CN219475802U - 一种电池内阻测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池测试技术领域，为了解决现有产品测试精度偏低的技术问题，本实用新型公开了一种电池内阻测试仪，用于产生预定频率数字正弦波信号的MCU单元、用于将数字正弦波信号转换成模拟正弦波信号的DAC单元，DAC单元连接有恒流源单元，恒流源单元设置有用于高精确电流输出的功率放大器，恒流源单元输出预定频率交流电源至待测电池，设置有用于采集待测电池两端交流电压的ADC单元，ADC单元通过将模拟电压信号转换成数字电压信号反馈至MCU单元，还设置有用于和外部设备通信的串口模块。采用ADC单元实时采集待测电池两端的交流电压，测试更加精准，恒流源单元采用功率放大器进行精准电流输出，可以有效减少测试结果的误差。

Description

一种电池内阻测试仪

技术领域

本实用新型涉及电池测试技术领域，尤其涉及一种电池内阻测试仪。

背景技术

锂电池内阻是评价电池性能的重要指标之一，内阻的测试包括交流内阻与直流内阻。对于单体电池，一般以交流内阻来进行评价，即通常称为欧姆内阻。但对于大型电池组项目，在具体的应用过程中，由于测试设备等方面的限制，不能或不方便直接进行交流内阻的测试，一般通过直流内阻来评价电池组的特性。

由于锂电池在有电流的时候，会形成极化电压，电池管理系统无法获取电池的真实净值电压，如果按照采样电压开启均衡，反而有可能会增加电池的不一致性。只有在获得净值电压的情况下，才能在任何情况下，对电池进行有效的均衡，保证电池的一致性。功率管理，是针对电池的SOP进行短时和长时的功率预判，在这个过程中，需要通过电池的内阻情况，来计算电池的输出能力。

电池在放电过程结束后，由于极化的存在，电池电压会出现反弹的现象。直流阻抗技术就是利用电池在间歇放电过程中，放电结束前一瞬间的电压与放电结束稳定后的电压差来计算电池内阻的。

目前行业应用中，电池内阻的精确测量是通过专用设备来进行的。目前行业中应用的电池内阻测量方法主要有以下两种：

1.直流放电内阻测量法

根据物理公式R＝U/I，测试设备让电池在短时间内(一般为2～3秒)强制通过一个很大的恒定直流电流(目前一般使用40A～80A的大电流)，测量此时电池两端的电压，并按公式计算出当前的电池内阻。

这种测量方法的精确度较高，控制得当的话，测量精度误差可以控制在0.1％以内。但此方案有明显的不足之处：

(1)只能测量大容量电池或者蓄电池，小容量电池无法在2～3秒钟内负荷40A～80A的大电流；

(2)当电池通过大电流时，电池内部的电极会发生极化现象，产生极化内阻。故测量时间必须很短，否则测出的内阻值误差很大；

(3)大电流通过电池对电池内部的电极有一定损伤。

2.交流压降内阻测量法

因为电池实际上等效于一个有源电阻，因此我们给电池施加一个固定频率和固定电流，然后对其电压进行采样，经过整流、滤波等一系列处理后通过运放电路计算出该电池的内阻值。但存在交流压降测量法的测量精度很可能会受到纹波电流的影响，同时还有谐波电流干扰的可能，相对于直流放电内阻测量法测量精度偏低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电池内阻测试仪，以解决现有产品测试精度偏低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种电池内阻测试仪的具体技术方案如下：

一种电池内阻测试仪，包括用于为整个系统供电的电源单元、用于产生预定频率数字正弦波信号的MCU单元、用于将数字正弦波信号转换成模拟正弦波信号的DAC单元，DAC单元连接有恒流源单元，恒流源单元设置有用于高精确电流输出的功率放大器，恒流源单元输出预定频率交流电源至待测电池，设置有用于采集待测电池两端交流电压的ADC单元，ADC单元通过将模拟电压信号转换成数字电压信号反馈至MCU单元，还设置有用于和外部设备通信的串口模块。通过使用DAC单元和恒流源单元，可以输出高精度、预定频率的交流电源至待测电池，同时采用ADC单元实时采集待测电池两端的交流电压，可获得更加精准的电池内阻值；恒流源单元采用功率放大器进行电流输出，稳定性更高，可以有效减少测试结果的误差；同时设置有串口模块，可以通过串口连接上位机，实现可视化的人机交互，操控更加方便，测试结果可以实时传输到上位机进行分析处理，提高了测试效率。

