铅酸蓄电池内阻测试仪

　　铅酸蓄电池内阻测试仪误差均为1%，实验数据测量电池为某品牌12V/12AH铅酸蓄电池，61内阻测量仪的测量值。分别测量了3节蓄电池所得结果如表1所列。

　　测试参数 交流电阻，直流电压

　　减小信号失真度，V/I电路采用比较常见的运算放大器拓扑实现，功率放大器选用OPA544T输出电流能力满足系统50mA的要求。

　　需进行过压保护处理，主要原因是测量端开路会造成运算放大器饱和，导致输出电压高达10V，供电电源选择12V。

　　综合考虑项目要求，本文采用交流注入法测量电池内阻。测量原理框图如图1所示。测量系统的电路主要由信号发生电路产生所需频率的电压信号。

　　另外直流放电法受电压、电流传感器精度的影响，因此需要精度高、价格贵的传感器。电池管理系统集成了电压检测和电流检测装置。

　　性能上能满足测量系统的要求，实现电路原理如图2所示，通过调节Rw2和Rw1可以实现频率的调定，最终调定频率在1KHz。

　　规格(SPECIFICATION)

　　电池的劣化状态和寿命评估

　　需注意电压放大倍数不能大于3，否则容易电路自激振荡，出现不稳定。如果C1=C2，R1=R2=R3=R4，可知滤波器的通带截止频率为。

　　使用时需在电源处并联去耦电容，使供电回路稳定，两个跟随器采用高精度，低温漂、低偏移运放OP07。

　　通过V/I变换电路实现恒流；注入采样电阻和蓄电池，放大采样信号和测量信号；然后两路信号输入到锁相放大器AD630。

　　由于蓄电池内部的化学反应及外部干扰等情况，蓄电池内阻的检测易受噪声影响，同时蓄电池内阻检测技术不够成熟，因此对蓄电池内阻检测有研究意义。

　　超级电容的ESR测试

　　然后测量电池两端的响应电压，利用锁相放大器进行信号处理，进而可求得电池的内阻值，整个电路系统属于小信号处理电路。

　　容易引入干扰，为提高测量精度，需采用四端子测量方法。信号频率一般选择1KHz，主要原因是锁相放大器此频率下性能表现较佳。

　　可粗略估算内阻值，但如要获得较高的测量精度，需要进行脱机大电流放电测量，对电池有一定的损害；

　　接线尽量短，电源完整性设计也需要注意；

　　测量精度 内阻Ω: 0.3% 电压V: 0.05% 内阻Ω: 0.5% 电压V: 0.1%

　　可粗略估算内阻值，但如要获得较高的测量精度，需要进行脱机大电流放电测量，对电池有一定的损害；

　　校正 全量程内短路清零

　　比较器 30组记录，档计数

　　型 号 60 61

　　本部分电路需要注意在信号进入ADC转换通道之前。

　　目前交流阻抗法是检测铅酸蓄电池内阻热门方法之一。

　　特 性 (FEATURES)

