专利名称：电池荷电保持能力的快速测量方法
技术领域：
本发明涉及一种电池荷电保持能力的快速测量方法，适用于多种二次电池和一次电池的单体及电池组的荷电保持能力测量
背景技术：
电池在我们的生活、生产、科学研究中应用越来越广泛，铅酸、镉镍、镍氢、锂离子等电池是常用的二次电池，碱锰、锌锰等是常用的一次电池，其共同的特点是，所有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。电池行业标准中，电池的自放电性能一般用荷电保持能力来描述。测试电池的荷电保持能力，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，在高温或常温状态下搁置7天或28天，然后通过测量电池的剩余电量来评估电池荷电保持能力的大小。这种传统荷电保持能力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，严重影响电池企业和电池科研单位的经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的电池的荷电保持能力快速测量的方法，它可以在数小时内完成电池的荷电保持能力测试,并且可以定量计算电池自放电电流的大小。本发明的技术方案是如图I所示，一种电池的荷电保持能力快速测量方法，对于一个存在自放电电流I1的被测量电池B，可以用一个理想电源Etl与一个电阻Rtl并联等效电路表示，采用一个辅助补偿电流Iw对其进行充电，将被测量电池电压U1与标准电源E的电压Ue采用比较器C进行比较，通过受控充电电源Pw改变辅助补偿电流Iw的大小，使被测量电池的电压U1在一段时间内跟随标准电源E的电压Ue保持不变，此时辅助补偿电流Iw与被测量电池的自放电电流I1相等，由于辅助补偿电流Iw是已知的，从而得到了被测量电池的自放电电流的准确数值。电池的自放电电流可准确描述电池的荷电保持能力，因而达至IJ了测量电池荷电保持能力的目的。需要说明的是，辅助补偿电流Iw可以是直流也可以是交流，交流的正半周对电池充电，交流的负半周对电池放电，当正负半周电流不相等时，其差值可以等效于直流辅助补偿电流Iw对被测量电池充电。本发明进一步的技术方案是如图2所示；采用一个比较器C，通过受控充电电源Pw调整辅助补偿电流Iw，使被测量电池B的电压U1在一段时间内跟随标准电源E的电压Ue保持不变，此时，被测量电池的自放电电流I1与补偿电流Iw相等，补偿电流即为被测量电池的自放电电流，因而达到了测量电池荷电保持能力的目的。本发明进一步的技术方案是如图3所示；采用一个跟随放大器F起到比较器的作用，调整辅助补偿电流1 ，使被测量电池B的电压U1在一段时间内跟随标准电源E的电压Ue保持不变，此时，被测量电池的自放电电流I1与辅助补偿电流Iw相等，辅助补偿电流即为被测量电池的自放电电流，因而达到了测量电池荷电保持能力的目的。
本发明进一步的技术方案是如图4所示；采用一个微分器du/dt，通过受控充电电源Pw调整辅助补偿电流Iw使被测量电池B的电压U1在一段时间内保持不变，此时，被测量电池的自放电电流I1与辅助补偿电流Iw相等。辅助补偿电流即为被测量电池的自放电电流，因而达到了测量电池荷电保持能力的目的。本发明进一步的技术方案是如图5所示；采用单片机CPU及模数转换器件A/D及数模转换器件D/A实现，将被测量电池B的电压U1及辅助补偿电流Iw通过A/D转换后输入单片机CPU，CPU经过比较器、 跟随器、微分器等算法计算后，通过数模转换器件D/A后，控制受控充电电源Pw调整辅助补偿电流1 ，使被测量电池的电压U1在一段时间内跟随标准电源B的电压Ue保持不变，此时，被测量电池的自放电电流I1与辅助补偿电流Iw相等，辅助补偿电流即为被测量电池的自放电电流，因而达到了测量电池荷电保持能力的目的。本发明的优点是发明彻底改变了传统电池的荷电保持能力测量需要搁置很长时间、占用大面积生产场地的缺陷，不仅提高了电池荷电保持能力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。
