一種鋰電池電壓檢測的擬合方法

賀健++趙建平++代作曉

摘 要： 該設計給出一種電路實現(xiàn)簡單、精度高、微功耗的隔離鋰電池電壓檢測方法。該鋰電池電壓檢測方法是采用電池電壓鏡像檢測原理，基于電磁開關技術，得到原始數(shù)據(jù)并對其進行擬合，數(shù)據(jù)的擬合方法決定了該電路的優(yōu)勢。實踐表明該方法電路簡單實用、檢測精度高、適用范圍廣，具有很高的實用價值。

關鍵詞：鋰電池； 電壓檢測； 鏡像檢測； 數(shù)據(jù)擬合

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）10?0134?03

高能量比、長壽命、重量輕、綠色環(huán)保等優(yōu)點使得鋰電池廣泛應用于水力、火力、風力和太陽能電站等發(fā)電儲能系統(tǒng)。鋰電池電壓的檢測對于整個發(fā)電儲能系統(tǒng)至關重要，系統(tǒng)的控制信號根據(jù)電池電壓的不同工作在同區(qū)域。目前鋰電池電壓測量方法有機械繼電器法隔離檢測、差分放大器法隔離檢測、電壓分壓法隔離檢測、光電繼電器法隔離檢測等幾種。精度差、結構復雜使得這幾種方法都沒有得到廣泛應用。本文給出了一種電路實現(xiàn)簡單、精度高、微功耗的隔離鋰電池電壓檢測方法。

1 系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)采用電池電壓鏡像檢測原理。如圖1所示，原邊L3形成振蕩電路，復邊L1、L2整流輸出結構對稱，從而實現(xiàn)采樣輸出B點電壓與鋰電池A點電壓相對。由于該檢測方法是基于電磁開關技術，得到的原始信號非線性欠佳，所以數(shù)據(jù)的擬合方法決定了該電路的優(yōu)勢。在VCC為12 V，振蕩頻率為10 kHz，線圈匝比為12∶10∶10條件下對0～5 V鋰電池進行測量得到如表1所示數(shù)據(jù)。

圖1 鋰電池鏡像檢測原理圖

文中數(shù)據(jù)測量是在0～5 V范圍內(nèi)，每隔0.1 V作為間隔進行測量所得。

2 數(shù)據(jù)擬合

本系統(tǒng)所測得的數(shù)據(jù)在Orgin 8.0軟件中進行數(shù)據(jù)擬合，分別進行了線性擬合和多項式回歸擬合。其中線性擬合又分為兩種擬合方式。第一次線性擬合是對所有所測得數(shù)據(jù)進行擬合，第二次線性擬合是把所有所測得數(shù)據(jù)分成了兩組進行擬合。

表1 測量數(shù)據(jù) V

2.1 線性擬合（一）

本次擬合是將實際A點值作為y軸，實測B點值作為x軸，利用線性方程式（1）進行擬合：

[y=1.116 08x-0.201 23] （1）

所得數(shù)據(jù)保留小數(shù)點后3位并將所得數(shù)據(jù)與實際A點值進行相減得到誤差，所得誤差與實際A點值相除得到誤差百分比。本次擬合后的數(shù)據(jù)、誤差及誤差百分比如表2所示，擬合的曲線如圖2所示。

圖2 線性擬合（一）曲線

2.2 線性擬合（二）

本次擬合也是將實際A點值作為y軸，實測B點值作為x軸，將數(shù)據(jù)分成兩組：第一組（前13個數(shù)據(jù)）利用線性方程式（2）進行擬合：

[y=1.216 45x-0.301 34] （2）

第二組（后33個數(shù)據(jù)）利用線性方程式（3）進行擬合：

[y=1.100 77x-0.148 22] （3）

表2 線性擬合（一）的數(shù)據(jù)、誤差和誤差百分比

所得數(shù)據(jù)保留小數(shù)點后3位并將所得數(shù)據(jù)與實際A點值進行相減得到誤差，所得誤差與實際A點值相除得到誤差百分比。本次擬合后的數(shù)據(jù)、誤差及誤差百分比如表3所示，第一組數(shù)據(jù)擬合的曲線如圖3（a）所示，第二組數(shù)據(jù)擬合的曲線如圖3（b）所示。

圖3 線性擬合（二）曲線

2.3 多項式回歸擬合

本次擬合是將實際A點值作為y軸，實測B點值作為x軸，利用線性方程式（4）進行擬合：

[y=0.083 3x3-0.075 9x2+1.315 13x-0.331 56] （4）

所得數(shù)據(jù)保留小數(shù)點后3位并將所得數(shù)據(jù)與實際A點值進行相減得到誤差，所得誤差與實際A點值相除得到誤差百分比。本次擬合后的數(shù)據(jù)、誤差及誤差百分比如表4所示，擬合的曲線如圖4所示。

表3 線性擬合（二）的數(shù)據(jù)、誤差和誤差百分比

表4 多項式回歸擬合的數(shù)據(jù)、誤差和誤差百分比

圖4 多項式回歸擬合曲線

3 結 語

本文提出一種鋰電池電壓檢測方法，在電池電壓為1 V以內(nèi)系統(tǒng)檢測基本優(yōu)于3%，在電池電壓為1 V以上系統(tǒng)檢測誤差優(yōu)于1%。該檢測方法電路簡單實用、檢測精度高、適用范圍廣，具有很強的實際應用價值。

參考文獻

[1] 馬世俊.衛(wèi)星電源技術[M].北京：中國宇航出版社，2001.

[2] 花祿森.系統(tǒng)工程與航天系統(tǒng)工程管理[M].北京：中國宇航出版社，2007.

[3] 林楓，王月忠.智能化鋰離子電池管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].微計算機信息，2005，21（3）：78?90.

[4] 王永謙.衛(wèi)星電源系統(tǒng)優(yōu)化設計[J].航天器工程，1999（2）：33?46.

[5] 邊延凱，賈瑞慶，田爽.鋰離子電池組的均衡控制與設計[J].東北電力大學學報，2006，26（2）：69?72.

[6] 韓波.衛(wèi)星電源地面測試系統(tǒng)設計[J].計算機自動測量與控制，1995（1）：12?18.

[7] 方國隆，沈冰冰.神舟飛船電源分系統(tǒng)及其特點[J].航天器工程，2004（4）：52?56.

[8] 方國隆，張玉花.神舟號載人飛船電源分系統(tǒng)的研制[J].上海航天，2003（5）：11?17.

[9] 李國欣.新型化學電源技術概論[M].上海：上?？茖W出版社，2007.

[10] 吳宇平，戴曉兵，馬軍旗，等.鋰離子電池：應用和實踐[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[11] 謝卓，趙朋斌.一種鋰電池電量監(jiān)測電路設計方法 [J].現(xiàn)代電子技術，2012，35（1）：192?194.