蓄电池内阻测量方法及装置与流程

本发明涉及计算机辅助测量领域，特别涉及一种蓄电池内阻测量方法及装置。

背景技术：

在所有供电系统中，作为后备电源的蓄电池是必不可少的，而蓄电池在使用过程比必然会老化，老化到一定程度的蓄电池无法起到后备电源的作用，存在安全风险；而蓄电池内阻是衡量其老化程度的一个重要参数。

但蓄电池内阻很小，在几百微欧到几十毫欧之间；特别是大容量蓄电池，内阻更小；例如：2v/1000ah的蓄电池，其出厂内阻在300微欧左右；要精确测量其大小难度大。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种蓄电池内阻测量方法，能够准确测量蓄电池内阻大小。

本发明还提出一种使用上述蓄电池内阻测量方法的蓄电池内阻测量装置。

根据本发明的第一方面实施例，包括：对比电阻及待测蓄电池串联，通测试交流电，所述对比电阻和所述待测蓄电池两端的电压分别经放大滤波后进入除法电路，得到除法电压；一次或多次设置所述测试交流电的预设频率，对所述除法电压进行采样，获得所述预设频率相应的电压采样数据和电压采样平均值；基于预设规则，根据与所述电压采样平均值的偏差值选取若干电压采样数据，得出所述除法电压的观测值；根据所述除法电压的观测值得出所述待测蓄电池的内阻。

根据本发明实施例的蓄电池内阻测量方法，至少具有如下有益效果：经过除法电路之后的信号是与信号频率无关的直流信号，只需要采样该直流信号即可，简化了采样电路和信号处理电路，降低了成本，提高了测量精度；且测量用交流电的电流小，安全系数高。

根据本发明的一些实施例，所述预设规则被配置为：若单次设置所述测试交流电的频率，则对所述电压采样数据根据所述偏差值按顺序排列，对中段的若干所述电压采样数据取平均值得到所述除法电压的观测值；若多次设置所述测试交流电的频率，则选取所述偏差值总和最小的所述电压采样数据，根据所述偏差值按顺序排序，对中段的若干所述电压采样数据取平均值得到所述除法电压的观测值。单次测试中选取中段数据可以去除数据误差干扰，提高测量准确性；多次测试则可减小与待测蓄电池连接的充电机和负载设备对测量的影响，选择干扰较小的频段进行测量，提高了测量准确性。

根据本发明的一些实施例，所述中段的若干所述电压采样数据占所述电压采样数据的总数的三分之一。提高计算精度。

根据本发明的一些实施例，所述除法电压的采样频率不低于所述预设频率的4倍。提高采样精度，进而提高计算精度。

根据本发明的一些实施例，所述蓄电池内阻值与所述除法电压的关系为：

其中，r1为蓄电池内阻值，r2为对比电阻的电阻值，k1为所述待测蓄电池两端电压的放大倍数，k2为所述对比电阻模块两端电压的放大倍数，v为所述除法电压。仅采样除法电压，即可获取蓄电池内阻，测量精度高，操作简单。

根据本发明的一些实施例，所述对比电阻模块两端电压的放大倍数k1与所述待测蓄电池两端电压的放大倍数k2相同。简化了电路设计，也方便后续电阻值的计算。

根据本发明的第二方面实施例的蓄电池内阻测量装置，包括：对比电阻模块，用于提供对比电阻供测量用；程控信号发生电路，用于对串联的所述对比电阻模块及待测蓄电池输出测试交流电；电压对比单元，包括两个差分放大器、两个滤波器及一个除法电路，所述对比电阻模块和所述待测蓄电池两端的电压分别经放大及滤波后进入除法电路，得到除法电压；adc模块，用于对所述除法电压进行采样；控制处理模块，用于控制所述测试交流电的频率及所述adc模块的采样频率，并根据所述adc模块的采样数据计算得出所述待测蓄电池的内阻值。

