电池模拟器校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范

JJFXXXX——XXXX

电池模拟器校准规范

CaIibrationSpecificationforBatterySimulators

（征求意见稿）

XXXX—XX—X义发布XXXX一XX一XX实施

家市场监看;管理总局发布

电池模拟器校准规范

JJFXXXX-XX

CaIibrationSpecificationfor

BatterySimulators

归口单位：全国电磁计量技术委员会电动汽车专用计量检测

分技术委员会

主要起草单位：北京东方计量测试研究所

福建省计量科学研究院

深圳市计量质量检测研究院

参加起草单位：北京群菱能源科技有限公司

福建星云电子股份有限公司

本规范委托全国电磁计量技术委员会电动汽车专用计量检测分技术委员

会负责解释

本规范主要起草人：

XXX（北京东方计量测试研究所）

XXX（北京东方口量测试研究所）

XXX（福建省省计量科学研究院）

XXX（深圳市计量质量检测研究院院）

参加起草人：

XXX（北京群菱能源科技有限公司）

XXX（福建星云电子股份有限公司）

目录

弓I言........................................................................II

1范围.......................................................................1

2引用文件...................................................................1

3术语.......................................................................1

3.1电池模拟器.............................................................1

3.2荷电状态（SOC）........................................................1

3.3响应时间................................................................1

3.4充放电转换时间.........................................................2

4概述2

5计量特性.................................................................2

5.1直流电压输出...........................................................2

5.2直流电压测量...........................................................2

5.3直流充电电流测量......................................................3

5.4直流放电电流测量......................................................3

5.5模拟内阻...............................................................3

5.6荷电状态（SOC）.......................................................3

5.7响应时间...............................................................3

5.8充放电转换时间.........................................................3

5.9纹波电压...............................................................3

6校准条件..................................................................3

6.1环境条件...............................................................3

6.2测量标准及其他设备.....................................................3

7校准项目和校准方法........................................................4

7.1校准项目...............................................................4

7.2校准方法...............................................................5

8校准结果表达.............................................................15

8.1校准证书..............................................................15

8.2数据修约..............................................................15

9复校时间间隔.............................................................15

附录A测量不确定度评定示例...............................................16

附录B校准原始记录格式...................................................24

附录C校准证书内页格式...................................................27

引言

本规范依据JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001—2011《通用

计量术语及定义》和JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》编制。

本规范是首次制定的国家计量校准规范。

II

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电池模拟器校准规范

1范围

本规范适用于电池模拟器的校准，也适用于电池管理系统或电池测试仪中电池模拟功

能部分的校准。

2引用文件

本规范引用了下列文件：

JJF1597直流稳定电源校准规范

JJF2039电池充放电测试仪校准规范

GB/T19596—2017电动汽车术语

GB/T34133—2017储能变流器检测技术规程

GB/T38661-2020电动汽车用电池管理系统技术条件

IEC61960—3:2017含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组-便携式应用的锂

蓄电池和蓄电池组-第3部分：方形和圆柱形锂蓄电池及其制成的蓄电池组Secondary

cellsandbatteriescontainingalkalineorothernon-acidelectrolytes-Secondary

lithiumcellsandbatteriesforportableapplications-Part3:Prismaticand

cylindricallithiumsecondarycellsandbatteriesmadefromthem

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于该规范；凡是不注日期的引用文件，

其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。

3术语

3.1电池模拟器batterysimulator

由电子功率器件组成，能模拟电池的充放电电压、充放电电流、内阻、容量等参数，

可实现能量双向流动的一种电子电路装置。

3.2荷电状态（SOC）stateofcharge（SOC）

当前蓄电池中按照规定放电条件可以释放的容量占可用容量的百分比。

[GB/T19596—2017,定义3.3.3.2.5]

3.3响应时间responsetime

电池模拟器工作在放电状态下，负载电流发生阶跃变化时，端电压从突变稳定至允差

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范围内的时间。

注：负载电流阶跃变化规定值根据厂家说明书技术指标设定。

3.4充放电转换时间conversiontimebetweenchargeanddischarge

电池模拟器在充电状态和放电状态之间切换所需要的时间，是指从90%额定功率充电

状态转换到90%额定功率放电状态与从90%额定功率放电状态转换到90%额定功率充电状态

所需时间的平均值。

[GB/T34133—2017,定义3.8]

