專利名稱：電池荷電保持能力的快速測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池荷電保持能力的快速測(cè)量方法，適用于多種二次電池和一次電池的單體及電池組的荷電保持能力測(cè)量
背景技術(shù)：
電池在我們的生活、生產(chǎn)、科學(xué)研究中應(yīng)用越來越廣泛，鉛酸、鎘鎳、鎳氫、鋰離子等電池是常用的二次電池，堿錳、鋅錳等是常用的一次電池，其共同的特點(diǎn)是，所有電池都不同程度地存在自放電的現(xiàn)象，電池及電池組的自放電的差異性是直接影響到電池使用壽命的重要技術(shù)指標(biāo)。電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，電池的自放電性能一般用荷電保持能力來描述。測(cè)試電池的荷電保持能力，對(duì)于電池的研究、電池性能改進(jìn)都起到重要的作用。目前國際通用的測(cè)量方法是將電池充滿電后，在高溫或常溫狀態(tài)下擱置7天或28天，然后通過測(cè)量電池的剩余電量來評(píng)估電池荷電保持能力的大小。這種傳統(tǒng)荷電保持能力的測(cè)量方法受環(huán)境干擾影響較大，準(zhǔn)確性十分有限，并且需要很長的測(cè)試時(shí)間、占用大量的流動(dòng)資金和大面積生產(chǎn)場(chǎng)地，造成很大的浪費(fèi)，嚴(yán)重影響電池企業(yè)和電池科研單位的經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的電池的荷電保持能力快速測(cè)量的方法，它可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成電池的荷電保持能力測(cè)試,并且可以定量計(jì)算電池自放電電流的大小。本發(fā)明的技術(shù)方案是如圖I所示，一種電池的荷電保持能力快速測(cè)量方法，對(duì)于一個(gè)存在自放電電流I1的被測(cè)量電池B，可以用一個(gè)理想電源Etl與一個(gè)電阻Rtl并聯(lián)等效電路表示，采用一個(gè)輔助補(bǔ)償電流Iw對(duì)其進(jìn)行充電，將被測(cè)量電池電壓U1與標(biāo)準(zhǔn)電源E的電壓Ue采用比較器C進(jìn)行比較，通過受控充電電源Pw改變輔助補(bǔ)償電流Iw的大小，使被測(cè)量電池的電壓U1在一段時(shí)間內(nèi)跟隨標(biāo)準(zhǔn)電源E的電壓Ue保持不變，此時(shí)輔助補(bǔ)償電流Iw與被測(cè)量電池的自放電電流I1相等，由于輔助補(bǔ)償電流Iw是已知的，從而得到了被測(cè)量電池的自放電電流的準(zhǔn)確數(shù)值。電池的自放電電流可準(zhǔn)確描述電池的荷電保持能力，因而達(dá)至IJ了測(cè)量電池荷電保持能力的目的。需要說明的是，輔助補(bǔ)償電流Iw可以是直流也可以是交流，交流的正半周對(duì)電池充電，交流的負(fù)半周對(duì)電池放電，當(dāng)正負(fù)半周電流不相等時(shí)，其差值可以等效于直流輔助補(bǔ)償電流Iw對(duì)被測(cè)量電池充電。本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是如圖2所示；采用一個(gè)比較器C，通過受控充電電源Pw調(diào)整輔助補(bǔ)償電流Iw，使被測(cè)量電池B的電壓U1在一段時(shí)間內(nèi)跟隨標(biāo)準(zhǔn)電源E的電壓Ue保持不變，此時(shí)，被測(cè)量電池的自放電電流I1與補(bǔ)償電流Iw相等，補(bǔ)償電流即為被測(cè)量電池的自放電電流，因而達(dá)到了測(cè)量電池荷電保持能力的目的。本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是如圖3所示；采用一個(gè)跟隨放大器F起到比較器的作用，調(diào)整輔助補(bǔ)償電流1 ，使被測(cè)量電池B的電壓U1在一段時(shí)間內(nèi)跟隨標(biāo)準(zhǔn)電源E的電壓Ue保持不變，此時(shí)，被測(cè)量電池的自放電電流I1與輔助補(bǔ)償電流Iw相等，輔助補(bǔ)償電流即為被測(cè)量電池的自放電電流，因而達(dá)到了測(cè)量電池荷電保持能力的目的。
