本申請涉及一種電池內(nèi)阻的交流阻抗值的測試方法。電池(battery)指能將化學(xué)能、太陽能等其他能量轉(zhuǎn)化成電能的裝置。電池具有正極、負(fù)極之分。電池電壓本質(zhì)上是直流電壓，在某些特殊條件下即使有微小波動(dòng)其波動(dòng)幅度也很小。電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢、容量、比能量和內(nèi)阻。電池在開路狀態(tài)下的端電壓稱為開路電壓，一般可近似認(rèn)為電池的開路電壓就是電池的電動(dòng)勢。電池的內(nèi)阻是指電流通過電池內(nèi)部時(shí)受到的阻力，它是決定電池性能的一個(gè)重要指標(biāo)，直接影響電池的工作電壓、工作電流、輸出功率等，測試其阻抗值對評價(jià)其性能具有重要意義。電池的內(nèi)阻(或者內(nèi)阻抗)可以等效為一個(gè)大電容與一個(gè)電阻的串聯(lián)，即可以看成一個(gè)復(fù)阻抗(或簡稱為阻抗)，不同頻率下它的交流阻抗值不同。現(xiàn)有的電池內(nèi)阻抗測試方法，主要是通過外接電阻來進(jìn)行，測得的內(nèi)阻抗相當(dāng)于是直流電阻和電容的值。

背景技術(shù)：

1、一個(gè)電池可以等效為一個(gè)電動(dòng)勢e與一個(gè)內(nèi)阻抗zx的串聯(lián)，如圖2所示；其中，內(nèi)阻抗zx又可以等效為一個(gè)大電容cx與純電阻rx的串聯(lián)。

2、測量電池內(nèi)阻抗的一種方法是：(1)首先測電池開路電壓，即圖2中的t3和t4兩點(diǎn)的電壓，測得的開路電壓，即認(rèn)為是電動(dòng)勢e的值；(2)然后，在電池外接一電阻r，如圖3所示，測量記錄電路閉合時(shí)刻起電阻r兩端的電壓vr的變化，據(jù)此計(jì)算內(nèi)阻抗的rx和cx值。計(jì)算的原理如下：

3、

4、以上按式(1)計(jì)算的等效電容cx和等效電阻rx，無所謂隨隨頻率變化的問題，因此，如此求得的zx不妨稱為電池的直流內(nèi)阻抗值，包括等效電容cx的直流電容值和等效電阻rx的直流電阻值。

5、無源容性器件交流阻抗值測量的一種方法是：對待測阻抗zx施加一交流激勵(lì)同時(shí)在電路中串接一輔助電阻r0，如圖4所示，同時(shí)記錄zx和r0兩端的電壓波形vzx和vr0，據(jù)此計(jì)算待測阻抗zx在頻率ω上的交流阻抗值，實(shí)部為交流電阻值，虛部為交流電抗值。容性器件的阻抗虛部一般為負(fù)的。計(jì)算的原理如下：

6、

7、如果按以上無源容性器件測量的方式直接測量電池內(nèi)阻的交流阻抗值，即按圖5所示連接方式測量，則此時(shí)電路按照疊加原理相當(dāng)于等效于圖6所示兩電路的疊加，有即，r0兩端的電壓較無源容性器件的阻抗測量多了一個(gè)電動(dòng)勢e引起的過渡過程(疊加分量)。由于zx看成rx和cx的串聯(lián)，所以電動(dòng)勢e產(chǎn)生的疊加分量可進(jìn)一步描述為：

8、

9、式(3)表達(dá)的疊加分量的出現(xiàn)會(huì)對式(2)中的相量和的估計(jì)產(chǎn)生誤差，也就是會(huì)對對應(yīng)的正弦波幅值和相位參數(shù)的估計(jì)帶來誤差，最終導(dǎo)致電池內(nèi)阻抗zx交流阻抗值的估計(jì)出現(xiàn)較大誤差。

10、圖7所示是把電池當(dāng)作無源器件按圖4所示無源器件交流阻抗測量方法測得的0.1hz-1000hz頻段30個(gè)頻點(diǎn)的3v鈕扣電池(cr1220)的交流阻抗譜。測量了6次(data0～data5)。測量結(jié)果顯示，測量結(jié)果的重復(fù)性不佳，電阻譜及電抗譜的重復(fù)性絕對誤差分別為：1.5962e+03和4.2595e+02歐，電阻譜及電抗譜的重復(fù)性相對誤差(相對均值)分別僅為5.0367e-01和7.4691e-01。

11、另外，實(shí)際中按圖5方式測量電池內(nèi)阻抗的交流阻抗值，還存在一個(gè)基本的問題，就是：電池的電動(dòng)勢e有1.5v，3v，5v，12v，24v，36v,48v等很多種規(guī)格，在e較大時(shí)很可能造成疊加分量vr01(t)會(huì)超出檢測系統(tǒng)的輸入范圍，造成無法正常檢測，如圖8所示，直接測量一9v電池內(nèi)阻抗時(shí)，r0和電池兩端的電壓均出現(xiàn)了飽和或近似飽和的現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的

