(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111208352 A(43)申请公布日 2020.05.29
(21)申请号 202010059676.3(22)申请日 2020.01.19
(71)申请人 广东科学技术职业学院
地址 519090 广东省珠海市金湾区珠海大
道南侧(72)发明人 蒋海锋 万畅
(74)专利代理机构 北京八月瓜知识产权代理有
限公司 11543
代理人 李斌(51)Int.Cl.
G01R 27/08(2006.01)G01R 31/385(2019.01)G01R 31/389(2019.01)
权利要求书1页 说明书8页 附图2页
(54)发明名称
一种蓄电池内阻测量方法及系统(57)摘要
本发明涉及电池内阻检测领域，尤其涉及一种蓄电池内阻测量方法及系统，其中，一种蓄电池内阻测量方法，包括以下步骤：将蓄电池进行放电；断开放电，采集断开放电瞬间前蓄电池两端的第一电压值和电流值，以及断开放电后蓄电池两端的第二电压值；通过第一电压、第二电压的压差以及电流值，计算蓄电池的内阻。该方法不但可以有效避开蓄电池的虚电压、电化学极化电阻、浓差极化电阻的影响，实现精准的电池内欧姆电阻的测试，而且具备高准确度、高精密度、高抗干扰的测量性能。因此，该方法简化了蓄电池内阻的测量方法，缩短了测量耗时，进而降低了检测成本，便于使用内阻估算蓄电池的容量。
CN 111208352 ACN 111208352 A
权 利 要 求 书
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1.一种蓄电池内阻测量方法，其特征在于，包括以下步骤：将蓄电池进行放电；断开放电，采集断开放电瞬间前蓄电池两端的第一电压值和电流值，以及断开放电后蓄电池两端的第二电压值；通过第一电压、第二电压的压差以及电流值，计算蓄电池的内阻。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、将蓄电池进行直流恒流放电；S2、断开放电瞬间前，采集所述蓄电池两端的第一电压值和电流值；S3、断开放电间隔t△时间后，采集所述蓄电池两端的第二电压值；
通过公式：
计算所述蓄电池的内阻值；其中，r为内阻值，V0为第一电压值，
V1为第二电压值，I为电流值。
3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，步骤S1中，所述恒流放电的电流为20-80A，时间为3-10s。
4.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，步骤S3中，所述t△为50-300微秒。5.一种蓄电池内阻测量系统，其特征在于，包括蓄电池(1)、负载(2)、分流器(3)、电流测量部件、电压测量部件和控制单元(8)；
所述蓄电池(1)、所述负载(2)和所述分流器(3)串联形成通路；所述电流测量部件与所述分流器(3)并联；所述电压测量部件与所述蓄电池(1)并联；所述控制单元(8)分别与所述通路、所述电流测量部件和所述电压测量部件电连接。6.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，还包括继电器(9)，所述继电器(9)设置在所述通路上，所述控制单元(8)通过所述继电器(9)与所述通路电连接。
7.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述电流测量部件包括第一AD转换器(4)和电流录波器(5)，
所述第一AD转换器(4)与所述分流器(3)并联；
所述电流录波器(5)与所述第一AD转换器(4)电连接。8.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述电压测量部件包括第二AD转换器(6)和电压录波器(7)，
所述第二AD转换器(6)与所述蓄电池(1)并联；
所述电压录波器(7)与所述第二AD转换器(6)电连接。9.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，还包括数据储存单元(10)，所述电流录波器(5)、所述电压录波器(7)均与所述数据储存单元(10)相连接；所述数据储存单元(10)与所述控制单元(8)相连接。10.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，还包括电源(11)，所述电源(11)与所述控制单元(8)电连接。
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说 明 书
一种蓄电池内阻测量方法及系统
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技术领域
[0001]本发明涉及电池内阻检测领域，尤其涉及一种蓄电池内阻测量方法及系统。背景技术
