一种便携式电池内阻检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及锂离子电池内阻检测领域，尤其涉及一种便携式电池内阻检测装置。


背景技术：

2.锂离子电池具有能量密度大、功率密度大、寿命长等特点，广泛应用于电动汽车、储能和航空航天领域。可是电池由于受到外界环境和自身制造工艺的影响，其性能很大程度受到内阻的影响，而且电池的内阻属于电池内部特性，往往伴随老化出现增大的现象。因此，在电池出厂和梯次使用前都必须对电池的内阻进行识别和分选。
3.电池的分选指标往往包括电池端电压、电池容量，这两个参数通过定容和简单的电压测量就能得到。而电池内阻不通过专业设备很难测试，而且目前的测试设备大多基于交流注入，如果电池自身存在故障，再对电池注入电流将有可能造成电池损伤。而且测试设备价格较高，不便于现场测试。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种便携式电池内阻检测装置。
5.本实用新型采取的技术方案如下：一种便携式电池内阻检测装置，包括电池恒流放电电路、电池电压采集电路，电池电流采集电路、单片机处理模块和继电器控制电路，其中：
6.所述单片机处理模块分别与所述、电池电压采集电路，电池电流采集电路、继电器控制电路连接，所述继电器控制电路输出端与电池恒流放电电路连接，电池恒流放电电路输出端分别与电池电压采集电路、电池电流采集电路连接。
7.进一步的，所述单片机处理模块包括stm32f103rct6芯片、程序下载jtag接口电路、复位电路、启动模式选择电路、时钟电路、按键电路；所述程序下载jtag接口电路、复位电路、启动模式选择电路、时钟电路、按键电路均与stm32f103zet6芯片连接。
8.进一步的，所述stm32f103rct6芯片的21引脚与继电器控制电路相接，15引脚与电池电压采集电路相接，14引脚与电池电流采集电路相接，1引脚经过第一二极管d2接入3.3v电源，13引脚经过第一电阻r6接入3.3v电源，19引脚、32引脚、48引脚和64引脚直接接入3.3v电源，18引脚、31引脚、47引脚和63引脚直接接地。
9.进一步的，所述电池电流采集电路，由电流传感器acs712、第一运算放大器lmv358、第一电容c15、第二电容c16、第二电阻r10、led灯d4组成；电流传感器acs712的2和3引脚为电流输入端，8引脚接5v电源，7引脚和第一运算放大器lmv358的3引脚相接，6引脚经过第二电容c16后接地，5引脚直接接地；第一运算放大器lmv358的1和2引脚相接后与stm32f103rct6芯片的pa0引脚相接，4引脚直接接地，8引脚接5v电源；第一电容c15一端接电流传感器acs712的8引脚，一端接地；第二电阻r10一端接电流传感器acs712的8引脚，另一端经过led灯d4后接地。
10.进一步的，所述电池电压采集电路包括第二运算放大器lmv358、第三电阻r19和第四电阻r22，第三电阻r19与第四电阻r22串联后接地，另一端与待测电池相接；第四电阻r22一端接地，另一端与第二运算放大器lmv358的3引脚相接；第二运算放大器lmv358的1和2引脚相接后接入stm32f103rct6芯片的pa1引脚，4引脚接地，8引脚接入5v电源。
11.进一步的，所述电池恒流放电电路包括dd311芯片、第五电阻r15、第六电阻r17以及第三电容c14；dd311芯片的3引脚与4引脚接地，6引脚悬空；第五电阻r15一端与dd311芯片的2引脚相接，另一端与电流传感器acs712的3引脚相接；第六电阻r17一端与dd311芯片的1引脚相接，另一端与12v电源相接；第三电容c14一端与dd311芯片的5引脚相接，另一端直接接地。
12.进一步的，所述继电器控制电路包括hfd4/5-sr继电器、三极管q1、第七电阻r1、第八电阻r2和第二二极管d1；hfd4/5-sr继电器的6引脚与待测电池的正极相接，5引脚与电流传感器acs712的2引脚相接，8引脚与三极管q1的发射极相接，1引脚接入5v电源；第七电阻r1一端与stm32f103rct6芯片的jdq引脚相接，一端与三极管q1的基极相接；第八电阻r2一端与三极管q1的基极相接，一端接地；三极管q1型号为8050，发射极直接接地，集电极与hfd4/5-sr继电器的8引脚相接；第二二极管d1型号为1n4007，阳极与hfd4/5-sr继电器的8引脚相接，阴极与hfd4/5-sr继电器的1引脚相接。
