一种蓄电池内阻测量仪的制作方法

一种蓄电池内阻测量仪的制作方法
【专利摘要】一种蓄电池内阻测量仪包括方波脉冲发生电路，其输出的方波脉冲信号控制恒流充电电路和恒流放电电路，对蓄电池进行充、放电，使蓄电池上形成交流电压信号，一交流放大电路对所述的交流电压信号进行放大，交流放大电路输出的放大信号送至一检波电路，检波电路将放大信号转换成直流电压信号，直流电压信号被送至显示器显示对应的内阻值；其特点是所述的充、放电电路可对蓄电池输入一恒定的交流电流，在蓄电池的内阻上形成一交流电压信号，所述的交流电压信号与蓄电池的内阻成正比关系，无需数据处理单元就能得出蓄电池的内阻；本测量仪测量误差小于2.5%，结构简单制造成本低。
【专利说明】一种蓄电池内阻测量仪

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种蓄电池内阻测量仪，具体的说是一种具有可让交流电流通过蓄电 池在蓄电池的内阻上形成交流电压的电子线路。
[0002]

【背景技术】
[0003] 目前测量蓄电池内阻的仪器主要有两种，一种是仪器对蓄电池进行瞬间大电流放 电，测量蓄电池上瞬间电压降，然后根据欧姆定律计算出蓄电池的内阻，另一种是向蓄电池 注入交流电流，在蓄电池上形成交流电压，根据交流电压和交流电流计算出蓄电池的内阻； 这两种电路结构都比较复杂，需要电流传感器、A/D转换器，大功率电力电子器件以及智能 控制芯片，制造成本较高。


【发明内容】

[0004] 本发明的目的是提供一种蓄电池内阻测量仪，该测量仪能精确地测量出蓄电池的 内阻，并且电路简单，制造成本低。
[0005] 本发明的技术方案是，蓄电池内阻测量仪包括方波脉冲发生电路，其输出的方波 脉冲信号控制恒流充电电路和恒流放电电路，对蓄电池进行充、放电，使蓄电池上形成交流 电压信号，恒流充电电路和恒流放电电路的输出端与蓄电池的正极相连接，蓄电池的负极 接地，一交流放大电路的输入端与蓄电池的正极相连接，对所述的交流电压信号进行放大， 交流放大电路输出的放大信号送至一检波电路，检波电路将放大信号转换成直流电压信 号，直流电压信号被送至显示器显示对应的内阻值； 其特征是， 所述的方波脉冲发生电路包括型号为NE555的时基集成电路IC1，光耦LED1、LED2,时 基集成电路的引脚3通过电阻R12与光耦LED1的发光二极管阳极连接，光耦LED1的发光 二极管阴极接地，光耦LED1的光敏三极管作为恒流充电电路的通、断开关；时基集成电路 的引脚7通过光耦LED2的发光二极管阴极、光耦LED2的发光二极管阳极、电阻R13接稳压 正电源V+，光耦LED2的光敏三极管作为恒流放电电路的通、断开关；时基集成电路的引脚 4、8接稳压正电源V+，时基集成电路的引脚2、6通过电阻R11与时基集成电路的引脚3连 接，时基集成电路的引脚2、6通过电容C11接地，时基集成电路的引脚1接地，时基集成电 路的引脚5通过电容C12接地； 所述的恒流充电电路包括PNP型的三极管T21、T22,三极管T21的基极分别通过稳压 二极管DW21接正电源VI和电阻R21接地，三极管T21的发射极与三极管T22的基极连接， 三极管T22的发射极通过电阻R22接正电源VI，三极管T21、T22的集电极接光耦LED2的 光敏三极管的集电极，光耦LED2的光敏三极管的发射极接到蓄电池 E的正极； 所述的恒流放电电路包括NPN型的三极管T31、T32,三极管T31的基极分别通过电阻 R31接正电源VI、通过稳压二极管DW31接地，三极管T31的发射极与三极管T32的基极连 接，三极管T32的发射极通过电阻R32接地，三极管T31、T32的集电极接光耦LED2的光敏 三极管的发射极，光耦LED2的光敏三极管的集电极接到蓄电池 E的正极。
[0006] 本发明的有益效果是，时基集成电路的引脚3、7可输出对称的方波脉冲，使光耦 LED 1、LED2的光敏三极管分别导通与截止，控制恒流充电电路和恒流放电电路中电流的通、 断，实现对蓄电池的恒流充、放电，相当于对蓄电池输入一恒定的交流电流，在蓄电池的内 阻上形成一交流电压信号；与传统的交流恒流源电路结构相比本恒流充电电路和恒流放电 电路构成的交流恒流源，其结构简单，恒流稳定；所述的交流电压信号与蓄电池的内阻成正 比关系；由于恒流充电电路和恒流放电电路输出的电流是恒定的和已知的，所以可省去电 流传感器以及相应的电流测量电路；由于在蓄电池内阻上形成的交流电压信号是与蓄电池 的内阻成正比关系，可省去数据处理步骤，相应地可省去智能芯片或数据处理器；所述的方 波脉冲发生电路对恒流充电电路和恒流放电电路的控制是通过光耦耦合实现的，避免了方 波脉冲发生电路与恒流充电电路和恒流放电电路之间相互干扰，减小测量误差。

