自適應脈沖放電方法在電池內阻檢測中的應用分析

漸彬彬

[摘? ? 要]目前，私家車數(shù)量逐漸增加，對環(huán)境影響擴大，發(fā)展電動汽車是未來汽車領域發(fā)展趨勢。電動汽車擴大生產規(guī)模的主要因素是解決電池問題，電池內阻在電池性能評估中占據(jù)重要作用。通過單片機方式控制自適應脈沖放電方式測量電池內阻參數(shù)，使用監(jiān)測采樣通道，結合電池實際使用情況，選擇最為合適的放電電流，實現(xiàn)動態(tài)調整。對自適應脈沖放電方法在電池內阻檢測中的應用進行分析，使用這一測量方式可以保證檢測范圍擴大，對其測量效果具有積極意義，保證電池內阻的快速精確化測量。

[關鍵詞]自適應脈沖;放電;電池內阻;檢測

[中圖分類號]TM910 [文獻標志碼]A [文章編號]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(xiàn)階段，科學技術水平不斷提高，消費電子以及電動汽車行業(yè)實現(xiàn)了大幅度發(fā)展，其中鋰離子電池具有較高的市場需求，并且這一需求不斷增加。在鋰離子電池參數(shù)測量中，鋰離子電池內阻是檢測電池使用有效性的重要數(shù)據(jù)。針對電池電壓以及內阻等相應參數(shù)的測量，最終獲取的結果是電池壽命以及實際健康狀態(tài)進行評價以及有效管理的重要基礎。處于工作狀態(tài)下的電池內阻，也就是指經過電池內部產生的阻力，一般情況下電池內阻數(shù)值較小，電池兩端會面對直流電壓，因此普通電表并沒有有效測量電阻。

1 自適應脈沖放電方法應用重要性分析

在電池性能測量過程中，電池內阻是其重要參數(shù)之一，測量電池內阻之后可以有效評估電池實際輸出性能，在應用大電流情況下，對電池大功率輸出具有直接影響，基于這一情況，電池內阻測量現(xiàn)實意義十分顯著?，F(xiàn)階段，用于電池內阻測量的方式較多，較為常見的有伏安特性曲線法以及脈沖充電方法等。區(qū)別于其他檢測方法，使用脈沖充電法檢測速度以及效率優(yōu)勢明顯，但在放電電流使用過程中，對檢測結果會造成影響，并且電流過大情況下也會影響電池的性能，因此在實際測量中使用較少。使用單片機作為基礎控制的自適應脈沖放電方式，使用單片機內部數(shù)模轉換模塊的驅動電壓，以控制恒流源電路，使用單片機輸出或者是輸入口控制即將測量的電池，在這一情況下進行脈沖放電。使用模數(shù)轉換模塊功能檢測脈沖放電不同階段的電壓變化，由此計算電池內阻，可以實時獲得測量結果。使用這一方法是利用系統(tǒng)選擇最佳放電電流，可以擴大自動測量范圍，提高測量準確性，不會對電池造成損傷，整體測量過程耗時較少，操作具有簡易性，使用范圍廣，可適用于更多類型的電池內阻測量。

2 電池內阻產生的作用分析

在電池正常工作狀態(tài)下電池內阻是反映其性能和狀態(tài)的重要參數(shù)，這一因素在客觀角度上可以反映電池使用壽命等重要性能。在電池內部構成中，電池內阻因素可以反映鋰離子以及電子內在傳導流通的難度。這一過程中，電池內阻降低，鋰離子以及電子內在傳導也會比較容易，傳導速度也會增加，電池在長時間使用后，電池內阻會增加鋰離子以及電子內在傳導也會受到阻礙，并且傳導速率也會降低?，F(xiàn)階段，鋰離子電池是動力車載電池重要組成部分，在生產后，使用精密化內阻儀器需要檢測電池內阻，保證電池達到相應的標準，這是電池生產的重要環(huán)節(jié)之一。

