CN107037371A - 电池内阻的检测电路 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了电池内阻的检测电路，所述电路包括控制电路、恒流电路和处理电路，所述控制电路与所述恒流电路连接，所述恒流电路与电池连接构成回路，所述处理电路连接于所述电池的两端；所述控制电路用于产生第一脉冲信号，所述第一脉冲信号用于控制所述恒流电路使得所述回路中电流恒定；所述处理电路检测所述电池两端的电压和所述回路的电流，并根据所述电压和所述电流计算所述电池的内阻。本申请实施例中，由于恒流电阻可以在控制电路输出的脉冲信号的控制下输出恒定的电路，使得处理电路能够准确的检测到恒流电路与电池组成的回路中的电流和电池两端的电压，进而准确的计算电池的内阻。
Description
技术领域
本申请涉及电力电子领域，并且更具体地，涉及电力电子领域中的电池内阻的检测电路。
背景技术
在现代电力系统中，蓄电池扮演着重要的角色。蓄电池的稳定性与整个供电系统的可靠性密切相关。蓄电池内阻被认为是判断蓄电池容量状态的决定性参数，也是衡量电池性能的一个重要指标，因此可以通过测量电池内阻对电池进行评估。
现有技术中在测量小容量电池的内阻时，通常采用脉冲放电法。图1示出了脉冲放电法的基本电路图。通过中央处理器(CPU)发出高低脉冲的脉冲信号(表示为MOS_CON)来控制金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)管的通断，由于电池内阻的存在，在电池的两端会产生高低脉冲的脉冲，通过采集电池两端的电压ΔU和电流ΔI的值，通过来计算电池内阻Rinternal。但是，由于电池两端的电压为脉冲电压，导致电池、二极管D1、MOS管Q1、电阻R1和R2组成的回路中的电流并不稳定，无法保证采集到的电压ΔU、电流ΔI为回路中同一时刻的电压和电流值，导致测量精度无法保障。
发明内容
本申请提供一种电池内阻的检测电路，能够准确地检测电池的内阻。
一方面，提供了一种电池内阻的检测电路，其特征在于，所述电路包括控制电路、恒流电路和处理电路，所述控制电路与所述恒流电路连接，所述恒流电路与电池连接构成回路，所述处理电路连接于所述电池的两端；所述控制电路用于产生第一脉冲信号，所述第一脉冲信号用于控制所述恒流电路使得所述回路中电流恒定；所述处理电路检测所述电池两端的电压和所述回路的电流，并根据所述电压和所述电流计算所述电池的内阻。
本申请实施例中，由于恒流电阻可以在控制电路输出的脉冲信号的控制下输出恒定的电路，使得处理电路能够准确的检测到恒流电路与电池组成的回路中的电流和电池两端的电压，进而准确的计算电池的内阻。这里，电池的内阻为所述电压与所述电流之比。
可选地，所述控制电路还用于产生第二脉冲信息，所述第二脉冲信号用于控制所述恒流电路使得所述回路中电流恒定或使得所述回路断路。
这样，当回路断路时，回路中没有电流，此时检测电路不会对电池的内阻进行检测，可以避免长时间对电池施加电压而导致电池损坏。
可选地，所述恒流电路包括金属氧化物半导体MOS管、负反馈电路和源极电阻，所述MOS管的漏极与所述电池的正极连接，所述电池的负极接地；所述MOS管的栅极与所述负反馈电路的输出端连接，并在所述负反馈电路的输出端输出的信号的控制下工作在可变电阻区；所述MOS管的源极与所述负反馈电路的负输入端连接，并通过所述源极电阻接地；所述负反馈电路的正输入端与所述控制电路连接，并接收所述第一脉冲信号。可选地，所述MOS管为场效应晶体管
当MOS管Q1的源极与负反馈电路的负输入端直接连接，源极电阻RS中有电流通过时，负输入端的输入电压为源极电阻两端的电压。当负反馈电路的正输入端和负输入端的电压相等时，负反馈电路的输出电压恒定。进一步地，MOS管中栅极和源极之间的电压VGS恒定，MOS管中漏极和源极之间的电压VDS、电阻RDS恒定，因此，漏极电流Is也为恒流电流。
本申请实施例中，待检测的电池改变会导致回路中的电流改变。当电路变化时，恒流电路能够对回路中的电流进行动态调节，使得恒流电路与电池组成的回路中电流趋于恒定。在回路中的电路恒定之后，处理电路可以检测电池两侧的电压和电流，进而根据电池两侧的电压和电流值来计算电池的内阻。
