專利名稱：電池測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓄電池的測試技術(shù)，特別是，本發(fā)明涉及用于測試蓄電池的電池測試裝置。
蓄電池已經(jīng)存在很久了，例如廣泛應(yīng)用在機(jī)動車或需要輔助電源的工業(yè)領(lǐng)域的鉛酸蓄電池。人們始終在致力于了解這種蓄電池的特性、研究蓄電池是如何工作的，特別是致力于精確測試蓄電池的狀態(tài)，但是，事實(shí)證明，這種努力還遠(yuǎn)沒有達(dá)到令人滿意的程度。蓄電池包括多個在電氣上串聯(lián)連接的蓄電池單元，每個蓄電池單元的電壓大約是2.1V，通過串聯(lián)連接這些蓄電池單元，它們的電壓將疊加構(gòu)成一個總的電壓。例如，以典型的機(jī)動車蓄電池為例，通過六個蓄電池單元的串聯(lián)連接，形成一個總的電壓，當(dāng)蓄電池滿充電時，這個電壓為12.6V。
多年來，人們一直致力于能夠精確測試出蓄電池的狀態(tài)。一種簡單的測試方式是測量蓄電池的電壓，如果所測量的電壓低于某個確定的門限值，就認(rèn)為此電池是壞的。可是，這種測量方式并不方便，因?yàn)樗笤跍y量之前必須先給蓄電池充電，如果蓄電池被放電，其上的電壓必然降低，則好電池也會被認(rèn)為是壞的。此外，這種測量不是顯示出蓄電池內(nèi)還存有多少能量。另一種測試技術(shù)是將蓄電池測試視為一種負(fù)載測試。在一個負(fù)載測試中，用一個已知負(fù)載將電池放電，當(dāng)電池放電時，監(jiān)測電池兩端的電壓，從而確定該電池當(dāng)時的狀態(tài)。這種測量技術(shù)要求電池必須被充分充電，以便能夠向負(fù)載提供電流。
近來，由Illinois的Burr Ridge公司的Keith S.Champlin和Midtronics博士首創(chuàng)了一種通過測量電池的導(dǎo)電率來測試蓄電池的方法，這種方法的有關(guān)教導(dǎo)可在多篇美國專利文獻(xiàn)中看到，例如1975年3月25日公開的Champlin的專利US-3,873,911，題目為“電池測試裝置”；1975年9月30日公開的Champlin的專利US-3,909,708，題目為“電池測試裝置”；1989年3月28日公開的Champlin的專利US-4,816,768，題目為“電池測試裝置”；1989年4月25日公開的Champlin的專利US-4,825,170，題目為“帶有自動電壓掃描的電池測試裝置”；1989年11月14日公開的Champlin的專利US-4,881,038，題目為“帶有自動電壓掃描可以確定其動態(tài)狀態(tài)的電池測試裝置”；1990年3月27日公開的Champlin的專利US-4,912,416，題目為“帶有充電狀態(tài)補(bǔ)償?shù)碾姵販y試裝置”；1992年8月18日公開的Champlin的專利US-5,140,269，題目為“用于鑒定電池/電池單元蓄電量的電池測試裝置”；1994年8月30日公開的專利US-5,343,380，題目為“在電池充電和放電時抑制時間變化信號的方法和設(shè)備”；1996年11月5日公開的專利US-5,572,136，題目為“帶有用于低充電狀態(tài)自動補(bǔ)償器的電池測試裝置”；1996年12月12日公開的專利US-5,574,355，題目為“在電池充電時監(jiān)測和控制熱失控的方法和設(shè)備”；1996年12月17日公開的專利US-5,585,728，題目為“帶有用于低充電狀態(tài)自動補(bǔ)償器的電池測試裝置”；1997年1月7日公開的專利US-5,592,093，題目為“通過比較電路檢測松散端子連接的電池測試裝置”；1997年1月28日公開的專利US-5,598,098，題目為“帶有抗強(qiáng)噪聲功能的電池測試裝置”；1998年5月26日公開的專利US-5,757,192，題目為“在蓄電池中檢測壞電池單元的方法和設(shè)備”；1998年10月13日公開的專利US-5,821,756，題目為“帶有低充電狀態(tài)特制自動補(bǔ)償器的電池測試裝置”；1998年11月3日公開的專利US-5,831,435，題目為“適用于日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的電池測試裝置”。
本發(fā)明包括電池測試或蓄電池工作狀態(tài)監(jiān)測的設(shè)備和方法。本發(fā)明的一個措施是在電池測試裝置中采用一個Kelvin探測器用電感抵消電路，這種電感抵消電路降低在所述Kelvin探測器的探頭之間的電感耦合。本發(fā)明的另一個措施是包括一個DC耦合AC的放大器，用于放大電池測試裝置的AC響應(yīng)信號。本發(fā)明的其他措施還包括臨界阻尼帶通濾波器、DC-DC變換器隔離電路、操作員可編程測試標(biāo)準(zhǔn)、電池溫度傳感元件和一個自動調(diào)節(jié)增益級，并且采用一個自校準(zhǔn)的內(nèi)部基準(zhǔn)。


