CN108224710A - 电池内阻检测电路及储能电池空调 - Google Patents

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方小斌
贺小林
刘涛
杨湘木
王双骥
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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

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Abstract

提供一种电池内阻检测电路及储能电池空调，其中，该电池内阻检测电路包括：恒流源模块，并联在由第一电池组和第二电池组串联的待测电池组两端，第一电池组和第二电池组分别由多个电池串联，恒流源模块的采样端连接至第一电池组的尾级电池和第二电池组的首级电池之间；恒流源模块在开关信号的触发下分别导通第一电池组和第二电池组，恒流源模块的采样端分别采样第一电池组和第二电池组分别导通后的响应信号；信号调制电路，用于调制响应信号得到采样电压信号和采样电流信号；运算电路，用于根据采样电压信号和采样电流信号得到待测电池组的内阻。本发明减少了在线检测电池内阻误差。

Description

电池内阻检测电路及储能电池空调
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种电池内阻检测电路及储能电池空调。
背景技术
光伏空调、混合动力新能源汽车空调等储能空调为多动力源系统，能量来源丰富，不仅消耗电能，还消耗电池能量。储能电池作为空调的主要动力源，其性能的好坏，直接决定着空调的性能，而电池内阻直接反映电池的健康状态，其内阻检测显得尤为重要。
常规的电池内阻检测主要是通过采集电池的端电压U和充放电电流I，计算内阻r＝U/I，并根据电池内阻值大小，判断其劣化程度。由于电池的内阻都在毫欧的数量级属于微弱信号，采用该方案，检测精度低，在线检测能力差，特别在强干扰源环境下，内阻误差高达80％以上。
因此，如何减少在线检测电池内阻误差成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种电池内阻检测电路及储能电池空调，以减少在线检测电池内阻误。
为解决上述技术问题，根据本公开实施例的一个方面，本发明提供了一种电池内阻检测电路，包括：
恒流源模块，并联在由第一电池组和第二电池组串联的待测电池组两端，第一电池组和第二电池组分别由多个电池串联，恒流源模块的采样端连接至第一电池组的尾级电池和第二电池组的首级电池之间；恒流源模块在开关信号的触发下分别导通第一电池组和第二电池组，恒流源模块的采样端分别采样第一电池组和第二电池组分别导通后的响应信号；信号调制电路，用于调制响应信号得到采样电压信号和采样电流信号；运算电路，用于根据采样电压信号和采样电流信号得到待测电池组的内阻。
可选地，恒流源模块包括：PWM波电路，用于产生第一有效电平和第二有效电平；第一开关管，其控制极连接至PWM波电路的信号输出端，第一开关管的第一极连接至第一电池组的首级电池的正极；第二开关管，其控制极连接至PWM波电路的信号输出端，第二开关管的第一极连接至第一开关管的第二极，第二开关管的第二极连接至第二电池组的尾级电池的负极；恒流源，连接至第一开关管的第二极和地之间；第一有效电平到来时，导通第一开关管；第二有效电平到来时，导通第二开关管；第一有效电平和第二有效电平分别为高电平和低电平或者低电平和高电平。
可选地，信号调制电路包括：电压采样电路，用于调制响应信号得到采样电压信号；电流采样电路，用于调制响应信号得到采样电流信号。
可选地，还包括：滤波电路，用于对电压采样电路调制得到的采样电压信号进行滤波，和/或用于对电流采样电路调制得到的采样电流信号进行滤波。
可选地，运算电路根据采样电压信号和采样电流信号的相位差得到待测电池组的内阻。
可选地，运算电路采用如下公式得到待测电池组的内阻：其中，r为待测电池组的内阻，U为第一电池组的响应电压，I为傅里叶变换第一次频率的有效值，Φi为采样电流信号的相位，Φu采样电压信号的相位。
根据本公开实施例的另一方面，提供了一种储能电池空调，包括：
空调机组，用于对指定区域进行制冷或制热；储能电池组，用于向空调机组提供电源；上述第一方面公开的电池内阻检测电路，用于检测储能电池组的内阻。
