蓄電池內阻在線(xiàn)測量系統及仿真分析

　　引言

　　蓄電池以其在價(jià)格、可靠性、安全性上的優(yōu)勢，在生活中被越來(lái)越廣泛地應用。例如，蓄電池在供電出現故障時(shí)可作為重要設備的后備電源，還可作為直接電源為汽車(chē)及其他機械設備供電。與其他電子設備不同，電池作為一種電化學(xué)設備，其狀態(tài)很不穩定，很容易在短時(shí)間內發(fā)生很大變化，且在工作中其一直處于浮充電狀態(tài)。因此，對蓄電池系統進(jìn)行有效的維護變得極為重要。

　　自上世紀80年代以來(lái)，人們就開(kāi)始研究電池的物理化學(xué)特性，設想測量代表電池性能的參數，預知電池的狀態(tài)變化。研究表明[1]：利用監測電池內阻的方法檢測電池的性能，是目前公認的最佳方法。因為電阻作為電池最重要的參數之一，與電池容量有著(zhù)密切的關(guān)系，它不僅反映電池當前的荷電狀態(tài)，而且還反映電池的劣化程度，其變化反映了電池的性能和壽命[2]。

　　目前，測量電池內阻主要有兩種方法，即直流放電法和交流注入法。直流放電法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現，但其不能在線(xiàn)測量、對電池有損害等缺點(diǎn)使其注定只能應用在對精度和安全要求不高的場(chǎng)合[2]。而交流注入法具有對電池無(wú)損害、在線(xiàn)測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此逐漸受到業(yè)界的推崇。

　　在實(shí)際測量應用中，由于電池內阻很小，干擾和噪聲對測量影響很大，而且測量連接線(xiàn)的阻抗也不可忽略，因此，如何減小干擾和噪聲就顯得尤為重要。

　　測量原理

　　為減小測量導線(xiàn)造成的誤差，通常采用四線(xiàn)制接法，即將信號注入回路與信號測量回路的連接線(xiàn)分開(kāi)[3]。大量研究表明[4]：鎖相放大技術(shù)對克服外界干擾十分有效，因此，本文的系統采用鎖相放大技術(shù)來(lái)減小干擾和噪聲。交流法電池內阻測量系統原理框圖如圖1所示。

　　交流電流源同時(shí)給待測電池及參考電阻提供交流電流，將電池及參考電阻兩端的交流電壓信號分別經(jīng)差分放大及濾波后送入鎖相放大器，然后將得到的信號送入單片機進(jìn)行處理，最終得到被測電阻的阻值。下面通過(guò)數學(xué)的方法具體分析測量原理。

　　如圖1所示，交流信號發(fā)生器提供了穩定可靠的交流信號，通過(guò)耦合驅動(dòng)電路得到交流恒流源。假設其電流表達式為：