电动自行车用蓄电池标称电压测量不确定度的评定

文：彭春兰 万永强 董江 宇春玲 （辽宁省轻工产品质量检测院，辽宁沈阳 110032）

电动自行车用蓄电池标称电压测量不确定度的评定

文：彭春兰 万永强 董江 宇春玲 （辽宁省轻工产品质量检测院，辽宁沈阳 110032）

The Assessments of Uncertainty to the Measurement of the Nominal Voltage to the Batteries of Electrical Bicycles

影响电动自行车用蓄电池标称电压测量结果的因素有很多，如检测仪器、环境温度、操作人员水平等，这些因素对测量值的影响量也各不相同，因此需要对测量结果进行不确定度评定。此文以对标称为48 V蓄电池组的电压测量为例，分析电动自行车用蓄电池标称电压测量不确定度的主要来源及主要影响分量，并对测量结果进行不确定度评定，同时也为其它蓄电池标称电压测量结果的不确定度评定提供参考。

电动自行车；蓄电池；不确定度

引言

蓄电池是电动自行车的能源载体，是影响电动自行车使用性能的关键部件，是电动自行车电器四大件之一。目前蓄电池的种类很多，而铅酸蓄电池由于价格便宜，材料来源丰富，技术与制造工艺比较成熟，被大多数电动自行车所采用。电动自行车用蓄电池组作电源，一般标称48 V的蓄电池组都是由4节电池串联而成，每节蓄电池的电压通常为12 V。

准确地测量蓄电池标称电压与电动自行车的生产和使用有着密切的关系。蓄电池标称电压的精确测量可为保证电动自行车产品质量及使用性能提供技术保障。

蓄电池标称电压测量结果受许多客观因素的影响，如检测仪器、操作人员水平、环境温度等，因此，要控制并减小蓄电池的测量误差，明确测量误差范围，需要对蓄电池测量结果进行不确定度评定。

本文依据GB17761-1999《电动自行车通用技术条件》，用直流电压表对蓄电池组 （由4节12 V电池串联而成） 电压进行测量，分析影响测量值的因素及影响程度，依据JJF1059-1999 《测量不确定度评定与表示》 分析蓄电池标称电压测量不确定度的主要来源及影响量，对测量结果进行不确定度评定。

1 实验部分

1.1 测量仪器

蓄电池标称电压测量仪器为T5I1型直流电压表，测量时使用该仪器的75 V量程，刻度范围：0-150格，证书给出的相对扩展不确定度Urel=0.07%（k=2）。

1.2 测试环境条件

环境温度20℃。

1.3 测量方法

依据GB17761-1999《电动自行车通用技术条件》，蓄电池充足电后，静放2 h，用电压表测量其标称电压 （V），测量值允许比规定值（不大于48 V） 标升15%［1］。

1.4 数学模型

由于蓄电池的标称电压可以直接在仪器上读取，因此Vs=Vn

式中Vs——蓄电池的标称电压实际值，单位为伏 （V）；

Vn——测量仪器读取值，单位为伏 （V）。

2 测量结果不确定度来源

根据对试验的数学模型和整个试验过程的分析，可以识别蓄电池电压测量不确定度的来源主要有以下几个方面：

2.1 A类不确定度

A类不确定度一般都是通过实验方法用重复测量的分散性得出，所以可直接求算标准偏差，从而求出A类不确定度。A类不确定度的符号为uA。标准偏差可由贝塞尔公式求出，即：

单次测量结果的标准不确定度以实验标准偏差 s（x）表征［2］。

2.2 B类不确定度

B类不确定度包括测量所使用的电压表误差引入的不确定度分量uB1、测量环境温度变化引入的不确定度分量 uB2、操作人员读数误差引入的不确定度分量 uB3。

3 测量结果不确定度评定

3.1 蓄电池电压测量重复性引入的不确定度分量

在相同的条件下，用电压表对蓄电池电压进行10次重复测量，测量值如表1所示。

表1 蓄电池的标称电压重复测量值

用贝塞尔公式计算测量重复性不确定度：

10次测量中最大值与最小值之差为53.40 V-53.25 V=0.15 V，由贝塞尔公式计算出单次测量的标准差为0.052705 V。

根据拉依达定理 3×0.052705 V=0.158115 V＞0.15 V，残差中无超出3 S数据，有效， 无弃值［3］。

单次测量结果为Vs=53.25 V，故测量重复性引入的相对不确定度为：

3.2 电压表误差引入的不确定度分量uB1

3.3 环境温度变化引入的不确定度分量 uB2

相对标准不确定度为：

3.4 人员读数误差引入的不确定度分量 uB3

测量使用仪器的75 V量程，刻度范围：0-150格，故每格为0.5 V。按三角形分布，区间半宽度α=0.5 V，由此引入的标准不确定度为：

相对标准不确定度为：

3.5 合成相对标准不确定度分量

合成B类相对标准不确定度分量：

合成相对标准不确定度分量：

蓄电池电压标准不确定度为：

3.6 扩展不确定度

置信水平为95%，取包含因子k=2，则扩展不确定度：

3.7 测量不确定报告

蓄电池的标称电压为：

4 测量结果不确定度各分量分析

表2 各不确定度分量汇总表

从表2可以看出，对蓄电池电压不确定度影响最大的因素为操作人员读数误差，因此测量操作人员的读数是影响蓄电池电压测量值的关键因素。所以在测量蓄电池电压操作过程中，操作人员在读数时，应注意视线正对电压表，即视线与电压表的刻度盘面垂直，尽量减小读数的误差。其次是测量环境温度的影响，故在测量电压时，应注意保持测量环境温度的一致性。测量重复性的影响量较小，重复性测量引入的不确定度包含仪器变动性和人员操作等随机影响。测量仪器校准对测量不确定度影响很小，说明仪器精度完全满足测量要求。

5 结论

通过分析蓄电池标称电压测量过程中存在的误差及各不确定度分量对测量结果的影响，可以得出以下结论：

在测量蓄电池标称电压时，其不确定度主要由操作人员读数误差引入的不确定度提供；其次是环境温度变化引入的不确定度；影响相对较小的是测量重复性引入的不确定度及测量仪器校准引入的不确定度。

［1］ 国家技术质量监督局.GB17761-1999《电动自行车通用技术条件》［s］.1999

［2］ 国家技术质量监督局.JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》［s］.1999

［3］ 滕敏康.实验误差与数据处理［M］.南京：南京大学出版社出版，1989