一種動(dòng)力電池內(nèi)阻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及動(dòng)力電池監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)力電池內(nèi)阻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)工具、變電站及移動(dòng)基站等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。動(dòng)力 電池的性能和使用壽命都與電池的內(nèi)阻密切相關(guān)，而隨著電池的老化，電池的內(nèi)阻不斷發(fā) 生變化，電池可以使用的壽命和供電能力都會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)對(duì)電池內(nèi)阻的檢測(cè)可以及時(shí) 發(fā)現(xiàn)電池性能的變化，為制定合理的電池管理策略奠定基礎(chǔ)。
[0003] 針對(duì)電池內(nèi)阻檢測(cè)，目前常用的方法有:直流放電內(nèi)阻檢測(cè)方法和交流信號(hào)注入 檢測(cè)方法。直流放電內(nèi)阻檢測(cè)方法，雖然硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電路穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，但是 想要達(dá)到很高的檢測(cè)精度，檢測(cè)電阻的阻值就必須很小，而動(dòng)力電池的電壓一般很高，這樣 電路接通時(shí)電池的放電電流會(huì)很大，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)大大減少電池的使用壽命，且大電流放 電本身也具有很高的危險(xiǎn)性，相關(guān)設(shè)備也較大；同時(shí)在電池內(nèi)阻過(guò)大時(shí)，就不能夠提供足夠 的瞬間恒定電流，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。交流信號(hào)注入檢測(cè)方法，雖不會(huì)像直流放電內(nèi)阻檢測(cè) 方法出現(xiàn)大電流放電的情況。但是，實(shí)際的電池模型很復(fù)雜，其內(nèi)部電容及電感特性有時(shí)候 會(huì)表現(xiàn)的特別突出，加入的交流信號(hào)很容易出現(xiàn)失真，抗干擾性能比較差，最終想要達(dá)到很 高的檢測(cè)精度，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)處理能力要求很高。且產(chǎn)生所需的穩(wěn)定的交流信號(hào)也比 較復(fù)雜和困難，所以，目前市面上存在的高精度電池內(nèi)阻檢測(cè)儀器，多為大型的專(zhuān)用電池內(nèi) 阻檢測(cè)設(shè)備，這些設(shè)備大多體積龐大且沉重。
[0004] 為了克服上面交流信號(hào)注入檢測(cè)方法的缺點(diǎn)，公告號(hào)為CN101685117、名稱(chēng)為"蓄 電池的內(nèi)阻測(cè)量方法"的發(fā)明專(zhuān)利提出了一種蓄電池內(nèi)阻測(cè)量方法，此方法將激勵(lì)信號(hào)發(fā) 生單元、待測(cè)電池、取樣電阻和隔離直流電容串聯(lián)起來(lái);分別將蓄電池和取樣電阻兩端的電 壓響應(yīng)信號(hào)通過(guò)有源帶通濾波器提取有效信號(hào)；提取信號(hào)通過(guò)峰值檢測(cè)單元，獲得其峰值 電壓;再將峰值電壓放大，送入AD并由單片機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算出內(nèi)阻。此專(zhuān)利雖使得設(shè)備簡(jiǎn) 單且體積小，能夠降低噪聲和失真的影響，但是在測(cè)量時(shí)整個(gè)電路中的接觸電阻或?qū)Ь€(xiàn)電 阻對(duì)檢測(cè)結(jié)果的精度都會(huì)有較大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有動(dòng)力電池的內(nèi)阻檢測(cè)過(guò)程中存在測(cè)量精確度 不高、對(duì)電池?fù)p害大和設(shè)備體積大等問(wèn)題，提供一種動(dòng)力電池內(nèi)阻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與方法。
[0006] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種動(dòng)力電池內(nèi)阻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由電源變換單元、信號(hào)產(chǎn)生單元、檢測(cè)電路單 元、信號(hào)采集單元和主控制單元組成；電源變換單元的輸入端與外部電源相連，電源變換單 元的輸出端連接信號(hào)產(chǎn)生單元、信號(hào)采集單元和主控制單元;上述檢測(cè)電路單元包括隔直 模塊、三項(xiàng)選擇開(kāi)關(guān)K、四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl、四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2和參考電阻rO;隔直模塊的輸入端 連接信號(hào)產(chǎn)生單元的輸出端，隔直模塊的輸出端連接三項(xiàng)選擇開(kāi)關(guān)K的輸入端；四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電 阻rl的第一端al連接三項(xiàng)選擇開(kāi)關(guān)Κ的第一輸出端，四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2的第一端a2連接三項(xiàng) 選擇開(kāi)關(guān)K的第二輸出端，待測(cè)四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E的第一端a3連接三項(xiàng)選擇開(kāi)關(guān)K的第三 輸出端；四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl的第二端bl、四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2的第二端b2、待測(cè)四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E的第二端b3、參考電阻rO的一端、信號(hào)采集單元的參考輸入端和主控制單元的參考輸入端 相連；四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl的第三端cl、四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2的第三端c2、待測(cè)四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E 的第三端c3和參考電阻rO的另一端同時(shí)與信號(hào)產(chǎn)生單元的接地端連接；四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl的 第四端dl、四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2的第四端d2和待測(cè)四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E的第四端d3連接信號(hào)采 集單元的測(cè)量輸入端;信號(hào)采集單元的輸出端與主控制單元的測(cè)量輸入端連接。