【专利附图】

【附图说明】
[0007] 图1为本发明的电原理图。
[0008] 图2为交流放大电路的电原理图。
[0009] 图3为蓄电池电压和交流放大电路输出电压的波形图。

【具体实施方式】
[0010] 现结合【专利附图】

【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0011] 本发明的蓄电池内阻测量仪，包括方波脉冲发生电路，受控于方波脉冲发生电路 输出的方波脉冲信号的恒流充电电路和恒流放电电路，恒流充电电路和恒流放电电路的输 出端与蓄电池的正极相连接，对蓄电池进行充、放电在蓄电池上形成交流电压信号，一交流 放大电路的输入端与蓄电池的正极相连接，对所述的交流电压信号进行放大，交流放大电 路输出的放大信号送至一检波电路，检波电路将放大信号转换成直流电压信号，直流电压 信号被送至显示器显示对应的内阻值。
[0012] 所述的方波脉冲发生电路，它包括型号为NE555的时基集成电路IC1，光耦LED1、 LED2，时基集成电路的引脚4、8接稳压正电源V+，时基集成电路的引脚2、6通过电阻Rl 1与 时基集成电路的引脚3连接，时基集成电路的引脚2、6通过电容C11接地，时基集成电路的 引脚1接地，时基集成电路的引脚5通过电容C12接地；由此构成可输出两路占空比为50% 方波脉冲的发生器，其振荡频率与电阻Rl 1和电容Cl 1的大小相关，两路方波脉冲分别从时 基集成电路的引脚3和引脚7输出，当引脚3为高电平时引脚7为低电平，反之亦然； 时基集成电路的引脚3通过电阻R12与光耦LED1的发光二极管阳极连接，光耦LED1 的发光二极管阴极接地，光耦LED1的光敏三极管作为恒流充电电路的通、断开关；时基集 成电路的引脚7通过光耦LED2的发光二极管阴极、光耦LED2的发光二极管阳极、电阻R13 接稳压正电源V+，光耦LED2的光敏三极管作为恒流放电电路的通、断开关；当光耦LED1的 光敏三极管导通时光耦LED2的光敏三极管截止，反之亦然，所述的光敏三极管的导通与截 止的时间宽度相等。所述的光耦LEDULED2的信号为TLP521。
[0013] 所述的恒流充电电路包括PNP型的三极管T21、T22,三极管T21的基极分别通过稳 压二极管DW21接正电源VI和电阻R21接地，三极管T21的发射极与三极管T22的基极连 接，三极管T22的发射极通过电阻R22接正电源VI，三极管T21、T22的集电极接光耦LED2 的光敏三极管的集电极，光耦LED2的光敏三极管的发射极接蓄电池 E的正极；当光耦LED1 的光敏三极管导通时，三极管T22向蓄电池充电；所述的稳压二极管DW21和电阻R21为三 极管T22提供基准电压，选择电阻R22的阻值可确定充电电流，充电电流为稳压二极管DW21 的稳压值与电阻R22的阻值之比；在本实施例中稳压二极管DW21的稳压值为6. 3V，充电电 流为100mA，蓄电池标称电压为12V，所述的正电源VI电压为24V。
[0014] 所述的恒流放电电路包括NPN型的三极管T31、T32,三极管T31的基极分别通过 电阻R31接正电源VI、通过稳压二极管DW31接地，三极管T31的发射极与三极管T32的基 极连接，三极管T32的发射极通过电阻R32接地，三极管T31、T32的集电极接光耦LED2的 光敏三极管的发射极，光耦LED2的光敏三极管的集电极接蓄电池 E的正极，当光耦LED2的 光敏三极管导通时，三极管T32向蓄电池输出负电流即蓄电池通过三极管T32放电；所述 的稳压二极管DW31和电阻R31为三极管T32提供基准电压，选择电阻R32的阻值可确定放 电电流；稳压二极管DW31的稳压值也为6. 3V，放电电流与充电流相同。所述的稳压二极管 DW21、DW31 的型号为 IN5234。
