CN106872900B - 一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路 - Google Patents
一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路 Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例提供了一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路，用于解决经过调理电路之后的测量信号fS与参考信号fR之间的相位差不为0的技术问题。本发明实施例包括：测试信号源输出电路模块、信号采集电路模块。信号采集电路模块中的处理器还连接锁相放大器，用于在预设范围内调整所述参考信号fR的相位与测电池回馈电压响应信号fS1的相位差并计算相应的待测电池内阻阻值范围，计算待测电池内阻阻值范围内的最大值和相应的所述参考信号fR与测电池回馈电压响应信号fS1的标准相位差，根据所述标准相位差输出与锁相放大器输入端的测量信号fS相位差相同的参考信号fR至锁相放大器。
Description
技术领域
本发明涉及电池内阻测试领域，尤其涉及一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路。
背景技术
现有的电池内阻测试方法包括：
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。
现有技术一般采用交流注入法对电池内阻进行检测，其原理是用锁相放大器测量电池内阻的基本原理。当信号源给电池注入一个交流信号，测量由此信号在电池两端产生的电压信号和回路电流，就可以计算出电池的内阻。信号源输出的信号分成两路，一路给锁相放大器作参考信号，另一路通过限流电阻和隔直电容加到待测电池两端，给电池注入交流信号，从电池两端取出信号，加到锁相放大器的输入端，这样不仅将注入电流回路和信号测量回路分开，实现4线法测量，降低导线阻抗对电池内阻测量的影响，而且满足了锁相放大器输入信号和参考信号的条件，实现相关运算。
在实际实现电子开关式相敏检波器测试方法的过程中，发现对测试造成最大影响fR与fS的相位差，理论上测标准电阻时，fR与fS的相位差为零。要想达到这种效果，关键是fS的产生，传统上为了保持fS与fR频率的一致性，通常fR是由fS整型成方波产生，但这种方法有个不可避免的缺点，fS经过调理电路之后，无法保证fR与fS的相位差为0，而且批量生产时，产品的一致性受使用模拟器件的影响很大，最主要的是无法测量电池内阻的阻抗值，对于电池内阻抗对信号的相移，无法测得，这样也会对测量的实际值造成偏差。因此，经过调理电路之后的测量信号fS与参考信号fR之间的相位差不为0是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路，用于解决经过调理电路之后的测量信号fS与参考信号fR之间的相位差不为0的技术问题。
本发明实施例提供一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路，包括：测试信号源输出电路模块、信号采集电路模块；
所述测试信号源输出电路模块连接待测电池，用于输出交流电信号至所述待测电池，使得所述待测电池回馈电压响应信号fS1和回路电流信号；
所述信号采集电路模块连接所述待测电池，用于根据所述待测电池回馈的电压响应信号和回路电流信号计算出所述待测电池的内阻；
所述信号采集电路模块包括：锁相放大器、模数转换器、处理器；
所述待测电池、所述锁相放大器、所述模数转换器、所述处理器依次连接；
处理器还连接锁相放大器，用于在预设范围内调整所述参考信号fR的相位与待测电池回馈电压响应信号fS1的相位差并计算相应的待测电池内阻阻值范围，计算待测电池内阻阻值范围内的最大值和相应的所述参考信号fR的相位与待测电池回馈电压响应信号fS1的标准相位差，根据所述标准相位差输出与锁相放大器输入端的测量信号fS相位差相同的参考信号fR至锁相放大器。
优选地，所述测试信号源输出电路模块包括测试信号源、功率放大器；
所述测试信号源通过所述功率放大器连接所述待测电池，用于产生1kHz正弦波信号并通过所述功率放大器增加输出驱动能力，将增加输出驱动能力后的所述正弦波信号输出至所述待测电池。
