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電池內阻測試儀

釋出時間☁·╃:  2022-07-31

產品型號☁·╃:  BDC-61

產品報價☁·╃:  

廠商性質☁·╃:  生產廠家

所  在  地☁·╃:  北京市海淀區上地科技園上地十街1號

產品特點☁·╃:  電池內阻測試儀測試引數 交流電阻│↟▩,直流電壓
測量精度 內阻Ω: 0.3% 電壓V: 0.05% 內阻Ω: 0.5% 電壓V: 0.1%
測試範圍 內阻Ω☁·╃:0.001mΩ~3.2kΩ;電壓V☁·╃:0V~60V 六量程自動和手動 內阻Ω☁·╃:0.01mΩ~3.2kΩ;電壓V☁·╃:0V~60V
測試速度 3次/秒✘│✘☁、15次/秒✘│✘☁、50次/秒 3次/秒✘│✘☁、10次/秒✘│✘☁、50次/秒
校正 全量程內短路清零

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產品概述

 電池內阻測試儀

BDC-60/BDC-61通用型是本公司重點推出的針對電池行業精確電池內阻電壓測試的高速測試裝置╃▩╃。
60內阻最小解析度0.001mΩ│↟▩,電壓最大量程60V│↟▩,測試速度20mS╃▩╃。結合更經濟的價效比優勢│↟▩,廣泛用於實驗室✘│✘☁、產線和自動化裝置配套╃▩╃。

電池內阻測試儀特 性 (FEATURES) 
電阻測試精度0.3%│↟▩,電壓測試精度0.05%(僅60);測試速度最快50次/秒
內建比較器功能│↟▩,30組分選條件儲存
豐富的介面配置│↟▩,標配RS232和HANDLER介面
自動化測量│↟▩,準確快速的判斷│↟▩,適用於流水線上的產品分選和出廠檢驗
應 用 (APPLICATION) 
高精度鋰電池內阻│↟▩,電壓檢測
配套自動測試裝置完成電池內阻+電壓的自動檢測
電池的劣化狀態和壽命評估
超級電容的ESR測試
規格(SPECIFICATION) 
型 號 60 61
顯 示 4色 VFD 顯示
比較器 30組記錄│↟▩,檔計數
觸發器 內部觸發│↟▩,手動觸發│↟▩,外部觸發│↟▩,匯流排觸發
介面 RS-232✘│✘☁、RS-485介面 ✘│✘☁、Handler介面(CHT3561選配)
電源 電壓:190VAC ~ 256VAC; 頻率: 47Hz ~ 63Hz;額定功率☁·╃:15VA
其他 測試引線損壞檢測功能, 鍵盤鎖定和資料儲存功能│↟▩,REl 功能
