試驗(yàn)日期、試驗(yàn)人員. 采用兩個(gè)精密電阻代替電池，分別測(cè)得ADC電壓值為UR1、UR2，則可以通過比值消除其他參數(shù)測(cè)量結(jié)果的影響。 交流阻抗法是對(duì)蓄電池注入恒定的小幅低頻交流電流信號(hào)，檢測(cè)蓄電池兩端的響應(yīng)電壓信號(hào)及二者的相位差，再計(jì)算出蓄電池的內(nèi)阻。 可調(diào)高增益達(dá)1000倍以上，共模抑制比最小為106dB，是小信號(hào)處理性能較為優(yōu)秀的儀器放大器。 防止燒壞STM32，實(shí)現(xiàn)電路如圖6所示。其中（R1+R2）、C構(gòu)成一階濾波器，同時(shí)電容C起到一定的電壓緩沖作用。 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）。 實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)替代電阻與電池電阻值接近時(shí)，誤差較小，本系統(tǒng)采用10mΩ和20mΩ的精密電阻。 容易擊穿芯片，造成電路的永久損害。本設(shè)計(jì)采用了兩個(gè)快恢復(fù)肖特基二極管串聯(lián)，鉗制輸入信號(hào)。 蓄電池編號(hào) 61/mΩ 測(cè)量系統(tǒng)/mΩ 誤差 通過式（6）可求出此時(shí)電池內(nèi)阻值，電源回路，依據(jù)項(xiàng)目要求，測(cè)量系統(tǒng)的電源由被測(cè)電池提供。 第2節(jié) 34.656 35.04 1.1% 校正 全量程內(nèi)短路清零 電池內(nèi)阻的計(jì)算公式為：……（5），其中：I為交流恒流源最大值，測(cè)量系統(tǒng)取值為50mA。 ……（9），將式（8）代入式（9）可得：……（10）；……（11）。 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。 容易擊穿芯片，造成電路的永久損害。本設(shè)計(jì)采用了兩個(gè)快恢復(fù)肖特基二極管串聯(lián)，鉗制輸入信號(hào)。 表 1 蓄電池內(nèi)阻測(cè)量結(jié)果 電池的劣化狀態(tài)和壽命評(píng)估 增強(qiáng)電路的安全性，時(shí)間常數(shù)選擇需適中，過大則影響測(cè)量響應(yīng)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論數(shù)據(jù)處理，在實(shí)際測(cè)量中，為了消除導(dǎo)線電阻引入誤差。 通過歐姆定律即可求出此時(shí)的極化內(nèi)阻和極化電容，理論上測(cè)量精度較高，由于大電流放電，因而不適合在線測(cè)量； 本電路是一個(gè)高通濾波器，為了抑制共模信號(hào)，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(duì)電路的影響。 本部分電路需要注意在信號(hào)進(jìn)入ADC轉(zhuǎn)換通道之前。 測(cè)量原理，由于大容量動(dòng)力蓄電池的內(nèi)阻一般小于50mΩ，因此普通測(cè)量方法難以保證精度要求。 采用兩個(gè)精密電阻代替電池，分別測(cè)得ADC電壓值為UR1、UR2，則可以通過比值消除其他參數(shù)測(cè)量結(jié)果的影響。 噪聲被濾除，則處理后信號(hào)為……（3）其中：G為差分放大器增益。 第3節(jié) 34.445 34.89 1.2% 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(chǎng)效應(yīng)運(yùn)算放大器。 而且外圍電路較為簡(jiǎn)單。 電壓高達(dá)10V，供電電源選擇12V。 測(cè)量誤差主要受ADC轉(zhuǎn)換精度、導(dǎo)線寄生參數(shù)、運(yùn)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(dú)立ADC轉(zhuǎn)換芯片。 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。 測(cè)試范圍 內(nèi)阻Ω：0.001mΩ～3.2kΩ；電壓V：0V~60V 六量程自動(dòng)和手動(dòng) 內(nèi)阻Ω：0.01mΩ~3.2kΩ；電壓V：0V~60V 參考信號(hào)經(jīng)過比較器后轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的方波信號(hào)，展開為傅里葉級(jí)數(shù)：……（12）。 本文提出的內(nèi)阻檢測(cè)儀中設(shè)計(jì)了蓄電池內(nèi)阻檢測(cè)系統(tǒng)。 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。 然后進(jìn)行大電流放電，一般放電倍率約為0.8，放電時(shí)間為2s左右，此時(shí)測(cè)量電池端電壓和流過負(fù)載的電流。 濾波電路采用二階有源濾波器，截止頻率設(shè)計(jì)盡量低，使2倍頻及高頻干擾信號(hào)基本衰減到0，電路采用壓控電壓源濾波器。 同步檢測(cè)、平衡解調(diào)和調(diào)制等電路，其最佳工作頻率為1KHz。放大電路如圖5所示，由AD630的原理可知。 誤差均為1%，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量電池為某品牌12V/12AH鉛酸蓄電池，61內(nèi)阻測(cè)量?jī)x的測(cè)量值。分別測(cè)量了3節(jié)蓄電池所得結(jié)果如表1所列。 規(guī)格(SPECIFICATION) 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(hào)幅值。振蕩電容C選擇為3300pF。 對(duì)蓄電池進(jìn)行內(nèi)阻檢測(cè)，通過測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)、交流響應(yīng)電流及使用相位測(cè)量器測(cè)量的相位差來計(jì)算電池內(nèi)阻。傳統(tǒng)交流阻抗要對(duì)響 把式（12）代入式（3），最后得到直流信號(hào)為：……（13）同理，最后得到內(nèi)阻值：……（14）。 主要由相敏檢測(cè)單元和低通濾波器構(gòu)成，為提高測(cè)量精度，相敏檢測(cè)單元需要高精度運(yùn)算處理芯片并且具有較高的開關(guān)速度和靈敏度。 蓄電池內(nèi)阻測(cè)量的電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 鎖相放大器電路，本部分電路為測(cè)量系統(tǒng)核心部分，采用高精度、高靈敏度的模擬器件AD630。