CN212658806U

CN212658806U - 一种在线式电池内阻测量装置

Info

Publication number: CN212658806U
Application number: CN202020910194.XU
Authority: CN
Inventors: 万乐
Original assignee: Jinan Yaorui Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Jinan Yaorui Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2021-03-05
Anticipated expiration: 2030-05-25

Abstract

一种在线式电池内阻测量装置，包括待测电池，待测电池所在电路以及待测电池所在电路中的负载；包括与待测电池所在电路配合设置的第一电感和第二电感，所述第一电感上缠绕有用于测量交变电流的电流测量线圈和用于替代待测电池所在电路中负载分流电流的电流反馈线圈。本申请根据操作情形的不同，一体化设置了两种测量结构，一种是直接注入形式，适于大负载的测定；一种是采用第二电感进行间接注入形式，适于小负载的测定，由于电池的内阻在不同的操作情形下，其电阻并不完全一致，因此集成设置两种测量方式，可以大大的提高便利度，以及对于内阻进行持久性的在线测量的可靠性和稳定性。

Description

一种在线式电池内阻测量装置

技术领域

本申请涉及一种在线式电池内阻测量装置。

背景技术

电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力，它包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力，一般分为交流内阻和直流内阻，由于充电电池内阻很小，测直流内阻时由于电极容量极化，产生极化内阻，故无法测出其真实值，而测其交流内阻可免除极化内阻的影响，得出真实的内值。交流内阻测试方法为：利用电池等效于一个有源电阻的特点，给电池一个1KHz，50mA的恒定电流，对其电压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值。现在采用的测定方法多是断路测定方式，对于一些不宜甚至不能断开电池的情况，较难进行准确测量；另外就是电池的电阻也在不断变化之中，在一些需要进行较为频繁、定时的电阻监控的情形下，可用方法以及设备并不多。

实用新型内容

为了解决上述问题，本申请一方面提出来一种在线式电池内阻测量装置，包括待测电池，待测电池所在电路以及待测电池所在电路中的负载；包括与待测电池所在电路配合设置的第一电感和第二电感，所述第一电感上缠绕有用于测量交变电流的电流测量线圈和用于替代待测电池所在电路中负载分流电流的电流反馈线圈，所述第二电感上缠绕有用于接收外界电流输入的激励电流线圈；待测电池与主交流电供给部电性相连，还包括用于测量交流电压供给部提供电压值的电压测量器；用于测量电流测量线圈中电流的电流测量器以及用于为电流反馈线圈和激励电流线圈提供辅助交流电流的次交流电供给部。本申请根据操作情形的不同，一体化设置了两种测量结构，一种是直接注入形式，适于大负载的测定；一种是采用第二电感进行间接注入形式，适于小负载的测定，由于电池的内阻在不同的操作情形下，其电阻并不完全一致，因此集成设置两种测量方式，可以大大的提高便利度，以及对于内阻进行持久性的在线测量的可靠性和稳定性。

优选的，所述第一电感为两可开合设置的第一半圆磁芯和第二半圆磁芯；所述第二电感为两开合设置的第三半圆磁芯和第四半圆磁芯；还包括两相对设置的第一卡接壳体和第二卡接壳体，所述第一半圆磁芯和第三半圆磁芯设在第一卡接壳体内，所述第二半圆磁芯和第四半圆磁芯设在第二卡接壳体内。

优选的，在第一电感上设有霍尔传感器。

优选的，还包括一极性选择电路，所述霍尔传感器、主交流电供给部、次交流电供给部、电压测量器、电流测量器与极性选择电路电性相连。

优选的，还包括与电流反馈线圈相连的第一放大器，与电压测量器相连的第二放大器，第一放大器与第二放大器分别与第一滤波器相连；主交流电供给部、次交流电供给部、电流反馈线圈分别与极性选择电路相连，极性选择电路通过恒流功率放大器与第二滤波器相连，第一滤波器通过模数转换器与处理器相连，第二滤波器通过数模转化器与处理器相连，处理器分别与输入部和显示部相连。

另一方面，本申请提出了一种在线式电池内阻测量方法，提供待测电池，待测电池所在电路以及待测电池所在电路中的负载；估测负载等效电阻与待测电池内阻的比值，若比值大于第一比例，则进行直接注入式测量，如比值小于第二比例，则进行间接注入式测量；所述第一比例不小于第二比例。本申请通过设置第一比例以及第二比例，使得在测量时可以进行在线选择，当然第一比例可以等于第二比例，在此种情况下，实际上是根据一种界限值，在此界限值上，对两种测量方式进行选择，若采用自动化控制，则可以实现对于电池内阻变化的实时精确监控测量。

