CN104950181B - 基于充电电流变化的蓄电池内阻测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及一种在汽车行进过程中，基于充电电流的变化对蓄电池内阻进行测量的方法和实现该方法的蓄电池内阻测量装置。按照本发明的在汽车行进过程中测量蓄电池内阻的方法包括下列步骤：测量蓄电池的充电电流和电压；确定所述蓄电池的充电电流是否发生设定模式的变化；如果确定发生设定模式的变化，则确定所述蓄电池的充电参数；以及将所述充电参数转换为对应的蓄电池的内阻。

Description

基于充电电流变化的蓄电池内阻测量方法和装置

技术领域

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及一种在汽车行进过程中，基于充电电流的变化对蓄电池内阻进行测量的方法和实现该方法的蓄电池内阻测量装置。

背景技术

电池内阻的测量可以采用多种方法，常用的包括交流电桥法和直流内阻测量法等。交流电桥法的原理是将待测内阻的电池等效为有源电阻，其被施加一个具有固定频率的交流电流并且测量电池两端的响应电压，测得的响应电压经过整流和滤波等处理后借助运算放大器电路计算得到电池的内阻值。由于汽车上缺少合适的交流电源，因此目前汽车上蓄电池内阻的测量一般采用直流内阻测量法。

直流内阻测量法的原理是使不同大小的恒定直流流过电池并且测量不同电流下电池两端的电压，然后利用得到的两组电流-电压数据计算得到电池的内阻。图1示出了典型的利用直流放电法测量电池内阻的电路原理图。如图1所示，电压表U与汽车蓄电池B并联连接，电流表A和启动器S串联连接后并联在汽车蓄电池B的两端，启动器产生的恒定电流流经汽车蓄电池B，汽车蓄电池B两端的电压以及流经汽车蓄电池B的电流分别由电压表U和电流表A测量。

2012年3月28日提交的题为“在使用电感式电池单元平衡时牵引电池的电池单元的内阻的求取”的中国专利申请201080017130.6公开了一种求取车用电池内阻的方法和装置，其中，测量装置包括控制与分析处理单元15，其处理电池单元的电压并将电池单元电压转给上级的电池状态识别装置；还包括第一控制模块，其在不同时刻检测施加在电池单元上的电压和在电池单元中的流动的电流；第一控制模块与计算单元连接，计算两个检测到的电压值和电流值的商以得到内阻。

需要指出的是，由于汽车在行驶过程中发动机和用电负载的工作状态常发生较大变化并且往往难以预测，这导致流经蓄电池的电流的稳定性很差，因此不利于获得精确的内阻值。上述现有技术的汽车电池内阻测量技术即存在这样的缺陷。

为此，可以利用汽车关机熄火后蓄电池输出电流较为稳定的特点实现内阻的精确测量。具体而言，熄火后发动机冷却风扇通常会持续工作5-20秒左右，此时的发动机冷却风扇是汽车蓄电池的主要甚至是唯一的供电对象并且供电电流基本上恒定，因此通过在在冷却风扇的多个档位之间切换而得到汽车蓄电池在不同负载条件的电压和电流，从而计算出汽车蓄电池的内阻。

但是这种方法的应用是受到限制的，仍然无法在汽车行进过程中实现电池内阻的精确测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种在汽车行进过程中测量蓄电池内阻的方法，其具有实现简便、测量精度高等优点。

本发明的上述目的可通过下列技术方案实现：

一种在汽车行进过程中测量蓄电池内阻的方法，包括下列步骤：

测量蓄电池的充电电流和电压；

确定所述蓄电池的充电电流是否发生设定模式的变化；

如果确定发生设定模式的变化，则按照下列方式确定所述蓄电池的充电参数：

这里，p为充电参数，U₁和U₂分别为充电电流发生变化前后所述蓄电池两端的电压，ΔI为充电电流的变化值；以及

将所述充电参数转换为对应的蓄电池的内阻。

优选地，在上述方法中，按照下列方式执行确定所述蓄电池的充电电流是否发生设定模式的变化的步骤：如果在第一预设时长内，充电电流的最大变化幅度介于第一阈值与第二阈值之间，则确定发生变化。更好地，将所述最大变化幅度作为所述充电电流的变化值ΔI，并且将所述第一预设时长开始时刻的蓄电池两端的电压作为U₁，将所述第一预设时长结束时刻再加上一个滞后时间处的蓄电池两端的电压作为U₂。

