专利名称：低频微电流恒流激励电路及蓄电池内阻测量电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及蓄电池内阻测量技术，尤其涉及一种低频微电流恒流激励电路及基于该激励电路的蓄电池内阻测量电路。
背景技术：
蓄电池的内阻模型可以采用如图I所示的等效电路表示，其中Lp为正极电感，LnS负极电感，Rt,P为正极离子迁移电阻，Rt, 为负极离子迁移电阻，Cdl,p为正极极板双层电容，Cdl；n为负极极板双层电容，ZffjP为正极Warburg阻抗，Zff n为负极Warburg阻抗，Rhf为蓄电池的欧姆电阻；其中Warburg阻抗是由离子在电解液和多孔电极中扩散速度决定的 ，表示为一个电阻和一个电容串联组成的阻抗Zw。Zff= λ ω -1/2-j λ ω -1/2其中，λ为Warburg系数，表示反应物和生产物的扩散传质特性；ω为角频率。蓄电池的内阻Zeell包括欧姆电阻Rhf、正极Warburg阻抗Zw，p和负极Warburg阻抗Zff； n之和，表不为Zcell-Zffj p+Zff； n+RHF可见，蓄电池的内阻是一个复阻抗，在其他条件不变的情况下，随着测试频率的变化而变化，如图2所示是典型的铅酸蓄电池阻抗图，根据图2可以分析内阻与测试频率之间的关系。图中，Rhf为蓄电池的欧姆电阻，R1为小容环半径，R2大容环半径；由图可以看出，采用不同的测试频率测量，测量的内阻值反映的信息也不同采用高于IOOHz测量频率，测量结果仅能反映蓄电池的欧姆电阻Rhf ;采用O. Γ ΟΟΗζ测量频率，测量结果不仅能反映蓄电池的欧姆电阻Rhf，还包括小容环数据；采用O. IHz以下测量频率，测量结果不仅能反映蓄电池的欧姆电阻Rhf、小容环数据,还包括大容环数据。通常情况下，我们所说的蓄电池内阻是指某一频率下的蓄电池内阻值，针对不同的蓄电池一般做如下选择对于碱性蓄电池的内阻测量，比如镍镉(Ni-Cd)、镍氢(Ni-MH)和锂离子(Li-ion)电池，采用的测量频率为1000Hz ;对于铅酸蓄电池的内阻测量，采用的测量频率为1(Γ60Ηζ。目前，对于铅酸蓄电池的内阻测量，通常采用交流阻抗法进行，交流阻抗法的电路接线图如图3所示，其基本思想是对蓄电池注入一个低频交流电流信号Is，对瞬时电流Λ I和瞬时电压响应AU信号进行采集，通过计算获得蓄电池的内阻。具体对于电流 Δ I=ImaxSin (ω t) =ImaxSin (2 π ft)产生的电压响应为Δ V=VmaxSin (ω t+ Φ) =VmaxSin (2 η ft+ φ)计算得到蓄电池的阻抗为Z(f) = ^lCjip
max
由上式可以看出，计算得到的蓄电池阻抗为ー个与频率有关的复阻抗，其模为z|=vmax/imax，其中Φ为电压和电流之间的相位差；使用这种交流阻抗法，必须要測量出电
压峰值Vmax和Imax电流峰值才能够得到复阻抗的摸。使用交流阻抗法的优点是无需对蓄电池进行放电，也不需要蓄电池处于静态或脱机状态，能够在线对蓄电池的内阻进行监测，避免对蓄电池内阻进行监测时影响气体设备的运行安全；另外，仅对蓄电池施加的低频交流电流信号Is，不会对蓄电池系统的性能造成不利影响。在实际使用中，由于馈入的低频交流电流信号Is幅值有限、蓄电池的内阻在微欧或毫欧级，因此产生的电压响应的幅值也在微欧级，馈入电流和电压响应都极易受到干扰，尤其是在线测量时，由于充电机或负载的影响，流过蓄电池内阻的电路的稳定性直接影响到被测电压信号的稳定性；因此蓄电池的在线内阻測量需要解决充电机和负载的干扰问题，充电机和负载的干扰主要存在以下几个方面
(I)測量线耦合的高频干扰信号；(2) 50Hz エ频干扰；( 3 )充电机低频纹波；(4)充电或放电的电压缓变；( 5)负载的不规则变动。综上所述，为了保证蓄电池内阻的測量具有一个较高的精度和较好的再现性、且能成功检测铅酸蓄电池内阻的ー个重要前提是提供一个低频的、幅值非常小且稳定的交流恒流源。
发明内容
发明目的为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种低频微电流恒流激励电路，解决在线測量中充电机和负载的干扰问题，其具有很好的抗干扰性；同时本案还提供一种基于上述电路的蓄电池内阻測量电路，精确获取含有蓄电池的欧姆电阻和小容环数据的蓄电池内阻，提高测量精度。技术方案为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为低频微电流恒流激励电路，包括强电区电路和弱电区电路，其中强电区电路包括激励驱动电路、采样电阻Rs、模拟反馈通道和电流控制电路，弱电区电路包括信号发生器和PWM控制器；所述信号发生器用于产生一个可调的低频激励信号，并通过A光耦隔离将该信号输送给激励驱动电路；所述激励驱动电路用于向蓄电池馈入激励电流，采样电阻Rs串联在激励驱动电路和蓄电池形成的回路上，加在蓄电池上的激励电流值与采样电阻Rs两端的电压值形成确知的函数关系；所述模拟反馈通道用于对采样电阻Rs两端的电压值进行采集、放大和整流，处理后的信号作为B光耦隔离的输入信号，采样电阻Rs两端的电压值变化经模拟反馈通道和B光耦隔处理后形成的输出信号为通断信号；所述B光耦隔离的输出信号作为PWM控制器的输入信号，B光耦隔离输出的通断信号经PWM控制器处理后形成的输出信号为相应脉宽占空比的脉冲信号；
