CN104678134A - 交流恒流源、电池内阻检测装置及电池测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流恒流源。本发明的交流恒流源包括依次连接的交流信号发生单元、控制电路、功率放大电路、隔直电容，以及电流采样电路；控制电路根据电流采样电路的采样结果对交流信号发生单元输出的交流信号进行调整，生成功率放大电路的驱动信号；在功率放大电路与隔直电容之间串接有一电感，该电感与隔直电容所组成的LC谐振电路的谐振频率等于交流信号发生单元输出信号的频率。本发明还可进一步包括一偏置电路，用于根据控制电路或功率放大电路输出信号中的直流分量，向交流信号发生单元的输出信号中施加一个反向直流信号。本发明还公开了一种电池内阻检测装置及电池测试仪。利用本发明可获得更准确的电池内阻测量数据。

Description

交流恒流源、电池内阻检测装置及电池测试仪

技术领域

本发明涉及一种交流恒流源，尤其涉及一种用于交流注入法测量电池内阻的交流恒流源。

背景技术

现在蓄电池的使用已经非常普遍，对蓄电池进行准确快速地检测及维护也日益迫切。蓄电池内阻被公认是判断蓄电池容量状况的决定性参数，电池内阻检测装置能够配合电池厂家在生产线快速检测。因此可通过测量电池内阻对电池进行评估。现有电池测试仪通常都具有电池内阻检测功能。

现有电池内阻检测技术主要包括以下几类：

（1）    密度法：

密度法主要通过测量蓄电池电解液密度来估算电池内阻，常用于开口式铅酸蓄电

池的内阻测量，无法对密封的蓄电池内阻进行测量，因此适用范围极窄。

（2）    开路电压法：

开路电压法是通过测量电池端电压来对电池内阻进行估算，由于一个容量已很小

的电池，其在浮充状态下的端电压仍会表现正常，因此开路电压法的测量精度很差，甚至会得出错误结果。

（3）    直流放电法：

直流放电法是对电池进行瞬间大电流放电，通过测量电池的瞬间电压降，并利用

欧姆定律计算出电池内阻。这种方法在实践中得到了广泛应用，但也存在一些严重缺点，例如，其内阻检测只能在静态或脱机状态下进行，无法进行在线测量，而且大电流放电会对电池造成损害，从而影响电池的质量和寿命。

（4）    交流注入法：

交流注入法是通过对电池注入一个恒定的交流电流信号，测量出电池两端的电压响应信号和两者间的相位差，利用阻抗公式确定电池内阻。该方法不需要对电池进行放电，因此不会对电池性能产生影响，且可实现电池内阻的在线检测，测量结果准确。交流注入法已越来越成为电池内阻测量的主流方法。

在采用交流注入法进行电阻测量时，作为激励信号源的交流恒流源的输出性能直接影响到测量结果的准确性。目前通常的做法是直接采用现有交流恒流源串接一个隔直电容来构成激励信号源。然而采用这种方式时，一方面，由于隔直电容在交流电路中有容抗，会导致输出电流不够；另一方面，产生的交流信号波形经常会失真，影响到了电池内阻测量的准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种交流恒流源，利用其作为交流注入法电池内阻测量的激励信号源时，可获得更准确的测量数据。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种交流恒流源，包括依次连接的交流信号发生单元、控制电路、功率放大电路、隔直电容，以及电流采样电路；控制电路根据电流采样电路的采样结果对交流信号发生单元输出的交流信号进行调整，生成功率放大电路的驱动信号；在功率放大电路与隔直电容之间串接有一电感，该电感与所述隔直电容所组成的LC谐振电路的谐振频率等于交流信号发生单元输出信号的频率。

进一步地，该交流恒流源还包括一偏置电路，用于根据控制电路或功率放大电路输出信号中的直流分量，向交流信号发生单元的输出信号中施加一个反向直流信号。

作为其中一个优选方案，所述偏置电路包括依次连接的模数转换器、控制单元、数模转换器，模数转换器的输入端与所述控制电路或功率放大电路的输出端连接，数模转换器的输出端与所述控制电路的输入端连接；模数转换器采集所述控制电路或功率放大电路的输出信号，通过控制单元计算出其信号中的直流分量，然后控制数模转换器输出一个反向直流信号。