在本发明中，恒流源模块在开关信号的触发下分别导通第一电池组和第二电池组，由此，恒流源模块的采样端可以分别采样第一电池组和第二电池组分别导通后的响应信号，通过信号调制电路调制得到采样电压信号和采样电流信号，根据采样电压信号和采样电流信号可以得到待测电池组的内阻，由于响应信号通过内部电路中施加的恒流源得到，因此，在检测电池内阻时，能够更好地抗干扰，减少外部环境干扰带来的影响，减少了在线检测电池内阻误差，提高了检测精度。
附图说明
图1是本发明实施例公开的一种电池内阻检测电路结构示意图；
图2是本发明实施例公开的一种恒流源模块结构原理示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
为了减少在线检测电池内阻误差，本实施例公开了一种电池内阻检测电路，请参考图1，为本实施例公开的一种电池内阻检测电路结构示意图，该电池内阻检测电路包括：恒流源模块1、信号调制电路2和运算电路3，其中：
恒流源模块1并联在由第一电池组41和第二电池组42串联的待测电池组两端，本实施例中，第一电池组41和第二电池组42分别由多个电池串联，恒流源模块的采样端连接至第一电池组41的尾级电池和第二电池组42的首级电池之间。在具体实施例中，例如待测电池组由N节电池串联而成，第一电池组41为第1节至第N/2节电池串联而成，第二电池组42为第N/2+1节至第N节电池串联而成，此时，恒流源模块的采样端连接至第N/2节电池负极和第N/2+1节电池的正极之间。需要说明的是，本实施例中，并不限制第一电池组41和第二电池组42具体串联的电池数目，第一电池组41和第二电池组42串联的电池数目可以相同，也可以不同。
恒流源模块1在开关信号的触发下分别导通第一电池组41和第二电池组42，恒流源模块1的采样端分别采样第一电池组41和第二电池组42分别导通后的响应信号。在具体实施例中，通过恒流源提供的电流，在开关信号的触发下导通第一电池组41和第二电池组42会得到不同的响应，因此，通过恒流源模块1的采样端分别采样响应信号，可以分析出待测电池组的内阻。
信号调制电路2用于调制响应信号得到采样电压信号和采样电流信号。在具体实施例中，信号调制电路2可以包括电压采样电路21和电流采样电路22，其中，电压采样电路21用于调制响应信号得到采样电压信号；电流采样电路22用于调制响应信号得到采样电流信号。
运算电路3用于根据采样电压信号和采样电流信号得到待测电池组的内阻。
为了从众多干扰信号中提取电池激励后的响应信号和正弦波信号，在可选的实施例中，该电池内阻检测电路还包括：滤波电路，用于对电压采样电路21调制得到的采样电压信号进行滤波，和/或用于对电流采样电路22调制得到的采样电流信号进行滤波。在具体实施例中，可以通过电容、电阻来组成高通滤波电路，由此，可以对采样电压信号和采样电流信号进行滤波选频得到正弦波信号。
请参考图2，为本实施例公开的一种恒流源模块结构原理示意图，在可选的实施例中，恒流源模块包括：PWM波电路、第一开关管Q1、第二开关管Q2和恒流源HLY，其中：
PWM波电路用于产生第一有效电平和第二有效电平。本实施例中，所称第一有效电平为导通第一开关管Q1的电平，可以是高电平，也可以是低电平，具体根据第一开关管Q1的导通电平来确定；所称第二有效电平为导通第二开关管Q2的电平，可以是高电平，也可以是低电平，具体根据第二开关管Q2的导通电平来确定。
第一开关管Q1的控制极(例如栅极)连接至PWM波电路的信号输出端，第一开关管Q1的第一极(例如源极)A连接至第一电池组的首级电池的正极。第二开关管Q2的控制极连接至PWM波电路的信号输出端，第二开关管Q2的第一极连接至第一开关管Q1的第二极，第二开关管Q2的第二极B连接至第二电池组的尾级电池的负极。恒流源HLY连接至第一开关管Q1的第二极(例如漏极)和地之间。本实施例中，恒流源HLY还串联在待测电池组和第一开关管Q1的第二极之间，具体地，恒流源HLY的一端连接至第一电池组的尾级电池和第二电池组的首级电池之间，另一端连接至第一开关管Q1的第二极。
本实施例中，以第一有效电平为高电平，第二有效电平为低电平为例进行说明：第一有效电平到来时，导通第一开关管Q1，此时，第一电池组接入恒流源闭合回路，给第一电池组放电，故第一电池组的电压下降，此时，第二电池组处于非放电状态，电压会反弹；第二有效电平到来时，导通第二开关管Q2，此时，第二电池组接入恒流源闭合回路，给第二电池组放电。本实施例中，第一电池组和第二电池组电压变化刚好与PWM为高电平时相反。由于PWM的调制作用，从单个电池来看在一个周期内相当于经历了放电、停止放电两个过程。放电期间电压下降，停止放电期间，电压反弹升高。根据电池的特性和极化时间不同，适当的控制PWM的占空比、频率和恒流源的电流。可得到电池的激励电流和响应电压为存在相位差且带在线时引入的量测噪声的周期方波信号。对于单个电池，从多个PWM周期调制的作用看，相当于每个电池参与了周期方波电流激励，并作出周期方波电压响应。
