CN104678179A - 汽车蓄电池内阻的测量 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及一种测量汽车蓄电池内阻的方法和实现该方法的汽车电源管理单元。按照本发明的测量汽车蓄电池内阻的方法包括下列步骤：响应于发动机关闭的事件，使所述汽车蓄电池开始向发动机冷却风扇供电；在所述发动机冷却风扇的不同档位下测量所述汽车蓄电池两端的电压和流出所述汽车蓄电池的电流；以及根据测得的电压和电流确定所述汽车蓄电池的内阻。

Description

汽车蓄电池内阻的测量

技术领域

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及一种测量汽车蓄电池内阻的方法和实现该方法的汽车电源管理单元。

背景技术

测量电池内阻的方法很多。目前广泛人们使用的主要有直流放电内阻测量法、交流电桥法等。在直流放电内阻测量法中，测试设备使一个直流电流（目前一般使用40A-80A的大电流）通过电池，然后测量电池两端的电压并由此计算出电池内阻。交流电桥法将电池等效于一个有源电阻，其在电池两端施加一个固定频率和固定电流（目前一般使用1kHZ频率，50mA小电流）并且对电压进行采样,经过整流、滤波等一系列处理后通过运算放大电路计算出该电池的内阻值。交流压降内阻测量法的电池测量时间极短，一般在100ms左右。

由于汽车上的波纹电流的影响和缺少合适的交流电源，现在用于汽车蓄电池内阻的测试技术普遍利用起动瞬间的大电流。图1示出了典型的利用直流放电法测量汽车蓄电池内阻的电路原理图。如图1所示，电压表U与汽车蓄电池B并联连接，电流表A和启动器S串联连接后并联在汽车蓄电池B的两端，启动器产生的恒定电流流经汽车蓄电池B，汽车蓄电池B两端的电压以及流经汽车蓄电池B的电流分别由电压表U和电流表A测量。

虽然采用直流放电法能够获得较高的测量精度，但是需要专门提供大的恒定电流。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量汽车蓄电池内阻的方法，其具有实现简便和测量精度高等优点。

本发明的上述目的可通过下列技术方案实现：

一种测量汽车蓄电池内阻的方法，包括下列步骤：

响应于发动机关闭的事件，使所述汽车蓄电池开始向发动机冷却风扇供电；

在所述发动机冷却风扇的不同档位下测量所述汽车蓄电池两端的电压和流出所述汽车蓄电池的电流；以及

根据测得的电压和电流确定所述汽车蓄电池的内阻。

优选地，在上述方法中，测量所述电压和电流的步骤包括：

使所述发动机冷却风扇在第一档位下运行一个第一预设时段；

在该第一预设时段内测量所述电压和电流；

使所述发动机冷却风扇在第二档位下运行一个第二预设时段；

在该第二预设时段内测量所述电压和电流。

优选地，在上述方法中，根据测得的电压和电流由下式确定所述汽车蓄电池的内阻：

$r=\frac{U_2-U_1}{I_2-I_1}$

这里，r为汽车蓄电池内阻，U₁和U₂分别为发动机冷却风扇运行在第一和第二档位时的汽车蓄电池两端的电压，I₁和I₂分别为发动机冷却风扇运行在第一和第二档位时流出汽车蓄电池的电流。

优选地，在上述方法中，测量所述电压和电流的步骤包括：

使所述发动机冷却风扇在第一档位下运行一个第一预设时段；

在该第一预设时段内测量所述电压和电流；

使所述发动机冷却风扇在第二档位下运行一个第二预设时段；

在该第二预设时段内测量所述电压和电流；

使所述发动机冷却风扇在第一档位下运行一个第一预设时段；

在该第一预设时段内测量所述电压和电流。

优选地，在上述方法中，按照下列方式根据测得的电压和电流确定所述汽车蓄电池的内阻：

由下式确定所述汽车蓄电池的第一内阻：

$r_1=\frac{U_{12}-U_{11}}{I_{12}-I_{11}}$

这里，r₁为汽车蓄电池的第一内阻，U₁₁和I₁₁为发动机冷却风扇第一次运行在第一档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流，U₁₂和I₁₂分别为发动机冷却风扇运行在第二档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流；

