CN111175663A - 一种电池活化内阻的测试方法及测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及本发明的一种电池活化内阻的测试方法及测试仪，采用曲线方程求解得到活化内阻值，具体方法包括：步骤一：设定特定频率0.1Hz～1Hz的交流信号输入待测电池，根据待测电池两端的电压变化值计算内阻值；步骤二：读取三组特定频率及对应频率下的内阻值，选取测试点代入活化内阻的求解方程Z(f)＝af2+bf+c，计算方程中的a，b，c；步骤三：计算待测电池活化内阻的最大值，当频率
时，Z(f)取得最大值，即电池活化内阻为
在频率为0.1Hz～1Hz范围内，根据测试的需要测试电源的频率为可调的电源输出，根据频率与电池的阻抗曲线，求解电池活化内阻的曲线方程，当曲线出现拐点时，对应电池的阻抗为电池活化内阻的最大值，测试方法简单且对电池没有损伤，比较实用。
Description
技术领域
本发明涉及电池内阻检测领域，尤其涉及一种应用于电动汽车电池管理系统的电池活化内阻的测试方法及测试仪。
背景技术
锂离子电池现在已经应用在人们日常生活的方方面面，涵盖了人们日常生活的3C产品，到新能源汽车的动力电池，到作为储能用的电池，以及航空航天类上都会用到锂离子电池。锂离子的健康度的测量，比较可靠的方法是基于锂离子电池的内阻测算。
锂离子电池的内阻和容量有关，根据电池内阻的大小可判定电池的性能。目前对电池内阻的检测基本是针对单体电池，主要有两种方式：
直流放电法，在短时间内给电池通很大的恒定直流电流，测量测试电池两端的直流电压，然后根据伏安法计算出电池的内阻，这种方法比较简单，但大电流对电池有损伤测试误差比较大；
交流压降法，通过给电池通入恒定低频交流电流，对电池的交流电压采样，计算出电池的内阻。这种方法测试速度快，对电池的损伤较低，但容易受到纹波等干扰，且连接线等因素会影响精神。一些对电池组的内阻进行监测的设计，主要通过给每只单体电池并联上一个直流放电内阻的检测装置来实现。这种方法减小了对电池的损伤，但电路的结构复杂，对于串数较多的电池组并不适用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于电动汽车电池管理系统的电池活化内阻的测试方法及测试仪，在频率为0.1Hz～1Hz范围内，根据活化内阻曲线方程计算最大活化内阻值，测试方法简单且对电池没有损伤，比较实用。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种电池活化内阻的测试方法，应用于电动汽车电池管理系统，包括如下步骤：
步骤一：设定特定频率的交流信号输入待测电池，根据待测电池两端的电压变化值计算电池的内阻值；
步骤二：根据电池频谱特性，设定电池活化内阻的曲线方程Z(f)＝af2+bf+c，选取三组特定频率，计算对应待测电池内阻值，求解方程中的a，b，c；
步骤三：计算待测电池活化内阻的最大值，当频率
时，Z(f)取得最大值，即
进一步地，所述特定频率的选取范围为0.1Hz～1Hz。
一种电池活化内阻的测试仪，包括单片机和与所述单片机相连的电池信号采集电路，所述电池信号采集电路包括激励信号源、信号检测电路、交流放大电路、同步整流器和低通滤波器；在0.1Hz～1Hz频率内，单片机发出的基准交流信号，经激励信号源连接与待测电池，所述待测电池依次连接信号检测电路、交流放大电路、同步整流器和低通滤波器，信号检测电路用于检测待测电池两端的电压变化值，经同步整流器滤除交流信号的噪声干扰信号，经低通滤波器传输至单片机，根据单片机设定的活化内阻的求解方程计算电池内阻值。
进一步地，所述单片机用于计算待测电池的活化内阻，当采样次数大于等于3时，选取三组特定频率f1，f2，f3作为测试点，计算对应的电池内阻值Z1，Z2，Z3，代入设定电池活化内阻的曲线方程Z(f)＝af2+bf+c，求解方程中的a，b，c；当频率
时，Z(f)取得最大值，即计算待测电池活化内阻的最大值
进一步地，还包括与单片机相连的基准信号采集电路，所述基准信号采集电路由激励信号源、整形电路、同步整流器和低通滤波器组成，单片机发出的基准交流信号依次经激励信号源、整形电路、同步整流器和低通滤波器后再次传入单片机，作为待测电池采集电压信号的对比信号。
本发明的一种电池活化内阻的测试方法及测试仪，在频率为0.1Hz～1Hz范围内，根据测试的需要测试电源的频率为可调的电源输出，根据频率与电池的阻抗曲线，求解电池活化内阻的曲线方程，当曲线出现拐点时，对应电池的阻抗为电池活化内阻的最大值，测试方法简单且对电池没有损伤，比较实用。
附图说明
构成说明书一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同描述一起用于解释本发明的原理，参照附图，可以更加清楚地理解本发明：
图1是本发明一实施例用于检测电池活化内阻的方法流程图；
图2是本发明用于检测电池活化内阻的系统原理框图；
图3是本发明一实施例中频率与待测电池阻抗的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
