本發(fā)明涉及電池內(nèi)阻測試領(lǐng)域，尤其涉及一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的電池內(nèi)阻測試方法包括：

1.密度法：密度法主要通過測量蓄電池電解液密度來估算電池內(nèi)阻，常用于開口式鉛酸蓄電池的內(nèi)阻測量，無法對(duì)密封的蓄電池內(nèi)阻進(jìn)行測量，因此適用范圍極窄。

2.開路電壓法：開路電壓法是通過測量電池端電壓來對(duì)電池內(nèi)阻進(jìn)行估算，由于一個(gè)容量已很小的電池，其在浮充狀態(tài)下的端電壓仍會(huì)表現(xiàn)正常，因此開路電壓法的測量精度很差，甚至?xí)贸鲥e(cuò)誤結(jié)果。

3.直流放電法：直流放電法是對(duì)電池進(jìn)行瞬間大電流放電，通過測量電池的瞬間電壓降，并利用歐姆定律計(jì)算出電池內(nèi)阻。這種方法在實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用，但也存在一些嚴(yán)重缺點(diǎn)，例如，其內(nèi)阻檢測只能在靜態(tài)或脫機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行，無法進(jìn)行在線測量，而且大電流放電會(huì)對(duì)電池造成損害，從而影響電池的質(zhì)量和壽命。

4.交流注入法：交流注入法是通過對(duì)電池注入一個(gè)恒定的交流電流信號(hào)，測量出電池兩端的電壓響應(yīng)信號(hào)和兩者間的相位差，利用阻抗公式確定電池內(nèi)阻。該方法不需要對(duì)電池進(jìn)行放電，因此不會(huì)對(duì)電池性能產(chǎn)生影響，且可實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)阻的在線檢測，測量結(jié)果準(zhǔn)確。交流注入法已越來越成為電池內(nèi)阻測量的主流方法。

現(xiàn)有技術(shù)一般采用交流注入法對(duì)電池內(nèi)阻進(jìn)行檢測，其原理是用鎖相放大器測量電池內(nèi)阻的基本原理。當(dāng)信號(hào)源給電池注入一個(gè)交流信號(hào)，測量由此信號(hào)在電池兩端產(chǎn)生的電壓信號(hào)和回路電流，就可以計(jì)算出電池的內(nèi)阻。信號(hào)源輸出的信號(hào)分成兩路，一路給鎖相放大器作參考信號(hào)，另一路通過限流電阻和隔直電容加到待測電池兩端，給電池注入交流信號(hào)，從電池兩端取出信號(hào)，加到鎖相放大器的輸入端，這樣不僅將注入電流回路和信號(hào)測量回路分開，實(shí)現(xiàn)4線法測量，降低導(dǎo)線阻抗對(duì)電池內(nèi)阻測量的影響，而且滿足了鎖相放大器輸入信號(hào)和參考信號(hào)的條件，實(shí)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)算。

在實(shí)際實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)式相敏檢波器測試方法的過程中，發(fā)現(xiàn)對(duì)測試造成最大影響f_R與f_S的相位差，理論上測標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)，f_R與f_S的相位差為零。要想達(dá)到這種效果，關(guān)鍵是f_S的產(chǎn)生，傳統(tǒng)上為了保持f_S與f_R頻率的一致性，通常f_R是由f_S整型成方波產(chǎn)生，但這種方法有個(gè)不可避免的缺點(diǎn)，f_S經(jīng)過調(diào)理電路之后，無法保證f_R與f_S的相位差為0，而且批量生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)品的一致性受使用模擬器件的影響很大，最主要的是無法測量電池內(nèi)阻的阻抗值，對(duì)于電池內(nèi)阻抗對(duì)信號(hào)的相移，無法測得，這樣也會(huì)對(duì)測量的實(shí)際值造成偏差。因此，經(jīng)過調(diào)理電路之后的測量信號(hào)f_S與參考信號(hào)f_R之間的相位差不為0是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路，用于解決經(jīng)過調(diào)理電路之后的測量信號(hào)f_S與參考信號(hào)f_R之間的相位差不為0的技術(shù)問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路，包括：測試信號(hào)源輸出電路模塊、信號(hào)采集電路模塊；