优选地，所述测试信号源输出电路模块通过第一隔直电容连接所述待测电池；
所述第一隔直电容用于滤除所述交流电信号中的直流信号。
优选地，所述模数转换器还连接所述待测电池，用于采集所述待测电池回馈的直流电压测试信号并将所述待测电池回馈的直流电压测试信号作为模数转换的输入采集信号。
优选地，本发明实施例还包括直流电压衰减模块；
所述模数转换器通过所述直流电压衰减模块连接所述待测电池；
所述直流电压衰减模块用于将所述待测电池回馈的直流电压测试信号缩小。
优选地，本发明实施例还包括采样电阻；
所述待测电池的一端连接所述信号源输出电路模块，所述待测电池的另一端连接第一接地端；
所述采样电阻的一端连接所述第一接地端，所述采样电阻的另一端连接第二接地端。
优选地，本发明实施例还包括带通滤波器、电压放大电路模块、第二隔直电容；
所述锁相放大器依次通过所述带通滤波器、所述电压放大电路模块、所述第二隔直电容连接所述待测电池；
所述带通滤波器用于对所述待测电池回馈的电压响应信号滤除高频和低频噪声；
所述电压放大电路模块用于对所述待测电池回馈的电压响应信号放大；
所述第二隔直电容用于对所述待测电池回馈的电压响应信号滤除直流信号。
优选地，本发明实施例还包括第一检测模块；
所述第一检测模块的一端连接所述测试信号源输出电路模块，所述第一检测模块的另一端所述处理器；
所述第一检测模块用于检测所述交流电信号的幅值是否超过预设的额定值，并将检测结果传输至所述处理器。
优选地，本发明实施例还包括第二检测模块；
所述第二检测模块的输入端分别连接所述隔直电容的输出端和所述电压放大电路模块的输出端，所述第二检测模块的输出端所述处理器；
所述第二检测模块用于检测输入所述隔直电容输出的信号幅值和所述电压放大电路模块输出的信号幅值是否超过预设的阈值，并将检测结果传输至所述处理器。
优选地，本发明实施例还包括第三检测电路模块；
所述第三检测电路模块包括检测信号源、检测信号放大模块、检测信号带通滤波器、检测信号锁相放大器、检测信号低通滤波器、第一检测信号比较器、第二检测信号比较器；
所述检测信号源连接所述待测电池，用于输出断路检测信号至所述待测电池，使得所述待测电池回馈断路检测回馈信号；
所述待测电池、所述检测信号放大模块、所述检测信号带通滤波器、所述检测信号锁相放大器、所述检测信号低通滤波器、所述第一检测信号比较器、所述处理器依次连接；
所述检测信号源还通过所述第二检测信号比较器连接所述检测信号锁相放大器，用于输出断路检测信号并经过所述第二检测信号比较器传输至所述检测信号锁相放大器；
其中，所述待测电池回馈断路检测回馈信号经过所述检测信号放大模块和所述检测信号带通滤波器之后，经过所述检测信号锁相放大器检测，最终输出的信号经过所述检测信号低通滤波器转换成直流信号，再通过所述第一检测信号比较器转换成数字信号，传输至所述处理器。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例通过处理器输出与测量信号fS之间的相位差为0的参考信号fR，使得本发明实施例能够准确地测量电池内阻，从而解决了源端输出测量信号fS1经过调理电路之后的测量信号fS与参考信号fR之间的相位差不为0的技术问题。
此外，本发明实施例还通过第一检测模块检测所述交流电信号的幅值是否超过预设的额定值；通过第二检测模块检测经过隔直电容后的信号幅值和经过电压放大电路模块后的信号幅值是否超过预设的阈值；通过第三检测电路模块检测测试线是否断开。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路的一个实施例的原理示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路的另一个实施例的原理示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于相敏检波器的电池内阻测试方法的一个实施例的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路的一个应用例的原理示意图；
图5(a)为本发明实施例用于说明电子开关式相敏检波器原理的电路示意图；