根据本发明实施例的蓄电池内阻测量装置，至少具有如下有益效果：结构简单，仅需要对除法电压进行采样，即可计算得到待测蓄电池的内阻值，测量精度高，成本低，且测量用交流电的电流小，安全系数高。

根据本发明的一些实施例，所述控制处理模块还用于根据所述待测蓄电池的出厂内阻值范围切换所述对比电阻模块的量程。控制处理模块可切换对比电阻模块的量程，简化操作，提高了待测蓄电池的内阻测量的精确度。

根据本发明的一些实施例，还包括若干隔直流电路，用于防止直流电信号进入电压对比单元。隔直流电路隔离直流，排除直流干扰，除法电压更精确。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的方法的步骤示意图；

图2为本发明实施例的装置的结构示意图。

附图标记：

对比电阻模块100、程控信号发生电路200、

电压对比单元300、差分放大器310、滤波器320、除法电路330、

adc模块400、控制处理模块500、待测蓄电池600、隔直流电路700。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

参照图1，本发明的实施例的方法包括：对比电阻及待测蓄电池600串联，通测试交流电，对比电阻和待测蓄电池600两端的电压分别经放大滤波后进入除法电路330，得到除法电压；一次或多次设置测试交流电的频率，对除法电压进行采样，获得一组或多组电压采样数据，每个预设频率对应一组电压采样数据，计算该组的电压采样平均值；基于预设规则，根据与电压采样平均值的偏差值选取若干电压采样数据，得出除法电压的观测值；根据除法电压的观测值得出待测蓄电池600的内阻。

在本发明的实施例中，对于单次测量，即一次设置测试交流电的频率，将电压采样数据按偏差值的大小进行排序，选取位于中段的若干电压采样数据取平均值作为除法电压的观测值。对于多次测量，即多次设置测试交流电的频率，可得到多组电压采样数据，则按组分别计算偏差值总和，并选取偏差值总和最小的那组电压采样数据；对该组电压采样数据，按单次测量的方法获取除法电压的观测值，即将该组电压采样数据按偏差值的大小进行排序，选取位于中段的若干电压采样数据取平均值作为除法电压的观测值。应理解的是，偏差值可以表现为电压采样数据的值与电压采样平均值的差的绝对值，或者电压采样数据的值与电压采样平均值的差的平方。

参照图2，本发明的实施例的装置包括：对比电阻模块100、程控信号发生电路200、电压对比单元300、adc模块400、控制处理模块500。其中，对比电阻模块100用于提供对比电阻供测量用。控制处理模块500，用于控制程控信号发生电路200按预设的频率输出测试交流电。程控信号发生电路200对串联的对比电阻模块100及待测蓄电池600输出测试交流电。电压对比单元300，包括两个差分放大器310、两个滤波器320及一个除法电路330。对比电阻模块100两端的电压和待测蓄电池600两端的电压分别经放大及滤波后进入除法电路330，得到除法电压。adc模块400用于对除法电压进行并将采样值传输给控制处理模块500，adc模块400的采样频率由控制处理模块500预先设置。控制处理模块500根据采样数据计算得出待测蓄电池600的内阻。

程控信号发生电路200可以在控制处理模块500控制下产生不同频率的正弦信号，可发生的正弦波范围为800hz～2500hz之间，在本发明的实施例中，选择三个频率点进行测量，分别为1000hz、1500hz、2000hz。信号电流强度在100ma～200ma之间，在本发明的实施例中，选择电流强度为150ma。对比电阻模块100可以在控制处理模块500的控制下切换量程，即切换对比电阻的大小，在本发明的一些实施例中，量程为500微欧、3毫欧、10毫欧。

参照图2，本发明的实施例中，程控信号发生电路200、对比电阻模块100、隔直流电路700、待测蓄电池600组成交流信号回路；滤波电路的滤波范围跟程控信号发生电路200的频率范围吻合。

