一种电池组内阻检测电路及电池组内阻检测方法及装置的制造方法_3

文档序号:8941744阅读:来源:国知局
l的栅极驱动 电流。
[0085] 所述第一开关管Ml管脚1为栅极,管脚2为源极,管脚3为漏极,所述第一开关管 Ml管的开关实现上半组两节电池的电流注入;所述第二开关管M2管脚1为栅极,管脚2为 漏极,管脚3为源极,所述第二开关管M2管的开关实现下半组两节电池的电流注入。
[0086] 如图5所示,为所述控制模块电路图;该模块采用32位ARM处理器。
[0087] 如图4所示,为所述多路选择模块电路图;该模块包括:多路选择芯片U1、滤波电 容C wi、滤波电阻Rwi;
[0088] 所述多路选择芯片Ul管脚X与所述滤波电阻Rwi-端相连;所述滤波电阻R wi另 一立而接输出;
[0089] 所述滤波电容Cwi-端接输出,另一端接所述多路选择芯片Ul的接地管脚GND。
[0090] 其中,所述多路选择芯片Ul为多路选择器HC4051。
[0091] 基于以上实施例,对本发明电路实现原理进行详细说明;具体如下:
[0092] 本发明采用直流电流注入法检测蓄电池内阻。所述电池组接入所述注入电流模块 根据所述控制模块的指示,分别控制两个电阻交替接入电池组,达到注入电流的目的。
[0093] 当需要检测电池组内阻时,由控制模块的ARM处理器两个I/O引脚发出两路方波 信号,所述两路信号频率相同,电平相反,分别实现所述注入电流模块对上半组电池和下半 组电池的电流注入。当所述ARM处理器将管脚RBLl置高、同时管脚RBHl置低,电阻R6、电 阻R2分压形成所述第一开关管Ml的PNP型MOS管栅极驱动电压,从而使第一开关管Ml导 通工作。第一开关管Ml的导通使R4电阻接入电路,实现三、四节电池的电流注入。当ARM 处理器将管脚RBLl置低、同时管脚RBHl置高,第一开关管Ml关断,电阻R3、R7分压形成第 二开关管M2的NPN型MOS管栅极驱动电压,从而将负载电阻R5接入电路,实现一、二节电 池的电流注入。电容CU C2的作用是揉化驱动过程使MOS管缓慢导通,减小MOS管开关产 生的瞬间尖峰电压。本发明采用500Hz、放电导通时间为800 μ s、留有200 μ s死区时间的 注入方式,检测电压变化,以防止两个电阻同时放电。两路注入信号使电阻R4,R5交替接入 电池组,每启动一次内阻检测功能,注入电流的时间控制在4个周期8ms,保证了 4节电池的 采样数据,同时电阻及MOS管发热较小,不至于过热损坏电路。
[0094] 所述电压检测模块,可完成电池电压的检测,每节电池检测相对独立并采用恒流 的方式得到采样信号。单节电池电压经过限流电阻流经PNP三极管发射极和基极,形成发 射极电流IE,利用三极管电流特性,集电极电流IC流经4个共地的采样电阻,形成4个电压 信号,送入ARM处理器A/D 口,进行电压检测。内阻检测时,由于以固定频率完成放电电阻 的接入与断开,这样会在电池两端形成相同频率的电压变化,进而检测电路中同时存在相 同频率的交流分量,由于C4、C5、C6电容的存在,电阻R12、R14、R16接入电路中,使此电池端 交流分量电压变化按照1 :1的比例传递给检测输出端口,进而保证了较好的检测精度。每 节电池电压采样数据通过多路选择器将数据传递给ARM处理器,ARM处理器软件滤波处理 后将采样数据带入算法公式计算出每节电池的内阻和单节电池的电压。
[0095] 多路选择模块包括:多路选择芯片U1、滤波电容Cwi、滤波电阻Rwi;考虑到实际应 用中需要检测多组电池,所述多路选择芯片Ul可以选择多路选择器HC4051,可以有效减少 ARM芯片A/D 口的使用。应用一块HC4051可以检测8节电池内阻。如需检测更多组电池, 可以添加多路选择器数量,通过合理改变INH、A、B、C管脚电平,进行分路的选择。所述电 容C wi、电阻Rwi组成一阶RC滤波器,将选择出的电压信号传送至ARM处理器。