优选地，在上述方法中，按照下列方式执行确定所述蓄电池的充电电流是否发生设定模式的变化的步骤：如果在第二预设时长内，充电电流的波峰的出现次数小于第一阈值，则确定发生变化。更好地，将所述第二预设时长内充电电流的波峰值和波谷值取平均作为所述充电电流的变化值ΔI，并且将所述第二预设时长开始时刻的蓄电池两端的电压作为U₁，将所述第一预设时长结束时刻的蓄电池两端的电压作为U₂。

优选地，在上述方法中，根据下式，从所述充电参数确定相应的蓄电池的内阻：

R＝α×p+β×p^3-SOC

这里，R为蓄电池的内阻，p为充电参数，SOC为蓄电池的荷电状态，α和β为根据实验确定的大于0的常数。

优选地，在上述方法中，当所述充电参数位于预先确定的优化区间内时，按照下式确定优化的充电电流：

I_c＝k×p^1+SOC

这里，I_c为充电电流，p为充电参数，SOC为蓄电池的荷电状态，k为根据实验确定的大于0的常数。

本发明的另外一个目的是提供一种蓄电池内阻测量方法，其具有实现简便、测量精度高等优点。

本发明的上述目的可通过下列技术方案实现：

一种蓄电池内阻测量装置，包括：

电流检测电路，其配置为测量蓄电池的充电电流；

电压检测电路，其配置为测量蓄电池两端的电压；以及

与所述电流检测电路和电压检测电路耦合的微控制器，其被配置为确定是否发生变化，并且如果确定发生设定模式的变化，则按照下列方式确定所述蓄电池的充电参数：

这里，p为充电参数，U₁和U₂分别为充电电流发生变化前后所述蓄电池两端的电压，ΔI为充电电流的变化值，所述微控制器还被配置为将所述充电参数转换为对应的蓄电池的内阻。

附图说明

本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示，附图包括：

图1示出了典型的利用直流放电法测量电池内阻的电路原理图。

图2为按照本发明一个实施例的蓄电池内阻测量装置的框图。

图3为按照本发明一个实施例的蓄电池内阻测量方法的流程图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述具体实施方式来阐述本发明。但是需要理解的是，这些具体实施方式仅仅是示例性的，对于本发明的精神和保护范围并无限制作用。

在本说明书中，“连接”一词应当理解为包括在两个单元之间直接传送能量或信号的情形，或者经一个或多个第三单元间接传送能量或信号的情形，而且这里所称的信号包括但不限于以电、光和磁的形式存在的信号。

“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。

以下借助附图描述本发明的具体实施例。

与现有技术不同，在本发明的实施例中通过测量蓄电池的充电电流而非放电电流来测量蓄电池的内阻。从下面的描述中将会看到，采用充电电流除了可计算得到蓄电池内阻以外，而且还可以利用计算过程的中间量-充电参数来监测蓄电池的充电能力。

需要指出的是，汽车在行进过程中的工况变化会导致蓄电池充电电流不稳定，因此对于充电电流，需要捕捉到适于测量的“合适的变化”。换句话说，按照本发明的实施例，首先判断充电电流是否发生“合适的变化”，如果发生，则测量充电电流的变化值以及由该变化引起的蓄电池两端电压的变化值，从而计算出蓄电池的内阻。

具体而言，在确定发生“合适的变化”之后，按照下列方式确定蓄电池的充电参数：

这里，p为充电参数，U₁和U₂分别为充电电流发生变化前后蓄电池两端的电压，ΔI为充电电流的变化值。

值得注意的是，利用式（1）由充电电流变化计算得到的并非传统意义上的内阻，优选地，可以根据下式从充电参数确定相应的蓄电池的内阻：

R＝α×p+β×p^3-SOC （2）

这里，R为蓄电池的内阻，p为充电参数，SOC为蓄电池的荷电状态，α和β为根据实验确定的大于0的常数。

此外，充电参数是一个能够很好反映蓄电池当前充电能力的参数。该参数可以用来确定蓄电池当前是否适于充电以及充电的电流。在一个实施例中，对于每个电池都存在一个充电参数的优化区间，当参数位于该优化区间内时，蓄电池的充电效率较高。充电效率例如可以确定为蓄电池放电期间给出的电量与通过充电恢复到初始的完全充电状态所需电量的比值。上述优化区间可以通过实验预先确定。当充电参数位于该优化区间内时，可以按照下式确定优化的充电电流：

