一种基于阻尼振荡的电池容量在线测量系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于阻尼振荡的电池容量在线测量系统及其测量方法，其利用电感、电容、待测电池的等效内阻构成一个RLC振荡电路；控制处理器控制开关管的通断，使得电感充放电，在RLC电路中产生阻尼振荡波形；通过一个差分放大电路采集该波形，经过AD转换模块，再由控制处理器计算其衰减系数，因衰减系数与电感及等效内阻有关，而电感可以在线测量得到其精确值，从而计算得内阻。本发明专利技术利用该系统可事先获得电池内阻与剩余容量的对照表，而将测得的电池内阻与已知表格对比，即得电池容量，由显示模块输出最终结果。本发明专利技术所采用的检测电路结构简单，且测量过程中对蓄电池无损耗，使用方便安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池性能在线测量
，具体涉及一种基于阻尼振荡的电池容量在线测量系统及其测量方法。
技术介绍
蓄电池作为一种可重复利用的储能装置，在人们的生产生活中有着广泛应用，而及时获得电池的容量状态对于保障设备的正常运转有重要意义。迄今为止，蓄电池电池容量的检测方法主要有以下几种：(1)核对放电法；即100％C的深度放电，虽然其有测试结果准确可靠的优点，缺点也很突出，比如：①放电时间长，风险大，蓄电池组所存储的化学能全部以热能形式消耗掉，既浪费了电能又费时费力，效率低；②电池组须脱离系统，需要备用电池组；③核对放电只能测试整组电池容量，不能测试每一节单体电池容量，以容量最低的一节作为整组容量,而其他部分电池由于放电深度不够，其劣化或落后程度还不能完全充分暴露出来；④蓄电池全深度循环放电的次数是有限的，因为对蓄电池频繁进行深度放电测量有损电池容量与使用寿命。(2)检测电解液密度法；蓄电池的剩余容量与其电解液密度有一定的关系，因而可通过测其电解液密度确定剩余容量。其缺点是在蓄电池使用后期，由于极板的腐蚀、断筋，导致其内部电解液各物质密度跟电池制造时的配制比例发生较大差异，由此很难找到合适的关系推算电池容量。(3)恒电流放电法；即以恒定电流放电，记录电池端电压下降到规定值时的放电小时数，恒定电流值与放电时间长度的乘积即为电池的保有容量。其缺点是作业时间长、工作量大、需要备份电池，而且相关检测设备体积较大，难以在现场移动使用。(4)放电电压分析法；蓄电池施加负载让其放电工作，测量电池端电压的变化，根据变化率的大小推算剩余电量。其缺点是电池端电压随剩余容量变化较小，且是非线性变化的，因此难以保证测量精度。(5)测量内阻法；研究表明，蓄电池容量与内阻有着紧密联系，能准确反映电池当前的荷电状态。因而通过测量蓄电池的内阻来推算其容量的方法现在也被广泛应用。其实现手段主要有以下三种：①直流放电法；即对蓄电池进行瞬间大电流放电，然后测量电池两端的瞬间压降。其缺点是电池组必须脱离系统，无法在线测量，而且瞬间大电流放电会对电池组造成较大冲击，影响电池使用。②交流阻抗法；以小幅值的正弦波电流或者电压信号作为激励源，注入蓄电池，通过测定其响应信号来推算电池内阻。优点是可在线测量且对电池性能基本无影响。缺点是产生稳定激励信号以及准确获取电路响应信号的装置都比较复杂，实际操作上较为困难。公开号为CN201210342103的中国专利即基于该阻抗法提出了一种铅酸蓄电池性能在线检测系统，但是该电路需要外加直流源与电池电压相匹配，实际操作上比较复杂。③衰减振荡法；即利用RLC电路的衰减振荡波形的特征来求出电池的内阻值。其具有与交流阻抗法相同的优点，且实现装置比交流阻抗法简单。专利号为ZL201110440878.3的中国专利即基于此提出了利用RLC电路衰减振荡波形非接触测量热敏电阻的方法，类似方法也可以用于测量电池内阻。由此可见，无论是研究蓄电池放电时的端电压特性，还是研究蓄电池的内部作用机理，都无法准确地测出蓄电池的剩余容量。深度放电虽然精度较高，但由于其消耗高，工作量大等固有缺点也只适用于作为电池组以几年一度的测试，不能用于日常监测。通过测量蓄电池的内阻来测量其容量的方法是一种优点相对突出和可行的方法，但在如何实现上目前还存在较大的改进空间。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本专利技术提供了一种基于阻尼振荡的电池容量在线测量系统及其测量方法，能够简化测量方法，且过程中没有对蓄电池进行大电流充放电，对电池无损耗。一种基于阻尼振荡的电池容量在线测量系统，包括：振荡波发生电路，其利用开关管控制待测电池为电感充电，进而使电容与该电感以及待测电池的等效内阻组成RLC振荡回路；差分放大电路，其采集RLC振荡回路所产生的阻尼振荡信号，并对该信号进行调理、整形及放大处理后输出检测电压信号；控制处理器，其通过对所述的检测电压信号进行A/D采样并根据采样信号计算出待测电池的等效内阻，进而根据关于电池等效内阻-剩余容量的对照表或函数模型确定出待测电池的剩余容量，同时为振荡波发生电路提供控制信号；驱动电路，用于对所述的控制信号进行功率放大后驱动振荡波发生电路中的开关管。