CN113985336A - 一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置及方法，调幅适配器的毫秒信号输入端与时间检定仪内部控制器的毫秒仪输出信号端直接连接；调幅适配器的秒信号输入端与时间检定仪内部控制器的数字式电秒表输出信号端直接连接；调幅适配器的单脉冲电压输出端与被校准电池充放电测试系统的电压测量端的正端连接；时间检定仪内部的DC12V输出端与调幅适配器的电压输入端连接；解决了现有技术不能校准电池充放电测试系统充放电时间等技术问题。

Description

一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置及方法

技术领域

本发明属于测量仪器校准技术，尤其涉及一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置及方法。

背景技术

电池充放电测试系统主要由直流稳定电源组成的充电单元、直流电子负载组成的放电单元、充电/放电切换单元、时间控制单元、测量单元、计算机显示与控制单元等部分组成，用于给电池充电放电时，检测电池的时间、电压、电流、容量、循环寿命等参数。同时，电池充放电测试系统能将所测得的电池两端的电压信号的波形显示出来。

电池的充电时间和放电时间简称电池的充放电时间，用电池充放电时，电池两端形成的脉冲电压信号的宽度来表示，用电池充放电测试系统进行测试。目前，典型的电池充放电测试系统充放电时间技术指标为：内部时基频率：10MHz，频率准确度：±1.0×10^-6；时间测量范围：1ms～1d，分辨力：0.1ms，最大允许误差为：±(1.0×10^-6×T+0.1ms)，T为充放电时间。

电池充放电快慢用电池的充放电速度表示，充放电速度越快、充放电时间就越短；反之，充放电速度越慢、充放电时间就越长。在保证电池性能及寿命的情况下，充电速度越快、充电时间就越短、效果就越好；反之，充电速度越慢、充电时间就越长、效果就越差。电池放电速度越快、放电时间就越短、效果就越差；反之，放电速度越慢、放电时间就越长、效果就越好。电池的充放电速度受电池的电极材料、电解液、充放电功率和环境温度等因素的影响。

电池的充放电时间是电池的一项重要参数，是研究的重要内容，电池的充放电时间用电池充放电测试系统进行测试。因此，精确测出电池的充放电时间，找出各种不同的电极材料、电解液、充放电功率、环境温度等因素对充放电时间的影响，为研制和改进电池性能，减少充电时间、延长放电时间提供技术支持。对电池充放电测试系统的充放电时间进行校准，是保证电池的充放电时间参数准确可靠、量值统一的关键。

目前，现有的电池充放电测试仪可按JJF(军工)108-2015《电池充放电测试仪校准规范》进行校准，但该规范只给出了电压、电流和电流上升时间参数的校准方法，而规范中对充放电时间参数校准并未提及。

目前，电池充放电测试系统充放电时间的校准没有合适的检定规程或校准规范作指导，也没有合适的专用校准仪器。常用的一种用波形记录仪作比较测量时的仪器连接如图1所示。

左边的框表示电池充放电测试系统，中间的框表示电池，右边的框表示波形记录仪。它用波形记录仪和电池充放电测试系统同时测量电池的充放电时间，对二者的测得值进行比较分析，判断其是否满足技术指标要求。

电池充放电测试系统的A1和A2为电压测量端，A1为正端，A2为负端，用于测量电池两端的充放电电压。由于流过的电流较小，端子比较细。A3和A4为充放电电流端，A3为正端，A4为负端，用于给电池提供充电电流和放电电流。由于流过的电流较大，端子比较粗。

电池的正端与A1、A3、波形记录仪的电压测量通道1的正端相连，电池的负端与A2、A4、波形记录仪的电压测量通道1的负端相连。

充电时间比较测量原理是：电池充放电测试系统内部的直流稳定电源组成的充电单元在t1时刻，通过充放电电流端A3和A4向电池提供充电电流，到达t2时刻，电池的电压充到规定的电压值V2后，充放电电流端A3和A4停止输出充电电流，充电结束。电池充放电测试系统测得的电池两端的充电电压信号波形如图2所示。在t1、t2时刻，电池充放电测试系统测得的电池两端的充电电压分别为V1和V2，测得的充电时间为T；与此同时，波形记录仪测得的电池两端的充电电压信号波形如图3所示，在t1、t2时刻，波形记录仪测得的电池两端的充电电压分别为V3和V4，测得的充电时间为T₀。

放电时间比较测量原理是：电池充放电测试系统内部的直流电子负载组成的放电单元在t1时刻，通过充放电电流端A3和A4对电池进行放电，电池输出放电电流，到达t2时刻，电池的电压放到规定的电压值V6后，充放电电流端A3和A4停止输出放电电流，放电结束。电池充放电测试系统测得的电池两端的放电电压信号波形如图4所示，在t1、t2时刻，电池充放电测试系统测得的电池两端的放电电压分别为V5和V6，测得的放电时间为T；与此同时，波形记录仪测得的电池两端的放电电压信号波形如图5所示，在t1、t2时刻，波形记录仪测得的电池两端的放电电压分别为V7和V8，测得的放电时间为T₀。

