一种电池漏电流检测电路及方法与流程

1.本发明属于电池漏电流检测技术领域，具体涉及一种电池漏电流检测电路及方法。


背景技术：

2.由于电池、电容工作的原理缺陷或者生成工艺差异或者原材料技术水平等客观现实问题，生产出来的各种电池、电容都或多或少的存在一定量的泄露电流；这个泄露电流将导致电池、电容在长期存放的过程中存储能量的损失；在电池出货前需要对漏电流进行检测，以此作为电池分类的部分参考依据，在电池使用终端，也需要分类电池的漏电流水平(比如电池并联使用时，那么就需要选择同漏电流等级的电池，否则某个漏电流大的电池，将会泄露掉整个电池包的存储容量)。
3.目前电池生产企业通用的电池漏电流检测方法是将电池静置于室温下放置一段时间，一般一到两周，部分到一个月甚至更长时间后，测试这段时间电池的电压变化，并依据此推算电池的漏电流，这个方案有两个明显缺点：一是测试时间长，二是测试的漏电流精度很低；
4.申请号为201911108946.9的发明专利公开了一种锂电池漏电流的检测方法，其原理是：依据一个给定的试探充电电流，观察一段时间的时间-电压曲线斜率情况，来反馈调节充电电流；并在斜率为0的时候，取此时的充电电流为电池的漏电流，此方法存在速度慢(获取到时间-电压曲线斜率后才能反馈调节)，且此方法并未给出如何排除温度影响(温度会直接影响电池的电压，进而干扰时间-电压曲线的斜率，故此方法实现依赖良好的恒温环境)，以及此方法并未给出漏电流测试的本质原理。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种电池漏电流检测电路及方法，本发明可以快速准确地测试出电池或者电容的漏电流大小。
6.本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种电池漏电流检测电路，包括处理器、补偿电流dac单元、恒流源以及用于采集电池电压的核心adc单元或用于采集电池电压对应的高精度时间值的精密电压时间变换单元，所述补偿电流dac单元的第一输入端与处理器的第一输出端连接，所述补偿电流dac单元的第二输入端与基准单元连接，所述补偿电流dac单元的输出端与恒流源的输入端连接，所述恒流源的输出端与第一电池接入端连接；所述核心adc单元或精密电压时间变换单元的第一输入端与第二电池接入端连接，所述核心adc单元或精密电压时间变换单元的第二输入端与基准单元连接，核心adc单元或精密电压时间变换单元的输出端与处理器的输入端连接。
7.进一步地，所述核心adc单元或精密电压时间变换单元的第一输入端设有第一低噪声处理单元，所述第一低噪声处理单元的输入端与第二电池接入端连接，第一低噪声处理单元的输出端与核心adc单元或精密电压时间变换单元的第一输入端连接。
8.进一步地，所述核心adc单元或精密电压时间变换单元的第二输入端与基准单元之间设有第二低噪声处理单元，所述第二低噪声处理单元的输入端与基准单元连接，第二低噪声处理单元的输出端与核心adc单元或精密电压时间变换单元的第二输入端连接；所述补偿电流dac单元的第二输入端与基准单元之间设有第三低噪声处理单元，所述第三低噪声处理单元的输入端与基准单元连接，第三低噪声处理单元的输出端与补偿电流dac单元的第二输入端连接。
9.进一步地，本发明的电池漏电流检测电路还包括电池电压输入极性检测及切换单元，电池电压输入极性检测及切换单元的输入端与第二电池接入端连接，电池电压输入极性检测及切换单元的输出端与核心adc单元或精密电压时间变换单元的第一输入端连接。
10.进一步地，电池电压输入极性检测及切换单元包括cpu、比较器以及第一换向继电器、第二换向继电器，所述第一换向继电器的第一端及第二端分别接电池负载的两端，所述第二换向继电器的第一端及第二端分别接电池负载的两端，所述第一换向继电器的公共端与比较器的第一输入端连接，所述第二换向继电器的公共端接比较器的第二输入端，所述比较器的输出端与cpu的输入端连接，所述cpu用于根据比较器的输出，判断电池的接入极性，控制第一换向继电器、第二换向继电器的工作状态，用于切换电池的接入极性。