所述測試信號(hào)源輸出電路模塊連接待測電池，用于輸出交流電信號(hào)至所述待測電池，使得所述待測電池回饋電壓響應(yīng)信號(hào)f_S1和回路電流信號(hào)；

所述信號(hào)采集電路模塊連接所述待測電池，用于根據(jù)所述待測電池回饋的電壓響應(yīng)信號(hào)和回路電流信號(hào)計(jì)算出所述待測電池的內(nèi)阻；

所述信號(hào)采集電路模塊包括：鎖相放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、處理器；

所述待測電池、所述鎖相放大器、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器、所述處理器依次連接；

處理器還連接鎖相放大器，用于在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整所述參考信號(hào)f_R的相位與待測電池回饋電壓響應(yīng)信號(hào)f_S1的相位差并計(jì)算相應(yīng)的待測電池內(nèi)阻阻值范圍，計(jì)算待測電池內(nèi)阻阻值范圍內(nèi)的最大值和相應(yīng)的所述參考信號(hào)f_R的相位與待測電池回饋電壓響應(yīng)信號(hào)f_S1的標(biāo)準(zhǔn)相位差，根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)相位差輸出與鎖相放大器輸入端的測量信號(hào)f_S相位差相同的參考信號(hào)f_R至鎖相放大器。

優(yōu)選地，所述測試信號(hào)源輸出電路模塊包括測試信號(hào)源、功率放大器；

所述測試信號(hào)源通過所述功率放大器連接所述待測電池，用于產(chǎn)生1kHz正弦波信號(hào)并通過所述功率放大器增加輸出驅(qū)動(dòng)能力，將增加輸出驅(qū)動(dòng)能力后的所述正弦波信號(hào)輸出至所述待測電池。

優(yōu)選地，所述測試信號(hào)源輸出電路模塊通過第一隔直電容連接所述待測電池；

所述第一隔直電容用于濾除所述交流電信號(hào)中的直流信號(hào)。

優(yōu)選地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還連接所述待測電池，用于采集所述待測電池回饋的直流電壓測試信號(hào)并將所述待測電池回饋的直流電壓測試信號(hào)作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入采集信號(hào)。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例還包括直流電壓衰減模塊；

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過所述直流電壓衰減模塊連接所述待測電池；

所述直流電壓衰減模塊用于將所述待測電池回饋的直流電壓測試信號(hào)縮小。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例還包括采樣電阻；

所述待測電池的一端連接所述信號(hào)源輸出電路模塊，所述待測電池的另一端連接第一接地端；

所述采樣電阻的一端連接所述第一接地端，所述采樣電阻的另一端連接第二接地端。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例還包括帶通濾波器、電壓放大電路模塊、第二隔直電容；

所述鎖相放大器依次通過所述帶通濾波器、所述電壓放大電路模塊、所述第二隔直電容連接所述待測電池；

所述帶通濾波器用于對(duì)所述待測電池回饋的電壓響應(yīng)信號(hào)濾除高頻和低頻噪聲；

所述電壓放大電路模塊用于對(duì)所述待測電池回饋的電壓響應(yīng)信號(hào)放大；

所述第二隔直電容用于對(duì)所述待測電池回饋的電壓響應(yīng)信號(hào)濾除直流信號(hào)。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例還包括第一檢測模塊；

所述第一檢測模塊的一端連接所述測試信號(hào)源輸出電路模塊，所述第一檢測模塊的另一端所述處理器；

所述第一檢測模塊用于檢測所述交流電信號(hào)的幅值是否超過預(yù)設(shè)的額定值，并將檢測結(jié)果傳輸至所述處理器。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例還包括第二檢測模塊；