可选地，所述恒流电路还包括差分运放电路，所述差分运放电路的输出端与所述负反馈电路的负输入端连接，所述差分运放电路的正输入端与所述MOS管的源极连接，所述差分运放电路的负输入端接地。
差分运放电路能够对输入的电压信号进行放大，进而使得输入到负反馈电路的信号满足需求。
可选地，所述电路还包括晶体管，所述晶体管的输入端输入第二脉冲信号，所述晶体管连接于所述负反馈电路的负输入端与电源之间，其中，所述第二脉冲信号通过控制所述负输入端的输入信号来控制所述MOS管处于开启状态或关闭状态。
作为一例，所述晶体管为PNP三极管。
当第二脉冲信号为低电平时，该PNP三极管导通，此时相当于将与三极管连接的电源VDD连接至负反馈电路的负输入端。电源VDD提供给负输入端的电压高于正输入端输入的电压，这样，当负反馈电路输出的电压持续降低，并且MOS管Q1的栅极电压小于MOS管Q1的开启电压时，MOS管Q1将处于关闭状态。这样，恒流电路与电池组成的回路中将没有电流流过。
而当MOS_CON为高电平时，该PNP三极管Q2不导通，此时差分运放电路的输出端与负反馈电路的输入端连接，此时恒流电路与电池组成的回路中电流恒定，可以通过处理电路计算得到电池的内阻。
可选地，所述恒流电路中还包括电阻，所述电阻连接于所述MOS管的漏极和所述电源的正极之间。作为一个实施例，所述电阻为功率电阻，该功率电阻具体可以为水泥电阻。
这里，电阻采用了分压的方式接入电路，能够为MOS管Q1分压，这样，当被检测的电池为大容量电池时，能够保证绝大部分功率耗散在电阻上，同时还能够保证MOS管Q1工作在可变电阻区，实现恒流电路与电池组成的回路恒流。
可选地，本申请实施例中，所述电池为单节电池或多节电池串联的电池组。
附图说明
图1是现有技术的一个检测电池内阻的电路的示意图。
图2是本申请实施例的一个电池内阻的检测电路的示意性框图。
图3是本申请实施例的一个具体的检测电池内阻的电路的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
图2示出了本申请实施例的一种电池内阻的检测电路的示意性框图，该电路包括控制电路11、恒流电路12和处理电路13。
所述控制电路11的输出端与所述恒流电路12的输入端连接，所述控制电路11用于产生第一脉冲信号，所述第一脉冲信号用于控制所述恒流电路12使得所述恒流电路12与所述电池组成的回路中电流恒定；所述处理电路13连接于所述电池的两端，用于检测所述电池两端的电压和所述恒流电路的电流，并根据所述电压和所述电流计算所述电池的内阻。
本申请实施例中，由于恒流电路12和电池组成的回路可以在控制电路输出的第一脉冲信号的控制下具有恒定的电流，回路的电流即为流过电池内部的电路。这样，处理电路能够准确的检测到回路中的电流和电池两端的电压，进而计算电池的内阻。这里，电池的内阻为所述电压与所述电流之比。
本申请实施例中，控制电路还用于产生第二脉冲信号，所述第二脉冲信号用于控制所述恒流电路12使得恒流电路12与电池组成的回路中电流恒定，或者使得恒流电路12与电池组成的回路断路。
可理解，当回路断路时，回路中没有电流，此时检测电路不会对电池的内阻进行检测，可以避免长时间对电池施加电压而导致电池损坏。
图3示出了本申请实施例的一个具体的电池内阻的检测电路的示意图。应理解，图3示出了检测电池内阻的检测电路的示意电路图，但图3中的电路图仅是示例，本申请实施例还可以包括其它电子元器件或者为图3中的电路的变形，并且有可能并非需要图3中的全部器件。此外，图3中与图2中相同的附图标记表示相同或相似的含义，为了简洁，这里不再赘述。
如图3所示，作为一例，控制电路11可以为CPU。恒流电路12可以包括金属氧化物半导体MOS管Q1、负反馈电路121和源极电阻RS，MOS管Q1的漏极与所述电池的正极连接，所述电池的负极接地；MOS管Q1的栅极与所述负反馈电路121的输出端连接，并在所述负反馈电路的输出端输出的信号的控制下工作在可变电阻区；所述MOS管Q1的源极与所述负反馈电路121的负输入端连接，并通过所述源极电阻RS接地；所述负反馈电路121的正输入端与所述控制电路11连接，并用于接收所述第一脉冲信号。本申请实施例中，所述MOS管Q1可以为场效应晶体管。
