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1、(10)申请公布号 CN 102262184 A (43)申请公布日 2011.11.30 CN 102262184 A *CN102262184A* (21)申请号 201110098217.7 (22)申请日 2011.04.19 G01R 27/14(2006.01) G01R 31/36(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街 92 号 (72)发明人 朱春波 逯仁贵 郭尧 潘进 (74)专利代理机构 哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人 牟永林 (54) 发明名称 蓄电池内阻在线检测仪及内阻检测方法 (57。
2、) 摘要 蓄电池内阻在线检测仪及内阻检测方法， 属 于蓄电池技术领域。它解决了现有交流法测试内 阻的方法由于干扰因素多而影响测量精度的问 题。蓄电池内阻在线检测仪， 它由电源模块、 处理 器模块、 检测信号发生模块、 被测电池选通模块和 检测信号处理模块组成 ； 基于蓄电池内阻在线检 测仪的内阻检测方法， 由处理器模块产生正弦电 压信号， 该正弦电压信号通过检测信号发生模块 后输入给被测电池选通模块， 同时由处理器模块 控制被测电池选通模块依次将第一基准电阻、 第 二基准电阻和被测电池夹具串联接入检测信号发 生模块输出的交流电流回路中， 采用四线制方式 提取相应的电压信号， 计算获取被测电池夹。
3、具中 夹持的被测电池的内阻值。本发明适用于蓄电池 内阻的在线检测。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页 CN 102262197 A1/2 页 2 1. 一种蓄电池内阻在线检测仪， 其特征在于 ： 它由电源模块 (1)、 处理器模块 (2)、 检测 信号发生模块 (3)、 被测电池选通模块 (4) 和检测信号处理模块 (5) 组成， 电源模块(1)为处理器模块(2)、 检测信号发生模块(3)和检测信号处理模块(5)提供 工作电源， 处理器模块(2)的正弦电压信号输出端连接检测信号发生模块(3)的正。
4、弦电压信号输 入端， 检测信号发生模块 (3) 的两个交流电流信号输出端连接被测电池选通模块 (4) 的两 个交流电流信号输入端， 被测电池选通模块 (4) 的交流电压信号输出端连接检测信号处理 模块(5)的检测信号输入端， 检测信号处理模块(5)的检测信号输出端连接处理器模块(2) 的检测信号输入端 ； 处理器模块 (2) 的测量选择信号输出端连接电池选通模块 (4) 的选通控制信号输入 端。 2. 根据权利要求 1 所述的蓄电池内阻在线检测仪， 其特征在于 ： 所述处理器模块 (2) 由微处理器 (2-1) 和参考电压电路 (2-2) 组成， 参考电压电路(2-2)的参考电压信号输出端连接。
5、微处理器(2-1)的参考电压信号输入 端 ； 微处理器 (2-1) 的正弦电压信号输出端为处理器模块 (2) 的正弦电压信号输出端。 3. 根据权利要求 2 所述的蓄电池内阻在线检测仪， 其特征在于 ： 所述检测信号发生模 块 (3) 由第一滤波电路 (3-1) 和耦合驱动电路 (3-2) 组成， 检测信号发生模块(3)的正弦电压信号输入端为第一滤波电路(3-1)的正弦电压信号 输入端， 第一滤波电路 (3-1) 的正弦电压信号输出端 BPOA 连接耦合驱动电路 (3-2) 的正弦 电压信号输入端， 耦合驱动电路 (3-2) 的两个交流电流信号输出端 TQIx3、 TQIx8 为检测信 号发生。
6、模块 (3) 的两个交流电流信号输出端。 4. 根据权利要求 3 所述的蓄电池内阻在线检测仪， 其特征在于 ： 所述被测电池选通模 块 (4) 包括可控选通开关、 第一基准电阻 (R1)、 第二基准电阻 (R2) 和被测电池夹具 (4-1)， 所述可控选通开关的两个公共端分别连接检测信号发生模块 (3) 的两个交流电流信号输 出端， 处理器模块 (2) 的测量选择信号输出端连接该可控选通开关的控制端， 用于控制该 可控开关动作， 依次分别将第一基准电阻 (R1)、 第二基准电阻 (R2) 和被测电池串联到检测 信号发生模块 (3) 的两个交流电流信号输出端之间。 5. 根据权利要求 4 所述的。