[0002]蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，其工作原理为充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出。因此，蓄电池被大量应用于UPS不间断电源中，作为后备电源，当发生断电事故时，后备电源需提供足够的电量以保障供电。
[0003]蓄电池是直流系统的重要组成部分，其决定了系统的后备时间，而蓄电池在上线使用后，其容量性能会逐步退化。测量蓄电池容量的标准方法是进行10个小时的恒电流直流放电，但实际应用中，此方法存在局限性，一是需要长时间放电，二是出于安全需要，在线蓄电池不允许电池释放较多的电量。因此，需要更简便、可靠的方法以估算电池的容量。[0004]由于蓄电池的容量与蓄电池内阻具有很强的相关性，因此，蓄电池内阻检测成为蓄电池健康状态检测的有效手段。目前，对于蓄电池内阻的检测方法主要有：1、二次放电法，该方法实际应用中需要有大电流波动的环境，通过采集电压差较大的两个测量点的电压和电流进行计算；2、交流阻抗法，该方法易被电池的电容效应影响，对注入信号要求非常高，且易受充电器的纹波和谐波的干扰；3、伏安特性曲线法，该法虽能检测随时间变化的电池内阻，但检测时间长，且不能区分欧姆电阻与反应电阻，检测成本高，效果差；4、恒电流阶跃法，该技术只能检测电池内阻中的溶液电阻，忽略了反应电阻的存在，对电池的内阻检测存在较大误差。[0005]因此，针对现有技术的不足，急需开发一种简易的、高精确度和准确度的内阻检测方法。
发明内容
[0006]本发明所要解决的技术问题之一是提供一种蓄电池内阻测量方法，该方法简单便捷，检测成本低，具备较高的准确度和精确度，解决了现有技术中操作复杂、测量成本高以及测量精度差的问题。
[0007]本发明所要解决的技术问题之二是提供一种蓄电池内阻测量系统，该系统可对蓄电池的微量内阻进行高准确度、高重复精度的测量，并且具有较好的抗干扰能力。[0008]本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种蓄电池内阻测量方法，包括以下步骤：将蓄电池进行放电；断开放电，采集断开放电瞬间前蓄电池两端的第一电压值和电流值，以及断开放电后蓄电池两端的第二电压值；通过第一电压、第二电压的压差以及电流值，计算蓄电池的内阻。
[0009]本发明巧妙利用电池本身的电化学特性，将蓄电池进行一定时长的直流放电，然后断开放电，此时蓄电池的电势会自动瞬间回升，取断开瞬间前的电池端的电压值、电流值及断开后某一时间间隔后的蓄电池两端的电压值，计算电压差，从而计算蓄电池的内阻。该
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说 明 书
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方法不但可以有效避开蓄电池的虚电压、电化学极化电阻、浓差极化电阻的影响，实现精准的电池内欧姆电阻的测试，而且具备高准确度、高精密度、高抗干扰的测量性能。因此，该方法简化了蓄电池内阻的测量方法，缩短了测量耗时，进而降低了检测成本，便于使用内阻估算蓄电池的容量。[0010]进一步，具体包括以下步骤：[0011]S1、将蓄电池进行直流恒流放电；[0012]S2、断开放电瞬间前，采集所述蓄电池两端的第一电压值和电流值；[0013]S3、断开放电间隔t△时间后，采集所述蓄电池两端的第二电压值；
[0014]
通过公式：计算所述蓄电池的内阻值；其中，r为内阻值，V0为第一电
压值，V1为第二电压值，I为电流值。
[0015]本发明测量蓄电池电阻的方法，首先对蓄电池进行直流恒流放电一段时间，然后断开放电，断开放电瞬间，采集蓄电池两端的第一电压值和电流值，断开放电间隔t△时间后，采集蓄电池两端的第二电压值。然后根据
计算蓄电池的电阻，进而通过蓄电
池的电阻值评估电池的容量。[0016]进一步，步骤S1中，所述恒流放电的电流为20-80A，时间为3-10s。[0017]使用该方法测量蓄电池的电阻值时，首先对蓄电池进行一定时长的纯阻直流放电，放电起始电流根据电池电压设置为20-80A，放电时长仅需控制在3-10s即可，该方法测量时间短，操作简单便捷。[0018]进一步，步骤S3中，所述t△为50-300微秒。[0019]使用该方法测量蓄电池的电阻值，由于蓄电池本身的电化学特性，断开放电后，电势会自动瞬间回升，取断开放电后50-300微秒的电压值作为第二电压值，代入公式即可得到蓄电池的内阻值。
[0020]一种蓄电池内阻测量系统，包括蓄电池、负载、分流器、电流测量部件、电压测量部件和控制单元；
[0021]所述蓄电池、所述负载和所述分流器串联形成通路；[0022]所述电流测量部件与所述分流器并联；[0023]所述电压测量部件与所述蓄电池并联；[0024]所述控制单元分别与所述通路、所述电流测量部件和所述电压测量部件电连接。[0025]蓄电池的内阻测量系统中的，蓄电池、负载和分流器串联形成通路，其中负载连接在电路的两端，可以防止短路，而分流器主要用来测量直流电流，根据直流电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理制成。电流测量部件与分流器并联，电压测量部件与蓄电池并联，这样，电流测量部件可以通过测量分流器两端的电压值进而测得直流电流，而电压测量部件可以直接测得蓄电池两端的电压值。通路、电流测量部件和电压测量部件均与控制单元电连接，这样，控制单元可以直接控制通路的连通与断开，并及时收集电流测量部件和电压测量部件采集得到的电流值和电压值。[0026]进一步，还包括继电器，所述继电器设置在所述通路上，所述控制单元通过所述继电器与所述通路电连接。
