充電電池在線檢測裝置及基于該裝置檢測內阻的方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及電池檢測領域。
【背景技術】
[0002] 目前對電池質量進行評估的主要參數為電池內阻。內阻是衡量電池性能的一個重 要技術指標。正常情況下,內阻小的電池的大電流放電能力強,內阻大的電池放電能力弱。 檢測電池內阻的方法主要有:(1)密度法:密度法主要通過測量電池電解液的密度來估算電 池的內阻,常開口式鉛酸電池的內阻測量,但不適合密封鉛酸蓄電池的內阻測量。該方法的 適應范圍窄。(2)開路電壓法:開路電壓法是通過測量蓄電池的端電壓來估計蓄電池內阻, 精度很差,甚至易得出錯誤結論。由于即使一個容量已經變得很小的蓄電池,在浮充狀態(tài)下 其端電壓仍表現的很正常。(3)直流放電法:直流放電法就是通過對電池進行瞬間大電流放 電,測量電池上的瞬間電壓降,通過歐姆定律計算出電池內阻。但是其存在一定缺陷,大電 流放電對蓄電池造成損害較大,從而影響蓄電池的容量及壽命。(4)交流注入法:交流注入 法通過對蓄電池注入一個恒定的交流信號Is,測量出蓄電池兩端的電壓響應信號V Q,以及兩 者的相位差Θ,由阻抗公式Z c〇S0來確定蓄電池的內阻R。由于該方法需要的參 Js 數較多,進而干擾因素較多,增加了系統(tǒng)的復雜性,同時易影響測量精度。
[0003] 由此可見,目前并沒有一種好的充電電池在線測量方法和在線測量儀器。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明為了滿足對具有測量精度高、不影響蓄電池的容量及壽命、適用范圍寬的 充電電池在線測量方法及裝置的需求,提出了充電電池在線檢測裝置及基于該裝置檢測內 阻的方法。
[0005] 充電電池在線檢測裝置,它包括蓄電池 3;它還包括交流信號發(fā)生器1、交流電流功 率放大器2、電壓隔離放大電路4、模擬乘法器5、低通濾波器6、直流放大器7、A/D轉換器8、中 央處理器9、交流電流取樣電路11和交流電流反饋調節(jié)單元12;
[0006] 交流信號發(fā)生器1的信號輸出端同時連接交流電流功率放大器2的信號輸入端和 模擬乘法器5的一個乘法信號輸入端;交流電流功率放大器2的取樣信號輸出端連接交流電 流取樣電路11的取樣信號輸入端;交流電流取樣電路11的取樣信號輸出端連接交流電流反 饋調節(jié)單元12的取樣信號輸入端;交流電流反饋調節(jié)單元12的反饋信號輸出端連接交流信 號發(fā)生器1的反饋信號輸入端;
[0007] 交流電流功率放大器2的功放輸出端連接蓄電池3的信號輸入端;蓄電池3的電壓 信號輸出端連接電壓隔離放大電路4的輸入端;電壓隔離放大電路4的電壓放大信號輸出端 連接模擬乘法器5的另一個乘法信號輸入端;
[0008] 模擬乘法器5的信號輸出端連接低通濾波器6的濾波信號輸入端;低通濾波器6的 濾波信號輸出端連接直流放大器7的放大信號輸入端;直流放大器7的放大信號輸出端連接 A/D轉換器8的信號輸入端;A/D轉換器8的信號輸出端連接中央處理器9的信號輸入端。
[0009] 基于充電電池在線檢測裝置檢測內阻的方法,該檢測內阻的方法為:
[0010] 交流信號發(fā)生器1輸出的正弦波信號為:
[0011] ui( ω t) =A cos ω t (1)
[0012] 該正弦交流電流經由交流電流取樣電路11取樣、交流電流反饋調節(jié)單元12反饋、 交流電流功率放大器2放大后加載在蓄電池3兩端的相應信號為:
[0013] U2( ω t) =B cos( ω t+θ) (2)其中,Θ為注入儲能用充電電池的交流和 其兩端信號的相位差,ω為正弦波信號的角頻率;t為時間;Α為和Β均為信號幅值;
[0014] 通過正弦波信號輸入至模擬乘法器5,蓄電池3兩端的相應信號經過電壓隔離放大 電路4后輸入至模擬乘法器5,經模擬乘法器5進行乘法運算后獲得運算結果:
[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為模擬乘法器的放大系數;
[0017] 模擬乘法器5進行乘法運算后獲得的運算結果經過低通濾波器6濾過后濾掉公式 (3)中的交流成分,再經過直流放大器7放大、A/D轉換器8進行模數轉換后得到:
[0018] u = 0.5kAB COS0 (4)又根據交流法測內阻原理得:
[0019]
C5)
[0020] 其中,I為交流恒流源信號的最大值;
[0021] 中央處理器9中,將公式(5)帶入公式(4)中可得內阻R為:
[0022](6)
[0023]公式(6)