图5(b)为本发明实施例用于说明电子开关式相敏检波器原理的电路信号波形示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路，用于解决经过调理电路之后的测量信号fS与参考信号fR之间的相位差不为0的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路的一个实施例，包括：测试信号源输出电路模块、信号采集电路模块；
测试信号源输出电路模块连接待测电池，用于输出交流电信号至待测电池，使得待测电池回馈电压响应信号fS1和回路电流信号；
信号采集电路模块连接待测电池，用于根据待测电池回馈的电压响应信号和回路电流信号计算出待测电池的内阻；
信号采集电路包括：锁相放大器、模数转换器、处理器；
需要说明的是，锁相放大器为图1中的PSD，模数转换器为图1中的ADC，处理器为图1中的MCU。
待测电池、锁相放大器、模数转换器、处理器依次连接；
处理器还连接锁相放大器，用于在预设范围内调整所述参考信号fR的相位与待测电池回馈电压响应信号fS1的相位差并计算相应的待测电池内阻阻值范围内，计算待测电池内阻阻值范围内的最大值和相应的所述参考信号fR与待测电池回馈电压响应信号fS1的标准相位差，根据所述标准相位差输出与锁相放大器输入端的测量信号fS相位差相同的参考信号fR至锁相放大器。
以上是对本发明实施例提供的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路的一个实施例作详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路的另一个实施例作详细的描述。
请参阅图2，本发明实施例提供一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路的另一个实施例，包括：测试信号源输出电路模块、信号采集电路模块；
需要说明的是，图2中的功放为功率放大器，G为电压放大电路模块，BPF1为带通滤波器，PSD1为锁相放大器，ADC1为模数转换器，MCU为处理器，BPF2为检测信号带通滤波器，PSD2为检测信号锁相放大器，LPF为检测信号低通滤波器，AGND为第一接地端，SGND为第二接地端。
测试信号源输出电路模块连接待测电池，用于输出交流电信号至待测电池，使得待测电池回馈电压响应信号fS1和回路电流信号；
信号采集电路模块连接待测电池，用于根据待测电池回馈的电压响应信号和回路电流信号计算出待测电池的内阻；
信号采集电路模块包括：锁相放大器PSD1、模数转换器ADC1、处理器MCU；
待测电池、锁相放大器PSD1、模数转换器ADC1、处理器MCU依次连接；
处理器MCU还连接锁相放大器PSD1，用于在预设范围内调整所述参考信号fR的相位与待测电池回馈电压响应信号fS1的相位差并计算相应的待测电池内阻阻值范围内，计算待测电池内阻阻值范围内的最大值和相应的所述参考信号fR与待测电池回馈电压响应信号fS1的标准相位差，根据所述标准相位差输出与锁相放大器PSD1输入端的测量信号fS相位差相同的参考信号fR至锁相放大器PSD1。
测试信号源输出电路模块包括测试信号源、功率放大器；
测试信号源通过功率放大器连接待测电池，用于产生1kHz正弦波信号并通过功率放大器增加输出驱动能力，将增加输出驱动能力后的正弦波信号输出至待测电池。
测试信号源输出电路模块通过第一隔直电容连接待测电池；
第一隔直电容用于滤除交流电信号中的直流信号。
模数转换器ADC1还连接待测电池，用于采集待测电池回馈的直流电压测试信号并将待测电池回馈的直流电压测试信号作为模数转换的输入采集信号。
本发明实施例还包括直流电压衰减模块；
模数转换器ADC1通过直流电压衰减模块连接待测电池；
直流电压衰减模块用于将待测电池回馈的直流电压测试信号缩小。
本发明实施例还包括采样电阻；
待测电池的一端连接信号源输出电路模块，待测电池的另一端连接第一接地端AGND；
采样电阻的一端连接所述第一接地端AGND，采样电阻的另一端连接第二接地端SGND。
本发明实施例还包括带通滤波器BPF1、电压放大电路模块G、第二隔直电容；
锁相放大器PSD1依次通过带通滤波器BPF1、电压放大电路模块G、第二隔直电容连接待测电池；
