[0040] 差分放大电路103用于采集电容C1上阻尼振荡信号，并对该信号进行调理整形，输 出检测电压信号到A/D转换模块。本实例中，差分放大电路103由一个运算放大器LMV721M5、 五个电阻R1~R5、三个电容C3~C5构成。具体实现上，运放LMV721M5正电源引脚接+5V，负电 源引脚接模拟地;电阻R2-端接信号Vin2,另一端接运放的反向输入引脚;电阻R1 -端接信 号Vinl，另一端接运放的同相输入引脚；电容C3和电阻R3并联，一端接模拟地，另一端接运 放的同相输入引脚；电阻R4和电容C4并联，一端接运放的输出引脚，另一端接运放的反向输 入引脚；电阻R5-端接运放的输出引脚，另一端输出一路检测电压信号Signal_out至A/D转 换模块;电容C8-端接模拟地，另一端接在Signal_out端。
[0041] 电源模块用于提供测量装置工作电源，以及将内部电压进行转换，输出装置中其 他芯片的供电电压。电源模块由一个稳压芯片、四个电容C6~C9、一个电阻R6构成。本实例 中，采用稳压芯片LM7805。具体实现上如图3所示，稳压芯片LM7805的GND引脚接模拟地，Vin 引脚接+12V，Vout引脚作为+5V输出；电容C6正极接Vin引脚，负极接模拟地；电容C7-端接 Vin引脚，另一端接模拟地；电容C9正极接Vout引脚，负极接模拟地；电容C8-端接Vout引 脚，另一端接模拟地;模拟地与数字地通过电阻R6相连。
[0042 ]本实施方式电池容量测量系统的测量方法，包括如下步骤：
[0043] (l)DSP通过驱动电路输出开关信号给开关管Q1，使得Q1导通再关断。Q1导通时，待 测电池和电感L1构成充电回路，待测电池给电感L1充电;Q1关断时，待测电池内阻、电感L1、 电容C1构成放电回路，回路中形成阻尼振荡信号。
[0044] (2)电容两端的阻尼振荡信号通过差分放大电路，调理整形后输入控制处理器的 AD转换通道。
[0045] (3)使控制处理器通过阻尼振荡电压信号计算出RLC振荡回路中的待测电池内阻R 的电阻值;其具体过程如下：
[0046] 3.1利用DSP内置的A/D采样芯片对检测电压信号进行采样并截取其中N个连续的 采样点X〇~Xn-i;本实施方式中N取1500,采样频率f sSlOMHZ。
[0047] 3.2根据以下算式对上述N个采样点Xo~XN-j^电压值进行时域范围内的预处理， 得到各采样点的预处理电压值；
[0048] F(Xi)=V(Xi) · V(XN-i)
[0049] 其中：F(Xi)为采样点Xi的预处理电压值，V(Xi)为采样点Xi的电压值，V(XN-i)为采 样点Xn-i的电压值，i为自然数且0 < i < N-1。
[0050] 3.3根据各采样点的预处理电压值通过以下算式进行离散傅里叶变换，计算出检 测电压信号的离散傅立叶变换值Y1;离散傅立叶变换的公式如下：
[0051]
[0052]其中：F(Xi)为采样点Xi的预处理电压值，Ω q = 3t/50, j为虚数，k为计算参数，本实 施方式中k = 2*R0UND( Ω V Ω 〇)，R〇UND为四舍五入函数，Ω : = 4为检测电压信号的 采样频率，f检测电压信号的信号频率且/ = 和C分别为振荡波发生电路101中的 L!电感值和&电容值，本实施方式中L=22.4yH，C=2.2yF。
[0053] 3.4取采样点Xo之后的第m个采样点Xm，以采样点Xm为起始点从检测电压信号中截 取N个连续的采样点Χω~ΧΝ+^，本实施方式中m取200。
[0054] 3.5根据步骤3.2和3.3，对N个采样点Xm~Xn+h的电压值依次进行预处理及离散傅 里叶变换，计算出检测电压信号的离散傅里叶变换值Y2;具体过程如下：
[0055] 首先，根据以下算式对N个采样点Xm-XNti的电压值进行时域范围内的预处理：
[0056] F(Xi+m)=V(Xi+m) · V(XN+m-i)
[0057] 其中：F(Xi+m)为采样点Xi+m的预处理电压值，V(Xi+m)为采样点X i+m的电压值，V (XN+m- i )为米样点XN+m-1的电压值。
[0058] 然后，根据以下算式进行离散傅里叶变换，计算出离散傅里叶变换值Y2;
[0059] ? - u
[0060] 其中:F(Xi+m)为采样点Xi+m的预处理电压值。
[0061] 3.6根据两个离散傅里叶变换值Y1~Y2,通过以下算式计算出当前待测电池内阻 值：
[0062]
[0063 ]其中:R为当前待测电池内阻值，T为检测电压信号的采样周期且T = 1 /fs。
[0064] (4)利用该测量系统可事先对待测型号电池充分放电一次，由控制处理器将所述 检测电压信号通过串口通讯模块传输给上位机;上位机根据上述算法计算出整个放电过程 中电池的等效内阻变化曲线，并结合电池剩余容量的变化曲线拟合出关于电池等效内阻-剩余容量的对照表，并通过串口通讯模块下发给控制处理器。其后测量中将测得的电池内 阻与内部表格对比，即得电池剩余容量。
