[發明專利]低頻微電流恒流激勵電路及蓄電池內阻測量電路

無效

• 申請號: 201210335377.3
• 申請日: 2012-09-11
• 公開（公告）號: CN102866300A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 童國道;林楊;沈啟鵬;鐘玉盛;朱麗平;楊忠生
• 申請（專利權）人: 南京鼎爾特科技有限公司
• 主分類號: G01R27/14
• 分類號: G01R27/14
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及蓄電池內阻測量技術，尤其涉及一種低頻微電流恒流激勵電路及基于該激勵電路的蓄電池內阻測量電路。

背景技術

蓄電池的內阻模型可以采用如圖1所示的等效電路表示，其中L_p為正極電感，L_n為負極電感，R_t，p為正極離子遷移電阻，R_t，n為負極離子遷移電阻，C_d1,p為正極極板雙層電容，C_d1,n為負極極板雙層電容，Z_W,p為正極Warburg阻抗，Z_W,n為負極Warburg阻抗，R_HF為蓄電池的歐姆電阻；其中Warburg阻抗是由離子在電解液和多孔電極中擴散速度決定的，表示為一個電阻和一個電容串聯組成的阻抗Z_W。

Z_W=λω^-1/2-jλω^-1/2

其中，λ為Warburg系數，表示反應物和生產物的擴散傳質特性；ω為角頻率。

蓄電池的內阻Z_cell包括歐姆電阻R_HF、正極Warburg阻抗Z_W,p和負極Warburg阻抗Z_W,n之和，表示為：

Z_cell=Z_W,p+Z_W,n+R_HF

可見，蓄電池的內阻是一個復阻抗，在其他條件不變的情況下，隨著測試頻率的變化而變化，如圖2所示是典型的鉛酸蓄電池阻抗圖，根據圖2可以分析內阻與測試頻率之間的關系。

圖中，R_HF為蓄電池的歐姆電阻，R₁為小容環半徑，R₂大容環半徑；由圖可以看出，采用不同的測試頻率測量，測量的內阻值反映的信息也不同：采用高于100Hz測量頻率，測量結果僅能反映蓄電池的歐姆電阻R_HF；采用0.1~100Hz測量頻率，測量結果不僅能反映蓄電池的歐姆電阻R_HF，還包括小容環數據；采用0.1Hz以下測量頻率，測量結果不僅能反映蓄電池的歐姆電阻R_HF、小容環數據，還包括大容環數據。

通常情況下，我們所說的蓄電池內阻是指某一頻率下的蓄電池內阻值，針對不同的蓄電池一般做如下選擇：對于堿性蓄電池的內阻測量，比如鎳鎘（Ni-Cd）、鎳氫（Ni-MH）和鋰離子（Li-ion）電池，采用的測量頻率為1000Hz；對于鉛酸蓄電池的內阻測量，采用的測量頻率為10~60Hz。

目前，對于鉛酸蓄電池的內阻測量，通常采用交流阻抗法進行，交流阻抗法的電路接線圖如圖3所示，其基本思想是對蓄電池注入一個低頻交流電流信號I_s，對瞬時電流ΔI和瞬時電壓響應ΔU信號進行采集，通過計算獲得蓄電池的內阻。具體對于電流：

ΔI=I_maxSin(ωt)=I_maxSin(2πft)

產生的電壓響應為：

ΔV=V_maxSin(ωt+φ)=V_maxSin(2πft+φ)

計算得到蓄電池的阻抗為：

Z(f)=VmaxImaxejφ]]>

由上式可以看出，計算得到的蓄電池阻抗為一個與頻率有關的復阻抗，其模為|Z|=V_max/I_max，其中φ為電壓和電流之間的相位差；使用這種交流阻抗法，必須要測量出電壓峰值V_max和I_max電流峰值才能夠得到復阻抗的模。