CN202443113U

CN202443113U - 一种电池自放电性能的快速测量装置

Info

Publication number: CN202443113U
Application number: CN2011204819150U
Authority: CN
Inventors: 李革臣; 程从彬
Original assignee: Individual
Current assignee: Harbin Zhiming Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2021-11-29

Abstract

本实用新型为社会提供一种电池自放电性能的快速测量装置，由采用单片机CPU、数模转换器D/A、模数转换器A/D、运算放大器A、供电电源P、电阻器R1-R4和被测量电池B构成，将被测量电池B作为***辨识的对象，被测量电池充放电电流Iw作为输入信号，被测量电池的电压U₁作为输出信号，对电池等效电路D进行仿真计算，得到仿真输出信号U₂，根据U₁和U₂的误差调整等效电路元件的参数值，当U₁趋于等于U₂，此时，仿真***中的参数R₀即为被测量电池B的自放电电阻。本实用新型彻底改变了传统电池的自放电性能测量需要搁置很长时间、占用大面积生产场地的缺陷，提高了电池自放电性能测量的速度和准确性。

Description

一种电池自放电性能的快速测量装置

技术领域：

本实用新型涉及一种电池自放电性能的快速测量装置，适用于多种二次电池和一次电池的单体及电池组的自放电性能测量。

背景技术：

我们常用的二次电池和一次电池都不同程度地存在自放电的现象，电池及电池组的自放电的差异性是直接影响到电池使用寿命的重要技术指标。测试电池的自放电，对于电池的研究、电池性能改进都起到重要的作用。目前国际通用的测量方法是：将电池充满电后，在高温状态下搁置7天或在常温状态下搁置28天，然后通过测量电池的剩余电量来评估电池自放电的大小。这种传统自放电的测量方法受环境干扰影响较大，准确性十分有限，并且需要很长的测试时间、占用大量的流动资金和大面积生产场地，造成很大的浪费。

发明内容：

本发明的目的是：提供一种新的电池的自放电性能快速测量的装置，它可以在数小时内完成电池的自放电性能测试，并且可以定量计算电池自放电电阻的大小。

本实用新型由单片机CPU、数模转换器D/A、模数转换器A/D、运算放大器A、供电电源P、电阻器R1-R4和被测量电池B构成。

对被测量电池B可以用一个等效电路表示，图1就是被测量电池的等效电路，图中，Rs.电池欧姆内阻，Rr.电池法拉第阻抗，Cd.电池极板表面双电层电容，R₀.电池自放电电阻，I₁为被测量电池B的自放电电流。当充放电电流Iw流过时，被测量电池的电压U₁发生变化。因此，对于被测量电池的等效电路而言，Iw是输入信号，U₁是输出信号。

本实用新型的工作原理框图如图2所示，对于一个存在自放电电流I₁的被测量电池B，采用充放电电流Iw进行充放电，被测量电池的电压U1将发生变化。将被测量电池作为***辨识的对象，Iw是输入信号，U1是输出信号，C是比较器，D是被测量电池的等效电路。

根据自动控制理论，被测量电池的等效电路D可以用一个一阶微分方程表示，其中的Rs、Rr、Cd、R₀都可表示为微分方程的系数，这些系数会随充放电过程发生变化。该微分方程称为被测量电池的数学模型，其表达式如下：

C_{d} \cdot (1 + \frac{R_{s}}{R_{0}}) \cdot \frac{du (t)}{dt} + (\frac{1}{R_{0}} + \frac{1}{R_{r}} + \frac{R_{s}}{R_{0} \cdot R_{r}}) \cdot u (t) = C_{d} \cdot R_{s} \frac{di (t)}{dt} + (1 + \frac{R_{s}}{R_{r}}) \cdot i (t)

采用***仿真技术，被测量电池数学模型的一阶微分方程可以采用计算机或单片机进行数字仿真，根据经验选择Rs、Rr、Cd、R₀的初值后，若同样以Iw为输入信号作为微分方程中的i(t)，经过求解微分方程进行仿真计算，方程的解u(t)作为仿真输出信号U₂。由于所选择的Rs、Rr、Cd、R₀的初值与被测量电池的真实参数不会正好相等，一般情况下U₂与U₁存在一定误差。