[0008] 上述方案中，信號(hào)產(chǎn)生單元包括精密波形發(fā)生器U1、精密功率運(yùn)算放大器U2、以及 精密大電流運(yùn)算放大器U3;精密波形發(fā)生器U1、精密功率運(yùn)算放大器U2和精密大電流運(yùn)算 放大器U3的電源端均與電源變換單元的輸出端連接;精密波形發(fā)生器U1的輸出端連接精密 功率運(yùn)算放大器U2的輸入端，精密功率運(yùn)算放大器U2的輸出端與精密大電流運(yùn)算放大器U3 的輸入端連接，精密大電流運(yùn)算放大器U3的輸出端形成信號(hào)產(chǎn)生單元的輸出端，并與隔直 模塊的輸入端連接。
[0009] 上述方案中，信號(hào)采集單元包括高精度儀表放大器U4和U5、精密低失調(diào)高阻抗運(yùn) 算放大器U6和U7、平衡調(diào)制解調(diào)器U8、以及精密低失調(diào)低漂移運(yùn)算放大器U9;高精度儀表放 大器U4和U5、精密低失調(diào)高阻抗運(yùn)算放大器U6和U7、平衡調(diào)制解調(diào)器U8、以及精密低失調(diào)低 漂移運(yùn)算放大器U9的電源端均與電源變換單元的輸出端連接;高精度儀表放大器U4的輸入 端形成信號(hào)采集單元的測(cè)量輸入端，并同時(shí)與四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl的第四端dl、四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻 r 2的第四端d2和待測(cè)四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E的第四端d3連接;高精度儀表放大器U4的輸出端 與精密低失調(diào)高阻抗運(yùn)算放大器U6的輸入端連接;精密低失調(diào)高阻抗運(yùn)算放大器U6的輸出 端連接平衡調(diào)制解調(diào)器U8的測(cè)量輸入端;高精度儀表放大器U5的輸入端形成信號(hào)采集單元 的參考輸入端，并與參考電阻r0的一端連接;高精度儀表放大器U5的輸出端與精密低失調(diào) 高阻抗運(yùn)算放大器U7的輸入端連接;精密低失調(diào)高阻抗運(yùn)算放大器U7的輸出端連接平衡調(diào) 制解調(diào)器U8的參考輸入端;平衡調(diào)制解調(diào)器U8的輸出端連接精密低失調(diào)低漂移運(yùn)算放大器 U9的輸入端，精密低失調(diào)低漂移運(yùn)算放大器U9的輸出端形成信號(hào)采集單元的輸出端，并與 主控制單元的測(cè)量輸入端連接。
[0010] 上述方案中，電源變換單元包括DC-DC電壓轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓器U10和U11、以及低壓降線(xiàn)性 穩(wěn)壓器U12;DC-DC電壓轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓器U10的輸入端與外部電源相連，DC-DC電壓轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓器U10 的輸出端連接信號(hào)產(chǎn)生單元、信號(hào)采集單元和DC-DC電壓轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓器U11的輸入端，DC-DCi 壓轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓器U11的輸出端連接低壓降線(xiàn)性穩(wěn)壓器U12的輸入端和主控制單元，低壓降線(xiàn)性 穩(wěn)壓器U12的輸出端連接主控制單元。
[0011]基于上述動(dòng)力電池內(nèi)阻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一種動(dòng)力電池內(nèi)阻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法，包括如 下步驟：
[0012] 步驟1、信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的交流信號(hào)通過(guò)隔直模塊注入到檢測(cè)電路單元中；
[0013] 步驟2、在檢測(cè)電路單元中，三項(xiàng)選擇開(kāi)關(guān)K通過(guò)選擇不同的輸入端來(lái)分別選擇3個(gè) 通道；
[0014] 步驟3、信號(hào)采集單元采集參考電阻r0的參考電壓值U;同時(shí)根據(jù)三項(xiàng)選擇開(kāi)關(guān)K切 換的通道，分別采集到四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl所對(duì)應(yīng)的一個(gè)電壓值山、四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2所對(duì)應(yīng)的 一個(gè)電壓值U2和待測(cè)四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E所對(duì)應(yīng)的一個(gè)電壓值U3;
[0015] 步驟4、主控單元接收到信號(hào)采集單元送來(lái)的第一通道的電壓值山、第二通道的電 壓值u2、第三通道的電壓值U 3和參考電壓值U，并根據(jù)下式計(jì)算出待測(cè)四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E的 內(nèi)阻：re，
[0016]