带通滤波器BPF1用于对待测电池回馈的电压响应信号滤除高频和低频噪声；
电压放大电路模块G用于对待测电池回馈的电压响应信号放大；
第二隔直电容用于对待测电池回馈的电压响应信号滤除直流信号。
本发明实施例还包括第一检测模块；
第一检测模块的一端连接测试信号源输出电路模块，第一检测模块的另一端处理器MCU；
第一检测模块用于检测交流电信号的幅值是否超过预设的额定值，并将检测结果传输至处理器MCU。
本发明实施例还包括第二检测模块；
第二检测模块的输入端分别连接隔直电容的输出端和电压放大电路模块G的输出端，第二检测模块的输出端处理器MCU；
第二检测模块用于检测输入隔直电容输出的信号幅值和电压放大电路模块G输出的信号幅值是否超过预设的阈值，并将检测结果传输至处理器MCU。
本发明实施例还包括第三检测电路模块；
第三检测电路模块包括检测信号源、检测信号放大模块、检测信号带通滤波器BPF2、检测信号锁相放大器PSD2、检测信号低通滤波器LPF、第一检测信号比较器、第二检测信号比较器；
检测信号源连接待测电池，用于输出断路检测信号至待测电池，使得待测电池回馈断路检测回馈信号；
待测电池、检测信号放大模块、检测信号带通滤波器BPF2、检测信号锁相放大器PSD2、检测信号低通滤波器LPF、第一检测信号比较器、处理器MCU依次连接；
检测信号源还通过第二检测信号比较器连接检测信号锁相放大器PSD2，用于输出断路检测信号并经过第二检测信号比较器传输至检测信号锁相放大器PSD2；
其中，待测电池回馈断路检测回馈信号经过检测信号放大模块和检测信号带通滤波器BPF2之后，经过检测信号锁相放大器PSD2检测，最终输出的信号经过检测信号低通滤波器转换成直流信号，再通过第一检测信号比较器转换成数字信号，传输至处理器MCU。
需要说明的是，根据电子开关式相敏检波器的计算公式为：电阻公式R＝U0(t)/Is。
由上述公式可知，当fS与fR的相位差为0，电池内阻R有最大值，因此当电池内阻为最大值的时候，fS与fR的相位差为0，因而能准确测量电池内阻，解决经过调理电路之后的测量信号fS与参考信号fR之间的相位差不为0的技术问题。
以上是对本发明实施例提供的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路的另一个实施例作详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种基于相敏检波器的电池内阻测试方法的一个实施例作详细的描述。
请参阅图3，本发明实施例一种基于相敏检波器的电池内阻测试方法，基于上述的一种基于相敏检波器的电阻内阻测试电路进行测试，包括：
101、通过处理器在预设范围内调整所述参考信号fR的相位与测电池回馈电压响应信号fS1的相位差并计算相应的待测电池内阻阻值范围；
102、通过处理器获取待测电池内阻阻值范围内的待测电池内阻最大值并获取对应的所述参考信号fR与测电池回馈电压响应信号fS1之间的标准相位差；
103、通过处理器根据所述标准相位差输出与测量信号fS之间的相位差为0的参考信号fR，并测量待测电池的内阻。
需要说明的是，根据电子开关式相敏检波器的计算公式为：电阻公式R＝U0(t)/Is。
由上述公式可知，当fS与fR的相位差为0，电池内阻R有最大值，因此当电池内阻为最大值的时候，fS与fR的相位差为0，因而能准确测量电池内阻，解决经过调理电路之后的测量信号fS与参考信号fR之间的相位差不为0的技术问题。
以上是对本发明实施例提供的一种基于相敏检波器的电池内阻测试方法的另一个实施例作详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路的一个应用例作详细的描述。
请参阅图4，本发明实施例提供一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路的一个应用例为整个电池内阻测试仪。整个电池内阻测试仪的测试原理框图如图4所示，主要分为三个部分，测试信号源、信号采集电路，过载检测电路。
测试信号源输出电路，主要是利用DAC输出1kHz的正弦波信号，通过一个功放增加电路的输出驱动能力，以满足后续电测内阻的测试要求，最大需要输出100mArms的电流。