所述第二檢測模塊的輸入端分別連接所述隔直電容的輸出端和所述電壓放大電路模塊的輸出端，所述第二檢測模塊的輸出端所述處理器；

所述第二檢測模塊用于檢測輸入所述隔直電容輸出的信號(hào)幅值和所述電壓放大電路模塊輸出的信號(hào)幅值是否超過預(yù)設(shè)的閾值，并將檢測結(jié)果傳輸至所述處理器。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例還包括第三檢測電路模塊；

所述第三檢測電路模塊包括檢測信號(hào)源、檢測信號(hào)放大模塊、檢測信號(hào)帶通濾波器、檢測信號(hào)鎖相放大器、檢測信號(hào)低通濾波器、第一檢測信號(hào)比較器、第二檢測信號(hào)比較器；

所述檢測信號(hào)源連接所述待測電池，用于輸出斷路檢測信號(hào)至所述待測電池，使得所述待測電池回饋斷路檢測回饋信號(hào)；

所述待測電池、所述檢測信號(hào)放大模塊、所述檢測信號(hào)帶通濾波器、所述檢測信號(hào)鎖相放大器、所述檢測信號(hào)低通濾波器、所述第一檢測信號(hào)比較器、所述處理器依次連接；

所述檢測信號(hào)源還通過所述第二檢測信號(hào)比較器連接所述檢測信號(hào)鎖相放大器，用于輸出斷路檢測信號(hào)并經(jīng)過所述第二檢測信號(hào)比較器傳輸至所述檢測信號(hào)鎖相放大器；

其中，所述待測電池回饋斷路檢測回饋信號(hào)經(jīng)過所述檢測信號(hào)放大模塊和所述檢測信號(hào)帶通濾波器之后，經(jīng)過所述檢測信號(hào)鎖相放大器檢測，最終輸出的信號(hào)經(jīng)過所述檢測信號(hào)低通濾波器轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，再通過所述第一檢測信號(hào)比較器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳輸至所述處理器。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例通過處理器輸出與測量信號(hào)f_S之間的相位差為0的參考信號(hào)f_R，使得本發(fā)明實(shí)施例能夠準(zhǔn)確地測量電池內(nèi)阻，從而解決了源端輸出測量信號(hào)f_S1經(jīng)過調(diào)理電路之后的測量信號(hào)f_S與參考信號(hào)f_R之間的相位差不為0的技術(shù)問題。

此外，本發(fā)明實(shí)施例還通過第一檢測模塊檢測所述交流電信號(hào)的幅值是否超過預(yù)設(shè)的額定值；通過第二檢測模塊檢測經(jīng)過隔直電容后的信號(hào)幅值和經(jīng)過電壓放大電路模塊后的信號(hào)幅值是否超過預(yù)設(shè)的閾值；通過第三檢測電路模塊檢測測試線是否斷開。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路的一個(gè)實(shí)施例的原理示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路的另一個(gè)實(shí)施例的原理示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試方法的一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路的一個(gè)應(yīng)用例的原理示意圖；

圖5(a)為本發(fā)明實(shí)施例用于說明電子開關(guān)式相敏檢波器原理的電路示意圖；

圖5(b)為本發(fā)明實(shí)施例用于說明電子開關(guān)式相敏檢波器原理的電路信號(hào)波形示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路，用于解決經(jīng)過調(diào)理電路之后的測量信號(hào)f_S與參考信號(hào)f_R之間的相位差不為0的技術(shù)問題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路的一個(gè)實(shí)施例，包括：測試信號(hào)源輸出電路模塊、信號(hào)采集電路模塊；

測試信號(hào)源輸出電路模塊連接待測電池，用于輸出交流電信號(hào)至待測電池，使得待測電池回饋電壓響應(yīng)信號(hào)f_S1和回路電流信號(hào)；

信號(hào)采集電路模塊連接待測電池，用于根據(jù)待測電池回饋的電壓響應(yīng)信號(hào)和回路電流信號(hào)計(jì)算出待測電池的內(nèi)阻；

