基于锁相放大器的交流内阻测试方法.docVIP

基于锁相放大器的交流内阻测试方法 直流法测电池内阻时，需要对电池进行大电流放电，这对电池会造成一定的损害，而且直流法无法对小容量电池内阻进行准确测试。一般的交流法测量内阻采用1 kHz 的小电流信号加于电池两端，通过测量其电压响应得出内阻值。但是由于电池内阻一般在毫欧级，与测试线的电阻在同一级别，而且所得的电压响应很容易淹没在噪声中，所以如何滤除噪声提取电压信号是关键。由于电池注入的电流信号频率已知，通过锁相放大器可以很好地解决这个问题。测量电路原理图如图1 所示。 图1 测量电路原理图 测量电路采用四端子测量法，可以有效地减小接触电阻的影响。一定频率的交流电流注入电池两端，电池的电压响应通过差分放大电路，分离出交流分量，并将其放大，然后进入锁相放大电路，与参考信号进行相关运算后，滤除其他频率成分。假设电池两端电压响应信号为： （3） 式中：Um———电压幅值； ω———角频率； φ1———初相角； n（t）———噪声信号。 通过一电阻将输入电流转换为参考电压信号： （4） 两者经过锁相放大器完成相关函数运算，即： （5） 当τ =0 时， （6） 由于参考电压信号与噪声信号不相关，所以 ,得： （7） 式中：，。 由阻抗计算公式得： 为待定系数。 实际测量过程中，通过测量一个已知阻值的电阻，就可以确定出待定系数。设阻值为Z0，则待定系 数为： （9） 从而 （10） 通过以上推导，理论上证明了利用锁相放大器可以测量出电池交流内阻值。该方法所测出的为电池阻抗值，所以它是频率的函数。为了更全面地反应出电池内阻的性质，可以通过改变注入电流信号频率的方法，得到某一频段范围内的电池交流内阻谱。 图2显示了锂离子电池在10 Hz~5 kHz 的电流激励下所测得的电池阻抗变化曲线。可以看出电池在不同频段范围内的内阻值有明显变化，测量出交流内阻谱可以比较出不同电池在不同频率下的内阻大小，使得测量结果更为准确全面。 图2 锂离子电池交流内族谱 基于锁相放大器的交流测内阻几乎适用于所有电池，而且由于施加的交流电流小，不仅能够保持电池性能完好无损，测试过程快速，且不用脱机就可实现电池内阻在线测量。通过测量电池的内阻谱，从而得到更加全面的电池性能信息，为电池容量和其他性能的判定提供了更为可靠的依据，与传统方法相比有一定的优越性。