优选的，若比值处在第一比例和第二比例之间，则两种测量方式依次进行测量操作。

优选的，所述直接注入式测量采用如下步骤进行：首先向电池输入激励电流并进行电池电压测定，然后利用第一电感上的电流反馈线圈来调整第一电感，使得电流测量线圈得到的信号为总激励电流减去负载分流的激励电流，计算得到电池通过的激励电流大小，然后计算得到电池内阻。

优选的，所述间接注入式测量采用如下步骤进行：首先通过第二电感输入激励电流，然后通过第一电感测定电流信号，并测定电池的电压变化，然后计算得到电池内阻。

优选的，所述第一比例为400-100，所述第二比例为100-4。

本申请能够带来如下有益效果：

1、本申请根据操作情形的不同，一体化设置了两种测量结构，一种是直接注入形式，适于大负载的测定；一种是采用第二电感进行间接注入形式，适于小负载的测定，由于电池的内阻在不同的操作情形下，其电阻并不完全一致，因此集成设置两种测量方式，可以大大的提高便利度，以及对于内阻进行持久性的在线测量的可靠性和稳定性；

2、本申请通过设置第一比例以及第二比例，使得在测量时可以进行在线选择，当然第一比例可以等于第二比例，在此种情况下，实际上是根据一种界限值，在此界限值上，对两种测量方式进行选择，若采用自动化控制，则可以实现对于电池内阻变化的实时精确监控测量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请的示意图；

图2为本申请的接线端示意图；

图3为本申请的电感装配部分的示意图；

图4为恒流功率放大器部分的示意图；

图5为直接电流注入测量的示意图；

图6为直接电流注入测量另一状态的示意图；

图7为间接电流注入测量的示意图；

图8为电流测量电路的示意图；

图9为电压测量电路的示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合附图，对本申请进行详细阐述。

在第一个实施例中，如图1-2所示，一种在线式电池内阻测量装置，包括待测电池1，待测电池1所在电路以及待测电池1所在电路中的负载2；包括与待测电池1所在电路配合设置的第一电感3和第二电感4，所述第一电感3上缠绕有用于测量交变电流的电流测量线圈5和用于替代待测电池1所在电路中负载2分流电流的电流反馈线圈6，所述第二电感4上缠绕有用于接收外界电流输入的激励电流线圈7；待测电池1与主交流电供给部8电性相连，还包括用于测量交流电压供给部提供电压值的电压测量器；用于测量电流测量线圈5中电流的电流测量器以及用于为电流反馈线圈6和激励电流线圈7提供辅助交流电流的次交流电供给部。所述第一电感3为两可开合设置的第一半圆磁芯9和第二半圆磁芯10；所述第二电感4为两开合设置的第三半圆磁芯11和第四半圆磁芯12；还包括两相对设置的第一卡接壳体13和第二卡接壳体14，所述第一半圆磁芯9和第三半圆磁芯11设在第一卡接壳体13内，所述第二半圆磁芯10和第四半圆磁芯12设在第二卡接壳体14内。在第一电感3上设有霍尔传感器26。还包括一极性选择电路18，所述霍尔传感器26、主交流电供给部8、次交流电供给部、电压测量器、电流测量器与极性选择电路18电性相连。还包括与电流反馈线圈6相连的第一放大器15，与电压测量器相连的第二放大器16，第一放大器15与第二放大器16分别与第一滤波器17相连；主交流电供给部8、次交流电供给部、电流反馈线圈6分别与极性选择电路18相连，极性选择电路18通过恒流功率放大器19与第二滤波器20相连，第一滤波器17通过模数转换器22与处理器21相连，第二滤波器20通过数模转化器23与处理器21相连，处理器21分别与输入部24和显示部25相连。极性选择电路实质上起到供电转换作用；电压测量器以及电流测量器实质上是通过放大器、滤波器以及模数转换器之后由处理器直接获取。

在第二个实施例中，具体操作时，如图1，图3-图9所示，对于本申请的处理器，严格按照固定间隔时间t向数模转换器输出N个正弦波数据，数模转换器输出正弦波频率f＝1/(t*N)，f取值1kHz。处理器可以计算新的正弦波数据来调整正弦波输出幅度，1kHz正弦波输入到滤波器，做低通滤波除去高次谐波。正弦信号送入到恒流功率放大电路，将正弦电压信号转换为正弦恒流激励信号。