充电时间和放电时间测量误差按公式(1)计算：

△T＝T-T₀ (1)

式中：△T为充电时间或放电时间测量误差；

T为电池充放电测试系统测得的充电时间或放电时间；

T₀为波形记录仪测得的充电时间或放电时间。

对测得的充电时间或放电时间测量误差△T进行分析，判断其是否满足技术指标要求。

目前，由于电池充放电测试系统充放电时间测量范围宽、时间长、精度高，校准其充放电时间的难点主要有：

第一：难于找到合适的能直接输出1d的标准时间信号的仪器

通常，时间间隔发生器和时间检定仪均有输出时间间隔的功能。由JJF1902-2021《时间间隔发生器校准规范》可知，时间间隔发生器输出的时间间隔通常最大达到10ks，约为2.78h，达不到电池充放电测试系统充放电时间测量范围的上限1d的技术要求。由JJG601-2003《时间检定仪检定规程》可知，时间检定仪输出的时间通常最大达到1d，它是由内部的恒温石英晶体振荡器经过分频得到不同的标准时间信号，通过控制电路，驱动电路，驱动用电磁铁做成的打表机构或其它控制机构，实现对毫秒仪、数字式电秒表和秒表的检定。由于其输出的脉冲电压信号幅度不可调，其波形、上升沿的上升时间、下降沿的下降时间也不符合电池充放电测试系统充放电时间测量的信号输入要求，因此不能直接用来校准电池充放电测试系统的充放电时间。

第二：难于找到合适的能直接测量1d的时间间隔测量仪

通常，时间间隔测量仪和通用计数器均有时间间隔测量功能。由JJG 238-2018《时间间隔测量仪检定规程》和JJG 349-2014《通用计数器检定规程》可知，其最长时间间隔测量范围通常为10ks，约为2.78h，达不到电池充放电测试系统充放电时间测量范围的上限1d的技术要求。

第三：难于找到其内部时基和分辨力都能满足要求的波形类测量仪

电池充放电测试系统充放电时间最大允许误差为：±(1.0×10^-6×T+0.1ms)，其中±1.0×10^-6为内部时基的频率准确度，T为充放电时间。如T取1d时，最大允许误差为：±(1.0×10^-6×1d+0.1ms)＝±86.5ms。根据时间频率量值传递要求，标准器应比被校仪器最大允许误差小10倍以上，即标准器的内部时基的频率准确度应优于：±1.0×10^-7，时间T如取1d时，最大允许误差应优于±8.65ms。目前，典型的波形类测量仪主要有示波器和波形记录仪。

由GJB 7691-2012《数字示波器检定规程》可知，数字示波器内部时基的频率准确度为：±1.0×10^-6，不能满足优于±1.0×10^-7的技术要求。

示波器的水平偏转系数通常最长达到1ks/div，示波器的水平方向通常显示宽度为10格，即10div。因此，在水平方向完整的显示10格的时间为10ks，约为2.78h，达不到电池充放电测试系统充放电时间测量范围的上限1d的技术要求。

示波器的水平方向通常显示宽度为10格，即10div，每1格又细分为5小格，最小分度值为0.2div，因此分辨力为0.1div。水平偏转系数为1ks/div时，分辨力为±100s，远远大于校准电池充放电测试系统充放电时间测量范围的上限1d时，其最大允许误差应优于±8.65ms的技术要求。因此，示波器不满足校准电池充放电测试系统充放电时间的技术要求。

由JJF 1876-2020《波形记录仪校准规范》可知，波形记录仪内部时基的频率准确度为：±1.0×10^-6，不能满足优于±1.0×10^-7的技术要求。

波形记录仪的记录时间最长可达数年而不间断，通常波形记录仪的水平偏转系数在存储工作方式下最长达到5min/div，在记录工作方式下最长达到1h/div。波形记录仪的水平方向通常显示宽度为25格(如日本日置公司生产的典型的8861型波形记录仪)，即25div，每1格又细分为5小格，最小分度值为0.2div，因此分辨力为0.1div。在存储工作方式下水平偏转系数最长达到5min/div时，分辨力为±0.5min，即±30s；在记录工作方式下水平偏转系数最长达到1h/div时，分辨力为±0.1h,即±360s。在这两种情况下，远远大于校准电池充放电测试系统充放电时间测量范围的上限1d时，其最大允许误差应优于±8.65ms的技术要求。因此，波形记录仪不满足校准电池充放电测试系统充放电时间的技术要求。

由于难于找到可用于直接校准电池充放电测试系统充放电时间的标准仪器，因此，校准电池充放电测试系统充放电时间是需要解决的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置及方法，以解决现有技术不能校准电池充放电测试系统充放电时间等技术问题。

本发明技术方案：

一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置，它包括时间检定仪，调幅适配器的毫秒信号输入端与时间检定仪内部控制器的毫秒仪输出信号端直接连接；调幅适配器的秒信号输入端与时间检定仪内部控制器的数字式电秒表输出信号端直接连接；调幅适配器的单脉冲电压输出端与被校准电池充放电测试系统的电压测量端的正端连接；时间检定仪内部的DC12V输出端与调幅适配器的电压输入端连接。