I_c＝k×p^1+SOC （3）

这里，I_c为充电电流，p为充电参数，SOC为蓄电池的荷电状态，k为根据实验确定的大于0的常数。

上面所谓的“合适的变化”指的是适于精确测量蓄电池内阻的充电电流的变化。汽车行驶过程中，各种因素都有可能导致充电电流的变化，例如包括但不限于行驶状态变化（例如加速、减速、上坡和下坡等），用电负载（例如汽车空调器、音响和车窗升降电机等）的开启和关闭。这些因素的变化所引起的充电电流的变化呈现为不同的形式，例如充电电流可能会急剧上升或下降，缓慢上升或下降，以及振荡上升或下降等。在深入研究的基础上，本发明的发明人发现过快或过慢的变化以及过于频繁的振荡都会影响到蓄电池内阻测量的精度，最好排除在外。为此，本发明的发明人提出下列条件作为“合适的变化”的判据：

条件1）：如果在第一预设时长内，蓄电池的充电电流的最大变化幅度介于第一阈值与第二阈值之间，则判定发生“合适的变化”。

条件2）：如果在第二预设时长内，充电电流的波峰的出现次数小于第一阈值，则判定发生“合适的变化”。

上述条件是择一性的，即，满足其中的任一条件即可确定为是“合适的变化”。

对于条件1），可以采用下列方式确定充电电流的变化值和由其导致的蓄电池电压的变化值：将充电电流在第一预设时长内的最大变化幅度作为所述充电电流的变化值ΔI，并且将所述第一预设时长开始时刻的蓄电池两端的电压作为U₁，将所述第一预设时长结束时刻再加上一个滞后时间处的蓄电池两端的电压作为U₂。

对于条件2），可以采用下列方式确定充电电流的变化值和由其导致的蓄电池电压的变化值：将第二预设时长内充电电流的波峰值和波谷值取平均作为充电电流的变化值ΔI，并且将第二预设时长开始时刻的蓄电池两端的电压作为U₁，将第一预设时长结束时刻的蓄电池两端的电压作为U₂。这里第二预设时长的开始时点对应于充电电流开始变化的时刻。

由于充电电流变化的情况在汽车行驶过程中往往频繁出现，因此可以在不对汽车电气系统产生人为扰动的情况下及时了解内阻的变化。此外，由于引入了“合适的变化”的概念，因此内阻测量的精度大大提高。

图2为按照本发明一个实施例的蓄电池内阻测量装置的框图。图2所示的蓄电池内阻电路40包括微控制器410、电流检测电路420和电压检测电路430等。

如图2所示，汽车发电机10与蓄电池20相连以向蓄电池20充电。另一方面，汽车发电机10还向用电负载30供电。另外，用电负载30还可由蓄电池20供电。

在图2所示的蓄电池内阻测量装置40中，电流检测电路420配置为测量蓄电池20的充电电流并且将测量结果输出至微控制器410，电压检测电路430配置为测量蓄电池20两端的瞬时电压并将测量结果输出至微控制器410。微控制器410被配置为根据改变的充电电流和所引起的电池端电压的变化值，按照上面所描述的方式计算出充电参数和相应的蓄电池内阻，此处不再赘述。

图3为按照本发明一个实施例的蓄电池内阻测量方法的流程图。为阐述方便起见，这里假设利用图2所示的蓄电池内阻测量装置实现本实施例的方法。但是需要指出的是，本发明的原理并不局限于特定类型和结构的控制设备。

如图3所示，在步骤S310，电流检测电路420和电压检测电路430开始分别测量蓄电池的充电电流和蓄电池两端的电压。接着在步骤S320，微控制器410根据电流检测电路420和电压检测电路430提供的测量结果判断蓄电池的充电电流是否发生“合适的变化”，如果发生，则进入步骤S330，否则继续等待。

