CN107991626A - 一种电池内阻检测方法及检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池内阻技术领域，公开了一种电池内阻检测方法及检测电路。步骤S1：建立电池检测电路的等效电路，将电池等效为串联的电动势和电池内阻，负载由串联的检测电阻和负载电阻组成，并设置与电池并联的恒流源I1、恒流源I2；步骤S2：检测电路工作时先使恒流源I1导通，测量恒流源I1两端的第一电压Vbat′和检测电阻的第一电流I′fg；步骤S3：断开恒流源I1，使恒流源I2导通，测量恒流源I2两端的第二电压Vbat″和检测电阻的第二电流I″fg；步骤S4：断开恒流源I2，计算获取电池内阻。本方案实现即使在电池老化的情况下也能简单精确的测量电池内阻。本发明还公开了一种电池内阻检测电路。

Description

一种电池内阻检测方法及检测电路
技术领域
本发明涉及电池内阻技术领域，尤其是一种电池内阻检测方法及检测电路。
背景技术
电池的内阻是电池最为重要的特性参数之一，它是表征电池寿命以及电池运行状态的重要参数，是衡量电子和离子在电极内传输难易程度的主要标志。内阻初始值大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响，是衡量电池性能的一个重要参数。对于锂离子电池而言，电池内阻分为欧姆内阻和极化内阻。欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。极化内阻是指电化学反应时由极化引起的电阻，包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。
电池实际内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。电池内阻大，会产生大量焦耳热引起电池温升导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短，对电池性能、寿命等造成严重影响。
当前行业中普遍采用的为阻抗跟踪算法(Impedance Track)，其核心思想依然是建立在库仑计与电压法相结合基础上，同时在算法中考虑了温度等因素，计算出较为准确的内阻数据，并将内阻变化反馈到最终的电量计算当中，从而更加接近真实。当然此算法是建立在对电池化学特性，内阻特性(温度、负载和老化因素)等一系列数据精确了解的基础上，因此引入了较多的关系表进而增加了算法的复杂性。而且，但随着电池使用时间加长，电池老化严重，内阻增加，该算法并不能准确的反应电池内阻状态。
MTK平台HW\SW FuelGauge算法的电池内阻部分中，电池内阻回溯通过for循环递归次实现，首先通过电池闭路电压查找ZCV表得到电池内阻，然后利用当前系统电流、电池内阻和板载补偿电阻计算电池内阻分去的补偿电压，最后利用当前电池的闭路电压和计算出的补偿电压推算开路电压。通过递归次，逐渐逼近真实的电池内阻和电池内阻上分去的补偿电压，进而得到真实的开路电压。
然而MTK平台的该算法依然以ZCV表为基础，利用电池闭路电压查找ZCV表，通过软件算法补偿逐渐逼近真实的电池内阻，其计算的精度有待验证，并不能准确反映当前的电池状态。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种电池内阻检测方法。
本发明采用的技术方案如下：一种电池内阻检测方法，具体包括以下过程：
步骤S1：建立电池检测电路的等效电路，将电池等效为串联的电动势和电池内阻，负载由串联的检测电阻和负载电阻组成，并设置与电池并联的恒流源I1、恒流源I2；
步骤S2：检测电路工作时使恒流源I1导通，测量恒流源I1两端的第一电压Vbat′和检测电阻的第一电流I′fg；
步骤S3：断开恒流源I1，使恒流源I2导通，测量恒流源I2两端的第二电压Vbat″和检测电阻的第二电流I″fg；
步骤S4：断开恒流源I2，计算获取电池内阻。
进一步的，所述步骤S2和步骤S3中，所述恒流源I1和恒流源I2在规定时间间隔内以脉冲方式单独控制。
进一步的，所述恒流源I1或者恒流源I2导通后延迟t1时间，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后再进行测量
进一步的，所述延迟t1时间为10ms。
进一步的，所述步骤S3中断开恒流源I1后延迟t2时间，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后再使恒流源I2导通。
进一步的，所述t2时间为20ms。
进一步的，所述步骤S4中，电池内阻的计算过程为：步骤S41：恒流源I1导通时，可得I′fg＝I′s+I1，E＝Rs*I′s+V′bat，其中I′s是此时电池内阻的电流，E为电动势，Rs为电池内阻；步骤S42：恒流源I2导通时，可得I″fg＝I″s+I2，E＝Rs*I″s+V″bat，其中I″s是此时电池内阻的电流；步骤S43：获取电池内阻的计算式为：
