电池容量内阻测试仪

电池容量内阻测试仪

采用高精度独立ADC转换芯片。

量中，为了消除导线电阻引入误差。

内部电阻均是高稳定薄膜电阻，保证了其工作的精确性和稳定性；具有高灵敏度的比较器，切换速度较高

附件、电源线

测试参数交流电阻，直流电压

3300pF。

测量精度内阻Ω: 0.3% 电压V: 0.05%内阻Ω: 0.5% 电压V: 0.1%

采用两个精密电阻代替电池，分别测得ADC电压值为UR1、UR2，则可以通过比值消除其他参数测量结果的

测量电路设计为提高测量精度，信号放大器需采用共模抑制比较高的仪器放大器，锁相放大器是本测量系

误差均为1%，实验数据测量电池为某品牌12V/12AH铅酸蓄电池，61内阻测量仪的测量值。分别测量了3节

噪声被滤除，则处理后信号为……（3）其中：G为差分放大器增益。

性能上能满足测量系统的要求，实现电路原理如图2所示，通过调节Rw2和Rw1可以实现频率的调定，最

其中：为蓄电池内部极化电容产生的相位差。参考信号和测量信号通过锁相放大器后，噪声信号与测量信

另外直流放电法受电压、电流传感器精度的影响，因此需要精度高、价格贵的传感器。电池管理系统集成

通过式（6）可求出此时电池内阻值，电源回路，依据项目要求，测量系统的电源由被测电池提供。

实现在线测量，蓄电池若在大电流状态下，则测量值为欧姆内阻与极化内阻之和，交流注入法能测量大部

电池内阻的计算公式为：……（5），其中：I为交流恒流源最大值，测量系统取值为50mA。

线进行数据传输。

控电压源滤波器。

响这些领域关键系统的稳定与安全。

然后测量电池两端的响应电压，利用锁相放大器进行信号处理，进而可求得电池的内阻值，整个电路系统

主要由相敏检测单元和低通滤波器构成，为提高测量精度，相敏检测单元需要高精度运算处理芯片并且具

超级电容的ESR测试

同步检测、平衡解调和调制等电路，其最佳工作频率为1KHz。放大电路如图5所示，由AD630的原理可知。

量电池的开路电压。

交流信号发生器，前面分析可知，交流信号频率设定在1KHz，信号发生器选择性能较为优良的ICL8038。

调节电阻Ro就可以使电流恒定在50mA，信号放大电路，对采样电阻和电池的交流电压信号分别进行放大。

可调高增益达1000倍以上，共模抑制比最小为106dB，是小信号处理性能较为优秀的仪器放大器。

为了消除电池直流电压对本级电路的影响，测量中需要通过大电容实现交流耦合，隔离直流信号，但信号

本要求。

由于蓄电池内部的化学反应及外部干扰等情况，蓄电池内阻的检测易受噪声影响，同时蓄电池内阻检测技

因此工作在线性区，其中R1=R2=R3=R4。根据“虚短虚断”原则可知：……（7）；……（8）。

接口RS-232、RS-485接口 、Handler接口（CHT3561选配）

足系统50mA的要求。

内阻是衡量铅酸蓄电池健康状态的一个重要参数，实验表明老化蓄电池的内阻要明显大于新电池的内阻，

冲作用。

蓄电池所得结果如表1所列。

需进行过压保护处理，主要原因是测量端开路会造成运算放大器饱和，导致输出电压高达10V，供电电源

流信号，检测蓄电池两端的响应电压信号及二者的相位差，再计算出蓄电池的内阻。

测试范围内阻Ω：0.001mΩ～3.2kΩ；电压V：0V~60V 六量程自动和手动内阻Ω：

本电路是一个高通滤波器，为了抑制共模信号，电路中C1=C2，R1=R2，采用高通滤波电路主要是为了隔离

接线尽量短，电源完整性设计也需要注意；电阻应选择温漂低、稳定性优良的仪器电阻；但是也需顾及成

防止烧坏STM32，实现电路如图6所示。其中（R1+R2）、C构成一阶滤波器，同时电容C起到一定的电压缓

型号6061

……（9），将式（8）代入式（9）可得：……（10）；……（11）。

单。

滤波电路采用二阶有源滤波器，截止频率设计尽量低，使2倍频及高频干扰信号基本衰减到0，电路采用压

触发器内部触发，手动触发，外部触发，总线触发

目前交流阻抗法是检测铅酸蓄电池内阻热门方法之一。交流阻抗法是对蓄电池注入恒定的小幅低频交流电

分蓄电池，应用广泛。

位测量器测量的相位差来计算电池内阻。传统交流阻抗要对响

最后通过STM32的A/D转换电路和控制电路，实现测量数据的处理和传输，采用抗干扰能力较强的RS485总

校正全量程内短路清零

测量误差主要受ADC转换精度、导线寄生参数、运算放大器的漂移、电源稳定性等影响。改进方法主要有

然后进行大电流放电，一般放电倍率约为0.8，放电时间为2s左右，此时测量电池端电压和流过负载的电

为保证信号不失真，应选择合适的耦合电容C参数，V/I变换电路如图3所示由于运放引入负反馈。

分流尽量小，为防止DC-DC模块工作不稳定，选择大容量铝电解电容，等效串联电阻也要稍大。

减小信号失真度，V/I电路采用比较常见的运算放大器拓扑实现，功率放大器选用OPA544T输出电流能力满

术不够成熟，因此对蓄电池内阻检测有研究意义。益。

效应运算放大器。把式（12）代入式（3），最后得到直流信号为：……（13）同理，最后得到内阻值：……（14）。