信號(hào)采集電路包括：鎖相放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、處理器；

需要說明的是，鎖相放大器為圖1中的PSD，模數(shù)轉(zhuǎn)換器為圖1中的ADC，處理器為圖1中的MCU。

待測電池、鎖相放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、處理器依次連接；

處理器還連接鎖相放大器，用于在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整所述參考信號(hào)f_R的相位與待測電池回饋電壓響應(yīng)信號(hào)f_S1的相位差并計(jì)算相應(yīng)的待測電池內(nèi)阻阻值范圍內(nèi)，計(jì)算待測電池內(nèi)阻阻值范圍內(nèi)的最大值和相應(yīng)的所述參考信號(hào)f_R與待測電池回饋電壓響應(yīng)信號(hào)f_S1的標(biāo)準(zhǔn)相位差，根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)相位差輸出與鎖相放大器輸入端的測量信號(hào)f_S相位差相同的參考信號(hào)f_R至鎖相放大器。

以上是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路的一個(gè)實(shí)施例作詳細(xì)的描述，以下將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路的另一個(gè)實(shí)施例作詳細(xì)的描述。

請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路的另一個(gè)實(shí)施例，包括：測試信號(hào)源輸出電路模塊、信號(hào)采集電路模塊；

需要說明的是，圖2中的功放為功率放大器，G為電壓放大電路模塊，BPF1為帶通濾波器，PSD1為鎖相放大器，ADC1為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，MCU為處理器，BPF2為檢測信號(hào)帶通濾波器，PSD2為檢測信號(hào)鎖相放大器，LPF為檢測信號(hào)低通濾波器，AGND為第一接地端，SGND為第二接地端。

測試信號(hào)源輸出電路模塊連接待測電池，用于輸出交流電信號(hào)至待測電池，使得待測電池回饋電壓響應(yīng)信號(hào)f_S1和回路電流信號(hào)；

信號(hào)采集電路模塊連接待測電池，用于根據(jù)待測電池回饋的電壓響應(yīng)信號(hào)和回路電流信號(hào)計(jì)算出待測電池的內(nèi)阻；

信號(hào)采集電路模塊包括：鎖相放大器PSD1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1、處理器MCU；

待測電池、鎖相放大器PSD1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1、處理器MCU依次連接；

處理器MCU還連接鎖相放大器PSD1，用于在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整所述參考信號(hào)f_R的相位與待測電池回饋電壓響應(yīng)信號(hào)f_S1的相位差并計(jì)算相應(yīng)的待測電池內(nèi)阻阻值范圍內(nèi)，計(jì)算待測電池內(nèi)阻阻值范圍內(nèi)的最大值和相應(yīng)的所述參考信號(hào)f_R與待測電池回饋電壓響應(yīng)信號(hào)f_S1的標(biāo)準(zhǔn)相位差，根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)相位差輸出與鎖相放大器PSD1輸入端的測量信號(hào)f_S相位差相同的參考信號(hào)f_R至鎖相放大器PSD1。

測試信號(hào)源輸出電路模塊包括測試信號(hào)源、功率放大器；

測試信號(hào)源通過功率放大器連接待測電池，用于產(chǎn)生1kHz正弦波信號(hào)并通過功率放大器增加輸出驅(qū)動(dòng)能力，將增加輸出驅(qū)動(dòng)能力后的正弦波信號(hào)輸出至待測電池。

測試信號(hào)源輸出電路模塊通過第一隔直電容連接待測電池；

第一隔直電容用于濾除交流電信號(hào)中的直流信號(hào)。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1還連接待測電池，用于采集待測電池回饋的直流電壓測試信號(hào)并將待測電池回饋的直流電壓測試信號(hào)作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入采集信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)施例還包括直流電壓衰減模塊；

