CN1291724A - 电池电压采样自动校准法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池电压采样自动校准法,属电子技术检测领域。本发明适用于镍镉电池、镍氢电池及锂离子电池采用二线法或三线法夹具在充放电过程中的电压采样,其特征是完全通过计算机软件处理,便可实现电压采样自动校准。本发明能在不改动硬件的情况下,提高电压采样精度,使用方便、灵活,大大提高设备的性能价格比。

Description

电池电压采样自动校准法
本发明涉及一种完全通过软件实现电池电压采样校准的方法，该方法适用于镍镉电池、镍氢电池及锂离子电池采用二线法或三线法夹具在充放电过程中的电压采样，应用在二次电池容量分选检测设备上，属电子技术检测领域。
目前，对镍镉电池、镍氢电池及锂离子电池的容量分选设备，主要采用二线法、三线法和四线法三种方法进行电压采样。其中四线法的电压采样精度最高，但是存在硬件成本较高(电路较复杂)、适应性较差(不能分选带有塑料包皮包装的电池)等局限性。对于采用二线法和三线法的容量分选设备，电路简单、适应性强，但是电压采样精度较差，导致容量分选准确度降低。对于二线法和三线法，影响电压采样精度的主要原因在于夹具和电池间存在接触电阻造成压降，而且接触电阻的大小具有不稳定性，当夹具的接触面清洁得较干净或夹具夹得较紧时，接触电阻较少，当夹具的接触面不清洁或夹具夹得较松时，接触电阻增大，同一台容量分选设备的不同夹具又有不同的接触电阻，如果简单地通过增减一个固定的电压差来达到电压校准的方法是不可行的。
本发明目的是提供一种通过软件实现电池电压采样自动校准的方法，能完全消除这方面的原因造成的电压采样误差，既保留了二线法、三线法的优点，又消除了它们在硬件电路原理中的固有误差，从而提高设备的性能价格比。
如图2，把电池等效于一个理想恒压源串联一个电阻RN，把夹具与电池间的接触电阻等效于一个电阻RJ，假设电池带负载时的实际电压记为V0，采样电压记为V1，零电流采样电压为V2，接触电阻压降记为VJ，电池内阻压降记为VN。对于充电过程，可以建立以下关系式：(1)V0=V1-VJ，(2)V2=V0-VN=V1-VJ-VN，(3)VN=RNIC，(4)VJ=V1-V2-VN=V1-V2-RNIC。由(4)式可知VJ等于
带负载采样电压V1与零电流采样电压V2之差再减去电池内阻压降VN，由(3)式可知电池内阻压降VN等于电池内阻RN乘以充电电流IC，计算出VJ后再由(1)式可以求出电池实际电压V0，因为在同一批电池的充放电检测过程中VJ是基本稳定不变的，因此测量出VJ后，将其保存，以后每次充电检测过程中巡检采集电池电压V1，再与VJ相减就能得到V0。同理，对于放电过程，放电电流IF流过电路的方向与充电过程相反，可以建立以下关系式：(5)V0=V1+VJ，(6)V2=V0+VN=V1+V1+VN，(7)VN=RNIF，(8)VJ=V2-V1-VN=V2-V1-RNIF。由(8)式可知VJ等于零电流采样电压V2与带负载采样电压V1之差再减去电池内阻压降VN，由(7)式可知电池内阻压降VN等于电池内阻RN乘以放电电流IF，计算出VJ后再由(5)式可以求出电池实际电压V0，测量出VJ后，将其保存，以后每次放电检测过程巡检采集电池电压V1，再与V1相加得到V0。
本发明的优点：1、能减少成本，使用软件实现电池电压自动电压校准，能达到更改硬件电路(改为四线法)的同等甚至更好的效果，使性能价格比提高；2、自动化程度高，能避免操作者的人为因素对电池电压采样造成的影响；3、适用性强，适用于任何采用二线法和三线法的二次电池容量分选设备。
图1、本发明电池两极电压采样的示意图
图2、本发明带负载充电过程电压采样的等效电路
图3、本发明带负载放电过程电压采样的等效电路
图4、本发明零电流电压采样的等效电路
图5、本发明电压采样自动校准软件流程图
图6、本实施例充电过程电池断电瞬间电压-时间曲线图
图7、本实施例放电过程电池断电瞬间电压-时间曲线图
图8、本发明使用前的充放电曲线
图9、本发明使用后的充放电曲线
以下结合附图说明本发明的具体实施方案：
计算机依据图5流程图编制软件，对电池电压进行采样。RN、IC、IF由上位计算机发送给下位计算机，下位计算机先采样一次带负载时的电压V1，接着用暂态将该路电流切断，在2ms内快速测量一次零电流电池电压V2。由(4)或(8)式求出VJ，将VJ保存起来，以后每次测量到V1后将其与VJ相加或相减即可得到电池实际电压V0，完成整个电池电压采样自动校准过程。为了确定零电流采样方式的准确性，特做以下试验，比较电池断电瞬间电压变化情况。采用AA型电池做放电断电试验，电池内阻RN=17mΩ、实测接触电阻压降VJ=3．5mV、放电电流IF=1000mA，采样时间间隔t=100μS，测出电池断电瞬间电压时间曲线如图6所示。图6中，V1=1．208V，V2=1．229V，RN=17mΩ，IF=1000mA，经计算，VJ=V2-V1-VN=V2-V1-RNIF=1．229-1．208-0．017×1=0．004V=4mV。其他条件相同做充电断电试验，电流IC=1000mA，测出电池断电瞬间电压时间曲线如图7所示。图7中，V1=1．344V，V2=1．323V，RN=17mΩ，IC=1000mA，经计算，VJ=V1-V2-VN=V1-V2-RNIC=1．344-1．323-0．017×1=0．004V=4mV 。试验证明，零电流采样方式测出的接触电阻压降与实测接触电阻压降基本相等，准确度很高。图8、图9是在“BS-9000二次电池自动检测装置”中在充放电条件完全一致的情况下对同一批镍氢电池使用本发明前后的检测数据。实验结果表明，使用本发明方法前，由于接触电阻造成电压采样误差，电池的充放电曲线一致性较差，使用本发明方法后，接触电阻造成电压采样误差消除，电池的充放电曲线一致性较好，效果明显。由此可知，本发明完全能克服二线法和三线法在电压采样上的缺陷，填补这一方面的空缺，使容量分选设备在性能指标上得到进一步提高。

Claims (2)

1、一种电池电压采样自动校准法，对镍镉电池、镍氢电池及锂离子电池采用二线法或三线法夹具在充放电过程中的电压采样，其特征在于采用计算机软件处理方法。①在充电过程中，采用以下关系式：(1)V0=V1-VJ，(2)V2=V0-VN=V1-VJ-VN，(3)VN=RNIC，(4)VJ=V1-V2-VN=V1-V2-RNIC。计算机对带负载充电电压V1，零电流电压V2采样，然后根据充电电流IC，计算出VN，再计算出接触电阻压降VJ，将V1与VJ相减，得出电池带负载充电时的实际电压V0。②在放电过程中，采用以下关系式：(5)V0=V1+VJ，(6)V2=V0+VN=V1+VJ+VN，(7)VN=RNIF，(8)VJ=V2-V1-VN=V2-V1-RNIF。计算机对带负载放电电压V1，零电流电压V2采样，然后根据放电电流IF，计算出VN，再计算出接触电阻压降VJ，将V1与VJ相加，得出电池带负载放电时的实际电压V0。
2、根据权利要求1所述的电池电压采样自动校准法，其特征在于计算机软件处理方法，采用图5所示的软件流程图。
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