自适应脉冲放电方法在电池内阻检测中的应用分析

渐彬彬

[摘    要]目前，私家车数量逐渐增加，对环境影响扩大，发展电动汽车是未来汽车领域发展趋势。电动汽车扩大生产规模的主要因素是解决电池问题，电池内阻在电池性能评估中占据重要作用。通过单片机方式控制自适应脉冲放电方式测量电池内阻参数，使用监测采样通道，结合电池实际使用情况，选择最为合适的放电电流，实现动态调整。对自适应脉冲放电方法在电池内阻检测中的应用进行分析，使用这一测量方式可以保证检测范围扩大，对其测量效果具有积极意义，保证电池内阻的快速精确化测量。

[关键词]自适应脉冲;放电;电池内阻;检测

[中图分类号]TM910 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（21）04–0–02

Application Adaptive Pulse Discharge Method in

Battery Internal Resistance Detection

Jian Bin-bin

[Abstract]At present， the number of private cars is gradually increasing， and the impact on the environment is expanding. The development of electric vehicles is the future development trend of the automotive field. The main factor for the expansion of the production scale of electric vehicles is to solve the battery problem. The internal resistance of the battery occupies an important parameter data in the battery performance evaluation. The internal resistance parameter of the battery is measured by the adaptive pulse discharge method controlled by the single-chip microcomputer. The monitoring sampling channel is used to combine the actual use of the battery under the circumstances， choose the most suitable discharge current to realize dynamic adjustment. The application of adaptiVe pulse discharge method in battery internal resistance detection is analyzed. Using this measurement method can ensure the expansion of the detection range， which has a positiVe effect on the measurement effect， and ensures the rapid and accurate measurement of the battery internal resistance.

[Keywords]adaptiVe pulse; discharge; battery internal resistance; detection

現阶段，科学技术水平不断提高，消费电子以及电动汽车行业实现了大幅度发展，其中锂离子电池具有较高的市场需求，并且这一需求不断增加。在锂离子电池参数测量中，锂离子电池内阻是检测电池使用有效性的重要数据。针对电池电压以及内阻等相应参数的测量，最终获取的结果是电池寿命以及实际健康状态进行评价以及有效管理的重要基础。处于工作状态下的电池内阻，也就是指经过电池内部产生的阻力，一般情况下电池内阻数值较小，电池两端会面对直流电压，因此普通电表并没有有效测量电阻。

1 自适应脉冲放电方法应用重要性分析

在电池性能测量过程中，电池内阻是其重要参数之一，测量电池内阻之后可以有效评估电池实际输出性能，在应用大电流情况下，对电池大功率输出具有直接影响，基于这一情况，电池内阻测量现实意义十分显著。现阶段，用于电池内阻测量的方式较多，较为常见的有伏安特性曲线法以及脉冲充电方法等。区别于其他检测方法，使用脉冲充电法检测速度以及效率优势明显，但在放电电流使用过程中，对检测结果会造成影响，并且电流过大情况下也会影响电池的性能，因此在实际测量中使用较少。使用单片机作为基础控制的自适应脉冲放电方式，使用单片机内部数模转换模块的驱动电压，以控制恒流源电路，使用单片机输出或者是输入口控制即将测量的电池，在这一情况下进行脉冲放电。使用模数转换模块功能检测脉冲放电不同阶段的电压变化，由此计算电池内阻，可以实时获得测量结果。使用这一方法是利用系统选择最佳放电电流，可以扩大自动测量范围，提高测量准确性，不会对电池造成损伤，整体测量过程耗时较少，操作具有简易性，使用范围广，可适用于更多类型的电池内阻测量。

2 电池内阻产生的作用分析

在电池正常工作状态下电池内阻是反映其性能和状态的重要参数，这一因素在客观角度上可以反映电池使用寿命等重要性能。在电池内部构成中，电池内阻因素可以反映锂离子以及电子内在传导流通的难度。这一过程中，电池内阻降低，锂离子以及电子内在传导也会比较容易，传导速度也会增加，电池在长时间使用后，电池内阻会增加锂离子以及电子内在传导也会受到阻碍，并且传导速率也会降低。现阶段，锂离子电池是动力车载电池重要组成部分，在生产后，使用精密化内阻仪器需要检测电池内阻，保证电池达到相应的标准，这是电池生产的重要环节之一。

