一種均衡過程中的單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種均衡過程中的單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置及方法，屬于鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明通過切換均衡電流依次對(duì)每一支單體電池施加激勵(lì)，基于均衡電流和均衡電流在內(nèi)阻上產(chǎn)生的壓降解析出內(nèi)阻，可以在電池組動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的情況下計(jì)算單體電池內(nèi)阻，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、在線、精確測(cè)量電池組內(nèi)每一支單體電池內(nèi)阻的目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)巧妙，簡(jiǎn)單實(shí)用，性價(jià)比高，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)單體電池內(nèi)阻測(cè)量和鋰電池主動(dòng)均衡兩種功能，提升鋰離子電池使用的安全性和可靠性。
【專利說明】一種均衡過程中的單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種均衡過程中的單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置及方法，屬于鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池的健康狀態(tài)與鋰離子電池的性能密切相關(guān)，鋰離子電池的內(nèi)阻是表征健康狀態(tài)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，通過測(cè)量鋰離子電池內(nèi)阻可以評(píng)估、預(yù)測(cè)電池性能，提升控制策略的可靠性。由于電池內(nèi)阻的重要作用，業(yè)內(nèi)針對(duì)鋰離子電池的內(nèi)阻測(cè)量開展了大量研究。
[0003]目前，內(nèi)阻測(cè)量方法分為直流法和交流法等方式。交流測(cè)量法適應(yīng)面較廣，但是測(cè)量的結(jié)果與所用信號(hào)的波型，和頻率、以及是電流強(qiáng)度有關(guān)，測(cè)量結(jié)果相差很大。直流法是對(duì)電池接入固定設(shè)備并進(jìn)行較大電流的充放電，以測(cè)量斷電前后的電壓降并測(cè)算出電池內(nèi)阻。無論是交流法還是直流法均需要專業(yè)設(shè)備，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)所有單體電池內(nèi)阻的實(shí)時(shí)在線測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種均衡過程中的單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置及方法，以解決鋰離子電池單體內(nèi)阻實(shí)時(shí)精確測(cè)量的難題。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種均衡過程中單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括電池均衡電路和電壓采集單元，所述的均衡電路包括開關(guān)電源和開關(guān)陣列，開關(guān)電源第一直流接線端對(duì)應(yīng)連接待測(cè)電池組的正負(fù)極，開關(guān)電源第二直流接線端對(duì)應(yīng)連接開關(guān)陣列模塊的第一直流接線端，開關(guān)陣列模塊的第二直流接線端對(duì)應(yīng)連接待測(cè)電池組每支單體電池的正負(fù)極，所述電壓采集單元用于與待測(cè)電池組各單體電池連接，以采集各單體電池的電壓。
[0006]所述的測(cè)量裝置還包括MCU單元，所述的MCU單元與電壓采集單元通信連接，用于根據(jù)電壓采集單元采集到開關(guān)電源開啟前后的單體電池電壓計(jì)算單體電池內(nèi)阻。
[0007]所述的開關(guān)電源的使能控制端和方向控制端與MCU單元連接。
[0008]所述的開關(guān)電源的第二直流接線端流經(jīng)的電流為恒定值。
[0009]所述開關(guān)陣列依次實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)各個(gè)單體電池與開關(guān)電源的獨(dú)立連接。
[0010]本發(fā)明還提供了一種均衡過程中的單體電池內(nèi)阻測(cè)量方法，該測(cè)量方法包括以下步驟:
[0011]I)將待測(cè)電池組通過開關(guān)電源和開關(guān)陣列與電池組中各單體電池連接，使電池組與電池組內(nèi)的各單體電池之間構(gòu)成可自由切換通道的均衡電路；
[0012]2)切換開關(guān)陣列依次對(duì)待測(cè)電池組中每一支單體電池施加電流激勵(lì)；
[0013]3)分別采集單體電池施加電流激勵(lì)前后的單體電池電壓；
[0014]4)根據(jù)所采集電壓計(jì)算單體電池施加激勵(lì)前后的壓差，并根據(jù)壓差和均衡電流計(jì)算相應(yīng)單體電池的內(nèi)阻。[0015]所述步驟4)中單體電池的內(nèi)阻計(jì)算公式為:
[0016]FlVl1-Vjs |/(i3*Ib)