本发明还公开了一种电池内阻检测电路，具体包括：电池电路、恒流源I1和恒流源I2，所述电池电路由电池与检测电阻和负载电阻组成回路，其中检测电阻设置了电流检测单元；所述恒流源I1或恒流源I2分别采用开关管Ⅰ或开关管Ⅱ与电池并联，使恒流源I1或恒流源I2与电池同时工作；所述恒流源I1和恒流源I2还设置了电压检测单元；所述恒流源I1和电池电路同时工作时测量恒流源I1的电压和检测电阻的电流，所述恒流源I2和电池电路同时工作时测量恒流源I2的电压和检测电阻的电流。
进一步的，所述内阻检测电路还包括控制模块，所述控制模块，用于控制开关管Ⅰ先导通，使恒流源I1先导通单独工作并延迟T1时间，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后，测量恒流源I1的电压和检测电阻的电流；再控制开关管Ⅰ断开并延迟T2时间，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后，控制开关管Ⅱ导通，使恒流源I2导通工作并延迟T1时间，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后，测量恒流源I2的电压和检测电阻的电流；再控制开关管Ⅱ断开。
进一步的，所述T1时间为10ms，所述T2时间为20ms。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过电路叠加原理设计电池内阻检测电路，与电池并联两个分别工作的恒流源，检测两个恒流源分别工作时电路中的电流电压情况，通过计算真实准确的反应了当前电池的内阻情况；即使随着时间的推移，电池老化，也能准确测量当前电池内阻；并且结合相应的软件算法，增加电量管理的准确性。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1本发明电池内阻检测方法的流程示意图。
图2本发明电池内阻检测电路的示意图。
图3本发明电池内阻检测电路在恒流源I1工作时的等效电路拆分图。
图4本发明电池内阻检测电路在恒流源I2工作时的等效电路拆分图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，一种电池内阻检测方法，具体包括以下过程：
步骤S1：建立电池检测电路的等效电路，将电池等效为串联的电动势和电池内阻，负载由串联的检测电阻和负载电阻组成，并设置与电池并联的恒流源I1、恒流源I2；电动势就等于电池内阻两端电压和恒流源I1或恒流源I2两端电压之和。
步骤S2：检测电路工作时使恒流源I1导通，测量恒流源I1两端的第一电压Vbat′和检测电阻的第一电流I′fg；恒流源I1单独工作时，第一电流I′fg等于电池内阻的电流和恒流源电流I1之和。
步骤S3：断开恒流源I1，使恒流源I2导通，测量恒流源I2两端的第二电压Vbat″和检测电阻的第二电流I″fg；恒流源I2单独工作时，第二电流I′fg等于电池内阻的电流和恒流源电流I2之和。
步骤S4：断开恒流源I2，计算获取电池内阻。
步骤S4中，步骤S41：恒流源I1导通时，可得I′fg＝I′s+I1，E＝Rs*I′s+V′bat，其中I′s是此时电池内阻的电流，E为电动势，Rs为电池内阻；步骤S42：恒流源I2导通时，可得I″fg＝I″s+I2，E＝Rs*I″s+V″bat，其中I″s是此时电池内阻的电流；恒流源I1、恒流源I2分别单独工作时进行测量前的等待时间，并且两次外加恒流源的时间间隔，都需要选取合适的值，以使测量值(并使得随后计算出的等效电动势E和电池内阻值)不随外加恒流源的变化而变化；步骤S43：整理上式，即可用已知量以及测量值表示电池内阻，获取电池内阻的计算式为：
优选的，所述步骤S2和步骤S3中，所述恒流源I1和恒流源I2在规定时间间隔内以脉冲方式单独控制。
优选的，所述恒流源I1或者恒流源I2导通后延迟一段时间，例如10ms，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后，再进行测量。
优选的，所述步骤S3中断开恒流源I1后延迟一段时间，例如20ms后，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后，再使恒流源I2导通。
本发明还公开了一种电池内阻检测电路，如图2所示，具体包括：电池电路、恒流源I1和恒流源I2，所述电池电路由电池(在分析时可以等效为等效电动势和电池等效内阻的串联)与检测电阻和负载电阻组成回路，其中检测电阻设置了电流检测单元；所述恒流源I1或恒流源I2分别采用开关管Ⅰ或开关管Ⅱ与电池并联，使恒流源I1或恒流源I2与电池电路同时工作，其中R1和R2分别是恒流源I1或恒流源I2的内阻；所述恒流源I1和恒流源I2还设置了电压检测单元；所述恒流源I1和电池电路同时工作时测量恒流源I1的电压和检测电阻Rfg的电流，所述恒流源I2和电池电路同时工作时测量恒流源I2的电压和检测电阻Rfg的电流。电池电路工作时，开关管Ⅰ导通使恒流源I1同时工作，测量恒流源I1两端的第一电压Vbat′和检测电阻Rfg的第一电流I′fg；开关管Ⅰ断开恒流源I1停止工作，转向开关管Ⅱ导通恒流源I2工作，测量恒流源I2两端的第二电压Vbat″和检测电阻Rfg的第二电流I″fg。根据恒流源I1和恒流源I2分别单独工作的两个测量过程，计算获取电池内阻。其中，如图3所示的电池内阻检测电路在恒流源I1工作时的等效电路拆分图，开关管I导通使流源I1工作时，可得I′fg＝I′s+I1，E＝Rs*I′s+V′bat，其中I′s是此时电池内阻的电流，E为电动势，Rs为电池内阻；如图4所示的电池内阻检测电路在恒流源I2工作时的等效电路拆分图。恒流源I2导通时，可得I″fg＝I″s+I2，E＝Rs*I″s+V″bat，其中I″s是此时电池内阻的电流；恒流源I1、恒流源I2分别单独工作时进行测量前的等待时间，并且两次外加恒流源的时间间隔，都需要选取合适的值，以使测量值(并使得随后计算出的等效电动势E和电池内阻值)不随外加恒流源的变化而变化；整理上式，即可用已知量以及测量值表示电池内阻，获取电池内阻的计算式为：