尺寸 385mm(L)x249mm(W)x102mm(D); 重量: 3.5kg
附件 ✘│✘☁、電源線
蓄電池內阻測量的電池管理系統的設計
測量原理│↟▩,由於大容量動力蓄電池的內阻一般小於50mΩ│↟▩,因此普通測量方法難以保證精度要求╃▩╃。
工程上比較常用的兩種測量方法直流放電法和交流注入法╃▩╃。直流放電法也稱為脈衝放電法│↟▩,該方法首先測量電池的開路電壓╃▩╃。
然後進行大電流放電│↟▩,一般放電倍率約為0.8│↟▩,放電時間為2s左右│↟▩,此時測量電池端電壓和流過負載的電流╃▩╃。
透過歐姆定律即可求出此時的極化內阻和極化電容│↟▩,理論上測量精度較高│↟▩,由於大電流放電│↟▩,因而不適合線上測量;
另外直流放電法受電壓✘│✘☁、電流感測器精度的影響│↟▩,因此需要精度高✘│✘☁、價格貴的感測器╃▩╃。電池管理系統集成了電壓檢測和電流檢測裝置╃▩╃。
可粗略估算內阻值│↟▩,但如要獲得較高的測量精度│↟▩,需要進行離線大電流放電測量│↟▩,對電池有一定的損害;
放電時間限制導致檢測時間長│↟▩,因此限制了該方法在蓄電池檢測系統中的普遍應用╃▩╃。交流注入法即將低頻交流的恆流小訊號注入到電池╃▩╃。
然後測量電池兩端的響應電壓│↟▩,利用鎖相放大器進行訊號處理│↟▩,進而可求得電池的內阻值│↟▩,整個電路系統屬於小訊號處理電路╃▩╃。
容易引入干擾│↟▩,為提高測量精度│↟▩,需採用四端子測量方法╃▩╃。訊號頻率一般選擇1KHz│↟▩,主要原因是鎖相放大器此頻率下效能表現較佳╃▩╃。
另外與噪聲訊號頻率相差較大│↟▩,容易提取低頻訊號│↟▩,濾波誤差小╃▩╃。選擇較小的訊號幅值│↟▩,以便忽略測量小訊號對電池狀態的影響╃▩╃。
實現線上測量│↟▩,蓄電池若在大電流狀態下│↟▩,則測量值為歐姆內阻與極化內阻之和│↟▩,交流注入法能測量大部分蓄電池│↟▩,應用廣泛╃▩╃。
綜合考慮專案要求│↟▩,本文采用交流注入法測量電池內阻╃▩╃。測量原理框圖如圖1所示╃▩╃。測量系統的電路主要由訊號發生電路產生所需頻率的電壓訊號╃▩╃。
透過V/I變換電路實現恆流;注入取樣電阻和蓄電池│↟▩,放大采樣訊號和測量訊號;然後兩路訊號輸入到鎖相放大器AD630╃▩╃。
對訊號進行檢波處理│↟▩,再透過低通濾波器實現濾波│↟▩,訊號變為直流│↟▩,同時濾除高頻噪聲訊號│↟▩,使訊號平滑;
最後透過STM32的A/D轉換電路和控制電路│↟▩,實現測量資料的處理和傳輸│↟▩,採用抗干擾能力較強的RS485匯流排進行資料傳輸╃▩╃。