圖1是表示本發(fā)明的電池測試裝置的簡化方框圖；圖2是采用Kelvin探測器的本發(fā)明的電感抵消電路的示意圖；圖3是圖1的DC耦合AC放大器的簡化示意圖；圖4A是圖1的臨界阻尼濾波器的一級的簡化示意圖；圖4B是代表圖4A的濾波器的響應(yīng)信號的幅值和頻率曲線；圖5是圖1的可以調(diào)節(jié)增益放大器的簡化示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明又一方案的DC-DC變換器的簡化方框圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明又一方案的斷路電路的簡化電路圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明又一方案的自校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化電路的簡化電路圖。
目前仍然存在改進(jìn)蓄電池測試技術(shù)的要求，為此本發(fā)明致力于提供一種電池測試裝置，測試時電流可流入或流出電池(即一個電流交換器)，所述電流按照工頻交流頻率交變，本發(fā)明使用一個大阻抗的負(fù)載，其優(yōu)點(diǎn)包括·具有抗接觸阻抗變化的特性，·高容量一能夠用單個電路無損壞地測試1-6個電池單元，·用于連接電池的探測導(dǎo)線具有穩(wěn)定的和/或可預(yù)測的電流耦合效應(yīng)，·根據(jù)公式G(導(dǎo)電率)=I/E，其中I表示一個基本上固定不變的電流，因此只有變量E需要測量，而且它與G在數(shù)量上成簡單的倒數(shù)關(guān)系，·可減少裝置中電保險的數(shù)量。
圖1是電池檢測裝置10的簡化方框圖，說明根據(jù)本發(fā)明的一個方案監(jiān)測蓄電池12的狀態(tài)的檢測裝置的實(shí)施例。這種電池檢測裝置10通過一個由電纜16A、16B、18A和18B連接的電感抵消電路20和自校準(zhǔn)電路21共同形成的四點(diǎn)Kelvin電路連接電池12的兩個端子14A和14B?？砷_閉的電流源22包括一個開關(guān)22A和與電纜18A及18B串聯(lián)連接的電流源22B。在一個實(shí)施例中，開關(guān)22A工作在5HZ和500HZ。根據(jù)本發(fā)明的一個措施，電纜16A和16B與高阻抗的DC耦合AC放大器24相連接。根據(jù)本發(fā)明的又一個措施，這個DC耦合AC放大器24提供一個放大的輸出26到一個臨界阻尼濾波器28，后者輸出一個經(jīng)過濾波的信號30到一個自調(diào)節(jié)放大器32。從自調(diào)節(jié)放大器32輸出的信號34送到模/數(shù)變換器36，后者的輸出信號38繼而送到微處理器40，微處理器與一個顯示輸出裝置42和一個鍵控器、鍵盤或其他輸入裝置44相連接。如圖所示的其他輸入和輸出裝置I/O 46也可以連接到微處理器40上。例如，微處理器40可以連接到外部打印機(jī)設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備一調(diào)制解調(diào)器，或外部存貯設(shè)備，I/O 46的連接可以采用物理連接或通過非物理的連接實(shí)現(xiàn)，例如通過遠(yuǎn)紅外、超聲波或無線電頻率。根據(jù)本發(fā)明，電池測試裝置10由DC-DC變換器48供電。
圖2是簡化的電感抵消電路20的電路圖，該電路通過一個Kelvin連接將電池12與電流源22和DC耦合AC放大器24相連接，現(xiàn)有技術(shù)的電池測試裝置的一個問題是由于Kelvin連接常常與電池相連接而引起互感，這導(dǎo)致在傳感探頭中電流的電感耦合干擾，因?yàn)檫@些探頭距離很近。然而采用本發(fā)明如圖所示的變壓器耦合連接，能夠有效地避免上述不希望的交叉耦合干擾。因此本發(fā)明可允許使用多芯、可更換的電纜，而且可適用大容量的電池。變壓器50的線圈52和54分別與Kelvin導(dǎo)線16B和18B串聯(lián)連接，變壓器線圈52和54按相反方向纏繞在鐵芯56上。
在導(dǎo)線18B和18A中流動的電流來自電流源22，它們感應(yīng)耦合到導(dǎo)線16B和16A。在已有的電池測試裝置中，上述現(xiàn)象可能是導(dǎo)致測量誤差的根源。但是，變壓器50在導(dǎo)線16B和16A中耦合產(chǎn)生一個相反的起抵消作用的電流。在線圈52和54之間的耦合可以通過調(diào)節(jié)鐵芯56的位置得到控制，在制造變壓器時可以實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)。另外，電纜16A、16B、18A和18B與電池測試裝置10的連接可以是可拆卸的連接方式，如果電纜被損壞，或者由于其他原因需要更換電纜，很容易實(shí)現(xiàn)新電纜對的安裝。新電纜對包括其自己的變壓器50，該變壓器在制造時已經(jīng)通過調(diào)節(jié)鐵芯56實(shí)現(xiàn)了“調(diào)諧”，因此能夠排除干擾電流。應(yīng)注意在不太臨界的應(yīng)用情況下，可以使用固定的變壓器成品，變壓器耦合無需調(diào)諧。而且，電感抵消電路20的使用允許電纜長度較長，而不會在電纜之間出現(xiàn)電感過度耦合現(xiàn)象。