7、蓄电池内阻在线检测仪， 其特征在于 ： 所述检测信号处理模 块(5)由放大电路(5-1)、 第二滤波电路(5-2)、 全波整流电路(5-3)和峰值保持电路(5-4) 组成， 检测信号处理模块 (5) 的检测信号输入端为放大电路 (5-1) 的检测信号输入端， 放大 电路 (5-1) 的检测信号输出端连接第二滤波电路 (5-2) 的检测信号输入端， 第二滤波电路 (5-2)的检测信号输出端连接全波整流电路(5-3)的检测信号输入端， 全波整流电路(5-3) 的检测信号输出端连接峰值保持电路 (5-4) 的检测信号输入端， 峰值保持电路 (5-4) 的检 测信号输出端为检测信号处理模块 (5) 的。
8、检测信号输出端。 6. 一种基于权利要求 5 所述蓄电池内阻在线检测仪的内阻检测方法， 其特征在于 ： 由处理器模块 (2) 产生正弦电压信号， 该正弦电压信号通过检测信号发生模块 (3) 产 生同频同相的交流电流信号输入给被测电池选通模块 (4)， 同时由处理器模块 (2) 控制被 测电池选通模块 (4) 依次将第一基准电阻 (R1)、 第二基准电阻 (R2) 和被测电池夹具 (4-1) 权 利 要 求 书 CN 102262184 A CN 102262197 A2/2 页 3 串联接入检测信号发生模块 (3) 输出的交流电流回路中， 并同步控制采集串联入交流回路 中的第一基准电阻 (R1。
9、)、 第二基准电阻 (R2) 和被测电池夹具 (4-1) 两端产生的电压信号， 所述电压信号的采集采用四线制方式提取， 所述电压信号输入给检测信号处理模块 (5)， 处 理器模块 (2) 根据检测出的电压信号， 经计算获取被测电池夹具 (4-1) 中夹持的被测电池 的内阻值。 7. 根据权利要求 6 所述蓄电池内阻在线检测仪的内阻检测方法， 其特征在于 ： 所述处 理器模块 (2) 根据检测出的电压信号计算被测电池的内阻的方法为 ： 根据公式 ： 式中， Rz表示被测电池的内阻， R2表示第二基准电阻 (R2) 的电阻值， R1表示第一基准 电阻 (R1) 的电阻值， V2表示第二基准电阻 (。
10、R2) 两端的电压， Vz表示被测电池两端的电压， V1表不第一基准电阻 (R1) 两端的电压， 计算即得到所述被测电池的内阻。 权 利 要 求 书 CN 102262184 A CN 102262197 A1/5 页 4 蓄电池内阻在线检测仪及内阻检测方法 技术领域 0001 本发明涉及一种蓄电池内阻在线检测仪及内阻检测方法， 属于蓄电池技术领域。 背景技术 0002 随着全球气候不断变暖， 节能环保意识的日益加强， 电动汽车取代燃料汽车成为 必然趋势。电动汽车以蓄电池作为能量来源， 而蓄电池使用消耗状态的重要参数之一就是 它的内阻。 无论是蓄电池即将失效、 容量不足或是充放电不当， 都能从。
11、它的内阻变化中体现 出来。因此可以通过测量蓄电池内阻， 来对其工作状态进行评估。 0003 目前测量蓄电池内阻的常见方法有密度法、 开路电压法、 直流放电法和交流法等。 其中 ： 0004 密度法， 是通过测量蓄电池电解液的密度来估算蓄电池的内阻， 常用于开口式铅 酸电池的内阻测量， 该方法的适用范围窄。 0005 开路电压法， 是通过测量蓄电池的端电压来估计蓄电池内阻， 精度很差， 甚至有可 能得出错误结论。 0006 直流放电法， 是通过对电池进行瞬间大电流放电， 测量电池上的瞬间电压降， 再通 过欧姆定律计算出电池内阻， 虽然这种方法在实践中也得到了广泛的应用， 但是无法实现 在线测量。。
12、 0007 交流法， 是通过对蓄电池注入一个恒定的交流电流信号， 测量出蓄电池两端的电 压响应信号以及两者的相位差， 由阻抗公式来确定蓄电池的内阻。该方法不需对蓄电池进 行放电， 可以实现安全在线检测电池内阻， 故不会对蓄电池的性能造成影响。 但该方法需要 测量交流电流信号、 电压响应信号以及电压和电流之间的相位差， 这种方法不但干扰因素 多， 而且增加了系统的复杂性， 同时也影响了测量精度。同时， 现有交流法测试内阻都利用 锁相放大环节进行小信号处理， 由于专门锁相放大芯片价格较为昂贵， 故这种方法对于需 要控制成本的场合也并不适用。 发明内容 0008 本发明是为了解决现有交流法测试内阻的。
