一種蓄電池內阻測量儀的制作方法
【專利摘要】一種蓄電池內阻測量儀包括方波脈沖發(fā)生電路，其輸出的方波脈沖信號控制恒流充電電路和恒流放電電路，對蓄電池進行充、放電，使蓄電池上形成交流電壓信號，一交流放大電路對所述的交流電壓信號進行放大，交流放大電路輸出的放大信號送至一檢波電路，檢波電路將放大信號轉換成直流電壓信號，直流電壓信號被送至顯示器顯示對應的內阻值；其特點是所述的充、放電電路可對蓄電池輸入一恒定的交流電流，在蓄電池的內阻上形成一交流電壓信號，所述的交流電壓信號與蓄電池的內阻成正比關系，無需數(shù)據(jù)處理單元就能得出蓄電池的內阻；本測量儀測量誤差小于2.5%，結構簡單制造成本低。
【專利說明】一種蓄電池內阻測量儀

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種蓄電池內阻測量儀，具體的說是一種具有可讓交流電流通過蓄電 池在蓄電池的內阻上形成交流電壓的電子線路。
[0002]

【背景技術】
[0003] 目前測量蓄電池內阻的儀器主要有兩種，一種是儀器對蓄電池進行瞬間大電流放 電，測量蓄電池上瞬間電壓降，然后根據(jù)歐姆定律計算出蓄電池的內阻，另一種是向蓄電池 注入交流電流，在蓄電池上形成交流電壓，根據(jù)交流電壓和交流電流計算出蓄電池的內阻； 這兩種電路結構都比較復雜，需要電流傳感器、A/D轉換器，大功率電力電子器件以及智能 控制芯片，制造成本較高。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種蓄電池內阻測量儀，該測量儀能精確地測量出蓄電池的 內阻，并且電路簡單，制造成本低。
[0005] 本發(fā)明的技術方案是，蓄電池內阻測量儀包括方波脈沖發(fā)生電路，其輸出的方波 脈沖信號控制恒流充電電路和恒流放電電路，對蓄電池進行充、放電，使蓄電池上形成交流 電壓信號，恒流充電電路和恒流放電電路的輸出端與蓄電池的正極相連接，蓄電池的負極 接地，一交流放大電路的輸入端與蓄電池的正極相連接，對所述的交流電壓信號進行放大， 交流放大電路輸出的放大信號送至一檢波電路，檢波電路將放大信號轉換成直流電壓信 號，直流電壓信號被送至顯示器顯示對應的內阻值； 其特征是， 所述的方波脈沖發(fā)生電路包括型號為NE555的時基集成電路IC1，光耦LED1、LED2,時 基集成電路的引腳3通過電阻R12與光耦LED1的發(fā)光二極管陽極連接，光耦LED1的發(fā)光 二極管陰極接地，光耦LED1的光敏三極管作為恒流充電電路的通、斷開關；時基集成電路 的引腳7通過光耦LED2的發(fā)光二極管陰極、光耦LED2的發(fā)光二極管陽極、電阻R13接穩(wěn)壓 正電源V+，光耦LED2的光敏三極管作為恒流放電電路的通、斷開關；時基集成電路的引腳 4、8接穩(wěn)壓正電源V+，時基集成電路的引腳2、6通過電阻R11與時基集成電路的引腳3連 接，時基集成電路的引腳2、6通過電容C11接地，時基集成電路的引腳1接地，時基集成電 路的引腳5通過電容C12接地； 所述的恒流充電電路包括PNP型的三極管T21、T22,三極管T21的基極分別通過穩(wěn)壓 二極管DW21接正電源VI和電阻R21接地，三極管T21的發(fā)射極與三極管T22的基極連接， 三極管T22的發(fā)射極通過電阻R22接正電源VI，三極管T21、T22的集電極接光耦LED2的 光敏三極管的集電極，光耦LED2的光敏三極管的發(fā)射極接到蓄電池 E的正極； 所述的恒流放電電路包括NPN型的三極管T31、T32,三極管T31的基極分別通過電阻 R31接正電源VI、通過穩(wěn)壓二極管DW31接地，三極管T31的發(fā)射極與三極管T32的基極連 接，三極管T32的發(fā)射極通過電阻R32接地，三極管T31、T32的集電極接光耦LED2的光敏 三極管的發(fā)射極，光耦LED2的光敏三極管的集電極接到蓄電池 E的正極。