电池内阻的使用可以在一定程度上反映电池实际使用状态。一般情况下，各个电池生产厂家在电池生产之后内阻较小，在长期使用之后反复充电以及放电的过程，电池内部存在的化学物质活性降低，因此内部电解液的使用也存在相应的损耗，两极柱在不同程度上会出现腐蚀或者是周围温度等因素影响都会造成电池内阻不断增加。电解质在多次充电放电循环之后浓度逐渐降低，出现变性情况，内阻数值逐渐增加，动力电池中的电池内阻数值到一定程度时，电池内部大部分活性物质会失去应有的活性，其中锂离子与电子内在传导逐渐受阻，内部电量难以正常释放，因此出现的饱和现象也逐渐加重，电池实际可以利用的容量降低，电池寿命也会逐渐饱和，出现十分严重的老化现象。了解以及掌握电池运行和健康状态，需要对锂离子电池内阻检测，预估锂离子电池的循环周期以及使用寿命，需要对经过多次循环放电的电池运行状态进行评估，对锂离子电池及时保养。电池实际内阻变化以及运行状态具有重要联系，使用电池内阻检测方式预测以及判断内阻剩余电量。针对储能电池领域，在较短周期内对检测以及维护电池需要具有相应的预测以及判断作用，估计电池实际运行状态，检测电池内阻在电池串联部分是其重要的环节，有利于电池均衡性提升，对电池综合性能具有优化作用，电池使用寿命有一定延长，生产厂家可以节约投入的生产成本，电池利用率提升，并且可以回收电池，实现再利用。

从电池内阻内部元素以及外部元素两个方面分析电池实际状态，其中内部因素是欧姆内阻影响，主要有正极材料、负极材料以及电解液等。生产过程中，由制造工艺决定，通常属于不可控因素。在电路分析中，电池内阻与时间存在固定常数，外部因素主要是有电化学极化以及浓差极化，不同连接部分会产生接触电阻，属于非固定常数，跟随时间不断变化产生相应的动态变化，与工作环境以及温度等因素息息相关。电池内阻属于具有复杂性以及综合性等外部工作环境影响的综合体。

3 系统设置

制定系统测试流程，主要模块有测试模块、补偿电源以及电压跟随器等，单片机使用型号确定，保证芯片内部结构中含有8通道复用12位精度模数转换模块等。测量电池电动数值过程中，需要使用补偿电源，电源形式适用于电池寿命即将结束的情况。利用模数转换模块，对电池两端电压进行测量，这一测量电路中存在较高的输入阻抗，这一测量电流可以忽略不计，因此电压等效电池电动势会输出相应的预设电压值，对待测电池放电电流產生决定性影响。单片机会对晶闸管起到控制作用，并且保证其在设定值电流下进入放电步骤，这一过程中，需要控制模数转换模块，获取两端电压值，以此获得电池内阻。通过对模数转换模块取样，获得电压降，也就是脉冲在实际放电过程中出现的电势差，在这一数值较小情况下模数转换模块采样精度难以满足，在系统自动切换过程中也会切换到脉冲放大电路。

针对电路设计方案设置，其中集成运放情况以及沟道场效应管等相应元件组成相应电路，在输出连接之后会产生相应的输入端，其中漏极电流以及电压形成线性关系。在这一过程中比例系数由电位器确定，在电路输出端位置使用串联电流表会对电流以及相应数值定标。单片机可以控制电平产生相应的脉冲放电，其中默认状态主要为高电平，这时电路导通之后，输出电池开路电压，也就是电池空载电动势，在低电平阶段过程中，其中限流接通之后，会过渡到低电压，输出电池放电过程中产生电压值，检测过程中，电池两端部分会逐渐形成一种负电平脉冲。

设计自适应算法计划，针对单片机应用算法中主要包括模数转换模块、输出控制以及相应的端口控制等。在设备开机之后这一阶段模数转换模块通道主要采集信号为开路电压，设置相应的输出值，这一过程中选取的最小值设置为一部分，读取产生的电压值以及通道电压值，将其定义为自适应系统系数，设置自适应阈值。阈值小于自适应系数，表示现阶段并没有出现较为明显的电压降，进入下一阶段，出现二倍递增，直到阈值大于自适应系数，逃离循环，根据公式计算电池内阻。在出现满量程针对电路输出电流，自适应系数小于阈值情况下，会逐渐跳出循环，系统会自动切换到脉冲放大电路，从通道读取低电平数值，结合公式计算电池内阻。

控制这一过程中的负脉冲宽度，其数值不会超过2 ms，这种放电情况对电池产生的影响较小，并且电压取值进行多次采样之后，使用的采样数据获得方式可以是滤波算法，以此排除放电过程中的抖动干扰。

4 最终结果

使用数字电源以及标准电阻串联形式构成相应的等效电池模块，分析之后，忽略电池产生的非线性效应，测量电池模块电动势，也就是数字电源输出电压，其中内阻相当于数字电源输出内阻以及标准电阻阻值相加，这一过程中数字电源输出的内阻经过测量之后短路电阻会实现零点校准。在数字电源使用中，应用相应编程稳定电源，确定精度，标准化电阻阻值使用数字多用表测量，确定测量精度。经过测量实验之后，获得的测量结果，其等效电动势为2 V、5 V或者9 V情况下，在相应范围内等效内阻的测量误差需要在3%以内，并且电动势数值在1.2～10 V，其标准电阻数值测量误差取平均值是在4%以内。

通过计算公式使用，利用自适应脉冲放电方式，对电池内阻进行测量，延长电池使用寿命，提高电池应用有效性。

5 结束语

通过自适应脉冲放电方法在电池内阻测量中的应用，对电池实际使用的电阻范围判断，选择最好的放电电流档位，扩大测量范围，提高测量结果准确性，保证其适用于不同类型电池内阻测量。

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