由下式确定所述汽车蓄电池的第二内阻：

$r_2=\frac{U_{12}-U_{13}}{I_{12}-I_{13}}$

这里，r₂为汽车蓄电池的第二内阻，U₁₃和I₁₃为发动机冷却风扇第二次运行在第一档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流；

对第一和第二内阻r₁和r₂取平均值以确定所述汽车蓄电池的内阻。

优选地，在上述方法中，所述电压和电流为所述第一预设时段和第二预设时段内的测量值的平均值。

本发明的还有一个目的是提供一种实现上述方法的汽车电源管理单元。

按照本发明的一个实施例，汽车电源管理单元包括：

通信接口，其被配置为与外部设备通信；

与所述通信接口耦合的处理器，其被配置为：

当经所述通信接口从发动机控制器接收到发动机关闭的消息时，指示所述发动机控制器使发动机冷却风扇在不同的档位下运行，并且经所述通信接口接收传感器组测得的在不同的档位下运行时的汽车蓄电池两端的电压和流出所述汽车蓄电池的电流，以及根据测得的电压和电流确定所述汽车蓄电池的内阻。

优选地，在上述汽车电源管理单元中，所述处理器指示所述发动机控制器使发动机冷却风扇按照下列模式运行：先在第一档位下运行一个第一预设时段，随后在第二档位下运行一个第二预设时段，并且所述处理器配置为按照下列方式确定所述汽车蓄电池的内阻：

$r=\frac{U_2-U_1}{I_2-I_1}$

这里，r为汽车蓄电池内阻，U₁和U₂分别为发动机冷却风扇运行在第一和第二档位时的汽车蓄电池两端的电压，I₁和I₂分别为发动机冷却风扇运行在第一和第二档位时流出汽车蓄电池的电流。

优选地，在上述汽车电源管理单元中，所述处理器指示所述发动机控制器使发动机冷却风扇按照下列模式运行：先在第一档位下运行一个第一预设时段，随后在第二档位下运行一个第二预设时段，最后再次在第一档位下运行一个第一预设时段，并且所述处理器配置为按照下列方式确定所述汽车蓄电池的内阻：

$r_1=\frac{U_{12}-U_{11}}{I_{12}-I_{11}}$

$r_2=\frac{U_{12}-U_{13}}{I_{12}-I_{13}}$

r＝(r₁+r₂)/2

这里，r₁为汽车蓄电池的第一内阻，U₁₁和I₁₁为发动机冷却风扇第一次运行在第一档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流，U₁₂和I₁₂分别为发动机冷却风扇运行在第二档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流，r₂为汽车蓄电池的第二内阻，U₁₃和I₁₃为发动机冷却风扇第二次运行在第一档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流，r为所述汽车蓄电池的内阻。

优选地，在上述汽车电源管理单元中，所述通信接口经LIN总线与所述传感器组通信，并且经CAN总线与所述发动机控制器通信。

附图说明

本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示，附图包括：

图1示出了典型的利用直流放电法测量电池内阻的电路原理图。

图2示出了按照本发明一个实施例的利用直流放电法测量电池内阻的电路原理图。

图3为按照本发明一个实施例的汽车电源管理单元的示意框图。

图4为按照发明一个实施例的测量汽车蓄电池内阻的方法的流程图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述具体实施方式来阐述本发明。但是需要理解的是，这些具体实施方式仅仅是示例性的，对于本发明的精神和保护范围并无限制作用。

在本说明书中，“连接”一词应当理解为包括在两个单元之间直接传送能量或信号的情形，或者经一个或多个第三单元间接传送能量或信号的情形，而且这里所称的信号包括但不限于以电、光和磁的形式存在的信号。