[0006] 本發(fā)明的有益效果是，時基集成電路的引腳3、7可輸出對稱的方波脈沖，使光耦 LED 1、LED2的光敏三極管分別導通與截止，控制恒流充電電路和恒流放電電路中電流的通、 斷，實現(xiàn)對蓄電池的恒流充、放電，相當于對蓄電池輸入一恒定的交流電流，在蓄電池的內 阻上形成一交流電壓信號；與傳統(tǒng)的交流恒流源電路結構相比本恒流充電電路和恒流放電 電路構成的交流恒流源，其結構簡單，恒流穩(wěn)定；所述的交流電壓信號與蓄電池的內阻成正 比關系；由于恒流充電電路和恒流放電電路輸出的電流是恒定的和已知的，所以可省去電 流傳感器以及相應的電流測量電路；由于在蓄電池內阻上形成的交流電壓信號是與蓄電池 的內阻成正比關系，可省去數(shù)據(jù)處理步驟，相應地可省去智能芯片或數(shù)據(jù)處理器；所述的方 波脈沖發(fā)生電路對恒流充電電路和恒流放電電路的控制是通過光耦耦合實現(xiàn)的，避免了方 波脈沖發(fā)生電路與恒流充電電路和恒流放電電路之間相互干擾，減小測量誤差。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明的電原理圖。
[0008] 圖2為交流放大電路的電原理圖。
[0009] 圖3為蓄電池電壓和交流放大電路輸出電壓的波形圖。

【具體實施方式】
[0010] 現(xiàn)結合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0011] 本發(fā)明的蓄電池內阻測量儀，包括方波脈沖發(fā)生電路，受控于方波脈沖發(fā)生電路 輸出的方波脈沖信號的恒流充電電路和恒流放電電路，恒流充電電路和恒流放電電路的輸 出端與蓄電池的正極相連接，對蓄電池進行充、放電在蓄電池上形成交流電壓信號，一交流 放大電路的輸入端與蓄電池的正極相連接，對所述的交流電壓信號進行放大，交流放大電 路輸出的放大信號送至一檢波電路，檢波電路將放大信號轉換成直流電壓信號，直流電壓 信號被送至顯示器顯示對應的內阻值。
[0012] 所述的方波脈沖發(fā)生電路，它包括型號為NE555的時基集成電路IC1，光耦LED1、 LED2，時基集成電路的引腳4、8接穩(wěn)壓正電源V+，時基集成電路的引腳2、6通過電阻Rl 1與 時基集成電路的引腳3連接，時基集成電路的引腳2、6通過電容C11接地，時基集成電路的 引腳1接地，時基集成電路的引腳5通過電容C12接地；由此構成可輸出兩路占空比為50% 方波脈沖的發(fā)生器，其振蕩頻率與電阻Rl 1和電容Cl 1的大小相關，兩路方波脈沖分別從時 基集成電路的引腳3和引腳7輸出，當引腳3為高電平時引腳7為低電平，反之亦然； 時基集成電路的引腳3通過電阻R12與光耦LED1的發(fā)光二極管陽極連接，光耦LED1 的發(fā)光二極管陰極接地，光耦LED1的光敏三極管作為恒流充電電路的通、斷開關；時基集 成電路的引腳7通過光耦LED2的發(fā)光二極管陰極、光耦LED2的發(fā)光二極管陽極、電阻R13 接穩(wěn)壓正電源V+，光耦LED2的光敏三極管作為恒流放電電路的通、斷開關；當光耦LED1的 光敏三極管導通時光耦LED2的光敏三極管截止，反之亦然，所述的光敏三極管的導通與截 止的時間寬度相等。所述的光耦LEDULED2的信號為TLP521。