[0065] (5)通过显示模块输出最终结果。
[0066]上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发 明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的 一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例， 本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种基于阻尼振荡的电池容量在线测量系统，其特征在于，包括： 振荡波发生电路，其利用开关管控制待测电池为电感充电，进而使电容与该电感以及 待测电池的等效内阻组成RLC振荡回路； 差分放大电路，其采集RLC振荡回路所产生的阻尼振荡信号，并对该信号进行调理、整 形及放大处理后输出检测电压信号； 控制处理器，其通过对所述的检测电压信号进行A/D采样并根据采样信号计算出待测 电池的等效内阻，进而根据关于电池等效内阻-剩余容量的对照表或函数模型确定出待测 电池的剩余容量，同时为振荡波发生电路提供控制信号； 驱动电路，用于对所述的控制信号进行功率放大后驱动振荡波发生电路中的开关管。2. 根据权利要求1所述的电池容量在线测量系统，其特征在于:所述的控制处理器连接 有显示模块，其用于显示待测电池的剩余容量。3. 根据权利要求1所述的电池容量在线测量系统，其特征在于:所述的控制处理器连接 有串口通讯模块，控制处理器通过串口通讯模块将所述的检测电压信号传输给上位机。4. 根据权利要求1所述的电池容量在线测量系统，其特征在于:所述的振荡波发生电路 包括有开关管、电感和电容;其中，电感的一端与待测电池的正极相连，电感的另一端与开 关管的一端和电容的一端相连，开关管的另一端与电容的另一端和待测电池的负极相连并 接地，电容两端产生所述的阻尼振荡信号，开关管的控制极接收驱动电路提供功率放大的 控制信号。5. 根据权利要求1所述的电池容量在线测量系统，其特征在于:所述的控制处理器采用 DSP及其自带的A/D转换模块。6. 根据权利要求1所述的电池容量在线测量系统，其特征在于:所述的上位机事先通过 对待测型号的电池充分完整放电一次，采用现有精确的离线测量方式检测整个放电过程中 电池剩余容量的变化曲线，同时根据控制处理器提供的检测电压信号计算出整个放电过程 中该电池等效内阻的变化曲线，从而拟合出关于电池等效内阻-剩余容量的对照表或函数 模型并通过串口通讯模块下发给控制处理器。7. 如权利要求1~6任一权利要求所述的电池容量在线测量系统的测量方法，包括如下 步骤： (1) 对待测型号的电池充分完整放电一次，并采用现有精确的离线测量方式检测整个 放电过程中电池剩余容量的变化曲线； (2) 利用控制处理器生成控制信号驱动振荡波发生电路中的开关管先导通后截止：导 通时段内由待测型号的电池对驱动振荡波发生电路中的电感进行充电；截止时段内由电感 进行放电，从而使得所述的RLC振荡回路产生阻尼振荡信号； (3) 利用差分放大电路采集所述的阻尼振荡信号，并对该信号进行调理、整形及放大处 理后输出检测电压信号给控制处理器，由控制处理器将该检测电压信号经A/D采样后得到 的采样信号通过串口通讯模块传输给上位机； (4) 上位机根据控制处理器提供的检测电压信号计算出整个放电过程中电池的等效内 阻变化曲线，并结合电池剩余容量的变化曲线拟合出关于电池等效内阻-剩余容量的对照 表或函数模型并通过串口通讯模块下发给控制处理器； (5) 根据步骤(2)利用振荡波发生电路对同型号的待测电池进行检测，得到对应的阻尼 振荡信号，并根据步骤(3)利用差分放大电路对该阻尼振荡信号进行同样处理后输出检测 电压信号给控制处理器，利用控制处理器对该检测电压信号进行A/D采样并根据采样信号 计算出待测电池的等效内阻，进而根据关于电池等效内阻-剩余容量的对照表或函数模型 确定出待测电池的剩余容量。
【专利摘要】本发明公开了一种基于阻尼振荡的电池容量在线测量系统及其测量方法，其利用电感、电容、待测电池的等效内阻构成一个RLC振荡电路；控制处理器控制开关管的通断，使得电感充放电，在RLC电路中产生阻尼振荡波形；通过一个差分放大电路采集该波形，经过AD转换模块，再由控制处理器计算其衰减系数，因衰减系数与电感及等效内阻有关，而电感可以在线测量得到其精确值，从而计算得内阻。本发明利用该系统可事先获得电池内阻与剩余容量的对照表，而将测得的电池内阻与已知表格对比，即得电池容量，由显示模块输出最终结果。本发明所采用的检测电路结构简单，且测量过程中对蓄电池无损耗，使用方便安全。
【IPC分类】G01R31/36
【公开号】CN105676141
【申请号】CN201610055532
【发明人】肖静祎, 詹焕友, 李豪, 吴建德
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月27日