[发明专利]低频微电流恒流激励电路及蓄电池内阻测量电路

说明书

技术领域

本发明涉及蓄电池内阻测量技术，尤其涉及一种低频微电流恒流激励电路及基于该激励电路的蓄电池内阻测量电路。

背景技术

蓄电池的内阻模型可以采用如图1所示的等效电路表示，其中L_p为正极电感，L_n为负极电感，R_t，p为正极离子迁移电阻，R_t，n为负极离子迁移电阻，C_d1,p为正极极板双层电容，C_d1,n为负极极板双层电容，Z_W,p为正极Warburg阻抗，Z_W,n为负极Warburg阻抗，R_HF为蓄电池的欧姆电阻；其中Warburg阻抗是由离子在电解液和多孔电极中扩散速度决定的，表示为一个电阻和一个电容串联组成的阻抗Z_W。

Z_W=λω^-1/2-jλω^-1/2

其中，λ为Warburg系数，表示反应物和生产物的扩散传质特性；ω为角频率。

蓄电池的内阻Z_cell包括欧姆电阻R_HF、正极Warburg阻抗Z_W,p和负极Warburg阻抗Z_W,n之和，表示为：

Z_cell=Z_W,p+Z_W,n+R_HF

可见，蓄电池的内阻是一个复阻抗，在其他条件不变的情况下，随着测试频率的变化而变化，如图2所示是典型的铅酸蓄电池阻抗图，根据图2可以分析内阻与测试频率之间的关系。

图中，R_HF为蓄电池的欧姆电阻，R₁为小容环半径，R₂大容环半径；由图可以看出，采用不同的测试频率测量，测量的内阻值反映的信息也不同：采用高于100Hz测量频率，测量结果仅能反映蓄电池的欧姆电阻R_HF；采用0.1~100Hz测量频率，测量结果不仅能反映蓄电池的欧姆电阻R_HF，还包括小容环数据；采用0.1Hz以下测量频率，测量结果不仅能反映蓄电池的欧姆电阻R_HF、小容环数据，还包括大容环数据。

通常情况下，我们所说的蓄电池内阻是指某一频率下的蓄电池内阻值，针对不同的蓄电池一般做如下选择：对于碱性蓄电池的内阻测量，比如镍镉（Ni-Cd）、镍氢（Ni-MH）和锂离子（Li-ion）电池，采用的测量频率为1000Hz；对于铅酸蓄电池的内阻测量，采用的测量频率为10~60Hz。

目前，对于铅酸蓄电池的内阻测量，通常采用交流阻抗法进行，交流阻抗法的电路接线图如图3所示，其基本思想是对蓄电池注入一个低频交流电流信号I_s，对瞬时电流ΔI和瞬时电压响应ΔU信号进行采集，通过计算获得蓄电池的内阻。具体对于电流：

ΔI=I_maxSin(ωt)=I_maxSin(2πft)

产生的电压响应为：

ΔV=V_maxSin(ωt+φ)=V_maxSin(2πft+φ)

计算得到蓄电池的阻抗为：

Z(f)=VmaxImaxejφ]]>

由上式可以看出，计算得到的蓄电池阻抗为一个与频率有关的复阻抗，其模为|Z|=V_max/I_max，其中φ为电压和电流之间的相位差；使用这种交流阻抗法，必须要测量出电压峰值V_max和I_max电流峰值才能够得到复阻抗的模。