電池內阻的使用可以在一定程度上反映電池實際使用狀態(tài)。一般情況下，各個電池生產廠家在電池生產之后內阻較小，在長期使用之后反復充電以及放電的過程，電池內部存在的化學物質活性降低，因此內部電解液的使用也存在相應的損耗，兩極柱在不同程度上會出現(xiàn)腐蝕或者是周圍溫度等因素影響都會造成電池內阻不斷增加。電解質在多次充電放電循環(huán)之后濃度逐漸降低，出現(xiàn)變性情況，內阻數(shù)值逐漸增加，動力電池中的電池內阻數(shù)值到一定程度時，電池內部大部分活性物質會失去應有的活性，其中鋰離子與電子內在傳導逐漸受阻，內部電量難以正常釋放，因此出現(xiàn)的飽和現(xiàn)象也逐漸加重，電池實際可以利用的容量降低，電池壽命也會逐漸飽和，出現(xiàn)十分嚴重的老化現(xiàn)象。了解以及掌握電池運行和健康狀態(tài)，需要對鋰離子電池內阻檢測，預估鋰離子電池的循環(huán)周期以及使用壽命，需要對經過多次循環(huán)放電的電池運行狀態(tài)進行評估，對鋰離子電池及時保養(yǎng)。電池實際內阻變化以及運行狀態(tài)具有重要聯(lián)系，使用電池內阻檢測方式預測以及判斷內阻剩余電量。針對儲能電池領域，在較短周期內對檢測以及維護電池需要具有相應的預測以及判斷作用，估計電池實際運行狀態(tài)，檢測電池內阻在電池串聯(lián)部分是其重要的環(huán)節(jié)，有利于電池均衡性提升，對電池綜合性能具有優(yōu)化作用，電池使用壽命有一定延長，生產廠家可以節(jié)約投入的生產成本，電池利用率提升，并且可以回收電池，實現(xiàn)再利用。

從電池內阻內部元素以及外部元素兩個方面分析電池實際狀態(tài)，其中內部因素是歐姆內阻影響，主要有正極材料、負極材料以及電解液等。生產過程中，由制造工藝決定，通常屬于不可控因素。在電路分析中，電池內阻與時間存在固定常數(shù)，外部因素主要是有電化學極化以及濃差極化，不同連接部分會產生接觸電阻，屬于非固定常數(shù)，跟隨時間不斷變化產生相應的動態(tài)變化，與工作環(huán)境以及溫度等因素息息相關。電池內阻屬于具有復雜性以及綜合性等外部工作環(huán)境影響的綜合體。

3 系統(tǒng)設置

制定系統(tǒng)測試流程，主要模塊有測試模塊、補償電源以及電壓跟隨器等，單片機使用型號確定，保證芯片內部結構中含有8通道復用12位精度模數(shù)轉換模塊等。測量電池電動數(shù)值過程中，需要使用補償電源，電源形式適用于電池壽命即將結束的情況。利用模數(shù)轉換模塊，對電池兩端電壓進行測量，這一測量電路中存在較高的輸入阻抗，這一測量電流可以忽略不計，因此電壓等效電池電動勢會輸出相應的預設電壓值，對待測電池放電電流產生決定性影響。單片機會對晶閘管起到控制作用，并且保證其在設定值電流下進入放電步驟，這一過程中，需要控制模數(shù)轉換模塊，獲取兩端電壓值，以此獲得電池內阻。通過對模數(shù)轉換模塊取樣，獲得電壓降，也就是脈沖在實際放電過程中出現(xiàn)的電勢差，在這一數(shù)值較小情況下模數(shù)轉換模塊采樣精度難以滿足，在系統(tǒng)自動切換過程中也會切換到脈沖放大電路。

針對電路設計方案設置，其中集成運放情況以及溝道場效應管等相應元件組成相應電路，在輸出連接之后會產生相應的輸入端，其中漏極電流以及電壓形成線性關系。在這一過程中比例系數(shù)由電位器確定，在電路輸出端位置使用串聯(lián)電流表會對電流以及相應數(shù)值定標。單片機可以控制電平產生相應的脈沖放電，其中默認狀態(tài)主要為高電平，這時電路導通之后，輸出電池開路電壓，也就是電池空載電動勢，在低電平階段過程中，其中限流接通之后，會過渡到低電壓，輸出電池放電過程中產生電壓值，檢測過程中，電池兩端部分會逐漸形成一種負電平脈沖。

