CN111693878B - 一种蓄电池开路电压检测电路和测量方法 - Google Patents

一种蓄电池开路电压检测电路和测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蓄电池开路电压检测电路和测量方法，包括宿主系统、检测电路、蓄电池，检测电路的一端连接宿主系统的正端，其另一端连接蓄电池正极，蓄电池负极连接宿主系统的负端。在保护功率管的源极和漏极两端，并联恒定电流源；测量在恒定电流源未并入保护功率管两端时，测量保护功率管的源极、漏极的对地电压，在恒定电流源接入保护功率管两端时，测量保护功率管的源极、漏极的对地电压，根据两次的测量结果，计算出蓄电池的内阻、工作电流、OCV等相关参数，在不断开连接的情况下，实现了对蓄电池OCV的精确测量。

Description

一种蓄电池开路电压检测电路和测量方法
技术领域
本发明涉及蓄电池技术领域，尤其是涉及一种蓄电池开路电压检测电路和测量方法。
背景技术
目前，蓄电池端子上的电压等于其实际开路电压OCV减去其因内阻而消耗的电压，为了精确地确定蓄电池的开路电压OCV，就需要测量蓄电池的内阻、工作电流，从而计算出在内阻上消耗的电压。知道了准确的开路电压，就可以根据特定电池荷电状态(SOC)与开路电压OCV的对应关系确定电池当前的荷电状态(SOC)。然而蓄电池的内阻随温度、蓄电池使用时间、蓄电池的化学和物理结构而变化，这样，在蓄电池工作时如果无法测定准确的电池内阻，则蓄电池OCV测量是不准确的。目前，采用在工作电流为零时测量蓄电池的端电压，作为蓄电池的OCV，检测电路如图1所示。但是，在许多应用中，总是会有电流从蓄电池中流出，如果设置蓄电池不流出电流，那么，就需要切断测量端电压的电源；而且，因为工作电流的不确定，使得因内阻而消耗的电压就无法确定，这就更加增加了OCV测量的误差；还有，在宿主系统中的保护功率管上的电压降、电流检测电阻上的电压降、连线上的电压降都会影响对蓄电池OCV的测量，产生误差。
因些，如何实现对蓄电池开路电压的精确测量，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种蓄电池开路电压检测电路和测量方法，在保护功率管的源极和漏极两端，并联恒定电流源；测量在恒定电流源未并入保护功率管两端时，测量保护功率管的源极、漏极的对地电压，在恒定电流源接入保护功率管两端时，测量保护功率管的源极、漏极的对地电压，根据两次的测量结果，计算出蓄电池的内阻、工作电流、OCV等相关参数，在不断开连接的情况下，实现了对蓄电池OCV的精确测量。
本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：
一种蓄电池开路电压检测电路，包括宿主系统、检测电路、蓄电池，检测电路的一端连接宿主系统的正端，其另一端连接蓄电池正极，蓄电池负极连接宿主系统的负端。
本发明进一步设置为：检测电路包括并联连接的保护电路、电流源控制电路，电流源控制电路用于控制电流源或与保护电路并联连接，或断开与保护电路的连接。
本发明进一步设置为：保护电路包括保护功率管。
本发明进一步设置为：电流源控制电路包括串联连接的开关电路、电流源电路。
本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：
一种蓄电池开路电压测量方法， 包括以下步骤：
Q1、断开与保护电路并联的电流源，分别测量保护电路两端的对地电压；
Q2、连接与保护电路并联的电流源，分别测量保护电路两端的对地电压；
Q3、基于步骤Q1、Q2的测量结果，计算蓄电池参数、保护电路参数。
本发明进一步设置为：基于宿主系统、检测电路、蓄电池的测量方法，包括以下步骤：
S1、在检测电路中的电流源电路断开时，测量检测电路两端对地的电压V10、V20，其中V10为检测电路与蓄电池相连接点处的电压，V20为检测电路与宿主系统相连接点处的电压；
S2、在检测电路中的电流源电路接通时，测量检测电路两端对地的电压V11、V21；
S3、计算蓄电池内阻Rbat；
S4、计算在检测电路中的电流源电路断开时，流过蓄电池内阻的电流Ibat；
S5、计算理想蓄电池两端的电压OCV。
本发明进一步设置为：包括以下步骤：
A1、在检测电路中的电流源电路断开时，测量检测电路两端对地的电压V10、V20；
A2、V10等于V20时，流过蓄电池的电流为零，此时OCV等于V10；
A3、同样地，在检测电路中的电流源电路连接时，测量检测电路两端对地的电压V11、V21；
A4、V11等于V21时，流过蓄电池的电流为零，此时OCV等于V11。