“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。

汽车在每次关机熄火后，发动机处于高温状态。为了防止热量扩散到密封圈及其他塑料件从而导致部件失效，熄火后发动机冷却风扇会持续工作5-20秒左右。此时的发动机冷却风扇是汽车蓄电池的主要甚至是唯一的供电对象并且供电电流基本上恒定，这为汽车蓄电池内阻的测量提供了绝佳的机会。发动机冷却风扇一般具有多个工作档位，每个档位对应于一个恒定的工作电流，因此可以通过在多个档位之间切换而得到汽车蓄电池在不同负载条件的电压和电流，从而计算出汽车蓄电池的内阻。需要强调的是，由于开启发动机冷却风扇是一项不可缺少的操作，因此本发明无需为测量汽车蓄电池内阻而专门提供恒定的电流。

以下借助附图描述本发明的具体实施例。

图2示出了按照本发明一个实施例的利用直流放电法测量电池内阻的电路原理图。如图2所示，在电压表U与汽车蓄电池B并联连接，电流表A和发动机冷却风扇F串联连接后并联在汽车蓄电池B的两端，当发动机冷却风扇F工作在不同的档位时，利用电压表U和电流表A分别测量汽车蓄电池B两端的电压以及流经汽车蓄电池B的电流。

在本发明的一个实施例中，利用在发动机冷却风扇F两个档位下的电压和电流来获得汽车蓄电池的内阻。以下对此作进一步的描述。

首先使发动机冷却风扇F在第一档位下运行一个第一预设时段并且测量该时段内的电压和电流，接着使发动机冷却风扇在第二档位下运行一个第二预设时段并且测量在该时段内的电压和电流。当得到上述两组电压和电流测量值后，利用下式计算汽车蓄电池的内阻：

$r=\frac{U_2-U_1}{I_2-I_1}---\left(1\right)$

其中，r为汽车蓄电池内阻，U₁和I₁为发动机冷却风扇运行在第一档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流，U₂和I₂分别为发动机冷却风扇运行在第二档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流。

在本发明的另一个实施例中，利用三组电压和电流来获得汽车蓄电池的内阻。以下对此作进一步的描述。

首先使发动机冷却风扇F在第一档位下运行一个第一预设时段并且测量该时段内的电压和电流，接着使发动机冷却风扇在第二档位下运行一个第二预设时段并且测量在该时段内的电压和电流，最后再次使发动机冷却风扇在第一档位下运行一个第一预设时段并且测量该时段内的电压和电流。当得到上述三组电压和电流测量值后，利用下式计算汽车蓄电池的内阻：

$r_1=\frac{U_{12}-U_{11}}{I_{12}-I_{11}}---\left(2\right)$

这里，r₁为汽车蓄电池内阻，U₁₁和I₁₁为发动机冷却风扇第一次运行在第一档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流，U₁₂和I₁₂分别为发动机冷却风扇运行在第二档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流。

$r_2=\frac{U_{12}-U_{13}}{I_{12}-I_{13}}---\left(3\right)$

这里，r₂为汽车蓄电池内阻，U₁₃和I₁₃为发动机冷却风扇第二次运行在第一档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流。

r＝(r₁+r₂)/2   （4）

这里r为最终得到的汽车蓄电池的内阻，其等于内阻r₁和r₂的平均值。

采用第一档位-第二档位-第一档位的方式来获得汽车蓄电池内阻可以在不影响冷却效果的同时，消除因为汽车蓄电池SOC值的下降而对内阻测量精度的影响。

上式（1）-（4）中，电压和电流为时段内的测量值的平均值。此外，上述第一和第二时段可以相同或者不同。

图3为按照本发明一个实施例的汽车电源管理单元的示意框图，该汽车电源管理单元能实现本发明的上述测量原理。

图3所示的汽车电源管理单元10包括通信接口110、动态随机存储器120A、非易失存储器120B和处理器130。

通信接口110与位于汽车电源管理单元10外部的传感器组20和发动机控制器30耦合。优选地，通信接口110与传感器组通过LIN总线通信，并且通过CAN总线与发动机控制器30通信。传感器组20例如包括但不限于汽车蓄电池电压传感器组、汽车蓄电池电流传感器组和汽车蓄电池温度传感器组。

