CN104698316B - 连接状态检测电路、电池内阻检测装置、电池测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连接状态检测电路，用于检测电池测试仪的响应信号检测端子是否与被测电池连接，所述连接状态检测电路包括高阻交流信号输出单元和状态检测单元；高阻交流信号输出单元包括输出端串接有第一隔直电容的高阻交流信号源，高阻交流信号源的输出阻抗大于待测电池内阻；状态检测单元包括依次连接的信号放大电路、整流电路、比较电路，信号放大电路的输入端串接有第二隔直电容，比较电路用于将整流电路输出电压与预设的阈值电压进行比较并输出比较结果。本发明还公开了一种电池电池内阻检测装置、电池测试仪及其控制方法。本发明可有效提高电池参数检测的准确性。

Description

连接状态检测电路、电池内阻检测装置、电池测试仪

技术领域

本发明涉及电气检测技术领域，尤其涉及一种用于检测电池内阻检测装置与被测电池的连接状态的连接状态检测电路及电池内阻检测装置。

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。大多数电池生产厂家在进行电池生产时，都需要对电池片的内阻和电压进行管控检测，甚至要对电池进行匹配使用，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。

采用交流注入法的电池测试设备通常具有一对激励信号输入端子和一对响应信号检测端子，在进行电池内阻测量时，将激励信号输入端子和响应信号检测端子与待测电池两端连接，通过激励信号输入端子向待测电池注入恒定的交流电流信号，通过测量响应信号检测端子输出的响应信号即可得到待测电池的内阻。在利用电池测试设备进行大批量、连续性地电池检测时，电池检测设备会反复在连接电池与未连接电池的状态间切换，由于交流注入法的特点，在测试设备未连接电池的情况下，响应信号测试回路中仍会检测到信号从而输出错误的测量数据，因此有必要在电池测量设备中设置能够实时检测是否连接电池的部件，从而可根据检测出的电池连接状态决定是否进行内阻测量或者对内阻测量数据进行有效性选择。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种用于检测电池内阻检测装置与被测电池的连接状态（即是否连接电池）的连接状态检测电路，从而可根据连接状态检测电路的检测结果决定是否进行内阻测量或者对内阻测量数据进行有效性选择。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种连接状态检测电路，用于检测电池内阻检测装置与被测电池的连接状态；所述连接状态检测电路包括高阻交流信号输出单元和状态检测单元；高阻交流信号输出单元包括输出端串接有第一隔直电容的高阻交流信号源，高阻交流信号源的输出阻抗大于待测电池内阻；状态检测单元包括依次连接的信号放大电路、整流电路、比较电路，信号放大电路的输入端串接有第二隔直电容，比较电路用于将整流电路输出电压与预设的阈值电压进行比较并输出比较结果。

优选地，所述高阻交流信号源包括依次连接的交流信号发生电路、信号幅值调整电路、阻值大于待测电池内阻的电阻。所述交流信号发生电路可以为DDS波形发生芯片或振荡电路。

优选地，所述整流电路为半波整流电路。

根据本发明的发明思路还可得到一种电池内阻检测装置，其技术方案具体如下：

一种电池内阻检测装置，包括用于向待测电池注入交流恒流激励信号的激励回路，以及用于接收待测电池响应信号并依据响应信号计算出待测电池内阻的响应信号感测回路，所述响应信号感测回路包括用于依据响应信号计算电池待测内阻的控制单元；所述电池内阻检测装置还包括如上任一技术方案所述连接状态检测电路，高阻交流信号输出单元的输出端、状态检测单元的输入端分别与所述响应信号感测回路的输入端连接，状态检测单元的输出端与所述控制单元连接；连接状态检测电路中的高阻交流信号源的输出频率不同于所述交流恒流激励信号的频率。

考虑到现有采用交流注入法的电池内阻检测装置的响应信号感测回路通常都包括隔直电容和滤波放大器，实际上可以与连接状态检测电路共用。因此，为了减少元器件使用，降低成本，简化结构，上述电池内阻检测装置可进一步采用以下技术方案：所述响应信号感测回路包括在输入端串接有一隔直电容的滤波放大器，以及与滤波放大器依次连接的调制电路、模数转换电路、控制单元；所述连接状态检测电路以所述响应信号感测回路中的隔直电容、滤波放大器分别作为自身的第二隔直电容、信号放大电路。这样就可以共用电池内阻检测装置中的部分响应信号感测回路，减少系统中元器件的使用量。