所述的控制处理器连接有显示模块，其用于显示待测电池的剩余容量。所述的控制处理器连接有串口通讯模块，控制处理器通过串口通讯模块将所述的检测电压信号传输给上位机。所述的振荡波发生电路包括有开关管、电感和电容；其中，电感的一端与待测电池的正极相连，电感的另一端与开关管的一端和电容的一端相连，开关管的另一端与电容的另一端和待测电池的负极相连并接地，电容两端产生所述的阻尼振荡信号，开关管的控制极接收驱动电路提供功率放大的控制信号。所述的控制处理器采用DSP及其自带的A/D转换模块。所述的上位机事先通过对待测型号的电池充分完整放电一次，采用现有精确的离线测量方式检测整个放电过程中电池剩余容量的变化曲线，同时根据控制处理器提供的检测电压信号计算出整个放电过程中该电池等效内阻的变化曲线，从而拟合出关于电池等效内阻-剩余容量的对照表或函数模型并通过串口通讯模块下发给控制处理器。上述电池容量在线测量系统的测量方法，包括如下步骤：(1)对待测型号的电池充分完整放电一次，并采用现有精确的离线测量方式检测整个放电过程中电池剩余容量的变化曲线；(2)利用控制处理器生成控制信号驱动振荡波发生电路中的开关管先导通后截止：导通时段内由待测型号的电池对驱动振荡波发生电路中的电感进行充电；截止时段内由电感进行放电，从而使得所述的RLC振荡回路产生阻尼振荡信号；(3)利用差分放大电路采集所述的阻尼振荡信号，并对该信号进行调理、整形及放大处理后输出检测电压信号给控制处理器，由控制处理器将该检测电压信号经A/D采样后得到的采样信号通过串口通讯模块传输给上位机；(4)上位机根据控制处理器提供的检测电压信号计算出整个放电过程中电池的等效内阻变化曲线，并结合电池剩余容量的变化曲线拟合出关于电池等效内阻-剩余容量的对照表或函数模型并通过串口通讯模块下发给控制处理器；(5)根据步骤(2)利用振荡波发生电路对同型号的待测电池进行检测，得到对应的阻尼振荡信号，并根据步骤(3)利用差分放大电路对该阻尼振荡信号进行同样处理后输出检测电压信号给控制处理器，利用控制处理器对该检测电压信号进行A/D采样并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阻尼振荡的电池容量在线测量系统，其特征在于，包括：振荡波发生电路，其利用开关管控制待测电池为电感充电，进而使电容与该电感以及待测电池的等效内阻组成RLC振荡回路；差分放大电路，其采集RLC振荡回路所产生的阻尼振荡信号，并对该信号进行调理、整形及放大处理后输出检测电压信号；控制处理器，其通过对所述的检测电压信号进行A/D采样并根据采样信号计算出待测电池的等效内阻，进而根据关于电池等效内阻‑剩余容量的对照表或函数模型确定出待测电池的剩余容量，同时为振荡波发生电路提供控制信号；驱动电路，用于对所述的控制信号进行功率放大后驱动振荡波发生电路中的开关管。

【技术特征摘要】
1.一种基于阻尼振荡的电池容量在线测量系统，其特征在于，包括：
振荡波发生电路，其利用开关管控制待测电池为电感充电，进而使电容与
该电感以及待测电池的等效内阻组成RLC振荡回路；
差分放大电路，其采集RLC振荡回路所产生的阻尼振荡信号，并对该信号
进行调理、整形及放大处理后输出检测电压信号；
控制处理器，其通过对所述的检测电压信号进行A/D采样并根据采样信号
计算出待测电池的等效内阻，进而根据关于电池等效内阻-剩余容量的对照表或
函数模型确定出待测电池的剩余容量，同时为振荡波发生电路提供控制信号；
驱动电路，用于对所述的控制信号进行功率放大后驱动振荡波发生电路中
的开关管。
2.根据权利要求1所述的电池容量在线测量系统，其特征在于：所述的控
制处理器连接有显示模块，其用于显示待测电池的剩余容量。
3.根据权利要求1所述的电池容量在线测量系统，其特征在于：所述的控
制处理器连接有串口通讯模块，控制处理器通过串口通讯模块将所述的检测电
压信号传输给上位机。
4.根据权利要求1所述的电池容量在线测量系统，其特征在于：所述的振
荡波发生电路包括有开关管、电感和电容；其中，电感的一端与待测电池的正
极相连，电感的另一端与开关管的一端和电容的一端相连，开关管的另一端与
电容的另一端和待测电池的负极相连并接地，电容两端产生所述的阻尼振荡信
号，开关管的控制极接收驱动电路提供功率放大的控制信号。
5.根据权利要求1所述的电池容量在线测量系统，其特征在于：所述的控
制处理器采用DSP及其自带的A/D转换模块。
6.根据权利要求1所述的电池容量在线测量系统，其特征在于：所述的上
位机事先通过对待测型号的电池充分完整放电一次，采用现有精确...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖静祎，詹焕友，李豪，吴建德，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33