本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是如圖4所示；采用一個(gè)微分器du/dt，通過受控充電電源Pw調(diào)整輔助補(bǔ)償電流Iw使被測(cè)量電池B的電壓U1在一段時(shí)間內(nèi)保持不變，此時(shí)，被測(cè)量電池的自放電電流I1與輔助補(bǔ)償電流Iw相等。輔助補(bǔ)償電流即為被測(cè)量電池的自放電電流，因而達(dá)到了測(cè)量電池荷電保持能力的目的。本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是如圖5所示；采用單片機(jī)CPU及模數(shù)轉(zhuǎn)換器件A/D及數(shù)模轉(zhuǎn)換器件D/A實(shí)現(xiàn)，將被測(cè)量電池B的電壓U1及輔助補(bǔ)償電流Iw通過A/D轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)CPU，CPU經(jīng)過比較器、 跟隨器、微分器等算法計(jì)算后，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器件D/A后，控制受控充電電源Pw調(diào)整輔助補(bǔ)償電流1 ，使被測(cè)量電池的電壓U1在一段時(shí)間內(nèi)跟隨標(biāo)準(zhǔn)電源B的電壓Ue保持不變，此時(shí)，被測(cè)量電池的自放電電流I1與輔助補(bǔ)償電流Iw相等，輔助補(bǔ)償電流即為被測(cè)量電池的自放電電流，因而達(dá)到了測(cè)量電池荷電保持能力的目的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)明徹底改變了傳統(tǒng)電池的荷電保持能力測(cè)量需要擱置很長時(shí)間、占用大面積生產(chǎn)場(chǎng)地的缺陷，不僅提高了電池荷電保持能力測(cè)量的速度和準(zhǔn)確性，并且大幅度壓縮了電池的生產(chǎn)周期和流動(dòng)資金的占用。


圖I是本發(fā)明的原理框圖；圖2是本發(fā)明的用比較器實(shí)現(xiàn)的原理框圖；圖3是本發(fā)明的用跟隨器實(shí)現(xiàn)的原理框圖；圖4是本發(fā)明的用微分器實(shí)現(xiàn)的原理框圖；圖5是本發(fā)明的用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的原理框圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例I的電路圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例2的電路圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例3的電路圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例4的電路圖；其中A.運(yùn)算放大器，A/D.模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，B.被測(cè)量電池，C.比較器，CPU.單片機(jī)，D. 二極管，D/A.數(shù)模轉(zhuǎn)換器，dU/dt.微分器，E.標(biāo)準(zhǔn)電源，F(xiàn).跟隨器，L.高頻變壓器，I1.被測(cè)量電池自放電電流，Iw.輔助補(bǔ)償電流，K.模擬開關(guān)，P.供電電源，Pw.受控充電電源，T.三極管，U1.被測(cè)電池電壓，Ue.標(biāo)準(zhǔn)電源電壓
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明實(shí)施例I是采用比較器實(shí)現(xiàn)電池的荷電保持能力快速測(cè)量的電路圖如圖6所示；標(biāo)準(zhǔn)電源E用穩(wěn)壓管Wl和電阻Rl串聯(lián)由供電電源P供電實(shí)現(xiàn)。比較器C采用模擬開關(guān)K、電阻R2、R3、電容Cl和運(yùn)算放大器A實(shí)現(xiàn)。受控充電電源Pw由高頻變壓器L、三極管T、整流橋D1-D4、濾波電路C2、C3、R4、二極管D5構(gòu)成。測(cè)量前將被測(cè)量電池B的電壓U1放電至低于標(biāo)準(zhǔn)電源E的電壓Ue，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電源E電壓值高于被測(cè)量電池B的電壓值，模擬開關(guān)K高速切換使運(yùn)算放大器A輸出一個(gè)交變信號(hào)，經(jīng)高頻變壓器L、三極管T、整流橋D1-D4、濾波電路C2、C3、R4、二極管D5構(gòu)成整流電路整流后給被測(cè)量電池B充電。直至使被測(cè)量電池B的電壓U1等于標(biāo)準(zhǔn)電源的電壓Ue，此時(shí)電流采樣電阻R5兩端的電壓U5即代表被測(cè)量電池B的自放電電流，測(cè)量過程結(jié)束。圖6 中，Wl ;穩(wěn)壓管 TL431，R1 ；1K 電阻，R2 ；2Κ 電阻，Cl ；lyF 電容，R3 ；10K 電阻，T ;三極管9013，高頻變壓器L ;直徑IOmm磁環(huán)繞制，30 5匝，二極管D1-D5 ;1N4001，R4 ;IK電阻，Cl ;100yF電容，R5 ;2歐姆電阻。模擬開關(guān)K ;CD4051，運(yùn)算放大器A ;CA3140，P為+15V。