例如，電纜測試電路可以與電池隔開一段距離，由操作員在操作臺或坐在機(jī)動車內(nèi)進(jìn)行測試操作?？梢宰儞Q長度不一或結(jié)構(gòu)不同的各種電纜，只需簡單地將電纜對從測試裝置10上拆下，再連接上新更換的電纜對。如果電纜事先已經(jīng)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)牡窒哉{(diào)諧，操作員無需再作任何進(jìn)一步調(diào)節(jié)。圖2所示的變壓器只是這種概念的一個簡單實(shí)施例，還可以采用其他產(chǎn)生抵消信號的技術(shù)，例如通過有源設(shè)備或其他未超出本發(fā)明原理的技術(shù)。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的DC耦合AC放大器的簡化示意圖，這種DC耦合AC放大器24包括差分放大器60和差分放大器62。在圖3所示的實(shí)施例中，放大器60的非倒相輸入端通過一個電阻64如圖1所示連接到電纜16A，放大器60的倒相輸入端通過如圖2所示的線圈52和電阻66連接到電纜16B。放大器60的輸出端通過電阻68連接到放大器60的倒相輸入端，以便提供負(fù)反饋。放大器60的輸出端通過電阻72和74及積分電路70連接到放大器60的非倒相輸入端。逆變器70是這樣構(gòu)成的，差分放大器62的輸出端通過一個電容器76負(fù)反饋連接到其倒相輸入端，差分放大器62的非倒相輸入端則接地。在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，這種DC耦合AC放大器24具有一個整體增益。
在現(xiàn)有技術(shù)中，電池測試裝置普遍采用AC耦合的放大器，但是這種放大器產(chǎn)生公共模式誤差，以及由于用于耦連感應(yīng)信號的電容器的變化，其阻抗是變化的。此外，要求耦合電容器的電容量要大，從而避免破壞輸入的感應(yīng)信號，這種電容器的存在對于獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果所必須的設(shè)定時間的減少具有負(fù)面效應(yīng)。然而，在現(xiàn)有技術(shù)的電池測試裝置中采用AC耦合可以避免電池的DC電壓由于放大器的高增益而導(dǎo)致倍壓。采用DC耦合AC放大器能夠克服上述缺陷，并且無需大的耦合電容器。
在如圖所示的實(shí)施例中，DC耦合AC放大器24接收來自放大器60的輸出端的代表DC信號的DC誤差信號80，這個DC誤差信號80由積分電路70產(chǎn)生，后者的時間常數(shù)由電容器76決定，電容量的選擇根據(jù)用于開關(guān)電流源22的開關(guān)22A的工作頻率的應(yīng)用情況而定。因此，DC耦合AC放大器24的輸出26是響應(yīng)開關(guān)的電流源22的應(yīng)用而產(chǎn)生的純交流信號。圖3所示的圖例只是本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，表示根據(jù)本發(fā)明的一個DC耦合AC放大器的優(yōu)選實(shí)施例。需要說明的是，本發(fā)明包括用于從被測試電池感應(yīng)交流信號的任何耦合技術(shù)，這種技術(shù)無需安裝用于截止電池的DC電壓的大的AC耦合電容器。
圖4A是圖1所示的臨界阻尼濾波器28的第二級濾波級200的簡化電路圖，圖4B是表示根據(jù)本發(fā)明的濾波器28的特性的頻率—幅值曲線圖。在優(yōu)選的實(shí)施例中，濾波器28包括四個這樣的級100，級100包括一個通過電阻102個電容器104實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋的差分放大器110，其輸入信號通過電阻106和電容器108連接到放大器110的倒相輸入端，放大器110的非倒相輸入端通過電阻112接地78。
濾波器100形成帶通濾波器的第二級，并且用作圖1所示的臨界阻尼濾波器28的一個信號級。臨界阻尼濾波器28包括四個相互串連連接的級共同構(gòu)成。
臨界阻尼濾波器28提供一個如圖4B所示的臨界阻尼帶通濾波器，圖4B也示出了一個過阻尼濾波器和一個欠阻尼濾波器的曲線。濾波器28最好具有Q等于1，其帶通中心頻率(F0)應(yīng)與圖1所示的開關(guān)22A的頻率相同。如果該濾波器是過阻尼的，系統(tǒng)的響應(yīng)會較慢，如果濾波器是欠阻尼的，系統(tǒng)的信號將“響”，這樣將基本上只允許電池12上的在響應(yīng)信號中的成份能夠通過自調(diào)整放大器30，電池12的頻率與電流源22相同。注意也可以使用超出優(yōu)選實(shí)施例的附加的濾波器級，例如八個級，不過這將增加制造成本。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，放大器28的總增益為16。任何種類的濾波器均可以應(yīng)用在本發(fā)明中，圖中所示的一個簡單的優(yōu)選的實(shí)施例是專用模擬濾波器，然而還可以使用數(shù)字式濾波器。
