内阻测量用差分放大电路的制作方法

本实用新型涉及电池内阻测量领域，更具体地说，涉及一种内阻测量用差分放大电路。

背景技术：

二次电池内阻测量中，注入电流或者放电电流会在内阻上产生一个或正或负的电压降，为了得到最高的测量分辨率，一般的内阻测量方案中都会使用差分电路，处理电池端电压信号。

有的方案支持确定电池种类，处理电路简单减去电池的最低电压，电压余量放大到adc的最大量程，这种方案，电池的有效电压范围比较宽，导致内阻测量的范围被迫缩小，要么只能测量比较大的内阻，要么需要大幅增加注入电流或者放电电流，难以兼顾内阻的测量范围和测量分辨率这两个矛盾。

有的方案将测量电流输入前的电池电压保持下来—使用模拟电路、电子开关或者数字电路，与测量电流输入后的电池电压进行差分，剩下的就是在内阻上的压降，经过差分放大，可以得到比较宽的内阻测量范围，并且能比较好的兼顾测量分辨率，但电路相对比较复杂，调试困难，成本较高，而且抗干扰能力偏低。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种内阻测量用差分放大电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种内阻测量用差分放大电路，包括第一时间常数滤波环节、第二时间常数滤波环节、差分放大器、以及用于连接待测电池正负极的正极端子、负极端子；

所述第一时间常数滤波环节包括至少一级滤波单元，所述滤波单元包括依次串联在正极端子、负极端子之间的电阻、电容；

所述电容、电阻之间的线路与所述差分放大器的正极连接，电容连接所述负极端子的一端还接地；

所述第二时间常数滤波环节包括依次串联在正极端子、以及地线之间的第三电阻、第三电容，所述第三电阻、第三电容之间的线路与所述差分放大器的负极连接；

所述电阻至所述差分放大器的正极之间的阻值之和与所述第三电阻至所述差分放大器的负极之间的阻值之和相等；

所述差分放大器的正极和地线之间设置有第四电阻，所述差分放大器的负极和差分放大器的输出端之间连接有第五电阻，所述第四电阻的阻值与所述第五电阻的阻值相等。

优选地，所述第一时间常数滤波环节包括第一滤波单元、第二滤波单元，所述第一滤波单元包括依次串联在正极端子、负极端子之间的第一电阻、第一电容；所述第二滤波单元包括串联的第二电阻、第二电容，且所述第二电阻与所述第一电阻、第一电容之间的线路连接，所述第二电容与所述第一电容连接负极端子之间的线路连接；

所述第二电阻、第二电容之间的线路与所述差分放大器的正极连接，所述第二电容连接所述负极端子的一端还接地；

所述第一电阻、第二电阻至所述差分放大器的正极之间的阻值之和与所述第三电阻至所述差分放大器的负极之间的阻值之和相等。

优选地，所述第二电阻、第二电容之间的线路与所述差分放大器的正极之间还设置有第六电阻，所述第三电阻、第三电容之间的线路与所述差分放大器的负极之间还设置有第七电阻，所述第一电阻、第二电阻、第六电阻至所述差分放大器的正极之间的阻值之和与所述第三电阻、第七电阻至所述差分放大器的负极之间的阻值之和相等。

优选地，所述第一电容、第二电容的电容值相等，所述第三电容的电容值小于所述第一电容、第二电容的电容值。

优选地，所述差分放大器的输出端连接到adc输入。

优选地，所述第一滤波单元的时间常数大于二十毫秒，所述第二滤波单元的时间常数为亚毫秒级。

优选地，还包括连接在所述负极端子和所述第一电容、第二电容之间的抗干扰电路。

优选地，所述抗干扰电路包括电感。

实施本实用新型的内阻测量用差分放大电路，具有以下有益效果：内阻测量用差分放大电路可以具有至少一级大时间常数rc滤波环节，一个短时间常数rc环节，配合差分放大器，使用恰当的参数，以相对简单、低成本的电路，得到一个比较理想的内阻测量信号处理电路。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例中的内阻测量用差分放大电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型一个优选实施例中的内阻测量用差分放大电路包括第一时间常数滤波环节1、第二时间常数滤波环节2、差分放大器3、以及用于连接待测电池正负极的正极端子4、负极端子5，可用于测量放电电流方式内阻产生的压降。

第一时间常数滤波环节1为两级滤波单元，包括第一滤波单元11、第二滤波单元12，第一滤波单元11包括依次串联在正极端子4、负极端子5之间的第一电阻r1、第一电容c1；第二滤波单元12包括串联的第二电阻r2、第二电容c2，且第二电阻r2与第一电阻r1、第一电容c1之间的线路连接，第二电容c2与第一电容c1连接负极端子5之间的线路连接。