實(shí)施例2是采用跟隨器實(shí)現(xiàn)電池的荷電保持能力快速測(cè)量的電路圖。如圖7所示；標(biāo)準(zhǔn)電源E用穩(wěn)壓管Wl和Rl串聯(lián)由供電電源P供電實(shí)現(xiàn)。跟隨器F采用運(yùn)算放大器A實(shí)現(xiàn)。由于跟隨器的跟隨作用，被測(cè)量電池B的電壓將慢慢接近標(biāo)準(zhǔn)電源E的電壓，當(dāng)被測(cè)量電池B的電壓等于標(biāo)準(zhǔn)電源E的電壓時(shí)，電阻R2的電壓U2即代表被測(cè)量電池的自放電電流。圖7中，Wl ;穩(wěn)壓管TL431，R1 ；1K電阻，運(yùn)算放大器A ;CA3140。R2 ；1歐姆電阻。P為 +15V。實(shí)施例3是采用微分器實(shí)現(xiàn)的電池的荷電保持能力快速測(cè)量電路圖如圖8所示；受控充電電源Pw由三極管T構(gòu)成，接受單片機(jī)CPU通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A控制。電流采樣電阻Rl的電壓經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D輸入單片機(jī)CPU。被測(cè)量電池B的電壓經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D輸入單片機(jī)CPU后進(jìn)行微分運(yùn)算，根據(jù)被測(cè)量電池電壓的變化率改變輔助補(bǔ)償電流Iw對(duì)被測(cè)量電池B進(jìn)行充電，當(dāng)被測(cè)量電池B的電壓微分為零時(shí)，被測(cè)量電池B的電壓變化率為零，進(jìn)而使被測(cè)量電池的電壓在一段時(shí)間內(nèi)保持不變，此時(shí)充電電流與被測(cè)量電池的自放電電流相等，測(cè)量過程結(jié)束。微分方法的特點(diǎn)是不需要標(biāo)準(zhǔn)電源，因此能測(cè)量電池在各種荷電態(tài)下的自放電電流。圖8中，T ;三極管9013，Rl ；1歐姆電阻，數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A ;DAC0832，模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D ；AD574,單片機(jī) CPU ；430F149, P 為 +15V。實(shí)施例4是采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電池的荷電保持能力快速測(cè)量的電路圖。如圖9所示；標(biāo)準(zhǔn)電源E用穩(wěn)壓管Wl和R3串聯(lián)由供電電源P供電實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)電源的電壓經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D輸入單片機(jī)CPU。受控充電電源Pw由三極管Tl、T2和電阻R2構(gòu)成，并接受單片機(jī)CPU通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A的控制。電流采樣電阻Rl的電壓經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D輸入單片機(jī)作為電流測(cè)量信號(hào)。采用單片機(jī)CPU及模數(shù)轉(zhuǎn)換器件A/D及數(shù)模轉(zhuǎn)換器件D/A實(shí)現(xiàn)，將被測(cè)量電池的電壓U1及輔助補(bǔ)償電流Iw通過A/D轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)CPU，CPU經(jīng)過比較器、跟隨器、微分器等算法計(jì)算后，通過受控充電電源Pw調(diào)整輔助補(bǔ)償電流Iw。輔助補(bǔ)償電流Iw可以是直流也可以是交流，交流的正半周對(duì)電池充電，交流的負(fù)半周對(duì)電池放電，當(dāng)正負(fù)半周電流不相等時(shí)，其差值可以等效于直流輔助補(bǔ)償電流Iw對(duì)被測(cè)量電池充電。由于D/A輸出可以是雙向的，能控制被測(cè)量電池充放電，使被測(cè)量電池的電壓U1在一段時(shí)間內(nèi)跟隨標(biāo)準(zhǔn)電源電壓Ue并保持不變，此時(shí)，被測(cè)量電池的自放電電流I1與等效直流輔助補(bǔ)償電流Iw相等。圖9中，Tl ;三極管9013，T2 ;三極管9012，Rl ;10K電阻，R2 ;10Κ電阻，D/A ;數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832，A/D ;模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574，CPU ;單片機(jī)430F149，R3 ；1K電阻，W ;穩(wěn)壓管TL431，P 為 +15V。