所述调幅适配器包括单刀双投开关K1，单刀双投开关K1的常开触点B3引出到接线端B1，接线端B1与时间检定仪内部控制器的毫秒仪输出信号端直接连接；常闭触点B4引出到接线端B2，接线端B2与时间检定仪内部控制器的数字式电秒表输出信号端直接连接；单刀双投开关K1的转换触点B5连接到电阻R1的一端，电阻R1的另一端与NPN型晶体开关三极管Q1的基极相连；NPN型晶体开关三极管Q1的发射极连接到电位器W2的一固定端和单刀双投开关K2的常开触点B8，电位器W2的另一固定端与调节端相连后连接到地端GND；NPN型晶体开关三极管Q1的集电极与电阻R2的一端、电位器W1的一固定端和单刀双投开关K2的常闭触点B7相连，电位器W1的另一固定端与调节端相连后连接到地端GND；单刀双投开关K2的转换触点B9引出到接线端B10；接线端B10与被校准电池充放电测试系统的电压测量端的正端连接；电阻R2的另一端与时间检定仪内部的DC12V输出端连接。

所述时间检定仪为SJ-3A型时间检定仪；调幅适配器的秒信号输入端和调幅适配器的毫秒信号输入端直接与SJ-3A型时间检定仪内部的8031型单片机的引脚14和引脚16连接。

所述校准方法是利用时间检定仪的检定毫秒仪功能和检定数字式电秒表功能，输出标准的用脉冲电压宽度表示时间的单脉冲电压信号，经调幅适配器后，输出幅度可调的单脉冲电压信号加到电池充放电测试系统的电压测量端，去校准电池充放电测试系统的充放电时间。

所述校准电池充放电测试系统的充放电时间的方法为：在时间检定仪为检定毫秒仪功能或检定数字式电秒表功能时，输出的单脉冲电压信号经调幅适配器后，加到电池充放电测试系统电压测量端A1和A2上，在电池充放电测试系统设置为充电测量功能时，测出单脉冲电压波形的宽度，即测得充电时间；在电池充放电测试系统设置为放电测量功能时，测出单脉冲电压波形的宽度，即测得放电时间。

所述校准电池充放电测试系统的充放电时间，它包括1ms～1s充电时间或放电时间校准，具体包括：

步骤1、用电缆将调幅适配器的B6端连接于SJ-3A型时间检定仪内部的12V直流稳压电源的12V电压输出端，用电缆将调幅适配器的B1和B2端分别连接到SJ-3A型时间检定仪内部的8031型单片机的引脚16和引脚14，用电缆将调幅适配器的B10端连接到电池充放电测试系统充放电电压测量端A1；

步骤2、将单刀双投开关K1打到常开触点B3，单刀双投开关K2打到常开触点B8；

步骤3、设置SJ-3A型时间检定仪为检定毫秒仪功能；

步骤4、根据要校准的时间点，设置时间检定仪输出的标准时间为T₀；

步骤5、调节电位器W1，使电阻值为最大值；

步骤6、调节电位器W2，使调幅适配器输出的单脉冲电压信号幅度在电池充放电测试系统电压测量功能所选的电压测量量程范围内；

步骤7、启动电池充放电测试系统充电测量功能或放电测量功能；

步骤8、启动时间检定仪输出标准时间；

步骤9、电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下分别测出单脉冲电压信号波形；

步骤10、电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下分别测出其单脉冲电压信号波形的脉冲宽度T，即充电时间或放电时间；

步骤11、充电时间或放电时间测量误差按公式(2)计算：

△T＝T-T₀ (2)

式中：△T为充电时间或放电时间测量误差；T为电池充放电测试系统测得的充电时间或放电时间；T₀为时间检定仪输出的标准时间。

步骤12、判断电池充放电测试系统测得的充电时间或放电时间是否满足技术指标要求，如ΔT在其最大允许误差范围内，则合格，否则不合格。

所述校准电池充放电测试系统的充放电时间，它包括1s～1d充电时间或放电时间校准，具体包括：

步骤1、用电缆将调幅适配器的接线端B6接于SJ-3A型时间检定仪内部的12V直流稳压电源的12V电压输出端，用电缆将调幅适配器的B1和B2端分别连接到SJ-3A型时间检定仪内部的8031型单片机的引脚16和引脚14，用电缆将调幅适配器的B10端连接到电池充放电测试系统充放电电压测量端A1；

步骤2、将单刀双投开关K1打到常闭触点B4，单刀双投开关K2打到常闭触点B7；

步骤3、设置SJ-3A型时间检定仪为检定数字式电秒表功能；

步骤4、根据要校准的时间点，设置时间检定仪输出的标准时间为T₀；

步骤5、调节电位器W2使电阻值为0；

步骤6、调节电位器W1使调幅适配器输出的单脉冲电压信号幅度在电池充放电测试系统电压测量功能所选的电压测量量程范围内；

步骤7、启动电池充放电测试系统充电测量功能或放电测量功能；

步骤8、启动时间检定仪输出标准时间；

步骤9、电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下分别测出单脉冲电压信号波形；

步骤10、电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下分别测出其单脉冲电压波形的脉冲宽度T，即充电时间或放电时间；