13.本实用新型与现有的电池内阻测试方法相比，在电路上采用恒流控制电路与功率电阻配合使用，实现单片机可控的放电电流设置，并通过功率电阻实现恒流放电，从而形成电流脉冲并提取电池等效内阻；采用恒流电阻放电的方式，成本低，易于实现，不需要电源进行电流注入，实用性高，便于现场实现直流等效内阻检测。
附图说明
14.图1为本实用新型电气连接图。
15.图2为电池电流采集电路图。
16.图3为电池电压采集电路图。
17.图4为电池恒流放电电路图。
18.图5为单片机处理模块图。
19.图6为继电器控制电路图。
20.图7为脉冲测试图。
具体实施方式
21.本实用新型提出一种便携式电池内阻检测装置，针对电池直流内阻不方便实际测试的实际问题，设计了包括电池恒流放电电路、电池电压采集电路，电池电流采集电路、单片机处理模块和继电器控制电路，由单片机进行处理，计算得到电池等效直流内阻。本实用新型采用放电方式对电池进行等效直流内阻测试，并以此为依据进行分选和电池内阻故障判断。本实用新型与现有的电池内阻测试装置相比，采用恒流电阻放电的方式，成本低，易于实现，不需要电源进行电流注入，实用性高，便于现场实现直流等效内阻检测。
22.如图1所示，本实用新型提出的一种便携式电池内阻检测装置，包括电池恒流放电电路、电池电压采集电路，电池电流采集电路、单片机处理模块和继电器控制电路；
23.电池恒流放电电路在单片机处理模块控制下产生一个恒流放电脉冲，同时电压和电流采集电路负责这个过程中的电压和电流采集，并将上述信息发送给单片机处理模块，从而计算电池等效直流内阻。
24.所述的单片机处理模块包括stm32f103rct6芯片、程序下载jtag接口电路、复位电路、启动模式选择电路、时钟电路、按键电路，程序下载jtag接口电路、复位电路、启动模式选择电路、时钟电路、按键电路均与stm32f103zet6芯片连接。
25.所述的电池恒流放电电路，包括恒流放电控制芯片，还有一个配置电流用的电阻，以及一个功率电阻。该电路用于恒定放电电流的产生。
26.所述电池电压采集电路，包括一个用于降低电池电压的分压电路，以及一个运算放大器构成的射极跟随器，用于电池电压的单片机ad检测。
27.所述电池电流采集电路，包括一个霍尔电流传感器和一个射极跟随器，用于电流的模拟信号输送到单片机ad输入引脚。
28.所述继电器控制电路，包括hfd4/5-sr继电器芯片。该电路用于控制电池与外接电路的通断功能。
29.下面结合附图对实用新型的实施做出进一步说明。
30.图1为本实用新型电气连接图。电池直流内阻检测系统整体结构如图1所示，主要包括电池恒流放电电路、电池电压采集电路，电池电流采集电路和单片机处理模块。
31.电池恒流放电电路包括dd311芯片及外挂电阻；电池电压采集电路采用lmv358芯片和两个20kω的电阻，作用为在脉冲激励过程中采集电池电压响应，从而估计电池内阻状态。将电池电压用两个20kω的串联电阻构成分压电路，分压过后的电压输入lmv358，经过电压跟随器后将输出的信号pa1输入单片机进行ad转换；电池电流采集电路采用电流传感器acs712来采集经过电池的电流，电流从acs712+端流入，从acs712-端流出，acs712将采集的电流信号经转换后送入单片机。
32.图2为电池电流采集电路，该电路由电流传感器acs712、第一运算放大器lmv358、第一电容c15、第二电容c16、第二电阻r10、led灯d4组成。电流传感器acs712的2和3引脚为电流输入端，8引脚接5v电源，7引脚和第一运算放大器lmv358的3引脚相接，6引脚经过第二电容c16后接地，5引脚直接接地；第一运算放大器lmv358除3引脚与电流传感器acs712相接外，1和2引脚相接后与单片机的pa0引脚相接，4引脚直接接地，8引脚接5v电源；第一电容c15为0.1nf，一端接电流传感器acs712的8引脚，一端接地；第二电阻r10一端接电流传感器acs712的8引脚，另一端经过led灯d4后接地。电池电流采集电路的主要作用是采集经过电池的电流，本实用新型采用电流传感器acs712来实现。acs712具有精确的低偏置线性霍尔传感器电路，电流输入电流传感器后生成可被集成霍尔ic感应并转化为呈比例电压的磁场，输出的电压信号pa0经过lmv358构成的射极跟随器后输入单片机。图2中pa0为单片机引脚，图中电流从acs712+端流入，从acs712-端流出，acs712将采集的电流信号经转换后送入单片机。
