CN106468738B - 一种蓄电池内阻的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池内阻的测量装置及方法，该测量装置包括方波脉冲发生电路、恒流放电电路和电容电压记忆电路，恒流放电电路连接于蓄电池的两输出端之间，方波脉冲发生电路连接恒流放电电路，电容电压记忆电路连接于蓄电池的两输出端之间；该脉冲发生电路能驱动该恒流放电电路以恒定电流进行间歇性放电，该电容电压记忆电路能记忆该蓄电池放电状态和停止放电状态的两输出端之间的电压信息U1和U2，已知蓄电池放电状态下的放电电流值I，则蓄电池的内阻值r＝(U2‑U1)/I。它具有如下优点：结构简单，测量性能稳定，测量精度高；通过对恒流放电电路进行脉冲式间歇放电，对蓄电池没有任何损害，提高了装置运行的安全性。

Description

一种蓄电池内阻的测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其是涉及一种蓄电池内阻的测量装置及方法。

背景技术

蓄电池作为停电时控制器的备用电源，已被广泛使用。蓄电池内阻是蓄电池好坏的重要标志之一。目前测试蓄电池内阻的常用方法有电流放电法和交流注入法。

直流法是通过对电池进行短时间的大电流放电，捕捉蓄电池在放电时端电压的变化，实现内阻的测量。这种方法的主要缺陷是：必须采用大电流放电，对蓄电池的寿命造成伤害；必须保证测量夹与蓄电池极柱稳定可靠连接，如果接触不好会打出电弧，存在安全隐患；同时较大电流对直流系统、充电系统、负载系统构成威胁。

传统的交流法是对蓄电池注入一定频率的交流恒流信号，同时捕捉蓄电池对于该交流信号的电压反馈信号，从而测出蓄电池的交流阻抗值。由于采用的是交流信号注入蓄电池，在测试过程中系统实际是在对蓄电池进行交替地充放电。这样的方法在实现过程中，测试信号对于蓄电池系统实际是干扰信号，增加了蓄电池系统上的谐波。同时，由于采用交流信号直接注入蓄电池系统，该信号易受到与蓄电池系统连接的充电设备的充电谐波干扰，而影响了测量的精度。

发明内容

本发明提供了一种蓄电池内阻的测量装置及方法，其克服了背景技术中所述的蓄电池内阻测量过程中对蓄电池损害大、安全隐患大以及测量精度受影响的缺点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种蓄电池内阻的测量装置，它包括方波脉冲发生电路、恒流放电电路和电容电压记忆电路，所述恒流放电电路连接于蓄电池的两输出端之间，所述方波脉冲发生电路连接恒流放电电路并能驱动该恒流放电电路以恒定电流进行间歇性放电，所述电容电压记忆电路连接于蓄电池的两输出端之间并能记忆该蓄电池的两输出端之间的电压信息，进而获得所述蓄电池的内阻值。

一实施例之中：所述恒流放电电路包括相串接的负载电阻和第一三极管，所述方波脉冲发生电路的信号输出端连接该第一三极管的基极并控制该第一三极管的导通或截止。

一实施例之中：所述恒流放电电路还包括用于调节该恒流放电电路的放电电流之大小的调流电路。

一实施例之中：该调流电路包括可调电阻和第二三极管；该可调电阻的调节端连接所述第二三极管的基极，一固定端连接所述第一三极管的发射极，另一固定端连接所述蓄电池的负极输出端；该第二三极管的发射极连接所述蓄电池的负极输出端，集电极连接所述第一三极管的基极。

一实施例之中：所述电容电压记忆电路包括第一电容、第二电容、第三三极管和第四三极管，该第一电容与第三三极管串接于所述蓄电池的两输出端之间，该第二电容与第四三极管串接于所述蓄电池的两输出端之间，该第三三极管的基极与所述第一三极管的集电极相连，该第四三极管的基极与所述方波脉冲发生电路的信号输出端相连。