步骤11、充电时间或放电时间测量误差按公式(3)计算；

△T＝T-T₀ (3)

式中：△T为充电时间或放电时间测量误差；T为电池充放电测试系统测得的充电时间或放电时间；T₀为时间检定仪输出的标准时间。

步骤12、判断电池充放电测试系统测得的充电时间或放电时间是否满足技术指标要求：如ΔT在其最大允许误差范围内，合格，否则不合格。

本发明的有益效果：

本发明由2只单刀双投开关、2只电阻、2只电位器和1只NPN型晶体开关三极管组成调幅适配器，由调幅适配器和1台时间检定仪组成校准装置。利用从时间检定仪内部控制器的毫秒仪输出信号端和数字式电秒表输出信号端直接输出的单脉冲电压信号，经调幅适配器进行开关放大后，输出幅度可调、上升沿的上升时间和下降沿的下降时间均＜10ns的正向的单脉冲电压信号，此上升时间和下降时间同其脉冲宽度相比，其影响可忽略不计。

本发明采用从时间检定仪内部控制器的毫秒仪输出信号端和数字式电秒表输出信号端直接引出信号避免了常规时间检定仪输出端口引出信号导致的输出误差，提高了检测精度。

校准装置输出时间范围在100μs～99999s范围内可调，覆盖了电池充放电测试系统充放电时间测量范围1ms～1d。提供了一种解决电池充放电测试系统充放电时间校准的难题，解决了现有技术不能校准电池充放电测试系统充放电时间等技术问题。

本发明简单可靠，使用方便。由1台时间检定仪和调幅适配器构成校准装置，校准装置输出时间范围在100μs～99999s范围内可调，覆盖了电池充放电测试系统充放电时间测量范围1ms～1d，提供了一种解决电池充放电测试系统充放电时间校准的难题；解决了现有技术不能校准电池充放电测试系统充放电时间等技术问题。

附图说明

图1为现有技术用波形记录仪作比较测量时的仪器连接示意图；

图2为现有技术电池充放电测试系统测得的电池两端的充电电压信号波形；

图3为现有技术波形记录仪测得的电池两端的充电电压信号波形；

图4为现有技术电池充放电测试系统测得的电池两端的放电电压信号波形；

图5现有技术为波形记录仪测得的电池两端的放电电压信号波形；

图6为本发明调幅适配器电路示意图；

图7为本发明校准连接示意图；

图8为SJ-3A型时间检定仪前面板上毫秒仪接线柱上输出的单脉冲电压信号波形；

图9为SJ-3A型时间检定仪前面板上电秒表接线柱上输出的单脉冲电压信号波形；

图10为本发明电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下测得的脉冲宽度为1ms时的单脉冲电压信号波形示意图；

图11为本发明电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下测得的脉冲宽度为1d时的单脉冲电压信号波形示意图。

具体实施方式

一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置，它包括时间检定仪，调幅适配器的毫秒信号输入端与时间检定仪内部控制器的毫秒仪输出信号端直接连接；调幅适配器的秒信号输入端与时间检定仪内部控制器的数字式电秒表输出信号端直接连接；调幅适配器的单脉冲电压信号输出端与被校准电池充放电测试系统的电压测量端的正端连接；时间检定仪内部的DC12V输出端与调幅适配器的电压输入端连接。

调幅适配器电路图为图6所示：

调幅适配器的单刀双投开关K1的常开触点B3引出到毫秒信号输入端B1，常闭触点B4引出到秒信号输入端B2，转换触点B5连接到电阻R1的一端，电阻R1的另一端与NPN型晶体开关三极管Q1的基极相连。NPN型晶体开关三极管Q1的发射极连接到电位器W2的一固定端和单刀双投开关K2的常开触点B8，电位器W2的另一固定端与其调节端相连后连接到地端GND。NPN型晶体开关三极管Q1的集电极与电阻R2的一端、电位器W1的一固定端、单刀双投开关K2的常闭触点B7相连，电位器W1的另一固定端与其调节端相连后连接到地端GND。电阻R2的另一端为电压输入端B6，单刀双投开关K2的转换触点B9引出到单脉冲电压信号输出端B10。

接线端B1、B2和B6为焊盘，接线端B10为BNC型接头。

所述调幅适配器的B1端与时间检定仪内部控制器的毫秒仪输出信号端直接连接；B2端与时间检定仪内部控制器的数字式电秒表输出信号端直接连接；B10端与被校准电池充放电测试系统的电压测量端的正端连接；B6端与时间检定仪内部的DC12V输出端连接。

电阻R1起限流作用，限制流过Q1基极的电流过大。电阻R2起限流作用，限制流过Q1集电极的电流过大。Q1工作在截止区或饱和区，Q1处于截止状态或饱和导通状态，起切断或导通作用。W1和W2用于调节输出电压信号的幅度。