[0017]其中r為所求單體電池的內(nèi)阻，Vti為施加激勵(lì)前單體電池的電壓，Vjg為施加激勵(lì)后的單體電池的電壓，Ib為均衡電流，β為電流修正因子，受電池組電壓、單體電壓以及開關(guān)電源效率影響。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過切換均衡電流依次對(duì)每一支單體電池施加電流激勵(lì)，基于均衡電流和均衡電流在內(nèi)阻上產(chǎn)生的壓降解析出內(nèi)阻，可以在電池組動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的情況下計(jì)算單體電池內(nèi)阻，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、在線、精確測(cè)量電池組內(nèi)每一支單體電池內(nèi)阻的目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)巧妙，簡(jiǎn)單實(shí)用，性價(jià)比高，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)單體電池內(nèi)阻測(cè)量和鋰電池主動(dòng)均衡兩種功能，提升鋰離子電池使用的安全性和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明均衡過程中單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置的原理圖；
[0020]圖2是本發(fā)明電池組對(duì)單體電池充電時(shí)鋰離子電池內(nèi)阻測(cè)量示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明單體電池對(duì)電池組放電時(shí)鋰離子電池內(nèi)阻測(cè)量示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明。
[0023]本發(fā)明的一種均衡過程中單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置的實(shí)施例
[0024]如圖1所示，本實(shí) 施例的電池組由12個(gè)鋰離子單體電池串聯(lián)而成，本發(fā)明的均衡過程中單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置包括均衡電路、電壓采集芯片和MCU，均衡電路包括開關(guān)電源和開關(guān)陣列，開關(guān)電源第一直流接線端(Va+、Va-)分別連接電池組的正負(fù)極(V+、V-)，開關(guān)電源第二直流接線端(Vb+、Vb-)分別連接開關(guān)陣列模塊的第一直流接線端(Vc+、Vc-)，開關(guān)陣列模塊的第二直流接線端對(duì)應(yīng)連接電池組每支單體電池的正負(fù)極，電壓采集芯片的采集端分別連接到電池組中各單體電池的兩端，用于采集各單體電池兩端的電壓，電壓采集芯片的輸出端與MCU單元連接，MCU用于根據(jù)電壓采集單元采集到開關(guān)電源開啟前后的單體電池電壓計(jì)算單體電池內(nèi)阻，這里也可以不采用的MCU，通過人工計(jì)算也可以實(shí)現(xiàn)，其中開關(guān)電源的第二直流接線端流經(jīng)的電流為恒定值，開關(guān)陣列能夠依次實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)各個(gè)單體電池與開關(guān)電源的獨(dú)立連接。該裝置的測(cè)量過程如下:
[0025]電池組向單體電池充電時(shí)測(cè)量單體電池內(nèi)阻，通過開關(guān)陣列選擇單體電池CelllO, MCU記錄開關(guān)電源開啟前CelllO的電壓為V10，設(shè)置DIR為高電平，使能EN ;此時(shí)電池組向單體電池CelllO充電，記錄開關(guān)電源開啟后CelllO的電壓為VlOin，流經(jīng)開關(guān)電源第二接線端的電流Ib為設(shè)定值，如圖2所示，內(nèi)阻 = (V10in-V10)/(i3*Ib)，其中β為電流修正因子，受電池組電壓、單體電壓以及開關(guān)電源效率影響。
[0026]單體電池向電池組放電時(shí)測(cè)量單體電池內(nèi)阻，通過開關(guān)陣列選擇單體電池CelllO0 MCU記錄開關(guān)電源開啟前CelllO的電壓為V10，設(shè)置DIR為低電平，使能EN ;此時(shí)單體電池CelllO向電池組放電，記錄開關(guān)電源開啟后CelllO的電壓為VlOin，流經(jīng)開關(guān)電源第二接線端的電流Ib為設(shè)定值，如圖3所示。內(nèi)阻F1= (V10-V10in)/(i3*Ib)，其中β為電流修正因子，受電池組電壓、單體電壓以及開關(guān)電源效率影響。[0027]本發(fā)明的一種均衡過程中單體電池內(nèi)阻測(cè)量方法的實(shí)施例
[0028]本發(fā)明的均衡過程中單體電池內(nèi)阻測(cè)量方法通過切換均衡電流依次對(duì)每一支單體電池施加激勵(lì)，基于均衡電流和均衡電流在內(nèi)阻上產(chǎn)生的壓降解析出內(nèi)阻，可以在電池組動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的情況下計(jì)算單體電池內(nèi)阻，該方法的具體步驟如下:
[0029]將開關(guān)電源和開關(guān)陣列引入電池組均衡電路中，通過將開關(guān)電源的第一直流接線端分別連接電池組的正負(fù)極，將開關(guān)電源第二直流接線端分別連接開關(guān)陣列模塊的第一直流接線端，將開關(guān)陣列模塊的第二直流接線端對(duì)應(yīng)連接電池組每支單體電池的正負(fù)極，從而形成由電池組與單體電池之間的均衡電路。