在步骤S330，微控制器410按照上面描述的方式确定蓄电池的充电参数P。随后进入步骤S340，微控制器410将充电参数转换为对应的蓄电池的内阻。

虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到：可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (10)

1.一种在汽车行进过程中测量蓄电池内阻的方法，其特征在于，包括下列步骤：

测量蓄电池的充电电流和电压；

确定所述蓄电池的充电电流是否发生设定模式的变化；

如果确定发生设定模式的变化，则按照下列方式确定所述蓄电池的充电参数：

<mrow> <mi>p</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>U</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>U</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>I</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>

这里，p为充电参数，U₁和U₂分别为充电电流发生变化前后所述蓄电池两端的电压，ΔI为充电电流的变化值；以及

将所述充电参数转换为对应的蓄电池的内阻，

其中，根据下式，从所述充电参数确定相应的蓄电池的内阻：

R＝α×p+β×p^3-SOC

这里，R为蓄电池的内阻，p为充电参数，SOC为蓄电池的荷电状态，α和β为根据实验确定的大于0的常数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，按照下列方式执行确定所述蓄电池的充电电流是否发生设定模式的变化的步骤：如果在第一预设时长内，充电电流的最大变化幅度介于第一阈值与第二阈值之间，则确定发生变化。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述最大变化幅度作为所述充电电流的变化值ΔI，并且将所述第一预设时长开始时刻的蓄电池两端的电压作为U₁，将所述第一预设时长结束时刻再加上一个滞后时间处的蓄电池两端的电压作为U₂。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，按照下列方式执行确定所述蓄电池的充电电流是否发生设定模式的变化的步骤：如果在第二预设时长内，充电电流的波峰的出现次数小于第一阈值，则确定发生变化。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，将所述第二预设时长内充电电流的波峰值和波谷值取平均作为所述充电电流的变化值ΔI，并且将所述第二预设时长开始时刻的蓄电池两端的电压作为U₁，将所述第二预设时长结束时刻的蓄电池两端的电压作为U₂。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述充电参数位于预先确定的优化区间内时，按照下式确定优化的充电电流：

I_c＝k×p^1+SOC

这里，I_c为充电电流，p为充电参数，SOC为蓄电池的荷电状态，k为根据实验确定的大于0的常数。

7.一种蓄电池内阻测量装置，包括：

电流检测电路，其配置为测量蓄电池的充电电流；

电压检测电路，其配置为测量蓄电池两端的电压；以及

与所述电流检测电路和电压检测电路耦合的微控制器，其被配置为确定是否发生变化，并且如果确定发生设定模式的变化，则按照下列方式确定所述蓄电池的充电参数：

<mrow> <mi>p</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>U</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>U</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>I</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>

这里，p为充电参数，U₁和U₂分别为充电电流发生变化前后所述蓄电池两端的电压，ΔI为充电电流的变化值，所述微控制器还被配置为将所述充电参数转换为对应的蓄电池的内阻，

其中，所述微控制器配置为根据下式，从所述充电参数确定相应的蓄电池的内阻：

R＝α×p+β×p^3-SOC

这里，R为蓄电池的内阻，p为充电参数，SOC为蓄电池的荷电状态，α和β为根据实验确定的大于0的常数。

8.根据权利要求7所述的蓄电池内阻测量装置，其中，所述微控制器配置为按照下列方式确定所述蓄电池的充电电流是否发生设定模式的变化：如果在第一预设时长内，充电电流的最大变化幅度介于第一阈值与第二阈值之间，则确定发生变化。

9.根据权利要求7所述的蓄电池内阻测量装置，其中，所述微控制器配置为按照下列方式确定所述蓄电池的充电电流是否发生设定模式的变化的步骤：如果在第二预设时长内，充电电流的波峰的出现次数小于第一阈值，则确定发生变化。

10.根据权利要求7所述的蓄电池内阻测量装置，其中，当所述充电参数位于预先确定的优化区间内时，按照下式确定优化的充电电流：

I_c＝k×p^1+SOC

这里，I_c为充电电流，p为充电参数，SOC为蓄电池的荷电状态，k为根据实验确定的大于0的常数。