处理器130与通信接口110、动态随机存储器120A、非易失存储器120B耦合，作为汽车电源管理单元10的核心单元，其执行非易失存储器120B中存储的控制程序，根据通信单元110从传感器组20接收的测量信号计算得到汽车蓄电池B的内阻。

以下描述图3所示汽车电子控制器的工作原理。

当汽车电源管理单元10的处理器130加电启动时，其从非易失存储器120B中将控制程序加载到动态随机存储器120A中。

当通信接口110从发动机控制器30接收到发动机关闭的消息时，处理器130经通信接口110指示发动机控制器30按照上面所述的方式控制发动机冷却风扇40，使其在不同的档位下运行。与此同时，处理器130经通信接口110接收传感器组20测得的在不同档位下运行时的汽车蓄电池B两端的电压和流出汽车蓄电池B的电流。在得到所需的多组电压和电流数据后，处理器130按照上面所述的方式确定汽车蓄电池B的内阻。

图4为按照发明一个实施例的测量汽车蓄电池内阻的方法的流程图。

为阐述方便起见，这里假设利用图3所示的汽车电源管理单元实现本实施例的方法。但是需要指出的是，本发明的原理并不局限于特定类型和结构的控制设备。

如图4所示，在步骤S401中，处理器130监测通信接口110是否从发动机控制器30接收到发动机关闭的消息，如果接收到，则进入步骤S402，否则继续监测。

在步骤S402，处理器130经通信接口110向发动机控制器30发送控制命令，指示其控制发动机冷却风扇40，以使发动机冷却风扇40按照特定的方式工作。与此同时，传感器组30对汽车蓄电池B两端的电压以及流出汽车蓄电池B的电流进行测量。这里所述的特定的方式可以是发动机冷却风扇40按照上面所述的模式在不同的档位下运行的方式，例如发动机冷却风扇在第一档位下运行一个第一预设时段，然后在第二档位下运行一个第二预设时段；或者发动机冷却风扇在第一档位下运行一个第一预设时段，然后在第二档位下运行一个第二预设时段，最后再次在第一档位下运行一个第一预设时段。值得指出的是，上面所述的模式仅仅是示例性的，实际上还可以有其它获得多组电压和电流数据的模式。

接着进入步骤S403，处理器130经通信接口110从传感器组20接收多组电压和电流数据。

随后进入步骤S404，处理器130根据接收的多组电压和电流数据计算出汽车蓄电池的内阻。汽车蓄电池内阻的计算方法在上面已有描述，此处不再赘述。

虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到：可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (10)

1.一种测量汽车蓄电池内阻的方法，其特征在于，包括下列步骤：

响应于发动机关闭的事件，使所述汽车蓄电池开始向发动机冷却风扇供电；

在所述发动机冷却风扇的不同档位下测量所述汽车蓄电池两端的电压和流出所述汽车蓄电池的电流；以及

根据测得的电压和电流确定所述汽车蓄电池的内阻。

2.如权利要求1所述的测量汽车蓄电池内阻的方法，其中，测量所述电压和电流的步骤包括：

使所述发动机冷却风扇在第一档位下运行一个第一预设时段；

在该第一预设时段内测量所述电压和电流；

使所述发动机冷却风扇在第二档位下运行一个第二预设时段；

在该第二预设时段内测量所述电压和电流。

3.如权利要求2所述的测量汽车蓄电池内阻的方法，其中，根据测得的电压和电流由下式确定所述汽车蓄电池的内阻：

$r=\frac{U_2-U_1}{I_2-I_1}$

这里，r为汽车蓄电池内阻，U₁和U₂分别为发动机冷却风扇运行在第一和第二档位时的汽车蓄电池两端的电压，I₁和I₂分别为发动机冷却风扇运行在第一和第二档位时流出汽车蓄电池的电流。