11.进一步地，电池电压输入极性检测及切换单元还包括第三继电器，第三继电器的第一端与第一换向继电器的公共端连接，第三继电器的第二端与第二换向继电器的公共端连接，第三继电器的输出端作为电池电压输入极性检测及切换单元的输出端，用于与核心adc单元或精密电压时间变换单元的第一输入端连接；第三继电器与继电器控制电路连接，继电器控制电路与cpu的输出端连接，通过cpu控制第三继电器的线圈的通电或断电。
12.进一步地，本发明的电池漏电流检测电路还包括高阻跟随单元，高阻跟随单元的输入端与电池电压输入极性检测及切换单元的输出端连接，所述高阻跟随单元的输出端与核心adc单元或精密电压时间变换单元的第一输入端连接。
13.本发明公开了一种电池漏电流快速检测方法，包括如下步骤：
14.将电池正负极接入测试环路，补偿电流dac单元输出0；
15.通过核心adc单元采集电池电压，监控核心adc单元的采样值，当采样值变化缓慢到电池自放电电压变化水平时记录当前的核心adc单元的采样值x1；
16.随着时间推移，adc采样值会变化；此时以x1值作为设定，以当前的adc采样值作为反馈，引入pid控制算法，控制补偿电流dac单元和恒流源的输出；
17.通过调整pid参数，使adc采样值相对于x1无超调无过冲；
18.当pid控制的恒流源输出稳定时，此电流即是电池的漏电流。
19.本发明公开了一种电池漏电流快速检测方法，包括如下步骤：
20.将电池正负极接入测试环路，补偿电流dac单元输出0；
21.通过精密电压时间变换单元采集电池电压对应的高精度时间值，监控精密电压时间变换单元的采样值，当采样值变化缓慢到电池自放电电压变化水平时记录当前的精密电压时间变换单元的采样值x2；
22.随着时间推移，精密电压时间变换单元采样值会变化；此时以x2值作为设定，以当前的精密电压时间变换单元采样值作为反馈，引入pid控制算法，控制补偿电流dac单元和恒流源的输出；
23.通过调整pid参数，使精密电压时间变换单元采样值相对于x2无超调无过冲；
24.当pid控制的恒流源输出稳定时，此电流即是电池的漏电流。
25.进一步地，将电池正负极任意接入测试环路后，通过电池电压输入极性检测及切换单元检查电池的接入极性，若电池的接入极性不准确，则内部自动进行输入极性换向，保证电池电压正极性输出到后一级。
26.本发明至少具有如下有益效果：
27.本发明的电池漏电流检测电路包括处理器、补偿电流dac单元、恒流源以及用于采集电池电压的核心adc单元或用于采集电池电压对应的高精度时间值的精密电压时间变换单元，所述补偿电流dac单元的第一输入端与处理器的第一输出端连接，所述补偿电流dac单元的第二输入端与基准单元连接，所述补偿电流dac单元的输出端与恒流源的输入端连接，所述恒流源的输出端与第一电池接入端连接；所述核心adc单元或精密电压时间变换单元的第一输入端与第二电池接入端连接，所述核心adc单元或精密电压时间变换单元的第二输入端与基准单元连接，核心adc单元或精密电压时间变换单元的输出端与处理器的输入端连接。采用上述电路能快速有效反馈给电池或者电容的漏电流检测方案中，提高电池漏电流检测的精度和速度。
28.本发明通过cpu检测比较器的输出，判断电池当前的接入极性；若极性相反则控制换向继电器对电池输入进行换向，若极性正常则无动作。通过将比较器置于高阻跟随单元后，可以保证电池自动换向电路对电池无影响。避免人为出错的情况发生，电池接入的时候，不用管电池极性。由本电路结构可将电池极性调整为漏电流检查电路需要的极性。
29.该方案还可以用于确保在漏电流检测时只需要考虑单极性即可，本技术可以保证电池或者电容任意接入都可以正常测试电池或者电容漏电流。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