[0013] 所述的恒流充電電路包括PNP型的三極管T21、T22,三極管T21的基極分別通過穩(wěn) 壓二極管DW21接正電源VI和電阻R21接地，三極管T21的發(fā)射極與三極管T22的基極連 接，三極管T22的發(fā)射極通過電阻R22接正電源VI，三極管T21、T22的集電極接光耦LED2 的光敏三極管的集電極，光耦LED2的光敏三極管的發(fā)射極接蓄電池 E的正極；當光耦LED1 的光敏三極管導通時，三極管T22向蓄電池充電；所述的穩(wěn)壓二極管DW21和電阻R21為三 極管T22提供基準電壓，選擇電阻R22的阻值可確定充電電流，充電電流為穩(wěn)壓二極管DW21 的穩(wěn)壓值與電阻R22的阻值之比；在本實施例中穩(wěn)壓二極管DW21的穩(wěn)壓值為6. 3V，充電電 流為100mA，蓄電池標稱電壓為12V，所述的正電源VI電壓為24V。
[0014] 所述的恒流放電電路包括NPN型的三極管T31、T32,三極管T31的基極分別通過 電阻R31接正電源VI、通過穩(wěn)壓二極管DW31接地，三極管T31的發(fā)射極與三極管T32的基 極連接，三極管T32的發(fā)射極通過電阻R32接地，三極管T31、T32的集電極接光耦LED2的 光敏三極管的發(fā)射極，光耦LED2的光敏三極管的集電極接蓄電池 E的正極，當光耦LED2的 光敏三極管導通時，三極管T32向蓄電池輸出負電流即蓄電池通過三極管T32放電；所述 的穩(wěn)壓二極管DW31和電阻R31為三極管T32提供基準電壓，選擇電阻R32的阻值可確定放 電電流；穩(wěn)壓二極管DW31的穩(wěn)壓值也為6. 3V，放電電流與充電流相同。所述的穩(wěn)壓二極管 DW21、DW31 的型號為 IN5234。
[0015] 所述的交流放大電路應具有足夠的放大倍數(shù)以滿足負載(檢波電路）的要求，在本 實施例中交流放大電路(其電原理圖見圖2)由兩級反相放電器組成，第一級反相放電器包 括型號為0P07的運算放大器A1，運算放大器A1的反相輸入端通過電阻R42與運算放大器 A1的輸出端連接，運算放大器A1的同相輸入端通過電阻R43接地，電解電容C41與電阻R41 串聯(lián)，電解電容C41的正極接蓄電池的正極，電阻R41的一端接運算放大器A1的反相輸入 端；電解電容C41對蓄電池的直流電壓進行隔離。第二級反相放電器包括型號為0P07的運 算放大器A2,運算放大器A2的反相輸入端通過電阻R52與運算放大器A2的輸出端連接， 運算放大器A2的同相輸入端通過電阻R53接地，電解電容C51與電阻R51串聯(lián)，電解電容 C51的正極運算放大器A1的輸出端，電阻R51的一端接運算放大器A2的反相輸入端。
[0016] 所述的檢波電路將交流電壓信號轉換成直流信號，可采用二極管橋式整流器結構 來實現(xiàn)，橋式整流器的輸入端與運算放大器A2的輸出連接，橋式整流器的輸出端接一微安 表，其結構簡單，但二極管橋式整流器整流時二極管上會產(chǎn)生管壓降，使轉換的線性度變 差，所述的交流電壓信號足夠大可以克服二極管的管壓降帶來的誤差，另外橋式整流器選 用鍺二極管構成也可使管壓降降低，有助于提高轉換的線性度。