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通路上还设置有继电器，而控制单元通过继电器与通路电连接，继电器在电路中
起到自动调节、安全保护的作用，可用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。[0028]进一步，所述电流测量部件包括第一AD转换器和电流录波器，[0029]所述第一AD转换器与所述分流器并联；
[0030]所述电流录波器与所述第一AD转换器电连接。[0031]电流测量部件包括第一AD转换器和电流录波器，其中第一AD转换器与分流器并联，电流录波器与第一AD转换器电连接，这样，第一AD转换器可将测得的模拟信号转化为数字信号，电流录波器可准确记录数字信号，再将该信息传输到控制单元中，由控制单元实现数据的分析、比较和计算。[0032]进一步，所述电压测量部件包括第二AD转换器和电压录波器，[0033]所述第二AD转换器与所述蓄电池并联；
[0034]所述电压录波器与所述第二AD转换器电连接。[0035]电压测量部件包括第二AD转换器和电压录波器，其中第二AD转换器与蓄电池并联，电压录波器与第二AD转换器电连接，这样，第二AD转换器可将测得的模拟信号转化为数字信号，电压录波器可准确记录数字信号，再将该信息传输到控制单元中，由控制单元实现数据的分析、比较和计算。[0036]进一步，还包括数据储存单元，[0037]所述电流录波器、所述电压录波器均与所述数据储存单元相连接；[0038]所述数据储存单元与所述控制单元相连接。[0039]电流录波器、电压录波器均与数据储存单元相连接，数据储存单元可对电流录波器和电压录波器中的数据进行存储，或将存储的数据传输到控制单元中，由控制单元实现数据的分析、比较和计算。[0040]进一步，还包括电源，所述电源与所述控制单元电连接。[0041]电源与控制单元电连接，为整个测量系统提供电源。[0042]本发明与现有技术相比，本发明的有益效果在于：[0043]本发明首先对蓄电池进行一定时长的直流放电，然后断开放电，由于蓄电池本身的电化学特性，电势会自动瞬间回升，取断开瞬间前的电池端的电压值、电流值及断开后某一时间间隔后的蓄电池两端的电压值，计算电压差，从而计算蓄电池的内阻。该方法不但可以有效避开蓄电池的虚电压、电化学极化电阻、浓差极化电阻的影响实现精准的电池欧姆电阻的测试，而且具备高准确度、高精密度、高抗干扰的测量性能。因此，该方法简化了蓄电池内阻的测量方法，缩短了测量耗时，进而降低了检测成本，便于使用内阻估算蓄电池的容量。
附图说明
[0044]图1为本发明蓄电池内阻测量方法示意图；
[0045]图2为本发明测量过程中电压电流变化示意图；[0046]图3为本发明蓄电池测量系统的示意图。[0047]附图中，各标号所代表的部件列表如下：[0048]1、蓄电池，2、负载，3、分流器，4、第一AD转换器，5、电流录波器，6、第二AD转换器，
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7、电压录波器，8、控制单元，9、继电器，10、数据储存单元，11、电源。
具体实施方式
[0049]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0050]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0051]下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。[0052]如图1所述，本发明一种蓄电池电阻测量方法包括：[0053]S1、将蓄电池进行直流恒流放电，控制恒流放电的电流为20-80A，时间为3-10s；[0054]S2、断开放电瞬间前，采集所述蓄电池两端的第一电压值和电流值；[0055]S3、断开放电间隔50-300微秒时间后，采集所述蓄电池两端的第二电压值；
[0056]
通过公式：计算所述蓄电池的内阻值；其中，r为内阻值，V0为第一电
压值，V1为第二电压值，I为电流值。
[0057]图2为本发明测量过程中电压电流变化示意图，其中a曲线表示电压变化曲线，b曲线表示电流变化曲线，间隔时间为3秒。
[0058]蓄电池的内阻通常为几十微欧至几百微欧的微量值，其大小反映了蓄电池容量存储能力。IEC60896-2和GB/T19638.2-2005标准虽规定了铅酸蓄电池的内阻水平，并定义了标准的二次放电法用以测量蓄电池的内阻值，但是二次放电法难度高，这种测量方法目前只适用于实验室。
[0059]以测量一只标称容量为12V、800AH的蓄电池内阻为例，对比标准的二次放电法与本发明所采用的方法，表1为标准二次法和本发明方法测量过程的对比：[0060]表1标准二次法和本发明方法测量过程的对比