[0096] 所述控制模块采用32位ARM处理器,其AD采样精度为12位,即最小分辨电压为 0. 81mv(3. 3V/212)。为保证电池内阻检测精度,需要考虑注入电流时电阻负载R4、R5的大 小,以确保电压检测信号变化(即电池内阻两端电压变化)在ARM处理器可检测范围内。 R4、R5电阻值选取过小会令负载电流过大,器件功率需求变大,造成不必要的浪费,R4、R5 电阻值选取过大会使ARM处理器检测精度无法保证。由于电池内阻变化范围一般为几毫欧 到几十毫欧范围内,例如:本发明采用两节电池接入负载为RJ17-2W-5. ΙΩ-J普通金属膜 电阻器,注入电流约为:25V/5. 1 Ω = 4. 9A,以普通12V的铅酸蓄电池内阻约为4πιΩ计算, 则电池端电压变化为:4. 9*4 = 19. 6mv,12位的AD采样精度可以保证检测要求。
[0097] 当启动电池组内阻检测电路后,电压检测模块负责检测电池两端的电压变化。此 时第1路内阻检测电路由于电流注入的周期性变化,使第一节电池两端的电压变化通过电 容C3直接反应到电阻R18上,此时检测到两个电压V bti s、Vbti te;V BT1 s表示MOS管关断时第 一节电池的米样电压,Vbti彳U为低电平时,表不MOS管开通时第一节电池的米样电压。V bti高 与Vbti低的差值即是第一节电池放电,内阻产生电压变化,由于负载电阻R5阻值已知、R5两 端端电压可由V mte、VBT2求得。故可求出负载R5接入两节电池时流过R5的电流,进而由 已知的电压变化差值与电流求得内阻。其他各节电池内阻计算原理与第1节电池相同。
[0098] 电池电压算法公式为:
[0099] 第一节电池电压:
[0100] 第二节电池电压:
[0101] 第三节电池电压:
[0102] 第四节电池电压:
[0103] 式中:Vbti、Vbt2、Vbt3、Vbt4为每个检测分路输出电压值、V p为PNP三极管中Veb压降。
[0104] 电池内阻算法公式为:
[0109] 其中,Vds为电池放电电流注入时,MOS管的导通压降,所述Vbti高表示Vbti为高电 压,Vbths表示Vbti为低电压,依次类推。所述电池组内阻检测电路元件参数如表1所示。
[0110] 表 1 :
[0111]
[0112] 其中,所述光耦NI、N2处为ARM处理器发出的驱动波形如图8所示:两路驱动信号 互补,频率为500Hz,占空比为40%,两驱动信号留有200 μ s的死区时间,持续时间为8ms。 等待下次内阻检测指令后,再次开启驱动发波。
[0113] MOS管Ml的GS波形如图9所示:驱动信号控制MOS管开关4次,为避免开关时 出现尖峰,在MOS管GS上接入电容C2使DS波形更加平滑。减缓MOS管开通的速率,降低 电流注入线上的寄生电感,对米样精度的影响。
[0114] 所述第1节电池内阻检测信号波形,即R18两端波形如图10所示,由于导线电感 的存在会使波形出现尖峰,在检测取样时只选取高低电平的后2/3作为有效数据,由所述 RAM处理器滤波处理后进行A/D采样。计算时,采样前2ms数据电压变化,作为第一节电池 内阻计算数据。之后依次计算第二、三、四节电池内阻。为使波形显示明显,采用20mv每格 观察。不波器设置偏置-2. 4v。
[0115] 需要说明的是,所述电池电压与内阻检测电路限流电阻的选取要合适,保证电池 组的静态泄放电流应不大于KT 5CmA,满足通信用阀控式密封铅酸蓄电池 YD/T 799-2010 达到指标要求。
[0116] 还需要说明的是,所述注入电流大小和注入时间的选取,既满足A/D精度需求,同 时不至于器件发热量严重。
[0117] 还需要说明的是,所述电压检测模块的电路中,通过流经三极管发射极限流电阻 和接地采样电阻的1 :1比值选择,让电池放电产生的交变电压分量变化1:1的传递在采样 电阻输出端,提高采样精度。
[0118] 图6为本发明提供了一种电池组内阻检测方法流程图;该方法具体包括:
[0119] 601 :控制模块发送电池组的电流注入信号;
[0120] 602 :所述控制模块根据所述电流注入信号,采集对应电池组的电压信号;
[0121] 603:所述控制模块根据所述电流注入信号以及所述电压信号,获取电池组内各个 电池的内阻值。
[0122] 其中,所述电流注入信号包括:注入电流大小和注入电流时间
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