信号采集电路模块，主要是检测测试源输出的测试信号，通过隔直电容将直流信号滤除，经过一个放大电路模块，有两个放大倍数选择，20倍和200倍，之后经过1kHz为中心频率，100Hz通带的带通滤波器，滤除高频和低频噪声，提取出1khz的测试信号，再经过PSD检波器，将PSD的输出送入ADC中，进行采样处理数据计算，最终结合测试电流的大小，获得电池直流电阻的测试信息。源测试信号的PSD开关信号，较之前的改变，主要是由FPGA输出1kHz的方波开关信号，而不是由采样电阻端的输出电压波形整形成方波，作为PSD的开关信号。
过载检测电路模块，主要包括源输出端电压检测，判断源输出的信号幅值是否超过额定值。另一路过载检测的电路，是在隔直电容输出之后和经过放大电路模块之后，检测获取的测试信号幅值是否超过最大值，如果超过规定值，则需要切换电流采样电阻，减小采样电流。最后一路检测是断路检测，及检测测试线是否断开。这路由2kHz的微电流源输出断路检测信号，在经过电池之后，取电池两端的信号，经过放大电路模块，和2kHz为中心频率、通带为100Hz的带通滤波器之后，经过PSD检测，最终输出的信号经过低通滤波器，转换成直流信号，在通过比较器转换成数字信号，输入到MCU中，进行状态监测。
关键之处在于MCU输出开关信号fR，要保证与fs在测量标准电阻时，两个信号必须保证同频同相。
FPGA采用内部锁相环分频技术，使fR与fS同频输出，而且是同步输出。
关键是在测量标准电阻时，fS与fR同相输出。fS与fR在测量标准电阻时，fR与fS之间的相位差应该为零。软件上对fS1与fR的相位差设定为0，但实际输出到达模拟开关时，fS1经过调理电路之后，到达模拟开关时，会产生一定的相移，现在需要ARM对fS1与fR之间的相位差进行调整，使之到达模拟开关时，fS与fR之间的相位差为0。
这里采用的方法是，对fS1与fR进行移相比较，ARM控制FPGA对fS1与fR之间的相位差进行移动，移动范围在-90°～90°之间，相位的调整分辨率为0.05°。调整方法是，根据电子开关式相敏检波器的计算公式电阻公式R＝U0(t)/Is。
由上述公式可知，当fS与fR的相位差为0，R有最大值。ARM根据计算结果，通过FPGA调整fS1与fR之间的相位差，比较每次调整相位差之后的测试结果值，在-90°～90°内选取一组有最大测试结果的相位差，当fS1与fR之间的相位差为时，说明在电子开关前fS与fR之间的相位差为0。在测标准电阻时，最终实现fR与fS之间的相位差应该为零，实现相位的校准。
以下将对现有技术的缺点进行详细的说明。
现有的技术主要的测试结果的稳定性和精确性，最直接的反应是测试结果的分辨率。
研究表明，采用锁相放大技术可以有效的抑制干扰和噪声，电池内阻测量变得非常精确，且测量速度快，成本低，由于无需放电，施加的交流电很小，可以实现完全的在线监测管理，避免了系统运行安全性的影响。经过测量验证，采用电子开关式相敏检波器测试方法，可以将测试结果分辨率提高到0.1uΩ。
交流注入法通过对电池注入一个恒定的交流电流信号Is(目前一般使用1kHz频率、50mA小电流)。测量出电池两端的电压响应信号Vo，以及两者的相位差θ，由阻抗公式Z＝Vo/Is以及R＝Z*cosθ来确定电池的内阻。该方法不需对电池进行放电，可以实现安全在线检测电池内阻，不会对电池的性能造成影响。实际中由于方法需要测量交流电流信号Is，电压响应信号Vo，以及电压和电流之间的相位差θ，并且信号微弱，干扰因素多，通常使用下面的方案提高测量精度。
交流恒流源注入电池后，在电池两端产生同频率的交流电压响应信号。该响应信号通过交流差分电路与产生恒定交流源的正弦信号经过模拟乘法器PSD相乘，再将PSD的输出电压信号通过滤波电路，使交流信号转变为容易处理的直流信号。
电子开关式相敏检波器测试原理如图5(a)和图5(b)所示，利用反向和同相放大器分别对被测信号进行放大，放大倍数均为1，从而得到f(s)和-f(s)两路信号。根据fR移相后的电平高低控制电子开关的接通位置，实现与方波相乘的过程。
在实际实现电子开关式相敏检波器测试方法的过程中，发现对测试造成最大影响fR与fS的相位差，理论上测标准电阻时，fR与fS的相位差为零。要想达到这种效果，关键是fS的产生，传统上为了保持fS与fR频率的一致性，通常fR是由fs整型成方波产生，但这种方法有个不可避免的缺点，fS经过调理电路之后，无法保证fR与fS的相位差为0，而且批量生产时，产品的一致性受使用模拟器件的影响很大，最主要的是无法测量电池内阻的阻抗值，对于电池内阻抗对信号的相移，无法测得，这样也会对测量的实际值造成偏差。