第一有效电平和第二有效电平分别为高电平和低电平或者低电平和高电平。在具体实施例中，可以根据第一开关管Q1和第二开关管Q2的导通电平来确定第一有效电平和第二有效电平的高低。
在具体实施例中，运算电路根据采样电压信号和采样电流信号的相位差得到待测电池组的内阻，具体地，采用如下公式得到待测电池组的内阻：
其中，r为待测电池组的内阻，U为第一电池组的响应电压，I为傅里叶变换第一次频率的有效值，Φi为采样电流信号的相位，Φu采样电压信号的相位。
本实施例还公开了一种储能电池空调，包括：空调机组、储能电池组和电池内阻检测电路，其中：空调机组用于对指定区域进行制冷或制热；储能电池组用于向空调机组提供电源；上述实施例公开的电池内阻检测电路，用于检测储能电池组的内阻。
本实施例公开的电池内阻检测电路及储能电池空调，恒流源模块在开关信号的触发下分别导通第一电池组和第二电池组，由此，恒流源模块的采样端可以分别采样第一电池组和第二电池组分别导通后的响应信号，通过信号调制电路调制得到采样电压信号和采样电流信号，根据采样电压信号和采样电流信号可以得到待测电池组的内阻，由于响应信号通过内部电路中施加的恒流源得到，因此，在检测电池内阻时，能够更好地抗干扰，减少外部环境干扰带来的影响，减少了在线检测电池内阻误差，提高了检测精度。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种电池内阻检测电路，其特征在于，包括：
恒流源模块，并联在由第一电池组和第二电池组串联的待测电池组两端，所述第一电池组和所述第二电池组分别由多个电池串联，所述恒流源模块的采样端连接至所述第一电池组的尾级电池和所述第二电池组的首级电池之间；
所述恒流源模块在开关信号的触发下分别导通所述第一电池组和所述第二电池组，所述恒流源模块的采样端分别采样所述第一电池组和所述第二电池组分别导通后的响应信号；
信号调制电路，用于调制所述响应信号得到采样电压信号和采样电流信号；
运算电路，用于根据所述采样电压信号和所述采样电流信号得到所述待测电池组的内阻。
2.如权利要求1所述的电池内阻检测电路，其特征在于，所述恒流源模块包括：
PWM波电路，用于产生第一有效电平和第二有效电平；
第一开关管，其控制极连接至所述PWM波电路的信号输出端，所述第一开关管的第一极连接至所述第一电池组的首级电池的正极；
第二开关管，其控制极连接至所述PWM波电路的信号输出端，所述第二开关管的第一极连接至所述第一开关管的第二极，所述第二开关管的第二极连接至所述第二电池组的尾级电池的负极；
恒流源，连接至所述第一开关管的第二极和地之间；
所述第一有效电平到来时，导通所述第一开关管；所述第二有效电平到来时，导通所述第二开关管；所述第一有效电平和所述第二有效电平分别为高电平和低电平或者低电平和高电平。
3.如权利要求1所述的电池内阻检测电路，其特征在于，信号调制电路包括：
电压采样电路，用于调制所述响应信号得到所述采样电压信号；
电流采样电路，用于调制所述响应信号得到所述采样电流信号。
4.如权利要求3所述的电池内阻检测电路，其特征在于，还包括：
滤波电路，用于对所述电压采样电路调制得到的所述采样电压信号进行滤波，和/或用于对所述电流采样电路调制得到的所述采样电流信号进行滤波。
5.如权利要求1-4任意一项所述的电池内阻检测电路，其特征在于，所述运算电路根据所述采样电压信号和所述采样电流信号的相位差得到所述待测电池组的内阻。
6.如权利要求5所述的电池内阻检测电路，其特征在于，所述运算电路采用如下公式得到所述待测电池组的内阻：
其中，r为所述待测电池组的内阻，U为第一电池组的响应电压，I为傅里叶变换第一次频率的有效值，Φi为所述采样电流信号的相位，Φu所述采样电压信号的相位。
7.一种储能电池空调，其特征在于，包括：
空调机组，用于对指定区域进行制冷或制热；
储能电池组，用于向所述空调机组提供电源；
如权利要求1-6任意一项所述的电池内阻检测电路，用于检测所述储能电池组的内阻。
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