蓄電池內(nèi)阻在線測量系統(tǒng)及仿真分析

　　引言

　　蓄電池以其在價格、可靠性、安全性上的優(yōu)勢，在生活中被越來越廣泛地應用。例如，蓄電池在供電出現(xiàn)故障時可作為重要設備的后備電源，還可作為直接電源為汽車及其他機械設備供電。與其他電子設備不同，電池作為一種電化學設備，其狀態(tài)很不穩(wěn)定，很容易在短時間內(nèi)發(fā)生很大變化，且在工作中其一直處于浮充電狀態(tài)。因此，對蓄電池系統(tǒng)進行有效的維護變得極為重要。

　　自上世紀80年代以來，人們就開始研究電池的物理化學特性，設想測量代表電池性能的參數(shù)，預知電池的狀態(tài)變化。研究表明[1]：利用監(jiān)測電池內(nèi)阻的方法檢測電池的性能，是目前公認的最佳方法。因為電阻作為電池最重要的參數(shù)之一，與電池容量有著密切的關系，它不僅反映電池當前的荷電狀態(tài)，而且還反映電池的劣化程度，其變化反映了電池的性能和壽命[2]。

　　目前，測量電池內(nèi)阻主要有兩種方法，即直流放電法和交流注入法。直流放電法簡單，易于實現(xiàn)，但其不能在線測量、對電池有損害等缺點使其注定只能應用在對精度和安全要求不高的場合[2]。而交流注入法具有對電池無損害、在線測量精度高等優(yōu)點，因此逐漸受到業(yè)界的推崇。

　　在實際測量應用中，由于電池內(nèi)阻很小，干擾和噪聲對測量影響很大，而且測量連接線的阻抗也不可忽略，因此，如何減小干擾和噪聲就顯得尤為重要。

　　測量原理

　　為減小測量導線造成的誤差，通常采用四線制接法，即將信號注入回路與信號測量回路的連接線分開[3]。大量研究表明[4]：鎖相放大技術對克服外界干擾十分有效，因此，本文的系統(tǒng)采用鎖相放大技術來減小干擾和噪聲。交流法電池內(nèi)阻測量系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

　　交流電流源同時給待測電池及參考電阻提供交流電流，將電池及參考電阻兩端的交流電壓信號分別經(jīng)差分放大及濾波后送入鎖相放大器，然后將得到的信號送入單片機進行處理，最終得到被測電阻的阻值。下面通過數(shù)學的方法具體分析測量原理。

　　如圖1所示，交流信號發(fā)生器提供了穩(wěn)定可靠的交流信號，通過耦合驅(qū)動電路得到交流恒流源。假設其電流表達式為：