[0017] 為提高信號轉換的線性度，所述的檢波電路可由橋式整流器、運算放大器構成，它 包括型號為0P07的運算放大器A3,其同相輸入端通過電解電容C61與運算放大器A2的輸 出端連接，運算放大器A3的反相輸入端和輸出端與橋式整流器的輸入端相連接，橋式整流 器由二極管D1、D2、D3、D4組成，二極管D1的陽極與二極管D2的陰極連接為橋式整流器的 一輸入端，二極管D3的陽極與二極管D4的陰極連接為橋式整流器的另一輸入端，二極管 Dl、D3的陰極相連接為橋式整流器的一輸出端，二極管D2、D4的陽極相連接為橋式整流器 的另一輸出端，橋式整流器的輸出端并聯(lián)有用于濾波的電解電容C62，運算放大器A3的反 相輸入端通過電位器R61接地，調節(jié)電位器R61的阻值可改變橋式整流器的輸出電流的大 小。橋式整流器的輸出端接顯示器，所述的顯示器為一微安表M，微安表的表面上設有指示 蓄電池內阻的刻度。所述的檢波電路可以消除二極管的管壓降產(chǎn)生的誤差，將交流電壓信 號線性地轉換成直流信號；另外對被轉換的交流電壓信號幅值也無特別要求，只要能驅動 微安表就行。其技術原理是：橋式整流器的輸出端接上微安表Μ或負載后，從其輸入端看進 去可等效成一電阻(用Rf表示)，橋式整流器的輸入端分別接運算放大器A3的反相輸入端 和輸出端，運算放大器A3的反相輸入端通過電位器R61接地，交流電壓信號(用Usr表示） 從運算放大器A3的同相輸入端輸入，構成一同相輸入運算放大器電路，根據(jù)同相輸入運算 放大器電路的特性可知，流過等效電阻Rf和電位器R61的電流(用Is表示)為同一電流，而 Is=Usr/ R61，所述的電流Is流經(jīng)橋式整流器后變?yōu)橹绷麟娏?，將交流電壓信號線性地轉換 成直流信號。
[0018] 所述的運算放大器A1、A2、A3的工作電源為穩(wěn)壓正電源V+和穩(wěn)壓負電源V-，其電 壓分別為正9V和負9V，均為經(jīng)過穩(wěn)壓的直流電；所述的正電源VI為恒流充電電路和恒流 放電電路的工作電源，其電壓值大于蓄電池的標稱電壓與穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓值之和，以保證 恒流充電電路和恒流放電電路的恒流效果。
[0019] 本測量儀的工作原理是，所述的恒流充電電路和恒流放電電路為可輸出相等直流 電流值的恒流源，在方波脈沖發(fā)生電路的控制下交替對蓄電池進行充、放電，充電與放電的 脈沖寬度相等，在充電時蓄電池的電壓升高，在放電時蓄電池的電壓下降，由此在蓄電池上 產(chǎn)生交流電壓信號，蓄電池上電壓波形Ue參見圖2,它由直流電壓與交流電壓疊加所致，所 述的交流電壓信號可用下式表達： Ue=R〇XI 式中Ue為交流電壓信號，&為蓄電池內阻，I為交流電流 由于交流電流I即充、放電電流的值可預設是已知的，因此測量交流電壓信號Ue即可 得到蓄電池內阻的值。
[0020] 為防止在測量時蓄電池產(chǎn)生極化影響測量的精度，方波脈沖的頻率設置為1000HZ 至3000HZ之間，這樣可消除濃差極化，充、放電電流的幅值設為50至100mA之間，采用較小 的電流可降低電化學極化的影響。
[0021] 蓄電池的內阻僅為毫歐級，所述的充、放電電流在內阻上形成的交流電壓信號僅 為數(shù)百微伏左右，通過所述的交流放電電路可將交流電壓信號放大至100mv左右；放大后 的交流電壓信號(其波形Us參見圖2)通過檢波電路轉換為直流電壓信號，該直流電壓信號 與蓄電池的內阻呈正比關系無需計算即可送給微安表顯示。
[0022] 為方便測量儀的校正，在蓄電池正極支路中串接一雙位的開關K，開關K位于第一 位置時，蓄電池正極支路接通，可進行內阻測量；開關K位于第二位置時與一校正電阻Rj的 一端連接，校正電阻Rj另一端接地，調節(jié)檢波電路中的電位器R61的阻值，可校正測量儀的 基準。當然所述的開關K為多位，則可選擇多個校正電阻Rj，對多個量程進行校正。