4概述

电池模拟器通常具有电压、电流、功率、容量等测量功能，通过对电池电压、容量、

内阻等基本参数的设定，仿真模拟各类电池的充放电特性和状态。电池模拟器主要由控制

/测量电路、整流/回馈电路、升/降压转换电路、显示电路及通讦1/接口电路等组成，其原

理结构如图1所示。电池模拟器可模拟替代实物电池，快速验证不同电池条件下被测设备

5计量特性

5.1直流电压输出

输出范围：1V〜1.5kV；

最大允许误差：土(0.02%〜0.2%)。

5.2直流电压测量

测量范围：1V〜1.5kV；

最大允许误差：土(0.02%〜0.2%)。

2

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5.3直流充电电流测量

测量范围:1mA〜2kA；

最大允许误差：±（0.05%〜0.2%）。

5.4直流放电电流测量

测量范围：1mA〜2kA；

最大允许误差：土（0.05%〜0.2%）。

5.5模拟内阻

输出范围：1mQ〜20Q；

最大允许误差：土（1%〜5%）。

5.6荷电状态（SOC）

SOC范围:0-100%；

最大允许误差：±10*。

5.7响应时间

测量范围：10ys^lOOinSo

5.8充放电转换时间

测量范围：10ps^lOOmso

5.9纹波电压

有效值测量范围:200-V〜10V（20Hz〜20MHz）。

注：具体计量特性参照被校电池模拟器的技术要求，以上指标不是用于合格性判别，仅供参考。

6校准条件

6.1环境条件

a）环境温度：（23±5）℃；

b）相对湿度：20%〜80%；

c）供电电源：电压（220±22）V,频率（50±0.5）Hz；

d）周围无影响正常工作的电磁干扰。

6.2测量标准及其他设备

校准装置的测量范围应覆盖被校电池模拟器的测量范围，校准装置的扩展不确定度

（公2）应不大于被校电池模拟器各参数最大允许误差绝对值的三分之一。根据所采用的

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校准方法，选择以下可以满足校准要求的测量设备。

a）直流电压表、直流高压分压器或直流高压表

b）直流电流表、电流传感器或直流分流器

C）功率分析仪

具有直流电流、直流容量和直流电能测量功能。

d）电压差分探头

最大允许误差不超过土5%,带宽不低于20MHZ。

e）电流探头

最大允许误差不超过土5%,带宽不低于1MHzo

f）真有效值电压表

最大允许误差不超过土5%,带宽不低于20MHz。

g）示波器

垂直增益最大允许误差不超过±2%,带宽不低于20MHzo

h）直流稳定电源

额定功率大于被校电池模拟器额定功率的11。乳

D直流电子负载

直流电子负载瞬态响应时间应优于被校电池模拟器响应时间的1/3。

j）电池充放电测试系统或双向电源

额定功率大于被校电池模拟器额定功率的110机

7校准项目和校准方法

7.1校准项目

表1校准项目一览表

序号校准项目计量特性条款校准方法条款

1直流电压输出5.17.2.2

2直流电压测量5.27.2.2

3直流充电电流测量5.37.2.3

4直流放电电流测量5.47.2.4

5模拟内阻5.57.2.5

4

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表1（续）

序号校准项目计量特性条款校准方法条款

5模拟内阻5.57.2.5

6荷电状态（SOC）5.67.2.6

7响应时间5.77.2.7

8充放电转换时间5.87.2.8

9纹波电压5.97.2.9

7.2校准方法

7.2.1校准前准备

a）外观检查

被校电池模拟器的名称、型号、制造厂名或商标、出厂编号，供电电源规格和输出端

的电压、电流及功率等信息应齐全；外壳、端钮、开关、按键、通信端口和调节旋钮应无

影响校准和使用安全的松动、损伤、脱落。

b）工作正常性检查

通电后，各种调节旋钮灵活、按键功能正常，显示屏无显示缺陷。

c）预热

在规定的环境条件下，测量标准和被校电池模拟器按各自的说明书和实际工作需要进

行预热；无要求时，开机预热时间建议不小于15min。

7.2.2直流电压输出与测量

7.2.2.1校准点选取

各选取3〜5个校准点，应包含电压量程的10%.50%和100席的临近值。

7.2.2.2标准表法

a）按图2接线;