对于本申请的恒流功率放大器部分，这部分电路由误差放大器101、功率放大器102、检流电阻103、仪表放大器104、量程选择开关105部分组成。检流电阻上的电流信号经过仪表放大器放大，与输入的正弦波信号一同送到误差放大器比较，两信号间的误差被放大输出驱动功率放大器。检流电阻上的电流随之变化，使得经仪表放大之后的信号与输入的正弦波幅度精密一致，而极性相反。处理器再根据检测到的经过待测电池1的交流激励电流大小，和交流激励电流在内阻作用下于待测电池1两端产生的交流压降的大小选择适合的量程，使量程开关闭合。选择好合适的量程后，处理器调整1kHz正弦信号的幅度，细调输出电流大小。使经过待测电池1的交流激励电流和交流激励电流在待测电池1两端产生的交流压降，经过放大器1和放大器2后幅值都能达到满量程80％以上，测量会更加精准。

对于电流反馈极性和激励信号注入方式部分，这部分电路由电流注入方式选择开关、电流反馈线圈极性选择开关、霍尔传感器信号放大器部分组成。交流激励电流线号经过隔直电容耦合进激励信号注入方式选择开关。使用第二种电流注入方式时，开关向线圈方向闭合时交流激励电流将直接耦合进待测电池1向负载2供电的电源线中。当使用第一种电流注入方式时，开关向开关闭合，交流激励电流，然后电流会通过开关选择接入电流检测线圈一的电流反馈绕组1-3、1-4的方向。

在使用时，有两种电流注入方式，至于是选择哪一种是需要利用一个预估值，或者负载2的等效电阻与上一次测定的待测电池1的电阻值的比值进行测定的，若比值大于第一比例，则进行直接注入式测量，如比值小于第二比例，则进行间接注入式测量；所述第一比例不小于第二比例，若在二者之间，则可以先采用直接注入式测量，再间接注入式测量，或者反之，若二者的测量经过没有重大偏差，则取二者平均值。

使用待测电池1供电的负载2，其等效阻值通常不是固定不变的，例如设备在待机和开机状态下，低功率和全功率模式下消耗的电流差别很大，其等效电阻变化范围很宽。

例如，待测电池1电压12V，内阻100mΩ，用电器工作在低功率状态，待测电池1向负载2放电电流0.3A，负载2等效电阻值是40Ω。使用第2种电流注入方式，交流激励电流50mA，这时激励电流在负载2上产生的电压降达到2V。考虑到线路中待测电池1内阻，线路电阻等产生的压降，再通过电流注入电感与待测电池1给负载2供电线的匝比3:1，使用第2种电流注入方式会使恒流功率放大电路输出信号的电压摆幅超过6V。如果负载2电阻进一步提升，功率放大电路输出信号的电压摆幅将会达到测试仪电源电压，将不能正常输出恒流信号，影响到测量精度。这时就使用第一种，在待测电池1两端的电流注入方式，交流激励电流通过待测电池1和负载2的比例为400:1。被负载2分流走的激励电流再通过电流检测线圈1检出，提高了内阻测试精度。

反之当负载2电阻减小，使用第一种电流注入方式负载2会分流更多的交流激励电流，使得待测电池1两端的电压降减小。例如待测电池1电压12V，内阻100mΩ，用电器短时间工作在大功率状态，待测电池1向负载2放电电流30A，负载2等效电阻值是0.4Ω。交流激励电流50mA，交流激励电流通过待测电池1和负载2的比例为4:1，待测电池1两端的电压降会是使用第二种电流注入方式的0.8倍。切换成第二种电流注入方式，待测电池1和负载2上交流压降总和仅为25mV

直接电流注入测量，电流检测线圈1检测原理如下：

线圈1-5和1-6代表的是穿过电流检测线圈1的待测电池1向负载2供电的电源线，线圈的1-3、1-1、1-6是同名端。线圈1-3和1-4匝数为1匝，线圈1-5和1-6匝数为1匝。线圈1-1和1-2匝数100匝。如上图，此时待测电池1向负载2供电的直流电流由正极进入1-5，再从1-6流出。3-1和3-2分别是待测电池1直流电压测量端的正极和负极，同时对交流电压降采样。我们设定此时直流在磁环中产生了一个方向固定的磁场，使霍尔元件输出一个正电压信号且3-1为正电压，霍尔输出信号经过放大送给处理器。处理器控制电流反馈线圈极性选择开关使交流激励电流通过端口3-3和3-4注入待测电池1。从1-3进入，在1-4流出，这时一部分交流激励电流进入线圈1-5和1-6，此时由于线圈1-3和1-4、1-5和1-6匝数同为1匝但电流方向相反，两个线圈中激励电流产生的交变磁场一部分抵消。最终剩余的交变磁场强度是总交流激励电流减去被负载2分流的部分，并在线圈1-1和1-2感应出相应的交流信号送入放大器2。比如待测电池1电压12V，内阻100mΩ，用电器工作在低功率状态，待测电池1向负载2放电电流3A，负载2等效电阻值是4Ω。交流激励电流50mA。经过待测电池1的激励电流为i₁＝50*40/41mA，约为48.780mA。经负载2分流的电流为i₂＝50/41mA，约为0.976mA。所以1-1和1-2输出的电流为i₀＝(i₁-i₂)/100mA，约为0.47804mA。