[0023] 本蓄電池內阻測量儀在使用時，通過接線端J與蓄電池連接，接通工作電源，將開 關K撥到第二位置調節(jié)電位器R61，使微安表到滿刻度，然后將開關K撥到第一位置對蓄電 池內阻進行測量，測量范圍為0. 5毫歐至20毫歐，測量的相對誤差小于2. 5%。
【權利要求】
1. 一種蓄電池內阻測量儀，包括方波脈沖發(fā)生電路，其輸出的方波脈沖信號控制恒流 充電電路和恒流放電電路，對蓄電池進行充、放電，使蓄電池上形成交流電壓信號，恒流充 電電路和恒流放電電路的輸出端與蓄電池的正極相連接，蓄電池的負極接地，一交流放大 電路的輸入端與蓄電池的正極相連接，對所述的交流電壓信號進行放大，交流放大電路輸 出的放大信號送至一檢波電路，檢波電路將放大的交流電壓信號轉換成直流電壓信號，直 流電壓信號被送至顯示器顯示對應的內阻值； 其特征是， 所述的方波脈沖發(fā)生電路包括型號為NE555的時基集成電路IC1，光耦LED1、LED2,時 基集成電路的引腳3通過電阻R12與光耦LED1的發(fā)光二極管陽極連接，光耦LED1的發(fā)光 二極管陰極接地，光耦LED1的光敏三極管作為恒流充電電路的通、斷開關；時基集成電路 的引腳7通過光耦LED2的發(fā)光二極管陰極、光耦LED2的發(fā)光二極管陽極、電阻R13接穩(wěn)壓 正電源V+，光耦LED2的光敏三極管作為恒流放電電路的通、斷開關；時基集成電路的引腳 4、8接穩(wěn)壓正電源V+，時基集成電路的引腳2、6通過電阻R11與時基集成電路的引腳3連 接，時基集成電路的引腳2、6通過電容C11接地，時基集成電路的引腳1接地，時基集成電 路的引腳5通過電容C12接地； 所述的恒流充電電路包括PNP型的三極管T21、T22,三極管T21的基極分別通過穩(wěn)壓 管DW21接正電源VI和電阻R21接地，三極管T21的發(fā)射極與三極管T22的基極連接，三極 管T22的發(fā)射極通過電阻R22接正電源VI，三極管T21、T22的集電極接光耦LED2的光敏 三極管的集電極，光耦LED2的光敏三極管的發(fā)射極接到蓄電池 E的正極； 所述的恒流放電電路包括NPN型的三極管T31、T32,三極管T31的基極分別通過電阻 R31接正電源VI、通過穩(wěn)壓管DW31接地，三極管T31的發(fā)射極與三極管T32的基極連接，三 極管T32的發(fā)射極通過電阻R32接地，三極管T31、T32的集電極接光耦LED2的光敏三極管 的發(fā)射極，光耦LED2的光敏三極管的集電極接到蓄電池 E的正極。
2. 根據(jù)權利要求1所述的蓄電池內阻測量儀，其特征是，所述的方波脈沖發(fā)生電路輸 出的方波脈沖信號的頻率為1000HZ至3000HZ中的任一頻率，所述的恒流充電電路和恒流 放電電路輸出電流幅值為l〇〇mA。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的蓄電池內阻測量儀，其特征是，所述的檢波電路由橋式整 流器、運算放大器A3構成，運算放大器A3的型號為0P07,其同相輸入端通過電解電容C61 與交流放大電路的輸出端連接，運算放大器A3的反相輸入端和輸出端與橋式整流器的輸 入端相連接，橋式整流器由二極管Dl、D2、D3、D4組成，橋式整流器的輸出端并聯(lián)有用于濾 波的電解電容C62,運算放大器A3的反相輸入端通過電位器R61接地。
【文檔編號】G01R27/14GK104062507SQ201410302974
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權日:2014年6月30日
【發(fā)明者】高玉琴 申請人:高玉琴