被0

校

直

直

电0

流

流

池

电

高

Hi或

模

压

%0In压

拟

表

表

器0

/-

图2标准表法校准接线图

5

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b）按校准点设置被校电池模拟器输出的直流电压值Up；

C）启动被校电池模拟器输出，待输出稳定后，记录被校准电池模拟器的测量值Ux、

直流电压表或直流高压表的读数Uo；

d）被校电池模拟器输出直流电压设置值的绝对误差AUp和相对误差距°分别按公式

（1）和公式（2）计算；

△4=4-u°（1）

式中：

AUp——被校电池模拟器输出直流电压的设置值绝对误差，V；

4——被校电池模拟器输出直流电压的设置值，V；

4一一被校电池模拟器输出直流电压的标准值，V。

u-u

%=-^——-nXI00%（2）

PU。

式中：

诙p——被校电池模拟器输出直流电压的设置值相对误差。

e）被校电池模拟器输出直流电压测量值的绝对误差AU,和相对误差为、分别按公式

（3）和公式（4）计算;

△4=4-U。（3）

式中：

一一被校电池模拟器输出直流电压的测量值绝对误差，V；

6——被校电池模拟器输出直流电压的测量值，V。

U-1/

心=7——2-X1IJO%（4）

*0。

式中：

为,一一被校电池模拟器输出直流电压的测量值相对误差。

7.2.2.3标准分压器法

a）按图3接线；

6

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+00

被

Z+么

直

校

流

+0直

电

高

流

产

池

压

Hi电

分

模

压

么L()

_：

压

表

拟0_|

器

器X

/-OG0

图3标准分压器法校准接线图

b）按校准点设置被校电池模拟器输出的直流电压值4;

c）启动被校电池模拟潜输出，待输出稳定后，记录被校电池模拟器的直流电压测量

值U,、直流高压分压器的分压比K和低压臂端的直流电压表的读数〃；

d）被校电池模拟器输出电压的实际值按公式（5）计算；

U°=KU'o（5）

式中：

K——直流高压分压器的分压比，V/V；

U。一一直流高压分压器低压臂端的直流电压表的读数，Vo

e）被校电池模拟器输出直流电压设置值的绝对误差和相对误差电「分别按公式

（1）和公式（2）计算；

f）被校电池模拟器输出直流电压测量值的绝对误差公仆和相对误差跖,分别按公式

（3）和公式（4）计算。

7.2.3直流充电电流测量

7.2.3.1校准点选取

选取3〜5个校准点，应包含电流量程的10%、50%和100%的临近值。

7.2.3.2校准步骤

a）按图4接线；

b）设置被校电池模拟器S0C的起始点为50乳

c）将直流稳定电源输出电压设置值大于被校电池模拟器的SOC的100%下对应的电压

值；

7

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d）按校准点设置直流稳定电源的输出电流值，待输出稳定后，记录被校电池模拟器

直流充电电流的测量值（，直流电流测量标准的测得值/0;

被"0

校

直

流

电gc

稳

池

Hi定

模

kOLO电

拟

源

器0?直流电流

;-测量标准

注：直流电流测量标准包括直流电流表、电流传感器或直流分流器等。

图4宜流充电电流校准接线图

c）被校电池模拟器直流充电电流测量值的绝对误差人人和相对误差可分别按公式

（6）和公式（7）计算。

式中：

A/c——被校电池模拟直流充电电流测量值的绝对误差，A；

一一被校电池模拟器直流充电电流的测量值，A；

/0一一直流电流测量标准的测得值，Ao

伪=-^—^-xlOO%（7）

cA）

式中：

学——被校电池模拟器直流充电电流测量值的相对误差。

7.2.4直流放电电流测量

7.2.4.1校准点选取

选取3〜5个校准点，应包含电流量程的10%、53%和100%的临近值。

7.2.4.2校准步骤

a）按图5接线；

b）设置被校电池模拟器的SOC起始点为100%；

8

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c）若用双向电源校准，则设置其输出电压值小于被校电池模拟器SOC的100%对应的