一实施例之中：所述电容电压记忆电路还包括电容放电电路，该电容放电电路连接所述第一电容和第二电容。

一实施例之中：所述电容放电电路包括第五三极管和第六三极管；该第五三极管的发射极和集电极连接于该第一电容的两端，基极连接于所述蓄电池的正极输出端；该第六三极管的发射极和集电极连接于该第二电容的两端，基极连接于所述蓄电池的正极输出端。

一实施例之中：所述方波脉冲发生电路由7555振荡芯片构成。

一实施例之中：还包括用于判断并指示所述蓄电池的两输出端电压是否超过设定值的电源指示电路。

一实施例之中：该第三三极管和第四三极管的集电极-发射极饱和电压参数相等。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：

蓄电池内阻的测量方法，基于方案之一所述的一种蓄电池内阻的测量装置，它包括以下测量步骤：

步骤1，由方波脉冲发生电路产生方波脉冲信号，形成对恒流放电电路的间歇性导通控制并形成蓄电池的间歇性放电；

步骤2，电容电压记忆电路分别对蓄电池放电状态以及停止放电状态下其两输出端电压进行储能记忆，得到第一电压值U1和第二电压值U2；

步骤3，已知蓄电池放电状态下的放电电流值I，则蓄电池内阻r＝(U2-U1)/I。

一实施例之中：所述蓄电池放电状态下的放电电流值I为1A。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

该方波脉冲发生电路连接恒流放电电路并能驱动该恒流放电电路以恒定电流进行间歇性放电，通过电容电压记忆电路储能记忆该蓄电池的两输出端在恒流放电的带载期间和无恒流放电的空载期间对应的端电压，已知恒流放电电流，结合电容电压记忆电路的记忆电压，根据基尔霍夫电压定律得出蓄电池的内阻值。该测量装置为纯硬件电路装置，结构简单，测量性能稳定，不受外来信号干扰，测量精度高；同时通过对恒流放电电路进行脉冲式间歇放电，对蓄电池没有任何损害，提高了装置运行的安全性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了本发明所述的一种蓄电池内阻的测量装置的电原理图。

具体实施方式

一种蓄电池内阻的测量装置，它包括方波脉冲发生电路10、恒流放电电路20、电容电压记忆电路30和蓄电池输出电压的电源指示电路40，该恒流放电电路20连接于蓄电池的两输出端之间，该方波脉冲发生电路10连接恒流放电电路20并能驱动该恒流放电电路20以恒定电流进行间歇性放电，该电容电压记忆电路30连接于蓄电池的两输出端之间并能记忆该蓄电池的两输出端之间的电压信息，进而获得所述蓄电池的内阻值。该电源指示电路40连接于蓄电池的两输出端之间。本实施例中，该方波脉冲发生电路10由7555振荡芯片11构成。

该恒流放电电路20包括相串接的负载电阻21、第一三极管22和用于调节该恒流放电电路的放电电流之大小的调流电路，方波脉冲发生电路10的信号输出端连接该第一三极管21的基极并控制该第一三极管21的导通或截止。该调流电路包括可调电阻231和第二三极管232，该可调电阻231的调节端连接该第二三极管232的基极，该可调电阻231的一固定端连接第一三极管22的发射极，另一固定端连接蓄电池的负极输出端，该第二三极管232的发射极连接蓄电池的负极输出端，该第二三极管232的集电极连接第一三极管22的基极。

该电容电压记忆电路30包括第一电容31、第二电容32、第三三极管33和第四三极管34，该第一电容31与第三三极管33串接于该蓄电池的两输出端之间，该第二电容32与第四三极管34串接于该蓄电池的两输出端之间，该第三三极管33的基极与第一三极管22的集电极相连，该第四三极管34的基极与方波脉冲发生电路10的信号输出端相连。

该电容电压记忆电路30还包括电容放电电路，该电容放电电路连接第一电容31和第二电容32并能与该第一电容31和第二电容32形成放电回路。该电容放电电路包括第五三极管351和第六三极管352，该第五三极管351的发射极和集电极连接于该第一电容31的两端，基极连接于所述蓄电池的正极输出端；该第六三极管352的发射极和集电极连接于该第二电容32的两端，基极连接于所述蓄电池的正极输出端。

