充电电池在线检测装置及基于该装置检测内阻的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及电池检测领域。
【背景技术】
[0002] 目前对电池质量进行评估的主要参数为电池内阻。内阻是衡量电池性能的一个重 要技术指标。正常情况下，内阻小的电池的大电流放电能力强，内阻大的电池放电能力弱。 检测电池内阻的方法主要有：（1)密度法:密度法主要通过测量电池电解液的密度来估算电 池的内阻，常开口式铅酸电池的内阻测量，但不适合密封铅酸蓄电池的内阻测量。该方法的 适应范围窄。（2)开路电压法:开路电压法是通过测量蓄电池的端电压来估计蓄电池内阻， 精度很差，甚至易得出错误结论。由于即使一个容量已经变得很小的蓄电池，在浮充状态下 其端电压仍表现的很正常。（3)直流放电法:直流放电法就是通过对电池进行瞬间大电流放 电，测量电池上的瞬间电压降，通过欧姆定律计算出电池内阻。但是其存在一定缺陷，大电 流放电对蓄电池造成损害较大，从而影响蓄电池的容量及寿命。（4)交流注入法:交流注入 法通过对蓄电池注入一个恒定的交流信号Is，测量出蓄电池两端的电压响应信号V Q，以及两 者的相位差Θ，由阻抗公式Z c〇S0来确定蓄电池的内阻R。由于该方法需要的参 Js 数较多，进而干扰因素较多，增加了系统的复杂性，同时易影响测量精度。
[0003] 由此可见，目前并没有一种好的充电电池在线测量方法和在线测量仪器。
【发明内容】
[0004] 本发明为了满足对具有测量精度高、不影响蓄电池的容量及寿命、适用范围宽的 充电电池在线测量方法及装置的需求，提出了充电电池在线检测装置及基于该装置检测内 阻的方法。
[0005] 充电电池在线检测装置，它包括蓄电池 3;它还包括交流信号发生器1、交流电流功 率放大器2、电压隔离放大电路4、模拟乘法器5、低通滤波器6、直流放大器7、A/D转换器8、中 央处理器9、交流电流取样电路11和交流电流反馈调节单元12;
[0006] 交流信号发生器1的信号输出端同时连接交流电流功率放大器2的信号输入端和 模拟乘法器5的一个乘法信号输入端;交流电流功率放大器2的取样信号输出端连接交流电 流取样电路11的取样信号输入端;交流电流取样电路11的取样信号输出端连接交流电流反 馈调节单元12的取样信号输入端;交流电流反馈调节单元12的反馈信号输出端连接交流信 号发生器1的反馈信号输入端；
[0007] 交流电流功率放大器2的功放输出端连接蓄电池3的信号输入端；蓄电池3的电压 信号输出端连接电压隔离放大电路4的输入端；电压隔离放大电路4的电压放大信号输出端 连接模拟乘法器5的另一个乘法信号输入端；
[0008] 模拟乘法器5的信号输出端连接低通滤波器6的滤波信号输入端;低通滤波器6的 滤波信号输出端连接直流放大器7的放大信号输入端;直流放大器7的放大信号输出端连接 A/D转换器8的信号输入端;A/D转换器8的信号输出端连接中央处理器9的信号输入端。
[0009] 基于充电电池在线检测装置检测内阻的方法，该检测内阻的方法为：
[0010] 交流信号发生器1输出的正弦波信号为：
[0011] ui( ω t) =A cos ω t (1)
[0012] 该正弦交流电流经由交流电流取样电路11取样、交流电流反馈调节单元12反馈、 交流电流功率放大器2放大后加载在蓄电池3两端的相应信号为：
[0013] U2( ω t) =B cos( ω t+θ) (2)其中，Θ为注入储能用充电电池的交流和 其两端信号的相位差，ω为正弦波信号的角频率;t为时间;Α为和Β均为信号幅值；
[0014] 通过正弦波信号输入至模拟乘法器5,蓄电池3两端的相应信号经过电压隔离放大 电路4后输入至模拟乘法器5,经模拟乘法器5进行乘法运算后获得运算结果：
[0015] u(c〇t)=kXui(c〇t)Xu2(? t) = kAB cosc〇tXcos(c〇 t+θ) = 0 · 5kAB[cos9+cos(2 cot+θ)] (3)
[0016] 其中，k为模拟乘法器的放大系数；
[0017] 模拟乘法器5进行乘法运算后获得的运算结果经过低通滤波器6滤过后滤掉公式 (3)中的交流成分，再经过直流放大器7放大、A/D转换器8进行模数转换后得到：
[0018] u = 0.5kAB COS0 (4)又根据交流法测内阻原理得：
[0019]
C5)
[0020] 其中，I为交流恒流源信号的最大值；
[0021] 中央处理器9中，将公式(5)带入公式(4)中可得内阻R为：
[0022](6)
[0023]公式(6)