33.图3为电池电压采集电路，该电路由第二运算放大器lmv358、第三电阻r19和第四电阻r22组成。第三电阻r19阻值为20kω，与第四电阻r22串联后接地，另一端与待测电池相接；第四电阻阻值为20kω，除接地一端外，另一端与第二运算放大器lmv358的3引脚相接；第二运算放大器lmv358的1和2引脚相接后接入单片机的pa1引脚，4引脚接地，8引脚接入5v
电源。电池电压采集电路的作用是在脉冲激励过程中采集电池电压响应，从而估计电池内阻状态。电压采集电路的主要功能是采集电池两端电压并传输至单片机，它的设计应该满足实时性与可靠性的同时满足单片机输入电压要求。将电池电压用两个20kω的串联电阻构成分压电路，分压过后的电压输入lmv358，经过电压跟随器后将输出的信号pa1输入单片机进行ad转换。图3中cell+与cell-表示电池接入的位置，pa1为单片机ad转换输入引脚。
34.图4为电池恒流放电电路。该电路包括dd311芯片、第五电阻r15，第六电阻r17以及第三电容c14。dd311芯片的3引脚与4引脚直接接地，6引脚悬空；第五电阻r15阻值为1.25ω，一端与dd311芯片的2引脚相接，另一端与电流传感器的3引脚相接；第六电阻r17阻值为1k欧姆，一端与dd311芯片的1引脚相接，另一端与12v电源相接；第三电容c14容值为1nf，一端与dd311芯片的5引脚相接，另一端直接接地。该电路可以稳定输出电流为1a。
35.图5为单片机处理模块。该电路采用stm32f103rct6芯片、程序下载jtag接口电路、复位电路、启动模式选择电路、时钟电路、按键电路，程序下载jtag接口电路、复位电路、启动模式选择电路、时钟电路、按键电路均与stm32f103zet6芯片连接。stm32f103rct6芯片的21引脚与继电器控制电路相接，15引脚与电池电压采集电路相接，14引脚与电池电流采集电路相接，1引脚经过第一二极管d2接入3.3v电源，13引脚经过第一电阻r6接入3.3v电源，19引脚、32引脚、48引脚和64引脚直接接入3.3v电源，18引脚、31引脚、47引脚和63引脚直接接地。
36.图6为继电器控制电路，该电路采用hfd4/5-sr继电器、三极管q1、第七电阻r1、第八电阻r2和第二二极管d1。继电器的6引脚与待测电池的正极相接，5引脚与电流传感器的2引脚相接，8引脚与三极管q1的发射极相接，1引脚接入5v电源；第七电阻r1阻值为2kω，一端与单片机jdq引脚相接，一端与三极管q1的基极相接；第八电阻r2阻值为4.7kω，一端与三极管q1的基极相接，一端接地；三极管q1型号为8050，发射极直接接地，集电极与继电器的8引脚相接；第二二极管d1型号为1n4007，阳极与继电器的8引脚相接，阴极与继电器的1引脚相接。
37.图7脉冲测试图。在对电池施加恒流激励时，由于内阻的存在，电池的端电压突然下降，由va降至vb，但这个下降时间很短，而后在一段时间内，其端电压缓慢下降至vc，停止放电后电池端电压迅速回升至vd，并趋于平稳。因此只需测出由于内阻存在而导致下降的端电压(图7中的v
a-vb)再除以放电电流即可求出电池放电内阻。同理当给电池施加充电电流时，由于电池内阻存在，电压由vd迅速上升至ve，只需测出ve与vd即可计算充电内阻。因此待测电池的直流内阻可由下式得到：
[0038][0039][0040][0041]
其中rd为电池放电欧姆内阻，rc为电池充电欧姆内阻，r为电池欧姆内阻；va、vb、ve、vd分别为图7电压曲线位置处电压值。
[0042]
根据计算得到的结果，与全新电池的等效内阻进行比较，与全新电池内阻相差
10％以内，认为内阻小，当达到全新电池内阻的2-3倍时，认为内阻中等，当超过全新电池内阻3倍以上，认为内阻大。