圖5是自調(diào)整放大器(可編程增益或可選擇增益)32的簡化的電路圖。在圖5所示的實(shí)施例中，放大器32是個兩級放大器，其第一級140具有可選擇增益1、2、4和8，第二級放大器142具有可選擇增益1、10、100和1000。放大器140通過耦合電容器144連接到臨界阻尼濾波器28的輸出端30。放大器140包括可選擇增益放大器146和電阻148。放大器146接收由放大器146進(jìn)行放大控制的輸入信號A0和A1，放大器級142包括放大器150，其輸入端通過電阻152和耦合電容器154連接到放大器146的輸出端，放大器150的增益受輸入信號A2和A3控制，放大器146和150通過控制輸入A0-A3連接到微處理機(jī)40，微處理機(jī)40根據(jù)下表通過選擇改變輸入信號A0-A3來控制放大器32的增益表1
在工作期間，放大器32提供一個在1和8000之間的可編程的增益，在微處理機(jī)40的控制下，放大器32的增益是可以調(diào)整的，因此電池測試裝置10能夠在很寬的電阻或電導(dǎo)范圍內(nèi)測試電池(即在10歐姆一10000歐姆之間)。微處理機(jī)40通過控制輸入信號A0-A3直到接收到通過模/數(shù)變換器36的最大信號為止，增加放大器32的增益。這種調(diào)整的實(shí)現(xiàn)是自動完成的，無需由操作員干預(yù)。這證明可以很容易地使用裝置10，并且可以減少由于操作員的失誤產(chǎn)生的不準(zhǔn)確測量的可能性。圖5中所示的可調(diào)增益放大器32是一個簡單的可調(diào)節(jié)放大器，本發(fā)明可以使用任何放大器結(jié)構(gòu)。而且，放大器可以放置在信號通道的任何位置上，并非必須放置在例如濾波器28的臨界阻尼濾波器和模/數(shù)變換器36之間。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案的DC-DC變換器電路48的簡化的示意圖。電路48包括開關(guān)型DC-DC變換器170，它包括正極和負(fù)極輸入端、正極和負(fù)極輸出端及一個同步輸入端。圖6的DC-DC變換器的電壓用VCC,V′CC,+VSS和-VSS表示，其中VCC或者由一個內(nèi)部電壓源如內(nèi)部蓄電池提供，或者如果電池12容量足夠大，由該電池供給。VCC連接到變換器170的正極輸入端，V′CC通過電阻172連接到變換器170的正極輸入端，電容器174連接VCC接地78，電容器176連接V′CC接地78。電阻172和電容器174的組合和電阻172和電容器176的組合為濾波器提供在V′CC和VCC上的信號噪聲。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，VCC用于驅(qū)動非常低的噪聲電路，例如放大器24，濾波器28，放大器32等等。但是，V′CC用于驅(qū)動可以產(chǎn)生噪聲的電源電路，其本身對于噪聲極不敏感，這種電源電路例如微處理機(jī)40和其他數(shù)字和邏輯電路。電壓+VSS和-VSS用于向某些要求多電源的模擬器件供電，例如正和負(fù)15V。電感178和180阻塞來自變換器170的噪聲，變換器由+VSS和-VSS供電。在一個實(shí)施例中，變換器170是一個開關(guān)變換器，其頻率大約為400KHZ，微處理機(jī)40的工作頻率大約在4MHZ，圖6的實(shí)施例中提供的噪聲隔離功能降低了電池測試裝置10的臨界器件的噪聲，從而改善了測量精度。
變換器170還包括功率減少技術(shù)，由微處理機(jī)40提供的信號包括同步自動協(xié)調(diào)(SYNCIN)。在這種情況下，模擬測試電路無需工作。在這些時間周期內(nèi)，微處理機(jī)40可以控制所述SYNCIN到變換器170，使變換器170截止，不產(chǎn)生電壓供給+VSS和-VSS，如此可以減少功率需求。
本發(fā)明的另一方案能夠改善內(nèi)部(電源)電池壽命。本發(fā)明可以被用于測試電池，利用內(nèi)部電池的1.75V電壓作為開路電壓(如果電池12的容量足夠大，裝置10可由電池12供電)。如果認(rèn)為可充電電池裝置太貴，也可用活動便攜的9V電池作為內(nèi)部電池。這種電池能夠提供比較低的蓄電能，因?yàn)楸景l(fā)明是由多個只需要較小功率的電路構(gòu)成，因此延長了電池的壽命。這些電路包括雙級模擬功率關(guān)閉電路200(圖7)，使測試時間最小的高速尖峰-低谷(TOP-DOWN)自調(diào)整電路和一個電源48的自動功率下降電路(如上所述)。
在一個實(shí)施例中，放大器32在1-8000之間自動調(diào)整，如果是相互銜接的，放大器32消耗所述內(nèi)部電池的功率是不相互銜接情況的10倍，因此，其優(yōu)點(diǎn)是限制了該放大器的接通時間。因?yàn)榇B阻抗的累積作用，增加電池單元的數(shù)量可以使電導(dǎo)率降低，結(jié)果，低電導(dǎo)率測量需要的增益比高電導(dǎo)率測量的情況低得多。
