一种电动汽车蓄电池内阻脉冲检测方法技术

本发明专利技术涉及一种电动汽车蓄电池内阻脉冲检测方法，其能准确地测量多节电池，有效解决了测量电路与电池组的隔离问题以及频繁测试的问题，并能实现在线测量。本发明专利技术采用光耦加变压器隔离式内阻采集模块，并采用非正弦电计算电池的内阻，光耦用于“注入”信号的隔离，用脉冲串信号代替正弦交流信号，变压器用于采集电压信号的隔离，采集的数据是恒流源的有效值Ｉ↓［ｓ］或最大值Ｉ↓［ｓｍ］、内阻抗上的电压有效值Ｖ↓［ｚ］或最大值Ｖ↓［ｚｍ］，以及两者之间的相位差α，然后利用公式ｒ＝｜Ｚ｜ｃｏｓα计算电池内阻。另外，根据ＥＶ工作特点，也可以通过采集电压的变化量及电流计算电池内阻ｒ＝△Ｕ／Ｉ↓［ｓ］。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种蓄电池检测方法，尤其是涉及。
技术介绍
每个电池都有内阻。不同类型的电池内阻不同。相同类型的电池，由于内部化学特性的不一致内阻也不一样。电池的内阻很小，一般为微欧或者毫欧级(一般400Ah的2V蓄电池内阻大约为0.5毫欧左右)。内阻是衡量电池性能的一个重要技术指标。正常情况下，内阻小的电池的大电流放电能力强，内阻大的电池放电能力弱。一个可充电电池出厂时的内阻是比较小的，但经过长期使用后，由于电池内部电解液的枯竭，以及电池内部化学物质活性的降低，内阻会逐渐增加，直到内阻大到电池内部的电量无法正常释放出来，此时电池也就“寿终正寝”了。绝大部分老化的电池都是因为内阻过大的原因而报废。电池的内阻已被公认是准确而快速的判断电池健康状况的重要参数。关于内阻与容量的结论是当电池的内阻大于初始值(基值)的25％时，电池将无法通过容量的测试。可见电池内阻是反映电池性能的一个重要参数。有人对电池内阻和容量的关系做了大量实验，发现可以通过检测电池的内阻来间接地反映电池的容量状况。一般而言，电池的容量越大，内阻就越小，因此可以通过蓄电池内阻的测量，对电池的容量进行在线评估。可见，内阻的大小直接影响电池的驱动能力和剩余容量。内阻有如下两个特点1.内阻不是一个固定的数值。电池处于不同的电量状态时，其内阻值不一样。从技术的角度出发，我们一般把电池的内阻分为两种状态充电态内阻和放电态内阻。充电态内阻指电池完全充满电时的所测量到的电池内阻。放电态内阻指电池充分放电后(放电到标准的截止电压时)所测量到的电池内阻。一般情况下放电态的内阻是不稳定的，测量的结果也比正常值高出许多，而充电态内阻相对比较稳定。对于EV应用而言，我们需要了解电池在工作过程中任意时刻的内阻(动态内阻)，以判断电池的性能及剩余容量。2.内阻无法用一般的方法进行精确测量。因为电池的内阻很小，在微欧或者毫欧范围内，而在一般的测量场合，我们要求电池内阻测量精度误差必须控制在正负5％以内。这么小的阻值和这么精确的要求必须用专用仪器来进行测量。基于上述两个特点，内阻在线测试技术难度大，各厂家的技术和设备各有特点，其测试内阻的准确度和抗干扰能力差别也很大。因此内阻测试技术就成了整个检测系统的核心技术，其测试的好坏也直接影响了整个检测系统的质量。常用内阻检测法通常，所常用的检测方法有两种直流放电法和交流注入法。1.直流放电法根据物理公式R＝V/I，测试设备让电池在短时间内(一般为2-3秒)强制通过一个很大的恒定直流电流(目前一般使用40A-80A的大电流)，测量此时电池两端的电压，并按公式计算出当前的电池内阻。这种测量方法的精确度较高，控制得当的话，测量精度误差可以控制在0.1％以内。但此法有明显的不足之处(1)只能测量大容量电池或者蓄电池，小容量电池无法在2-3秒钟内负荷40A-80A的大电流；(2)当电池通过大电流时，电池内部的电极会发生极化现象，产生极化内阻。故测量时间必须很短，否则测出的内阻值误差很大；(3)大电流通过电池对电池内部的电极有一定损伤。(4)必须在静态或脱机的情况下进行，无法实现在线测量。(5)多出一个体积较大的负载。一方面会增加了安装和控制的复杂度，另一方面会增加设备维护的工作量，影响日常维护的便捷性。美国Alber公司的测试内阻专利技术“瞬间大电流负载放电法”与普通直流放电法不同。其工作过程是由控制模块(主机)按编程信号顺序接通每节电池向负载模块(RTM)放电的“阀”，每节电池向负载模块大电流(30A～70A)放电，时间为3.25秒。