　　电阻应选择温漂低、稳定性优良的仪器电阻；但是也需顾及成本要求。

　　然后进行大电流放电，一般放电倍率约为0.8，放电时间为2s左右，此时测量电池端电压和流过负载的电流。

　　为了消除电池直流电压对本级电路的影响，测量中需要通过大电容实现交流耦合，隔离直流信号，但信号频率较低。

　　实验测试发现，当替代电阻与电池电阻值接近时，误差较小，本系统采用10mΩ和20mΩ的精密电阻。

　　测试速度 3次/秒、15次/秒、50次/秒 3次/秒、10次/秒、50次/秒

　　采用两个精密电阻代替电池，分别测得ADC电压值为UR1、UR2，则可以通过比值消除其他参数测量结果的影响。

　　由此可以一份合同出所需的电阻和电容，A/D转换电路，STM32单片机集成了A/D转换电路，具有12位精度。

　　工程上比较常用的两种测量方法直流放电法和交流注入法。直流放电法也称为脉冲放电法，该方法首先测量电池的开路电压。

　　测试范围 内阻Ω：0.001mΩ～3.2kΩ；电压V：0V~60V 六量程自动和手动 内阻Ω：0.01mΩ~3.2kΩ；电压V：0V~60V

　　铅酸蓄电池作为供电系统的后备电源，在通信、银行、交通、等领域得到广泛应用，其稳定性直接影响这些领域关键系统的稳定与安全。

　　触发器 内部触发，手动触发，外部触发，总线触发

　　调节引脚1和引脚12使用正弦波失真度减小到0.5%，也可小范围内调节电压信号幅值。振荡电容C选择为3300pF。

　　实现在线测量，蓄电池若在大电流状态下，则测量值为欧姆内阻与极化内阻之和，交流注入法能测量大部分蓄电池，应用广泛。

　　通过STM32的A/D转换电路和控制电路，实现测量数据的处理和传输，采用抗干扰能力较强的RS485总线进行数据传输。

　　为保证信号不失真，应选择合适的耦合电容C参数，V/I变换电路如图3所示由于运放引入负反馈。

　　对信号进行检波处理，再通过低通滤波器实现滤波，信号变为直流，同时滤除高频噪声信号，使信号平滑；

　　为了获得较高精度，高稳定性转换结果，参考电压由外部高精度基准电压芯片MA6701提供。

　　测量误差主要受ADC转换精度、导线寄生参数、运算放大器的漂移、电源稳定性等影响。改进方法主要有：采用高精度独立ADC转换芯片。

　　通过欧姆定律即可求出此时的极化内阻和极化电容，理论上测量精度较高，由于大电流放电，因而不适合在线测量；

　　显 示 4色 VFD 显示

　　通过欧姆定律即可求出此时的极化内阻和极化电容，理论上测量精度较高，由于大电流放电，因而不适合在线测量；

　　另外直流放电法受电压、电流传感器精度的影响，因此需要精度高、价格贵的传感器。电池管理系统集成了电压检测和电流检测装置。

　　然后测量电池两端的响应电压，利用锁相放大器进行信号处理，进而可求得电池的内阻值，整个电路系统属于小信号处理电路。

　　然后进行大电流放电，一般放电倍率约为0.8，放电时间为2s左右，此时测量电池端电压和流过负载的电流。

　　防止烧坏STM32，实现电路如图6所示。其中（R1+R2）、C构成一阶滤波器，同时电容C起到一定的电压缓冲作用。

　　蓄电池内阻测量的电池管理系统的设计

　　V/I变换电路，为了实现信号稳定性，在信号发生器信号输出之后通过一个信号跟随器，提高信号的输出稳定性。

　　另外与噪声信号频率相差较大，容易提取低频信号，滤波误差小。选择较小的信号幅值，以便忽略测量小信号对电池状态的影响。

　　容易引入干扰，为提高测量精度，需采用四端子测量方法。信号频率一般选择1KHz，主要原因是锁相放大器此频率下性能表现较佳。

　　表 1 蓄电池内阻测量结果

　　实现在线测量，蓄电池

　　放电时间限制导致检测时间长，因此限制了该方法在蓄电池检测系统中的普遍应用。交流注入法即将低频交流的恒流小信号注入到电池。

　　容易击穿芯片，造成电路的损害。本设计采用了两个快恢复肖特基二极管串联，钳制输入信号。

　　滤波电路采用二阶有源滤波器，截止频率设计尽量低，使2倍频及高频干扰信号基本衰减到0，电路采用压控电压源滤波器。

　　内阻是衡量铅酸蓄电池健康状态的一个重要参数，实验表明老化蓄电池的内阻要明显大于新电池的内阻，因此内阻的检测可显著区分新旧电池，判别蓄电池的健康状态SOH（State of Health）。

　　另外与噪声信号频率相差较大，容易提取低频信号，滤波误差小。选择较小的信号幅值，以便忽略测量小信号对电池状态的影响。

　　测量原理，由于大容量动力蓄电池的内阻一般小于50mΩ，因此普通测量方法难以保证精度要求。

　　增强电路的安全性，时间常数选择需适中，过大则影响测量响应时间。实验结果讨论数据处理，在实际测量中，为了消除导线电阻引入误差。

　　放电时间限制导致检测时间长，因此限制了该方法在蓄电池检测系统中的普遍应用。交流注入法即将低频交流的恒流小信号注入到电池。