CN104635053A - 一种蓄电池内阻测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池内阻测量装置及方法，通过单片机预先选取预设标准纹波电压，并根据接收到的蓄电池的纹波电压信号与预设标准纹波电压进行比较，得到比较结果之后根据比较结果选取测量蓄电池内阻的方式，实现了根据蓄电池纹波电压的大小选取准确的测量蓄电池内阻的方式，以使得测量结果准确，避免了现有技术中采用在线交流法测量蓄电池内阻，测量结果不准确的问题。

Description

一种蓄电池内阻测量装置及方法

技术领域

本发明涉及测量领域，尤其涉及一种蓄电池内阻测量装置及方法。

背景技术

目前，蓄电池的内阻大多采用离线大电流法测量，离线大电流法需要蓄电池处于完全脱机的状态下才能进行测量，其测量过程繁琐，并且在测量过程中会有大量的电能浪费。

为了解决电能浪费及测量过程繁琐的问题，通常采用在线交流法测量蓄电池内阻。

然而，在充电机纹波较大的情况下采用在线交流法测量蓄电池内阻，注入的交流信号会被充电机纹波淹没，由此导致对蓄电池内阻的测量结果不准确。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种蓄电池内阻测量装置及方法，以解决现有技术中采用在线交流法测量蓄电池内阻，测量结果不准确的问题，其具体方案如下：

一种蓄电池内阻测量装置，与蓄电池相连，包括：电压信号处理单元，脉冲放电单元，电流信号处理单元，分别与所述电压信号处理单元、脉冲放电单元及电流信号处理单元相连的单片机，与所述电流信号处理单元相连的高频电流互感器，其中：

所述电压信号处理单元用于采集所述蓄电池的纹波电压信号的大小；

所述单片机用于接收所述蓄电池的纹波电压信号，并将所述蓄电池的纹波电压信号与预设标准纹波电压进行比较，得到比较结果，当所述比较结果为蓄电池的纹波电压信号大于所述预设标准纹波电压时，发出第一电流采集指令，否则，发出第二电流采集指令；

所述电流信号处理单元用于接收所述第一电流采集指令，并发送启动信号至所述高频电流互感器，以获取所述高频电流互感器采集到的第一纹波同频率电流信号；

所述脉冲放电单元用于接收所述第二电流采集指令，并对所述蓄电池的正负极进行小电流固定频率的脉冲放电，获取第二纹波同频率电流信号；

所述单片机还用于接收所述第一纹波同频率电流信号并按照预定规则获取第一蓄电池内阻，或接收所述第二纹波同频率电流信号并按照预定规则获取第二蓄电池内阻。

进一步的，还包括：分别与所述电压信号处理单元及单片机相连的基准电压源电路，

所述基准电压源电路用于提高所述电压信号处理单元采集的所述蓄电池的纹波电压信号的精度。

进一步的，还包括：与所述单片机相连的RS232接口电路，

所述RS232接口电路用于与PC主机连接。

进一步的，所述电压信号处理单元包括：第一电阻，第二电阻，第三电阻，第四电阻，第五电阻，第六电阻，第七电阻，第八可调电阻，第一电容，第二电容，第三电容，第四电容及第一比较器，

所述第一电阻的第二端通过所述第三电阻与所述第四电阻的第一端相连，所述第四电阻的第二端通过所述第二电阻与所述第一电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端通过所述第一电容与所述第一比较器的正向输入端相连，所述第四电阻的第二端通过所述第二电容及第五电阻与所述第一比较器的反向输入端相连，所述第一比较器的正向输入端与反向输入端通过所述第六电阻相连，所述第一比较器的第一外接端与第二外接端通过所述第八可调电阻相连，所述第一比较器的输出端通过第三电容接地，同时依次通过第七电阻及第四电容接地。

进一步的，所述脉冲放电单元包括：第九电阻，第十电阻，第十一电阻，第十二电阻，第十三电阻，第十四电阻，第十五熔断器，第五电容，第一三极管，第一场效应管，第一稳压二极管，

所述第五电容与第九电阻并联之后的一端作为脉冲放电单元的输入端，另一端通过第十电阻与所述第一场效应管的源极相连，同时另一端通过第十一电阻与第一三极管的基极相连，所述第一三极管的发射极通过第十二电阻接地，集电极与所述第一场效应管的源极相连，所述第一场效应管的源极同时通过第十四电阻及第十五熔断器连接电源，所述第一场效应管的漏极通过第一稳压二极管与栅极相连，所述第一场效应管的漏极同时通过第十五熔断器连接电源，所述第一场效应管的栅极作为脉冲放电单元的输出端的同时，通过第十三电阻接地。