该电源指示电路40用于判断并指示所述蓄电池的两输出端电压是否超过设定值。该电源指示电路40包括一由TL431稳压管41构成的稳压电路和发光二极管42，该发光二极管42连接该TL431稳压管41的输出端，该稳压电路连接该蓄电池的两输出端。

本实施例所述的第一三极管22为由两个NPN型三极管构成的达林顿三极管，第二三极管232为NPN型三极管，第三三极管33、第四三极管34、第五三极管351和第六三极管352为PNP型三极管。

蓄电池内阻的测量方法，基于上述的一种蓄电池内阻的测量装置，它包括以下测量步骤：

步骤1，由方波脉冲发生电路产生方波脉冲信号，形成对恒流放电电路的间歇性导通控制并形成蓄电池的间歇性放电；

步骤2，电容电压记忆电路分别对蓄电池放电状态以及停止放电状态下其两输出端电压进行储能记忆，得到第一电压值U1和第二电压值U2；

步骤3，已知蓄电池放电状态下的放电电流值I，则蓄电池内阻r＝(U2-U1)/I。

优选地：该蓄电池放电状态下的放电电流值I选择1A。

如图1所示，方波脉冲发生电路采用7555时基集成电路，电阻R4、R5和电容C1选择合适的值，使7555方波脉冲发生电路的振荡周期T在100mS(T＝0.7(R4+2R5)C1)左右。方波脉冲发生电路的脉冲信号CP经7555芯片U1的第3脚输出。

1A恒流放电电路，由电阻R10、R11、R12、假负载RL和三极管V5、V6组成。在本装置A端接到12V5Ah蓄电池正极接线端子、B端接到蓄电池负极接线端子后，方波脉冲发生电路起振，在脉冲信号CP输出高电平期间，三极管V5导通，通过调整可调电阻R12，使流过假负载RL电流等于1A(取假负载RL＝8欧，用示波器观测RL两端电压，在脉冲信号CP输出高电平期间，RL两端电压8V)，这就是1A恒流放电电流，这时，蓄电池处于带载状态。在脉冲信号CP输出低电平期间，三极管V5截止，假负载RL没有电流流过，这时，蓄电池等同于处在空载状态。

电容电压记忆电路，由电阻R6、R7、R8、R9和三极管V1、V2、V3、V4以及电容C3、C4组成。在脉冲信号CP输出高电平期间，三极管V5导通，由于RL两端电压8V，三极管V3通过电阻R8、R11、V5形成回路，三极管V3饱和导通，电容C4得电，电容C4上的电压值UD＝E2-V3ce(cat)，这里，E2是假负载RL接入(三极管V5导通)时A、B两端电压，即带载时蓄电池两端电压，在这期间，三极管V1、V2、V4处于截止状态，电容C3上的电压值保持不变。在脉冲信号CP输出低电平期间，三极管V5截止，假负载RL没接入，三极管V2饱和导通，电容C3得电，电容C3上的电压值UC＝E1-V2ce(sat)，这里，E1是假负载RL没接入(三极管V5截止)时A、B两端电压，即空载时蓄电池两端电压，在这期间，三极管V1、V3、V4处于截止状态，电容C4上的电压值保持不变。挑选三极管V2、V3，使V3ce(sat)≈V2ce(sat)，因此，E1-E2≈UC-UD。在这里，电容C3起到蓄电池空载时电压值记忆作用，电容C4起到蓄电池带载时电压值记忆作用。依据欧姆定律，蓄电池内阻r＝(E1-E2)/I＝(UC-UD)/I，这里，I＝1A，因此，r(单位mΩ)＝(UC-UD)(单位mV)，这里，(UC-UD)的单位采用mV，蓄电池内阻r的单位是mΩ。因此，在C、D两端接电压表M1，电压表M1放在mV档测量，其电压表上的读数的值(单位mV)就是蓄电池内阻的值(单位mΩ)。