优选的，所述内阻检测电路还包括控制模块，所述控制模块，用于控制开关管Ⅰ先导通，使恒流源I1先导通单独工作并延迟一段时间，例如10ms，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后，测量恒流源I1的电压和检测电阻的电流；再控制开关管Ⅰ断开并延迟一段时间，例如20ms后，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后，控制开关管Ⅱ导通，使恒流源I2导通工作并延迟一段时间，例如10ms，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后，测量恒流源I2的电压和检测电阻的电流；再控制开关管Ⅱ断开。本方案的电池内阻检测方法及检测电路不仅可应用于智能手机，其他电池供电的移动端设备都普遍适用。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种电池内阻检测方法，其特征在于，包括以下过程：
步骤S1：建立电池检测电路的等效电路，将电池等效为串联的电动势和电池内阻，负载由串联的检测电阻和负载电阻组成，并设置与电池并联的恒流源I1、恒流源I2；
步骤S2：检测电路工作时先使恒流源I1导通，测量恒流源I1两端的第一电压Vbat′和检测电阻的第一电流I′fg；
步骤S3：断开恒流源I1，使恒流源I2导通，测量恒流源I2两端的第二电压Vbat″和检测电阻的第二电流I″fg；
步骤S4：断开恒流源I2，计算获取电池内阻。
2.如权利要求1所述的电池内阻检测方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S3中，所述恒流源I1和恒流源I2在规定时间间隔内以脉冲方式单独控制。
3.如权利要求2所述的电池内阻检测方法，其特征在于，所述恒流源I1或者恒流源I2导通后需延迟t1时间，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后再进行测量。
4.如权利要求3所述的电池内阻检测方法，其特征在于，所述t1时间取20ms。
5.如权利要求4所述的电池内阻检测方法，其特征在于，所述步骤S3中断开恒流源I1后需延迟t2时间，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后再使恒流源I2导通。
6.如权利要求5所述的电池内阻检测方法，其特征在于，所述t2时间为20ms。
7.如权利要求1或者6所述的电池内阻检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，电池内阻的计算过程为：步骤S41：恒流源I1导通时，可得I′fg＝I′s+I1，E＝Rs*I′s+V′bat，其中I′s是此时电池内阻的电流，E为电动势，Rs为电池内阻；步骤S42：恒流源I2导通时，可得I″fg＝I″s+I2，E＝Rs*I″s+V″bat，其中I″s是此时电池内阻的电流；步骤S43：获取电池内阻的计算式为：
8.一种电池内阻检测电路，其特征在于，包括：电池电路、恒流源I1和恒流源I2，所述电池电路由电池与检测电阻和负载电阻组成回路，其中检测电阻设置了电流检测单元；所述恒流源I1或恒流源I2分别采用开关管Ⅰ或开关管Ⅱ与电池并联，使恒流源I1或恒流源I2与电池同时工作；所述恒流源I1和恒流源I2还设置了电压检测单元；所述恒流源I1和电池电路同时工作时测量恒流源I1的电压和检测电阻的电流，所述恒流源I2和电池电路同时工作时测量恒流源I2的电压和检测电阻的电流。
9.如权利要求8所述的电池内阻检测电路，其特征在于，所述内阻检测电路还包括控制模块，所述控制模块，用于控制开关管Ⅰ先导通，使恒流源I1先导通单独工作并延迟T1时间，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后，测量恒流源I1的电压和检测电阻的电流；再控制开关管Ⅰ断开并延迟T2时间，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后，控制开关管Ⅱ导通，使恒流源I2导通工作并延迟T1时间，等待测量的值不再随外加恒流源的变化而变化后，测量恒流源I2的电压和检测电阻的电流；再控制开关管Ⅱ断开。
10.如权利要求9所述的电池内阻检测电路，其特征在于，所述T1时间取10ms，所述T2时间取20ms。
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