中，k、A、I都是已知量，u为经低通滤波器6滤除交流成分后获得的电压值。 [0024]有益效果:本发明所述的充电电池在线检测装置及基于该装置检测内阻的方法， 通过交流信号发生器发出一个正弦波信号，该正弦波信号经交流电流取样电路取样、交流 电流反馈调节单元调节后再经交流电流功率放大器放大后加载在充电电池的两端，在充电 电池的两端形成电压信号，该电压信号经过电压隔离放大电路放大后与交流信号发生器输 出的正弦波信号经模拟乘法器进行乘法运算后，再经低通滤波器滤波、直流放大器放大及 A/D转换器进行模数转换后输入至中央处理器，经中央处理器进行除法运算后获得充电电 池的内阻的阻值，并显示在键盘及显示电路上。本发明通过上述过程，满足了对具有测量精 度高、不影响蓄电池的容量及寿命、适用范围宽的充电电池在线测量方法及装置的需求。本 发明还适用于测量其他电池的内阻。
【附图说明】
[0025]图1为充电电池在线检测装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]【具体实施方式】一、参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的充电电池在线 检测装置，它包括蓄电池3;它还包括交流信号发生器1、交流电流功率放大器2、电压隔离放 大电路4、模拟乘法器5、低通滤波器6、直流放大器7、A/D转换器8、中央处理器9、交流电流取 样电路11和交流电流反馈调节单元12;
[0027] 交流信号发生器1的信号输出端同时连接交流电流功率放大器2的信号输入端和 模拟乘法器5的一个乘法信号输入端;交流电流功率放大器2的取样信号输出端连接交流电 流取样电路11的取样信号输入端;交流电流取样电路11的取样信号输出端连接交流电流反 馈调节单元12的取样信号输入端;交流电流反馈调节单元12的反馈信号输出端连接交流信 号发生器1的反馈信号输入端；
[0028] 交流电流功率放大器2的功放输出端连接蓄电池 3的信号输入端；蓄电池 3的电压 信号输出端连接电压隔离放大电路4的输入端；电压隔离放大电路4的电压放大信号输出端 连接模拟乘法器5的另一个乘法信号输入端；
[0029] 模拟乘法器5的信号输出端连接低通滤波器6的滤波信号输入端;低通滤波器6的 滤波信号输出端连接直流放大器7的放大信号输入端;直流放大器7的放大信号输出端连接 A/D转换器8的信号输入端;A/D转换器8的信号输出端连接中央处理器9的信号输入端。
[0030] 本实施方式所述的充电电池在线检测装置，其工作原理为:该装置内部的交流信 号发生器1产生一个频率稳定、对称、失真度低的正弦波信号，该正弦波信号输入至交流电 流功率放大器2内进行功率放大后输出正弦交流电流;该正弦交流电流经由交流电流取样 电路11取样、交流电流反馈调节单元12反馈后输入至交流信号发生器1，实现调节交流信号 发生器1输出的正弦波信号输出电流的大小，进而使交流电流功率放大器2输出的电流保持 稳定的目的。经过取样和反馈以后，交流电流功率放大器2输出的电流称为稳定电流。该部 分为一个闭环控制系统，属于电流负反馈电路。
[0031 ]所述稳定电流加载在充电的蓄电池3的两端，在充电的蓄电池3的两端产生电压， 该电压经过电压隔离放大电路4隔离放大后输入至模拟乘法器5;交流信号发生器1输出的 正弦波信号也输入至模拟乘法器5;在模拟乘法器5内部进行乘法运算后，该运算结果经低 通滤波器6滤波、直流放大器7放大、AD转换器8进行模数转换后输入至中央处理器9，经中央 处理器进行处理后获得充电电池的内阻的阻值。
[0032] 本发明所述的充电电池在线检测装置，通过上述工作过程实现了测量精度高的需 求，同时满足了在大电流放电时不影响蓄电池的容量及寿命的需求，另外，该装置的适用范 围比较宽。
[0033] 检测电池内阻的意义：
[0034] 1、工厂中出厂检验的项目之一。2、组装电池组时，需挑选内阻相近的电池单元组 成一组。3、因电池的容量Ah越大，内阻就越小，因此可以根据内阻大小粗略判断电池容量。 4、电池老化和失效后突出的表现为内阻增大，因此测试电池内阻就可以快速判断出电池的 老化程度。5、电池组维护过程中，需要经常测试各电池单元的内阻，以便把内阻增大的单元 挑出来，换个好的。
[0035]蓄电池作为电源系统停电时的备用电源，已广泛的应用于工业生产、交通、通信等 行业。如果电池失效或容量不足，就有可能造成重大事故，所以必须对蓄电池的运行参数进 行全面的在线监测。蓄电池状态的重要标志之一就是它的内阻。无论是蓄电池即将失效、容 量不足或是充放电不当，都能从它的内阻变化中体现出