电压值；

d）按校准点设置直流电子负载或双向电源的输入电流值，待输入稳定后，记录被校

电池模拟器直流放电电流的测量值/d,直流电流测量标准的测得值70;

被Id

H+0。

校

直

流

双

电4+0

电

向

池

或

Hi子

电

模LO

源

-0负

拟

t/s载

上

器-0-直流电流+0

测量标准

图5直流放电电流校准接线图

e）被校电池模拟器直流放电电流测量值的绝对误差八4和相对误差分别按公式（8）

和公式（9）计算。

(8)

式中:

A/d一一被校电池模拟直流放电电流测量值的绝对误差，A；

被校电池模拟器直流放电电流的测量值，A。

3Txi00%

(9)

7o

式中:

外一一被校电池模拟器直流放电电流测量值的相对误差。

7.2.5模拟内阻

7.2.5.1校准点选取

选取3〜5个校准点，应包含模拟内阻输出范围的下限值、上限值。

7.2.5.2校准步骤

a）按图6接线;

9

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0+

被

/如+

直

校

0流

电

电

池OHi

直流电压表子

模

叩

。Lo负

拟

。

载

器/-

。C直流电流4c-

‘测量标准。

图6模拟内阻校准接线图

b）按校准点设置被校电池模拟器的内阻值，设置其电流为额定值，电压为其额定功

率对应的最大电压值;

c）设置直流电子负载为恒流模式，恒定电流设置为被校电池模拟器电流额定值的

10%；

d）启动被校电池模拟器输出，置直流电子负载加载，待输出稳定后，记录被校电池

模拟器输出端的直流电压表的测得值q、直流电流测量标准的测得值乙；

e）调整恒定电流设置值为被校电池模拟器电流额定值，待输出稳定后，记录被校电

池模拟器输出端的直流电压表的测得值、直流电流测量标准的测得值12；

g）按公式（10）计算被校电池模拟器的模拟内阻小

(10)

儿-4

式中:

r一一被校电池模拟器的恒压输出负载效应，。；

q——被校电池模拟器的负载电流为额定值io4时标准直流电压表的测得值，v；

4——被校电池模拟器的负载电流为额定值时标准直流电压表的测得值，V；

I——被校电池模拟器的负载电流为额定值10%时直流电流测量标准的测得值，A；

2一—被校电池模拟牌的负载电流为额定值时直流电流测量标准的测得值，A。

7.2.6荷电状态（SOC）

7.2.6.1校准点选取

选取5〜10个校准点，建议包含SOC的10乐30%、50%>80%和100%点。

10

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7.2.6.2校准步骤

a)按图7接线;

C

被

/+0直

小

校

+0流

电

电

池

功率分析仪H5i子

模

负

拟%

教

器

/-。

图7荷电状态(SOC)校准接线图

b)任意选择被校电池模拟器的一种电池的SOC曲线模型，设置SOC为100乐该容量

设置值不大于每小时以额定电流放电对应的容量值；

c)设置直流电了负载为恒流模式，设定恒定电流值，使被校准电池模拟器工作在1C

放电模式下；

d)设置功率分析仪为直流容量测量模式；

e)启动被校电池模拟器输出，置直流电子负载加载，按校准点记录功率分析仪测得

的容量值C。；

d)按公式(11)计算各校准点的SOC实际值；

SOC0=-^-xlOO%(11)

CN

soc0——被校电池模拟器SOC实际值；

Co一—功率分析仪测得的容量值，Ah；

CN——被校电池模拟器SOC的100%对应的容量值，Aho

e)按公式(12)计算各校准点的SOC的示值误差。

ASOCX=SOCX-(1-SOC0)(12)