本发明进一步设置为：蓄电池内阻Rbat的计算方法如下：
Rbat=( V10- V11)/Isw；
式中，Isw表示电流源电流大小。
本发明进一步设置为：流过蓄电池内阻的电流Ibat的计算方法如下：
Ibat=( V10- V20)/Ron；
Ron=｜（V10- V20）-（V11- V21）｜/ Isw；
式中，Ron表示保护电路内阻。
本发明进一步设置为：理想蓄电池两端的电压OCV的计算方法如下：
OCV= Rbat* Ibat- V10。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
1.本申请在保护功率管的源极与漏极之间并联电源流，在无电源流的情况下，分别测量源极与漏极的对地电压，在有电源流的情况下，分别测量源极与漏极的对地电压，结合两次的测量结果进行计算，从而实现对蓄电池OCV的精确测量；
2.进一步地，本申请在并联电流源电路上设置开关，用于断开或连接电流源，保证了测量时蓄电池电路不断开，实现了蓄电池OCV的实时测量；
3.进一步地，本申请通过并联一个已知电流源，通过计算，得到蓄电池的相关参数，实现了通过已知量获得未知量的目的。
附图说明
图1是现有技术中测量OCV的电路结构示意图；
图2是本发明的一个具体实施例的检测电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明的一种蓄电池开路电压检测电路，如图2所示，包括宿主系统、检测电路、蓄电池，检测电路的一端连接宿主系统的正端，其另一端连接蓄电池正极，蓄电池负极连接宿主系统的负端。
检测电路包括并联连接的保护电路、电流源控制电路。
保护电路包括保护功率管Mp。
电流源控制电路包括串联连接的开关SW、电流源Isw。
蓄电池的开路电压测量方法,包括以下步骤：
Q1、断开与保护电路并联的电流源，分别测量保护电路两端的对地电压；
具体地，打开开关SW，使电流源断开连接，此时，电流通过保护功率管Mp，测量保护功率管源极、漏极的对地电压，记为V10、 V20，其中0表示电流源断开，V10为检测电路与蓄电池相连接点处的电压，V20为检测电路与宿主系统相连接点处的电压。
根据V10与V20的大小确定电流是对蓄电池充电，还是蓄电池放电，如果V10小于V20，则是对蓄电池充电，相应地设置电流源Isw的电流为从节点V20流向节点V10；如果V10大于V20，则是蓄电池放电，相应地设置电流源Isw的电流为从节点V10流向节点V10，即电流源中的电流流向与蓄电池中的电流流向相同，在V10等于V20时，流过蓄电池的电流为0。
Q2、连接与保护电路并联的电流源，分别测量保护电路两端的对地电压；
具体地，关闭开关SW，实现电流源Isw与保护功率管Mp的并联连接，此时，电流通过保护功率管Mp、电流源提供恒定电流，测量保护功率管源极、漏极的对地电压，记为V11、V21，其中1表示电流源并联连接在保护功率管Mp的漏极、源极之间，V11为检测电路与蓄电池相连接点处的电压，V21为检测电路与宿主系统相连接点处的电压。
Q3、基于步骤Q1、Q2的测量结果，计算蓄电池参数、保护电路参数。
分以下三种情况进行讨论：
第一种情况：在蓄电池电流为零时，OCV等于V10或V11。
A1、在检测电路中的电流源电路断开时，测量检测电路两端对地的电压V10、V20；
A2、V10等于V20时，流过蓄电池的电流为零，此时OCV等于V10；
A3、同样地，在检测电路中的电流源电路连接时，测量检测电路两端对地的电压V11、V21；
A4、V11等于V21时，流过蓄电池的电流为零，此时OCV等于V11。
第二种情况：根据电路结构，在蓄电池放电时，OCV =Ibat * Rbat+V10，
即：OCV-V10=Ibat * Rbat (1)，
OCV-V11= (Ibat+ Isw)* Rbat (2)，
式中，Ibat表示流过蓄电池的电流，Rbat表示蓄电池内阻。
由于电池电量不发生变化时OCV不变，将公式(2)与公式(1)相减，得到公式(3)，
V10- V11= Isw* Rbat，
Rbat=（V10- V11）/ Isw (3),
由公式(3)可以看出，只要知道V10、 V11、 Isw，就能够计算出蓄电池内阻Rbat的大小。
V10- V20= Ibat* Ron (4),
V11- V21=( Ibat- Isw)* Ron (5),
设在测量过程中，Ron无变化，将公式(4)与公式(5)相减，得到公式(6)，
(V10- V20)-( V11- V21)= Isw* Ron
Ron=[(V10- V20)-( V11- V21)]/ Isw (6),