[0017] 其中，^為四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl的電阻值;^為四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2的電阻值。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的動(dòng)力電池內(nèi)阻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)增設(shè)在動(dòng)力電池和 電池管理系統(tǒng)控制器之間；在不用采集交流信號(hào)的情況下可完成動(dòng)力電池內(nèi)阻的在線(xiàn)檢 測(cè)，對(duì)動(dòng)力電池的損害小;測(cè)量電路可以消除接觸電阻和導(dǎo)線(xiàn)電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，性能 可靠;有多種通訊模塊便于與其它系統(tǒng)通訊整合，可液晶觸控顯示和安卓手機(jī)控制，并對(duì)電 池的健康狀況做出分級(jí)報(bào)警。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為一種動(dòng)力電池內(nèi)阻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為動(dòng)力電池內(nèi)阻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)產(chǎn)生單元電路原理示意圖。
[0021] 圖3為動(dòng)力電池內(nèi)阻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)采集單元電路原理示意圖。
[0022]圖4為動(dòng)力電池內(nèi)阻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電源變換單元電路原理示意圖。
[0023] 圖5為動(dòng)力電池內(nèi)阻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主控制單元電路框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] -種動(dòng)力電池內(nèi)阻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示，主要由信號(hào)產(chǎn)生單元、檢測(cè)電路單 元、信號(hào)采集單元、電源變換單元和主控制單元組成。系統(tǒng)整體有兩個(gè)回路，分別為驅(qū)動(dòng)回 路和感應(yīng)回路。
[0025]檢測(cè)電路單元包括隔直模塊、三項(xiàng)選擇開(kāi)關(guān)K、四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl、四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2、 參考電阻…和待測(cè)四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E。隔直模塊的輸入端連接信號(hào)產(chǎn)生單元的輸出端，隔 直模塊的輸出端連接三項(xiàng)選擇開(kāi)關(guān)K的輸入端。四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl的第一端al連接三項(xiàng)選擇 開(kāi)關(guān)K的第一輸出端，四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2的第一端a2連接三項(xiàng)選擇開(kāi)關(guān)K的第二輸出端，待測(cè) 四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E的第一端a3連接三項(xiàng)選擇開(kāi)關(guān)K的第三輸出端。四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl的第二 端bl、四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2的第二端b2、待測(cè)四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E的第二端b3、參考電阻rO的一 端、信號(hào)采集單元的參考輸入端和主控制單元的參考輸入端相連。四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl的第三 端cl、四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2的第三端c2、待測(cè)四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E的第三端c3和參考電阻rO的另 一端同時(shí)與信號(hào)產(chǎn)生單元的接地端連接。四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl的第四端dl、四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2的 第四端d2和待測(cè)四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E的第四端d3連接信號(hào)采集單元的測(cè)量輸入端;信號(hào)采 集單元的輸出端與主控制單元的測(cè)量輸入端連接。由三項(xiàng)選擇開(kāi)關(guān)K選擇將信號(hào)輸入到第 一通路、或者第二通路、或者第三通路中。第一通路出來(lái)的信號(hào)經(jīng)四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl輸入到參 考電阻r0中；第二通路出來(lái)的信號(hào)經(jīng)四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2輸入到參考電阻rO中；第三通路出來(lái) 的信號(hào)經(jīng)待測(cè)四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E輸入到參考電阻rO中。參考電阻rO連接信號(hào)產(chǎn)生單元。四 線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻rl、四線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電阻r2和待測(cè)四線(xiàn)夾具動(dòng)力電池 E的輸出信號(hào)輸入到信號(hào)采集單 元;同時(shí)，參考電阻rO的參考信號(hào)輸出端連接信號(hào)采集單元以及主控制單元。參見(jiàn)圖1。 [0026]信號(hào)產(chǎn)生單元包括精密波形發(fā)生器U1、精密功率運(yùn)算放大器U2、精密大電流運(yùn)算 放大器U3、以及外圍的電阻R1-R14和電容C1-C5。精密波形發(fā)生器U1的輸入端連接電源變換 單元的輸出端，精密波形發(fā)生器U1的輸出端經(jīng)精密功率運(yùn)算放大器U2與精密大電流運(yùn)算放 大器U3相連，精密大電流運(yùn)算放大器U3輸出端經(jīng)隔直模塊串行連接到檢測(cè)電路單元中。其 中，精密波形發(fā)生器U1用于產(chǎn)生整個(gè)系統(tǒng)所需要的交流信號(hào)，并且通過(guò)精密功率運(yùn)算放大 器U2來(lái)提高