进一步的，所述电流信号处理单元包括：第十六电阻，第十七电阻，第十八电阻，第十九电阻，第二十电阻，第二十一电阻，第六电容，第二比较器，

所述第十六电阻的一端连接所述第二比较器的反向输入端，所述第十七电阻的一端连接所述第二比较器的正向输入端，所述第二比较器的正向输入端通过第十八电阻连接参考电源，同时通过第十九电阻接地，所述第二比较器的反向输入端通过第二十电阻与其输出端相连，所述第二比较器的输出端通过所述第二十一电阻及第六电容接地。

进一步的，所述基准电压源电路包括：第二十二电阻，第七电容，第八电容，第二稳压二极管，

所述第二稳压二极管的第一端与第二端连接，同时通过所述第二十二电阻与电源连接，所述第二端通过第七电容接地，同时通过第八电容接地，所述第二稳压二极管的第三端接地。

一种蓄电池内阻测量方法，包括：

将采集的蓄电池的纹波电压信号与预设标准纹波电压进行比较；

当所述蓄电池的纹波电压信号大于所述预设标准纹波电压时，通过高频电流互感器获取第一纹波同频率电流信号；

当所述蓄电池的纹波电压信号小于所述预设标准纹波电压时，通过脉冲放电单元对所述蓄电池的正负极进行小电流固定频率的脉冲放电，获取第二纹波同频率电流信号；

按照预定规则获取所述第一纹波同频率电流信号对应的第一蓄电池内阻，或按照预定规则获取所述第二纹波同频率电流信号对应的第二蓄电池内阻。

从上述技术方案可以看出，本申请公开的蓄电池内阻测量装置及方法，通过单片机预先选取预设标准纹波电压，并根据接收到的蓄电池的纹波电压信号与预设标准纹波电压进行比较，得到比较结果之后根据比较结果选取测量蓄电池内阻的方式，实现了根据蓄电池纹波电压的大小选取准确的测量蓄电池内阻的方式，以使得测量结果准确，避免了现有技术中采用在线交流法测量蓄电池内阻，测量结果不准确的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种蓄电池内阻测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种电压信号处理单元的电路图；

图3为本发明实施例公开的一种脉冲放电单元的电路图；

图4为本发明实施例公开的一种电流信号处理单元的电路图；

图5为本发明实施例公开的一种基准电压源电路的电路图；

图6为本发明实施例公开的一种RS232接口电路的电路图；

图7为本发明实施例公开的一种蓄电池内阻测量方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种蓄电池内阻测量装置，其结构示意图如图1所示，包括：

电压信号处理单元11，脉冲放电单元12，电流信号处理单元13，分别与电压信号处理单元11、脉冲放电单元12及电流信号处理单元13相连的单片机14，与电流信号处理单元13相连的高频电流互感器15。

其中，电压信号处理单元11及脉冲放电单元12分别与蓄电池相连。

电压信号处理单元11用于采集蓄电池的纹波电压信号的大小。

单片机14接收电压信号处理单元11采集的蓄电池的纹波电压信号，并将蓄电池的纹波电压信号与预设标准纹波电压进行比较，得到比较结果，当比较结果为蓄电池的纹波电压信号大于预设标准纹波电压时，发出第一电流采集指令，否则，发出第二电流采集指令。

电流信号处理单元13接收单片机14发出的第一电流采集指令，并发送启动信号至高频电流互感器15，使高频电流互感器15采集第一纹波同频率电流信号，高频电流互感器15将第一纹波同频率电流信号发送至电流信号处理单元13，对电流信号进行放大处理。

脉冲放电单元12接收第二电流采集指令，并对蓄电池的正负极进行小电流固定频率的脉冲放电，获取第二纹波同频率电流信号。

单片机14还用于在接收到电流信号处理单元13发送的第一纹波同频率电流信号时，按照预定规则获取第一蓄电池内阻；当单片机14接收到脉冲放电单元12发送的第二纹波同频率电流信号时，按照预定规则获取第二蓄电池内阻。