13、方法由于干扰因素多而影响测量精度 的问题， 提供一种蓄电池内阻在线检测仪及内阻检测方法。 0009 蓄电池内阻在线检测仪， 它由电源模块、 处理器模块、 检测信号发生模块、 被测电 池选通模块和检测信号处理模块组成， 0010 电源模块为处理器模块、 检测信号发生模块和检测信号处理模块提供工作电源， 0011 处理器模块的正弦电压信号输出端连接检测信号发生模块的正弦电压信号输入 端， 检测信号发生模块的两个交流电流信号输出端连接被测电池选通模块的两个交流电流 信号输入端， 被测电池选通模块的交流电压信号输出端连接检测信号处理模块的检测信号 输入端， 检测信号处理模块的检测信号输出端连接处理器模。
14、块的检测信号输入端 ； 0012 处理器模块的测量选择信号输出端连接电池选通模块的选通控制信号输入端。 说 明 书 CN 102262184 A CN 102262197 A2/5 页 5 0013 所述处理器模块由微处理器和参考电压电路组成， 0014 参考电压电路的参考电压信号输出端连接微处理器的参考电压信号输入端 ； 微处 理器的正弦电压信号输出端为处理器模块的正弦电压信号输出端。 0015 所述检测信号发生模块由第一滤波电路和耦合驱动电路组成， 0016 检测信号发生模块的正弦电压信号输入端为第一滤波电路的正弦电压信号输入 端， 第一滤波电路的正弦电压信号输出端 BPOA 连接耦合驱动。
15、电路的正弦电压信号输入端， 耦合驱动电路的两个交流电流信号输出端 TQIx3、 TQIx8 为检测信号发生模块的两个交流 电流信号输出端。 0017 所述被测电池选通模块包括可控选通开关、 第一基准电阻、 第二基准电阻和被测 电池夹具， 所述可控选通开关的两个公共端分别连接检测信号发生模块的两个交流电流信 号输出端， 处理器模块的测量选择信号输出端连接该可控选通开关的控制端， 用于控制该 可控开关动作， 依次分别将第一基准电阻、 第二基准电阻和被测电池串联到检测信号发生 模块的两个交流电流信号输出端之间。 0018 所述检测信号处理模块由放大电路、 第二滤波电路、 全波整流电路和峰值保持电 路。
16、组成， 0019 检测信号处理模块的检测信号输入端为放大电路的检测信号输入端， 放大电路的 检测信号输出端连接第二滤波电路的检测信号输入端， 第二滤波电路的检测信号输出端连 接全波整流电路的检测信号输入端， 全波整流电路的检测信号输出端连接峰值保持电路的 检测信号输入端， 峰值保持电路的检测信号输出端为检测信号处理模块的检测信号输出 端。 0020 一种基于上述蓄电池内阻在线检测仪的内阻检测方法， 0021 由处理器模块产生正弦电压信号， 该正弦电压信号通过检测信号发生模块产生同 频同相的交流电流信号输入给被测电池选通模块， 同时由处理器模块控制被测电池选通模 块依次将第一基准电阻、 第二基准。
17、电阻和被测电池夹具串联接入检测信号发生模块输出的 交流电流回路中， 并同步控制采集串联入交流回路中的第一基准电阻、 第二基准电阻和被 测电池夹具两端产生的电压信号， 所述电压信号的采集采用四线制方式提取， 所述电压信 号输入给检测信号处理模块， 处理器模块根据检测出的电压信号， 经计算获取被测电池夹 具中夹持的被测电池的内阻值。 0022 本发明的优点是 ： 本发明对蓄电池内阻的测量， 采用了两个基准电阻校准、 滤波电 路滤波， 同时采用了放大电路和峰值保持电路， 使蓄电池内阻的测量精度高， 测量方便， 功 耗低。本发明既可用于单体蓄电池内阻的测量， 也可用于蓄电池组内阻的测量。本发明的 使用。
18、不受被测蓄电池电压的限制， 可应用于各种场合。本发明可在电动车等电磁干扰和震 动的环境下工作， 抗干扰能力强， 可靠性高。还可应用于工业生产中， 且维护方便。它可通 过标准通信接口， 进行扩展。安装方便， 可在不影响原有结构的情况下实施安装。 0023 本发明具备易于实现， 体积小， 成本低， 可靠性好的特点， 可以应用于电动汽车领 域， 也可应用于其它领域。 附图说明 0024 图 1 为本发明的原理示意图 ； 说 明 书 CN 102262184 A CN 102262197 A3/5 页 6 0025 图 2 为本发明的信号处理流程示意图 ； 0026 图 3 为处理器模块的电路图 ； 。