31.图1为本发明提供的一种实施例的电池漏电流检测电路的原理框图；
32.图2为本发明实施例提供的电池电压输入极性检测及切换单元的原理框图；
33.图3为本发明实施例提供的电池电压输入极性检测及切换单元的具体电路图；
34.图4为本发明实施例提供的核心adc单元与第一低噪声处理单元的具体电路图；
35.图5为本发明实施例提供的的高精度低温漂基准与低噪声处理单元的电路图；
36.图6为本发明提供的一种实施例的电池漏电流检测方法的流程图；
37.图7为本发明提供的另一种实施例的电池漏电流检测电路的原理框；
38.图8为本发明提供的另一种实施例的电池漏电流检测方法的流程图。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
40.实施例一
41.参见图1至图5，本发明实施例提供一种电池漏电流检测电路，包括处理器、补偿电流dac单元、恒流源以及用于采集电池电压的核心adc单元，所述补偿电流dac单元的第一输入端与处理器的第一输出端连接，所述补偿电流dac单元的第二输入端与基准单元连接，所述补偿电流dac单元的输出端与恒流源的输入端连接，所述恒流源的输出端与第一电池接入端连接；所述核心adc单元的第一输入端与第二电池接入端连接，所述核心adc单元的第二输入端与基准单元连接，核心adc单元的输出端与处理器的输入端连接。
42.本实施例通过核心adc单元采集电池电压；并依据此控制补偿电流dac单元和多量程恒流源的输出电流；使之确保核心adc单元电压采样值不变；
43.本实施例多电流量程恒流源要求低噪声，保证恒流源工作的时候不干扰adc单元采样；
44.本实施例核心adc要求低漂移高分辨率高稳定度。
45.进一步地，所述核心adc单元的第一输入端设有第一低噪声处理单元，所述第一低噪声处理单元的输入端与第二电池接入端连接，第一低噪声处理单元的输出端与核心adc单元的第一输入端连接。
46.进一步地，所述核心adc单元的第二输入端与基准单元之间设有第二低噪声处理单元，所述第二低噪声处理单元的输入端与基准单元连接，第二低噪声处理单元的输出端与核心adc单元的第二输入端连接；所述补偿电流dac单元的第二输入端与基准单元之间设有第三低噪声处理单元，所述第三低噪声处理单元的输入端与基准单元连接，第三低噪声处理单元的输出端与补偿电流dac单元的第二输入端连接。
47.所述核心adc单元的第二输入端与基准单元之间设有第二低噪声处理单元，基准单元通过第二低噪声处理单元给核心adc单元做参考电压源。所述第二低噪声处理单元的输入端与基准单元连接，第二低噪声处理单元的输出端与核心adc单元的第二输入端连接；所述补偿电流dac单元的第二输入端与基准单元之间设有第三低噪声处理单元，基准单元通过第三低噪声处理单元给补偿电流dac单元做参考电压源。所述第三低噪声处理单元的输入端与基准单元连接，第三低噪声处理单元的输出端与补偿电流dac单元的第二输入端连接。
48.补偿电流dac单元驱动多电流量程的恒流源模块，以补偿电池的漏电流。
49.本实施例的基准单元采用高精度低温漂基准。本实施例的恒流源采用多电流量程恒流源。
50.本发明通过精选的低噪声处理单元实现信号的无损失，无干扰的变换和传递。本发明通过优选的高精度低温漂基准输出电压基准源信号，只要求输出低温漂，其他的要求不限定。因为低温漂的基准下精度都非常好；不仅可以节约电路损耗，还有效降低了功耗。将电压基准信号输入至前级低噪声处理单元，进一步降低基准电压信号的噪声，改善驱动能力后输入到核心adc单元中。基于此以选定特定的各单元的芯片型号。将电池被测信号接入到第一低噪声处理单元上进行降噪处理。通过精选的低噪声处理单元，将被测信号的极高阻抗取样出来，并进一步降低噪声后输出到核心adc的输入级。