单刀双投开关K1打到常开触点B3，单刀双投开关K2打到常开触点B8，电位器W1调到最大电阻值，电位器W2调到适当电阻值。从B1端加入的正向的单脉冲电压信号经B3、B5、R1后加到Q1的基极，Q1工作在截止区或饱和区，低电平使Q1截止，高电平使Q1饱和导通。信号从Q1的发射极、B8、B9、B10后从B10端输出。电位器W2用于调节输出的单脉冲电压信号的幅度。

单刀双投开关K1打到常闭触点B4，单刀双投开关K2打到常闭触点B7，电位器W2调到电阻值为0，电位器W1调到适当电阻值。从接线端B2加入的负向的单脉冲电压信号经B4、B5、R1后加到Q1的基极，Q1工作在饱和区或截止区，高电平使Q1饱和导通，低电平使Q1截止。信号从Q1的集电极、B7、B9、B10后从B10端输出。电位器W1用于调节输出的单脉冲电压信号的幅度。

由于调幅适配器的NPN型晶体开关三极管Q1工作在饱和区或截止区，处于饱和导通状态或截止状态，工作在开关状态，其自身的上升时间和下降时间很小，对从B1和B2端输入的单脉冲电压信号的上升时间和下降时间影响可忽略不计。

校准连接示意图如图7所示，左边的框表示SJ-3A型时间检定仪，内部的12V直流稳压电源和8031型单片机画于图中。中间部分为适配器。右边的框表示电池充放电测试系统，电压测量端A1和A2，充放电电流端A3和A4画于图中。

时间检定仪为贵州省计量测试技术研究所实验工厂生产的SJ-3A型时间检定仪，它主要由电源、5MHz恒温石英晶体振荡器、8031型单片机组成的微机系统、时基分频器、多路电子开关、输出电路、键盘、显示器、夹具等部分组成。其工作原理是：恒温石英晶体振荡器产生的5MHz标准频率信号，经时基分频器分频，产生不同的标准时间间隔信号，再经多路电子开关选择不同的标准时间间隔信号，通过控制电路，驱动电路后，光电耦合器，开关输出电路后，分别引到仪器前面板上的毫秒仪接线柱、电秒表接线柱和秒表接线柱上，驱动用电磁铁做成的打表机构或其它控制机构，实现对毫秒仪、数字式电秒表和秒表的检定。

从SJ-3A型时间检定仪内部的8031型单片机的引脚16输出的毫秒级的正向的单脉冲电压信号，其前沿的上升时间和后沿的下降时间均为ns级。但经过其后的驱动电路、开关输出电路后，引到仪器前面板上的毫秒仪接线柱上，从其接线柱上输出的单脉冲电压信号波形如图9所示。其前沿的上升时间和后沿的下降时间均显著增大，为μs级，对SJ-3A型时间检定仪输出范围在1ms～1s的时间的影响较大，不能忽略，不满足时间的量值传递要求。同时，其输出单脉冲电压信号幅度V9为固定值4V，不可调，也不满足电池充放电测试系统的电压测量端电压信号输入要求。

从SJ-3A型时间检定仪内部的8031型单片机的引脚14输出的秒级的负向的单脉冲电压信号，其前沿的下降时间和后沿的上升时间均为ns级。但经过其后的驱动电路、光电耦合器、开关输出电路后，引到仪器前面板上的电秒表接线柱上，从其接线柱上输出的单脉冲电压信号波形如图10所示。其前沿的下降时间和后沿的上升时间均显著增大，为ms级，对SJ-3A型时间检定仪输出范围在1s～1d的时间的影响较大，不能忽略，不满足时间的量值传递要求。同时，其输出单脉冲电压信号幅度V10为固定值60V，不可调，也不满足电池充放电测试系统的电压测量端电压信号输入要求。

从上面的分析可知，从SJ-3A型时间检定仪的前面板上的毫秒仪输出端、电秒表输出端输出的单脉冲电压信号，其幅度不可调，上升沿的上升时间和下降沿的下降时间较大，对输出的单脉冲电压信号的脉冲宽度即输出时间的影响不能忽略，不符合电池充放电测试系统充放电时间测量的信号输入要求，因此不能直接用来校准电池充放电测试系统的充放电时间。

调幅适配器的接线端B1和B2分别连接于SJ-3A型时间检定仪内部的8031型单片机的引脚16和引脚14，接线端B6接于SJ-3A型时间检定仪内部的12V直流稳压电源的12V电压输出端，调幅适配器的地端GND与SJ-3A型时间检定仪的地端GND、电池充放电测试系统的地端GND连接在一起。调幅适配器的B10端与电池充放电测试系统的电压测量端的正端A1相连接，电池充放电测试系统的电压测量端的负端A2与地端GND相连接。

