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【技術實現步驟摘要】
本申請涉及一種電池內阻的交流阻抗值的測試方法。電池(battery)指能將化學能、太陽能等其他能量轉化成電能的裝置。電池具有正極、負極之分。電池電壓本質上是直流電壓,在某些特殊條件下即使有微小波動其波動幅度也很小。電池的性能參數主要有電動勢、容量、比能量和內阻。電池在開路狀態下的端電壓稱為開路電壓,一般可近似認為電池的開路電壓就是電池的電動勢。電池的內阻是指電流通過電池內部時受到的阻力,它是決定電池性能的一個重要指標,直接影響電池的工作電壓、工作電流、輸出功率等,測試其阻抗值對評價其性能具有重要意義。電池的內阻(或者內阻抗)可以等效為一個大電容與一個電阻的串聯,即可以看成一個復阻抗(或簡稱為阻抗),不同頻率下它的交流阻抗值不同。現有的電池內阻抗測試方法,主要是通過外接電阻來進行,測得的內阻抗相當于是直流電阻和電容的值。
技術介紹
1、一個電池可以等效為一個電動勢e與一個內阻抗zx的串聯,如圖2所示;其中,內阻抗zx又可以等效為一個大電容cx與純電阻rx的串聯。
2、測量電池內阻抗的一種方法是:(1)首先測電池開路電壓,即圖2中的t3和t4兩點的電壓,測得的開路電壓,即認為是電動勢e的值;(2)然后,在電池外接一電阻r,如圖3所示,測量記錄電路閉合時刻起電阻r兩端的電壓vr的變化,據此計算內阻抗的rx和cx值。計算的原理如下:
3、
4、以上按式(1)計算的等效電容cx和等效電阻rx,無所謂隨隨頻率變化的問題,因此,如此求得的zx不妨稱為電池的直流內阻抗值,包括等效電容cx的直流電容值和等效電阻
5、無源容性器件交流阻抗值測量的一種方法是:對待測阻抗zx施加一交流激勵同時在電路中串接一輔助電阻r0,如圖4所示,同時記錄zx和r0兩端的電壓波形vzx和vr0,據此計算待測阻抗zx在頻率ω上的交流阻抗值,實部為交流電阻值,虛部為交流電抗值。容性器件的阻抗虛部一般為負的。計算的原理如下:
6、
7、如果按以上無源容性器件測量的方式直接測量電池內阻的交流阻抗值,即按圖5所示連接方式測量,則此時電路按照疊加原理相當于等效于圖6所示兩電路的疊加,有即,r0兩端的電壓較無源容性器件的阻抗測量多了一個電動勢e引起的過渡過程(疊加分量)。由于zx看成rx和cx的串聯,所以電動勢e產生的疊加分量可進一步描述為:
8、
9、式(3)表達的疊加分量的出現會對式(2)中的相量和的估計產生誤差,也就是會對對應的正弦波幅值和相位參數的估計帶來誤差,最終導致電池內阻抗zx交流阻抗值的估計出現較大誤差。
10、圖7所示是把電池當作無源器件按圖4所示無源器件交流阻抗測量方法測得的0.1hz-1000hz頻段30個頻點的3v鈕扣電池(cr1220)的交流阻抗譜。測量了6次(data0~data5)。測量結果顯示,測量結果的重復性不佳,電阻譜及電抗譜的重復性絕對誤差分別為:1.5962e+03和4.2595e+02歐,電阻譜及電抗譜的重復性相對誤差(相對均值)分別僅為5.0367e-01和7.4691e-01。
11、另外,實際中按圖5方式測量電池內阻抗的交流阻抗值,還存在一個基本的問題,就是:電池的電動勢e有1.5v,3v,5v,12v,24v,36v,48v等很多種規格,在e較大時很可能造成疊加分量vr01(t)會超出檢測系統的輸入范圍,造成無法正常檢測,如圖8所示,直接測量一9v電池內阻抗時,r0和電池兩端的電壓均出現了飽和或近似飽和的現象。
技術實現思路
1、專利技術目的
2、提出一種切實可行的電池內阻交流阻抗值的測試方案。
3、技術方案