19、0027 图 4 为检测信号发生模块的电路图 ； 0028 图 5 为被测电池选通模块的电路图。 具体实施方式 0029 具体实施方式一 ： 下面结合图 1 说明本实施方式， 本实施方式为蓄电池内阻在线 检测仪， 它由电源模块1、 处理器模块2、 检测信号发生模块3、 被测电池选通模块4和检测信 号处理模块 5 组成， 0030 电源模块1为处理器模块2、 检测信号发生模块3和检测信号处理模块5提供工作 电源， 0031 处理器模块2的正弦电压信号输出端连接检测信号发生模块3的正弦电压信号输 入端， 检测信号发生模块 3 的两个交流电流信号输出端连接被测电池选通模块 4 的两个交 流电流信号输。
20、入端， 被测电池选通模块 4 的交流电压信号输出端连接检测信号处理模块 5 的检测信号输入端， 检测信号处理模块 5 的检测信号输出端连接处理器模块 2 的检测信号 输入端 ； 0032 处理器模块 2 的测量选择信号输出端连接电池选通模块 4 的选通控制信号输入 端。 0033 本实施方式中电源模块 1 包括 5V 和 12V 两个电源， 它负责为整个电路供电。 0034 本实施方式的实现具有成本低、 测量速度快、 可靠性高及抗干扰能力强的优点。 0035 具体实施方式二 ： 下面结合图2和图3说明本实施方式， 本实施方式为对实施方式 一的进一步说明， 所述处理器模块 2 由微处理器 2-1。
21、 和参考电压电路 2-2 组成， 0036 参考电压电路2-2的参考电压信号输出端连接微处理器2-1的参考电压信号输入 端 ； 微处理器 2-1 的正弦电压信号输出端为处理器模块 2 的正弦电压信号输出端。其它组 成及连接关系与实施方式一相同。 0037 本实施方式中微处理器 2-1 的正弦电压信号输出端为微处理器 2-1 的 DA 端口。 0038 本实施方式具备 CAN 通信接口， 便于扩展。 0039 具体实施方式三 ： 下面结合图2和图4说明本实施方式， 本实施方式为对实施方式 一或二的进一步说明， 所述检测信号发生模块 3 由第一滤波电路 3-1 和耦合驱动电路 3-2 组成， 00。
22、40 检测信号发生模块3的正弦电压信号输入端为第一滤波电路3-1的正弦电压信号 输入端， 第一滤波电路 3-1 的正弦电压信号输出端 BPOA 连接耦合驱动电路 3-2 的正弦电压 信号输入端， 耦合驱动电路 3-2 的两个交流电流信号输出端 TQIx3、 TQIx8 为检测信号发生 模块 3 的两个交流电流信号输出端。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。 0041 具体实施方式四 ： 下面结合图2和图5说明本实施方式， 本实施方式为对实施方式 一、 二或三的进一步说明， 所述被测电池选通模块 4 包括可控选通开关、 第一基准电阻 R1、 第二基准电阻 R2 和被测电池夹具 4-1， 所述。
23、可控选通开关的两个公共端分别连接检测信号 发生模块 3 的两个交流电流信号输出端， 处理器模块 2 的测量选择信号输出端连接该可控 选通开关的控制端， 用于控制该可控开关动作， 依次分别将第一基准电阻 R1、 第二基准电阻 说 明 书 CN 102262184 A CN 102262197 A4/5 页 7 R2和被测电池串联到检测信号发生模块3的两个交流电流信号输出端之间。 其它组成及连 接关系与实施方式一、 二或三相同。 0042 本实施方式中的第一基准电阻 R1 和第二基准电阻 R2 选用毫欧级电阻。检测信号 发生模块 3 输出的交流信号分别接到第一基准电阻 R1、 第二基准电阻 R2 。
24、和被测电池的两 端， 可通过使用继电器和多路选择器来实现， 三条支路的通断分别由微处理器 2-1 进行控 制实现。 0043 本实施方式能够很好的校准测量结果。 0044 具体实施方式五 ： 下面结合图 2 说明本实施方式， 本实施方式为对实施方式一、 二、 三或四的进一步说明， 所述检测信号处理模块 5 由放大电路 5-1、 第二滤波电路 5-2、 全 波整流电路 5-3 和峰值保持电路 5-4 组成， 0045 检测信号处理模块 5 的检测信号输入端为放大电路 5-1 的检测信号输入端， 放大 电路 5-1 的检测信号输出端连接第二滤波电路 5-2 的检测信号输入端， 第二滤波电路 5-2。