模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1通過直流電壓衰減模塊連接待測電池；

直流電壓衰減模塊用于將待測電池回饋的直流電壓測試信號(hào)縮小。

本發(fā)明實(shí)施例還包括采樣電阻；

待測電池的一端連接信號(hào)源輸出電路模塊，待測電池的另一端連接第一接地端AGND；

采樣電阻的一端連接所述第一接地端AGND，采樣電阻的另一端連接第二接地端SGND。

本發(fā)明實(shí)施例還包括帶通濾波器BPF1、電壓放大電路模塊G、第二隔直電容；

鎖相放大器PSD1依次通過帶通濾波器BPF1、電壓放大電路模塊G、第二隔直電容連接待測電池；

帶通濾波器BPF1用于對(duì)待測電池回饋的電壓響應(yīng)信號(hào)濾除高頻和低頻噪聲；

電壓放大電路模塊G用于對(duì)待測電池回饋的電壓響應(yīng)信號(hào)放大；

第二隔直電容用于對(duì)待測電池回饋的電壓響應(yīng)信號(hào)濾除直流信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)施例還包括第一檢測模塊；

第一檢測模塊的一端連接測試信號(hào)源輸出電路模塊，第一檢測模塊的另一端處理器MCU；

第一檢測模塊用于檢測交流電信號(hào)的幅值是否超過預(yù)設(shè)的額定值，并將檢測結(jié)果傳輸至處理器MCU。

本發(fā)明實(shí)施例還包括第二檢測模塊；

第二檢測模塊的輸入端分別連接隔直電容的輸出端和電壓放大電路模塊G的輸出端，第二檢測模塊的輸出端處理器MCU；

第二檢測模塊用于檢測輸入隔直電容輸出的信號(hào)幅值和電壓放大電路模塊G輸出的信號(hào)幅值是否超過預(yù)設(shè)的閾值，并將檢測結(jié)果傳輸至處理器MCU。

本發(fā)明實(shí)施例還包括第三檢測電路模塊；

第三檢測電路模塊包括檢測信號(hào)源、檢測信號(hào)放大模塊、檢測信號(hào)帶通濾波器BPF2、檢測信號(hào)鎖相放大器PSD2、檢測信號(hào)低通濾波器LPF、第一檢測信號(hào)比較器、第二檢測信號(hào)比較器；

檢測信號(hào)源連接待測電池，用于輸出斷路檢測信號(hào)至待測電池，使得待測電池回饋斷路檢測回饋信號(hào)；

待測電池、檢測信號(hào)放大模塊、檢測信號(hào)帶通濾波器BPF2、檢測信號(hào)鎖相放大器PSD2、檢測信號(hào)低通濾波器LPF、第一檢測信號(hào)比較器、處理器MCU依次連接；

檢測信號(hào)源還通過第二檢測信號(hào)比較器連接檢測信號(hào)鎖相放大器PSD2，用于輸出斷路檢測信號(hào)并經(jīng)過第二檢測信號(hào)比較器傳輸至檢測信號(hào)鎖相放大器PSD2；

其中，待測電池回饋斷路檢測回饋信號(hào)經(jīng)過檢測信號(hào)放大模塊和檢測信號(hào)帶通濾波器BPF2之后，經(jīng)過檢測信號(hào)鎖相放大器PSD2檢測，最終輸出的信號(hào)經(jīng)過檢測信號(hào)低通濾波器轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，再通過第一檢測信號(hào)比較器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳輸至處理器MCU。

需要說明的是，根據(jù)電子開關(guān)式相敏檢波器的計(jì)算公式為：電阻公式R＝U₀(t)/Is。

由上述公式可知，當(dāng)f_S與f_R的相位差為0，電池內(nèi)阻R有最大值，因此當(dāng)電池內(nèi)阻為最大值的時(shí)候，f_S與f_R的相位差為0，因而能準(zhǔn)確測量電池內(nèi)阻，解決經(jīng)過調(diào)理電路之后的測量信號(hào)f_S與參考信號(hào)f_R之間的相位差不為0的技術(shù)問題。

以上是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路的另一個(gè)實(shí)施例作詳細(xì)的描述，以下將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試方法的一個(gè)實(shí)施例作詳細(xì)的描述。

請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明實(shí)施例一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試方法，基于上述的一種基于相敏檢波器的電阻內(nèi)阻測試電路進(jìn)行測試，包括：

