直流小電流二次放電蓄電池內(nèi)阻在線檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種電池內(nèi)阻檢測(cè)裝置，特別設(shè)及一種直流小電流二次放電蓄電 池內(nèi)阻在線檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 蓄電池作為能源存儲(chǔ)的主要載體在現(xiàn)代社會(huì)正在發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，蓄電池 作為動(dòng)力電池或者后備電源被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，大到軍工行業(yè)小至日常生活的各個(gè)方 面。不僅如此，蓄電池作為后備電源也被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。無(wú)論是蓄電池的性能、容量 狀態(tài)或是充放電情況，都能從它的內(nèi)阻變化中體現(xiàn)出來(lái)。因此可W通過(guò)測(cè)量蓄電池的內(nèi)阻， 對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估。蓄電池的內(nèi)阻作為反映蓄電池性能的重要參數(shù)，關(guān)于其值的 準(zhǔn)確測(cè)量特別是在線檢測(cè)具有十分重要的意義。
[0003] 目前蓄電池內(nèi)阻檢測(cè)常用的方法主要有密度法、交流注入法、直流放電法。密度法 主要是通過(guò)檢測(cè)蓄電池電解液的密度來(lái)估算蓄電池的內(nèi)阻，常用于開口式鉛酸蓄電池的內(nèi) 阻檢測(cè)，不適合密封式鉛酸蓄電池的內(nèi)阻檢測(cè)，該方法的適用范圍較窄。交流注入法通過(guò)對(duì) 蓄電池注入一個(gè)低頻交流電流信號(hào)，電池的響應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓和電流的相移，測(cè)得蓄電 池兩端的低頻電壓和流過(guò)的低頻電流W及兩者的相位差，從而可計(jì)算出蓄電池的內(nèi)阻。交 流法由于不需要放電，不用處于靜態(tài)或脫機(jī)狀態(tài)，可W實(shí)現(xiàn)安全的在線檢測(cè)管理。但是，運(yùn) 種方法由于測(cè)量量過(guò)多，導(dǎo)致干擾因素增多，且增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，影響測(cè)量精度，相對(duì) 而言比較適合于單體電池的檢測(cè)。直流內(nèi)阻測(cè)試法的基本原理是給蓄電池串聯(lián)直流負(fù)載， 對(duì)電池進(jìn)行瞬間大電流放電，通常為幾十到上百安培，通過(guò)檢測(cè)負(fù)載撤除前后的放電電流 和蓄電池端電壓的變化，由此可W求出蓄電池的內(nèi)部阻抗。直流法的主要優(yōu)點(diǎn)在于蓄電池 在線時(shí)可W精確地檢測(cè)蓄電池的內(nèi)阻，測(cè)量結(jié)果不受充電器紋波和其他噪聲的影響。此外， 測(cè)量誤差可控制在0.1 %之內(nèi)。此方法法也存在一定的缺陷，由于放電電流較大，小容量電 池可能難W在幾秒鐘內(nèi)承受較大的電流。同時(shí)，當(dāng)蓄電池有大的電流通過(guò)時(shí)，內(nèi)部化學(xué)反應(yīng) 復(fù)雜，會(huì)出現(xiàn)極化內(nèi)阻，對(duì)蓄電池的損害也較大，而且反復(fù)的大電流放電不利于在線檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型是針對(duì)蓄電池內(nèi)阻檢測(cè)常用的方法存在的問(wèn)題，提出了一種直流小電 流二次放電蓄電池內(nèi)阻在線檢測(cè)裝置，克服了大電流放電對(duì)蓄電池的損害和不宜在線監(jiān)測(cè) 的缺點(diǎn)。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種直流小電流二次放電蓄電池內(nèi)阻在線檢測(cè)裝置， 包括兩個(gè)放電回路、電壓采集模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、兩個(gè)采樣保持電路、差分放大電路、和單 片機(jī)，蓄電池、串聯(lián)在蓄電池兩端的開關(guān)Si和采樣電阻Ri構(gòu)成的第一放電回路，蓄電池、串聯(lián) 在蓄電池兩端的開關(guān)S2和采樣電阻R2構(gòu)成的放電回路，單片機(jī)輸出控制信號(hào)控制兩個(gè)開關(guān) Sl、S2分段工作，傳感器分別采集兩個(gè)開關(guān)斷開時(shí)蓄電池兩端電壓Uo,僅開關(guān)Si閉合時(shí)蓄電 池兩端電壓化，僅開關(guān)S2閉合時(shí)蓄電池兩端電壓化，采集后信號(hào)后送信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行處 理，信號(hào)調(diào)理模塊處理后的化、化分別送入兩個(gè)采樣保持電路，采樣保持后的化、化送入單片 機(jī)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，信號(hào)調(diào)理模塊輸出的化送入單片機(jī)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn) 行模數(shù)轉(zhuǎn)換，采樣保持后的化、化送入差分放大電路得到化-Ui的值后，再送入單片機(jī)內(nèi)的A/ D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)進(jìn)行內(nèi)阻計(jì)算。