所述PWM控制器的输出信号经隔离变压器处理后作为电流控制电路的输入信号，PWM控制器输出的脉冲信号经隔离变压器处理后形成开关控制信号；所述电流控制电路根据接收到的开关控制信号向激励驱动电路提供电流反馈信号。上述电路在工作时，若采样电阻Rs两端的电压值发生极微小的波动时，通过模拟反馈通道处理后输出的模拟信号都会引起B光电耦合的通断；而B光电耦合的通断两种状态，决定PWM控制器输出不同脉宽占空比的脉冲信号；该脉冲信号通过隔离变压器进入强电区，在电流控制电路中产生开关控制信号，电流控制电路根据开关控制信号决定是否向激励驱动电路提供电流反馈信号，完成整个反馈回路，从而达到交流激励的恒流目的。优选的，所述PWM控制器的输出频率高于IOkHz，一般为几十K的高频信号，远远高于激励驱动电路的输出频率；针对整个电路中干扰问题，可以通过设计模拟和数字滤波来滤除，最大限度低降低测量干扰，保证测量精度。·一种基于上述低频微电流恒流激励电路的蓄电池内阻测量电路，包括低频微电流激励电路、校准电阻R和两种电压测量端，所述低频微电流激励电路、校准电阻R和蓄电池内阻r相串联，两种电压测量端分别对校准电阻R和蓄电池内阻r两端的电压进行测量。记蓄电池内阻r两端响应电压的峰值为I，校准电阻R两端响应电压的峰值为Uk ；设定低频微电流激励电路向蓄电池馈入的激励电流为i(t) =Isin cot则蓄电池两端的电压响应为
Usin(ii)/ ■+ φ、)校准电阻R两端的电压响应为
Uit sinicy/ -I... φ')因为流过校准电阻R和蓄电池的瞬时交流电流是相等的，所以有如下等式成立
Uu sin(it>/ + φ,) — IJr sin(w/ -I- φ,)
Rr对上述等式两边同时对时间t求导,可得
-,,Ur sin(仿/ + 炉;)、
__R__- . Rs.in(⑴,+ (P\))
atrdi推导后可得
Ul( iXsiniiii/ -i- (p.,)) — U1 ^(siniai/ H- φ,))
~R& —~rdi可以得到
Γ Ur Ur=
R r而
权利要求
1.低频微电流恒流激励电路，其特征在于包括强电区电路和弱电区电路，其中强电区电路包括激励驱动电路、采样电阻RS、模拟反馈通道和电流控制电路，弱电区电路包括信号发生器和PWM控制器； 所述信号发生器用于产生一个可调的低频激励信号，并通过A光耦隔离将该信号输送给激励驱动电路； 所述激励驱动电路用于向蓄电池馈入激励电流，采样电阻Rs串联在激励驱动电路和蓄电池形成的回路上，加在蓄电池上的激励电流值与采样电阻Rs两端的电压值形成确知的函数关系； 所述模拟反馈通道用于对采样电阻Rs两端的电压值进行采集、放大和整流，处理后的信号作为B光耦隔离的输入信号，采样电阻Rs两端的电压值变化经模拟反馈通道和B光耦隔处理后形成的输出信号为通断信号； 所述B光耦隔离的输出信号作为PWM控制器的输入信号，B光耦隔离输出的通断信号经PWM控制器处理后形成的输出信号为相应脉宽占空比的脉冲信号； 所述PWM控制器的输出信号经隔离变压器处理后作为电流控制电路的输入信号，PWM控制器输出的脉冲信号经隔离变压器处理后形成开关控制信号； 所述电流控制电路根据接收到的开关控制信号向激励驱动电路提供电流反馈信号。
2.根据权利要求I所述的低频微电流恒流激励电路，其特征在于所述PWM控制器的输出频率高于IOkHz。
3.一种基于权利要求I的低频微电流恒流激励电路的蓄电池内阻测量电路，其特征在于包括低频微电流激励电路、校准电阻R和两种电压测量端，所述低频微电流激励电路、校准电阻R和蓄电池内阻r相串联，两种电压测量端分别对校准电阻R和蓄电池内阻r两端的电压进行测量。
全文摘要
本发明公开了一种低频微电流恒流激励电路及蓄电池内阻测量电路，包括强电区电路和弱电区电路，其中强电区电路包括激励驱动电路、采样电阻Rs、模拟反馈通道和电流控制电路，弱电区电路包括信号发生器和PWM控制器；一种蓄电池内阻测量电路，包括上述低频微电流激励电路、校准电阻R、蓄电池和两个电压测量端，所述低频微电流激励电路、校准电阻R和蓄电池内阻r相串联，两个电压测量端分别对校准电阻R和蓄电池内阻r两端的电压进行测量。本发明提供的低频微电流恒流激励电路结构简单、元器件少、体积�。纬傻牟ㄐ蔚奈榷ㄐ愿�、失真度低、调节方便；提供的蓄电池内阻测量电路结构简单，且同时包含了蓄电池的欧姆电阻和小容环数据。
文档编号G01R27/14GK102866300SQ20121033537
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者童国道, 林杨, 沈启鹏, 钟玉盛, 朱丽平, 杨忠生 申请人:南京鼎尔特科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