101、通過處理器在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整所述參考信號(hào)f_R的相位與測電池回饋電壓響應(yīng)信號(hào)f_S1的相位差并計(jì)算相應(yīng)的待測電池內(nèi)阻阻值范圍；

102、通過處理器獲取待測電池內(nèi)阻阻值范圍內(nèi)的待測電池內(nèi)阻最大值并獲取對(duì)應(yīng)的所述參考信號(hào)f_R與測電池回饋電壓響應(yīng)信號(hào)f_S1之間的標(biāo)準(zhǔn)相位差；

103、通過處理器根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)相位差輸出與測量信號(hào)f_S之間的相位差為0的參考信號(hào)f_R，并測量待測電池的內(nèi)阻。

需要說明的是，根據(jù)電子開關(guān)式相敏檢波器的計(jì)算公式為：電阻公式R＝U₀(t)/Is。

由上述公式可知，當(dāng)f_S與f_R的相位差為0，電池內(nèi)阻R有最大值，因此當(dāng)電池內(nèi)阻為最大值的時(shí)候，f_S與f_R的相位差為0，因而能準(zhǔn)確測量電池內(nèi)阻，解決經(jīng)過調(diào)理電路之后的測量信號(hào)f_S與參考信號(hào)f_R之間的相位差不為0的技術(shù)問題。

以上是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試方法的另一個(gè)實(shí)施例作詳細(xì)的描述，以下將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路的一個(gè)應(yīng)用例作詳細(xì)的描述。

請(qǐng)參閱圖4，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于相敏檢波器的電池內(nèi)阻測試電路的一個(gè)應(yīng)用例為整個(gè)電池內(nèi)阻測試儀。整個(gè)電池內(nèi)阻測試儀的測試原理框圖如圖4所示，主要分為三個(gè)部分，測試信號(hào)源、信號(hào)采集電路，過載檢測電路。

測試信號(hào)源輸出電路，主要是利用DAC輸出1kHz的正弦波信號(hào)，通過一個(gè)功放增加電路的輸出驅(qū)動(dòng)能力，以滿足后續(xù)電測內(nèi)阻的測試要求，最大需要輸出100mArms的電流。

信號(hào)采集電路模塊，主要是檢測測試源輸出的測試信號(hào)，通過隔直電容將直流信號(hào)濾除，經(jīng)過一個(gè)放大電路模塊，有兩個(gè)放大倍數(shù)選擇，20倍和200倍，之后經(jīng)過1kHz為中心頻率，100Hz通帶的帶通濾波器，濾除高頻和低頻噪聲，提取出1khz的測試信號(hào)，再經(jīng)過PSD檢波器，將PSD的輸出送入ADC中，進(jìn)行采樣處理數(shù)據(jù)計(jì)算，最終結(jié)合測試電流的大小，獲得電池直流電阻的測試信息。源測試信號(hào)的PSD開關(guān)信號(hào)，較之前的改變，主要是由FPGA輸出1kHz的方波開關(guān)信號(hào)，而不是由采樣電阻端的輸出電壓波形整形成方波，作為PSD的開關(guān)信號(hào)。

過載檢測電路模塊，主要包括源輸出端電壓檢測，判斷源輸出的信號(hào)幅值是否超過額定值。另一路過載檢測的電路，是在隔直電容輸出之后和經(jīng)過放大電路模塊之后，檢測獲取的測試信號(hào)幅值是否超過最大值，如果超過規(guī)定值，則需要切換電流采樣電阻，減小采樣電流。最后一路檢測是斷路檢測，及檢測測試線是否斷開。這路由2kHz的微電流源輸出斷路檢測信號(hào)，在經(jīng)過電池之后，取電池兩端的信號(hào)，經(jīng)過放大電路模塊，和2kHz為中心頻率、通帶為100Hz的帶通濾波器之后，經(jīng)過PSD檢測，最終輸出的信號(hào)經(jīng)過低通濾波器，轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，在通過比較器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸入到MCU中，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。