中,k、A、I都是已知量,u為經低通濾波器6濾除交流成分后獲得的電壓值。 [0024]有益效果:本發(fā)明所述的充電電池在線檢測裝置及基于該裝置檢測內阻的方法, 通過交流信號發(fā)生器發(fā)出一個正弦波信號,該正弦波信號經交流電流取樣電路取樣、交流 電流反饋調節(jié)單元調節(jié)后再經交流電流功率放大器放大后加載在充電電池的兩端,在充電 電池的兩端形成電壓信號,該電壓信號經過電壓隔離放大電路放大后與交流信號發(fā)生器輸 出的正弦波信號經模擬乘法器進行乘法運算后,再經低通濾波器濾波、直流放大器放大及 A/D轉換器進行模數轉換后輸入至中央處理器,經中央處理器進行除法運算后獲得充電電 池的內阻的阻值,并顯示在鍵盤及顯示電路上。本發(fā)明通過上述過程,滿足了對具有測量精 度高、不影響蓄電池的容量及壽命、適用范圍寬的充電電池在線測量方法及裝置的需求。本 發(fā)明還適用于測量其他電池的內阻。
【附圖說明】
[0025]圖1為充電電池在線檢測裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]【具體實施方式】一、參照圖1具體說明本實施方式,本實施方式所述的充電電池在線 檢測裝置,它包括蓄電池3;它還包括交流信號發(fā)生器1、交流電流功率放大器2、電壓隔離放 大電路4、模擬乘法器5、低通濾波器6、直流放大器7、A/D轉換器8、中央處理器9、交流電流取 樣電路11和交流電流反饋調節(jié)單元12;
[0027] 交流信號發(fā)生器1的信號輸出端同時連接交流電流功率放大器2的信號輸入端和 模擬乘法器5的一個乘法信號輸入端;交流電流功率放大器2的取樣信號輸出端連接交流電 流取樣電路11的取樣信號輸入端;交流電流取樣電路11的取樣信號輸出端連接交流電流反 饋調節(jié)單元12的取樣信號輸入端;交流電流反饋調節(jié)單元12的反饋信號輸出端連接交流信 號發(fā)生器1的反饋信號輸入端;
[0028] 交流電流功率放大器2的功放輸出端連接蓄電池 3的信號輸入端;蓄電池 3的電壓 信號輸出端連接電壓隔離放大電路4的輸入端;電壓隔離放大電路4的電壓放大信號輸出端 連接模擬乘法器5的另一個乘法信號輸入端;
[0029] 模擬乘法器5的信號輸出端連接低通濾波器6的濾波信號輸入端;低通濾波器6的 濾波信號輸出端連接直流放大器7的放大信號輸入端;直流放大器7的放大信號輸出端連接 A/D轉換器8的信號輸入端;A/D轉換器8的信號輸出端連接中央處理器9的信號輸入端。
[0030] 本實施方式所述的充電電池在線檢測裝置,其工作原理為:該裝置內部的交流信 號發(fā)生器1產生一個頻率穩(wěn)定、對稱、失真度低的正弦波信號,該正弦波信號輸入至交流電 流功率放大器2內進行功率放大后輸出正弦交流電流;該正弦交流電流經由交流電流取樣 電路11取樣、交流電流反饋調節(jié)單元12反饋后輸入至交流信號發(fā)生器1,實現調節(jié)交流信號 發(fā)生器1輸出的正弦波信號輸出電流的大小,進而使交流電流功率放大器2輸出的電流保持 穩(wěn)定的目的。經過取樣和反饋以后,交流電流功率放大器2輸出的電流稱為穩(wěn)定電流。該部 分為一個閉環(huán)控制系統(tǒng),屬于電流負反饋電路。
[0031 ]所述穩(wěn)定電流加載在充電的蓄電池3的兩端,在充電的蓄電池3的兩端產生電壓, 該電壓經過電壓隔離放大電路4隔離放大后輸入至模擬乘法器5;交流信號發(fā)生器1輸出的 正弦波信號也輸入至模擬乘法器5;在模擬乘法器5內部進行乘法運算后,該運算結果經低 通濾波器6濾波、直流放大器7放大、AD轉換器8進行模數轉換后輸入至中央處理器9,經中央 處理器進行處理后獲得充電電池的內阻的阻值。
[0032] 本發(fā)明所述的充電電池在線檢測裝置,通過上述工作過程實現了測量精度高的需 求,同時滿足了在大電流放電時不影響蓄電池的容量及壽命的需求,另外,該裝置的適用范 圍比較寬。
[0033] 檢測電池內阻的意義:
[0034] 1、工廠中出廠檢驗的項目之一。2、組裝電池組時,需挑選內阻相近的電池單元組 成一組。3、因電池的容量Ah越大,內阻就越小,因此可以根據內阻大小粗略判斷電池容量。 4、電池老化和失效后突出的表現為內阻增大,因此測試電池內阻就可以快速判斷出電池的 老化程度。5、電池組維護過程中,需要經常測試各電池單元的內阻,以便把內阻增大的單元 挑出來,換個好的。
[0035]蓄電池作為電源系統(tǒng)停電時的備用電源,已廣泛的應用于工業(yè)生產、交通、通信等 行業(yè)。如果電池失效或容量不足,就有可能造成重大事故,所以必須對蓄電池的運行參數進 行全面的在線監(jiān)測。蓄電池狀態(tài)的重要標志之一就是它的內阻。無論是蓄電池即將失效、容 量不足或是充放電不當,都能從它的內阻變化中體現出