蓄电池直流电压对电路的影响。

参考信号经过比较器后转变为同频率的方波信号，展开为傅里叶级数：……（12）。

使用时需在电源处并联去耦电容，使供电回路稳定，两个跟随器采用高精度，低温漂、低偏移运放OP07。

实验测试发现，当替代电阻与电池电阻值接近时，误差较小，本系统采用10mΩ和20mΩ的精密电阻。

第1节34.22134.771.6%

调定频率在1KHz。

测试速度3次/秒、15次/秒、50次/秒3次/秒、10次/秒、50次/秒

比较器30组记录，档计数

使用中注意电源需按上去耦电容，使信号输出更稳定。实现电路如图4所示，放大倍数为：，由图4可知。

高精度的平衡调制器。统的核心部分。

交流的恒流小信号注入到电池。；电源电压:190VAC ～ 256VAC; 频率: 47Hz ～ 63Hz；额定功率：15VA

因此内阻的检测可显著区分新旧电池，判别蓄电池的健康状态SOH（State of Health）。

频率调节范围为0.001Hz~300kHz，频率可调节范围宽，输出的正弦波失真度小于1%。而且外围电路较为简

通过欧姆定律即可求出此时的极化内阻和极化电容，理论上测量精度较高，由于大电流放电，因而不适合

第3节34.44534.891.2%设参考电阻上的电压信号为……（1），电池两端的电压信号为：……（2）。调节引脚1和引脚12使用正弦波失真度减小到0.5%，也可小范围内调节电压信号幅值。振荡电容C选择为

要注意在信号进入ADC转换通道之前。

V/I变换电路，为了实现信号稳定性，在信号发生器信号输出之后通过一个信号跟随器，提高信号的输出

   文献[4]中提出的交流阻抗法，对蓄电池进行内阻检测，通过测量电池电动势、交流响应电流及使用相

综合考虑项目要求，本文采用交流注入法测量电池内阻。测量原理框图如图1所示。测量系统的电路主要

为了获得较高精度，高稳定性转换结果，参考电压由外部高精度基准电压芯片MA6701提供。本部分电路需

第2节34.65635.041.1%

测量原理，由于大容量动力蓄电池的内阻一般小于50mΩ，因此普通测量方法难以保证精度要求。

由此可以一份合同出所需的电阻和电容，A/D转换电路，STM32单片机集成了A/D转换电路，具有12位精度

规格(SPECIFICATION)

对信号进行检波处理，再通过低通滤波器实现滤波，信号变为直流，同时滤除高频噪声信号，使信号平滑

器此频率下性能表现较佳。

由信号发生电路产生所需频率的电压信号。选12V。

另外与噪声信号频率相差较大，容易提取低频信号，滤波误差小。选择较小的信号幅值，以便忽略测量小

信号对电池状态的影响。

尺寸385mm(L)x249mm(W)x102mm(D); 重量: 3.5kg

有较高的开关速度和灵敏度。

0.01mΩ~3.2kΩ；电压V：0V~60V够大。

可使开关失真降至通道A和B之间隔离度超过100dB，AD630主要用于锁相放大器，相敏检测电路。

需注意电压放大倍数不能大于3，否则容易电路自激振荡，出现不稳定。如果C1=C2，R1=R2=R3=R4，可知

显示4色 VFD 显流。

铅酸蓄电池作为供电系统的后备电源，在通信、银行、交通、金融等领域得到广泛应用，其稳定性直接影

滤波器的通带截止频率为。

增强电路的安全性，时间常数选择需适中，过大则影响测量响应时间。实验结果讨论数据处理，在实际测

通过V/I变换电路实现恒流；注入采样电阻和蓄电池，放大采样信号和测量信号；然后两路信号输入到锁

频率较低。

工程上比较常用的两种测量方法直流放电法和交流注入法。直流放电法也称为脉冲放电法，该方法首先测

容易引入干扰，为提高测量精度，需采用四端子测量方法。信号频率一般选择1KHz，主要原因是锁相放大

可粗略估算内阻值，但如要获得较高的测量精度，需要进行脱机大电流放电测量，对电池有一定的损害；

在线测量；

提高增益，便于锁相器处理，芯片采用精密仪器放大器INA111，该器件为高精度、低温漂、低偏置电流场

放电时间限制导致检测时间长，因此限制了该方法在蓄电池检测系统中的普遍应用。交流注入法即将低频

锁相放大器电路，本部分电路为测量系统核心部分，采用高精度、高灵敏度的模拟器件AD630。这是一款

把式（4）代入式（5），即可得到电池内阻为……（6），其中：K、A、I、U、G均为已知的数值。号独立不相关。

表 1 蓄电池内阻测量结果影响。

容易击穿芯片，造成电路的损害。本设计采用了两个快恢复肖特基二极管串联，钳制输入信号。

属于小信号处理电路。

相放大器AD630。

为阻碍测量的交流小信号进入直流供电回路，在电路中LC滤波器，滤波器截止频率尽量低，使交流阻抗足

其他测试引线损坏检测功能, 键盘锁定和数据保存功能，REl 功能

然后信号通过低通滤波器，2倍频信号被衰减滤除，只剩下直流信号：……（4），其中：K为滤波电路增

交流阻抗法可在线检测，无需对蓄电池进行放电，不会对蓄电池的性能造成影响。

蓄电池编号61/mΩ测量系统/mΩ误差

蓄电池内阻测量的电池管理系统的设计

了电压检测和电流检测装置。