特別是，電池12的電池單元數(shù)量可以由微處理機(jī)40得知，它已經(jīng)由操作員輸入微處理機(jī)，微處理機(jī)40據(jù)此控制測量所需的放大器32的初始增益。根據(jù)初始增益，微處理機(jī)可以調(diào)整放大器的增益上升或者下降，從而獲得特定電池結(jié)構(gòu)的適當(dāng)?shù)脑鲆?，這樣可大大降低獲得測量數(shù)據(jù)所需的時間量，減少功率消耗。在一個實(shí)施例中，放大器32的初始增益選擇如下電池數(shù)量 初始增益18000240003400042000510006800關(guān)閉電路200如圖7所示，可以用于斷開所有供給裝置10中的模擬電路的電源，這種電路包括內(nèi)部電池202，晶體管204和206，二極管208和偏置電阻210、212、214和216。如果裝置10連接到電池12，晶體管204導(dǎo)通，依次激勵晶體管206，于是電壓內(nèi)部電池202的VDD供給電路200的輸出端，這個電壓VDD供給裝置10中模擬器件功率。但是，如果摘掉電池12，晶體管204將截止，于是終止電壓VDD的供給。在運(yùn)行中，微處理機(jī)40可以通過由二極管208提供的信號使晶體管206截止來選擇性終止電壓VDD的供給。因此本發(fā)明的一個方案包括斷開某些器件的連接，這些器件不使用由裝置10的內(nèi)部電池202供給的內(nèi)部電源。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這個方案的多個技術(shù)采用一個簡化的實(shí)施例表示，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員在這個實(shí)施例的啟發(fā)下，能夠使用其他類似技術(shù)終止對各種器件的功率供給或者關(guān)閉各種器件。
本發(fā)明的又一個方案是使用校準(zhǔn)電路21實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)，該電路如圖8所示，電路21包括錳銅鎳合金分路導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)240，分路240可以按照NIST標(biāo)準(zhǔn)被校準(zhǔn)，開關(guān)240、242和244連接到微處理機(jī)40，并且與選擇性開關(guān)分路240相適配，后者與一個放大器24串連連接。微處理機(jī)利用放大器24、濾波器28、放大器32和模/數(shù)變換器36測量出分路240的電導(dǎo)率，將測量值與讀取的已經(jīng)存在微處理機(jī)40的存儲器40A內(nèi)的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)相比較，根據(jù)上述測量值和校準(zhǔn)值之間的差，產(chǎn)生一個校準(zhǔn)系數(shù)，并且連續(xù)測量，維持電池測試裝置10的自校準(zhǔn)。如果測試裝置10開始連接到電池12上，或者由用戶通過鍵盤44開始連接到電池上，這種校準(zhǔn)可以自動產(chǎn)生。
在本發(fā)明的又一方案中，微處理機(jī)40的存儲器48包括各種預(yù)定的參考標(biāo)準(zhǔn)。由操作員通過輸入裝置44選擇適當(dāng)?shù)挠糜谔囟姵?2的參考標(biāo)準(zhǔn)，不過操作員也可以調(diào)出已經(jīng)存入存儲器40A中的標(biāo)準(zhǔn)，并且展示在顯示器42上，如果標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)改變，或者希望修改標(biāo)準(zhǔn)，操作員可以利用鍵盤輸入裝置改變所述標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)存入存儲器40A的標(biāo)準(zhǔn)也可以打印出來，例如使用輸入/輸出端口46。
采用自動溫度補(bǔ)償器是本發(fā)明的另一個特征。圖1中所示的溫度傳感器250可以向微處理機(jī)40輸入一個溫度信號，例如，傳感器250包括一個熱電耦、熱敏電阻或者一個直接朝向電池12的紅外溫度傳感器。一個模/數(shù)變換器(未示出)向微處理機(jī)40提供一個溫度信號250的數(shù)字符，根據(jù)測量的溫度，微處理機(jī)40根據(jù)存入存儲器40A中的信息校準(zhǔn)測試結(jié)果，從而補(bǔ)償溫度的變化。
本發(fā)明已經(jīng)參照上述多個實(shí)施例進(jìn)行了說明，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員據(jù)此所作出的形式和細(xì)節(jié)上的變化均未脫離本發(fā)明的原理和范圍。采用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)可以實(shí)現(xiàn)圖1所示的各個電路的功能，并不局限于這里的說明。而且，本發(fā)明的各種方案的實(shí)現(xiàn)沒有特定的順序，也不局限于圖1所示的順序。這些電路功能既可以用模擬電路實(shí)現(xiàn)，也可以用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，或者二者的混合體實(shí)現(xiàn)。