CN107797074A - 一种单体蓄电池内阻测量电路及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单体蓄电池内阻测量电路及测量方法,包括:MCU微控制器单元、差分放大电路、开关驱动电路、带通滤波放大电路、负载电阻、电流采样电阻以及放电开关;所述负载电阻、电流采样电阻、放电开关串接在被测单节电池的两端,形成直流脉冲放电回路;所述带通滤波放大电路的输入端接在被测单节电池的两端,输出端连接所述MCU微控制器单元的模数转换口ADC2;所述差分放大电路的输入端接在所述电流采样电阻的两端,输出端连接所述MCU微控制器单元的模数转换口ADC1;所述开关驱动电路的输入端连接于MCU微控制器单元,输出端连接所述放电开关。本发明可以批量进行测量且能无人值守,成本低廉,测量精度高,性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种单体蓄电池内阻测量电路及测量方法,可以对铅酸蓄电池、锂电池在内的各种电池单体的内阻测量,且低成本、精确度高。
背景技术
电池内阻是电池性能、好坏非常重要的一项参数,一只正常满电的电池,其内阻值必定在厂家出厂标定的范围内,如果此时内阻值异常偏大,则说明电池存在问题。因此,利用测量蓄电池的内阻来判断其性能的好坏、健康与否已经成为目前业内主流的趋势。然而,要测试电池特别是大容量电池的内阻并非易事,其所使用的测试仪表的成本动则几千上万,而且还存在一些不足,比如目前最通用的电池内阻测量法有如下两种:
1、直流放电内阻测量法。
根据物理公式R=V/I,测试设备让电池在短时间内(一般为2-3秒)强制通过一个很大的恒定直流电流(目前一般使用40A-80A的大电流),测量此时电池两端的电压,并按公式计算出当前的电池内阻。此法的不足之处在于:
1)只能测量大容量电池或者蓄电池,小容量电池无法在2-3秒钟内负荷40A-80A的大电流;
2)当电池通过大电流时,电池内部的电极会发生极化现象,产生极化内阻。故测量时间必须很短,否则测出的内阻值误差很大;
3)大电流通过电池对电池内部的电极有一定损伤。
2、交流压降内阻测量法。
因为电池实际上等效于一个有源电阻,因此我们给电池施加一个固定频率和固定电流,然后对其电压进行采样,经过整流、滤波等一系列处理后通过运放电路计算出该电池的内阻值。此法的不足之处在于:技术含量比较高,设计成产品的成本也比较高,相关技术一般掌握在外国知名品牌厂家手里。不利于大规模部署成无人值守的监控应用方案使用。
鉴于上述情况,本发明提出一种全新的技术,解决了直流放电法测量法和交流压降测量法的不足之处,达到蓄电池内阻可以进行批量无人值守的测量监控应用的目标,当然也可以应用于手持仪表中。且此方案成本低廉,测量精度高,技术简单,性能稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题,在于提供一种单体蓄电池内阻测量电路和方法,其测量可以批量进行且能无人值守,且成本低廉,测量精度高,性能稳定。
本发明电路是这样实现的:一种单体蓄电池内阻测量电路,包括:MCU微控制器单元、差分放大电路、开关驱动电路、带通滤波放大电路、负载电阻、电流采样电阻以及放电开关;
所述负载电阻、电流采样电阻、放电开关串接在被测单节电池的两端,形成直流脉冲放电回路;所述带通滤波放大电路的输入端接在被测单节电池的两端,输出端连接所述MCU微控制器单元的模数转换口ADC2;所述差分放大电路的输入端接在所述电流采样电阻的两端,输出端连接所述MCU微控制器单元的模数转换口ADC1;所述开关驱动电路的输入端连接于MCU微控制器单元,输出端连接所述放电开关。
进一步的,该单体蓄电池内阻测量电路设于手持式的电池内阻测量专用的仪器仪表中。
本发明方法是这样实现的:一种单体蓄电池内阻测量方法,利用上述本发明的单体蓄电池内阻测量电路进行测量:
所述MCU微控制器单元产生直流脉冲控制信号,该脉冲信号并经所述开关驱动电路处理后驱动所述放电开关工作在直流脉冲开关的状态,从而使被测单节电池发生脉冲放电;
当被测单节电池进行脉冲放电时,脉冲电流经所述负载电阻的分压后在所述电流采样电阻上产生一很小的脉冲电压,经过后级差分放大电路放大处理后,送入MCU微控制器单元的模数转换口ADC1转换成脉冲电流值;同时被测单节电池正负极两端将产生同步于直流脉冲放电信号的电压波动信号经过带通滤波放大电路滤除和放大处理后,发送给MCU微控制器单元的模数转换口ADC2转换为直流电压值U;