作为其中另一个优选方案，所述偏置电路包括依次连接的限幅电路、低通滤波电路，限幅电路的输入端与所述控制电路的输出端连接，低通滤波电路的输出端与所述控制电路的输入端连接；限幅电路限制了交流信号正、负峰值电压，当交流信号正、负峰值电压超过限制值时，限幅电路输出反向的交流信号，再经过低通滤波输出直流信号。

优选地，所述控制电路包括一个误差放大器，该误差放大器的参考信号输入端与所述低通滤波电路的输出端、交流信号发生单元的输出端连接，误差放大器的反馈信号输入端与所述电流采样电路的输出端连接，误差放大器的输出端与所述限幅电路的输入端、功率放大电路的输入端连接。

根据相同的发明思路还可得到以下技术方案：

一种电池内阻检测装置，包括用于向待测电池注入恒流交流信号的交流恒流源，所述交流恒流源为以上任一技术方案所述交流恒流源。

一种电池测试仪，包括如上所述电池内阻检测装置。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明通过在功率放大电路与隔直电容之间串接阻抗匹配电感，并使得隔直电容与该电感所构成的谐振电路的谐振频率等于交流信号发生单元输出信号的频率，从而消除了隔直电容对交流信号的容抗，提升了系统输出特性；

本发明首次指明了用于电池内阻测量的交流恒流源输出波形失真的主要因素为交流信号发生单元所输出信号中的直流分量，通过偏置电路向交流信号发生单元的输出信号中施加一个大小相等的反向直流信号，进一步提升了系统输出特性；

本发明结构简单，实现成本低廉。

附图说明

图1为本发明交流恒流源的一个优选实施例的结构框图；

图2为偏置电路的一种实现方式的原理框图；

图3为偏置电路的另一种实现方式的原理框图；

图4为偏置电路的一种具体实现电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

在利用交流注入法进行电池内阻测量时，需要在激励信号源与待测电池之间接入隔直电容，以避免电池直流输出对激励信号源产生影响，但由于电容在交流电路中有容抗，会导致输出电流不够，为此，本发明在隔直电容之前接入一个电感，且电感值恰好使得其与隔直电容所构成的LC谐振电路的谐振频率等于交流信号发生单元输出信号的频率，即交流恒流源的输出频率。这样，整个谐振电路的输出阻抗为零，从而避免了隔直电容对交流恒流源输出信号的不良影响。

在实践中发现上述结构交流恒流源的输出会存在一定程度的波形失真，经研究分析发现，由于交流信号发生单元所输出信号并非理想的波形，其中会存在微小的直流电压分量，经过一段时间的累计，在隔直电容两端会累加直流电压从而导致电流信号失真。而现有交流直流源通常关注的是高次谐波所造成的信号失真，并未有上述问题的解决方案。为解决此问题，本发明在交流恒流源中设置了可根据控制电路或功率放大电路输出信号中的直流分量，向交流信号发生单元的输出信号中施加一个与所述直流分量方向相反的直流信号的偏置电路。

图1显示了本发明交流恒流源的一个优选实施例的基本结构。如图1所示，该实施例中的交流恒流源包括依次连接的交流信号发生单元、控制电路、功率放大电路、电感、隔直电容，用于对交流恒流源的输出电流进行采样的电流采样电路，以及用于向交流信号发生单元的输出信号中施加一反向直流信号的偏置电路；其中，交流信号发生单元用于生成交流参考信号；控制电路根据电流采样电路的采样结果对交流信号发生单元输出的交流参考信号进行调整，生成功率放大电路的驱动信号；功率放大电路将交流信号放大后依次经过电感和隔直电容后输出。如图1所示，偏置电路的输入信号可以从控制电路的输出端或功率放大电路的输出端获取。

