CN107517056A - 一种应用在电池内阻测量中的区间放大方法和电路 - Google Patents

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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables

Abstract

本发明涉及一种应用在电池内阻测量中的区间放大方法和电路，该电路包括依次连接的电压采样单元、抵消电路、放大电路，还包括与抵消电路连接的抵消电压产生单元及分别与电压采样单元、抵消电压产生单元、放大电路连接的调整单元；两者将电池输出的电压值与抵消电压值做差后得到抵消后电压差值，并参照抵消后电压差值调整放大系数，根据所述放大系数对所述抵消后电压差值进行放大，得到抵消后电池电压值，由于作为放大的基础电压值即抵消后电池电压值较小，可以将放大系数提高，放大系数提高，可以提高测量精度，同时加大有效信号的测量范围。

Description

一种应用在电池内阻测量中的区间放大方法和电路
技术领域
本发明涉及一种应用在电池内阻测量中的区间放大方法和电路。
背景技术
电池电压是电池极其重要的参数，电压高了和低了表明已经过充或过放电，两种情况对电池寿命都有损害；较多数目的蓄电池串联使用容易存在电压不均衡的现象，电压长期不均衡就易产生落后电池，落后电池如果充电不完全，在以后的放电中放电深度会进一步加重，在充电后就更加落后。这样，充放电次数越多，不均衡就越突出，致使落后电池失效。所以每月应测量每个单体蓄电池的电压值，对低于一定标准电压的蓄电池要进行“均充”，使其恢复到完全充电的状态，以避免个别落后电池的失效。因此准确测量电池的电压具有重大意义。
另一方面，电池除了电压参数，还有内阻参数，内阻需要通过电池放电操作测量，主要依靠不放电时电池电压与放电时电池电压之差除以放电电流来进行衡量，由于电池的内阻一般很小，微欧至毫欧级别，因此不放电时与放电时的压差并不会太大，为了将内阻测试准确，必然要求将电压测量准确，从这个维度看，较高精度电压测量具有重要意义。
当然另外方面，为了提高精度，若只是通过使用更高精度的器件来进行测量，则会大大增加产品的成本，因此设计出一种使用普通器件即可提高测量精度的方法显的非常有必要。
现有市面产品直接对待测电压信号、电流信号放大进行测量，由于存在较大的基础电压，因此放大电路的放大系数不可能做大，对于分辨率有限的测量电流，精度自然也不够高，测量范围也有限。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的即在于提供一种加大测量范围及提高测量精度的应用在电池内阻测量中的区间放大方法和电路。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的一种应用在电池内阻测量中的区间放大方法，包括以下步骤：
确定电池输出的电压值；
根据所述电池输出的电压值来调整抵消电压值；
将电池输出的电压值与抵消电压值做差后得到抵消后电压差值；
参照抵消后电压差值调整放大系数，根据所述放大系数对所述抵消后电压差值进行放大，得到抵消后电池电压值。
进一步，所述电池输出的电压值、抵消后电池电压值均为模拟信号，所述抵消后电池电压值通过A/D转换获得抵消后电池电压数值，所述抵消电压值为通过D/A转换后获得的模拟信号。
一种应用在电池内阻测量中的区间放大电路，包括依次连接的电压采样单元、抵消电路、放大电路，还包括与抵消电路连接的抵消电压产生单元及分别与电压采样单元、抵消电压产生单元、放大电路连接的调整单元；
所述电压采样单元用于采集电池输出的电压值；
所述抵消电压产生单元用于产生抵消电压值；
所述抵消电路用于将电池输出的电压值与抵消电压值做差后得到抵消后电压差值；
所述放大电路用于根据放大系数对抵消后电压差值进行放大，得到抵消后电池电压值；
所述调整单元用于根据所述电池输出的电压值来调整抵消电压产生单元产生的抵消电压值及调整放大电路的放大系数。