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从以上测量过程可见，标准的二次放电法需要进行两次放电，放电电流很大
(320A、1600A)，而且需要进行直流恒流控制，特别是第二次的1600A电流的5秒控制，其难度较高，要实现两次放电的控制设备体积、重量均较大，每次测量耗时较长，总共需要5分多钟。而采用本发明的方法只需要进行一次3秒的纯阻负载自然放电即可，巧妙利用了电池本身的电化学特性。选取3只不同标称容量的电池进行实际测量对比，每种电池均采用两种方法测量3次，以下表格显示测量过程及数据，并对比了两种方式的结果，表2为标准二次法和本发明方法测量结果的对比：
[0063]表2标准二次法和本发明方法测量结果的对比
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(注：电流单位为A，电压单位为V，内阻单位为μΩ)
[0066]从对比试验结果可以看出，本发明方法测量的准确性与标准定义的二次放电法一致，误差2％以内属于正常范围，且根据电路性能可以对t△进行微调进一步减少误差，本发明方法的重复测量误差能控制在1％内，满足应用需要。[0067]如图3所示，本发明蓄电池电阻测量方法所使用的一种蓄电池内阻测量系统，包括蓄电池1、负载2、分流器3、电流测量部件、电压测量部件和控制单元8；所述蓄电池1、所述负载2和所述分流器3串联形成通路；所述电流测量部件与所述分流器3并联；所述电压测量部件与所述蓄电池1并联；所述控制单元8分别与所述通路、所述电流测量部件和所述电压测量部件电连接。
[0068]在该内阻测量系统中的，蓄电池1、负载2和分流器3串联形成通路，其中负载2连接在电路的两端，可以防止短路，而分流器3主要用来测量直流电流，根据直流电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理制成。电流测量部件与分流器3并联，电压测量部件与蓄电池1并联，这样，电流测量部件可以通过测量分流器3两端的电压值进而测得直流电流，而电压测量部件可以直接测得蓄电池1两端的电压值。通路、电流测量部件和电压测量部件均与控
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制单元8电连接，这样，控制单元8可以直接控制通路的连通与断开，并及时收集电流测量部件和电压测量部件采集得到的电流值和电压值。[0069]在上述技术方案的基础上，进一步，还包括继电器9，所述继电器9设置在所述通路上，所述控制单元8通过所述继电器9与所述通路电连接。[0070]继电器9在电路中起到自动调节、安全保护的作用，可用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
[0071]在上述技术方案的基础上，进一步优选的，所述电流测量部件包括第一AD转换器4和电流录波器5，所述第一AD转换器4与所述分流器3并联；所述电流录波器5与所述第一AD转换器4电连接。[0072]第一AD转换器4可将测得的模拟信号转化为数字信号，电流录波器5可准确记录数字信号，再将该信息传输到控制单元8中，由控制单元8实现数据的分析、比较和计算。[0073]在上述优选技术方案的基础上，更为优选的，所述电压测量部件包括第二AD转换器6和电压录波器7，所述第二AD转换器6与所述蓄电池1并联；所述电压录波器7与所述第二AD转换器6电连接。[0074]第二AD转换器6可将测得的模拟信号转化为数字信号，电压录波器7可准确记录数字信号，再将该信息传输到控制单元8中，由控制单元8实现数据的分析、比较和计算。[0075]为提高该测量系统的数据储存量，还包括数据储存单元10，所述电流录波器5、所述电压录波器7均与所述数据储存单元10相连接；所述数据储存单元10与所述控制单元8相连接。
[0076]数据储存单元10可对电流录波器5和电压录波器7中的数据进行存储，或将存储的数据传输到控制单元8中，由控制单元8实现数据的分析、比较和计算。[0077]在上述技术方案的基础上，还包括电源11，所述电源11与所述控制单元8电连接。[0078]以能产生高达3000A电流的比利时STEVO公司的直流大电流发生器BALTO 3KA Compact为参照，从多维度比较标准二次法和本发明系统的区别，表3为标准二次法和本发明系统的比较：
[0079]表3标准二次法和本发明系统的比较
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由表3可以看出，本发明蓄电池1内阻测量系统尺寸小，重量轻，可实现对蓄电池1
微量电阻高准确度、高精密度的测量，并且操作简单便捷。[0082]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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图3
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