第二电阻r2、第二电容c2之间的线路与差分放大器3的正极连接，第二电容c2连接负极端子5的一端还接地。

第二时间常数滤波环节2包括依次串联在正极端子4、以及地线之间的第三电阻r3、第三电容c3，第三电阻r3、第三电容c3之间的线路与差分放大器3的负极连接。

第一电阻r1、第二电阻r2至差分放大器3的正极之间的阻值之和与第三电阻r3至差分放大器3的负极之间的阻值之和相等。

差分放大器3的正极和地线之间设置有第四电阻r4，差分放大器3的负极和差分放大器3的输出端之间连接有第五电阻r5，第四电阻r4的阻值与第五电阻r5的阻值相等。

第一滤波单元11为长时间常数滤波环节，时间常数设置为大于二十毫秒，用于电池端电压保持。第二滤波单元12为短时间常数滤波环节，时间常数设置为亚毫秒级，如数十微秒，用于抗干扰。

在其他实施例中，滤波单元的数量也可为一级或多于两级，当为一个滤波单元时，滤波单元包括依次串联在正极端子4、负极端子5之间的电阻、电容；电容、电阻之间的线路与差分放大器3的正极连接，电容连接负极端子5的一端还接地。另外，滤波单元的电阻至差分放大器3的正极之间的阻值之和与第三电阻r3至差分放大器)的负极之间的阻值之和相等。当为多个滤波单元时，各滤波单元按第一滤波单元、第二滤波单元的连接方式依次排布。

内阻测量用差分放大电路具有至少一级长时间常数rc滤波环节，一个短时间常数rc环节，配合差分放大器3，使用恰当的参数，以相对简单、廉价的电路，得到一个比较理想的内阻测量信号处理电路。

第二电阻r2、第二电容c2之间的线路与差分放大器3的正极之间还设置有第六电阻r6，第三电阻r3、第三电容c3之间的线路与差分放大器3的负极之间还设置有第七电阻r7。第一电阻r1、第二电阻r2、第六电阻r6至差分放大器3的正极之间的阻值之和与第三电阻r3、第七电阻r7至差分放大器3的负极之间的阻值之和相等。

通过设置合适的比例，可以得到比较满意的内阻测量范围和测量分辨率，参数合适时第六电阻r6可以短接不用。

优选地，第一电容c1、第二电容c2的电容值相等，第三电容c3的电容值小于第一电容c1、第二电容c2的电容值。进一步地，差分放大器3的输出端连接音频adc芯片。

在一些实施例中，内阻测量用差分放大电路还包括连接在负极端子5和第一电容c1、第二电容c2之间的抗干扰电路6，抗干扰电路6包括电感。

在一些实施例中，假设参数：

第三电阻r3(110r)+第七电阻r7(100k)＝100.11k；

第一电阻r1(47.5k)+第二电阻r2(47.5k)+第六电阻r6(5.11k)＝100.11k；

第一电容c1＝第二电容c2＝10uf；

第三电容c3＝0.1uf；

第四电阻r4＝第五电阻r5＝3m。

电池端正极端子4、负极端子5之间电压可以为1.2v～4.5v(元件耐压、运放电源电压决定，修改元件参数，可以覆盖1.0v～20v甚至更大的电池端电压输入范围，广泛适应镍镉/镍氢、铅酸、钛酸锂、磷酸铁锂、三元锂等单芯电池，以及铅、锂、镍系多种电池组的内阻测量电路)；放电电流1a，100毫欧内阻产生0.1v压降。

开始内阻测量前，电池端正极端子4、负极端子5之间电压经过两级时间常数约332ms(0.7rc)的滤波环节，向第六电阻r6、第四电阻r4/运放输入内阻放电，可以在足够时间内保持电池端电压不变。

计算：假设产生100mv压降纹波，在第一电阻r1上产生0.1v/47.5kr.＝2.1ua纹波电流，这个电流在第一电容c1上每一毫秒最多产生0.475mv波动，同样计算后，在第二电容c2上每毫秒只剩下约0.226uv波动，软件上如果能保证一毫秒内测量完成(很容易做到)，我们可以认为第二电容c2保持有电池的端电压。

第三电阻r3、第三电容c3的时间常数只有约7.7us，可以滤除大部分干扰信号，软件上控制音频adc芯片采样转换时间延后测量电流比如50us，基本可以认为此时运放差分输入就是内阻产生的电压跌落100mv，放大约30倍，运放输出约2.997v，送入音频adc芯片，可以得到分辨率很好的内阻测量放大信号。

当修改第六电阻r6、第七电阻r7及相关电阻参数，右侧交叉变换运放极性，电路就可以用于测量注入电流方式内阻产生的反向压降。

本产品的有益效果：

本发明电路结构简单，使用低值阻容元件组成的长时间常数滤波电路级联，代替复杂的采样保持电路，同时很好地兼顾电路的抗干扰性能。

差分放大输出很好地满足测量分辨率和测量范围的需求。

适应多种不同电压等级、材料的二次电池内阻测量。

电路简洁、稳定、对元件误差容忍度高、响应速度快、成本低廉、抗干扰性能优良。

发明点：

采用级联的长时间常数rc滤波电路结合软件，代替复杂的采样保持电路。

采用短时间常数rc环节，配合电感，实现良好的抗干扰性能。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。