直流小电流二次放电蓄电池内阻在线检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电池内阻检测装置，特别设及一种直流小电流二次放电蓄电池内 阻在线检测方法。
【背景技术】
[0002] 蓄电池作为能源存储的主要载体在现代社会正在发挥越来越重要的作用，蓄电池 作为动力电池或者后备电源被广泛应用于各个行业，大到军工行业小至日常生活的各个方 面。不仅如此，蓄电池作为后备电源也被广泛应用于各个行业。无论是蓄电池的性能、容量 状态或是充放电情况，都能从它的内阻变化中体现出来。因此可W通过测量蓄电池的内阻， 对其工作状态进行监测评估。蓄电池的内阻作为反映蓄电池性能的重要参数，关于其值的 准确测量特别是在线检测具有十分重要的意义。
[0003] 目前蓄电池内阻检测常用的方法主要有密度法、交流注入法、直流放电法。密度法 主要是通过检测蓄电池电解液的密度来估算蓄电池的内阻，常用于开口式铅酸蓄电池的内 阻检测，不适合密封式铅酸蓄电池的内阻检测，该方法的适用范围较窄。交流注入法通过对 蓄电池注入一个低频交流电流信号，电池的响应会产生一个电压和电流的相移，测得蓄电 池两端的低频电压和流过的低频电流W及两者的相位差，从而可计算出蓄电池的内阻。交 流法由于不需要放电，不用处于静态或脱机状态，可W实现安全的在线检测管理。但是，运 种方法由于测量量过多，导致干扰因素增多，且增加了系统的复杂性，影响测量精度，相对 而言比较适合于单体电池的检测。直流内阻测试法的基本原理是给蓄电池串联直流负载， 对电池进行瞬间大电流放电，通常为几十到上百安培，通过检测负载撤除前后的放电电流 和蓄电池端电压的变化，由此可W求出蓄电池的内部阻抗。直流法的主要优点在于蓄电池 在线时可W精确地检测蓄电池的内阻，测量结果不受充电器纹波和其他噪声的影响。此外， 测量误差可控制在0. 1%之内。此方法法也存在一定的缺陷，由于放电电流较大，小容量电 池可能难W在几秒钟内承受较大的电流。同时，当蓄电池有大的电流通过时，内部化学反应 复杂，会出现极化内阻，对蓄电池的损害也较大，而且反复的大电流放电不利于在线检测。
【发明内容】
[0004] 本发明是针对蓄电池内阻检测常用的方法存在的问题，提出了一种直流小电流二 次放电蓄电池内阻在线检测方法，克服了大电流放电对蓄电池的损害和不宜在线监测的缺 点。 阳〇化]本发明的技术方案为：一种直流小电流二次放电蓄电池内阻在线检测方法，具体 包括如下步骤：
[0006] 1)建立两个放电回路，蓄电池、串联在蓄电池两端的开关Si和采样精密电阻Ri构 成的第一放电回路，蓄电池、串联在蓄电池两端的开关S2和采样精密电阻R2构成的放电回 路，单片机输出控制信号控制两个开关Si、S2分段工作；
[0007]。首先将两个放电回路开关Si和S2都断开，测得负载电阻两端电压U。和电流， 由欧姆定律可求得蓄电池在线状态下的负载电阻值町； 阳00引扣对蓄电池进行第一次小电流放电，开关Si闭合，开关S2断开，检测蓄电池两端 电压Ui，再对蓄电池进行第二次小电流放电，开关S2闭合，开关S1断开，检测蓄电池两端电 压U2,采集后信号后送信号调理模块进行处理，信号调理模块处理后的Ui、U2分别送入两个 采样保持器进行保持，两个采样保持器输出再送入差分放大电路得到U2-U1的值；
[0009] 4)将检测值送入内阻计算式得到内阻Rs
[0010]
[0011] 所述采样保持电路选用LF398作为采样保持器。