图I是本发明的原理框图；图2是本发明的用比较器实现的原理框图；图3是本发明的用跟随器实现的原理框图；图4是本发明的用微分器实现的原理框图；图5是本发明的用单片机实现的原理框图；图6是本发明实施实例I的电路图；图7是本发明实施实例2的电路图；图8是本发明实施实例3的电路图；图9是本发明实施实例4的电路图；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，CPU.单片机，D. 二极管，D/A.数模转换器，dU/dt.微分器，E.标准电源，F.跟随器，L.高频变压器，I1.被测量电池自放电电流，Iw.辅助补偿电流，K.模拟开关，P.供电电源，Pw.受控充电电源，T.三极管，U1.被测电池电压，Ue.标准电源电压
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明实施例I是采用比较器实现电池的荷电保持能力快速测量的电路图如图6所示；标准电源E用稳压管Wl和电阻Rl串联由供电电源P供电实现。比较器C采用模拟开关K、电阻R2、R3、电容Cl和运算放大器A实现。受控充电电源Pw由高频变压器L、三极管T、整流桥D1-D4、滤波电路C2、C3、R4、二极管D5构成。测量前将被测量电池B的电压U1放电至低于标准电源E的电压Ue，此时标准电源E电压值高于被测量电池B的电压值，模拟开关K高速切换使运算放大器A输出一个交变信号，经高频变压器L、三极管T、整流桥D1-D4、滤波电路C2、C3、R4、二极管D5构成整流电路整流后给被测量电池B充电。直至使被测量电池B的电压U1等于标准电源的电压Ue，此时电流采样电阻R5两端的电压U5即代表被测量电池B的自放电电流，测量过程结束。图6 中，Wl ;稳压管 TL431，R1 ；1K 电阻，R2 ；2Κ 电阻，Cl ；lyF 电容，R3 ；10K 电阻，T ;三极管9013，高频变压器L ;直径IOmm磁环绕制，30 5匝，二极管D1-D5 ;1N4001，R4 ;IK电阻，Cl ;100yF电容，R5 ;2欧姆电阻。模拟开关K ;CD4051，运算放大器A ;CA3140，P为+15V。
实施例2是采用跟随器实现电池的荷电保持能力快速测量的电路图。如图7所示；标准电源E用稳压管Wl和Rl串联由供电电源P供电实现。跟随器F采用运算放大器A实现。由于跟随器的跟随作用，被测量电池B的电压将慢慢接近标准电源E的电压，当被测量电池B的电压等于标准电源E的电压时，电阻R2的电压U2即代表被测量电池的自放电电流。图7中，Wl ;稳压管TL431，R1 ；1K电阻，运算放大器A ;CA3140。R2 ；1欧姆电阻。P为 +15V。实施例3是采用微分器实现的电池的荷电保持能力快速测量电路图如图8所示；受控充电电源Pw由三极管T构成，接受单片机CPU通过数模转换器D/A控制。电流采样电阻Rl的电压经模数转换器A/D输入单片机CPU。被测量电池B的电压经模数转换器A/D输入单片机CPU后进行微分运算，根据被测量电池电压的变化率改变辅助补偿电流Iw对被测量电池B进行充电，当被测量电池B的电压微分为零时，被测量电池B的电压变化率为零，进而使被测量电池的电压在一段时间内保持不变，此时充电电流与被测量电池的自放电电流相等，测量过程结束。微分方法的特点是不需要标准电源，因此能测量电池在各种荷电态下的自放电电流。图8中，T ;三极管9013，Rl ；1欧姆电阻，数模转换器D/A ;DAC0832，模数转换器A/D ；AD574,单片机 CPU ；430F149, P 为 +15V。实施例4是采用单片机实现电池的荷电保持能力快速测量的电路图。如图9所示；标准电源E用稳压管Wl和R3串联由供电电源P供电实现。标准电源的电压经模数转换器A/D输入单片机CPU。受控充电电源Pw由三极管Tl、T2和电阻R2构成，并接受单片机CPU通过数模转换器D/A的控制。电流采样电阻Rl的电压经模数转换器A/D输入单片机作为电流测量信号。