电动自行车电池容量检测仪的检测方法与校准不确定度评定

电动自行车电池容量检测仪的检测方法与校准不确定度评定程云斌李何良沈琪历旻（上海市质量监督检验技术研究院，上海200040）摘要：在对电动车电池容量检测仪的功能和原理进行了回顾的基础上，提出了一种检测校准方法，并进行了相应的不确定度评定。关键词：电池容量检测仪检测方法不确定度电动自行车电池容量检测仪是分析电池与充电器匹配性能的检测系统。所谓匹配性，就是指用不同的充电器，对同一种电池进行若干次充放电实验，根据试验中电池性能状态和充电器充电曲线来判断哪种充电器更适合给相应的电池充电。在匹配性检测中，不仅要考虑到电池的性能（包括电池容量，寿命，充放电时电流电压等参数），同时还要考虑到充电器的性能（充电电流电压曲线、最高充电电压等）。由于，电动自行车电池容量检测仪，没有相关的检定规程和校准规范，因此，其校准参照了直流数字电压表检定规程和直流数字电流表检定规程。由于各电池容量检测仪的信号不同，采用不同的测量方式，对于测量的可靠性将是十分必要的，也是所用用户所希望得到的。特别是在生产研发过程中，提高测量的可靠型对提高产品质量具有重要的意义。1测量方法我们对于直流电压和直流电流的校准分别采用了不同的测量方式。对于直流电压的校准，采用了FLUKE公司的5520A多功能校准器作为电流源。对于部分高精度的检测装置，为了确保测量精度，可以在电流源回路中，串联了一个BZ6标准电阻（万分之一）。使用Aglient公司的34401a型数字多用表测量BZ6上的电压，计算出实际输出的电流值。对于校准点的设置，一般可以根据用户要求选择相应的校准点。如果用户没有要求，我们认为可以在基本量程上均匀的选择10个测量点进行相应的校准。在电压测量点上，特别要校准12V,24V,36V,48V等几个蓄电池关联的测量点。本文采用图1的模式检测电压，图2的模式检测电流，并且在负载电压12V点以及直流电流1A点为例进行讨论。2数学模型电动车电池容量检测仪FLUKE5520A多功能校准器图2电流检测Aglient34401a电动车电池容量检测仪FLUKE5520A多功能校准器图1电压检测Aglient34401a以Aglinet公司34401a型数字多用表的标准电压值为VN，被检装置上相应示值为Vx，则被检电动自行车电池容量检测仪指示值的误差可表示为ΔV＝Vx-VN①式中，ΔV——被检电动自行车电池容量检测仪直流电压的误差Vx——被检电动自行车电池容量检测仪的直流电压读数VN——标准数字多用表电压的读数以34401a数字多用表的标准电流值为IN，被检装置上的相应示值为Ix，则被检电动自行车电池容量检测仪指示值的误差可表示为ΔI＝Ix-IN②式中，ΔI——被检电动自行车电池容量检测仪直流电流的误差Ix——被检电动自行车电池容量检测仪的直流电流读数IN——标准数字多用表电流的读数3方差和传播系数依照公式：iicXuxfyu222由式①得到方差NNxxcvVuVcVuVcu22222传播系数：1xXVfVc1NNVfVc由式②得到方差：NNxxciIuIcIuIcu22222传播系数：1xXVfVc1NNVfVc4不确定度的来源采用直接测量法，主要误差来源于数字多用表和环境条件变化。由于恒温实验室通常控制在20℃±1℃，因此，环境条件变化引入的不确定度可以忽略。而主要考虑数字多用表引入的不确定度分量。5不确定度的分析由不确定度来源可得，总不确定度为标准数字多用表的不确定度和装置标准偏差的合成。数学模型如下：22`jiUSkVV式中，V——总不确定度，U——合成不确定度，k——总不确定度置信因子，Si——A类不确定度，Uj——B类不确定度。5.1A类不确定度：在正常工作条件下，对被检电动自行车电池容量检测仪反复测量10次。装置的标准偏差数学模型如下：112nxxSniii式中，Si——装置的标准偏差xi——每次测量值n——重复测量次数x——各次测量平均值选择对直流电压12V进行10次重复测量，考核被检电动自行车电池容量检测仪的标准差，测得数据如下表序号vxivxxuii22vui112.02-0.0040.000016212.01-0.0140.000196312.030.0060.000036412.040.0160.000256512.040.0160.000256612.030.0060.000036712.02-0.0040.000016812.02-0.0040.000016912.01-0.0140.0001961012.02-0.0040.000016x12.024//0010.02iUVS010.090010.01平均值的标准差003.010010.02S其相对标准不确定度为0.3%。选择对直流电流2A进行10次重复测量，考核被检电动自行车电池容量检测仪的标准差，测得数据如下表：序号vxivxxuii22vui15.01-0.0190.00036125.02-0.0090.00008135.02-0.0090.00008145.050.0210.00044155.030.0010.00000165.02-0.0090.00008175.040.0110.00012185.030.0010.00000195.030.0010.000001105.040.0110.000121x5.029//0013.02iUAS012.090013.03平均值的标准差004.010012.04S其相对标准不确定度为0.4%。5.2B类不确定度根据Aglient34401A说明书，直流电压10V量程%025.01U，直流电压2A量程%25.02U。依据误差传递原则，在均匀分布情况下，覆盖因子3k，则相对不确定度分量为：直流电压：%014.03025.01U直流电流：%14.0325.02U6合成标准不确定度A、B标准不确定度分量间互不相关，则相对合成标准不确定度U：2122USUV2224USUI将数据带入计算得：%42.0%14.0%4.022IU7扩展不确定度置信概率取95%,k取2，则扩展不确定度为U。（k=2）（k=2）因此，本次校准被检电池容量检测仪，电压校准不确定度为0.6%，电流校准不确定度为0.8%.参考文献：①JJF1059-1999测量不确定度与表示②GB17761电动自行车通用技术条件③JJG315-83直流数字电压表检定规程④JJG598-1989直流数字电流表试行检定规程%30.0%014.0%3.022VU%6.0%30.02VU%8.0%42.02IU