這是一款高精度的平衡調(diào)制器。 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(cè)易受噪聲影響，同時(shí)蓄電池內(nèi)阻檢測(cè)技術(shù)不夠成熟，因此對(duì)蓄電池內(nèi)阻檢測(cè)有研究意義。 接線盡量短，電源完整性設(shè)計(jì)也需要注意； 可使開關(guān)失真降至最低，通道A和B之間隔離度超過100dB，AD630主要用于鎖相放大器，相敏檢測(cè)電路。 交流信號(hào)發(fā)生器，前面分析可知，交流信號(hào)頻率設(shè)定在1KHz，信號(hào)發(fā)生器選擇性能較為優(yōu)良的ICL8038。 工程上比較常用的兩種測(cè)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(cè)量電池的開路電壓。 使用中注意電源需按上去耦電容，使信號(hào)輸出更穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)電路如圖4所示，放大倍數(shù)為：， 第1節(jié) 34.221 34.77 1.6% 然后信號(hào)通過低通濾波器，2倍頻信號(hào)被衰減濾除，只剩下直流信號(hào)：……（4），其中：K為濾波電路增益。 設(shè)參考電阻上的電壓信號(hào)為……（1），電池兩端的電壓信號(hào)為：……（2）。 減小信號(hào)失真度，V/I電路采用比較常見的運(yùn)算放大器拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)，功率放大器選用OPA544T輸出電流能力滿足系統(tǒng)50mA的要求。 為保證信號(hào)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(yùn)放引入負(fù)反饋。 V/I變換電路，為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)穩(wěn)定性，在信號(hào)發(fā)生器信號(hào)輸出之后通過一個(gè)信號(hào)跟隨器，提高信號(hào)的輸出穩(wěn)定性。 表 1 蓄電池內(nèi)阻測(cè)量結(jié)果 顯 示 4色 VFD 顯示 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。 型 號(hào) 60 61 增強(qiáng)電路的安全性，時(shí)間常數(shù)選擇需適中，過大則影響測(cè)量響應(yīng)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論數(shù)據(jù)處理，在實(shí)際測(cè)量中，為了消除導(dǎo)線電阻引入誤差。 防止燒壞STM32，實(shí)現(xiàn)電路如圖6所示。其中（R1+R2）、C構(gòu)成一階濾波器，同時(shí)電容C起到一定的電壓緩沖作用。 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。 需進(jìn)行過壓保護(hù)處理，主要原因是測(cè)量端開路會(huì)造成運(yùn)算放大器飽和，導(dǎo)致輸出電壓高達(dá)10V，供電電源選擇12V。 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(jià)格貴的傳感器。電池管理系統(tǒng)集成了電壓檢測(cè)和電流檢測(cè)裝置。 其中：為蓄電池內(nèi)部極化電容產(chǎn)生的相位差。參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)通過鎖相放大器后，噪聲信號(hào)與測(cè)量信號(hào)獨(dú)立不相關(guān)。 內(nèi)阻是衡量鉛酸蓄電池健康狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，實(shí)驗(yàn)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(cè)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）。 使用時(shí)需在電源處并聯(lián)去耦電容，使供電回路穩(wěn)定，兩個(gè)跟隨器采用高精度，低溫漂、低偏移運(yùn)放OP07。 通過V/I變換電路實(shí)現(xiàn)恒流；注入采樣電阻和蓄電池，放大采樣信號(hào)和測(cè)量信號(hào)；然后兩路信號(hào)輸入到鎖相放大器AD630。 減小信號(hào)失真度，V/I電路采用比較常見的運(yùn)算放大器拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)，功率放大器選用OPA544T輸出電流能力滿足系統(tǒng)50mA的要求。 測(cè)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% 性能上能滿足測(cè)量系統(tǒng)的要求，實(shí)現(xiàn)電路原理如圖2所示，通過調(diào)節(jié)Rw2和Rw1可以實(shí)現(xiàn)頻率的調(diào)定，最終調(diào)定頻率在1KHz。 調(diào)節(jié)電阻Ro就可以使電流恒定在50mA，信號(hào)放大電路，對(duì)采樣電阻和電池的交流電壓信號(hào)分別進(jìn)行放大。 為阻礙測(cè)量的交流小信號(hào)進(jìn)入直流供電回路，在電路中LC濾波器，濾波器截止頻率盡量低，使交流阻抗足夠大。 比較器 30組記錄，檔計(jì)數(shù) 測(cè)試參數(shù) 交流電阻，直流電壓 觸發(fā)器 內(nèi)部觸發(fā)，手動(dòng)觸發(fā)，外部觸發(fā)，總線觸發(fā) 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。 測(cè)試速度 3次/秒、15次/秒、50次/秒 3次/秒、10次/秒、50次/秒 超級(jí)電容的ESR測(cè)試 池為某品牌12V/12AH鉛酸蓄電池，61內(nèi)阻測(cè)量?jī)x的測(cè)量值。分別測(cè)量了3節(jié)蓄電池所得結(jié)果如表1所列。
目前交流阻抗法是檢測(cè)鉛酸蓄電池內(nèi)阻熱門方法之一。 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%。 實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)替代電阻與電池電阻值接近時(shí)，誤差較小，本系統(tǒng)采用10mΩ和20mΩ的精密電阻。
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