进一步，还包括与放大电路连接的A/D转换电路，所述A/D转换电路用于将为模拟信号的抵消后电池电压值转换为抵消后电池电压数值。
更进一步，所述抵消电压产生单元内设置有D/A转换电路,所述D/A转换电路用于将调整单元调整后的抵消电压数值转换为抵消电压值。
本发明提供的一种应用在电池内阻测量中的区间放大方法和电路，两者将电池输出的电压值与抵消电压值做差后得到抵消后电压差值，并参照抵消后电压差值调整放大系数，根据所述放大系数对所述抵消后电压差值进行放大，得到抵消后电池电压值，由于作为放大的基础电压值即抵消后电池电压值较小，可以将放大系数提高，放大系数提高，可以提高测量精度，同时加大有效信号的测量范围。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
附图1为本发明一种应用在电池内阻测量中的区间放大方法中电池的内阻回路模型；
附图2为现有技术中的常规放大电路；
附图3为本发明一种应用在电池内阻测量中的区间放大电路一种实施例的模块图；
附图4为本发明一种应用在电池内阻测量中的区间放大电路一种实施例的电路图；
附图5为本发明一种应用在电池内阻测量中的区间放大电路另一种实施例的电路图；
附图6为本发明一种应用在电池内阻测量中的区间放大方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，是最基本、直观的电池放电回路。测量电池内阻一般可以等效为此电路。其中r代表电池的内阻，R为外部的测量采样电阻，且阻值已知，rm为电池到负载R的走线阻抗。
测量方法如下：
置开关K处于打开状态，测量此时的V0记为U0，此时rm上面的电压为0，R上面的电压V1应该也为0，U0也等于电池本身的电压。
置开关K处于闭合状态，测量此时的V0记为u0，此时rm上面的电压记为urm，R上面的电压V1测量出来并记为uR，内阻r上面的电压记为ur，此时电路中的电流大小记为i。
根据欧姆定律和KVL定律，可以得出以下等式
u0＝urm+uR 等式1
U0＝ur+urm+uR 等式2
上面两个等式相减，可以推出ur＝U0-u0
i＝uR/R，ur＝r*i
所以得出，
r*i＝U0-u0→r＝(U0-u0)/i→r＝(U0-u0)*R/uR
从中，可以发现等式2、等式1作相减运算时，将线阻上面的误差去掉了，从而直接提高了测量的精度。这也就是四线法测量电阻的优势所在。
从等式中，可以看出，r的精度取决于电压的获取精度以及采样电阻的精度。在不考虑干扰的情况下，电压的精度取决于动态范围、ADC的精度；采样电阻则是购买时应该考虑其精度。
由于r很小，因此(U0-u0)也很小，为了测量出此变化，必然对电压采样电路有较高的要求。
通用放大器，放大区间为从0V到最高电压采样点。针对电池电压变化范围比较固定，且不从原点开始变化的特性，设计针对性的偏置电路，实现2V电池采样放大范围从1.5V到2.5V，12V电池从10V到15V采样。采用区间偏置放大策略后，对于同等精度的运放和ADC，可以实现精度提高3倍。电池采样步进缩小为原来的1/3，从而实现了电池电压的高精度采样。
因为从70-80安培到5安培，需要解决精度问题。因为电流小，所以会有变化，但是变化很小，需要把这个变化测量出来，就要求精度很高。如果是电流很大，则变化也会很大，就容易测出来。目前的趋势是用小电流测量，因此需要在精度上做的好。
如图2所示，常规的电路Vout＝k1*Vin,因此k不能很大，假定Vin由不变部分Vconst和可变部分Vchg组成，即Vin＝Vconst+Vchg，因此Vout＝k1*(Vconst+Vchg)＝k1*Vconst+k1*Vchg,由于k1*Vconst的存在占用了Adc等测量电路的量程区间，因此放大系数k1不能做到很大；另一方面，放大电路输出一般不能超过放大供电电压，因此也造成放大系数k1不能做到很大。
如图3-4所示，本申请的区间放大电路，放大前使用Vcom将Vconst进行抵消掉，相当于放大电路有效输入为Vchg，Vout＝k2*(Vconst+Vchg-Vcom)＝k2*Vconst+k2*Vchg-k2*Vcom＝k2*Vchg,此时k2做的较大，主因是Vchg一般较小。
