CN111142037A - 一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法，检测系统包括蓄电池和控制器，蓄电池上连接ADC采样电路，蓄电池的两端连接设有放电回路；该在线检测方法包括采样电压并记录波形、开启放电回路、调节控制开关S2进行放电、取得放电的采样结果数据、执行内阻分析算法以及得到内阻分析结果的步骤；本发明全新高效，解决传统内阻测量方法存在的弊端，克服了大电流放电对电池造成不可逆损伤、放电法因蓄电池电动势变化导致的测量误差；克服了部分充电机的噪音干扰，实现在线检测；克服了实时检测蓄电池内阻的难点，实现连续实时测量蓄电池内阻等问题。
Description
技术领域
本发明属于电池内阻检测技术领域，具体涉及一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法。
背景技术
蓄电池作为现代社会最重要的能源储备载体，应用在我们生活的方方面面。蓄电池的安全问题受到广泛关注。内阻作为蓄电池最重要的参数，体现了蓄电池的性能、健康状况等。准确测量蓄电池内阻具有十分重要的意义，尤其是在线测量蓄电池内阻。
蓄电池内阻测量具有许多难点。首先，内阻值一般只有几个毫欧，需要非常精确的测量技术或巧妙地测量方法。第二，蓄电池本身具有电动势，在放电过程中电动势会发生变化，普通的放电方法严重受到电动势变化的干扰。第三，在线测量时受到外在环境因素影响，例如直流屏充电机充电造成的脉冲噪音和工频噪音等。
当前主流的蓄电池内阻测量方法包括但不限于交流注入法、直流放电法和直流小电流二次放电法。交流注入法是通过对蓄电池注入一个低频交流电流信号，电池的响应会产生一个电压和电流的相移，测得蓄电池两端的低频电压和流过的低频电流以及两者的相位差，从而可计算出蓄电池的内阻。交流注入法不适用于在线测量，会严重受到充电机噪音和工频噪音的干扰，并且该方法测量参数复杂，干扰因素多，测量精度低，适合做单体测量。直流放电法的原理是通过检测负载撤除前后的放电电流和蓄电池端电压的变化，由此可以求出蓄电池的内部阻抗，然而由于内阻值只有几个毫欧，必须进行大电流放电，一般为几十至几百安培，容易对电池本身造成不可逆转的损害。直流小电流二次放电法的原理是先根据欧姆定律求出蓄电池在线状态下的负载电阻值 RL，然后根据两次直流放电得到电池两端的电压及支路放电电流。该方法需要复杂的测量电路包括但不限于隔离电路、差分电路、采样保持器以及放大电路等。并且该方法需要在断开S1的同时闭合S2，无法做到绝对的同步，导致电池电动势的回升变化。根据实际测量，直流小电流二次放电法的两次放电电压变化只有几十毫伏，实际在线环境充电机的噪音也是几十毫伏，不能很好的避免噪音干扰，因此直流小电流二次放电法不能满足精确的在线测量需要。
发明内容
有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法，全新高效，解决传统内阻测量方法存在的弊端，克服了大电流放电对电池造成不可逆损伤、放电法因蓄电池电动势变化导致的测量误差；克服了部分充电机的噪音干扰，实现在线检测；克服了实时检测蓄电池内阻的难点，实现连续实时测量蓄电池内阻等问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法，该在线检测方法用到的检测系统包括蓄电池和控制器，所述蓄电池上连接ADC采样电路，所述蓄电池的两端连接设有放电回路，所述蓄电池、ADC采样电路、放电回路均与控制器相连，所述控制器内设有内阻分析模块；
所述放电回路由蓄电池、开关S1、电阻R1组成，所述开关S1连接在蓄电池的负极，开关S1与电阻R1串联，电阻R1与蓄电池的正极连接，所述电阻R1的两端并联有串联后的电阻R2和开关S2；
该在线检测方法包括以下步骤：
步骤1：在待测蓄电池的两端建立ADC采样电路、放电回路；
步骤2：控制器开启所述ADC采样电路，利用电压连续采样算法实时采样蓄电池的电压并记录采样波形，同时把采样波形结果数据传输到内阻分析模块；
步骤3：闭合开关S1，使得电阻R1放电；
步骤4：控制器开启并控制开关S2，周期输出高低电平信号控制开关S2；
步骤5：按照设置时间放电，然后关闭控制器对开关S2的控制，断开开关S2，断开开关S1，控制器关闭采样，并控制ADC采样电路将采样结果数据送入内阻分析模块；
步骤6：内阻分析模块接收到采样结果数据后执行内阻分析算法；
步骤7：同时，将采样波形以及采样波形结果数据通过串口传输实时显示到控制器的用户显示模块上。
进一步的，所述步骤6的内阻分析算法，具体包括以下步骤：
步骤6.1：遍历采样点数据datas[length]，定义起始点为p，p=1；
步骤6.2：判断当前采样点是否为压降的起始点p：若当前点满足从该点开始超过连续若干个采样点电压下降并且总的下降幅值超过定幅值，则当前点为起始点p，同时把终结连续下降的采样点记为终止点q，并进入步骤6.3判断；否则，放弃当前点，并更新起始点p：p=q+1；
