为电流修正因子，受电池组电压、单体电压以及开关电源效率影响。

本发明的一种均衡过程中单体电池内阻测量方法的实施例

本发明的均衡过程中单体电池内阻测量方法通过切换均衡电流依次对每一支单体电池施加激励，基于均衡电流和均衡电流在内阻上产生的压降解析出内阻，可以在电池组动态和静态的情况下计算单体电池内阻，该方法的具体步骤如下：

将开关电源和开关阵列引入电池组均衡电路中，通过将开关电源的第一直流接线端分别连接电池组的正负极，将开关电源第二直流接线端分别连接开关阵列模块的第一直流接线端，将开关阵列模块的第二直流接线端对应连接电池组每支单体电池的正负极，从而形成由电池组与单体电池之间的均衡电路。

采集均衡前后单体电池的电压，当电池组向单体电池充电时测量单体电池内阻，通过开关阵列选择相应的单体电池，记录开关电源开启前相应单体电池的电压V10，同时设置DIR为高电平，使能EN，此时电池组向相应的单体电池充电，记录开关电源开启后相应单体电池的电压为V10_in，流经开关电源第二接线端的电流I_b为设定值，如图2所示，内阻r₁＝(V10_in-V10)/(β*I_b）；当单体电池向电池组放电时测量单体电池内阻，通过开关阵列选择单体电池Cell10，记录开关电源开启前Cell10的电压为V10，设置DIR为低电平，使能EN，单体电池Cell10向电池组充电，记录开关电源开启后Cell10的电压为V10_in，流经开关电源第二接线端的电流I_b为设定值，如图3所示，内阻r₁＝(V10-V10_in)/(β*I_b)，其中β为电流修正因子，受电池组电压、单体电压以及开关电源效率影响。

该锂离子电池内阻计算方法独立性强，不依赖于锂离子电池组对外工况条件，无论是电池组充电、放电还是静置情况下均可以实时、在线测量每一支单体电池的内阻。通过该装置，不仅可以实时测量单体锂离子电池的内阻，还可以实现单体电池与电池组之间的双向主动均衡，提升锂离子电池电量一致性，一举双得。

Claims (7)

1.一种均衡过程中的单体电池内阻测量装置，其特征在于，该测量装置包括电池均衡电路和电压采集单元，所述的均衡电路包括开关电源和开关阵列，开关电源第一直流接线端对应连接待测电池组的正负极，开关电源第二直流接线端对应连接开关阵列模块的第一直流接线端，开关阵列模块的第二直流接线端对应连接待测电池组每支单体电池的正负极，所述电压采集单元用于与待测电池组各单体电池连接，以采集各单体电池的电压。

2.根据权利要求1所述的均衡过程中的单体电池内阻测量装置，其特征在于，所述的测量装置还包括MCU单元，所述的MCU单元与电压采集单元通信连接，用于根据电压采集单元采集到开关电源开启前后的单体电池电压计算单体电池内阻。

3.根据权利要求2所述的均衡过程中的单体电池内阻测量装置，其特征在于，所述的开关电源的使能控制端和方向控制端与MCU单元连接。

4.根据权利要求1或2所述的均衡过程中的单体电池内阻测量装置，其特征在于，所述的开关电源的第二直流接线端流经的电流为恒定值。

5.根据权利要求1或2所述的均衡过程中的单体电池内阻测量装置，其特征在于，所述开关阵列依次实现电池组内各个单体电池与开关电源的独立连接。

6.一种均衡过程中的单体电池内阻测量方法，其特征在于，该测量方法包括以下步骤：

1）将待测电池组通过开关电源和开关阵列与电池组中各单体电池连接，使电池组与电池组内的各单体电池之间构成可自由切换通道的均衡电路；

2）切换开关阵列依次对待测电池组中每一支单体电池施加电流激励；

3）分别采集单体电池施加电流激励前后的单体电池电压；

4）根据所采集电压计算单体电池施加激励前后的压差，并根据压差和均衡电流计算相应单体电池的内阻。

7.根据权利要求6所述的均衡过程中的单体电池内阻测量方法，其特征在于，所述步骤4）中单体电池的内阻计算公式为：

r=|V_前-V_后|/(β*I_b)

其中r为所求单体电池的内阻，V_前为施加激励前单体电池的电压，V_后为施加激励后的单体电池的电压，I_b为均衡电流，β为电流修正因子，受电池组电压、单体电压以及开关电源效率影响。

Images