[0006] 所述兩個(gè)放電回路中的采樣電阻化、化為精密電阻。
[0007] 所述采樣保持電路選用LF398作為采樣保持器。
[0008] 本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型直流小電流二次放電蓄電池內(nèi)阻在線檢 測(cè)裝置，不僅克服了大電流放電法對(duì)蓄電池的損害和不宜在線監(jiān)測(cè)的缺點(diǎn)，而且通過(guò)采樣 保持和差分放大得到兩次放電電壓值差也提高了數(shù)據(jù)采集的精度，減小了誤差，從而得到 蓄電池內(nèi)阻的準(zhǔn)確值，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池在線帶載狀態(tài)下的內(nèi)阻的準(zhǔn)確檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為本實(shí)用新型直流小電流二次放電法等效電路圖；
[0010] 圖2為本實(shí)用新型直流小電流二次放電蓄電池內(nèi)阻在線檢測(cè)裝置框圖；
[0011] 圖3為本實(shí)用新型采樣保持部分電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 圖1為直流小電流二次放電法等效電路圖，是蓄電池在直流放電狀態(tài)下的電路模 型，蓄電池、串聯(lián)在蓄電池兩端的開關(guān)Si和精密電阻Ri構(gòu)成的放電回路I，蓄電池、串聯(lián)在蓄 電池兩端的開關(guān)S2和精密電阻化構(gòu)成的放電回路Π 。
[0013] 框內(nèi)為直流放電狀態(tài)下蓄電池的等效模型，化即為蓄電池的等效內(nèi)阻，化為在線狀 態(tài)下的等效負(fù)載，Ri、化為放電用精密電阻。
[0014] 首先開關(guān)Si、S2都斷開，可測(cè)得化兩端電壓化和流過(guò)化的電流Is，由歐姆定律可得：
(1)
[0015]
[0016] 其次，對(duì)蓄電池進(jìn)行第一次小電流放電，Si閉合，S2斷開，設(shè)Ri'=Ri//Rl(Ri、化并聯(lián) 值）瓜兩端電壓為化，由歐姆定律可得：
C2)
[0017]
[001引然后，對(duì)蓄電池進(jìn)行第二次放電，S2閉合，Si斷開，設(shè)R ' 2 = R2/7化(R2、化并聯(lián)值），R2 兩端電壓為化，由歐姆定律可得：
[0019]
C3)[0020] 由式(2)、（3)整理可得：
(4)
[0021]
[0022] 將化'、R ' 2代入(4)式整理可得內(nèi)阻化的最終表達(dá)式：
[0023]
[0024] 因此，由式可知首先求出蓄電池在線狀態(tài)下的等效負(fù)載化，再由兩次放電測(cè)得化、 化、化-化，由此即可求得蓄電池的內(nèi)阻化。
[0025] 由內(nèi)阻的表達(dá)式可知需測(cè)量?jī)纱畏烹娀芈分芯茈娮鑳啥说碾妷褐祷c化，W及 兩者的差值化-化，由于化與化的差值很小，為了減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度，本文先用采 樣保持器對(duì)化和化進(jìn)行采樣保持，然后由差分放大得到化-Ui的值。然后將數(shù)據(jù)送入自帶AD 轉(zhuǎn)換的單片機(jī)中計(jì)算得到蓄電池的內(nèi)阻值。
[0026] 如圖2所示直流小電流二次放電蓄電池內(nèi)阻在線檢測(cè)裝置框圖。蓄電池選用12V、 38Ah閥控式鉛酸蓄電池，圖2中主控忍片選用C8051F350單片機(jī)，具有片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān) 視器、帶24或16位單端/差分ADC、看口狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器，是真正能獨(dú)立工作的片上系 統(tǒng)。放電回路I、Π 中精密電阻Ri、R2分別取20 Ω和10 Ω，兩次放電電流均不超過(guò)2A，數(shù)據(jù)采集 選用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)電壓采集?；魻杺鞲衅鞑杉?、化、化信號(hào)后送信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行處理， 由內(nèi)阻化的表達(dá)式可知需測(cè)量化-化的值，由于化與化的差值很小，為了減小測(cè)量誤差，本文 先對(duì)化和化進(jìn)行采樣保持，采樣保持后的化、化送入A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)， 同時(shí)采樣保持后的化、化送入差分放大電路得到化-Ui的值，再送A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn) 換，信號(hào)調(diào)理模塊輸出的Uo經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出數(shù)字信號(hào)到單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行內(nèi)阻計(jì) 算。