步骤6.3：判断该起始点p是否有噪音干扰：从起始点p开始往前连续若干个点变化幅度不超过噪音阈值，同时从终止点q往后连续若干个点变化幅度不超过噪音阈值，则没有噪音干扰，并得到一组放电数据，同时把该组放电数据的起始点p和终止点q送入内阻计算公式；否则，该起始点p有噪音干扰，放弃该起始点p，并更新起始点p：p=q+1；
步骤6.4：定义内阻计算公式，把 U1=datas[p] 和 U2=datas[q] 代入内阻计算公式得到起始点p和终止点q放电时刻的蓄电池内阻
r：
；
步骤6.5：遍历采样点，并找到所有满足条件的起始点p和终结点q，分别计算得到内阻r；减小误差，取内阻r的平均值。
进一步的，所述控制器的用户显示模块为显示屏或波形显示器。
进一步的，所述ADC采样电路连接有波形显示器，波形显示器与控制器连接。
进一步的，所述开关S1、开关S2分别与控制器相连，控制器周期输出高低电平信号控制开关S2。
本发明的有益效果是：
本发明的一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法，全新高效，解决传统内阻测量方法存在的弊端，克服了大电流放电对电池造成不可逆损伤、放电法因蓄电池电动势变化导致的测量误差；克服了部分充电机的噪音干扰，实现在线检测；克服了实时检测蓄电池内阻的难点，实现连续实时测量蓄电池内阻等问题；
具体地，传统的放电内阻测量法都是改造各种放电电路，然而，本发明的一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法，则是通过高速采样电路记录高频放电波形，然后算法分析，得到内阻在线检测结果。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的等效电路示意图；
图2为ADC采样电路的采样结果示意图；
图3为内阻分析算法的流程示意图；
图4为内阻分析结果标定放电电压U1、U2的示意图。
具体实施方式
下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法，该在线检测方法用到的检测系统包括蓄电池和控制器，如图1所示为本发明的等效电路示意图，所述蓄电池上连接ADC采样电路，所述蓄电池的两端连接设有放电回路，所述蓄电池、ADC采样电路、放电回路均与控制器相连，所述控制器内设有内阻分析模块；
所述放电回路由蓄电池、开关S1、电阻R1组成，所述开关S1连接在蓄电池的负极，开关S1与电阻R1串联，电阻R1与蓄电池的正极连接，所述电阻R1的两端并联有串联后的电阻R2和开关S2；
该在线检测方法包括以下步骤：
步骤1：在待测蓄电池的两端建立ADC采样电路、放电回路；
步骤2：控制器开启所述ADC采样电路，利用电压连续采样算法实时采样蓄电池的电压并记录采样波形，同时把采样波形结果数据传输到内阻分析模块；如图2所示为ADC采样电路的采样结果示意图；
步骤3：闭合开关S1，使得电阻R1放电；
步骤4：控制器开启并控制开关S2，周期输出高低电平信号控制开关S2；
步骤5：按照设置时间放电，然后关闭控制器对开关S2的控制，断开开关S2，断开开关S1，控制器关闭采样，并控制ADC采样电路将采样结果数据送入内阻分析模块；
步骤6：内阻分析模块接收到采样结果数据后执行内阻分析算法；
步骤7：同时，将采样波形以及采样波形结果数据通过串口传输实时显示到控制器的用户显示模块上。
进一步的，如图3所示为内阻分析算法的流程示意图，所述步骤6的内阻分析算法，具体包括以下步骤：
步骤6.1：遍历采样点数据datas[length]，定义起始点为p，p=1；
步骤6.2：判断当前采样点是否为压降的起始点p：若当前点满足从该点开始超过连续若干个采样点电压下降并且总的下降幅值超过定幅值，则当前点为起始点p，同时把终结连续下降的采样点记为终止点q，并进入步骤6.3判断；否则，放弃当前点，并更新起始点p：p=q+1；
步骤6.3：判断该起始点p是否有噪音干扰：从起始点p开始往前连续若干个点变化幅度不超过噪音阈值，同时从终止点q往后连续若干个点变化幅度不超过噪音阈值，则没有噪音干扰，并得到一组放电数据，同时把该组放电数据的起始点p和终止点q送入内阻计算公式；否则，该起始点p有噪音干扰，放弃该起始点p，并更新起始点p：p=q+1；
步骤6.4：定义内阻计算公式，把 U1=datas[p] 和 U2=datas[q] 代入内阻计算公式得到起始点p和终止点q放电时刻的蓄电池内阻
r： 
；
步骤6.5：遍历采样点，并找到所有满足条件的起始点p和终结点q，分别计算得到内阻r；减小误差，取内阻r的平均值，或采用其他统计数学处理。
进一步的，所述定幅值、噪音阈值分别为固定的参考数值，这些参考数值具体根据本领域技术人员以及实际的具体实施情况设定，即需要根据实际待测量的蓄电池的具体类型调节，例如待测蓄电池不同量程设定不同的参考数值，这在本发明的保护范围内均是可实现和合理的。