而且，電流源22B可以利用開關(guān)22A選擇性開關(guān)操作，本發(fā)明也包括電壓的應(yīng)用和測量合成電流響應(yīng)。本發(fā)明可以用于電池測試電路有關(guān)的導(dǎo)電率、導(dǎo)納、阻抗或電阻的測量。此外，本發(fā)明的某些方案可以應(yīng)用在任何形式的電池測試裝置上，包括負(fù)載測試裝置、簡單電壓測試裝置和需要通過許多條件步驟安放電池的測試裝置等。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測蓄電池工作狀態(tài)的裝置，包括電子電池測試電路，它通過一個第一KELVIN連接和第二KELVIN連接與蓄電池相互連接；第一和第二電導(dǎo)線連接到所述電池測試電路的第一端子，它提供到所述電池的第一KELVIN連接；第三和第四電導(dǎo)線連接到所述電池測試電路的第二端子，它提供到所述電池的第二KELVIN連接；以及感應(yīng)抵消電路連接第一電導(dǎo)線到第二電導(dǎo)線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述感應(yīng)抵消電路在第二導(dǎo)線中提供一個反向的電流，作為第一導(dǎo)線中的電流的函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中在第一導(dǎo)線中的電流包含電源電流，第二電導(dǎo)線提供一個到所述電池測試電路的電壓傳感連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中第一導(dǎo)線傳送的電信號頻率大約在5HZ和500HZ之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中感應(yīng)抵消裝置是一個變壓器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中變壓器的第一線圈與第一導(dǎo)線串聯(lián)連接，變壓器的第二線圈與第二導(dǎo)線串聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中所述第一和第二線圈的極性相反。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述抵消電路包括在第二導(dǎo)線中提供一個反向的電流的電路，作為第一導(dǎo)線中的電流的函數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中在第一導(dǎo)線中的第一傳感電流基本上流入第三導(dǎo)線，作為第二傳感電流，并且感應(yīng)抵消電路連接第二傳感電流到第二導(dǎo)線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中第一導(dǎo)線與第二導(dǎo)線相鄰敷設(shè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中第一、第二、第三和第四導(dǎo)線可拆下地連接到電池測試電路中，所述感應(yīng)抵消電路安放在這樣一個殼體內(nèi)，其內(nèi)安裝有第一、第二、第三和第四導(dǎo)線，使感應(yīng)抵消電路在制造時可以與不同規(guī)格的導(dǎo)線相互匹配連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中第一、第二、第三和第四導(dǎo)線具有足夠的長度，使電池測試裝置可以安裝在機(jī)動車內(nèi)部，所述導(dǎo)線能夠伸到位于機(jī)動車發(fā)動機(jī)室中的蓄電池處。
13.一種降低在電池測試裝置的KELVIN探測器中的感應(yīng)耦合電流的方法，包括所述KELVIN探測器與在第一導(dǎo)線內(nèi)流動的傳感電流相耦連；及相應(yīng)于所述傳感電流在KELVIN探測器的第二導(dǎo)線中提供一個相反的電流，這個相反的電流與在第二導(dǎo)線中流動的感應(yīng)耦合電流流動方向相反。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中耦連的步驟包括使傳感電流直接流入一個變壓器的第一線圈，和將變壓器的第二線圈與所述第二導(dǎo)線串聯(lián)連接的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，包括調(diào)節(jié)所述與傳感電流反向的電流以便基本上消除所述感應(yīng)耦合電流的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中調(diào)節(jié)步驟包括調(diào)節(jié)在變壓器的第一和第二線圈之間的耦合狀態(tài)。