放电过程由数据采集模块(DCM)检测和采集电池的通断电压(放电电压稳定后的瞬间断电压差)；负载模块(RTM)承载和采集电池放电电流I。DCM和RTM均有相应的电压和电流感应器件，测定负载模块断开瞬间的电压差ΔV＝V2-V1，据此计算出准确的电池内阻值(R内阻＝ΔV/I)，DCM、RTM和控制模块均有储存记录，并将相关数据以图表和数字的方式，直观地在PC终端上显示出来。虽然此法有不少优点，但和普通直流放电法一样，都不适合于EV的应用。除了上述所列缺点之外，对于EV应用而言，还有以下不足因为EV的电池数目多，给每个单体电池接续负载模块不但机构复杂，而且占用车内空间、增大车辆重量，直接影响EV的各项行驶性能，比如速度、爬坡度、加速性和续驶里程等。另外，EV要求频繁进行剩余容量的检测和显示，这就要求对内阻进行频繁的检测，这样势必影响汽车的正常行驶和减少电池的剩余容量。我们可以简单计算一下假设EV电池组由24节12V电池组成。检测放电电流取50A，则测一次内阻所需功率为P＝50×12＝600W，时长3.25s。所有电池检测一遍所需时间T＝24×3.25＝78s，需要消耗电池容量CT＝50×78＝3900C。如果电池标称容量为110Ah，即Cs＝110×3600＝396000C，则检测一次内阻要浪费约1％的电池容量。如果5分钟检测一次内阻，则1小时就要测12次，浪费容量12％。这对“惜电如金”的EV而言是难以接受的。2.交流注入法为了克服直流放电法需要大电流放电的缺点，人们提出了交流注入测量法。其原理是在蓄电池两端施加一恒定的交流音频电流源is(t)＝Iscos(ωt+αi)，一般频率取1KHz，电流取50mA。然后检测电池端电压vo(t)＝Vocos(ωt+αo)，以及is(t)和vo(t)两者之间的夹角α。根据欧姆定律可知三者之间关系如图7-15所示(设αi＝0)，表达式为Z=V·oI·s=|Z|∠α]]>其中|Z|=VoIs,]]>α＝αo-αi因为Z＝r+jX，所以有r＝|Z|cosαr即为我们需要获取的蓄电池内阻。交流内阻测量法的电池测量时间极短，一般在100毫秒左右，测量精度误差一般在1％-2％之间。使用交流测量法几乎可以测量所有的电池。此外，它还有体积小、成本低、对电池无损害、可在线测量、可进行频繁的测量等优点。但测量精度不如直流放电测量法，很可能会受到纹波电流的影响，同时还有谐波电流干扰的可能。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述
技术介绍
中的不足之处，提供，有效解决了测量电路与电池组的隔离问题以及频繁测试的问题，并能实现在线测量，非常适合EV的使用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种蓄电池内阻脉冲检测方法，其特殊之处在于采用光耦加变压器隔离式内阻采集模块，并采用非正弦电计算电池的内阻。光耦用于“注入”信号的隔离，用脉冲串信号代替正弦交流信号，变压器用于采集电压信号的隔离，采集的数据是恒流源的有效值Is或最大值Ism、内阻抗上的电压有效值Vz或最大值Vzm，以及两者之间的相位差α。相位差检测过程为MCU产生的脉冲串信号通过电阻RV产生电流id1，送给光耦OP1，产生恒流is“注入”电池；同时进入低通滤波器1。is在电池内阻抗z上产生的电压信号uz与电动势12V叠加后经过电容Cd的隔直流，在变压器T1的初级信号就是uz。该电压经过变压器的隔离变换，在次级就得到了Nuz，N为变压比。T1的输出电压信号送入放大器放大及滤波器处理，得到电压的基波分量，然后与id1的基波分量一起进入相位比较检测电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车蓄电池内阻脉冲检测方法，其特征在于：采用光耦加变压器隔离式内阻采集模块，并采用非正弦电计算电池的内阻，光耦用于“注入”信号的隔离，用脉冲串信号代替正弦交流信号，变压器用于采集电压信号的隔离，采集的数据是恒流源的有效值Ｉ↓［ｓ］或最大值Ｉ↓［ｓｍ］、内阻抗上的电压有效值Ｖ↓［ｚ］或最大值Ｖ↓［ｚｍ］，以及两者之间的相位差α。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马建，张卫钢，蹇小平，钱定军，刘亚萍，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]