25、 的检测信号输出端连接全波整流电路 5-3 的检测信号输入端， 全波整流电路 5-3 的检测信 号输出端连接峰值保持电路 5-4 的检测信号输入端， 峰值保持电路 5-4 的检测信号输出端 为检测信号处理模块 5 的检测信号输出端。其它组成及连接关系与实施方式一、 二、 三或四 相同。 0046 所述第一滤波电路 3-1 和第二滤波电路 5-2 采用专业滤波芯片， 只需调节其外围 电阻即可实现精密滤波， 其窄带带宽能够达到 100Hz 以下， 使频率成分单一化， 能够有效滤 除噪声干扰。全波整流电路 5-3 采用高速运放和快恢复二极管构成， 它同时采用差分电路 结构实现快速全波整流。峰值保持电。
26、路 5-4 采用有源反馈型结构， 它能够保证峰值稳定， 达 到快速响应。 0047 本实施方式中检测信号处理模块 5 接收两个基准电阻和被测电池两端的交流电 压， 经过全波整流电路 5-3 和峰值保持电路 5-4 后， 送到微处理器 2-1 的 AD 采样端口， 微处 理器 2-1 经过计算， 得到被测电池的阻值， 该阻值可通过收发电路发送至上位机。 0048 峰值保持电路 5-4 有利于保证信号的完整性， 提高系统的抗干扰能力。 0049 具体实施方式六 ： 下面结合图1至图5说明本实施方式， 本实施方式为基于实施方 式五所述蓄电池内阻在线检测仪的内阻检测方法， 0050 由处理器模块 2 。
27、产生正弦电压信号， 该正弦电压信号通过检测信号发生模块 3 产 生同频同相的交流电流信号输入给被测电池选通模块 4， 同时由处理器模块 2 控制被测电 池选通模块4依次将第一基准电阻R1、 第二基准电阻R2和被测电池夹具4-1串联接入检测 信号发生模块 3 输出的交流电流回路中， 并同步控制采集串联入交流回路中的第一基准电 阻 R1、 第二基准电阻 R2 和被测电池夹具 4-1 两端产生的电压信号， 所述电压信号的采集采 用四线制方式提取， 所述电压信号输入给检测信号处理模块 5， 处理器模块 2 根据检测出的 电压信号， 经计算获取被测电池夹具 4-1 中夹持的被测电池的内阻值。 0051 。
28、本实施方式中处理器模块 2 通过 AD 采样端口接收检测信号处理模块 5 输出的检 测信号 ； 将检测信号发生模块 3 产生的同频同相的交流电流信号加在两个基准电阻和被测 电池的两端， 此时产生的电压峰值与相应的阻值成线性关系。采用四线制方式提取电压可 由多路选择器控制其通断。 0052 具体实施方式七 ： 本实施方式为对实施方式六的进一步说明， 所述处理器模块 2 说 明 书 CN 102262184 A CN 102262197 A5/5 页 8 根据检测出的电压信号计算被测电池的内阻的方法为 ： 0053 根据公式 ： 0054 式中， Rz表示被测电池的内阻， R2表示第二基准电阻 R。
29、2 的电阻值， R1表示第一基 准电阻 R1 的电阻值， V2表示第二基准电阻 R2 两端的电压， Vz表示被测电池两端的电压， V1 表示第一基准电阻 R1 两端的电压， 计算即得到所述被测电池的内阻。其它与实施方式六相 同。 0055 本实施方式中的计算过程通过软件的方式在微处理器 2-1 内部完成。 0056 本实施方式所述计算方法简单可靠， 精度高， 运算速度快。 说 明 书 CN 102262184 A CN 102262197 A1/3 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 102262184 A CN 102262197 A2/3 页 10 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102262184 A CN 102262197 A3/3 页 11 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102262184 A 。