精確測量蓄電池內阻的方法介紹

1．引言

　　蓄電池作為電源系統停電時(shí)的備用電源，已廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)、交通、通信等行業(yè)。如果電池失效或容量不足，就有可能造成重大事故，所以必須對蓄電池的運行參數進(jìn)行全面的在線(xiàn)監測。蓄電池狀態(tài)的重要標志之一就是它的內阻。無(wú)論是蓄電池即將失效、容量不足或是充放電不當，都能從它的內阻變化中體現出來(lái)。因此可以通過(guò)測量蓄電池內阻，對其工作狀態(tài)進(jìn)行評估。目前測量蓄電池內阻的常見(jiàn)方法有：

　?。?）密度法

　　密度法主要通過(guò)測量蓄電池電解液的密度來(lái)估算蓄電池的內阻，常用于開(kāi)口式鉛酸電池的內阻測量，不適合密封鉛酸蓄電池的內阻測量。該方法的適用范圍窄。

　　
（2）開(kāi)路電壓法
　　
開(kāi)路電壓法是通過(guò)測量蓄電池的端電壓來(lái)估計蓄電池內阻，精度很差，甚至得出錯誤結論。因為即使一個(gè)容量已經(jīng)變得很小的蓄電池，再浮充狀態(tài)下其端電壓仍可能表現得很正常。
　　
（3）直流放電法
　　
直流放電法就是通過(guò)對電池進(jìn)行瞬間大電流放電，測量電池上的瞬間電壓降，通過(guò)歐姆定律計算出電池內阻。雖然這種方法在實(shí)踐中也得到了廣泛的應用，但是它也存在一些缺點(diǎn)。如用該方法對蓄電池內阻進(jìn)行檢測必須是在靜態(tài)或是脫機狀態(tài)下進(jìn)行，無(wú)法實(shí)現在線(xiàn)測量。而且大電流放電會(huì )對蓄電池造成較大的損害，從而影響蓄電池的容量及壽命。
　　
（4）交流注入法
　　
交流法通過(guò)對蓄電池注入一個(gè)恒定的交流電流信號IS，測量出蓄電池兩端的電壓響應信號Vo，以及兩者的相位差

由阻抗公式

來(lái)確定蓄電池的內阻R。該方法不需對蓄電池進(jìn)行放電，可以實(shí)現安全在線(xiàn)檢測電池內阻，故不會(huì )對蓄電池的性能造成影響。但該方法需要測量交流電流信號Is,電壓響應信號Vo，以及電壓和電流之間的相位差

由此可見(jiàn)這種方法不但干擾因素多，而且增加了系統的復雜性，同時(shí)也影響了測量精度。

　　為了解決上述各方法的缺陷，本文采用了四端子測量方式，將蓄電池兩端上的電壓響應信號通過(guò)交流差分電路與產(chǎn)生恒定交流源的正弦信號經(jīng)過(guò)模擬乘法器相乘，再將模擬乘法器的輸出電壓信號通過(guò)濾波電路，使交流信號轉變?yōu)橹绷餍盘?，直流信號?jīng)直流放大器放大后進(jìn)行模數轉換，將轉換后的值送入單片機進(jìn)行簡(jiǎn)單處理。

　　2．蓄電池內阻檢測原理

　　由于電池內阻為毫歐級，因此采用常規的兩端子測量方法測量誤差較大，在此采用四端子測量方式。測量時(shí)兩個(gè)端子施加一頻率為

的恒定交流激勵電流信號，另兩個(gè)端子用于測量。測量工作原理圖如圖1所示，響應信號是指蓄電池注入交流恒流源后，在其兩端測出的交流電壓信號。而正弦信號是經(jīng)D/A產(chǎn)生的作為壓控恒流源的輸入信號。

設正弦信號為：

（1）
　　
蓄電池兩端的響應電壓信號為：

（2）
　　

為注入蓄電池的交流電流和其兩端響應電壓信號的相位差。