[0015] 所述的交流放大电路应具有足够的放大倍数以满足负载(检波电路）的要求，在本 实施例中交流放大电路(其电原理图见图2)由两级反相放电器组成，第一级反相放电器包 括型号为0P07的运算放大器A1，运算放大器A1的反相输入端通过电阻R42与运算放大器 A1的输出端连接，运算放大器A1的同相输入端通过电阻R43接地，电解电容C41与电阻R41 串联，电解电容C41的正极接蓄电池的正极，电阻R41的一端接运算放大器A1的反相输入 端；电解电容C41对蓄电池的直流电压进行隔离。第二级反相放电器包括型号为0P07的运 算放大器A2,运算放大器A2的反相输入端通过电阻R52与运算放大器A2的输出端连接， 运算放大器A2的同相输入端通过电阻R53接地，电解电容C51与电阻R51串联，电解电容 C51的正极运算放大器A1的输出端，电阻R51的一端接运算放大器A2的反相输入端。
[0016] 所述的检波电路将交流电压信号转换成直流信号，可采用二极管桥式整流器结构 来实现，桥式整流器的输入端与运算放大器A2的输出连接，桥式整流器的输出端接一微安 表，其结构简单，但二极管桥式整流器整流时二极管上会产生管压降，使转换的线性度变 差，所述的交流电压信号足够大可以克服二极管的管压降带来的误差，另外桥式整流器选 用锗二极管构成也可使管压降降低，有助于提高转换的线性度。
[0017] 为提高信号转换的线性度，所述的检波电路可由桥式整流器、运算放大器构成，它 包括型号为0P07的运算放大器A3,其同相输入端通过电解电容C61与运算放大器A2的输 出端连接，运算放大器A3的反相输入端和输出端与桥式整流器的输入端相连接，桥式整流 器由二极管D1、D2、D3、D4组成，二极管D1的阳极与二极管D2的阴极连接为桥式整流器的 一输入端，二极管D3的阳极与二极管D4的阴极连接为桥式整流器的另一输入端，二极管 Dl、D3的阴极相连接为桥式整流器的一输出端，二极管D2、D4的阳极相连接为桥式整流器 的另一输出端，桥式整流器的输出端并联有用于滤波的电解电容C62，运算放大器A3的反 相输入端通过电位器R61接地，调节电位器R61的阻值可改变桥式整流器的输出电流的大 小。桥式整流器的输出端接显示器，所述的显示器为一微安表M，微安表的表面上设有指示 蓄电池内阻的刻度。所述的检波电路可以消除二极管的管压降产生的误差，将交流电压信 号线性地转换成直流信号；另外对被转换的交流电压信号幅值也无特别要求，只要能驱动 微安表就行。其技术原理是：桥式整流器的输出端接上微安表Μ或负载后，从其输入端看进 去可等效成一电阻(用Rf表示)，桥式整流器的输入端分别接运算放大器A3的反相输入端 和输出端，运算放大器A3的反相输入端通过电位器R61接地，交流电压信号(用Usr表示） 从运算放大器A3的同相输入端输入，构成一同相输入运算放大器电路，根据同相输入运算 放大器电路的特性可知，流过等效电阻Rf和电位器R61的电流(用Is表示)为同一电流，而 Is=Usr/ R61，所述的电流Is流经桥式整流器后变为直流电流，将交流电压信号线性地转换 成直流信号。
[0018] 所述的运算放大器A1、A2、A3的工作电源为稳压正电源V+和稳压负电源V-，其电 压分别为正9V和负9V，均为经过稳压的直流电；所述的正电源VI为恒流充电电路和恒流 放电电路的工作电源，其电压值大于蓄电池的标称电压与稳压二极管稳压值之和，以保证 恒流充电电路和恒流放电电路的恒流效果。
[0019] 本测量仪的工作原理是，所述的恒流充电电路和恒流放电电路为可输出相等直流 电流值的恒流源，在方波脉冲发生电路的控制下交替对蓄电池进行充、放电，充电与放电的 脉冲宽度相等，在充电时蓄电池的电压升高，在放电时蓄电池的电压下降，由此在蓄电池上 产生交流电压信号，蓄电池上电压波形Ue参见图2,它由直流电压与交流电压叠加所致，所 述的交流电压信号可用下式表达： Ue=R〇XI 式中Ue为交流电压信号，&为蓄电池内阻，I为交流电流 由于交流电流I即充、放电电流的值可预设是已知的，因此测量交流电压信号Ue即可 得到蓄电池内阻的值。
[0020] 为防止在测量时蓄电池产生极化影响测量的精度，方波脉冲的频率设置为1000HZ 至3000HZ之间，这样可消除浓差极化，充、放电电流的幅值设为50至100mA之间，采用较小 的电流可降低电化学极化的影响。