采用单片机CPU及模数转换器件A/D及数模转换器件D/A实现，将被测量电池的电压U1及辅助补偿电流Iw通过A/D转换后输入单片机CPU，CPU经过比较器、跟随器、微分器等算法计算后，通过受控充电电源Pw调整辅助补偿电流Iw。辅助补偿电流Iw可以是直流也可以是交流，交流的正半周对电池充电，交流的负半周对电池放电，当正负半周电流不相等时，其差值可以等效于直流辅助补偿电流Iw对被测量电池充电。由于D/A输出可以是双向的，能控制被测量电池充放电，使被测量电池的电压U1在一段时间内跟随标准电源电压Ue并保持不变，此时，被测量电池的自放电电流I1与等效直流辅助补偿电流Iw相等。图9中，Tl ;三极管9013，T2 ;三极管9012，Rl ;10K电阻，R2 ;10Κ电阻，D/A ;数模转换器DAC0832，A/D ;模数转换器AD574，CPU ;单片机430F149，R3 ；1K电阻，W ;稳压管TL431，P 为 +15V。
权利要求
1.ー种电池荷电保持能力快速测量方法,其特征在于对于ー个存在自放电电流I1的被测
2.量电池B，采用ー个辅助补偿电流Iw对其进行充电，根据被测量电池电压U1的变化，通过受控充电电源Pw改变辅助补偿电流Iw的大小，使被测量电池的电压U1在一段时间内跟随标准电源电压Ue保持不变，此时辅助补偿电流Iw与被测量电池的自放电电流I1相等，由于辅助补偿电流Iw是已知的，从而得到了被测量电池的自放电电流的准确数值，实现了测量电池荷电保持能力的目的。
3.根据权利要求I所述的电池的荷电保持能力快速測量方法，其特征还在于采用ー个比较器C，通过受控充电电源Pw调整辅助补偿电流Iw，使被测量电池的电压U1在一段时间内与标准电源电压Ue保持不变，此时，被测量电池的自放电电流I1与补偿电流Iw相等。
4.根据权利要求I所述的电池的荷电保持能力快速測量方法，其特征还在于采用ー个跟随放大器F调整辅助补偿电流Iw，使被测量电池的电压U1在一段时间内跟随标准电源电压Ue保持不变，此时，被测量电池的自放电电流I1与辅助补偿电流Iw相等。
5.根据权利要求I所述的电池的荷电保持能力快速測量方法，其特征还在于采用ー个微分器du/dt，通过受控充电电源Pw调整辅助补偿电流Iw使被测量电池的电压U1在一段时间内保持不变，此时，被测量电池的自放电电流I1与辅助补偿电流Iw相等。
6.根据权利要求I所述的电池的荷电保持能力快速測量方法，其特征还在于辅助补偿电流Iw可以是直流也可以是交流，交流的正半周对电池充电，交流的负半周对电池放电，当正负半周电流不相等时，其差值可以等效于直流辅助补偿电流Iw对被测量电池充电。采用单片机CPU及模数转换器件A/D及数模转换器件D/A实现，将被测量电池的电压U1及辅助补偿电流Iw通过A/D转换后输入单片机CPU，CPU经过比较器、跟随器、微分器等算法计算后，通过受控充电电源Pw调整辅助补偿电流Iw，由于D/A输出可以是双向的，能控制被測量电池充放电，使被测量电池的电压U1在一段时间内跟随标准电源电压Ue并保持不变，此时，被测量电池的自放电电流I1与等效直流辅助补偿电流Iw相等。
全文摘要
本发明为社会提供一种电池荷电保持能力的快速测量方法，对于一个存在自放电电流I1的被测量电池B，采用一个辅助补偿电流Iw对其进行充电，根据被测量电池电压U1的变化，通过受控充电电源Pw改变辅助补偿电流Iw的大小，使被测量电池的电压U1在一段时间内跟随标准电源电压Ue保持不变，此时辅助补偿电流Iw与被测量电池的自放电电流I1相等，由于辅助补偿电流Iw是已知的，从而得到了被测量电池的自放电电流的准确数值。本发明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，不仅提高了电池自放电性能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。
文档编号G01R31/36GK102636755SQ20111036186
公开日2012年8月15日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者李然 申请人:李然