高精度電池內(nèi)阻測試儀

第1節(jié) 34.221 34.77 1.6%
可粗略估算內(nèi)阻值，但如要獲得較高的測量精度，需要進(jìn)行脫機(jī)大電流放電測量，對電池有一定的損害；
容易擊穿芯片，高精度電池內(nèi)阻測試儀設(shè)計采用了兩個快恢復(fù)肖特基二極管串聯(lián)，鉗制輸入信號。
蓄電池編號 61/mΩ 測量系統(tǒng)/mΩ 誤差
其他 測試引線損壞檢測功能, 鍵盤鎖定和數(shù)據(jù)保存功能，REl 功能
測試參數(shù) 交流電阻，直流電壓
容易引入干擾，為提高測量精度，需采用四端子測量方法。信號頻率一般選擇1KHz，主要原因是鎖相放大器此頻率下性能表現(xiàn)較佳。
為了消除電池直流電壓對本級電路的影響，測量中需要通過大電容實現(xiàn)交流耦合，隔離直流信號，但信號頻率較低。
應(yīng) 用 (APPLICATION) 
接口 RS-232、RS-485接口 、Handler接口（CHT3561選配）
電源 電壓:190VAC ～ 256VAC; 頻率: 47Hz ～ 63Hz；額定功率：15VA
第2節(jié) 34.656 35.04 1.1%
減小信號失真度，V/I電路采用比較常見的運算放大器拓?fù)鋵崿F(xiàn)，功率放大器選用OPA544T輸出電流能力滿足系統(tǒng)50mA的要求。
目前交流阻抗法是檢測鉛酸蓄電池內(nèi)阻熱門方法之一。
電阻應(yīng)選擇溫漂低、穩(wěn)定性優(yōu)良的儀器電阻；但是也需顧及成本要求。
主要由相敏檢測單元和低通濾波器構(gòu)成，為提高測量精度，相敏檢測單元需要高精度運算處理芯片并且具有較高的開關(guān)速度和靈敏度。
分流盡量小，為防止DC-DC模塊工作不穩(wěn)定，選擇大容量鋁電解電容，等效串聯(lián)電阻也要稍大。
本電路是一個高通濾波器，為了抑制共模信號，電路中C1=C2，R1=R2，采用高通濾波電路主要是為了隔離蓄電池直流電壓對電路的影響。
通過歐姆定律即可求出此時的極化內(nèi)阻和極化電容，理論上測量精度較高，由于大電流放電，因而不適合在線測量；
蓄電池內(nèi)阻測量的電池管理系統(tǒng)的設(shè)計
工程上比較常用的兩種測量方法直流放電法和交流注入法。直流放電法也稱為脈沖放電法，該方法首先測量電池的開路電壓。
設(shè)參考電阻上的電壓信號為……（1），電池兩端的電壓信號為：……（2）。
通過V/I變換電路實現(xiàn)恒流；注入采樣電阻和蓄電池，放大采樣信號和測量信號；然后兩路信號輸入到鎖相放大器AD630。
由于蓄電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)及外部干擾等情況，蓄電池內(nèi)阻的檢測易受噪聲影響，同時蓄電池內(nèi)阻檢測技術(shù)不夠成熟，因此對蓄電池內(nèi)阻檢測有研究意義。
測量誤差主要受ADC轉(zhuǎn)換精度、導(dǎo)線寄生參數(shù)、運算放大器的漂移、電源穩(wěn)定性等影響。改進(jìn)方法主要有：采用高精度獨立ADC轉(zhuǎn)換芯片。
然后進(jìn)行大電流放電，一般放電倍率約為0.8，放電時間為2s左右，此時測量電池端電壓和流過負(fù)載的電流。
使用中注意電源需按上去耦電容，使信號輸出更穩(wěn)定。實現(xiàn)電路如圖4所示，放大倍數(shù)為：，
表 1 蓄電池內(nèi)阻測量結(jié)果
實驗測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)替代電阻與電池電阻值接近時，誤差較小，本系統(tǒng)采用10mΩ和20mΩ的精密電阻。
測量原理，由于大容量動力蓄電池的內(nèi)阻一般小于50mΩ，因此普通測量方法難以保證精度要求。
而且外圍電路較為簡單。
濾波放大電路主要由帶通濾波電路及反相比例放大器組成，響應(yīng)信號經(jīng)濾波放大后可有效濾波噪音干擾，圖6為濾波放大后蓄電池兩端的響應(yīng)電壓波形。比較圖4和圖6，濾波電路濾波效果良好，噪聲被有效抑制。
豐富的接口配置，標(biāo)配RS232和HANDLER接口