關(guān)鍵之處在于MCU輸出開關(guān)信號(hào)f_R，要保證與fs在測量標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)，兩個(gè)信號(hào)必須保證同頻同相。

FPGA采用內(nèi)部鎖相環(huán)分頻技術(shù)，使f_R與f_S同頻輸出，而且是同步輸出。

關(guān)鍵是在測量標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)，f_S與f_R同相輸出。f_S與f_R在測量標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)，f_R與f_S之間的相位差應(yīng)該為零。軟件上對(duì)f_S1與f_R的相位差設(shè)定為0，但實(shí)際輸出到達(dá)模擬開關(guān)時(shí)，f_S1經(jīng)過調(diào)理電路之后，到達(dá)模擬開關(guān)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的相移，現(xiàn)在需要ARM對(duì)f_S1與f_R之間的相位差進(jìn)行調(diào)整，使之到達(dá)模擬開關(guān)時(shí)，f_S與f_R之間的相位差為0。

這里采用的方法是，對(duì)f_S1與f_R進(jìn)行移相比較，ARM控制FPGA對(duì)f_S1與f_R之間的相位差進(jìn)行移動(dòng)，移動(dòng)范圍在-90°～90°之間，相位的調(diào)整分辨率為0.05°。調(diào)整方法是，根據(jù)電子開關(guān)式相敏檢波器的計(jì)算公式電阻公式R＝U₀(t)/Is。

由上述公式可知，當(dāng)f_S與f_R的相位差為0，R有最大值。ARM根據(jù)計(jì)算結(jié)果，通過FPGA調(diào)整f_S1與f_R之間的相位差，比較每次調(diào)整相位差之后的測試結(jié)果值，在-90°～90°內(nèi)選取一組有最大測試結(jié)果的相位差，當(dāng)f_S1與f_R之間的相位差為時(shí)，說明在電子開關(guān)前f_S與f_R之間的相位差為0。在測標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)，最終實(shí)現(xiàn)f_R與f_S之間的相位差應(yīng)該為零，實(shí)現(xiàn)相位的校準(zhǔn)。

以下將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的說明。

現(xiàn)有的技術(shù)主要的測試結(jié)果的穩(wěn)定性和精確性，最直接的反應(yīng)是測試結(jié)果的分辨率。

研究表明，采用鎖相放大技術(shù)可以有效的抑制干擾和噪聲，電池內(nèi)阻測量變得非常精確，且測量速度快，成本低，由于無需放電，施加的交流電很小，可以實(shí)現(xiàn)完全的在線監(jiān)測管理，避免了系統(tǒng)運(yùn)行安全性的影響。經(jīng)過測量驗(yàn)證，采用電子開關(guān)式相敏檢波器測試方法，可以將測試結(jié)果分辨率提高到0.1uΩ。

交流注入法通過對(duì)電池注入一個(gè)恒定的交流電流信號(hào)Is(目前一般使用1kHz頻率、50mA小電流)。測量出電池兩端的電壓響應(yīng)信號(hào)Vo，以及兩者的相位差θ，由阻抗公式Z＝Vo/Is以及R＝Z*cosθ來確定電池的內(nèi)阻。該方法不需對(duì)電池進(jìn)行放電，可以實(shí)現(xiàn)安全在線檢測電池內(nèi)阻，不會(huì)對(duì)電池的性能造成影響。實(shí)際中由于方法需要測量交流電流信號(hào)Is，電壓響應(yīng)信號(hào)Vo，以及電壓和電流之間的相位差θ，并且信號(hào)微弱，干擾因素多，通常使用下面的方案提高測量精度。

交流恒流源注入電池后，在電池兩端產(chǎn)生同頻率的交流電壓響應(yīng)信號(hào)。該響應(yīng)信號(hào)通過交流差分電路與產(chǎn)生恒定交流源的正弦信號(hào)經(jīng)過模擬乘法器PSD相乘，再將PSD的輸出電壓信號(hào)通過濾波電路，使交流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀滋幚淼闹绷餍盘?hào)。