当A、B两端电压超过11V时，电阻R2两端电压超过2.5V，TL431芯片U2导通，发光二极管D2发光，用于电源指示。若A、B两端电压低于11V时，电阻R2两端电压低于2.5V，TL431芯片U2截止，发光二极管D2不发光。

当A、B两端刚断开蓄电池时，电容的C3储能通过三极管V1基极、R7、R1、R2形成回路，三极管V1导通，电容C3放电。同时，电容的C4储能通过三极管V4基极、R9、R1、R2形成回路，三极管V4导通，电容C4放电。电容C3、C4放电后，电容C3、C4回到初始状态。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种蓄电池内阻的测量装置，其特征在于：包括方波脉冲发生电路、恒流 放电电路和电容电压记忆电路，所述恒流放电电路连接于蓄电池的两输出端之间，

所述方波脉冲发生电路连接恒流放电电路并能驱动该恒流放电电路以恒定电流进行间歇性放电，所述电容电压记忆电路连接于蓄电池的两输出端之间并能记忆该蓄电池的两输出端之间的电压信息，进而获得所述蓄电池的内阻值；

所述恒流放电电路包括相串接的负载电阻和第一三极管，所述方波脉冲发生电路的信号输出端连接该第一三极管的基极并控制该第一三极管的导通或截止；

所述电容电压记忆电路包括第一电容、第二电容、第三三极管和第四三极管，该第一电容与第三三极管串接于所述蓄电池的两输出端之间，该第二电容与第四三极管串接于所述蓄电池的两输出端之间，该第三三极管的基极与所述第一三极管的集电极相连，该第四三极管的基极与所述方波脉冲发生电路的信号输出端相连。

2.根据权利要求 1 所述的蓄电池内阻的测量装置，其特征在于:所述恒流放电电路还包括用于调节该恒流放电电路的放电电流之大小的调流电路。

3.根据权利要求 2 所述的蓄电池内阻的测量装置，其特征在于：该调流电路包括可调电阻和第二三极管；该可调电阻的调节端连接所述第二三极管的基极，

一固定端连接所述第一三极管的发射极，另一固定端连接所述蓄电池的负极输出端；该第二三极管的发射极连接所述蓄电池的负极输出端，集电极连接所述第一三极管的基极。

4.根据权利要求 1 所述的蓄电池内阻的测量装置，其特征在于：所述电容电压记忆电路还包括电容放电电路，该电容放电电路连接所述第一电容和第二电容。

5.根据权利要求 4所述的蓄电池内阻的测量装置，其特征在于：所述电容放电电路包括第五三极管和第六三极管；该第五三极管的发射极和集电极连接于该第一电容的两端，基极连接于所述蓄电池的正极输出端；该第六三极管的发射极和集电极连接于该第二电容的两端，基极连接于所述蓄电池的正极输出端。

6.根据权利要求 1 所述的一种蓄电池内阻的测量装置，其特征在于：所述方波脉冲发生电路由 7555 振荡芯片构成。

7.根据权利要求 1 所述的一种蓄电池内阻的测量装置，其特征在于：还包括用于判断并指示所述蓄电池的两输出端电压是否超过设定值的电源指示电路。

8.根据权利要求 1 所述的一种蓄电池内阻的测量装置，其特征在于：该第三三极管和第四三极管的集电极-发射极饱和电压参数相等。

9.蓄电池内阻的测量方法，其特征在于：基于权利要求 1 所述的一种蓄电池内阻的测量装置，它包括以下测量步骤：

步骤 1，由方波脉冲发生电路产生方波脉冲信号，形成对恒流放电电路的间歇性导通控制并形成蓄电池的间歇性放电；

步骤 2，电容电压记忆电路分别对蓄电池放电状态以及停止放电状态下其两输出端电压进行储能记忆，得到第一电压值 U1 和第二电压值 U2；

步骤 3，已知蓄电池放电状态下的放电电流值 I，则蓄电池内阻 r=（U2-U1）/I。

10.根据权利要求 9 所述的蓄电池内阻的测量方法，其特征在于：所述蓄电池放电状态下的放电电流值 I 为 1A。

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