蓄电池内阻在线测量系统及仿真分析

引言

蓄电池以其在价格、可靠性、安全性上的优势，在生活中被越来越广泛地应用。例如，蓄电池在供电出现故障时可作为重要设备的后备电源，还可作为直接电源为汽车及其他机械设备供电。与其他电子设备不同，电池作为一种电化学设备，其状态很不稳定，很容易在短时间内发生很大变化，且在工作中其一直处于浮充电状态。因此，对蓄电池系统进行有效的维护变得极为重要。

自上世纪80年代以来，人们就开始研究电池的物理化学特性，设想测量代表电池性能的参数，预知电池的状态变化。研究表明[1]：利用监测电池内阻的方法检测电池的性能，是目前公认的最佳方法。因为电阻作为电池最重要的参数之一，与电池容量有着密切的关系，它不仅反映电池当前的荷电状态，而且还反映电池的劣化程度，其变化反映了电池的性能和寿命[2]。

目前，测量电池内阻主要有两种方法，即直流放电法和交流注入法。直流放电法简单，易于实现，但其不能在线测量、对电池有损害等缺点使其注定只能应用在对精度和安全要求不高的场合[2]。而交流注入法具有对电池无损害、在线测量精度高等优点，因此逐渐受到业界的推崇。

在实际测量应用中，由于电池内阻很小，干扰和噪声对测量影响很大，而且测量连接线的阻抗也不可忽略，因此，如何减小干扰和噪声就显得尤为重要。

测量原理

为减小测量导线造成的误差，通常采用四线制接法，即将信号注入回路与信号测量回路的连接线分开[3]。大量研究表明[4]：锁相放大技术对克服外界干扰十分有效，因此，本文的系统采用锁相放大技术来减小干扰和噪声。交流法电池内阻测量系统原理框图如图1所示。

交流电流源同时给待测电池及参考电阻提供交流电流，将电池及参考电阻两端的交流电压信号分别经差分放大及滤波后送入锁相放大器，然后将得到的信号送入单片机进行处理，最终得到被测电阻的阻值。下面通过数学的方法具体分析测量原理。

如图1所示，交流信号发生器提供了稳定可靠的交流信号，通过耦合驱动电路得到交流恒流源。假设其电流表达式为：