設計自適應算法計劃，針對單片機應用算法中主要包括模數(shù)轉換模塊、輸出控制以及相應的端口控制等。在設備開機之后這一階段模數(shù)轉換模塊通道主要采集信號為開路電壓，設置相應的輸出值，這一過程中選取的最小值設置為一部分，讀取產生的電壓值以及通道電壓值，將其定義為自適應系統(tǒng)系數(shù)，設置自適應閾值。閾值小于自適應系數(shù)，表示現(xiàn)階段并沒有出現(xiàn)較為明顯的電壓降，進入下一階段，出現(xiàn)二倍遞增，直到閾值大于自適應系數(shù)，逃離循環(huán)，根據(jù)公式計算電池內阻。在出現(xiàn)滿量程針對電路輸出電流，自適應系數(shù)小于閾值情況下，會逐漸跳出循環(huán)，系統(tǒng)會自動切換到脈沖放大電路，從通道讀取低電平數(shù)值，結合公式計算電池內阻。

控制這一過程中的負脈沖寬度，其數(shù)值不會超過2 ms，這種放電情況對電池產生的影響較小，并且電壓取值進行多次采樣之后，使用的采樣數(shù)據(jù)獲得方式可以是濾波算法，以此排除放電過程中的抖動干擾。

4 最終結果

使用數(shù)字電源以及標準電阻串聯(lián)形式構成相應的等效電池模塊，分析之后，忽略電池產生的非線性效應，測量電池模塊電動勢，也就是數(shù)字電源輸出電壓，其中內阻相當于數(shù)字電源輸出內阻以及標準電阻阻值相加，這一過程中數(shù)字電源輸出的內阻經過測量之后短路電阻會實現(xiàn)零點校準。在數(shù)字電源使用中，應用相應編程穩(wěn)定電源，確定精度，標準化電阻阻值使用數(shù)字多用表測量，確定測量精度。經過測量實驗之后，獲得的測量結果，其等效電動勢為2 V、5 V或者9 V情況下，在相應范圍內等效內阻的測量誤差需要在3%以內，并且電動勢數(shù)值在1.2～10 V，其標準電阻數(shù)值測量誤差取平均值是在4%以內。

通過計算公式使用，利用自適應脈沖放電方式，對電池內阻進行測量，延長電池使用壽命，提高電池應用有效性。

5 結束語

通過自適應脈沖放電方法在電池內阻測量中的應用，對電池實際使用的電阻范圍判斷，選擇最好的放電電流檔位，擴大測量范圍，提高測量結果準確性，保證其適用于不同類型電池內阻測量。

參考文獻

[1] 高金輝，石松，鄭曉彥.直流充電法測量鋰離子電池內阻[J].電源技術，2018，42（7）：42-43，106.

[2] 阮曉莉，黃興蘭，李創(chuàng).儲能用鈦酸鋰體系電池直流內阻測試分析[J].東方電氣評論，2019，33（4）：7-10，33.

[3] 朱浩，張文博，鄧元望，等.基于SA+BP混合算法的動力電池放電峰值功率估算[J].江蘇大學學報（自然科學版），2020，41（2）：192-198.

[4] 高貽鈞，譚佐軍，劉玉紅.自適應脈沖放電方法在電池內阻檢測中的應用[J].電源技術，2020，44（1）：110-112.

[5] 孫丙香，高科，姜久春，等.基于ANFIS和減法聚類的動力電池放電峰值功率預測[J].電工技術學報，2015，30（4）：272-280.

[6] 韋海燕，鐘騰云，潘海鴻，等.基于改進HPPC鋰離子電池內阻測試方法研究[J].電源技術，2019，43（8）：1309-1311，1339.

[7] 張成偉，崔暢.基于脈沖電流放電法的蓄電池內阻在線檢測研究[J].國外電子測量技術，2017（36）：11-14.