[發明專利]特定激勵頻率的蓄電池內阻四線測量方法及信號源裝置

無效

• 申請號: 200710054328.1
• 申請日: 2007-04-28
• 公開（公告）號: CN101059554A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 何毓寧
• 申請（專利權）人: 何毓寧
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 鄭州大通專利代理有限公司
• 代理人: 陳大通

一、技術領域：本發明涉及一種蓄電池內阻測量方法，特別是涉及一種采用同步半工頻激勵信號測量蓄電池內阻的方法及其同步半工頻激勵信號源。

二、背景技術：蓄電池內阻測試儀應用于蓄電池組的在線維護時，必須保持蓄電池組處于在線運行狀態，就是“不停機、不切換”。目前蓄電池內阻在線測量普遍采用4線制的測量方法，即其中兩條線用于構成激勵電流的注入回路，另兩條線用于構成在激勵信號作用下檢測蓄電池端電壓變化的采樣回路。通常情況下蓄電池組在線運行時，既存在來自充電設備的前向干擾，也存在來自用電設備的后向干擾，這些干擾按頻率特征一般可分為2類，一類是由高頻開關電源技術而產生的開關噪聲，其頻率分布一般從5KHz到2MHz；另一類是由常規整流濾波電路產生的工頻及其諧波干擾，其頻率分布一般從50Hz到300Hz，此類干擾因為頻率低，從技術上講很難徹底濾除，是造成測量數據跳動的主要原因，而且內阻測試儀的靈敏度越高跳動越大。

現有內阻測試儀產品的激勵頻率從直流到1000Hz各不相同，雖說都符合4線方法的測量原理，但不同的激勵頻率不僅對蓄電池等效內阻的測量結果不完全相同，對儀表抗在線干擾的性能也有很大差異。為了保證測量精度，必須盡量提高蓄電池內阻測試儀的在線抗干擾性能。由于激勵頻率與干擾頻率相同或相近都會增加濾波困難，激勵頻率與干擾頻率相差越遠濾波效果越好，因而激勵頻率不僅需要避開50Hz到300Hz，還需留出足夠的頻率間隔。激勵頻率大于300Hz的產品如日本日置公司的HIOKI?3551型，頻率選擇在1000Hz；激勵頻率小于50Hz的技術如中國實用新型專利：ZL?99243034.8(授權公告號為CN2389376Y)，頻率選擇在10Hz，美國專利：U.S.Patent?NO：5,774,962頻率為0Hz。

頻率選擇1000Hz的優點是：對50～300Hz干擾頻段的頻率間隔大，有利于濾波；激勵時間短，有利于降低功耗。缺點是：因為測量夾具在結構上存在4線平行的特點，激勵電流的注入回路與信號電壓的采樣回路之間必然存在電磁感應，而這個感應電壓并不能通過歐姆定律反應出來，也就是說當被測電阻R＝0時采樣值并不歸零。1000Hz的電磁感應為工頻的20倍，為了消除不歸零值，需要采取特殊的技術措施，例如其說明書中強調，“對不同間距的極柱需要按間距重新校零”即為技術措施之一。美國Alber(阿爾伯)公司的“瞬間大電流放電測內阻”專利認為，直流激勵可以避免交流激勵而致的電磁感應的不利影響，直流激勵有利于濾除交流特征的干擾。但是這些觀點在技術上存在諸多疑點：一是電池直流電動勢的存在對測量精度的不利影響，這是直流激勵方案無法擺脫的弱點；二是電解液中的電流本質上是相對低速的離子運動，因電流變化所引起離子運動的變化需要經歷很長的平衡時間，某一個時間點并不能及時反映電池放電后的動態平衡：以公開資料的數據為例，測量前離子處于開路平衡狀態，負載電流的初始值I＝0，那么加載70A后將會達到一個新的平衡狀態，但其平衡時間在經驗上遠大于10秒(已有許多研究報告確認了平衡過程中存在著電壓的急劇變化)，因此，3.25秒僅僅是平衡過程中的一個暫態點，此時電壓值正處于急劇變化之中，由此可以合理推斷：如果把加載時間由3.25秒改變為2.25秒或4.25秒，都將會得到不同的測量結果，就是說在一個暫態點并不能準確測量出電池內阻的穩態值；另外，不同金屬的溫差電動勢對其測量精度也有一定的不利影響，“瞬態”測量所必需的高速響應與交流激勵方案一樣將降低儀表的抗干擾能力，這都是直流激勵方案的技術難點。哈爾濱子木新能源公司為規避直流激勵的諸多難點，選擇了10Hz的交流激勵方案。10Hz與工頻相差5倍程，雖然具有足夠濾波使用的頻率間隔，但對于模擬電路進入穩定狀態所必需的20個周期來說，10Hz的激勵時間至少需要2秒鐘。顯然，激勵時間越長帶來激勵功率上的負擔越重，激勵頻率偏低也會造成耦合電容或耦合變壓器在體積、重量和成本上偏大。