进一步地，MCU单元包括控制模块，ADC单元包括第一模数转换模块和第二模数转换模块，控制模块分别通过SPI总线与第一模数转换模块、第二模数转换模块连接。采用SPI总线连接各个模块可以实现高速的数据传输，从而进一步提高了系统的采样速度和可靠性。

进一步地，控制模块通过I2C总线与DAC单元连接。通过I2C总线连接控制模块和DAC单元，可以使整个电路的结构更加简单，系统集成度更高，同时也减少了接线的数量和复杂度。

本实用新型提供的一种电池内阻测试仪具有以下优点：

通过使用DAC单元和恒流源单元，可以输出高精度、预定频率的交流电源至待测电池，同时采用ADC单元实时采集待测电池两端的交流电压，可获得更加精准的电池内阻值；恒流源单元采用高精确电流输出的功率放大器进行电流输出，稳定性更高，可以有效减少测试结果的误差；同时设置有串口模块，可以通过串口连接上位机，实现可视化的人机交互，操控更加方便，测试结果可以实时传输到上位机进行分析处理，提高了测试效率。

附图说明

图1为本实用新型提供的电池内阻测试仪系统框图；

图2为本实用新型提供的MCU单元电路结构图；

图3为本实用新型提供的恒流源单元电路结构图；

图4为本实用新型提供的ADC单元电路结构图。

图中：11、MCU单元；12、DAC单元；13、恒流源单元；14、ADC单元；15、串口模块；16、待测电池；17、电源单元；18、输入输出接口；U1、控制模块；U3、第一模数转换模块；U4、第一模数转换模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参阅图1至图3，本实用新型提供了一种电池内阻测试仪，包括用于为整个系统供电的电源单元17、用于产生预定频率数字正弦波信号的MCU单元11、用于将数字正弦波信号转换成模拟正弦波信号的DAC单元12，DAC单元12连接有恒流源单元13，恒流源单元13输出预定频率交流电源至待测电池16，待测电池16两端产生交流电压，设置有用于采集待测电池16两端交流电压的ADC单元14，ADC单元14通过将模拟电压信号转换成数字电压信号反馈至MCU单元11，还设置有用于和外部设备通信的串口模块15。

通过MCU单元11产生预定频率数字正弦波信号，并通过DAC单元12将其转换成模拟正弦波信号，再通过恒流源单元13输出预定频率交流电源至待测电池16，同时采集待测电池16两端交流电压，通过ADC单元14将模拟电压信号转换成数字电压信号反馈至MCU单元11，实现电池内阻的高精度测试。

综上所述，该电池内阻测试仪器方案具有高精度、快速响应、操作简单、功能丰富和扩展性强等有益效果，可满足用户对电池内阻测试的各种需求，提高电池测试工作的效率和质量。

在一实施方式中，MCU单元11产生1KHz数字正弦波信号，恒流源单元13输出频率为1KHz、电流为50mA的交流电源，恒流源单元13输出电源至待测电池16，待测电池16两端产生交流电压，ADC单元14通过将模拟电压信号转换成数字电压信号反馈至MCU单元11，MCU单元11处理后得出待测电池16的内阻值。

参阅图2和图4，具体地，MCU单元11包括控制模块U1，ADC单元14包括第一模数转换模块U3和第二模数转换模块U4，控制模块U1分别通过SPI总线与第一模数转换模块U3、第二模数转换模块U4连接，控制模块U1的第25端、第27端、第28端、第21端分别为第一SPI总线的片选接口、主输入从输出接口、主输出从输入接口、时钟接口；控制模块U1的第38端、第40端、第41端、第39端分别为第二SPI总线的片选接口、主输入从输出接口、主输出从输入接口、时钟接口。