待测蓄电池600两端的交流电压为v1，对比电阻模块100两端的交流电压为v2，则有：

v1＝r1×i(式1)

v2＝r2×i(式2)

其中，r1为待测蓄电池600的内阻值，r2为对比电阻的阻值，i为电流；

v1和v2经隔直流电路700、差分放大电路、滤波电路后分别得到v3和v4：

v3＝k1×v1(式3)

v4＝k2×v2(式4)

其中，k1为v1的放大倍数，k2为v2的放大倍数。

经除法电路330后，除法电压为：

即有：

在本发明的一些实施例中，k1＝k2，则公式(6)变为：

r1＝v×r2(式7)

可以理解的是，本发明的一些实施例中，k1和k2的值也可以不同。选取相同的放大倍数，能简化电路设计及后续计算。

式(6)或(7)中的v即除法电压，是v3和v4相除后的信号大小，显然，v为直流信号，与程控信号发生电路200的交流信号频率无关，因此，不需要进一步地附加交流转直流电路，adc模块400可直接采样，可以降低电路复杂性，降低成本，提高计算精确度。

在本发明的实施例中，单次测量的步骤为：根据待测试蓄电池的出厂内阻值范围，控制处理模块500控制对比电阻模块100切换量程，具体地，使对比电阻的阻值接近出厂内阻值；控制处理模块500控制程控信号发生电路200产生交流信号，该交流信号频率为f；控制处理模块500控制adc模块400对除法电压进行采样，采样点数为n，采样频率不小于4f，得到采样数据x0,x1,..,xn-1，其中x0表示第一个采样数据，xn-1表示第n个数据。控制处理模块500控制程控信号发生电路200停止产生交流信号，对采样数据进行分析处理，得到电压采样平均值对于单点采样数据，分别计算其对应的偏差平方值yi(0≤i<n):

计算本组数据的偏差平方和s：

根据yi的大小按从小到大的顺序对采样数据进行排序x0,x1,..,xn-1，得到数据z0,z1,..,zn-1；根据排序后的数据z0,z1,..,zn-1得出除法电压v的值。

其中i为整数，取值范围为

即式(10)的含义为偏差值在中段的3分之1的采样数据的平均值作为除法电压的实际值。

最后，控制处理模块500根据式(6)或式(7)计算出待测蓄电池600内阻。

可以理解的是，在本发明的一些实施例中，并不限定取偏差值中段的3分之1的采样值计算除法电压，而是按一定规则去除一些偏差值过小和/或过大的采样数据后进行计算。

可以理解的是，也可以对采样数据进行从大到小的顺序排序后取中段数据；也可以根据偏差的绝对值进行排序。

某些待测蓄电池600长期接有充电机和负载设备，这些设备可能在某些频段对电池母线产生干扰；实际操作中某些待测蓄电池600也不可能断开负载和充电机再测量内阻。因此，在本发明的实施例中，还包括：对测试交流电的频率进行多次设置，分别获取各组除法电压的采样值，本发明的实施例采取3频率段测量的方法，具体操作如下：

(1)在f1(1000hz)下测量内阻，根据式(10)和式(7)得出待测蓄电池内阻，根据公式(9)数据偏差平方和s1；

(2)在f2(1500hz)下测量内阻，根据式(10)和式(7)得出待测蓄电池内阻，根据公式(9)数据偏差平方和s2；

(3)在f3(2000hz)下测量内阻，根据式(10)和式(7)得出待测蓄电池内阻，根据公式(9)数据偏差平方和s3；

比较数据偏差平方和s1，s2，s3，选取数据偏差平方和最小的那一次测量的结果作为最终测量结果。

可以理解的是，可以直接比较数据的偏差平方和，也可以比较数据的偏差和，本发明的实施例中为简化计算，直接比较了数据的偏差平方和。

可以理解的是，多频率段测量的方法不仅限于上述3个频段，可以在3个以上，也可以仅包含2个频段。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。