權(quán)利要求
1.ー種電池荷電保持能力快速測(cè)量方法,其特征在于對(duì)于ー個(gè)存在自放電電流I1的被測(cè)
2.量電池B，采用ー個(gè)輔助補(bǔ)償電流Iw對(duì)其進(jìn)行充電，根據(jù)被測(cè)量電池電壓U1的變化，通過受控充電電源Pw改變輔助補(bǔ)償電流Iw的大小，使被測(cè)量電池的電壓U1在一段時(shí)間內(nèi)跟隨標(biāo)準(zhǔn)電源電壓Ue保持不變，此時(shí)輔助補(bǔ)償電流Iw與被測(cè)量電池的自放電電流I1相等，由于輔助補(bǔ)償電流Iw是已知的，從而得到了被測(cè)量電池的自放電電流的準(zhǔn)確數(shù)值，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量電池荷電保持能力的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池的荷電保持能力快速測(cè)量方法，其特征還在于采用ー個(gè)比較器C，通過受控充電電源Pw調(diào)整輔助補(bǔ)償電流Iw，使被測(cè)量電池的電壓U1在一段時(shí)間內(nèi)與標(biāo)準(zhǔn)電源電壓Ue保持不變，此時(shí)，被測(cè)量電池的自放電電流I1與補(bǔ)償電流Iw相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池的荷電保持能力快速測(cè)量方法，其特征還在于采用ー個(gè)跟隨放大器F調(diào)整輔助補(bǔ)償電流Iw，使被測(cè)量電池的電壓U1在一段時(shí)間內(nèi)跟隨標(biāo)準(zhǔn)電源電壓Ue保持不變，此時(shí)，被測(cè)量電池的自放電電流I1與輔助補(bǔ)償電流Iw相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池的荷電保持能力快速測(cè)量方法，其特征還在于采用ー個(gè)微分器du/dt，通過受控充電電源Pw調(diào)整輔助補(bǔ)償電流Iw使被測(cè)量電池的電壓U1在一段時(shí)間內(nèi)保持不變，此時(shí)，被測(cè)量電池的自放電電流I1與輔助補(bǔ)償電流Iw相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池的荷電保持能力快速測(cè)量方法，其特征還在于輔助補(bǔ)償電流Iw可以是直流也可以是交流，交流的正半周對(duì)電池充電，交流的負(fù)半周對(duì)電池放電，當(dāng)正負(fù)半周電流不相等時(shí)，其差值可以等效于直流輔助補(bǔ)償電流Iw對(duì)被測(cè)量電池充電。采用單片機(jī)CPU及模數(shù)轉(zhuǎn)換器件A/D及數(shù)模轉(zhuǎn)換器件D/A實(shí)現(xiàn)，將被測(cè)量電池的電壓U1及輔助補(bǔ)償電流Iw通過A/D轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)CPU，CPU經(jīng)過比較器、跟隨器、微分器等算法計(jì)算后，通過受控充電電源Pw調(diào)整輔助補(bǔ)償電流Iw，由于D/A輸出可以是雙向的，能控制被測(cè)量電池充放電，使被測(cè)量電池的電壓U1在一段時(shí)間內(nèi)跟隨標(biāo)準(zhǔn)電源電壓Ue并保持不變，此時(shí)，被測(cè)量電池的自放電電流I1與等效直流輔助補(bǔ)償電流Iw相等。
全文摘要
本發(fā)明為社會(huì)提供一種電池荷電保持能力的快速測(cè)量方法，對(duì)于一個(gè)存在自放電電流I1的被測(cè)量電池B，采用一個(gè)輔助補(bǔ)償電流Iw對(duì)其進(jìn)行充電，根據(jù)被測(cè)量電池電壓U1的變化，通過受控充電電源Pw改變輔助補(bǔ)償電流Iw的大小，使被測(cè)量電池的電壓U1在一段時(shí)間內(nèi)跟隨標(biāo)準(zhǔn)電源電壓Ue保持不變，此時(shí)輔助補(bǔ)償電流Iw與被測(cè)量電池的自放電電流I1相等，由于輔助補(bǔ)償電流Iw是已知的，從而得到了被測(cè)量電池的自放電電流的準(zhǔn)確數(shù)值。本發(fā)明徹底改變了傳統(tǒng)電池的自放電性能測(cè)量需要擱置很長時(shí)間、占用大面積生產(chǎn)場(chǎng)地的缺陷，不僅提高了電池自放電性能測(cè)量的速度和準(zhǔn)確性，并且大幅度壓縮了電池的生產(chǎn)周期和流動(dòng)資金的占用。
文檔編號(hào)G01R31/36GK102636755SQ20111036186
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者李然 申請(qǐng)人:李然