[0021] 蓄电池的内阻仅为毫欧级，所述的充、放电电流在内阻上形成的交流电压信号仅 为数百微伏左右，通过所述的交流放电电路可将交流电压信号放大至100mv左右；放大后 的交流电压信号(其波形Us参见图2)通过检波电路转换为直流电压信号，该直流电压信号 与蓄电池的内阻呈正比关系无需计算即可送给微安表显示。
[0022] 为方便测量仪的校正，在蓄电池正极支路中串接一双位的开关K，开关K位于第一 位置时，蓄电池正极支路接通，可进行内阻测量；开关K位于第二位置时与一校正电阻Rj的 一端连接，校正电阻Rj另一端接地，调节检波电路中的电位器R61的阻值，可校正测量仪的 基准。当然所述的开关K为多位，则可选择多个校正电阻Rj，对多个量程进行校正。
[0023] 本蓄电池内阻测量仪在使用时，通过接线端J与蓄电池连接，接通工作电源，将开 关K拨到第二位置调节电位器R61，使微安表到满刻度，然后将开关K拨到第一位置对蓄电 池内阻进行测量，测量范围为0. 5毫欧至20毫欧，测量的相对误差小于2. 5%。
【权利要求】
1. 一种蓄电池内阻测量仪，包括方波脉冲发生电路，其输出的方波脉冲信号控制恒流 充电电路和恒流放电电路，对蓄电池进行充、放电，使蓄电池上形成交流电压信号，恒流充 电电路和恒流放电电路的输出端与蓄电池的正极相连接，蓄电池的负极接地，一交流放大 电路的输入端与蓄电池的正极相连接，对所述的交流电压信号进行放大，交流放大电路输 出的放大信号送至一检波电路，检波电路将放大的交流电压信号转换成直流电压信号，直 流电压信号被送至显示器显示对应的内阻值； 其特征是， 所述的方波脉冲发生电路包括型号为NE555的时基集成电路IC1，光耦LED1、LED2,时 基集成电路的引脚3通过电阻R12与光耦LED1的发光二极管阳极连接，光耦LED1的发光 二极管阴极接地，光耦LED1的光敏三极管作为恒流充电电路的通、断开关；时基集成电路 的引脚7通过光耦LED2的发光二极管阴极、光耦LED2的发光二极管阳极、电阻R13接稳压 正电源V+，光耦LED2的光敏三极管作为恒流放电电路的通、断开关；时基集成电路的引脚 4、8接稳压正电源V+，时基集成电路的引脚2、6通过电阻R11与时基集成电路的引脚3连 接，时基集成电路的引脚2、6通过电容C11接地，时基集成电路的引脚1接地，时基集成电 路的引脚5通过电容C12接地； 所述的恒流充电电路包括PNP型的三极管T21、T22,三极管T21的基极分别通过稳压 管DW21接正电源VI和电阻R21接地，三极管T21的发射极与三极管T22的基极连接，三极 管T22的发射极通过电阻R22接正电源VI，三极管T21、T22的集电极接光耦LED2的光敏 三极管的集电极，光耦LED2的光敏三极管的发射极接到蓄电池 E的正极； 所述的恒流放电电路包括NPN型的三极管T31、T32,三极管T31的基极分别通过电阻 R31接正电源VI、通过稳压管DW31接地，三极管T31的发射极与三极管T32的基极连接，三 极管T32的发射极通过电阻R32接地，三极管T31、T32的集电极接光耦LED2的光敏三极管 的发射极，光耦LED2的光敏三极管的集电极接到蓄电池 E的正极。
2. 根据权利要求1所述的蓄电池内阻测量仪，其特征是，所述的方波脉冲发生电路输 出的方波脉冲信号的频率为1000HZ至3000HZ中的任一频率，所述的恒流充电电路和恒流 放电电路输出电流幅值为l〇〇mA。
3. 根据权利要求1或2所述的蓄电池内阻测量仪，其特征是，所述的检波电路由桥式整 流器、运算放大器A3构成，运算放大器A3的型号为0P07,其同相输入端通过电解电容C61 与交流放大电路的输出端连接，运算放大器A3的反相输入端和输出端与桥式整流器的输 入端相连接，桥式整流器由二极管Dl、D2、D3、D4组成，桥式整流器的输出端并联有用于滤 波的电解电容C62,运算放大器A3的反相输入端通过电位器R61接地。
【文档编号】G01R27/14GK104062507SQ201410302974
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】高玉琴 申请人:高玉琴