刍议电池内阻测量系统设计.docx

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刍议电池内阻测量系统设计

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摘要：内阻是衡量电池性能的一个重要技术指标。一般而言，电池的容量越大，其内阻就越小，通过对内阻的测量就能评估容量的大小。可以根据电池全寿命内阻值的变化趋势来预测电池的寿命，因此对电池内阻这项性能指标越来越被人们重视，对其进行测量将有着非常重要的实际意义。

关键词：电池内阻；系统设计；测试

1电池内阻测量系统设计原理

本系统设计采用交流法，通过给电池施加一个交流低频小电流信号，当对电池两端施加ΔI=Imaxsin（2πft）的交流电流时，产生的电压响应为：

ΔU=Umaxsin（2πft+θ），θ：为注入电池的交流电流和其两端响应电压信号的相位差。

该测量系统由1kHz交流源，乘法器，A1，A2，测量放大器1，测量放大器2，相位检波器，DCV参考，放大器，低通滤波器，精密全波整流器，开关控制电路，电子负载电路和跟踪直流源组成。1kHz交流源，乘法器，A1，A2，测量放大器1，测量放大器2，相位检波器，DCV参考，放大器，低通滤波器，和精密全波整流器都是由相同的±6V电池组供电。开关控制电路，电子负载电路和跟踪直流源由电池单独供电。

测量放大器1和测量放大器2完全相同，在放大时，它们有相同的相位漂移，以确保相位检波器的精度。其增益是15.45，输入阻抗非常高。开关控制电路控制单刀双掷开关S2，当开关置于触点2位置时，电池通过电子负载放电。当开关触点1位置时，电池通过测量系统被测量。跟踪直流源的输出电阻非常小（r0＜0．05Ω），所以V3－V4≈电池的电压降（ACV）。测量系统设计成环路系统，当系统处于稳定状态时，Vb=－0.5Vc=1.25V（DCV）。以便电池的电压降V6（ACV）是一常数。调整放大器的增益，使V6=111mV（ACV）。

电池内阻幅值为

因为测量放大器1和测量放大器2增益相同，

相位检测器测量的相位值为：当相位差为180°时，V0=1.80V；当相位差为0°时，V0=θ×0.01V；（2）

因为通过电阻RS和电池的电流相同，所以IRS和Ibattery具有相同的相位。

因为电池内阻不是一个纯电阻，所以，RS的电压降和电池的电压降相位不同。RS上的电压降和电池的电压降被测量放大器1和测量放大器2放大后，它们的相位差θ可以通过相位检测器测量。

由R2，R3，C和A2组成积分器，当Vb＜0.5Vc，Vd↑→Vi↑→I↑→（V3－V4）↑→Va↑→Vb↑。当Vb上升到Vb=－0.5Vc，Vd是常量，Vi，I，（V3－V4），Va和Vb稳定。这个系统处于稳定状态。

积分器需要+6V单电源供电，以确保A2输出Vd≥0。如果积分器供电电压是±6V，A2输出为－4V≤Vd≤+4V．当V＜0，系统处于正反馈状态，系统将不稳定。

34970A数据采集器，具有0.004%FS直流电压测量准确度，61/2位（22bits）分辨力，多通道数据采集功能。通过34970A数据采集器的通道1和通道2分别测量V5电压值和相位检测器输出电压值V0，并计算电池阻抗Z和相位值θ。

2系统软件设计

测试软件是实现自动化测量的关键。电池内阻测量系统软件是基LabWindows/CVI虚拟仪器软件开发环境设计，利用C语言编写。接口通讯是LabWindows/CVI环境下直接调用GPIB接口的gpib．dll动态链接库，发送程控命令控制34970A数据采集器的通道1和通道2采集测量的电压值V5和Q值。软件编写采用模块化设计，方便灵活，可扩展性强，软件操作简单易用。程序流程图如图2所示。程序设计采用模块化设计，主要包括：初始化模块、参数设置模块、定时器控制数据采集模块、数据处理计算模块和证书打印模块等。首先对34970初始化，然后设置测量数据点数，设置并启动Timer定时器，定时启动取样，当取样时间间隔到达时，计算机自动通过GPIB接口卡向34970A数据采集器发出程控命令，控制34970A的通道1采集V5点电压，通道2采集相位检波器输出的电压值，测量数据在测量界面显。

3测试结果与分析

测量前先测量干电池电动势V，然后对该电池200mA电流对电子负载放电30min后，调用测试软件，进行第一次测量，用34970数据采集器测量V5电压和相位检波器电压V0，并计算出相位角和阻抗值，每次测量记录10组数据，计算其平均值，存入数据库中，第一次测量结束后，再测量干电池电动势，对该电池再以200mA电流对电子负载放电30min后，依照第一次测量方法进行第二次测量，以此类推，直至电池电动势低于2.2V为（该型号电池电势低于2.2V电能基本耗尽），测试数据表1所示。

第一次测量时，电池的能量已消耗七分之一，第二次测量时电池的能量已消耗七分之二，……第七次测量时，电池的能量已消耗尽。表1的数据表征了电池的能量损耗情况。由此，可准