[0030]采集均衡前后單體電池的電壓，當(dāng)電池組向單體電池充電時(shí)測(cè)量單體電池內(nèi)阻，通過開關(guān)陣列選擇相應(yīng)的單體電池，記錄開關(guān)電源開啟前相應(yīng)單體電池的電壓V10，同時(shí)設(shè)置DIR為高電平，使能EN，此時(shí)電池組向相應(yīng)的單體電池充電，記錄開關(guān)電源開啟后相應(yīng)單體電池的電壓為VlOin，流經(jīng)開關(guān)電源第二接線端的電流Ib為設(shè)定值，如圖2所示，內(nèi)阻ι =(VlOin-VlO) / ( β *Ib);當(dāng)單體電池向電池組放電時(shí)測(cè)量單體電池內(nèi)阻，通過開關(guān)陣列選擇單體電池CelllO，記錄開關(guān)電源開啟前CelllO的電壓為V10，設(shè)置DIR為低電平，使能EN，單體電池Cel110向電池組充電，記錄開關(guān)電源開啟后Cel110的電壓為VlOin,流經(jīng)開關(guān)電源第二接線端的電流Ib為設(shè)定值，如圖3所示，內(nèi)阻ι = (V10-V10in)/(i3*Ib)，其中β為電流修正因子，受電池組電壓、單體電壓以及開關(guān)電源效率影響。
[0031]該鋰離子電池內(nèi)阻計(jì)算方法獨(dú)立性強(qiáng)，不依賴于鋰離子電池組對(duì)外工況條件，無論是電池組充電、放電還是靜置情況下均可以實(shí)時(shí)、在線測(cè)量每一支單體電池的內(nèi)阻。通過該裝置，不僅可以實(shí)時(shí)測(cè)量單體鋰離子電池的內(nèi)阻，還可以實(shí)現(xiàn)單體電池與電池組之間的雙向主動(dòng)均衡，提升鋰離子電池電量一致性，一舉雙得。
【權(quán)利要求】
1.一種均衡過程中的單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置，其特征在于，該測(cè)量裝置包括電池均衡電路和電壓采集單元，所述的均衡電路包括開關(guān)電源和開關(guān)陣列，開關(guān)電源第一直流接線端對(duì)應(yīng)連接待測(cè)電池組的正負(fù)極，開關(guān)電源第二直流接線端對(duì)應(yīng)連接開關(guān)陣列模塊的第一直流接線端，開關(guān)陣列模塊的第二直流接線端對(duì)應(yīng)連接待測(cè)電池組每支單體電池的正負(fù)極，所述電壓采集單元用于與待測(cè)電池組各單體電池連接，以采集各單體電池的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均衡過程中的單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置，其特征在于，所述的測(cè)量裝置還包括MCU單元，所述的MCU單元與電壓采集單元通信連接，用于根據(jù)電壓采集單元采集到開關(guān)電源開啟前后的單體電池電壓計(jì)算單體電池內(nèi)阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的均衡過程中的單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置，其特征在于，所述的開關(guān)電源的使能控制端和方向控制端與MCU單元連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的均衡過程中的單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置，其特征在于，所述的開關(guān)電源的第二直流接線端流經(jīng)的電流為恒定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的均衡過程中的單體電池內(nèi)阻測(cè)量裝置，其特征在于，所述開關(guān)陣列依次實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)各個(gè)單體電池與開關(guān)電源的獨(dú)立連接。
6.一種均衡過程中的單體電池內(nèi)阻測(cè)量方法，其特征在于，該測(cè)量方法包括以下步驟: 1)將待測(cè)電池組通過開關(guān)電源和開關(guān)陣列與電池組中各單體電池連接，使電池組與電池組內(nèi)的各單體電池之間構(gòu)成可自由切換通道的均衡電路； 2)切換開關(guān)陣列依次對(duì)待測(cè)電池組中每一支單體電池施加電流激勵(lì)；· 3)分別采集單體電池施加電流激勵(lì)前后的單體電池電壓； 4)根據(jù)所采集電壓計(jì)算單體電池施加激勵(lì)前后的壓差，并根據(jù)壓差和均衡電流計(jì)算相應(yīng)單體電池的內(nèi)阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的均衡過程中的單體電池內(nèi)阻測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟4)中單體電池的內(nèi)阻計(jì)算公式為:
H ￥前_￥后 1/(3 *ib) 其中r為所求單體電池的內(nèi)阻，Vti為施加激勵(lì)前單體電池的電壓，Vjg為施加激勵(lì)后的單體電池的電壓，Ib為均衡電流，β為電流修正因子，受電池組電壓、單體電壓以及開關(guān)電源效率影響。
【文檔編號(hào)】G01R27/14GK103823118SQ201410064156
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】呂少鋒, 謝秋, 周長(zhǎng)文, 郭寒冰, 王棟梁, 韓科偉 申請(qǐng)人:中航鋰電（洛陽）有限公司