[0012]所述步骤3)第一次小电流放电时，开关Si闭合，开关S2断开，第一采样保持器处 于采样状态；然后进行小电流放电时，此时开关S2闭合，开关S1断开，第一采样保持器处于 保持状态，第二采样保持器处于采样状态；然后两个采样保持器都处于保持状态，最后将采 样保持器输出的数据Ui、U2和差分放大电路输出的U2-Ui送入带AD转换的单片机中计算得 到蓄电池的内阻值。
[0013] 本发明的有益效果在于：本发明直流小电流二次放电蓄电池内阻在线检测方法， 不仅克服了大电流放电法对蓄电池的损害和不宜在线监测的缺点，而且通过采样保持和差 分放大得到两次放电电压值差也提高了数据采集的精度，减小了误差，从而得到蓄电池内 阻的准确值，实现对蓄电池在线带载状态下的内阻的准确检测。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明直流小电流二次放电法等效电路图；
[0015] 图2为本发明直流小电流二次放电蓄电池内阻在线检测装置框图；
[0016]图3为本发明采样保持部分电路图。
【具体实施方式】
[0017] 图1为直流小电流二次放电法等效电路图，是蓄电池在直流放电状态下的电路模 型，蓄电池、串联在蓄电池两端的开关Si和精密电阻R1构成的放电回路I，蓄电池、串联在 蓄电池两端的开关S2和精密电阻R2构成的放电回路II。
[001引框内为直流放电状态下蓄电池的等效模型，Rs即为蓄电池的等效内阻，Rl为在线 状态下的等效负载，Ri、R2为放电用精密电阻。
[0019] 首先开关Si、S2都断开，可测得R巧端电压U。和流过Rl的电流I S，由欧姆定律可 得：
(1)
[0020] 阳0川其次，对蓄电池进行第一次小电流放电，Si闭合，S2断开，设R' 1=Ri//Rl(Ri、町 并联值），Ri两端电压为Ui，由欧姆定律可得： (￡):
[0022]
[0023] 然后，对蓄电池进行第二次放电，S2闭合，S1断开，设R' 2=R2//X巧2、町并联值），R2 两端电压为U2,由欧姆定律可得： (3)
[0024]
阳02引 由式似、做整理可得：
C4)
[0026]
[0027] 将R' 1、R' 2代入（4)式整理可得内阻Rs的最终表达式：
[0028] (5)
[0029] 因此，由式可知首先求出蓄电池在线状态下的等效负载町，再由两次放电测得Ui、 U2、U2-Ui，由此即可求得蓄电池的内阻Rs。
[0030] 由内阻的表达式可知需测量两次放电回路中精密电阻两端的电压值Ui与U2,W及 两者的差值U2-U1，由于U2与U1的差值很小，为了减小测量误差，提高测量精度，本文先用采 样保持器对&和U1进行采样保持，然后由差分放大得到U2-Ui的值。然后将数据送入自带 AD转换的单片机中计算得到蓄电池的内阻值。
[0031] 如图2所示直流小电流二次放电蓄电池内阻在线检测装置框图。蓄电池选用12V、 38Ah阀控式铅酸蓄电池，图2中主控忍片选用C8051F350单片机，具有片内上电复位、VDD 监视器、带24或16位单端/差分ADC、看口狗定时器和时钟振荡器，是真正能独立工作的 片上系统。放电回路I、II中精密电阻Ri、R2分别取20Ω和10Ω，两次放电电流均不超过 2A，数据采集选用霍尔传感器实现电压采集。霍尔传感器采集U。、Ui、U2信号后送信号调理 模块进行处理，由内阻Rs的表达式可知需测量U2-Ui的值，由于U2与U1的差值很小，为了 减小测量误差，本文先对U2和U1进行采样保持，采样保持后的Ui、U2送入A/D转换模块进行 模数转换送入单片机，同时采样保持后的Ui、U2送入差分放大电路得到U2-U1的值，再送A/ D转换模块进行模数转换，信号调理模块输出的U。经过A/D转换模块输出数字信号到单片 机，单片机进行内阻计算。
