蓄電池內(nèi)阻在線測(cè)量系統(tǒng)及仿真分析

　　引言

　　蓄電池以其在價(jià)格、可靠性、安全性上的優(yōu)勢(shì)，在生活中被越來越廣泛地應(yīng)用。例如，蓄電池在供電出現(xiàn)故障時(shí)可作為重要設(shè)備的后備電源，還可作為直接電源為汽車及其他機(jī)械設(shè)備供電。與其他電子設(shè)備不同，電池作為一種電化學(xué)設(shè)備，其狀態(tài)很不穩(wěn)定，很容易在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生很大變化，且在工作中其一直處于浮充電狀態(tài)。因此，對(duì)蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行有效的維護(hù)變得極為重要。

　　自上世紀(jì)80年代以來，人們就開始研究電池的物理化學(xué)特性，設(shè)想測(cè)量代表電池性能的參數(shù)，預(yù)知電池的狀態(tài)變化。研究表明[1]：利用監(jiān)測(cè)電池內(nèi)阻的方法檢測(cè)電池的性能，是目前公認(rèn)的最佳方法。因?yàn)殡娮枳鳛殡姵刈钪匾膮?shù)之一，與電池容量有著密切的關(guān)系，它不僅反映電池當(dāng)前的荷電狀態(tài)，而且還反映電池的劣化程度，其變化反映了電池的性能和壽命[2]。

　　目前，測(cè)量電池內(nèi)阻主要有兩種方法，即直流放電法和交流注入法。直流放電法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但其不能在線測(cè)量、對(duì)電池有損害等缺點(diǎn)使其注定只能應(yīng)用在對(duì)精度和安全要求不高的場(chǎng)合[2]。而交流注入法具有對(duì)電池?zé)o損害、在線測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此逐漸受到業(yè)界的推崇。

　　在實(shí)際測(cè)量應(yīng)用中，由于電池內(nèi)阻很小，干擾和噪聲對(duì)測(cè)量影響很大，而且測(cè)量連接線的阻抗也不可忽略，因此，如何減小干擾和噪聲就顯得尤為重要。

　　測(cè)量原理

　　為減小測(cè)量導(dǎo)線造成的誤差，通常采用四線制接法，即將信號(hào)注入回路與信號(hào)測(cè)量回路的連接線分開[3]。大量研究表明[4]：鎖相放大技術(shù)對(duì)克服外界干擾十分有效，因此，本文的系統(tǒng)采用鎖相放大技術(shù)來減小干擾和噪聲。交流法電池內(nèi)阻測(cè)量系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

　　交流電流源同時(shí)給待測(cè)電池及參考電阻提供交流電流，將電池及參考電阻兩端的交流電壓信號(hào)分別經(jīng)差分放大及濾波后送入鎖相放大器，然后將得到的信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理，最終得到被測(cè)電阻的阻值。下面通過數(shù)學(xué)的方法具體分析測(cè)量原理。

　　如圖1所示，交流信號(hào)發(fā)生器提供了穩(wěn)定可靠的交流信號(hào)，通過耦合驅(qū)動(dòng)電路得到交流恒流源。假設(shè)其電流表達(dá)式為：