4、一種電池內阻交流阻抗值的測試方法,其特征在于,包括如下步驟,(1)如圖1所示,連接待測電池、開關k1、輔助電容c、輔助電阻r、輔助電阻r0、開關k2以及正弦激勵源,開關k1和k2的初始狀態處于斷開狀態;(2)閉合開關k1,輔助電容c開始充電直至充電結束;(3)閉合開關k2,正弦激勵源開始按設定的頻率ω激勵電路網絡;(4)同步監測記錄一段r0兩端的電壓和t1t2兩點間的電壓vt1-t2;(5)按公式計算t1t2兩點間包含待測電池、輔助電容c和輔助電阻r的阻抗網絡的總復阻抗(6)按公式計算設定頻率ω下的電池內阻交流阻抗值其中(7)可改變正弦激勵源的激勵頻率ω,用同樣的方法計算新頻率點下電池內阻的交流阻抗值,乃至掃頻計算更多頻點下電池內阻的交流阻抗值,形成電池內阻的交流阻抗譜,包括電阻譜和電抗譜。
5、需要說明的是,任何在以上方案基礎上,加一個開關或減一個開關,或者改變一下交流阻抗值呈現形式等,這些不改變本方案本質內容的變化,均屬本申請保護的范圍。
6、有益效果。
7、可以看出,本申請方案中,包含待測電池、輔助電容c和輔助電阻r的電路網絡,在接入正弦激勵回路中前,先完成了輔助電容c的充電,完成充電后,e的大小全部分壓到了輔助電容c和內部等效電容cx上,輔助電阻r兩端的電壓變為0,因此,k2的閉合不再會對正弦激勵回路造成沖擊,不再會造成監測的和vt1-t2出現飽和的情況。
8、同時,包含待測電池、輔助電容c和輔助電阻r的電路網絡,在充電完成后再接入正弦激勵回路,也避免了電動勢e造成的疊加在上的趨勢性過渡分量,保證了監測電壓有足夠的正弦性程度,也就保障了正弦參數和最終阻抗值估值的準確性和重復性。
9、按本申請方案測試一3v鈕扣電池(cr1220)的內阻抗的交流阻抗譜,5次測量結果如圖9所示,與圖7監測結果形成了鮮明對照。測量結果顯示出好的重復性,電池內阻的交流電阻譜及電抗譜的重復性絕對誤差經計算分別為3.8586e+02和5.2416e+02歐,重復性相對誤差(相對均值)分別為1.4663e-02和8.8376e-03。重復性相對誤差(相對均值)較直接測試電池內阻的交流阻抗譜而言有顯著地大幅度地減小。
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1.一種電池內阻交流阻抗值的測試方法,其特征在于,包括如下步驟,(1)如圖1所示,連接待測電池、開關K1、輔助電容C、輔助電阻R、輔助電阻R0、開關K2以及正弦激勵源,開關K1和K2的初始狀態處于斷開狀態;(2)閉合開關K1,輔助電容C開始充電直至充電結束;(3)閉合開關K2,正弦激勵源開始按設定的頻率ω激勵電路網絡;(4)同步監測記錄一段R0兩端的電壓和T1T2兩點間的電壓vT1-T2;(5)按公式計算T1T2兩點間包含待測電池、輔助電容C和輔助電阻R的阻抗網絡的總復阻抗(6)按公式計算設定頻率ω下的電池內阻交流阻抗值其中(7)可改變正弦激勵源的激勵頻率ω,用同樣的方法計算新頻率點下電池內阻的交流阻抗值,乃至掃頻計算更多頻點下電池內阻的交流阻抗值,形成電池內阻的交流阻抗譜,包括電阻譜和電抗譜。
【技術特征摘要】
1.一種電池內阻交流阻抗值的測試方法,其特征在于,包括如下步驟,(1)如圖1所示,連接待測電池、開關k1、輔助電容c、輔助電阻r、輔助電阻r0、開關k2以及正弦激勵源,開關k1和k2的初始狀態處于斷開狀態;(2)閉合開關k1,輔助電容c開始充電直至充電結束;(3)閉合開關k2,正弦激勵源開始按設定的頻率ω激勵電路網絡;(4)同步監測記錄一段r0兩端的...
【專利技術屬性】
技術研發人員:劉思蕊,劉樂,魏宏利,
申請(專利權)人:蘇州格里德醫學傳感技術有限公司,
類型:發明
國別省市:
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