所述MCU微控制器单元根据脉冲电流值I和直流电压值U计算出被测单节电池的内阻R。
进一步的,所述MCU微控制器单元在测量过程中提供正确工作时序、调度与控制;在发送放电脉冲的期间内自身同步完成电池脉冲波动电压的测量和脉冲电流的测量;其工作时序始终保持同步,然后利用R=V/I计算出被测单节电池的内阻。
进一步的,所述放电开关默认处于关闭状态,当系统需要测量内阻的时候,由MCU微控制器单元提供直流脉冲控制信号,经过所述开关驱动电路处理后,驱动该放电开关以一定频率,一定占空比工作在直流脉冲开关的状态,从而使被测电池发生脉冲放电,进行内阻的测量工作。
本发明具有如下优点:
1、本发明使用小电流(1A以下的电流)直流脉冲放电技术,对被测电池无损伤,可以测量大容量的电池也可以测量小容量的电池,应用范围广阔;
2、本发明采用一定频率的直流脉冲放电,其在被测电池两端产生的电压波动可以很容易地通过带通滤波器的过滤,滤除其背景直流信号,留下差值变化的部分,且此差值变化的电压信号经过滤波器放大后,可以很精确地被后续的模数转换器测量采集,解决了小信号拾取与测量的问题。
3、本发明使用固定电阻作为电池测量内阻时直流脉冲放电所需的负载,具有成本低,安全可靠的优势。
4、本发明通过多个周期的直流脉冲放电测内阻流程,并记算出平均脉冲电压Vavg和平均脉冲电流Iavg,实现多次精准同步的控制、采集与测量计算,最后提炼出精确的电池内阻值,抗干扰能力强。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明电路的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示,本发明的单体蓄电池内阻测量电路,包括:MCU微控制器单元101、差分放大电路102、开关驱动电路103、带通滤波放大电路104、负载电阻105、电流采样电阻106以及放电开关107;
所述负载电阻105、电流采样电阻106、放电开关107按照正负极性正确的顺序串接在被测单节电池B的两端,形成直流脉冲放电回路;所述带通滤波放大电路104的输入端也按照正负极性顺序接在被测单节电池B的两端,输出端连接所述MCU微控制器单元101的模数转换口ADC2,用于提取和放大脉冲电压波动信号;所述差分放大电路102的输入端接在所述电流采样电阻106的两端,输出端连接所述MCU微控制器单元101的模数转换口ADC1,用于提取、放大直流脉冲放电电流信号;所述开关驱动电路103的输入端连接于MCU微控制器单元101,输出端连接所述放电开关107。
其中,所述被测单节电池B为一被测电池单体,单体电压范围为1.0V-16V。该单体蓄电池内阻测量电路设于手持式的电池内阻测量专用的仪器仪表中。
上述各电路模块的功能表述如下:
所述MCU微控制器单元101:提供正确工作时序、调度与控制;启动内阻测量的时候,在MCU微控制器单元101发送放电脉冲的期间内,MCU微控制器单元101自身同步完成电池脉冲波动电压的测量和脉冲电流的测量。其工作时序始终保持同步,然后利用R=V/I计算出被测电池的内阻。
所述差分放大电路102:系统启动内阻测量工作的过程中,差分放大电路102实时提取电流采样电阻106上所产生的脉冲电压,经过放大处理,将微弱的信号变成MCU微控制器单元101模数转换器ADC1端口可以直接准确测量的信号。
所述开关驱动电路103:由于放电开关107需要特定的驱动电压以及电流信号,MCU微控制器单元101提供的脉冲信号无法直接驱动放电开关107,需要放电开关驱动电路103将MCU微控制器单元101提供的脉冲信号转换之后,再驱动放电开关107进行正常地工作。
所述带通滤波放大电路104:系统启动内阻测量工作的过程中,其被测单节电池B正负极两端将产生同步于直流脉冲放电信号的电压波动信号。该信号叠加在电池自身的直流电压信号上,不利于直接测量。当经过带通滤波放大电路104滤除无用的直流电压信号,以及无用的高频干扰信号,只留下有用的波动信号。再经过放大处理后,形成MCU微控制器单元101的模数转换器ADC2可以直接测量的信号。
所述负载电阻105:为电池脉冲放电提供合适的负载,使被测单节电池B能够以一固定的电流脉冲进行放电;