2、提出一種切實(shí)可行的電池內(nèi)阻交流阻抗值的測試方案。

3、技術(shù)方案

4、一種電池內(nèi)阻交流阻抗值的測試方法，其特征在于，包括如下步驟，(1)如圖1所示，連接待測電池、開關(guān)k1、輔助電容c、輔助電阻r、輔助電阻r0、開關(guān)k2以及正弦激勵(lì)源，開關(guān)k1和k2的初始狀態(tài)處于斷開狀態(tài)；(2)閉合開關(guān)k1，輔助電容c開始充電直至充電結(jié)束；(3)閉合開關(guān)k2，正弦激勵(lì)源開始按設(shè)定的頻率ω激勵(lì)電路網(wǎng)絡(luò)；(4)同步監(jiān)測記錄一段r0兩端的電壓和t1t2兩點(diǎn)間的電壓vt1-t2；(5)按公式計(jì)算t1t2兩點(diǎn)間包含待測電池、輔助電容c和輔助電阻r的阻抗網(wǎng)絡(luò)的總復(fù)阻抗(6)按公式計(jì)算設(shè)定頻率ω下的電池內(nèi)阻交流阻抗值其中(7)可改變正弦激勵(lì)源的激勵(lì)頻率ω，用同樣的方法計(jì)算新頻率點(diǎn)下電池內(nèi)阻的交流阻抗值，乃至掃頻計(jì)算更多頻點(diǎn)下電池內(nèi)阻的交流阻抗值，形成電池內(nèi)阻的交流阻抗譜，包括電阻譜和電抗譜。

5、需要說明的是，任何在以上方案基礎(chǔ)上，加一個(gè)開關(guān)或減一個(gè)開關(guān)，或者改變一下交流阻抗值呈現(xiàn)形式等，這些不改變本方案本質(zhì)內(nèi)容的變化，均屬本申請保護(hù)的范圍。

6、有益效果。

7、可以看出，本申請方案中，包含待測電池、輔助電容c和輔助電阻r的電路網(wǎng)絡(luò)，在接入正弦激勵(lì)回路中前，先完成了輔助電容c的充電，完成充電后，e的大小全部分壓到了輔助電容c和內(nèi)部等效電容cx上，輔助電阻r兩端的電壓變?yōu)?，因此，k2的閉合不再會(huì)對正弦激勵(lì)回路造成沖擊，不再會(huì)造成監(jiān)測的和vt1-t2出現(xiàn)飽和的情況。

8、同時(shí)，包含待測電池、輔助電容c和輔助電阻r的電路網(wǎng)絡(luò)，在充電完成后再接入正弦激勵(lì)回路，也避免了電動(dòng)勢e造成的疊加在上的趨勢性過渡分量，保證了監(jiān)測電壓有足夠的正弦性程度，也就保障了正弦參數(shù)和最終阻抗值估值的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

9、按本申請方案測試一3v鈕扣電池(cr1220)的內(nèi)阻抗的交流阻抗譜，5次測量結(jié)果如圖9所示，與圖7監(jiān)測結(jié)果形成了鮮明對照。測量結(jié)果顯示出好的重復(fù)性，電池內(nèi)阻的交流電阻譜及電抗譜的重復(fù)性絕對誤差經(jīng)計(jì)算分別為3.8586e+02和5.2416e+02歐，重復(fù)性相對誤差(相對均值)分別為1.4663e-02和8.8376e-03。重復(fù)性相對誤差(相對均值)較直接測試電池內(nèi)阻的交流阻抗譜而言有顯著地大幅度地減小。

技術(shù)特征：

1.一種電池內(nèi)阻交流阻抗值的測試方法，其特征在于，包括如下步驟，(1)如圖1所示，連接待測電池、開關(guān)k1、輔助電容c、輔助電阻r、輔助電阻r0、開關(guān)k2以及正弦激勵(lì)源，開關(guān)k1和k2的初始狀態(tài)處于斷開狀態(tài)；(2)閉合開關(guān)k1，輔助電容c開始充電直至充電結(jié)束；(3)閉合開關(guān)k2，正弦激勵(lì)源開始按設(shè)定的頻率ω激勵(lì)電路網(wǎng)絡(luò)；(4)同步監(jiān)測記錄一段r0兩端的電壓和t1t2兩點(diǎn)間的電壓vt1-t2；(5)按公式計(jì)算t1t2兩點(diǎn)間包含待測電池、輔助電容c和輔助電阻r的阻抗網(wǎng)絡(luò)的總復(fù)阻抗(6)按公式計(jì)算設(shè)定頻率ω下的電池內(nèi)阻交流阻抗值其中(7)可改變正弦激勵(lì)源的激勵(lì)頻率ω，用同樣的方法計(jì)算新頻率點(diǎn)下電池內(nèi)阻的交流阻抗值，乃至掃頻計(jì)算更多頻點(diǎn)下電池內(nèi)阻的交流阻抗值，形成電池內(nèi)阻的交流阻抗譜，包括電阻譜和電抗譜。

技術(shù)總結(jié)
一種電池內(nèi)阻交流阻抗值的測試方法，包括步驟，(1)連接待測電池、開關(guān)K1、輔助電容C、輔助電阻R、輔助電阻R0、開關(guān)K2以及正弦激勵(lì)源，開關(guān)K1和K2的初始狀態(tài)處于斷開狀態(tài)；(2)閉合開關(guān)K1，輔助電容C開始充電直至充電結(jié)束；(3)閉合開關(guān)K2，正弦激勵(lì)源開始按設(shè)定的頻率激勵(lì)電路網(wǎng)絡(luò)；(4)同步監(jiān)測記錄一段R0兩端的電壓和T1T2兩點(diǎn)間的電壓；(5)按公式計(jì)算T1T2兩點(diǎn)間包含待測電池、輔助電容C和輔助電阻R的阻抗網(wǎng)絡(luò)的總復(fù)阻抗；(6)按公式計(jì)算設(shè)定頻率下的電池內(nèi)阻抗交流阻抗值；(7)可用同樣的方法掃頻測試更多頻點(diǎn)下電池內(nèi)阻的交流阻抗值，形成電池內(nèi)阻的交流阻抗譜。

技術(shù)研發(fā)人員：劉思蕊,劉樂,魏宏利
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州格里德醫(yī)學(xué)傳感技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9