4.如权利要求1所述的测量汽车蓄电池内阻的方法，其中，测量所述电压和电流的步骤包括：

使所述发动机冷却风扇在第一档位下运行一个第一预设时段；

在该第一预设时段内测量所述电压和电流；

使所述发动机冷却风扇在第二档位下运行一个第二预设时段；

在该第二预设时段内测量所述电压和电流；

使所述发动机冷却风扇在第一档位下运行一个第一预设时段；

在该第一预设时段内测量所述电压和电流。

5.如权利要求4所述的测量汽车蓄电池内阻的方法，其中，按照下列方式根据测得的电压和电流确定所述汽车蓄电池的内阻：

由下式确定所述汽车蓄电池的第一内阻：

$r_1=\frac{U_{12}-U_{11}}{I_{12}-I_{11}}$

这里，r₁为汽车蓄电池的第一内阻，U₁₁和I₁₁为发动机冷却风扇第一次运行在第一档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流，U₁₂和I₁₂分别为发动机冷却风扇运行在第二档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流；

由下式确定所述汽车蓄电池的第二内阻：

$r_2=\frac{U_{12}-U_{13}}{I_{12}-I_{13}}$

这里，r₂为汽车蓄电池的第二内阻，U₁₃和I₁₃为发动机冷却风扇第二次运行在第一档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流；

对第一和第二内阻r₁和r₂取平均值以确定所述汽车蓄电池的内阻。

6.如权利要求2或4所述的测量汽车蓄电池内阻的方法，其中，所述电压和电流为所述第一预设时段和第二预设时段内的测量值的平均值。

7.一种汽车电源管理单元，其特征在于，包括：

通信接口，其被配置为与外部设备通信；

与所述通信接口耦合的处理器，其被配置为：

当经所述通信接口从发动机控制器接收到发动机关闭的消息时，指示所述发动机控制器使发动机冷却风扇在不同的档位下运行，并且经所述通信接口接收传感器组测得的在不同的档位下运行时的汽车蓄电池两端的电压和流出所述汽车蓄电池的电流，以及根据测得的电压和电流确定所述汽车蓄电池的内阻。

8.如权利要求7所述的汽车电源管理单元，其中，所述处理器指示所述发动机控制器使发动机冷却风扇按照下列模式运行：先在第一档位下运行一个第一预设时段，随后在第二档位下运行一个第二预设时段，并且所述处理器配置为按照下列方式确定所述汽车蓄电池的内阻：

$r=\frac{U_2-U_1}{I_2-I_1}$

这里，r为汽车蓄电池内阻，U₁和U₂分别为发动机冷却风扇运行在第一和第二档位时的汽车蓄电池两端的电压，I₁和I₂分别为发动机冷却风扇运行在第一和第二档位时流出汽车蓄电池的电流。

9.如权利要求7所述的汽车电源管理单元，其中，所述处理器指示所述发动机控制器使发动机冷却风扇按照下列模式运行：先在第一档位下运行一个第一预设时段，随后在第二档位下运行一个第二预设时段，最后再次在第一档位下运行一个第一预设时段，并且所述处理器配置为按照下列方式确定所述汽车蓄电池的内阻：

$r_1=\frac{U_{12}-U_{11}}{I_{12}-I_{11}}$

$r_2=\frac{U_{12}-U_{13}}{I_{12}-I_{13}}$

r＝(r₁+r₂)/2

这里，r₁为汽车蓄电池的第一内阻，U₁₁和I₁₁为发动机冷却风扇第一次运行在第一档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流，U₁₂和I₁₂分别为发动机冷却风扇运行在第二档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流，r₂为汽车蓄电池的第二内阻，U₁₃和I₁₃为发动机冷却风扇第二次运行在第一档位时的汽车蓄电池两端的电压和流出汽车蓄电池的电流，r为所述汽车蓄电池的内阻。

10.如权利要求8或9所述的汽车电源管理单元，其中，所述通信接口经LIN总线与所述传感器组通信，并且经CAN总线与所述发动机控制器通信。