从8031型单片机的引脚14和引脚16分别输出负向的和正向的单脉冲电压信号，经单刀双投开关K1选择后，分别加入调幅适配器。由于调幅适配器的NPN型晶体开关三极管Q1工作在饱和区或截止区，处于饱和导通状态或截止状态，工作在开关状态，使输入的负向的或正向的单脉冲电压信号的上升沿的上升时间和下降沿的下降时间减小。最后经单刀双投开关K2选择后，经B10端输出的这两种正向的单脉冲电压信号的上升时间和下降时间均＜10ns，与此正向单脉冲电压信号的脉冲宽度相比，其影响可忽略不计。

校准的工作原理是利用SJ-3A型时间检定仪的检定毫秒仪功能和检定数字式电秒表功能，输出标准的用脉冲电压宽度表示时间的单脉冲电压信号，经调幅适配器后，输出幅度可调的单脉冲电压信号，加到电池充放电测试系统的电压测量端，去校准电池充放电测试系统的充放电时间。

将单刀双投开关K1打到常开触点B3，单刀双投开关K2打到常开触点B8，调节电位器W1使其电阻值为最大值，调节电位器W2，使调幅适配器输出的单脉冲电压信号幅度在电池充放电测试系统电压测量功能所选的电压测量量程范围内。设置SJ-3A型时间检定仪为检定毫秒仪功能，按启动键，则从8031型单片机的引脚16输出低电平为0V，高电平为4V，脉冲宽度从1ms～99.999s可调的正向的单脉冲电压信号。此信号经B1、B3、B5、R1后加到Q1的基极，低电平为0V时使Q1截止，高电平为4V时使Q1饱和导通。信号经Q1的发射极、B8、B9、B10后加到电池充放电测试系统的A1端，电位器W2用于调节输出信号的幅度。

将单刀双投开关K1打到常闭触点B4，单刀双投开关K2打到常闭触点B7，调节电位器W1使调幅适配器输出的单脉冲电压信号幅度在电池充放电测试系统电压测量功能所选的电压测量量程范围内，调节电位器W2使其电阻值为0。设置SJ-3A型时间检定仪为检定数字式电秒表功能，按启动键，则从8031型单片机的引脚14输出高电平为4V，低电平为0V，脉冲宽度从1s～99999s可调的负向的单脉冲电压信号。此信号经B2、B4、B5、R1后加到Q1的基极，高电平为4V时使Q1饱和导通，低电平为0V时使Q1截止，信号经Q1的集电极、B7、B9、B10后加到电池充放电测试系统的A1端，电位器W1用于调节输出信号的幅度。

由于电池充放电测试系统测试电池的充电时间或放电时间时，均是测出和电压测量端A1和A2相连的电池两端的充电或放电电压信号波形的宽度，即充电时间或放电时间。因此，对于上述SJ-3A型时间检定仪设置在检定毫秒仪功能或检定数字式电秒表功能时，其输出的单脉冲电压信号经调幅适配器后，加到电池充放电测试系统电压测量端A1和A2上，对于加到A1和A2端上的同一信号，在电池充放电测试系统设置为充电测量功能时，测出其单脉冲电压信号波形的宽度，即测得充电时间；在电池充放电测试系统设置为放电测量功能时，测出其单脉冲电压信号波形的宽度，即测得放电时间。

一种电池充放电测试系统充放电时间校准方法包括1ms～1s充电时间或放电时间校准方法，和1s～1d充电时间或放电时间校准方法。

1ms～1s充电时间或放电时间校准方法包括：

步骤1、用电缆将调幅适配器的B6端连接于SJ-3A型时间检定仪内部的12V直流稳压电源的12V电压输出端，用电缆将调幅适配器的B1和B2端分别连接到SJ-3A型时间检定仪内部的8031型单片机的引脚16和引脚14，用电缆将适配器的B10端连接到电池充放电测试系统充放电电压测量端A1；

步骤2、将单刀双投开关K1打到常开触点B3，单刀双投开关K2打到常开触点B8；

步骤3、设置SJ-3A型时间检定仪为检定毫秒仪功能；

步骤4、根据要校准的时间点，设置时间检定仪输出的标准时间为T₀；

步骤5、调节电位器W1，使其电阻值为最大值；

步骤6、调节电位器W2，使调幅适配器输出的单脉冲电压信号幅度在电池充放电测试系统电压测量功能所选的电压测量量程范围内；

步骤7、启动电池充放电测试系统充电测量功能或放电测量功能；

步骤8、启动时间检定仪输出标准时间；

步骤9、电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下分别测出其单脉冲电压信号波形；

步骤10、电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下分别测出其单脉冲电压信号波形的脉冲宽度T，即充电时间或放电时间；

步骤11、充电时间或放电时间测量误差按公式(2)计算；

步骤12、判断电池充放电测试系统测得的充电时间或放电时间是否满足技术指标要求：如ΔT在其最大允许误差范围内，合格，否则不合格。

1s～1d充电时间或放电时间校准方法包括：

步骤1、用电缆将调幅适配器的接线端B6接于SJ-3A型时间检定仪内部的12V直流稳压电源的12V电压输出端，用电缆将调幅适配器的B1和B2端分别连接到SJ-3A型时间检定仪内部的8031型单片机的引脚16和引脚14，用电缆将调幅适配器的B10端连接到电池充放电测试系统充放电电压测量端A1；