本发明是结合FPGA和模拟开关CD4052实现电子开关式相敏检波测试原理，利用FPGA的强大控制逻辑，接合处ARM处理器，实现fR的输出，ARM利用处理算法，最终实现在测试标准电阻的情况下，实现fS与fR的相位差为零，利用这种方式，可以将电阻的内部阻抗值测试出来，准确性、精确性更高。
现有的电子开关式相敏检波器测量电池内阻实现方式，用信号源给电池注入一个交流信号，测量由此信号在电池两端产生的电压信号和回路电流，就可以计算出电池的内阻。信号源输出的信号分成两路，一路给锁相放大器(PSD)作参考信号fR，另一路通过限流电阻和隔直电容加到待测电池两端，给电池注入交流信号，从电池两端取出信号fS1，通过调理电路，变成fS加到PSD的输入端，实现相关运算。这其中有一个最大的弊端，就是锁相放大器的参考信号与测量信号的相位问题，这种方式只能保证fS1与fR的相位一致，然而测量信号fS1在通过调理电路会发生相移变成fS，而该相移与测量结果不是呈线性关系，无法通过校准的方式修复，这种相移的一致性也与电路的模拟器件有关，最终形成的测试结果精与实际值有偏差，测试精确性收到影响。
而现在通过ARM、FPGA共同控制输出fR，利用ARM的高效数据处理能力，及FPGA的强大逻辑控制，最终能实现，在测标准电阻时，测量信号fS与参考信号fR的相位差接近于零，这样能高电池内阻测试的精确性，而且由MCU直接输出fR不易受到模拟测试信号的干扰，整体测试稳定性也有提高。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路，其特征在于，包括：测试信号源输出电路模块、信号采集电路模块；
所述测试信号源输出电路模块连接待测电池，用于输出交流电信号至所述待测电池，使得所述待测电池回馈电压响应信号fS1和回路电流信号；
所述信号采集电路模块连接所述待测电池，用于根据所述待测电池回馈的电压响应信号和回路电流信号计算出所述待测电池的内阻；
所述信号采集电路模块包括：锁相放大器、模数转换器、处理器；
所述待测电池、所述锁相放大器、所述模数转换器、所述处理器依次连接；
处理器还连接锁相放大器，用于在预设范围内调整参考信号fR的相位与待测电池回馈电压响应信号fS1的相位差并计算相应的待测电池内阻阻值范围，计算待测电池内阻阻值范围内的最大值和相应的所述参考信号fR与测电池回馈电压响应信号fS1的标准相位差，根据所述标准相位差输出与锁相放大器输入端的测量信号fS相位差相同的参考信号fR至锁相放大器；
还包括第三检测电路模块；
所述第三检测电路模块包括检测信号源、检测信号放大模块、检测信号带通滤波器、检测信号锁相放大器、检测信号低通滤波器、第一检测信号比较器、第二检测信号比较器；
所述检测信号源连接所述待测电池，用于输出断路检测信号至所述待测电池，使得所述待测电池回馈断路检测回馈信号；
所述检测信号源还通过所述第二检测信号比较器连接所述检测信号锁相放大器，用于输出断路检测信号并经过所述第二检测信号比较器传输至所述检测信号锁相放大器；
所述待测电池、所述检测信号放大模块、所述检测信号带通滤波器、所述检测信号锁相放大器、所述检测信号低通滤波器、所述第一检测信号比较器、所述处理器依次连接；
其中，所述待测电池回馈断路检测回馈信号经过所述检测信号放大模块和所述检测信号带通滤波器之后，经过所述检测信号锁相放大器检测，最终输出的信号经过所述检测信号低通滤波器转换成直流信号，再通过所述第二检测信号比较器转换成数字信号，传输至所述处理器。
2.根据权利要求1所述的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路，其特征在于，所述测试信号源输出电路模块包括测试信号源；
所述测试信号源连接所述待测电池，用于产生1kHz正弦波信号并输出至所述待测电池。
3.根据权利要求2所述的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路，其特征在于，所述测试信号源输出电路模块还包括功率放大器；