这里，可以通过CPU发出高低相见的脉冲信号。该脉冲信号包括所述第一脉冲信号，第一脉冲信号可以表示为SET_VREF信号。可理解，SET_VREF信号输出的等效电压的大小为该信号的高电平的电压与占空比的乘积，SET_VREF信号的占空比可以为50％或60％。例如，当SET_VREF信号的高电平为4V，占空比为50％时，其等效电压为4×50％＝2V，当负反馈电路的正输入端与输出SET_VREF信号的端口连接时，输出至负反馈电路的正输入端的等效电压为2V。
本申请实施例中，MOS管Q1的源极与负反馈电路121的负输入端连接，并通过源极电阻RS接地，也就是说，当MOS管Q1的源极与负反馈电路121的负输入端直接连接，源极电阻RS中有电流通过时，负输入端的输入电压为源极电阻两端的电压。当负反馈电路121的正输入端和负输入端的电压相等时，负反馈电路的输出电压恒定。可以理解，因为负反馈电路121的输出端与MOS管Q1的栅极连接，因而当负反馈电路121的输出电压恒定时，MOS管中栅极和源极之间的电压VGS恒定，进一步地，MOS管中漏极和源极之间的电压VDS、电阻RDS恒定，因此，漏极电流Is也为恒流电流。即本申请实施例中，恒流电路与电池组成的回路中的电流恒定。
本申请实施例中，待检测的电池改变会导致回路中的电流改变。当电流变化时，恒流电路12能够对回路中的电流进行动态调节。例如当Is增大时，漏极电阻RS上的压降会增大，输入到负反馈电路的负输入端的电压会增大，导致负反馈电路121输出的电压会减小，即输入到MOS管Q1栅极的电压会减小，此时MOS管Q1中栅极和源极之间的电压VGS减小。由于MOS管工作在可变电阻区，当VGS减小时，则会使得RDS增大，漏极电流Is减小。同样的，当Is减小时，也可以通过负反馈电路和MOS管的动态调节，最终使得RDS减小，进而增大漏极电流Is，实现对回路中电流的动态调节。
因此，本申请实施例中MOS管工作在可变电阻区，能够根据回路中电流的变化，动态调节MOS管的RDS的电阻，使得恒流电路与电池组成的回路中电流趋于恒定。在回路中的电路恒定之后，处理电路可以检测电池两侧的电压和电流，进而根据电池两侧的电压和电流值来计算电池的内阻。
可选地，所述恒流电路12还可以包括差分运放电路122，所述差分运放电路122的输出端与所述负反馈电路121的负输入端连接，所述差分运放电路122的正输入端与所述MOS管Q1的源极连接，所述差分运放电路122的负输入端接地。
差分运放电路122能够对输入的电压信号进行放大，进而使得输入到负反馈电路121的信号满足需求。具体的，本申请实施例中，差分运放电路能够对漏极电阻RS两端的电压进行放大。例如，当漏极电流Is为2A，漏极电阻RS为100mΩ时，输入到差分运放电路122的电压为2A×100mΩ＝0.2V。若差分运放电路122的放大倍数为10倍时，此时，输出至负反馈电路121的负输入端的电压为0.2V×10＝2V。
可选地，本申请实施例中，所述电路还包括晶体管Q2，所述晶体管Q2的输入端输入第二脉冲信号，所述晶体管Q2连接于所述负反馈电路121的负输入端与电源VDD之间，其中，所述第二脉冲信号通过控制所述负输入端的输入信号来控制所述MOS管Q1处于开启状态或关闭状态。这里，VDD提供的电压高于负反馈电路121的正输入端输入的电压。第二脉冲信号能够控制MOS管的开关状态，可以将第二脉冲信号表示为MOS_CON。
可选地，上述晶体管Q2可以为PNP三极管。
当MOS_CON为低电平时，该PNP三极管导通，此时相当于将与三极管连接的电源VDD连接至负反馈电路121的负输入端。电源VDD提供给负输入端的电压高于正输入端输入的电压，如电源电压VDD可以高于SET_VREF信号的等效电压。这样，负反馈电路121输出的电压将会降低，即施加在MOS管Q1栅极的电压降低。由于电源VDD将电压持续的输入至负反馈电路的输入端(如将VDD在负输入端持续输入几个毫秒量级)，负反馈电路121输出的电压会持续降低。当MOS管Q1的栅极电压小于MOS管Q1的开启电压时，MOS管Q1将处于关闭状态。这样，恒流电路12与电池组成的回路中将没有电流流过。