步骤2、将单刀双投开关K1打到常闭触点B4，单刀双投开关K2打到常闭触点B7；

步骤3、设置SJ-3A型时间检定仪为检定数字式电秒表功能；

步骤4、根据要校准的时间点，设置时间检定仪输出的标准时间为T₀；

步骤5、调节电位器W2，使其电阻值为0；

步骤6、调节电位器W1，使调幅适配器输出的单脉冲电压信号幅度在电池充放电测试系统电压测量功能所选的电压测量量程范围内；

步骤7、启动电池充放电测试系统充电测量功能或放电测量功能；

步骤8、启动时间检定仪输出标准时间；

步骤9、电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下分别测出其单脉冲电压信号波形；

步骤10、电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下分别测出其单脉冲电压信号波形的脉冲宽度T，即充电时间或放电时间；

步骤11、充电时间或放电时间测量误差按公式(3)计算；

步骤12、判断电池充放电测试系统测得的充电时间或放电时间是否满足技术指标要求：如ΔT在其最大允许误差范围内，合格，否则不合格。

本实施例采用的时间检定仪为贵州省计量测试技术研究所实验工厂生产的SJ-3A型时间检定仪，输出的时间范围从100μs～99999s可调。所选用的内部恒温石英晶体振荡器频率为：5MHz，频率准确度为：±5.0×10^-8，其输出的时间最大允许误差为：±(5.0×10^-8×T+0.006ms)，T为输出时间。同时，所选用的SJ-3A型时间检定仪具有外参考频率标准输入端口。

用SJ-3A型时间检定仪输出1ms～99.999s标准时间的设置方法如下：

SJ-3A型时间检定仪设置为检定毫秒仪功能，即反复按前面板上的E/F键(注：显示E时的单位为ms，可输出1ms～99.999s；显示F时的单位为μs，可输出100μs)，直到显示E.00000，时间单位为ms。以设置为1ms为例，按数字键直到显示E.00001,即1ms。按启动键，将从8031型单片机的引脚16输出正向的单脉冲电压信号宽度为1ms的信号。此信号经调幅适配器B1、B3、B5、R1、Q1的发射极、B8、B9、B10后加到电池充放电测试系统的电压测量端A1，电池充放电测试系统分别在充电测量功能和放电测量功能下测得此脉冲宽度为1ms时的单脉冲电压信号波形如图10所示。

用SJ-3A型时间检定仪输出1s～99999s标准时间的设置方法如下：

SJ-3A型时间检定仪设置为检定数字式电秒表功能，即反复按前面板上的C/D键(注：C表示连续性，d表示触动性)，直到显示C.00000，时间单位为s。以设置为1d(注：1d＝86400s)为例，按数字键直到显示C.86400，即1d。按启动键，将从8031型单片机的引脚14输出负向的单脉冲电压信号宽度为1d的信号。此信号经调幅适配器的B2、B4、B5、R1、Q1的集电极、B7、B9、B10后加到电池充放电测试系统的电压测量端A1，电池充放电测试系统分别在充电测量功能和放电测量功能下测得此脉冲宽度为1d时的单脉冲电压信号波形如图11所示。

校准装置主要技术指标：

内部恒温石英晶体振荡器频率：5MHz，准确度：±5.0×10^-8；输出时间范围：100μs～99999s，最大允许误差：±(5.0×10^-8×T+0.006ms)，T为所设置的时间。具有外参考频率标准输入端口，可采用外加更高精度的参考频率标准如铷原子频率标准、铯原子频率标准等来大幅提高输出时间的精度。

Claims (7)

1.一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置，它包括时间检定仪，其特征在于：调幅适配器的毫秒信号输入端与时间检定仪内部控制器的毫秒仪输出信号端直接连接；调幅适配器的秒信号输入端与时间检定仪内部控制器的数字式电秒表输出信号端直接连接；调幅适配器的单脉冲电压输出端与被校准电池充放电测试系统的电压测量端的正端连接；时间检定仪内部的DC12V输出端与调幅适配器的电压输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置，其特征在于：所述调幅适配器包括单刀双投开关K1，单刀双投开关K1的常开触点B3引出到接线端B1，接线端B1与时间检定仪内部控制器的毫秒仪输出信号端直接连接；常闭触点B4引出到接线端B2，接线端B2与时间检定仪内部控制器的数字式电秒表输出信号端直接连接；单刀双投开关K1的转换触点B5连接到电阻R1的一端，电阻R1的另一端与NPN型晶体开关三极管Q1的基极相连；NPN型晶体开关三极管Q1的发射极连接到电位器W2的一固定端和单刀双投开关K2的常开触点B8，电位器W2的另一固定端与调节端相连后连接到地端GND；NPN型晶体开关三极管Q1的集电极与电阻R2的一端、电位器W1的一固定端和单刀双投开关K2的常闭触点B7相连，电位器W1的另一固定端与调节端相连后连接到地端GND；单刀双投开关K2的转换触点B9引出到接线端B10；接线端B10与被校准电池充放电测试系统的电压测量端的正端连接；电阻R2的另一端与时间检定仪内部的DC12V输出端连接。