V/I變換電路，為了實現(xiàn)信號穩(wěn)定性，在信號發(fā)生器信號輸出之后通過一個信號跟隨器，提高信號的輸出穩(wěn)定性。
把式（4）代入式（5），即可得到電池內(nèi)阻為……（6），其中：K、A、I、U、G均為已知的數(shù)值。
交流信號發(fā)生器，前面分析可知，交流信號頻率設(shè)定在1KHz，信號發(fā)生器選擇性能較為優(yōu)良的ICL8038。
電池的劣化狀態(tài)和壽命評估
內(nèi)阻是衡量鉛酸蓄電池健康狀態(tài)的一個重要參數(shù)，實驗表明老化蓄電池的內(nèi)阻要明顯大于新電池的內(nèi)阻，因此內(nèi)阻的檢測可顯著區(qū)分新舊電池，判別蓄電池的健康狀態(tài)SOH（State of Health）。
因此工作在線性區(qū)，其中R1=R2=R3=R4。根據(jù)“虛短虛斷"原則可知：……（7）；……（8）。
特 性 (FEATURES) 
本部分電路需要注意在信號進(jìn)入ADC轉(zhuǎn)換通道之前。
尺寸 385mm(L)x249mm(W)x102mm(D); 重量: 3.5kg
使用時需在電源處并聯(lián)去耦電容，使供電回路穩(wěn)定，兩個跟隨器采用高精度，低溫漂、低偏移運放OP07。
提高增益，便于鎖相器處理，芯片采用精密儀器放大器INA111，該器件為高精度、低溫漂、低偏置電流場效應(yīng)運算放大器。
為保證信號不失真，應(yīng)選擇合適的耦合電容C參數(shù)，V/I變換電路如圖3所示由于運放引入負(fù)反饋。
對信號進(jìn)行檢波處理，再通過低通濾波器實現(xiàn)濾波，信號變?yōu)橹绷?，同時濾除高頻噪聲信號，使信號平滑；
電阻測試精度0.3%，電壓測試精度0.05%（僅60）；和采樣；根據(jù)測得的蓄電池及精密電阻兩端的電壓計算出鉛酸蓄電池的內(nèi)阻，并將數(shù)據(jù)通過顯示模塊顯示出來。
把式（12）代入式（3），最后得到直流信號為：……（13）同理，最后得到內(nèi)阻值：……（14）。
配套自動測試設(shè)備完成電池內(nèi)阻+電壓的自動檢測
測量精度 內(nèi)阻Ω: 0.3% 電壓V: 0.05% 內(nèi)阻Ω: 0.5% 電壓V: 0.1%
型 號 60 61
增強(qiáng)電路的安全性，時間常數(shù)選擇需適中，過大則影響測量響應(yīng)時間。實驗結(jié)果討論數(shù)據(jù)處理，在實際測量中，為了消除導(dǎo)線電阻引入誤差。
接線盡量短，電源完整性設(shè)計也需要注意；
調(diào)節(jié)引腳1和引腳12使用正弦波失真度減小到0.5%，也可小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電壓信號幅值。振蕩電容C選擇為3300pF。
然后信號通過低通濾波器，2倍頻信號被衰減濾除，只剩下直流信號：……（4），其中：K為濾波電路增益。
通過式（6）可求出此時電池內(nèi)阻值，電源回路，依據(jù)項目要求，測量系統(tǒng)的電源由被測電池提供。
然后測量電池兩端的響應(yīng)電壓，利用鎖相放大器進(jìn)行信號處理，進(jìn)而可求得電池的內(nèi)阻值，整個電路系統(tǒng)屬于小信號處理電路。
高精度鋰電池內(nèi)阻，電壓檢測
具有高靈敏度的比較器，切換速度較高。
其中：為蓄電池內(nèi)部極化電容產(chǎn)生的相位差。參考信號和測量信號通過鎖相放大器后，噪聲信號與測量信號獨立不相關(guān)。
噪聲被濾除，則處理后信號為……（3）其中：G為差分放大器增益。
交流阻抗法是對蓄電池注入恒定的小幅低頻交流電流信號，檢測蓄電池兩端的響應(yīng)電壓信號及二者的相位差，再計算出蓄電池的內(nèi)阻。
同步檢測、平衡解調(diào)和調(diào)制等電工作頻率為1KHz。放大電路如圖5所示，由AD630的原理可知。
需注意電壓放大倍數(shù)不能大于3，否則容易電路自激振蕩，出現(xiàn)不穩(wěn)定。如果C1=C2，R1=R2=R3=R4，可知濾波器的通帶截止頻率為。
為了獲得較高精度，高穩(wěn)定性轉(zhuǎn)換結(jié)果，參考電壓由外部高精度基準(zhǔn)電壓芯片MA6701提供。