而当MOS_CON为高电平时，该PNP三极管Q2不导通，此时差分运放电路122的输出端与负反馈电路121的输入端连接，即可以直接将差分运放电路121的输出信号输出至负反馈电路121的负输入端，此时恒流电路12与电池组成的回路中电流恒定，可以通过处理电路计算得到电池的内阻。
本申请实施例中，恒流电路12中还可以包括电阻123。电阻123可以包括多个电阻，并且可以采用串联的形式连接在电池的正极和MOS管Q1的漏极之间。作为一例，电阻123可以为功率电阻，具体的可以为水泥电阻。这里，电阻123采用了分压的方式接入电路，电阻123能够为MOS管Q1分压，这样，当被检测的电池为大容量电池时，能够保证绝大部分功率耗散在电阻123上，同时还能够保证MOS管Q1工作在可变电阻区，实现恒流电路12与电池组成的回路恒流。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的连接或直接连接或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接连接或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电池内阻的检测电路，其特征在于，所述电路包括控制电路、恒流电路和处理电路，所述控制电路与所述恒流电路连接，所述恒流电路与电池连接构成回路，所述处理电路连接于所述电池的两端；
所述控制电路用于产生第一脉冲信号，所述第一脉冲信号用于控制所述恒流电路使得所述回路中电流恒定；
所述处理电路检测所述电池两端的电压和所述回路的电流，并根据所述电压和所述电流计算所述电池的内阻。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述控制电路还用于产生第二脉冲信号，所述第二脉冲信号用于控制所述恒流电路使得所述回路中电流恒定或使得所述回路断路。
3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述恒流电路包括金属氧化物半导体MOS管、负反馈电路和源极电阻，
所述MOS管的漏极与所述电池的正极连接，所述电池的负极接地；
所述MOS管的栅极与所述负反馈电路的输出端连接，并在所述负反馈电路的输出端输出的信号的控制下工作在可变电阻区；
所述MOS管的源极与所述负反馈电路的负输入端连接，并通过所述源极电阻接地；
所述负反馈电路的正输入端与所述控制电路连接，并接收所述第一脉冲信号。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述恒流电路还包括差分运放电路，所述差分运放电路的输出端与所述负反馈电路的负输入端连接，所述差分运放电路的正输入端与所述MOS管的源极连接，所述差分运放电路的负输入端接地。
5.根据权利要求3或4所述的电路，其特征在于，所述电路还包括晶体管，所述晶体管的输入端输入第二脉冲信号，所述晶体管连接于所述负反馈电路的负输入端与电源之间，其中，所述第二脉冲信号通过控制所述负输入端的输入信号来控制所述MOS管处于开启状态或关闭状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述晶体管为PNP三极管。
7.根据权利要求3-6任一项所述的电路，其特征在于，所述MOS管为场效应晶体管。
8.根据权利要求3-7任一项所述的电路，其特征在于，所述恒流电路中还包括电阻，所述电阻连接于所述MOS管的漏极和所述电源的正极之间。
9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述电阻为功率电阻。
10.根据权利要求1-9任一项所述的电路，其特征在于，所述电池为单节电池或多节电池串联的电池组。
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