一种储能器件的内阻测量方法、电路和装置与流程

1.本发明涉及内阻测量技术领域，尤其是涉及一种储能器件的内阻测量方法、电路和装置。


背景技术：

2.储能器件的内阻是反映其性能的一个重要参数，电池、电容作为储能器件，其内阻的变化与电解质、内部极板密切相关。通过测量内阻可以了解电池或电容的老化程度及放电能力，从而判断电池的有效性，保证供电电源的性能。同时内阻也是电池或电容在应用的一个重要考量因素。
3.目前，对储能器件的内阻测量，分别有放电法和充电法，在放电法中，通过大电流放电观察其压降，从而计算内阻。在充电法中，采用恒定电流对储能器件进行充电，观察其电压变化，从而计算内阻。
4.在放电法中，如图1所示，在测量电路中串联耗能元件作为负载，储能器件放电过程中，记录放电过程中的放电电压及放电电流，计算储能器件的内阻，或串联电容进行储能，然后对电容进行放电，这些方法中，储能器件储存的电能在内阻测量的过程中被无谓地消耗掉，储能器件中的储能只能用于一次测量，浪费了能源。
5.因此，如何提高储能器件中储能的利用效率，是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种储能器件的内阻测量方法、电路和装置，在测量电路中串联储能元件，将储能器件中的储能以放电方式传输到储能元件中，在放电完成后，对储能元件中的电压进行升压，将储能元件做为电源，给储能器件充电，在不考虑转换过程的的损耗的情况下，储能器件中的储能反复在储能器件与储能元件之间进行转换，实现了储能器件中储能的反复利用，提高了储能的利用率，同时在每次转换过程是进行测量，多次的测量能够提高测量的精确度。
7.第一方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：
8.一种储能器件的内阻测量方法，采用储能元件做为被测储能器件的放电负载，在储能器件放电时，对储能元件充电，检测储能器件放电过程中的电流变化和储能器件两端的电压变化，计算出储能器件的内阻，在储能器件放电完成后，对储能元件中的储能进行升压，再回充给储能器件。
9.本发明进一步设置为：储能元件采用电容。
10.本发明进一步设置为：储能元件采用超级电容。
11.本发明进一步设置为：在储能器件放电过程时，测量储能器件的放电电压和放电电流，计算放电时内阻；在储能器件充电过程时，测量储能器件的充电电压和充电电流，计算充电时内阻，将充电时内阻与放电时内阻进行平均，得到储能器件的内阻。
12.第二方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：
13.一种储能器件的内阻测量电路，包括主控电路、电流检测模块、储能元件、控制开关、升压电路，电流检测模块的一端连接控制开关的输入端，控制开关的输出端连接储能元件的一端，储能元件的另一端用于连接储能器件负极；电流检测模块的另一端用于连接储能器件正极，其第三端连接主控电路；控制开关的控制端、储能器件正端分别连接主控电路；升压电路的第一端连接主控电路，用于输出控制信号，第二端连接储能元件与控制开关的输出端，第三端用于连接储能器件负极，第四端用于连接储能器件正极，在电池放电完成后，用于将储能元件存储的电能，进行升压后回充给储能器件。
14.本发明进一步设置为：升压电路包括boost升压电路，boost升压电路中控制功率管的控制极连接主控电路，控制功率管用于根据主控电路输出的pwm信号，对储能元件的电压进行升压。
15.本发明进一步设置为：pwm信号的占空比小于等于90％。
16.第三方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：
17.一种储能器件的内阻测量装置，包括显示屏和本技术所述测量电路，显示屏与主控电路连接，用于显示内阻测量过程中的各参数，测量电路采用本技术所述测量方法，进行电池内阻的测量。
18.与现有技术相比，本技术的有益技术效果为：
19.1.本技术通过设置升压电路，对作为负载的储能元件进行升压，将储能元件中的储能转换到被测储能器件中，实现了能量的再利用，节约了能源；
20.2.进一步地，本技术采用超级电容，扩大了储能能力，延长了放电时间，有利于被测储能器件的测量；
21.3.进一步地，本技术通过在储能器件放电过程进行测量与充电过程中进行测量，实现了对储能器件内阻的多次测量计算，提高了内阻测量的精确度。
附图说明
22.图1是现有技术内阻的测量示意图；
23.图2是本技术的一个具体实施例的内阻测量结构示意图；
24.图3是本技术的一个具体实施例的升压电路结构示意图。
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
26.本技术的一种储能器件的内阻测量方法，采用放电法进行储能器件内阻的测量，在测量时，设置储能元件做为测量内阻电路中的负载，储能元件包括电容，更进一步地，包括超级电容。