进一步的，图4为内阻分析结果标定放电电压U1、U2的示意图，根据内阻分析算法，标定出有效的放电数据U1和U2，其索引分别为起始点p和终结点q，其中U1=datas[p]，U2=datas[q]，带入内阻计算公式，即可计算出内阻r。在一段放电波形采样结果中，可以标定出多组有效的放电数据并计算出多组内阻值r，最后求取内阻均值或其他统计数学处理。波形显示均匀、稳定，则表明该技术方案的内阻检测分析精准度高、稳定性好、对蓄电池的影响小，方法简单有效。
进一步的，所述内阻分析模块包括内阻分析算法和内阻计算公式。
进一步的，所述控制器的用户显示模块为显示屏或波形显示器。
进一步的，所述开关S1、开关S2分别与控制器相连，控制器周期输出高低电平信号控制开关S2。
进一步的，所述控制器为单片机微处理器或PLC或FPGA等。
传统的放电内阻测量法都是改造各种放电电路，然而，本发明的一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法，则是通过高速采样电路记录高频放电波形，然后算法分析，得到内阻在线检测结果。
综上所述，一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法，全新高效，解决传统内阻测量方法存在的弊端，克服了大电流放电对电池造成不可逆损伤、放电法因蓄电池电动势变化导致的测量误差；克服了部分充电机的噪音干扰，实现在线检测；克服了实时检测蓄电池内阻的难点，实现连续实时测量蓄电池内阻等问题。本发明不仅可以应用到电池内阻检测技术，还可以应用到相应的电气检测领域，并且广泛延伸，应用前景广阔。
以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法，该在线检测方法用到的检测系统包括蓄电池和控制器，其特征在于：所述蓄电池上连接ADC采样电路，所述蓄电池的两端连接设有放电回路，所述蓄电池、ADC采样电路、放电回路均与控制器相连，所述控制器内设有内阻分析模块；
所述放电回路由蓄电池、开关S1、电阻R1组成，所述开关S1连接在蓄电池的负极，开关S1与电阻R1串联，电阻R1与蓄电池的正极连接，所述电阻R1的两端并联有串联后的电阻R2和开关S2；
该在线检测方法包括以下步骤：
步骤1：在待测蓄电池的两端建立ADC采样电路、放电回路；
步骤2：控制器开启所述ADC采样电路，利用电压连续采样算法实时采样蓄电池的电压并记录采样波形，同时把采样波形结果数据传输到内阻分析模块；
步骤3：闭合开关S1，使得电阻R1放电；
步骤4：控制器开启并控制开关S2，周期输出高低电平信号控制开关S2；
步骤5：按照设置时间放电，然后关闭控制器对开关S2的控制，断开开关S2，断开开关S1，控制器关闭采样，并控制ADC采样电路将采样结果数据送入内阻分析模块；
步骤6：内阻分析模块接收到采样结果数据后执行内阻分析算法；
步骤7：同时，将采样波形以及采样波形结果数据通过串口传输实时显示到控制器的用户显示模块上。
2.根据权利要求1所述的一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法，其特征在于：所述步骤6的内阻分析算法，具体包括以下步骤：
步骤6.1：遍历采样点数据datas[length]，定义起始点为p，p=1；
步骤6.2：判断当前采样点是否为压降的起始点p：若当前点满足从该点开始超过连续若干个采样点电压下降并且总的下降幅值超过定幅值，则当前点为起始点p，同时把终结连续下降的采样点记为终止点q，并进入步骤6.3判断；否则，放弃当前点，并更新起始点p：p=q+1；
步骤6.3：判断该起始点p是否有噪音干扰：从起始点p开始往前连续若干个点变化幅度不超过噪音阈值，同时从终止点q往后连续若干个点变化幅度不超过噪音阈值，则没有噪音干扰，并得到一组放电数据，同时把该组放电数据的起始点p和终止点q送入内阻计算公式；否则，该起始点p有噪音干扰，放弃该起始点p，并更新起始点p：p=q+1；
步骤6.4：定义内阻计算公式，把 U1=datas[p] 和 U2=datas[q] 代入内阻计算公式得到起始点p和终止点q放电时刻的蓄电池内阻
r：
；
步骤6.5：遍历采样点，并找到所有满足条件的起始点p和终结点q，分别计算得到内阻r；减小误差，取内阻r的平均值。
3.根据权利要求1所述的一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法，其特征在于：所述内阻分析模块包括内阻分析算法和内阻计算公式。
4.根据权利要求1所述的一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法，其特征在于：所述控制器的用户显示模块为显示屏或波形显示器。
5.根据权利要求1所述的一种高频放电蓄电池内阻在线检测方法，其特征在于：所述开关S1、开关S2分别与控制器相连，控制器周期输出高低电平信号控制开关S2。
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