17.一種監(jiān)測蓄電池工作狀態(tài)的設(shè)備，包括一個AC測試信號源，它連接到所述電池的端部，提供一個AC測試信號；測試電路，相應(yīng)于電池響應(yīng)信號提供電池狀態(tài)信息；及DC耦合AC放大器，它連接到所述電池的端部，向測試電路提供一個電池響應(yīng)信號，作為響應(yīng)在電池端部之間的所述AC測試信號升高的一個AC測試信號的函數(shù)，該電池響應(yīng)信號基本上不受DC電池電壓的影響。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中所述差分放大器包括一個設(shè)置在該放大器輸出端和輸入端之間的DC誤差信號反饋通道。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，其中所述輸入端包括所述放大器的一個非倒相輸入端。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的設(shè)備，在所述反饋通道中包括一個倒相放大器。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，在所述反饋通道中包括一個積分電路。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，包括一個臨界阻尼帶通濾波器，連接該差分放大器的一個輸出端到所述測試電路。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述帶通道濾波器允許所述AC測試信號頻率范圍內(nèi)的頻率通過。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述帶通道濾波器是一個第8級濾波器。
25.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，包括一個電源，它由DC-DC變換器構(gòu)成，向模擬電路供電。
26.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中所述測試電路包括一個存有電池測試標(biāo)準(zhǔn)的存儲器，已經(jīng)存入的電池測試標(biāo)準(zhǔn)可由操作員編輯修改。
27.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，包括一個用于監(jiān)測電池溫度的溫度傳感元件，測試電路測試過程的補(bǔ)償是溫度的函數(shù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的設(shè)備，其中溫度傳感元件直接朝向所述電池的接線端子。
29.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，包括一個用于放大所述AC響應(yīng)信號的可調(diào)節(jié)的增益級。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的設(shè)備，其中所述可調(diào)節(jié)增益級的放大是受蓄電池的導(dǎo)電率的控制的。
31.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，包括一個降低測試電路功率消耗的自動關(guān)閉電路。
32.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，包括一個參考標(biāo)準(zhǔn)電路，并且其中測試電路通過選擇提供所述AC測試信號到一個校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)自動校準(zhǔn)，監(jiān)測一個響應(yīng)信號。
33.根據(jù)權(quán)利要求25的設(shè)備，包括濾波電路，用于減少連接測試設(shè)備的噪聲感應(yīng)元件而產(chǎn)生的噪聲。
34.一種監(jiān)測蓄電池的工作狀態(tài)的設(shè)備，包括一個AC測試信號源，它連接到所述電池的端部，提供一個AC測試信號；測試電路，相應(yīng)于電池響應(yīng)信號提供電池狀態(tài)信息；及一個臨界阻尼帶通濾波器，它連接到所述電池的端部，向測試電路提供一個電池響應(yīng)信號，作為響應(yīng)在電池端部之間的所述AC測試信號升高的一個AC測試信號的函數(shù)，該電池響應(yīng)信號基本上不受DC電池電壓的影響。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的設(shè)備，其中所述臨界阻尼帶通道濾波器允許所述AC測試信號頻率范圍內(nèi)的頻率通過。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的設(shè)備，其中所述臨界阻尼帶通道濾波器是一個第8級濾波器。
37.根據(jù)權(quán)利要求34的設(shè)備，包括一個用于監(jiān)測電池溫度的溫度傳感元件，測試電路測試過程的補(bǔ)償是溫度的函數(shù)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的設(shè)備，其中溫度傳感元件直接朝向所述電池的接線端子。