27.在放电过程中，被测储能器件中存储的电能，转换到负载储能元件中，在储能器件放电完成后，储能元件上的电压低于储能器件两端的电压，对储能元件上的电压进行升压，使储能元件上的电压高于储能器件两端的电压，储能元件对储能器件进行充电。
28.在内阻测量电路上电后，记录被测储能器件两端的电压u1，当内阻测量电路中的控制开关打开后，被测储能器件开始放电，向做为负载的储能元件进行充电，由于储能元件的内阻很小，充电电流能够做到很大，放电过程中，被测储能器件两端的电压会产生变化，
当其稳定时读取被测储能器件两端的电压u2，同时检测并记录内阻测量电路中流过的电流i1，根据欧姆定律，被测储能器件的内阻r＝(u1-u2)/i1，将测量数据代入公式，计算得到被测储能器件的内阻r1。
29.在放电完成后，储能元件上的电压低于储能器件两端的电压，对储能元件上的电压进行升压后，使储能元件中存储的电能反充回被测储能器件上，在储能器件被充电的过程中，储能元件以恒流i2对被测储能器件进行放电，在回充前记录下被测储能器件两端的电压u3，再记录回充过程中被测储能器件两端的电压u4，根据被测储能器件的内阻r＝(u3-u4)/i2，再次计算被测储能器件的内阻r2。
30.对多次被测储能器件的放电与回充过程的内阻的测量值进行平均，或求其均方根，得到被测储能器件的内阻，提高测量的精度。
31.储能器件中的电能在不考虑功耗的情况下，能够进行无数次对被测储能器件的放电与回充过程，在这一过程中不产生热量，降低了能量的损耗，节约了成本。
32.在本技术的一个具体实施例中，储能器件为储存电能的元器件，包括电池、电容，如各种锂电池、铅酸电池、超级电容。
33.本技术的一种储能器件的内阻测量电路，如图2所示，包括主控电路、电流检测模块、储能元件、控制开关q，电流检测模块的一端连接控制开关q的输入端s，控制开关q的输出端d连接储能元件的一端，储能元件的另一端用于连接储能器件负极；电流检测模块的另一端用于连接储能器件正极，其第三端连接主控电路；控制开关的控制端g、储能器件正极分别连接主控电路。
34.在本具体实施例中，储能器件为电池，储能元件为超级电容，升压电路采用boost升压电路
35.电流检测电路的一端连接到电池正极，另一端连接控制开关q的输入端s，控制开关q的输出端d连接超级电容的正极，超级电容的负极接电池负极。升压电路的控制端连接主控电路，用于接收从主控电路输出的升压控制信号，升压电路的电源输入端接超级电容的两端，升压电路的电源输出端连接到电池正极。
36.在电路接通时，主控电路测量电池正端电压，检测电池正端的电压。串联在测量电路中的电流检测模块，用于检测流过检测电路的电流。
37.主控mcu电路输出控制开关的控制信号，在控制开关导通时，电池放电用于给超级电容充电，测量电池正端的电压与测量电路中的电流，计算电池内阻。
38.在电池放电完成后，超级电容的电压低于电池电压，主控电路控制升压电路工作，将超级电容两端的电压升高到高于电池电压，超级电容放电，给电池回充，在超级电容放电的过程中，同样地，能够测量电池回充电流和电池两端的电压，再计算一次电池内阻。
39.超级电容与升压电路的结构，如图3所示，升压电路采用boost升压电路，包括电感l、二极管d、电容c和升压控制开关q1，电感l、二极管d、电容c依次连接，升压控制开关q1的输入端s连接在电感l、二极管d的连接点上，其输出端d接电容c的另一端、超级电容的负极、输出负极。超级电容的正极连接电感l的另一端。二极管d的负极与电容c的一端连接在一起，作为升压电路的正输出端。升压电路的正输出端连接电池的正端，其负输出端连接电池的负端。
40.本技术的升压电路采用最基本的boost升压电路，其工作过程是：
41.主控电路在检测到电池电压低到某一数值后，判断电池放电完成，输出pwm升压控制信号，控制升压控制开关q1的导通或截止。
42.升压电路的输出电压vo与输入输出vi，满足如下公式：
43.vo＝vi/(1-d)， (1)；
44.式中，d表示pwm信号的占空比。通过调整占空比，就能够得到合适的输出电压。
45.实际应用中，pwm信号的频率由电路中电感量决定，以避免电感饱和。
46.在pwm信号高电平时，控制开关q1导通，电感l、控制开关q1中有电流流过，电感l储存能量；在pwm信号低电平时，控制开关q1截止，相当于断路，电感l储存的能量通过二极管d释放，此时的电感l相当于一个右正左负的电源，和超级电容的电压叠加后，一起对外放电。
47.由式(1)可知，d不能为100％。
48.实际应用中，d的取值小于等于90％，以避免出现效率太低、控制开关q1发热的现象。
49.超级电容做为输入电源，经过boost电路的升压后，给放电完成后的电池充电。
50.本技术的一种储能器件的内阻测量装置，包括显示屏和测量电路，显示屏用于显示测量过程中的各项参数，如电流、电压、内阻等。
51.测量电路采用本技术的测量方法进行测量。
52.本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。