51.所述高精度低温漂基准包括ltz1000、ltc6655、ltc6657或adr4550c/d中任一种优于1ppm/℃温漂指标的电压基准器件。低噪声处理单元包括ada4528、ada4523或max44246中的任一种，低漂移小于1ppm/℃，低噪声峰峰值低频部分小于200nv，高频部分小于10nv/平方根(hz)。且输入低噪声处理单元的输入基础电流ibase小于1na。
52.进一步地，通过精选的核心adc单元实现高分辨率低温漂的电压采集；核心adc单元可以为ad7175、ad7124、ad7176、ltc2449等24位精密adc，但不限于上述实施例。
53.进一步地，本发明的电池漏电流检测电路还包括电池电压输入极性检测及切换单元，电池电压输入极性检测及切换单元的输入端与第二电池接入端连接，电池电压输入极性检测及切换单元的输出端与核心adc单元的第一输入端连接。
54.进一步地，本发明的电池漏电流检测电路还包括高阻跟随单元，高阻跟随单元的输入端与电池电压输入极性检测及切换单元的输出端连接，所述高阻跟随单元的输出端与核心adc单元的第一输入端连接。
55.本实施例的第一低噪声处理单元的输入端与电池电压输入极性检测及切换单元的输出端或高阻跟随单元的输出端连接，第一低噪声处理单元的输出端与核心adc单元的第一输入端连接。
56.进一步地，电池电压输入极性检测及切换单元包括cpu、比较器以及第一换向继电器、第二换向继电器，所述第一换向继电器的第一端及第二端分别接电池负载的两端，所述第二换向继电器的第一端及第二端分别接电池负载的两端，所述第一换向继电器的公共端接比较器的第一输入端，所述第二换向继电器的公共端接比较器的第二输入端，所述比较器的输出端与cpu的输入端连接，所述cpu用于根据比较器的输出，判断电池的接入极性，控制第一换向继电器、第二换向继电器的工作状态，用于切换电池的接入极性。
57.cpu与第一换向继电器、第二换向继电器之间设置有继电器控制电路，通过继电器控制电路控制各继电器线圈的通电或断电。
58.进一步地，本发明可以在电池电压输入极性检测及切换单元中设置第一高阻跟随单元，所述第一高阻跟随单元的输入端接所述第一换向继电器的公共端，第一高阻跟随单元的输出端与比较器的第一输入端。将比较器置于第一高阻跟随单元后，可以保证电池自动换向电路对电池无影响。
59.通过两个换向继电器的组合连接，便可以形成多个接法，主要包括两种：若通过cpu检测比较器的输出端的电压或电流为正，则表示第一继电器k2b的公共端接入电池负载正极、第二继电器的公共端接入电池负载负极，形成一个回路；若通过cpu检测比较器的输出端的电压或电流为负，则表示第一继电器k2b的公共端接入电池负载负极、第二继电器的公共端接入电池负载正极，形成一个回路。其中，换向继电器用于根据不同的选择组合将电池接入电路中去。
60.将电池负载接入本电路，通过cpu检测当前比较器输出，判断当前电池输入极性；若极性正确，则无任何动作；若极性错误，则控制换向继电器切换电池输入极性。
61.通过将比较器置于第一高阻跟随单元后，可以保证电池自动换向电路对电池无影响。避免人为出错的情况发生，电池接入的时候，不用管电池极性。由本电路结构可将电池极性调整为漏电流检查电路需要的极性。
62.进一步地，电池电压输入极性检测及切换单元还包括第三继电器k3b，第三继电器
k3b的第一端与第一换向继电器的公共端连接，第三继电器k3b的第二端与第二换向继电器的公共端连接，第三继电器k3b的输出端可以作为电池电压输入极性检测及切换单元的输出端。
63.第三继电器与继电器控制电路连接，继电器控制电路与cpu的输出端连接，通过cpu控制第三继电器的线圈的通电或断电。
64.进一步地，第三继电器k3b的第一端可以与第一高阻跟随单元的输出端或第一换向继电器的公共端连接。
65.进一步地，所述第一高阻跟随单元包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正向输入端与所述第一换向继电器的公共端电连接，所述第一运算放大器的负向输入端及输出端一起接所述比较器的第一输入端。第一运算放大器u1a的接法如图所示，在此不再赘述。