具体为：一种应用在电池内阻测量中的区间放大电路，包括依次连接的电压采样单元、抵消电路、放大电路，还包括与抵消电路连接的抵消电压产生单元及分别与电压采样单元、抵消电压产生单元、放大电路连接的调整单元；
该电压采样单元用于采集电池输出的电压值；
该抵消电压产生单元用于产生抵消电压值；
该抵消电路用于将电池输出的电压值与抵消电压值做差后得到抵消后电压差值；
该放大电路用于根据放大系数对抵消后电压差值进行放大，得到抵消后电池电压值；
该调整单元用于根据该电池输出的电压值来调整抵消电压产生单元产生的抵消电压值及调整放大电路的放大系数。
其中，还包括与放大电路连接的A/D转换电路，该A/D转换电路用于将为模拟信号的抵消后电池电压值转换为抵消后电池电压数值。该抵消电压产生单元内设置有D/A转换电路(未图示),该D/A转换电路用于将调整单元调整后的抵消电压数值转换为抵消电压值。
相比图4中的电路，参见图5，抵消电压产生单元的电压也可以根据情况进行调整，可以加大测量范围。可以使用DAC可调电压电路作为可变电压的输出单元。
参见图6，本发明的一种应用在电池内阻测量中的区间放大方法，包括以下步骤：
确定电池输出的电压值；
根据该电池输出的电压值来调整抵消电压值；
将电池输出的电压值与抵消电压值做差后得到抵消后电压差值；
参照抵消后电压差值调整放大系数，根据该放大系数对该抵消后电压差值进行放大，得到抵消后电池电压值。
其中，该电池输出的电压值、抵消后电池电压值均为模拟信号，该抵消后电池电压值通过A/D转换获得抵消后电池电压数值，该抵消电压值为通过D/A转换后获得的模拟信号。
本发明提供的一种应用在电池内阻测量中的区间放大方法和电路，两者将电池输出的电压值与抵消电压值做差后得到抵消后电压差值，并参照抵消后电压差值调整放大系数，根据该放大系数对该抵消后电压差值进行放大，得到抵消后电池电压值，由于作为放大的基础电压值即抵消后电池电压值较小，可以将放大系数提高，放大系数提高，可以提高测量精度，同时加大有效信号的测量范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种应用在电池内阻测量中的区间放大方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定电池输出的电压值；
根据所述电池输出的电压值来调整抵消电压值；
将电池输出的电压值与抵消电压值做差后得到抵消后电压差值；
参照抵消后电压差值调整放大系数，根据所述放大系数对所述抵消后电压差值进行放大，得到抵消后电池电压值。
2.根据权利要求1所述的区间放大方法，其特征在于，所述电池输出的电压值、抵消后电池电压值均为模拟信号，所述抵消后电池电压值通过A/D转换获得抵消后电池电压数值，所述抵消电压值为通过D/A转换后获得的模拟信号。
3.一种应用在电池内阻测量中的区间放大电路，其特征在于，包括依次连接的电压采样单元、抵消电路、放大电路，还包括与抵消电路连接的抵消电压产生单元及分别与电压采样单元、抵消电压产生单元、放大电路连接的调整单元；
所述电压采样单元用于采集电池输出的电压值；
所述抵消电压产生单元用于产生抵消电压值；
所述抵消电路用于将电池输出的电压值与抵消电压值做差后得到抵消后电压差值；
所述放大电路用于根据放大系数对抵消后电压差值进行放大，得到抵消后电池电压值；
所述调整单元用于根据所述电池输出的电压值来调整抵消电压产生单元产生的抵消电压值及调整放大电路的放大系数。
4.根据权利要求3所述的区间放大电路，其特征在于，还包括与放大电路连接的A/D转换电路，所述A/D转换电路用于将为模拟信号的抵消后电池电压值转换为抵消后电池电压数值。
5.根据权利要求3或4所述的区间放大电路，其特征在于，所述抵消电压产生单元内设置有D/A转换电路,所述D/A转换电路用于将调整单元调整后的抵消电压数值转换为抵消电压值。
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