[0027] 如圖3所示采樣保持部分電路圖，采樣保持器選用LF398,利用邏輯電平控制其工 作狀態(tài)。采樣保持器具有兩個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)。采樣狀態(tài):在此期間它盡可能快的接收模擬 輸入信號(hào)，并精確地跟蹤模擬輸入信號(hào)的變化，一直到接到保持指令為止;保持狀態(tài):對(duì)接 收到保持指令前一瞬間的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。采樣保持器在保持階段相當(dāng)于"模擬信號(hào)存 儲(chǔ)器"。圖3為采樣保持部分電路圖，第一次放電時(shí)開關(guān)Si閉合，S2斷開，采樣保持器L1處于采 樣狀態(tài);然后進(jìn)行第二次放電，此時(shí)S2閉合，Si斷開，采樣保持器L1處于保持狀態(tài)，L2處于采 樣狀態(tài);然后L1、L2都處于保持狀態(tài)，最后將采集到的數(shù)據(jù)送給差分放大器得到計(jì)算蓄電組 內(nèi)阻所需的數(shù)據(jù)，由單片機(jī)完成內(nèi)阻的計(jì)算。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種直流小電流二次放電蓄電池內(nèi)阻在線檢測(cè)裝置，其特征在于，包括兩個(gè)放電回 路、電壓采集模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、兩個(gè)采樣保持電路、差分放大電路、和單片機(jī)，蓄電池、串 聯(lián)在蓄電池兩端的開和采樣電阻Ri構(gòu)成的第一放電回路，蓄電池、串聯(lián)在蓄電池兩端的 開關(guān)S2和米樣電阻R2構(gòu)成的放電回路，單片機(jī)輸出控制信號(hào)控制兩個(gè)開關(guān)Si、S2分段工作， 傳感器分別采集兩個(gè)開關(guān)斷開時(shí)蓄電池兩端電壓Uo,僅開關(guān)Si閉合時(shí)蓄電池兩端電壓山，僅 開關(guān)&閉合時(shí)蓄電池兩端電壓1] 2，采集后信號(hào)后送信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行處理，信號(hào)調(diào)理模塊處 理后的山、1]2分別送入兩個(gè)采樣保持電路，采樣保持后的山、1] 2送入單片機(jī)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換模塊 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，信號(hào)調(diào)理模塊輸出的U〇送入單片機(jī)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，采樣保 持后的山、1] 2送入差分放大電路得到U2 的值后，再送入單片機(jī)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模 數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)進(jìn)行內(nèi)阻計(jì)算。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述直流小電流二次放電蓄電池內(nèi)阻在線檢測(cè)裝置，其特征在于，所 述兩個(gè)放電回路中的采樣電阻Ri、R2為精密電阻。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述直流小電流二次放電蓄電池內(nèi)阻在線檢測(cè)裝置，其特征在于，所 述采樣保持電路選用LF398作為采樣保持器。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種直流小電流二次放電蓄電池內(nèi)阻在線檢測(cè)裝置，包括兩個(gè)放電回路、電壓采集模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、兩個(gè)采樣保持電路、差分放大電路、和單片機(jī)，蓄電池、串聯(lián)在蓄電池兩端的開關(guān)<i>S</i>1和采樣電阻<i>R</i>1構(gòu)成的第一放電回路，蓄電池、串聯(lián)在蓄電池兩端的開關(guān)<i>S</i>2和采樣電阻<i>R</i>2構(gòu)成的放電回路，檢測(cè)在蓄電池帶載的狀態(tài)下進(jìn)行兩次小電流放電后兩端電壓，即可求得蓄電池的內(nèi)阻。不僅克服了大電流放電法對(duì)蓄電池的損害和不宜在線監(jiān)測(cè)的缺點(diǎn)，而且通過(guò)采樣保持和差分放大得到兩次放電電壓值差也提高了數(shù)據(jù)采集的精度，減小了誤差，從而得到蓄電池內(nèi)阻的準(zhǔn)確值，實(shí)現(xiàn)蓄電池在線帶載狀態(tài)下的內(nèi)阻的準(zhǔn)確檢測(cè)。
【IPC分類】G01R27/02
【公開號(hào)】CN205157652
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520939541
【發(fā)明人】朱武, 李瑩, 黃晶, 劉雅娟, 徐浩澤, 張樂(lè)
【申請(qǐng)人】上海電力學(xué)院
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月23日