66.进一步地，电池电压输入极性检测及切换单元的输出端还设有第二高阻跟随单元，所述第二高阻跟随单元的输入端与第三继电器k3b的公共端或第一高阻跟随单元的输出端连接，所述第二高阻跟随单元的输出端与核心adc单元的第一输入端连接。所述第二高阻跟随单元包括第二运算放大器u1b，所述第二运算放大器u1b的正向输入端与第三继电器k3b的公共端连接，所述第二运算放大器u1b的负向输入端与其输出端连接，第二运算放大器u1b的输出端与核心adc单元的第一输入端连接。第二高阻跟随单元起到隔离保护的作用。
67.进一步地，所述换向继电器与电池负载之间通过安全开关k1b连接。当电路发生短路或其他故障时，可以通过安全开关k1b的断开来断开电池负载的接入。
68.电池电压输入极性检测及切换单元可以保证电池或者电容任意接入都可以正常测试电池或者电容漏电流。
69.参见图6，本实施例还公开了一种电池漏电流快速检测方法，包括如下步骤：
70.电池正负极任意接入测试环路，补偿电流dac单元输出0；
71.电池电压输入极性检测及切换单元检查电池的接入极性，并内部自动换向保证电池电压正极性输出到后一级；
72.监控一段时间核心adc单元的采样值，当采样值变化缓慢到电池自放电电压变化水平时记录当前的核心adc单元的采样值x1；
73.随着时间推移，adc采样值会变化；此时以x1值作为设定，以当前的adc采样值作为反馈，引入pid控制算法，实现普通的负反馈控制系统，控制控制补偿电流dac单元和恒流源的输出；
74.通过调整pid参数，使adc采样值相对于x1无超调无过冲；
75.当pid控制的恒流源输出稳定时，此电流即是电池的漏电流。
76.实施例二
77.参见图7，本实施例提供一种电池漏电流检测电路，本实施例只是将实施例一中的用于采集电池电压的核心adc单元替换成用于采集电池电压对应的高精度时间值的精密电压时间变换单元，其他技术特征与实施例一完全相同。
78.本实施例通过精密电压时间变换单元采集电池电压对应的高精度时间值；并依据此控制补偿电流dac单元和多量程恒流源的输出电流；使之确保精密电压时间变换单元采
集电池电压对应的高精度时间值不变；
79.本实施例恒流源为多电流量程恒流源，要求低噪声，保证恒流源工作的时候不干扰精密电压时间变换单元采样；
80.本实施例精密电压时间变换单元采用已公开的技术(单斜、双斜、多斜积分技术)。
81.参见图8，本实施例还公开了一种电池漏电流快速检测方法，包括如下步骤：
82.电池正负极任意接入测试环路，补偿电流dac单元输出0；
83.电池电压输入极性检测及切换单元检查电池的接入极性，并内部自动换向保证电池电压正极性输出到后一级；
84.监控一段时间精密电压时间变换单元的采样值，当采样值变化缓慢到电池自放电电压变化水平时记录当前的精密电压时间变换单元的采样值x2；
85.随着时间推移，精密电压时间变换单元采样值会变化；此时以x2值作为设定，以当前的精密电压时间变换单元采样值作为反馈，引入pid控制算法，实现普通的负反馈控制系统，控制补偿电流dac单元和多电流量程恒流源的输出；
86.通过适当的pid参数，使精密电压时间变换单元采样值相对于x2无超调无过冲；
87.当pid控制的恒流源输出稳定时，此电流即是电池的漏电流。
88.本方法测试漏电流的核心原理：超高精度恒定电池当前的相对电压；这个电压只要求超高的稳定度和超高的分辨率，不要求绝对精度；比如当前电池电压是x.xxxxxxx v，不需要关心它究竟是不是3.7654321v这种具体的电压，只以当前的相对值x.xxxxxxx v作为控制参考即可。
89.本发明的技术方案适用于各种电池、电容的漏电流检测，包括但不限于扣式电池，软包电池，柱状电池，铝壳电池等各种技术的二次电池，和方形，柱状的各种一次电池，以及各种技术的电容。
90.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。