[发明专利]特定激励频率的蓄电池内阻四线测量方法及信号源装置

说明书

一、技术领域：本发明涉及一种蓄电池内阻测量方法，特别是涉及一种采用同步半工频激励信号测量蓄电池内阻的方法及其同步半工频激励信号源。

二、背景技术：蓄电池内阻测试仪应用于蓄电池组的在线维护时，必须保持蓄电池组处于在线运行状态，就是“不停机、不切换”。目前蓄电池内阻在线测量普遍采用4线制的测量方法，即其中两条线用于构成激励电流的注入回路，另两条线用于构成在激励信号作用下检测蓄电池端电压变化的采样回路。通常情况下蓄电池组在线运行时，既存在来自充电设备的前向干扰，也存在来自用电设备的后向干扰，这些干扰按频率特征一般可分为2类，一类是由高频开关电源技术而产生的开关噪声，其频率分布一般从5KHz到2MHz；另一类是由常规整流滤波电路产生的工频及其谐波干扰，其频率分布一般从50Hz到300Hz，此类干扰因为频率低，从技术上讲很难彻底滤除，是造成测量数据跳动的主要原因，而且内阻测试仪的灵敏度越高跳动越大。

现有内阻测试仪产品的激励频率从直流到1000Hz各不相同，虽说都符合4线方法的测量原理，但不同的激励频率不仅对蓄电池等效内阻的测量结果不完全相同，对仪表抗在线干扰的性能也有很大差异。为了保证测量精度，必须尽量提高蓄电池内阻测试仪的在线抗干扰性能。由于激励频率与干扰频率相同或相近都会增加滤波困难，激励频率与干扰频率相差越远滤波效果越好，因而激励频率不仅需要避开50Hz到300Hz，还需留出足够的频率间隔。激励频率大于300Hz的产品如日本日置公司的HIOKI 3551型，频率选择在1000Hz；激励频率小于50Hz的技术如中国实用新型专利：ZL 99243034.8(授权公告号为CN2389376Y)，频率选择在10Hz，美国专利：U.S.Patent NO：5,774,962频率为0Hz。

频率选择1000Hz的优点是：对50～300Hz干扰频段的频率间隔大，有利于滤波；激励时间短，有利于降低功耗。缺点是：因为测量夹具在结构上存在4线平行的特点，激励电流的注入回路与信号电压的采样回路之间必然存在电磁感应，而这个感应电压并不能通过欧姆定律反应出来，也就是说当被测电阻R＝0时采样值并不归零。1000Hz的电磁感应为工频的20倍，为了消除不归零值，需要采取特殊的技术措施，例如其说明书中强调，“对不同间距的极柱需要按间距重新校零”即为技术措施之一。美国Alber(阿尔伯)公司的“瞬间大电流放电测内阻”专利认为，直流激励可以避免交流激励而致的电磁感应的不利影响，直流激励有利于滤除交流特征的干扰。但是这些观点在技术上存在诸多疑点：一是电池直流电动势的存在对测量精度的不利影响，这是直流激励方案无法摆脱的弱点；二是电解液中的电流本质上是相对低速的离子运动，因电流变化所引起离子运动的变化需要经历很长的平衡时间，某一个时间点并不能及时反映电池放电后的动态平衡：以公开资料的数据为例，测量前离子处于开路平衡状态，负载电流的初始值I＝0，那么加载70A后将会达到一个新的平衡状态，但其平衡时间在经验上远大于10秒(已有许多研究报告确认了平衡过程中存在着电压的急剧变化)，因此，3.25秒仅仅是平衡过程中的一个暂态点，此时电压值正处于急剧变化之中，由此可以合理推断：如果把加载时间由3.25秒改变为2.25秒或4.25秒，都将会得到不同的测量结果，就是说在一个暂态点并不能准确测量出电池内阻的稳态值；另外，不同金属的温差电动势对其测量精度也有一定的不利影响，“瞬态”测量所必需的高速响应与交流激励方案一样将降低仪表的抗干扰能力，这都是直流激励方案的技术难点。哈尔滨子木新能源公司为规避直流激励的诸多难点，选择了10Hz的交流激励方案。10Hz与工频相差5倍程，虽然具有足够滤波使用的频率间隔，但对于模拟电路进入稳定状态所必需的20个周期来说，10Hz的激励时间至少需要2秒钟。显然，激励时间越长带来激励功率上的负担越重，激励频率偏低也会造成耦合电容或耦合变压器在体积、重量和成本上偏大。