如上图，电流检测线圈1夹在了待测电池1向负载2供电的负极电源线上，直流电流会从1-6进入线圈1-5流出，此时霍尔传感器输出负电压信号，3-1端测量待测电池1电压是正电压。这时处理器控制电流反馈线圈极性选择开关使交流激励电流从1-4进入，在1-3流出。线圈1-1和1-2输出的信号对应总交流激励电流减去被负载2分流的部分。

当3-1端为负电压霍尔输出正电压时，处理器控制电流反馈线圈极性选择开关使交流激励电流从1-4进入，在1-3流出。

当3-1端为负电压霍尔输出负电压时，处理器控制电流反馈线圈极性选择开关使交流激励电流从1-3进入，在1-4流出。

间接电流注入测量：

线圈2-3和2-4代表的是穿过电流注入电感的电源线，匝数为1匝。2-1和2-2匝数为4匝。

选择通过电流注入电感后，交流激励电流通过线圈2-1和2-2，感应给2-3和2-4。在测量大容量待测电池1或待测电池1组时，由于待测电池1内阻很小需要很大的激励电流。例如待测电池1电压12V，内阻4mΩ，对负载2放电电流200A，负载2等效电阻0.06Ω。通过2-1和2-2、2-3和2-4的匝比4:1就可将激励电流放大4倍，即当2-1和2-2中有0.5A激励电流时2-3和2-4中会有2A感应激励电流。感应激励电流在通过1-5和1-6时又会在1-1和1-2上感应出对应的电流，i₀＝2/100A＝0.02A电流。

测量电流：

电流检测端1-1接地，1-2接运算放大器反相输入端，在反相输入端和输出端有多个阻值精密电阻和选择开关。可根据电流大小接入相应电阻，运算放大器输出端就会输出相应电压，u＝i*R。输出的电压信号再送到后级做处理，最终经模数转换器转换为数字信号，采用FFT对数据处理得到1kHz交流激励信号的幅度相位角等信息。

3-1和3-2端信号经过电容隔直对交流电压降用仪表放大器放大输出，信号再送到后级做处理，最终经模数转换器转换为数字信号，采用FFT对数据处理得到所需1kHz交流电压降信号的幅度相位角等信息。

由交流电压电流的数据计算出待测电池1内阻值。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种在线式电池内阻测量装置，包括待测电池，待测电池所在电路以及待测电池所在电路中的负载；其特征在于：包括与待测电池所在电路配合设置的第一电感和第二电感，所述第一电感上缠绕有用于测量交变电流的电流测量线圈和用于替代待测电池所在电路中负载分流电流的电流反馈线圈，所述第二电感上缠绕有用于接收外界电流输入的激励电流线圈；待测电池与主交流电供给部电性相连，还包括用于测量交流电压供给部提供电压值的电压测量器；用于测量电流测量线圈中电流的电流测量器以及用于为电流反馈线圈和激励电流线圈提供辅助交流电流的次交流电供给部。

2.根据权利要求1所述的一种在线式电池内阻测量装置，其特征在于：所述第一电感为两可开合设置的第一半圆磁芯和第二半圆磁芯；所述第二电感为两开合设置的第三半圆磁芯和第四半圆磁芯；还包括两相对设置的第一卡接壳体和第二卡接壳体，所述第一半圆磁芯和第三半圆磁芯设在第一卡接壳体内，所述第二半圆磁芯和第四半圆磁芯设在第二卡接壳体内。

3.根据权利要求1所述的一种在线式电池内阻测量装置，其特征在于：在第一电感上设有霍尔传感器。

4.根据权利要求3所述的一种在线式电池内阻测量装置，其特征在于：还包括一极性选择电路，所述霍尔传感器、主交流电供给部、次交流电供给部、电压测量器、电流测量器与极性选择电路电性相连。

5.根据权利要求4所述的一种在线式电池内阻测量装置，其特征在于：还包括与电流反馈线圈相连的第一放大器，与电压测量器相连的第二放大器，第一放大器与第二放大器分别与第一滤波器相连；主交流电供给部、次交流电供给部、电流反馈线圈分别与极性选择电路相连，极性选择电路通过恒流功率放大器与第二滤波器相连，第一滤波器通过模数转换器与处理器相连，第二滤波器通过数模转化器与处理器相连，处理器分别与输入部和显示部相连。