其中，预定规则可以为欧姆定律，即R＝U/I。

另外，本实施例公开的蓄电池内阻测量装置，还可以包括：与单片机14相连的RS232接口电路16。

RS232接口电路16时用于将单片机14与PC上位机相连的接口。RS232接口16可以为2个。

本实施例公开的蓄电池内阻测量装置，通过单片机预先选取预设标准纹波电压，并根据接收到的蓄电池的纹波电压信号与预设标准纹波电压进行比较，得到比较结果之后根据比较结果选取测量蓄电池内阻的方式，实现了根据蓄电池纹波电压的大小选取准确的测量蓄电池内阻的方式，以使得测量结果准确，当充电机纹波较大时，采用充电机纹波与纹波电流测量计算蓄电池的内阻，当充电机纹波较小时，利用脉冲放电单元中的场效应管对电池正负极进行固定频率小电流放电，同时测量对应频率电流和电压大小，从而计算蓄电池内阻。这就有效避免了现有技术中采用在线交流法测量蓄电池内阻，测量结果不准确的问题。

进一步的，本实施例公开的蓄电池内阻测量装置，还可以包括：分别与电压信号处理单元11及单片机14相连的基准电压源电路17。

基准电压源电路17用于提高电压信号处理单元11采集的蓄电池的纹波电压信号的信号精度。

本实施例公开了一种电压信号处理单元，其电路图如图2所示，包括：第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6，第七电阻R7，第八可调电阻R8，第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，第四电容C4，第一比较器U11。

其中，第一电阻R1的第一端作为电压信号处理单元的第一输入端，第四电阻R4的第一端作为电压信号处理单元的第二输入端，第一电阻R1的第二端通过第三电阻R3与第四电阻R4的第一端相连，第四电阻R4的第二端通过第二电阻R2与第一电阻R1的第一端相连，第一电阻R1的第二段通过第一电容C1与第一比较器U11的正向输入端相连，第四电阻R4的第二段通过第二电容C2及第五电阻R5与第一比较器U11的反向输入端相连，第一比较器U11的正向输入端与反向输入端通过第六电阻R6相连，第一比较器U11的第一外接端与第二外接端通过第八可调电阻R8相连，第一比较器U11的输出端通过第三电容C3接地，同时，第一比较器U11的输出端依次通过第七电阻R7及第四电容C4接地。

本方案公开的电压信号处理单元通过第一比较器实现对蓄电池纹波电压的隔直流通交流的放大处理。

本实施例公开了一种脉冲放电单元，其电路图如图3所示，包括：

第九电阻R9，第十电阻R10，第十一电阻R11，第十二电阻R12，第十三电阻R13，第十四电阻R14，第十五熔断器R15，第五电容C5，第一三极管Q1，第一场效应管S1，第一稳压二极管D1。

第五电容C5与第九电阻R9并联之后的一端作为脉冲放电单元的输入端，另一端通过第十电阻R10与第一场效应管S1的源极相连，同时另一端通过第十一电阻R11与第一三极管Q1的基极相连，第一三极管Q1的发射极通过第十二电阻R12接地，第一三极管Q1的集电极与第一场效应管S1的源极相连，第一场效应管S1的源极同时通过第十四电阻R14及第十五熔断器R15连接电源，第一场效应管S1的漏极通过第一稳压二极管D1与栅极相连，第一场效应管S1的漏极同时通过第十五熔断器R15连接电源，第一场效应管S1的栅极作为脉冲放电单元的输出端的同时，通过第十三电阻R13接地。

其中，第一三极管Q1为NPN型三极管，第一场效应管S1为N沟道耗尽型MOS管。

本实施例公开的脉冲放电单元，通过场效应对蓄电池的正负极进行放电，以实现纹波同频率电流信号的采集。

本实施例公开了一种电流信号处理单元，其电路图如图4所示，包括：

第十六电阻R16，第十七电阻R17，第十八电阻R18，第十九电阻R19，第二十电阻R20，第二十一电阻R21，第六电容C6，第二比较器U12。

第十六电阻R16的一端连接第二比较器U12的反向输入端，第十七电阻R17的一端连接第二比较器U12的正向输入端，第十六电阻R16及第十七电阻R17的另一端作为电流信号处理单元的输入端，第二比较器U12的正向输入端通过第十八电阻R18连接参考电源VREF，同时，通过第十九电阻R19接地，第二比较器U12的反向输入端通过第二十电阻R20与其输出端相连，第二比较器U12的输出端通过第二十一电阻R21及第六电容C6接地。

