便于在线测量电池电动势和内阻的辅助电路

1.本实用新型涉及电池管理技术领域，具体涉及一种可快速便于在线测量电池电动势和内阻的辅助电路和方法。


背景技术：

2.随着电池技术的不断进步，使用电池供电的设备日益增多。大到电动汽车，小到智能终端，无不依赖电池提供工作所需的电量。为了实现电池的有效利用，减少不必要的资源浪费和环境污染，需要在运行过程中对电池荷电状态和健康状况做出准确评估。电池电动势和内阻是描述电池荷电状态、评估电池健康状况的两个主要参数，其准确测量对于实现高效的电池管理至关重要。然而，传统的电池电动势和内阻测量方法要么需要建立复杂的电化学电池模型，导致测量方法只能用于特定类型的电池，并且计算复杂度很高；要么需要复杂、昂贵的专业仪器或者需要对目标电池进行长时间静置，不仅干扰目标设备的正常运行，还无法实现实时、快速的在线测量。这些问题严重制约了电池管理技术的有效利用，特别是对低成本、低功耗的嵌入式设备而言。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种便于在线测量电池电动势和内阻的辅助电路，能辅助实现在线测试电池电动势和内阻。
4.本实用新型所述的一种便于在线测量电池电动势和内阻的辅助电路，包括：
5.用于测量目标电池的输出电流值和目标电池的端电压值的电压电流测量单元；
6.用于调节工作电流的电流调节单元，该电流调节单元与电压电流测量单元电连接；
7.以及用于控制电流调节单元和电压电流测量单元工作的控制单元，该控制单元分别与电压电流测量单元和电流调节单元电连接。
8.可选地，所述电流调节单元由n个相并联的电流调节子单元组成。
9.可选地，每个所述电流调节子单元包括一个mos管和一个电阻，每个电流调节子单元中的mos管与电阻串联。
10.可选地，所述电压电流侧单元包括分流电阻r和模数转换电路，所述分流电阻r的一端分别与目标电池的正极、模数转换电路连接，分流电阻r的另一端分别与目标设备、电流调节单元和模数转换电路连接。
11.可选地，所述控制单通用i/o，或i2c、spi总线与目标设备连接。
12.本实用新型具有以下优点：能够在目标设备运行的同时辅助实现在线测量电池电动势和电池的内阻，不干扰目标设备的正常功能；对目标设备计算能力要求低，特别适用于低成本、低功耗的嵌入式设备。
附图说明
13.图1为本实施例中辅助电路为独立模块的原理框图；
14.图2为本实施例中辅助电路为独立模块的电路图；
15.图3为本实施例中辅助电路全部集成于目标设备上的原理框图；
16.图4为本实施例的流程图；
17.其中：1、目标电池，2、电压电流测量单元，3、电流调节单元，4、控制单元，5、目标设备。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步说明。
19.本实施例中，一种便于在线测量电池电动势和内阻的辅助电路，包括电压电流测量单元2、电流调节单元3和控制单元4；所述电压电流测量单元2用于测量目标电池1的输出电流值和目标电池1的端电压值；所述电流调节单元3用于调节工作电流，以实现电池输出电流的改变，该电流调节单元3与电压电流测量单元2电连接；所述控制单元4用于控制电流调节单元3和电压电流测量单元2，以实现电池端电压和输出电流的测量以及工作电流的改变，该控制单元4分别与电压电流测量单元2和电流调节单元3电连接。
20.使用时，所述电压电流测量单元2与目标电池1连接，所述电流调节单元3与目标设备5的电源端连接；所述控制单元4与目标设备5建立通信连接。
21.本实施例中，所述控制单元4通用i/o，或i2c、spi总线与目标设备5连接。
22.本实施例中，该辅助电路可以是一个独立的模块(如图1和图2所示)，亦可全部电路集成于目标设备5上(参加图3)。
23.如图1和图2所示，以下以辅助电路是一个独立的模块为例进行说明：
24.所述电压电流测量单元2由模数转换器和分流电阻r构成，所述分流电阻r的一端分别与目标电池1的正极、模数转换电路连接，分流电阻r的另一端分别与目标设备5、电流调节单元3和模数转换电路连接。通过对分流电阻r端电压vin和vout进行测量，可获得目标电池1的端电压和输出电流。
25.所述电流调节单元3由n个相并联的电流调节子单元组成。每个所述电流调节子单元包括一个mos管和一个电阻，每个电流调节子单元中的mos管与电阻串联。通过控制mos管的导通改变电路等效负载电阻，从而达到改变目标电池1输出电流的目的。
26.如图2和图4所示，一种利用便于在线测量电池电动势和内阻的辅助电路进行电池电动势和内阻测试的方法，包括如下步骤：
27.s1：通过控制单元4控制mos管1的栅极电压，使mos管1导通，其余mos管截止；
28.s2：通过模数转换电路测量此时的目标电池1端电压u1；通过模数转换电路测量分流电阻r端电压，进一步测量出此时的电池输出电流i1；
29.s3：重复上述步骤s1和步骤s2，令不同的mos管导通，得到不同工作状态下n组电池端电压和输出电流的二元数组(u
i
，i
i
)；
30.s4：利用线性回归方法，建立电池端电压～输出电流的拟合模型u
i
＝a*i
i
+b；
31.s5：使用最小二乘法确定线性回归模型中的相关参数，具体为：
32.s51：计算残差平方和为：
[0033][0034]
其中，q(a,b)为残差平方和，ε
i
为实际值与预测值之间的差；
[0035]
s52：对模型参数a和b求偏导，并令其等于0，得到：
[0036][0037]
则有：
[0038][0039]
s53：由此解得：
[0040][0041][0042]
其中：
[0043]
s6：利用所得模型参数估计目标电池1的电动势e和内阻r，具体为：
[0044]
s61：建立的目标电池1端电压与输出电流的线性回归模型为：
[0045][0046]
其中，u为目标电池1端电压，i为目标电池1输出电流；
[0047]
s62：对于目标电池1端电压和目标电池1输出电流具有如下关系：
[0048]
u＝emf
‑
i*r
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0049]
其中，emf为目标电池1电动势，r为目标电池1的内阻；
[0050]
s63：由上述式(6)、(7)可得到目标电池1电动势和目标电池1的内阻：
[0051][0052][0053]
本实施例所述的便于在线测量电池电动势和内阻的辅助电路采用以上测试方法后，能够根据实现快速在线测量目标电池1的电动势和内阻。
[0054]
本实施例中，目标电池1的种类不限，可以是常用的锂电池、碱性电池、锂亚电池等任何电池。目标设备5亦不限，可以是各种电池供电的设备。
[0055]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。