一种电池测试仪，包括以上任一技术方案所述电池内阻检测装置。

进一步地，所述电池测试仪还包括用于对待测电池端电压进行检测的电压检测装置，从而构成多功能电池测试仪。

一种如上任一技术方案所述电池测试仪的控制方法，在进行电池内阻检测时，控制单元根据连接状态检测电路的输出结果判断是否依据响应信号计算待测电池内阻：如比较电路输出结果为整流电路输出电压小于阈值电压，则控制单元依据响应信号计算待测电池内阻，否则，控制单元不计算待测电池内阻。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明的连接状态检测电路可实时准确地检测出电池内阻检测装置是否连接电池，从而可实现对电池测试仪的检测状态进行自动控制或者对测试数据的有效性进行自动筛选，有效提高电池参数检测的准确性。

本发明的连接状态检测电路通过串接隔直电容的高阻交流信号源对电池注入交流信号，然后通过采样响应信号感测回路的输入信号判断电池测试仪的连接状态，其检测结果准确，结构简单，并可进一步通过共用电池内阻检测装置中的部分响应信号感测回路提高系统集成度。

附图说明

图1为本发明连接状态检测电路的结构原理框图；

图2为本发明连接状态检测电路中高阻交流信号源的优选结构；

图3为高阻交流信号源的一种具体实现电路；

图4为本发明电池内阻检测装置的结构原理框图；

图5为本发明电池内阻检测装置一种优选方案的结构原理框图

图6为整流电路的电路原理图；

图7为比较电路的电路原理图。

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：

图1显示了本发明的连接状态检测电路的基本原理。如图1所示，本发明的连接状态检测电路包括高阻交流信号源、信号放大电路、整流电路、比较电路；高阻交流信号源的输出端串接有一个隔直电容，从而构成高阻交流信号输出单元；高阻交流信号源的输出阻抗远大于待测电池内阻。状态检测单元包括依次连接的信号放大电路、整流电路、比较电路，信号放大电路的输入端串接有一个隔直电容。整个连接状态检测电路实际上构成一个交流分压电路，当高阻交流信号输出单元的输出端和状态检测单元的输入端同时与电池两端连接时，由于高阻交流信号源的输出阻抗较大，而电池内阻较小，则即电池两端的交流响应信号较小，通过信号放大电路放大并通过整流电路将其转换为直流信号后，直流信号的电压较低；当未与电池两端连接时，状态检测单元输入端之间的电阻趋近于无穷大，则交流响应信号会明显变大，通过信号放大电路放大并通过整流电路转换后的直流信号电压也会明显变大；比较电路将接收到的直流信号的电压与预设的阈值电压进行比较，即可输出反映电池连接状态的高/低电平。所述阈值电压可通过预先实验确定，例如可分别测量在接入可能的最大内阻电池以及不接入电池情况下整流电路所输出的直流信号电压，然后在两者之间选择一个值作为阈值电压。

高阻交流信号源可直接采用市场上现有的各种高阻交流信号源，优选采用图2所示的结构实现。图2的高阻交流信号源包括依次连接的交流信号发生电路、信号幅值调整电路、输出电路，其中交流信号发生电路的作用是产生交流信号，可利用DDS波形发生芯片或振荡电路实现；信号幅值调整电路的作用是根据实际需要调节交流信号发生电路输出的信号幅值；输出电路为电阻，其阻值应高于待测电池的内阻，最好远大于待测电池内阻。图3显示了高阻交流信号源的一种具体实现电路，但图中未包括交流信号发生电路。如图3所示，输入信号是交流信号发生电路产生交流信号（此例给出的信号是单极性的），通过第一个IC进行信号缓冲，第二个IC将信号变换为双极性同时调整幅值，电路输出高阻。

图4显示了本发明电池内阻检测装置的结构原理。如图4所示，该电池内阻检测装置包括包括用于向待测电池注入交流恒流激励信号的激励回路，用于接收待测电池响应信号并依据响应信号计算出待测电池内阻的响应信号感测回路，以及本发明的连接状态检测电路。激励回路包括与激励信号输入端子连接的交流恒流激励信号源（例如可采用频率为1KHz，最大输出电流为100mA的恒流源），由于交流恒流激励信号源的负载为电池，因此在交流恒流激励信号源中设置有用于防止电池输出的直流电对信号源产生影响的隔直电容。所述响应信号感测回路包括与响应信号检测端子依次连接的滤波放大器、调制电路、模数转换电路、控制单元，在所述滤波放大器与响应信号检测端子之间串接有一个隔直电容。连接状态检测电路中的高阻交流信号输出单元的输出端、状态检测单元的输入端分别与所述响应信号感测回路的输入端（即响应信号检测端子）连接，其中，高阻交流信号源与激励回路中的交流恒流激励信号源的输出频率不同，连接状态检测电路中的比较电路的输出端与所述控制单元信号连接。测量电池内阻时，将激励信号输入端子、响应信号检测端子分别与待测电池两端连接，实际应用中通常采用与激励信号输入端子和响应信号检测端子连接的一对测试表笔或一对测试夹实现。交流恒流激励信号源向待测电池注入恒定的交流电流，响应信号检测端子（即电池两端）的交流响应信号先经过放大滤波器进行放大并滤除交流恒流激励信号源的输出频率之外的其它频率信号，然后依次经过调制电路、模数转换电路后被送至控制单元；控制单元（可采用DSP处理器、ARM 处理器或单片机等可编程逻辑器件）根据连接状态检测电路所检测到的结果，即比较电路输出的电平高低，判断出是否与电池连接，如果与电池连接，则接收模数转换电路输出的数据通过计算得到电池内阻，并可进一步将电池内阻数据输出至远端监控中心或显示装置；如未与电池连接，则控制单元不接收模数转换电路输出的数据或者自动将该部分数据剔除。其中，采用交流注入法的电池内阻检测技术为现有成熟技术，此处不再对其详细内容进行赘述。