設參考電阻上的電壓訊號為……(1)│↟▩,電池兩端的電壓訊號為☁·╃:……(2)╃▩╃。
其中☁·╃:為蓄電池內部極化電容產生的相位差╃▩╃。參考訊號和測量訊號透過鎖相放大器後│↟▩,噪聲訊號與測量訊號獨立不相關╃▩╃。
噪聲被濾除│↟▩,則處理後訊號為……(3)其中☁·╃:G為差分放大器增益╃▩╃。
然後訊號透過低通濾波器│↟▩,2倍頻訊號被衰減濾除│↟▩,只剩下直流訊號☁·╃:……(4)│↟▩,其中☁·╃:K為濾波電路增益╃▩╃。
電池內阻的計算公式為☁·╃:……(5)│↟▩,其中☁·╃:I為交流恆流源最大值│↟▩,測量系統取值為50mA╃▩╃。
把式(4)代入式(5)│↟▩,即可得到電池內阻為……(6)│↟▩,其中☁·╃:K✘│✘☁、A✘│✘☁、I✘│✘☁、U✘│✘☁、G均為已知的數值╃▩╃。
透過式(6)可求出此時電池內阻值│↟▩,電源迴路│↟▩,依據專案要求│↟▩,測量系統的電源由被測電池提供╃▩╃。
為阻礙測量的交流小訊號進入直流供電迴路│↟▩,在電路中LC濾波器│↟▩,濾波器截止頻率儘量低│↟▩,使交流阻抗足夠大╃▩╃。
分流盡量小│↟▩,為防止DC-DC模組工作不穩定│↟▩,選擇大容量鋁電解電容│↟▩,等效串聯電阻也要稍大╃▩╃。
測量電路設計為提高測量精度│↟▩,訊號放大器需採用共模抑制比較高的儀器放大器│↟▩,鎖相放大器是本測量系統的核心部分╃▩╃。
主要由相敏檢測單元和低通濾波器構成│↟▩,為提高測量精度│↟▩,相敏檢測單元需要高精度運算處理晶片並且具有較高的開關速度和靈敏度╃▩╃。
交流訊號發生器│↟▩,前面分析可知│↟▩,交流訊號頻率設定在1KHz│↟▩,訊號發生器選擇效能較為優良的ICL8038╃▩╃。
頻率調節範圍為0.001Hz~300kHz│↟▩,頻率可調節範圍寬│↟▩,輸出的正弦波失真度小於1%╃▩╃。而且外圍電路較為簡單╃▩╃。
效能上能滿足測量系統的要求│↟▩,實現電路原理如圖2所示│↟▩,透過調節Rw2和Rw1可以實現頻率的調定│↟▩,最終調定頻率在1KHz╃▩╃。
調節引腳1和引腳12使用正弦波失真度減小到0.5%│↟▩,也可小範圍內調節電壓訊號幅值╃▩╃。振盪電容C選擇為3300pF╃▩╃。
V/I變換電路│↟▩,為了實現訊號穩定性│↟▩,在訊號發生器訊號輸出之後透過一個訊號跟隨器│↟▩,提高訊號的輸出穩定性╃▩╃。
減小訊號失真度│↟▩,V/I電路採用比較常見的運算放大器拓撲實現│↟▩,功率放大器選用OPA544T輸出電流能力滿足系統50mA的要求╃▩╃。
使用時需在電源處並聯去耦電容│↟▩,使供電迴路穩定│↟▩,兩個跟隨器採用高精度│↟▩,低溫漂✘│✘☁、低偏移運放OP07╃▩╃。
為了消除電池直流電壓對本級電路的影響│↟▩,測量中需要透過大電容實現交流耦合│↟▩,隔離直流訊號│↟▩,但訊號頻率較低╃▩╃。
為保證訊號不失真│↟▩,應選擇合適的耦合電容C引數│↟▩,V/I變換電路如圖3所示由於運放引入負反饋╃▩╃。
因此工作線上性區│↟▩,其中R1=R2=R3=R4╃▩╃。根據“虛短虛斷"原則可知☁·╃:……(7);……(8)╃▩╃。
……(9)│↟▩,將式(8)代入式(9)可得☁·╃:……(10);……(11)╃▩╃。
調節電阻Ro就可以使電流恆定在50mA│↟▩,訊號放大電路│↟▩,對取樣電阻和電池的交流電壓訊號分別進行放大╃▩╃。
提高增益│↟▩,便於鎖相器處理│↟▩,晶片採用精密儀器放大器INA111│↟▩,該器件為高精度✘│✘☁、低溫漂✘│✘☁、低偏置電流場效應運算放大器╃▩╃。
可調高增益達1000倍以上│↟▩,共模抑制比最小為106dB│↟▩,是小訊號處理效能較為優秀的儀器放大器╃▩╃。