本发明的偏置电路可采用多种方式实现，图2即显示了其中一种实现方式。该偏置电路利用具有逻辑运算功能的控制单元（例如MCU）实现，具体如图2所示，包括依次连接的模数转换器、控制单元、数模转换器，模数转换器的输入端与控制电路或功率放大电路的输出端连接，数模转换器的输出端与所述控制电路的输入端连接。本实施例中的控制电路如图2所示，包含一个误差放大器，其参考信号输入端输入交流信号发生单元输出的交流信号及偏置电路输出的直流偏置电压，反馈信号输入端输入电流取样电路输出的电压信号，通过误差放大器的输出驱动功率放大电路；电流取样电路包含一组对应不同恒定电流值的标准电阻，并带有继电器进行切换，将电阻上的交流电压信号输出到控制电路。

图2的实现方式可根据交流信号中的直流分量实时准确地调整反向直流信号，但由于需要MCU等控制部件，其实现成本较高，因此本发明优选采用图3所示的偏置电路。如图3所示，该偏置电路包括依次连接的限幅电路、低通滤波电路，限幅电路的输入端与所述控制电路的输出端连接，低通滤波电路的输出端与所述控制电路的输入端连接。限幅电路限制了交流信号正、负峰值电压，当交流信号正、负峰值电压超过限制值时，限幅电路输出反向的交流信号，再经过低通滤波输出直流信号。

图4显示了采用图3结构的一种具体电路。如图所示，交流信号发生单元输出的参考信号与电流采样信号加在误差放大器OP1的正向及反向输入端，误差放大器的输出连接到放大器OP3、OP5的反向输入端，并与负正限幅电压相加，放大器OP3与OP4组成正限幅功能，当放大器OP3反向端输入大于零时，二极管输出负电压，同样放大器OP5与OP6组成负限幅功能，当放大器OP5反向端输入小于零时，二极管输出正电压，再通过RC滤波，信号缓冲器输出，并与参考信号相加，组成闭环控制。

Claims (8)

1.一种交流恒流源，包括依次连接的交流信号发生单元、控制电路、功率放大电路、隔直电容，以及电流采样电路；控制电路根据电流采样电路的采样结果对交流信号发生单元输出的交流信号进行调整，生成功率放大电路的驱动信号；其特征在于，在功率放大电路与隔直电容之间串接有一电感，该电感与所述隔直电容所组成的LC谐振电路的谐振频率等于交流信号发生单元输出信号的频率。

2.如权利要求1所述交流恒流源，其特征在于，该交流恒流源还包括一偏置电路，用于根据控制电路或功率放大电路输出信号中的直流分量，向交流信号发生单元的输出信号中施加一个反向直流信号。

3.如权利要求2所述交流恒流源，其特征在于，所述偏置电路包括依次连接的模数转换器、控制单元、数模转换器，模数转换器的输入端与所述控制电路或功率放大电路的输出端连接，数模转换器的输出端与所述控制电路的输入端连接；模数转换器采集所述控制电路或功率放大电路的输出信号，通过控制单元计算出其信号中的直流分量，然后控制数模转换器输出一个反向直流信号。

4.如权利要求2所述交流恒流源，其特征在于，所述偏置电路包括依次连接的限幅电路、低通滤波电路，限幅电路的输入端与所述控制电路的输出端连接，低通滤波电路的输出端与所述控制电路的输入端连接；限幅电路限制了交流信号正、负峰值电压，当交流信号正、负峰值电压超过限制值时，限幅电路输出反向的交流信号，再经过低通滤波输出直流信号。

5.如权利要求4所述交流恒流源，其特征在于，所述控制电路包括一个误差放大器，该误差放大器的参考信号输入端与所述低通滤波电路的输出端、交流信号发生单元的输出端连接，误差放大器的反馈信号输入端与所述电流采样电路的输出端连接，误差放大器的输出端与所述限幅电路的输入端、功率放大电路的输入端连接。

6.一种电池内阻检测装置，包括用于向待测电池注入恒流交流信号的交流恒流源，其特征在于，所述交流恒流源为权利要求1～5任一项所述交流恒流源。

7.一种电池测试仪，包括如权利要求6所述电池内阻检测装置。

8.如权利要求7所述电池测试仪，其特征在于，还包括用于对待测电池两端电压进行检测的电压检测装置。