所述电流采样电阻106:当被测单节电池B进行脉冲放电时,脉冲电流将会流过电流采样电阻106,在该电阻上产生一很小的脉冲电压,经过后级差分放大电路102处理后,送入MCU微控制器单元101的模数转换口ADC1进行采样与计算,最后转换成脉冲电流值供计算内阻使用。
所述放电开关107:平时默认处于关闭状态,当系统需要测量内阻的时候,由MCU微控制器单元101提供直流脉冲控制信号,经过开关驱动电路103处理后,驱动该放电开关107,以一定频率,一定占空比工作在直流脉冲开关的状态,从而使被测电池发生脉冲放电,进行内阻的测量工作。
基于以上单体蓄电池内阻测量电路,本发明还提供一种单体蓄电池内阻测量方法,其测量过程如下:
所述MCU微控制器单元101产生直流脉冲控制信号,该脉冲信号并经所述开关驱动电路103处理后驱动所述放电开关107工作在直流脉冲开关的状态,从而使被测单节电池B发生脉冲放电;
当被测单节电池B进行脉冲放电时,脉冲电流经所述负载电阻的分压后在所述电流采样电阻106上产生一很小的脉冲电压,经过后级差分放大电路放大处理后,送入MCU微控制器单元101的模数转换口ADC1转换成脉冲电流值;同时被测单节电池B正负极两端将产生同步于直流脉冲放电信号的电压波动信号经过带通滤波放大电路104滤除和放大处理后,发送给MCU微控制器单元101的模数转换口ADC2转换为直流电压值U;
所述MCU微控制器单元101根据脉冲电流值I和直流电压值U计算出被测单节电池的内阻R。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解,我们所描述的具体的实施例只是说明性的,而不是用于对本发明的范围的限定,熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化,都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (5)
1.一种单体蓄电池内阻测量电路,其特征在于:包括:MCU微控制器单元、差分放大电路、开关驱动电路、带通滤波放大电路、负载电阻、电流采样电阻以及放电开关;
所述负载电阻、电流采样电阻、放电开关串接在被测单节电池的两端,形成直流脉冲放电回路;所述带通滤波放大电路的输入端接在被测单节电池的两端,输出端连接所述MCU微控制器单元的模数转换口ADC2;所述差分放大电路的输入端接在所述电流采样电阻的两端,输出端连接所述MCU微控制器单元的模数转换口ADC1;所述开关驱动电路的输入端连接于MCU微控制器单元,输出端连接所述放电开关。
2.根据权利要求1所述的一种单体蓄电池内阻测量电路,其特征在于:该单体蓄电池内阻测量电路设于手持式的电池内阻测量专用的仪器仪表中。
3.一种单体蓄电池内阻测量方法,其特征在于:利用权利要求1所述的单体蓄电池内阻测量电路进行测量:
所述MCU微控制器单元产生直流脉冲控制信号,该脉冲信号并经所述开关驱动电路处理后驱动所述放电开关工作在直流脉冲开关的状态,从而使被测单节电池发生脉冲放电;
当被测单节电池进行脉冲放电时,脉冲电流经所述负载电阻的分压后在所述电流采样电阻上产生一很小的脉冲电压,经过后级差分放大电路放大处理后,送入MCU微控制器单元的模数转换口ADC1转换成脉冲电流值;同时被测单节电池正负极两端将产生同步于直流脉冲放电信号的电压波动信号经过带通滤波放大电路滤除和放大处理后,发送给MCU微控制器单元的模数转换口ADC2转换为直流电压值U;
所述MCU微控制器单元根据脉冲电流值I和直流电压值U计算出被测单节电池的内阻R。
4.根据权利要求3所述的一种单体蓄电池内阻测量方法,其特征在于:所述MCU微控制器单元在测量过程中提供正确工作时序、调度与控制;在发送放电脉冲的期间内自身同步完成电池脉冲波动电压的测量和脉冲电流的测量;其工作时序始终保持同步,然后利用R=V/I计算出被测单节电池的内阻。
5.根据权利要求3所述的一种单体蓄电池内阻测量方法,其特征在于:
所述放电开关默认处于关闭状态,当系统需要测量内阻的时候,由MCU微控制器单元提供直流脉冲控制信号,经过所述开关驱动电路处理后,驱动该放电开关以一定频率,一定占空比工作在直流脉冲开关的状态,从而使被测电池发生脉冲放电,进行内阻的测量工作。
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