由于本发明的连接状态检测电路和响应信号感测回路中均包括与响应信号检测端子依次连接的隔直电容、放大电路，因此本发明内阻检测装置的一个优选方案是共用部分响应信号感测回路，即以响应信号感测回路中的隔直电容、滤波放大器同时作为所述连接状态检测电路的第二隔直电容、信号放大电路。该优选方案的基本结构如图5所示，整流电路的输入端直接与滤波放大器的输出端连接，这样就可减少一个隔直电容和一个信号放大电路。

本发明技术方案中的整流电路可采用各种现有的整流电路，图6显示了整流电路的一种具体电路，该整流电路为半波整流电路。如图6所示，利用二极管的正向导通性，通过RC整流，输出直流电压信号。

本发明技术方案中的比较电路可采用各种现有技术，只要能实现对整流电路所输入的电压与预设阈值电压进行比较并输出比较结果即可。图7显示了本发明优选的一种比较电路，如图所示，输入两个信号，一个是整流电路转换后的直流信号电压，另一个是通过电阻分压的阈值设定电压，比较IC输出后经过三极管变换成控制单元所兼容的高低电平。

本发明电池测试仪还可进一步包括电压检测装置，从而可实现对多种不同电池参数进行检测。

Claims (8)

1.一种电池内阻检测装置，包括用于向待测电池注入交流恒流激励信号的激励回路，以及用于接收待测电池响应信号并依据响应信号计算出待测电池内阻的响应信号感测回路，所述响应信号感测回路包括用于依据响应信号计算电池待测内阻的控制单元；其特征在于，所述电池内阻检测装置还包括用于检测电池内阻检测装置与被测电池的连接状态的连接状态检测电路，所述连接状态检测电路包括高阻交流信号输出单元和状态检测单元；高阻交流信号输出单元包括输出端串接有第一隔直电容的高阻交流信号源，高阻交流信号源的输出阻抗大于待测电池内阻；状态检测单元包括依次连接的信号放大电路、整流电路、比较电路，信号放大电路的输入端串接有第二隔直电容，比较电路用于将整流电路输出电压与预设的阈值电压进行比较并输出比较结果；高阻交流信号输出单元的输出端、状态检测单元的输入端分别与所述响应信号感测回路的输入端连接，状态检测单元的输出端与所述控制单元连接；连接状态检测电路中的高阻交流信号源的输出频率不同于所述交流恒流激励信号的频率。

2.如权利要求1所述电池内阻检测装置，其特征在于，所述响应信号感测回路包括在输入端串接有一隔直电容的滤波放大器，以及与滤波放大器依次连接的调制电路、模数转换电路、控制单元；所述连接状态检测电路以所述响应信号感测回路中的隔直电容、滤波放大器分别作为自身的第二隔直电容、信号放大电路。

3.如权利要求1所述电池内阻检测装置，其特征在于，所述高阻交流信号源包括依次连接的交流信号发生电路、信号幅值调整电路、阻值大于待测电池内阻的电阻。

4.如权利要求1所述电池内阻检测装置，其特征在于，所述交流信号发生电路为DDS波形发生芯片或振荡电路。

5.如权利要求1所述电池内阻检测装置，其特征在于，所述整流电路为半波整流电路。

6.一种电池测试仪，其特征在于，包括如权利要求1～5任一项所述电池内阻检测装置。

7.如权利要求6所述电池测试仪，其特征在于，还包括用于对待测电池端电压进行检测的电压检测装置。

8.如权利要求6或7所述电池测试仪的控制方法，其特征在于，在进行电池内阻检测时，控制单元根据连接状态检测电路的输出结果判断是否依据响应信号计算待测电池内阻：如比较电路输出结果为整流电路输出电压小于阈值电压，则控制单元依据响应信号计算待测电池内阻，否则，控制单元不计算待测电池内阻。