3.根据权利要求1所述的一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置，其特征在于：所述时间检定仪为SJ-3A型时间检定仪；调幅适配器的秒信号输入端和调幅适配器的毫秒信号输入端直接与SJ-3A型时间检定仪内部的8031型单片机的引脚14和引脚16连接。

4.如权利要求1所述的一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置的校准方法，其特征在于：所述校准方法是利用时间检定仪的检定毫秒仪功能和检定数字式电秒表功能，输出标准的用脉冲电压宽度表示时间的单脉冲电压信号，经调幅适配器后，输出幅度可调的单脉冲电压信号加到电池充放电测试系统的电压测量端，去校准电池充放电测试系统的充放电时间。

5.根据权利要求4所述的一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置的校准方法，其特征在于：所述校准电池充放电测试系统的充放电时间的方法为：在时间检定仪为检定毫秒仪功能或检定数字式电秒表功能时，输出的单脉冲电压信号经调幅适配器后，加到电池充放电测试系统电压测量端A1和A2上，在电池充放电测试系统设置为充电测量功能时，测出单脉冲电压波形的宽度，即测得充电时间；在电池充放电测试系统设置为放电测量功能时，测出单脉冲电压波形的宽度，即测得放电时间。

6.根据权利要求4所述的一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置的校准方法，其特征在于：所述校准电池充放电测试系统的充放电时间，它包括1ms～1s充电时间或放电时间校准，具体包括：

步骤1、用电缆将调幅适配器的B6端连接于SJ-3A型时间检定仪内部的12V直流稳压电源的12V电压输出端，用电缆将调幅适配器的B1和B2端分别连接到SJ-3A型时间检定仪内部的8031型单片机的引脚16和引脚14，用电缆将调幅适配器的B10端连接到电池充放电测试系统充放电电压测量端A1；

步骤2、将单刀双投开关K1打到常开触点B3，单刀双投开关K2打到常开触点B8；

步骤3、设置SJ-3A型时间检定仪为检定毫秒仪功能；

步骤4、根据要校准的时间点，设置时间检定仪输出的标准时间为T₀；

步骤5、调节电位器W1，使电阻值为最大值；

步骤6、调节电位器W2，使调幅适配器输出的单脉冲电压信号幅度在电池充放电测试系统电压测量功能所选的电压测量量程范围内；

步骤7、启动电池充放电测试系统充电测量功能或放电测量功能；

步骤8、启动时间检定仪输出标准时间；

步骤9、电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下分别测出单脉冲电压信号波形；

步骤10、电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下分别测出其单脉冲电压信号波形的脉冲宽度T，即充电时间或放电时间；

步骤11、充电时间或放电时间测量误差按公式(2)计算：

△T＝T-T₀ (2)

式中：△T为充电时间或放电时间测量误差；

T为电池充放电测试系统测得的充电时间或放电时间；

T₀为时间检定仪输出的标准时间。

步骤12、判断电池充放电测试系统测得的充电时间或放电时间是否满足技术指标要求，如ΔT在其最大允许误差范围内，则合格，否则不合格。

7.根据权利要求4所述的一种电池充放电测试系统充放电时间校准装置的校准方法，其特征在于：所述校准电池充放电测试系统的充放电时间，

它包括1s～1d充电时间或放电时间校准，具体包括：

步骤1、用电缆将调幅适配器的接线端B6接于SJ-3A型时间检定仪内部的12V直流稳压电源的12V电压输出端，用电缆将调幅适配器的B1和B2端分别连接到SJ-3A型时间检定仪内部的8031型单片机的引脚16和引脚14，用电缆将调幅适配器的B10端连接到电池充放电测试系统充放电电压测量端A1；

步骤2、将单刀双投开关K1打到常闭触点B4，单刀双投开关K2打到常闭触点B7；

步骤3、设置SJ-3A型时间检定仪为检定数字式电秒表功能；

步骤4、根据要校准的时间点，设置时间检定仪输出的标准时间为T₀；

步骤5、调节电位器W2使电阻值为0；

步骤6、调节电位器W1使调幅适配器输出的单脉冲电压信号幅度在电池充放电测试系统电压测量功能所选的电压测量量程范围内；

步骤7、启动电池充放电测试系统充电测量功能或放电测量功能；

步骤8、启动时间检定仪输出标准时间；

步骤9、电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下分别测出单脉冲电压信号波形；

步骤10、电池充放电测试系统在充电测量功能或放电测量功能下分别测出其单脉冲电压波形的脉冲宽度T，即充电时间或放电时间；

步骤11、充电时间或放电时间测量误差按公式(3)计算；

△T＝T-T₀ (3)

式中：△T为充电时间或放电时间测量误差；

T为电池充放电测试系统测得的充电时间或放电时间；

T₀为时间检定仪输出的标准时间。

步骤12、判断电池充放电测试系统测得的充电时间或放电时间是否满足技术指标要求：如ΔT在其最大允许误差范围内，合格，否则不合格。

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