控制模块U1通过I2C总线与DAC单元12连接，控制模块U1的第32端和第33端分别为时钟接口和数据接口。

参阅图3，恒流源单元13包括功率放大器U2，功率放大器U2的第1端和第12端为电源输入端正极，输入有3.3V电源；第2端和第3端为电源输出端，与待测电池16连接，其中第2端通过电阻R6、及与电阻R6串联的电容组形成输出正极，电容组包括并联的电容C6、电容C7、电容C8、电容C9，第2端的分别与二极管D4的阳极、二极管D5的阴极连接，二极管D4的阴极输入有3.3V电压，二极管D5的阳极接地；第4端和第5端为电源输入端负极；第6端为电流限制设置端，通过电阻R9接地；第7端为电流限制标志，指示器表明器件处于电流限制状态(低电平有效)，本实施中空置；第8端为反向输入引脚，用于输入反相信号，通过电阻R4与MCU单元11连接；第9端为反向输出引脚，用于输出反相信号，通过电阻R3与电容组连接，还通过电阻R2与控制模块U1的RefOut端连接，用于参考电压输出，可以提供一个固定的参考电压给到控制模块U1，实现比较、校准或精度控制等功能，提高精度和分辨率；第10端空置；第11端为使用脚，高电平使用，低电平关闭。

功率放大器U2精度高，采用高精度电流控制技术，能够实现精确的电流输出，从而使得整个系统的精度得到提高；功率放大器U2成本低，作为恒流源，能够有效降低系统的成本，取代传统的恒流源电路，从而节省了设计和制造成本。

工作原理：采用交流压降内阻测量法，因为待测电池16实际上等效于一个有源电阻，通过给待测电池16施加一个固定频率和固定电流，然后对其两端的电压进行采样，如图4所示，通过端口S+、S-采集，经过整流、滤波等处理后再送回到ADC单元14，ADC单元14读取电压信息给到MCU单元11,经过MCU单元11计算处理即可得到电池的内阻值。

由于交流压降内阻测量法的电池测量时间极短，可控制在100毫秒左右，测量精确度也高，测量精度误差在1％～2％之间，同时由于时间极短不会对电池不会造成太大的损害。

通过串口模块15与MCU单元11连接，可以通过串口模块15与上位机连接，可以提高系统的可操作性、可靠性和扩展性，提升用户的使用体验和工作效率。具体来讲如下：

1.操作便捷，采用该方案，用户可以通过上位机界面对MCU单元11进行控制和监测，操作更加直观、简单。

2.实时反馈，通过上位机界面可以实时地监测和显示MCU单元11的运行状态、传感器数据、控制指令等信息，可以及时地了解系统的运行状况，便于快速诊断和修复问题。

3.功能丰富，上位机界面可以提供各种数据分析、处理、展示等功能，例如数据可视化、图表分析、实时曲线显示等，使用户可以更加全面地了解系统的运行情况。

4.扩展性强，通过串口模块15与上位机连接，可以轻松实现系统的远程监测和控制，也可以扩展其他的外设和功能模块，使系统的功能更加强大和灵活。

综上所述，本实用新型提供的电池内阻测试仪，通过使用DAC单元和恒流源单元，可以输出高精度、预定频率的交流电源至待测电池，同时采用ADC单元实时采集待测电池两端的交流电压，可获得更加精准的电池内阻值；恒流源单元采用高精确电流输出的功率放大器进行电流输出，稳定性更高，可以有效减少测试结果的误差；同时设置有串口模块，可以通过串口连接上位机，实现可视化的人机交互，操控更加方便，测试结果可以实时传输到上位机进行分析处理，提高了测试效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电池内阻测试仪，包括用于为整个系统供电的电源单元(17)、用于产生预定频率数字正弦波信号的MCU单元(11)、用于将数字正弦波信号转换成模拟正弦波信号的DAC单元(12)，其特征在于，所述DAC单元(12)连接有恒流源单元(13)，所述恒流源单元(13)设置有用于高精确电流输出的功率放大器(U2)，所述恒流源单元(13)输出预定频率交流电源至待测电池(16)，设置有用于采集待测电池(16)两端交流电压的ADC单元(14)，所述ADC单元(14)通过将模拟电压信号转换成数字电压信号反馈至MCU单元(11)，还设置有用于和外部设备通信的串口模块(15)。

2.根据权利要求1所述的电池内阻测试仪，其特征在于，所述MCU单元(11)包括控制模块(U1)，所述ADC单元(14)包括第一模数转换模块(U3)和第二模数转换模块(U4)，所述控制模块(U1)分别通过SPI总线与第一模数转换模块(U3)、第二模数转换模块(U4)连接。

3.根据权利要求2所述的电池内阻测试仪，其特征在于，所述控制模块(U1)通过I2C总线与DAC单元(12)连接。