本实施例公开的电流信号处理单元，通过第二比较器实现对电流信号的放大处理。

本实施例公开了一种基准电压源电路，其电路图如图5所示，包括：

第二十二电阻R22，第七电容C7，第八电容C8及第二稳压二极管D2。

第二稳压二极管D2的第一端与第二段相连，同时通过第二十二电阻R22与电源VCC连接，第二稳压二极管D2的第二段通过第七电容C7接地，同时通过第八电容C8接地，第二稳压二极管D2的第三端接地。

其中，第八电容C8可以为有极性电容，其阳极接地，阴极与第二稳压二极管D2的第二端相连。

本实施例公开的基准电压源电路通过第二稳压二极管实现对电压信号的放大，同时可以实现对电流信号的放大，为单片机提供精确的偏置电压。

另外，还需要说明的是，RS232接口电路的电路图如图6所示，包括：

第二十七电阻R27，第二十八电阻R28，第二十九电阻R29，第三十电阻R30，第九电容C9，第十电容C10，第一光电隔离器U1，第二光电隔离器U2。

第一光电隔离器U1及第二光电隔离器U2分别包括一个发光二极管及一个三极管。

其中，第一光电隔离器U1中的发光二极管的正极通过第二十七电阻R27连接电源，负极与单片机TxD端口相连，第一光电隔离器U1中的三极管的集电极通过第三十电阻R30与PC上位机的RxD相连，第一光电隔离器U1中的三极管的集电极同时通过第九电容C9及第十电容C10连接至第二光电隔离器U2中的发光二极管的正极，第二光电隔离器U2中的发光二极管的正极同时通过第二十九电阻与PC上位机的TxD相连，第一光电隔离器U1中的三极管的发射极与第二光电隔离器U2中的发光二极管的负极同时接地，第二光电隔离器U2中的三极管的发射极接地，集电极通过第二十八电阻R28与电源VCC连接。

本实施例公开的RS232接口电路通过两个光电隔离器实现了光耦隔离，同时实现了单片机与PC上位机之间的连接。

本实施例公开了一种蓄电池内阻测量方法，其流程图如图7所示，包括：

步骤S71、将采集的蓄电池的纹波电压信号与预设标准纹波电压进行比较；

预先设定预设标准纹波电压，当采集到蓄电池的纹波电压信号时，进行比较，得到比较结果。

步骤S72、当蓄电池的纹波电压信号大于预设标准纹波电压时，通过高频电流互感器获取第一纹波同频率电流信号；

当比较结果为蓄电池的纹波电压信号大于预设标准纹波电压，发送启动信号，使高频电流互感器启动，并采集第一纹波同频率电流信号。

步骤S73、当蓄电池的纹波电压信号小于预设标准纹波电压时，通过脉冲放电单元对蓄电池的正负极进行小电流固定频率的脉冲放电，获取第二纹波同频率电流信号；

步骤S74、按照预定规则获取第一纹波同频率电流信号对应的第一蓄电池内阻，或按照预定规则获取第二纹波同频率电流信号对应的第二蓄电池内阻。

其中，预定规则可以为欧姆定律，即R＝U/I。

本实施例公开的蓄电池内阻测量方法，通过单片机预先选取预设标准纹波电压，并根据接收到的蓄电池的纹波电压信号与预设标准纹波电压进行比较，得到比较结果之后根据比较结果选取测量蓄电池内阻的方式，实现了根据蓄电池纹波电压的大小选取准确的测量蓄电池内阻的方式，以使得测量结果准确，当充电机纹波较大时，采用充电机纹波与纹波电流测量计算蓄电池的内阻，当充电机纹波较小时，利用脉冲放电单元中的场效应管对电池正负极进行固定频率小电流放电，同时测量对应频率电流和电压大小，从而计算蓄电池内阻。这就有效避免了现有技术中采用在线交流法测量蓄电池内阻，测量结果不准确的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种蓄电池内阻测量装置，与蓄电池相连，其特征在于，包括：电压信号处理单元，脉冲放电单元，电流信号处理单元，分别与所述电压信号处理单元、脉冲放电单元及电流信号处理单元相连的单片机，与所述电流信号处理单元相连的高频电流互感器，其中：