所述测试信号源通过所述功率放大器连接所述待测电池；
所述功率放大器用于放大所述正弦波信号功率并增加输出驱动能力。
4.根据权利要求1所述的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路，其特征在于，
所述测试信号源输出电路模块通过第一隔直电容连接所述待测电池；
所述第一隔直电容用于滤除所述交流电信号中的直流信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路，其特征在于，还包括直流电压衰减模块；
所述模数转换器还通过所述直流电压衰减模块连接所述待测电池，用于采集所述待测电池回馈的直流电压测试信号并将所述待测电池回馈的直流电压测试信号作为模数转换的输入采集信号；
所述直流电压衰减模块用于将所述待测电池回馈的直流电压测试信号缩小。
6.根据权利要求1所述的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路，其特征在于，还包括采样电阻；
所述待测电池的一端连接所述信号源输出电路模块，所述待测电池的另一端连接第一接地端；
所述采样电阻的一端连接所述第一接地端，所述采样电阻的另一端连接第二接地端。
7.根据权利要求1所述的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路，其特征在于，还包括带通滤波器、电压放大电路模块、第二隔直电容；
所述锁相放大器依次通过所述带通滤波器、所述电压放大电路模块、所述第二隔直电容连接所述待测电池；
所述带通滤波器用于对所述待测电池回馈的电压响应信号滤除高频和低频噪声；
所述电压放大电路模块用于对所述待测电池回馈的电压响应信号放大；
所述第二隔直电容用于对所述待测电池回馈的电压响应信号滤除直流信号。
8.根据权利要求1所述的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路，其特征在于，还包括第一检测模块；
所述第一检测模块的一端连接所述测试信号源输出电路模块，所述第一检测模块的另一端所述处理器；
所述第一检测模块用于检测所述交流电信号的幅值是否超过预设的额定值，并将检测结果传输至所述处理器。
9.根据权利要求7所述的一种基于相敏检波器的电池内阻测试电路，其特征在于，还包括第二检测模块；
所述第二检测模块的输入端分别连接所述隔直电容的输出端和所述电压放大电路模块的输出端，所述第二检测模块的输出端所述处理器；
所述第二检测模块用于检测输入所述隔直电容输出的信号幅值和所述电压放大电路模块输出的信号幅值是否超过预设的阈值，并将检测结果传输至所述处理器。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005321226A (ja) * | 2004-05-06 | 2005-11-17 | Furukawa Battery Co Ltd:The | 蓄電池内部インピーダンス計測方法および蓄電池内部インピーダンス計測装置 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005321226A (ja) * | 2004-05-06 | 2005-11-17 | Furukawa Battery Co Ltd:The | 蓄電池内部インピーダンス計測方法および蓄電池内部インピーダンス計測装置 |
| CN102721928A (zh) * | 2012-05-22 | 2012-10-10 | 绵阳市维博电子有限责任公司 | 一种蓄电池参数监测仪及参数监测方法 |
| US9042067B2 (en) * | 2012-09-29 | 2015-05-26 | Danaher (Shanghai) Industrial Instrumentation Technologies R&D Co., Ltd. | Battery tester |
| CN203299350U (zh) * | 2013-05-08 | 2013-11-20 | 山西大学 | 电池内阻在线测量仪 |
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