39.一種監(jiān)測蓄電池的工作狀態(tài)的設(shè)備，包括一個AC測試信號源，它連接到所述電池的端部，提供一個AC測試信號；測試電路，相應(yīng)于電池響應(yīng)信號提供電池狀態(tài)信息；及一個可調(diào)節(jié)增益級，它連接到所述電池的端部，向測試電路提供一個電池響應(yīng)信號，作為響應(yīng)在電池端部之間的所述AC測試信號升高的一個AC測試信號的函數(shù)，該可調(diào)節(jié)增益級具有一個增益輸入，其中可調(diào)節(jié)增益級的放大增益是所述增益輸入的函數(shù)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的設(shè)備，其中可調(diào)節(jié)增益級的放大增益是受蓄電池的導(dǎo)電率控制的。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的設(shè)備，包括一個微處理器，它自動控制所述可調(diào)節(jié)增益級的增益。
42.根據(jù)權(quán)利要求39的設(shè)備，包括一個降低測試電路功率消耗的自動關(guān)閉電路。
43.一種監(jiān)測蓄電池的工作狀態(tài)的設(shè)備，包括一個AC測試信號源，它連接到所述電池的端部，提供一個AC測試信號；測試電路，相應(yīng)于電池響應(yīng)信號提供電池狀態(tài)信息；及一個校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，其中測試電路通過選擇地提供所述AC測試選擇到校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)自動校準(zhǔn)，監(jiān)測所述電池響應(yīng)信號。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的設(shè)備，包括一個微處理器，用于選擇地連接校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)到測試電路。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的設(shè)備，其中微處理器根據(jù)所述自動校準(zhǔn)連續(xù)地修正測量數(shù)據(jù)。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的設(shè)備，包括一個存入關(guān)于校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的有效當(dāng)前值的信息的存儲器，其中微處理器將校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的有效當(dāng)前值和校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的測量值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果連續(xù)修正測量值。
47.一種用于電池測試裝置的方法，包括連接一個校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電路到所述電池測試裝置的KELVIN連接；通過所述KELVIN連接提供一個AC測試信號到所述參考標(biāo)準(zhǔn)電路；響應(yīng)所提供的AC測試信號，從通過所述KELVIN連接的所述校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電路感應(yīng)出一個響應(yīng)信號；及根據(jù)感應(yīng)的響應(yīng)信號，連續(xù)地修正電池測試數(shù)據(jù)。
48.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中的修正步驟包括更正存儲的校準(zhǔn)參考值的當(dāng)前值，并且將該當(dāng)前值與所述校準(zhǔn)參考值的測量值進(jìn)行比較。
全文摘要
本文提供一種電子測試和監(jiān)測蓄電池工作狀態(tài)的設(shè)備,該設(shè)備包括一個用于電子電池測試設(shè)備的KELVIN連接端子的感應(yīng)抵消電路。這個感應(yīng)抵消電路減少在KELVIN連接端子的導(dǎo)線之間的電感耦合。該設(shè)備還包括用于放大電子電池測試設(shè)備的AC測試信號的DC耦合AC放大器。其它還包括臨界阻尼帶通濾波器、DC－DC變換器隔離電路、操作員編輯測試標(biāo)準(zhǔn)、電池溫度感應(yīng)元件、一個自動可調(diào)節(jié)增益級和一個用于內(nèi)部自動校準(zhǔn)的參考標(biāo)準(zhǔn)電路。
文檔編號H01M10/48GK1236894SQ9910594
公開日1999年12月1日 申請日期1999年3月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月27日
發(fā)明者凱文·I·貝特內(nèi)斯 申請人:密特電子公司