将被测量电池的输出信号U₁和输入信号Iw经过A/D模数转换器输入计算机后，将仿真信号输出U₂与将被测量电池输出信号U₁进行比较，得出误差E，再根据误差E调整数学模型Rs、Rr、Cd、R₀的参数值，使误差E减小。具体方法可采用自动控制理论中的常用的一些方法都可以，例如以误差E为目标函数、以Rs、Rr、Cd、R₀为自变量的寻优算法，如下降迭代法、抛物线逼近法、变量轮换法、牛顿法等。反复进行比较和调整，误差E逐渐减小，当误差E趋于零时，U₁等于U₂。此时，等效电路的参数与被测量电池B的参数也达到一致，等效电路的自放电电阻R₀即为被测量电池B的自放电电阻。测量过程结束。

本实用新型的典型电路图如图3所示：单片机CPU通过数模转换器D/A控制运算放大器A，运算放大器A输出充放电电流Iw给被测量电池B充放电，Iw电流采样信号经模数转换器A/D输入单片机，被测量电池的电压U₁通过A/D模数转换器转换后也输入单片机CPU，电流采样信号Iw输入单片机后，单片机求解被测量电池等效电路确定的微分方程的输入信号，微分方程的解作为电池等效电路的输出U₂，将U₂与U₁进行比较，得出误差E，根据误差E的大小调整数学模型Rs、Rr、Cd、R₀的参数值，使误差E减小，经过反复进行比较和调整，使误差E逐渐减小，当误差E趋于零时，U₁等于U₂。此时，等效电路中的电池自放电电阻给定参数即为被测量电池B的自放电电阻。

本实用新型的优点是：实用新型彻底改变了传统电池的自放电测量需要搁置很长时间、占用大面积生产场地的缺陷，不仅提高了电池自放电测量的速度和准确性，并且大幅度压缩了电池的生产周期和流动资金的占用。

附图说明：

图1是被测量电池的等效电路；

图2是本实用新型的原理框图；

图3是本实用新型的具体实施方式电路原理图；

其中：A.运算放大器，A/D.模/数转换器，B.被测量电池，C.比较器，Cd.电池法拉第阻抗，CPU.单片机，D.被测量电池的等效电路，D/A.数模转换器，I₁.被测量电池B的自放电电流，Iw.辅助补偿电流，P.供电电源，R₀.电池自放电电阻，Rr.电池法拉第阻抗，Rs. 电池欧姆内阻，U₁.被测电池电压，U₂.仿真输出信号。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

实施例是采用单片机实现电池的自放电快速测量，如图3所示；单片机CPU通过数模转换器D/A控制运算放大器A，运算放大器A输出充放电电流Iw给被测量电池B充放电，R4是Iw的电流采样电阻。Iw电流采样信号经模数转换器A/D输入单片机。被测量电池的电压U₁通过A/D模数转换器转换后也输入单片机CPU。

电流采样信号Iw输入单片机后，单片机求解由图2的被测量电池等效电路D确定的一阶微分方程，方程的解就是等效电路的输出U₂。

由于U₁已经输入单片机，因此可与计算机求解的等效电路的输出U₂进行比较，得出误差E。根据误差E的大小调整数学模型Rs、Rr、Cd、R₀的参数值，使误差E逐渐减小。反复进行比较U₁、U₂和调整误差E，使误差E随时间逐渐减小，当误差E趋于零时，U₁等于U₂。此时，仿真***中的参数R₀即为被测量电池B的自放电电阻，测量过程结束。

图3中，R1；10K电阻，R2；10K电阻，D/A；数模转换器DAC0832，A/D；模数转换器AD574，CPU；单片机430F149，R3；100K电阻，R4；1K电阻，P为+15V。

Claims

1.一种电池自放电性能的快速测量装置，由单片机CPU、数模转换器D/A、模数转换器A/D、运算放大器A、供电电源P、电阻器R1-R4和被测量电池B构成，其特征在于：单片机CPU通过数模转换器D/A控制运算放大器A，运算放大器A输出充放电电流Iw给被测量电池B充放电，Iw电流采样信号经模数转换器A/D输入单片机，被测量电池的电压U₁通过A/D模数转换器转换后也输入单片机CPU，电流采样信号Iw输入单片机后，单片机求解被测量电池等效电路确定的微分方程的输入信号，微分方程的解作为电池等效电路的输出U₂，将U₂与U₁进行比较，得出误差E，根据误差E的大小调整数学模型Rs、Rr、Cd、R₀的参数值，使误差E减小，经过反复进行比较和调整，使误差E逐渐减小，当误差E趋于零时，U₁等于U₂，此时，等效电路中的电池自放电电阻给定参数即为被测量电池B的自放电电阻。