電子開關(guān)式相敏檢波器測試原理如圖5(a)和圖5(b)所示，利用反向和同相放大器分別對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行放大，放大倍數(shù)均為1，從而得到f(s)和-f(s)兩路信號(hào)。根據(jù)f_R移相后的電平高低控制電子開關(guān)的接通位置，實(shí)現(xiàn)與方波相乘的過程。

在實(shí)際實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)式相敏檢波器測試方法的過程中，發(fā)現(xiàn)對(duì)測試造成最大影響f_R與f_S的相位差，理論上測標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)，f_R與f_S的相位差為零。要想達(dá)到這種效果，關(guān)鍵是f_S的產(chǎn)生，傳統(tǒng)上為了保持f_S與f_R頻率的一致性，通常f_R是由fs整型成方波產(chǎn)生，但這種方法有個(gè)不可避免的缺點(diǎn)，f_S經(jīng)過調(diào)理電路之后，無法保證f_R與f_S的相位差為0，而且批量生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)品的一致性受使用模擬器件的影響很大，最主要的是無法測量電池內(nèi)阻的阻抗值，對(duì)于電池內(nèi)阻抗對(duì)信號(hào)的相移，無法測得，這樣也會(huì)對(duì)測量的實(shí)際值造成偏差。

本發(fā)明是結(jié)合FPGA和模擬開關(guān)CD4052實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)式相敏檢波測試原理，利用FPGA的強(qiáng)大控制邏輯，接合處ARM處理器，實(shí)現(xiàn)f_R的輸出，ARM利用處理算法，最終實(shí)現(xiàn)在測試標(biāo)準(zhǔn)電阻的情況下，實(shí)現(xiàn)f_S與f_R的相位差為零，利用這種方式，可以將電阻的內(nèi)部阻抗值測試出來，準(zhǔn)確性、精確性更高。

現(xiàn)有的電子開關(guān)式相敏檢波器測量電池內(nèi)阻實(shí)現(xiàn)方式，用信號(hào)源給電池注入一個(gè)交流信號(hào)，測量由此信號(hào)在電池兩端產(chǎn)生的電壓信號(hào)和回路電流，就可以計(jì)算出電池的內(nèi)阻。信號(hào)源輸出的信號(hào)分成兩路，一路給鎖相放大器(PSD)作參考信號(hào)f_R，另一路通過限流電阻和隔直電容加到待測電池兩端，給電池注入交流信號(hào)，從電池兩端取出信號(hào)f_S1，通過調(diào)理電路，變成f_S加到PSD的輸入端，實(shí)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)算。這其中有一個(gè)最大的弊端，就是鎖相放大器的參考信號(hào)與測量信號(hào)的相位問題，這種方式只能保證f_S1與f_R的相位一致，然而測量信號(hào)f_S1在通過調(diào)理電路會(huì)發(fā)生相移變成f_S，而該相移與測量結(jié)果不是呈線性關(guān)系，無法通過校準(zhǔn)的方式修復(fù)，這種相移的一致性也與電路的模擬器件有關(guān)，最終形成的測試結(jié)果精與實(shí)際值有偏差，測試精確性收到影響。

而現(xiàn)在通過ARM、FPGA共同控制輸出f_R，利用ARM的高效數(shù)據(jù)處理能力，及FPGA的強(qiáng)大邏輯控制，最終能實(shí)現(xiàn)，在測標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)，測量信號(hào)f_S與參考信號(hào)f_R的相位差接近于零，這樣能高電池內(nèi)阻測試的精確性，而且由MCU直接輸出f_R不易受到模擬測試信號(hào)的干擾，整體測試穩(wěn)定性也有提高。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過程，在此不再贅述。

在本申請(qǐng)所提供的幾個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的系統(tǒng)，裝置和方法，可以通過其它的方式實(shí)現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)可以有另外的劃分方式，例如多個(gè)單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個(gè)系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點(diǎn)，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機(jī)械或其它的形式。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。