所述电压信号处理单元用于采集所述蓄电池的纹波电压信号的大小；

所述单片机用于接收所述蓄电池的纹波电压信号，并将所述蓄电池的纹波电压信号与预设标准纹波电压进行比较，得到比较结果，当所述比较结果为蓄电池的纹波电压信号大于所述预设标准纹波电压时，发出第一电流采集指令，否则，发出第二电流采集指令；

所述电流信号处理单元用于接收所述第一电流采集指令，并发送启动信号至所述高频电流互感器，以获取所述高频电流互感器采集到的第一纹波同频率电流信号；

所述脉冲放电单元用于接收所述第二电流采集指令，并对所述蓄电池的正负极进行小电流固定频率的脉冲放电，获取第二纹波同频率电流信号；

所述单片机还用于接收所述第一纹波同频率电流信号并按照预定规则获取第一蓄电池内阻，或接收所述第二纹波同频率电流信号并按照预定规则获取第二蓄电池内阻。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：分别与所述电压信号处理单元及单片机相连的基准电压源电路，

所述基准电压源电路用于提高所述电压信号处理单元采集的所述蓄电池的纹波电压信号的精度。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：与所述单片机相连的RS232接口电路，

所述RS232接口电路用于与PC上位机连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压信号处理单元包括：第一电阻，第二电阻，第三电阻，第四电阻，第五电阻，第六电阻，第七电阻，第八可调电阻，第一电容，第二电容，第三电容，第四电容及第一比较器，

所述第一电阻的第二端通过所述第三电阻与所述第四电阻的第一端相连，所述第四电阻的第二端通过所述第二电阻与所述第一电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端通过所述第一电容与所述第一比较器的正向输入端相连，所述第四电阻的第二端通过所述第二电容及第五电阻与所述第一比较器的反向输入端相连，所述第一比较器的正向输入端与反向输入端通过所述第六电阻相连，所述第一比较器的第一外接端与第二外接端通过所述第八可调电阻相连，所述第一比较器的输出端通过第三电容接地，同时依次通过第七电阻及第四电容接地。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脉冲放电单元包括：第九电阻，第十电阻，第十一电阻，第十二电阻，第十三电阻，第十四电阻，第十五熔断器，第五电容，第一三极管，第一场效应管，第一稳压二极管，

所述第五电容与第九电阻并联之后的一端作为脉冲放电单元的输入端，另一端通过第十电阻与所述第一场效应管的源极相连，同时另一端通过第十一电阻与第一三极管的基极相连，所述第一三极管的发射极通过第十二电阻接地，集电极与所述第一场效应管的源极相连，所述第一场效应管的源极同时通过第十四电阻及第十五熔断器连接电源，所述第一场效应管的漏极通过第一稳压二极管与栅极相连，所述第一场效应管的漏极同时通过第十五熔断器连接电源，所述第一场效应管的栅极作为脉冲放电单元的输出端的同时，通过第十三电阻接地。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流信号处理单元包括：第十六电阻，第十七电阻，第十八电阻，第十九电阻，第二十电阻，第二十一电阻，第六电容，第二比较器，

所述第十六电阻的一端连接所述第二比较器的反向输入端，所述第十七电阻的一端连接所述第二比较器的正向输入端，所述第二比较器的正向输入端通过第十八电阻连接参考电源，同时通过第十九电阻接地，所述第二比较器的反向输入端通过第二十电阻与其输出端相连，所述第二比较器的输出端通过所述第二十一电阻及第六电容接地。

7.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述基准电压源电路包括：第二十二电阻，第七电容，第八电容，第二稳压二极管，

所述第二稳压二极管的第一端与第二端连接，同时通过所述第二十二电阻与电源连接，所述第二端通过第七电容接地，同时通过第八电容接地，所述第二稳压二极管的第三端接地。

8.一种蓄电池内阻测量方法，其特征在于，包括：

将采集的蓄电池的纹波电压信号与预设标准纹波电压进行比较；

当所述蓄电池的纹波电压信号大于所述预设标准纹波电压时，通过高频电流互感器获取第一纹波同频率电流信号；

当所述蓄电池的纹波电压信号小于所述预设标准纹波电压时，通过脉冲放电单元对所述蓄电池的正负极进行小电流固定频率的脉冲放电，获取第二纹波同频率电流信号；

按照预定规则获取所述第一纹波同频率电流信号对应的第一蓄电池内阻，或按照预定规则获取所述第二纹波同频率电流信号对应的第二蓄电池内阻。