[0032] 如图3所示采样保持部分电路图，采样保持器选用LF398,利用逻辑电平控制其工 作状态。采样保持器具有两个稳定的工作状态。采样状态：在此期间它尽可能快的接收模 拟输入信号，并精确地跟踪模拟输入信号的变化，一直到接到保持指令为止；保持状态：对 接收到保持指令前一瞬间的模拟信号进行采样。采样保持器在保持阶段相当于"模拟信号 存储器"。图3为采样保持部分电路图，第一次放电时开关Si闭合，S2断开，采样保持器L1 处于采样状态；然后进行第二次放电，此时S2闭合，S1断开，采样保持器L1处于保持状态， L2处于采样状态；然后L1、L2都处于保持状态，最后将采集到的数据送给差分放大器得到 计算蓄电组内阻所需的数据，由单片机完成内阻的计算。
【主权项】
1. 一种直流小电流二次放电蓄电池内阻在线检测方法，其特征在于，具体包括如下步 骤： 1) 建立两个放电回路，蓄电池、串联在蓄电池两端的开关Si和采样精密电阻R i构成的 第一放电回路，蓄电池、串联在蓄电池两端的开关&和采样精密电阻1?2构成的放电回路，单 片机输出控制信号控制两个开关Si、s2分段工作； 2) 首先将两个放电回路开关SJPS2都断开，测得负载电阻两端电压U。和电流，由欧 姆定律可求得蓄电池在线状态下的负载电阻值 3) 对蓄电池进行第一次小电流放电，开关Si闭合，开关S 2断开，检测蓄电池两端电压 A，再对蓄电池进行第二次小电流放电，开关S2闭合，开关S i断开，检测蓄电池两端电压U 2， 采集后信号后送信号调理模块进行处理，信号调理模块处理后的A、U2分别送入两个采样 保持器进行保持，两个采样保持器输出再送入差分放大电路得到4-?的值； 4) 将检测值送入内阻计算式得到内阻Rs2. 根据权利要求1所述直流小电流二次放电蓄电池内阻在线检测方法，其特征在于， 所述采样保持电路选用LF398作为采样保持器。3. 根据权利要求1或2所述直流小电流二次放电蓄电池内阻在线检测方法，其特征在 于，所述步骤3)第一次小电流放电时，开关Si闭合，开关S 2断开，第一采样保持器处于采样 状态；然后进行小电流放电时，此时开关S2闭合，开关S i断开，第一采样保持器处于保持状 态，第二采样保持器处于采样状态；然后两个采样保持器都处于保持状态，最后将采样保持 器输出的数据UpU2和差分放大电路输出的U 2-Ui送入带AD转换的单片机中计算得到蓄电 池的内阻值。
【专利摘要】本发明涉及一种直流小电流二次放电蓄电池内阻在线检测方法，在蓄电池带载的状态下进行两次小电流放电，两个放电回路分别由开关和两个不同阻值的精密电阻构成，此方法是在直流大电流放电法的基础上提出的，并在电压采集的过程中使用采样保持器先对两次放电采集到的电压进行采样保持，然后经差分放大得到所需要的两次放电的电压差，根据两次采样的电压差值计算蓄电池内阻。这种方法不仅克服了大电流放电法对蓄电池的损害和不宜在线监测的缺点，而且通过采样保持和差分放大得到两次放电电压值差也提高了数据采集的精度，减小了误差，从而得到蓄电池内阻的准确值，实现对蓄电池在线带载状态下的内阻的准确检测。
【IPC分类】G01R27/02
【公开号】CN105277791
【申请号】CN201510819565
【发明人】朱武, 李莹, 黄晶, 刘雅娟, 徐浩泽, 张乐
【申请人】上海电力学院
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月23日