……（9），將式（8）代入式（9）可得：……（10）；……（11）。
綜合考慮項目要求，本文采用交流注入法測量電池內(nèi)阻。測量原理框圖如圖1所示。測量系統(tǒng)的電路主要由信號發(fā)生電路產(chǎn)生所需頻率的電壓信號。
交流阻抗法可在線檢測，無需對蓄電池進(jìn)行放電，不會對蓄電池的性能造成影響。
實現(xiàn)在線測量，蓄電池若在大電流狀態(tài)下，則測量值為歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻之和，交流注入法能測量大部分蓄電池，應(yīng)用廣泛。
誤差均為1%，實驗數(shù)據(jù)測量電池為某品牌12V/12AH鉛酸蓄電池，61內(nèi)阻測量儀的測量值。分別測量了3節(jié)蓄電池所得結(jié)果如表1所列。
性能上能滿足測量系統(tǒng)的要求，實現(xiàn)電路原理如圖2所示，通過調(diào)節(jié)Rw2和Rw1可以實現(xiàn)頻率的調(diào)定，最終調(diào)定頻率在1KHz。
放電時間限制導(dǎo)致檢測時間長，因此限制了該方法在蓄電池檢測系統(tǒng)中的普遍應(yīng)用。交流注入法即將低頻交流的恒流小信號注入到電池。
頻率調(diào)節(jié)范圍為0.001Hz~300kHz，頻率可調(diào)節(jié)范圍寬，輸出的正弦波失真度小于1%。
60內(nèi)阻最小分辨率0.001mΩ，測試速度20mS。結(jié)合更經(jīng)濟(jì)的性價比優(yōu)勢，廣泛用于實驗室、產(chǎn)線和自動化設(shè)備配套。
內(nèi)部電阻均是高穩(wěn)定薄膜電阻，保證了其工作的精確性和穩(wěn)定性；
需進(jìn)行過壓保護(hù)處理，主要原因是測量端開路會造成運算放大器飽和，導(dǎo)致輸出電壓高達(dá)10V，供電電源選擇12V。
自動化測量，準(zhǔn)確快速的判斷，適用于流水線上的產(chǎn)品分選和出廠檢驗
校正 全量程內(nèi)短路清零
由此可以一份合同出所需的電阻和電容，A/D轉(zhuǎn)換電路，STM32單片機(jī)集成了A/D轉(zhuǎn)換電路，具有12位精度。
鉛酸蓄電池作為供電系統(tǒng)的后備電源，在通信、銀行、交通、金融等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其穩(wěn)定性直接影響這些領(lǐng)域關(guān)鍵系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全。
顯 示 4色 VFD 顯示
第3節(jié) 34.445 34.89 1.2%
觸發(fā)器 內(nèi)部觸發(fā)，手動觸發(fā)，外部觸發(fā)，總線觸發(fā)
比較器 30組記錄，檔計數(shù)
規(guī)格(SPECIFICATION) 
采用兩個精密電阻代替電池，分別測得ADC電壓值為UR1、UR2，則可以通過比值消除其他參數(shù)測量結(jié)果的影響。
測試速度 3次/秒、15次/秒、50次/秒 3次/秒、10次/秒、50次/秒
參考信號經(jīng)過比較器后轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的方波信號，展開為傅里葉級數(shù)：……（12）。
   對蓄電池進(jìn)行內(nèi)阻檢測，通過測量電池電動勢、交流響應(yīng)電流及使用相位測量器測量的相位差來計算電池內(nèi)阻。傳統(tǒng)交流阻抗要對響

另外與噪聲信號頻率相差較大，容易提取低頻信號，濾波誤差小。選擇較小的信號幅值，以便忽略測量小信號對電池狀態(tài)的影響。
濾波電路采用二階有源濾波器，截止頻率設(shè)計盡量低，使2倍頻及高頻干擾信號基本衰減到0，電路采用壓控電壓源濾波器。
測量電路設(shè)計為提高測量精度，信號放大器需采用共模抑制比較高的儀器放大器，鎖相放大器是本測量系統(tǒng)的核心部分。
另外直流放電法受電壓、電流傳感器精度的影響，因此需要精度高、價格貴的傳感器。電池管理系統(tǒng)集成了電壓檢測和電流檢測裝置。
內(nèi)置比較器功能，30組分選條件保存
電