使用中注意電源需按上去耦電容│↟▩,使訊號輸出更穩定╃▩╃。實現電路如圖4所示│↟▩,放大倍數為☁·╃:│↟▩,由圖4可知╃▩╃。
本電路是一個高通濾波器│↟▩,為了抑制共模訊號│↟▩,電路中C1=C2│↟▩,R1=R2│↟▩,採用高通濾波電路主要是為了隔離蓄電池直流電壓對電路的影響╃▩╃。
鎖相放大器電路│↟▩,本部分電路為測量系統核心部分│↟▩,採用高精度✘│✘☁、高靈敏度的模擬器件AD630╃▩╃。這是一款高精度的平衡調製器╃▩╃。
內部電阻均是高穩定薄膜電阻│↟▩,保證了其工作的精確性和穩定性;具有高靈敏度的比較器│↟▩,切換速度較高╃▩╃。
可使開關失真降至│↟▩,通道A和B之間隔離度超過100dB│↟▩,AD630主要用於鎖相放大器│↟▩,相敏檢測電路╃▩╃。
同步檢測✘│✘☁、平衡解調和調製等電路│↟▩,其最佳工作頻率為1KHz╃▩╃。放大電路如圖5所示│↟▩,由AD630的原理可知╃▩╃。
參考訊號經過比較器後轉變為同頻率的方波訊號│↟▩,展開為傅立葉級數☁·╃:……(12)╃▩╃。
把式(12)代入式(3)│↟▩,最後得到直流訊號為☁·╃:……(13)同理│↟▩,最後得到內阻值☁·╃:……(14)╃▩╃。
濾波電路採用二階有源濾波器│↟▩,截止頻率設計儘量低│↟▩,使2倍頻及高頻干擾訊號基本衰減到0│↟▩,電路採用壓控電壓源濾波器╃▩╃。
需注意電壓放大倍數不能大於3│↟▩,否則容易電路自激振盪│↟▩,出現不穩定╃▩╃。如果C1=C2│↟▩,R1=R2=R3=R4│↟▩,可知濾波器的通帶截止頻率為╃▩╃。
由此可以一份合同出所需的電阻和電容│↟▩,A/D轉換電路│↟▩,STM32微控制器集成了A/D轉換電路│↟▩,具有12位精度╃▩╃。
為了獲得較高精度│↟▩,高穩定性轉換結果│↟▩,參考電壓由外部高精度基準電壓晶片MA6701提供╃▩╃。本部分電路需要注意在訊號進入ADC轉換通道之前╃▩╃。
需進行過壓保護處理│↟▩,主要原因是測量端開路會造成運算放大器飽和│↟▩,導致輸出電壓高達10V│↟▩,供電電源選擇12V╃▩╃。
容易擊穿晶片│↟▩,造成電路的損害╃▩╃。本設計採用了兩個快恢復肖特基二極體串聯│↟▩,鉗制輸入訊號╃▩╃。
防止燒壞STM32│↟▩,實現電路如圖6所示╃▩╃。其中(R1+R2)✘│✘☁、C構成一階濾波器│↟▩,同時電容C起到一定的電壓緩衝作用╃▩╃。
增強電路的安全性│↟▩,時間常數選擇需適中│↟▩,過大則影響測量響應時間╃▩╃。實驗結果討論資料處理│↟▩,在實際測量中│↟▩,為了消除導線電阻引入誤差╃▩╃。
採用兩個精密電阻代替電池│↟▩,分別測得ADC電壓值為UR1✘│✘☁、UR2│↟▩,則可以透過比值消除其他引數測量結果的影響╃▩╃。
實驗測試發現│↟▩,當替代電阻與電池電阻值接近時│↟▩,誤差較小│↟▩,本系統採用10mΩ和20mΩ的精密電阻╃▩╃。
誤差均為1%│↟▩,實驗資料測量電池為某品牌12V/12AH鉛酸蓄電池│↟▩,61內阻測量儀的測量值╃▩╃。分別測量了3節蓄電池所得結果如表1所列╃▩╃。
表 1 蓄電池內阻測量結果
蓄電池編號 61/mΩ 測量系統/mΩ 誤差
第1節 34.221 34.77 1.6%
第2節 34.656 35.04 1.1%
第3節 34.445 34.89 1.2%
測量誤差主要受ADC轉換精度✘│✘☁、導線寄生引數✘│✘☁、運算放大器的漂移✘│✘☁、電源穩定性等影響╃▩╃。改進方法主要有☁·╃:採用高精度獨立ADC轉換晶片╃▩╃。
接線儘量短│↟▩,電源完整性設計也需要注意;電阻應選擇溫漂低✘│✘☁、穩定性優良的儀器電阻;但是也需顧及成本要求╃▩╃。

 

 


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