由此可以计算出保护功率管的内阻Ron，从而由公式(4)，能够计算出Ibat，
Ibat=（V10- V20）/ Ron (7),
OCV= Ibat * Rbat+V10 (8)。
第三种情况：在蓄电池充电时，相应地，V10=Ibat * Rbat+ OCV，
V10-OCV=Ibat * Rbat (11)，
V11-OCV= (Ibat+ Isw)* Rbat (12)，
将公式(12)与公式(11)相减， V11-V10= Isw* Rbat，
Rbat=（V11- V10）/ Isw (13)
V20- V10= Ibat* Ron (14),
V21- V11=( Ibat- Isw)* Ron (15),
设在测量过程中，Ron无变化，将公式(14)与公式(15)相减，得到公式(6)，
(V20- V10)-( V21- V11)= Isw* Ron
Ron=[(V20- V10)-( V21- V11)]/ Isw (16),
由此可以计算出保护功率管的内阻Ron，从而由公式(14)，能够计算出Ibat，
Ibat=（V20- V10）/ Ron (17),
OCV= V10-Ibat * Rbat (18)。
将第二、第三种情况合并，设蓄电池放电时的电流为正，则充电时的电流为负；得到以下公式：
OCV= Ibat * Rbat + V10 (21)。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种蓄电池开路电压检测电路，其特征在于：包括宿主系统、检测电路、蓄电池，检测电路的一端连接宿主系统的正端，其另一端连接蓄电池正极，蓄电池负极连接宿主系统的负端；检测电路包括并联连接的保护电路、电流源控制电路，电流源控制电路用于控制电流源或与保护电路并联连接，或断开与保护电路的连接，在检测电路中连接或断开电流源时，分别测量保护电路两端的对地电压，计算蓄电池内阻、在检测电路中的电流源电路断开时流过蓄电池内阻的电流，从而计算出理想蓄电池两端的开路电压参数。
2.根据权利要求1所述蓄电池开路电压检测电路，其特征在于：保护电路包括保护功率管。
3.根据权利要求1所述蓄电池开路电压检测电路，其特征在于：电流源控制电路包括串联连接的开关电路、电流源电路。
4.一种蓄电池开路电压测量方法，其特征在于：根据权利要求1-3任一所述电路，蓄电池开路电压测量方法包括以下步骤：
Q1、断开与保护电路并联的电流源，分别测量保护电路两端的对地电压；
Q2、连接与保护电路并联的电流源，分别测量保护电路两端的对地电压；
Q3、基于步骤Q1、Q2的测量结果，计算蓄电池参数、保护电路参数。
5.根据权利要求4所述蓄电池开路电压测量方法，其特征在于：
包括以下步骤：
S1、在检测电路中的电流源电路断开时，测量检测电路两端对地的电压V10、V20，其中V10为检测电路与蓄电池相连接点处的电压，V20为检测电路与宿主系统相连接点处的电压；
S2、在检测电路中的电流源电路接通时，测量检测电路两端对地的电压V11、V21；
S3、计算蓄电池内阻Rbat；
S4、计算在检测电路中的电流源电路断开时，流过蓄电池内阻的电流Ibat；
S5、计算理想蓄电池两端的电压OCV。
6.根据权利要求5所述蓄电池开路电压测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
A1、在检测电路中的电流源电路断开时，测量检测电路两端对地的电压V10、V20；
A2、V10等于V20时，流过蓄电池的电流为零，此时OCV等于V10；
A3、同样地，在检测电路中的电流源电路连接时，测量检测电路两端对地的电压V11、V21；
A4、V11等于V21时，流过蓄电池的电流为零，此时OCV等于V11。
7.根据权利要求5所述蓄电池开路电压测量方法，其特征在于：蓄电池内阻Rbat的计算方法如下：
Rbat=( V10- V11)/Isw；
式中，Isw表示电流源电流大小。
8.根据权利要求5所述蓄电池开路电压测量方法，其特征在于：流过蓄电池内阻的电流Ibat的计算方法如下：
Ibat=( V10- V20)/Ron；
Ron=[（V10- V20）-（V11- V21）]/ Isw；
式中，Ron表示保护电路内阻。
9.根据权利要求5所述蓄电池开路电压测量方法，其特征在于：理想蓄电池两端的电压OCV的计算方法如下：
OCV= Rbat* Ibat+ V10，其中，蓄电池放电时的电流为正值，充电时的电流为负值。
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