在测量活化内阻时，根据电池的频谱特性，如图3所示，在0.1Hz以下，电池的阻抗是离散的，是电池的扩散性引起的，不能表征电池的内阻；在0.1Hz～1Hz阶段，一般为电池活化内阻值的区间；在1KHz阶段，一般为电池电内阻的区间，但具体由于电池的材料、体系、配比及制造过程的工艺控制等因素不同，具体的电池活化内阻是不同的。
在0.1Hz～1Hz，随机选择若干个频段，经过若干次测试，我们得到频率与阻抗曲线如图3，该曲线的微分一般方程表达式如下：
当K＝0时，曲线是函数的拐点，对应电池的阻抗特性来说，电池的活化内阻是最具典型值，即对应的Z值为电池的活化内阻值。
但在实际的测试中，很难做很多个频率下的对应测试，几组有限的测试，一般较难得到K＝0这点，因此，本发明的一种电池活化内阻的测试方法，采用曲线方程求解得到活化内阻值，如图1所示具体方法如下：
步骤一：设定特定频率0.1Hz～1Hz的交流信号输入待测电池，根据待测电池两端的电压变化值计算内阻值；
步骤二：读取三组特定频率及对应频率下的内阻值，选取f1，f2，f3作为测试点，计算对应的内阻值Z1，Z2，Z3，并代入活化内阻的求解方程Z(f)＝af2+bf+c，计算方程中的a，b，c；
步骤三：计算待测电池活化内阻的最大值，即为曲线的最值，当频率
时，Z(f)取得最大值，即电池活化内阻为
一种电动汽车电池管理系统测试电池活化内阻的电路，应用于待测电池，如图2所示，包括单片机和与单片机相连的电池信号采集电路，其中电池信号采集电路包括激励信号源、信号检测电路、交流放大电路、同步整流器和低通滤波器；在0.1Hz～1Hz频率内，单片机发出的基准交流信号，经激励信号源连接与待测电池，待测电池依次连接信号检测电路、交流放大电路、同步整流器和低通滤波器，信号检测电路用于检测待测电池两端的电压变化值，经同步整流器滤除交流信号的噪声干扰信号，经低通滤波器再次传输至单片机的AD口，根据单片机内部计算模块设定的活化内阻的求解方程计算电池内阻值。单片机对接连接显示单元，可直观显示待测电池的最大活化内阻值。
其中，单片机的型号为STM32F103，信号检测电路的核心芯片选用由OP177的运算放大器组成的检测电路，交流放大器的型号为LM324。
本发明还包括基准信号采集电路，单片机发出的基准交流信号分两路输出，一路输入电池信号采集电路，另一路依次经激励信号源、整形电路、同步整流器和低通滤波器后传输至单片机，作为待测电池采集电压信号的对比信号，为单片机计算作基准。
作为本发明的一实施例，以测量某一款21Ah多元复合三元锂离子的活化内阻为例，具体阐述本发明如何测量锂离子电池的活化内阻的过程。
通过调整基准信号产生设定频率f1＝0.2Hz的交流信号经激励信号源输入待测电池，然后通过信号检测电路测试电池两端对应的电压变化，并通过同步整流器滤除交流信号的噪声干扰，以及经过滤波电路传输至单片机，单片机存储0.2Hz频率下的内阻值0.58mΩ，同样设定f2＝0.5Hz，f3＝0.8Hz，重复上述步骤，可以得到Z2＝0.47mΩ，Z3＝0.59mΩ，单片机内部计算处理，根据f1，f2，f3和Z1，Z2，Z3，计算出最大活化内阻值为0.45mΩ。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种电池活化内阻的测试方法，应用于电动汽车电池管理系统，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：设定特定频率的交流信号输入待测电池，根据待测电池两端的电压变化值计算电池的内阻值；
步骤二：根据电池频谱特性，设定电池活化内阻的曲线方程Z(f)＝af2+bf+c，选取三组特定频率，计算对应待测电池内阻值，求解方程中的a，b，c；
步骤三：计算待测电池活化内阻的最大值，当频率
时，Z(f)取得最大值，即
2.根据权利要求1所述的电池活化内阻的测试方法，其特征在于：所述特定频率的选取范围为0.1Hz～1Hz。
3.一种电池活化内阻的测试仪，其特征在于：包括单片机和与所述单片机相连的电池信号采集电路，所述电池信号采集电路包括激励信号源、信号检测电路、交流放大电路、同步整流器和低通滤波器；在0.1Hz～1Hz频率内，单片机发出的基准交流信号，经激励信号源连接与待测电池，所述待测电池依次连接信号检测电路、交流放大电路、同步整流器和低通滤波器，信号检测电路用于检测待测电池两端的电压变化值，经同步整流器滤除交流信号的噪声干扰信号，经低通滤波器传输至单片机，根据单片机设定的活化内阻的求解方程计算电池内阻值。
4.根据权利要求3所述的电池活化内阻的测试仪，其特征在于：所述单片机用于计算待测电池的活化内阻，当采样次数大于等于3时，选取三组特定频率f1，f2，f3作为测试点，计算对应的电池内阻值Z1，Z2，Z3，代入设定电池活化内阻的曲线方程Z(f)＝af2+bf+c，求解方程中的a，b，c；当频率
时，Z(f)取得最大值，即计算待测电池活化内阻的最大值
5.根据权利要求3所述的电池活化内阻的测试仪，其特征在于：还包括与单片机相连的基准信号采集电路，所述基准信号采集电路由激励信号源、整形电路、同步整流器和低通滤波器组成，单片机发出的基准交流信号依次经激励信号源、整形电路、同步整流器和低通滤波器后再次传入单片机，作为待测电池采集电压信号的对比信号。
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