式中：

ASOCX——被校电池模拟器SOC的示值误差；

socx一一被校电池模拟器SOC的示值。

7.2.7响应时间

电池模拟器的响应时间示意图如图8所示。

11

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注：人一额定的流，A：a.力一响应时间试验的起始和终止由流的系数（。一般取值10%、25%、50%,h

一般取值75%、90%,100%）；4—电压允许限值，V；为一电流骤降时的响应时间，ms；7k电流骤升时

的响应时间，mso

图8响应时间示意图

a）按图9接线;

-卜0+

被

校

直

流

电

以+0

电

池

子

模

负

依-0

拟

载

器

0

7--

图9响应时间校准接线图

b）设置被校电池模拟冷的电压为额定值、电流为额定功率下的最大值；

c）设置直流电子负载为动态模式，按照被校电池模拟器说明书响应时间的技术指标

设置直流电子负载的动态参数，包括电流阶跃变化的最小电流值和最大电流值分人（见

图8）,电流阶跃变化的周期为被校电池模拟器响应时间的10倍，电流阶跃变化的占空比

为50%；

d）设置示波器的带宽为20MHz，电压通道输入阻抗1MQ,电流通道输入阻抗50Q,交

流耦合；

D启动被校电池模拟器输出，置直流电子负载加载，待输出稳定后，使示波器显示

12

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通道1和通道2的完整波形；

g）记录电流骤降和骤升时的响应时间乙和〃，取其最大值作为被校电池模拟器的响

应时间。

7.2.8充放电转换时间

电池模拟器的充放电转换时间示意图如图10所示。

图10充放电转换时间示意图

a）按图11接线；

。+

被

校

/&+

双

电+

向

池

电

模4

-源

拟

器

-Q

Z-一

图11充放电转换时间校准接线图

b）设置示波器的带宽为20MHz,电压通道输入阻抗1MQ,电流通道输入阻抗50Q,

交流耦合；

c）设置被校电池模拟器的电流为额定值，电压为90与额定功率下的最大值Umax；

d）设置双向电源的充电电流和放电电流为被校电池模拟器电流的额定值，设置双向

电源的充电终止电压为1.95{/max,设置双向电源的放电终止电压为0.95Umax；

e）启动被校电池模拟器和双向电源，使电池模拟器处于充电工作模式。当被校电池

模拟器的电压达到充电终止电压时，双向电源进入放电工作模式，记录充电至放电的转换

时间间隔11;

f）当被校电池模拟器的电压达到放电终止电压时，双向电源重新进入充电工作模式,

13

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记录放电至充电的转换时间间隔心；

e）被校电池模拟器的充放电转换时间7；按公式（13）计算。

(13)

式中:

被校电池模拟器的充放电转换时间，ms；

.——被校电池模拟器由充电到放电其端电压的恢复时间，ms；

加一一被校电池模拟牌由放电到充电其端电压的恢复时间，mso

7.2.9纹波电压

a)按图12接线;

被0

+直

校/a+

流

电0

oHi示波器或电

池

公电压差G

®真有效值子

模0分探头好

负

拟OLo电压表

/-载

器0-

图12纹波电压校准接线图

b)设置被校电池模拟器的电压为额定值，电流为额定功率下的最大值;

c)设置直流电子负载为恒流模式，恒定电流值为被校电池模拟器电流值;

d)使用示波器时，设置示波器的带宽为20MH区输入阻抗1MQ,交流耦合.调整电压

探头的倍率，使测量范围覆盖被校电池模拟器的电压;

e）启动被校电池模拟器输出，置直流电子负载加载，待输出稳定后，记录示波器或

真有效值电压表测得的有效值〃nns

g）按公式（14）计算被校电池模拟器纹波电压的有效值4ms。

(14)

式中:

“rms被校电池模拟器纹波电压的有效值，V；

电压差分探头分压倍率;

14

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〃ms一一示波器或正布■效值电压表测得的有效值，Vo

8校准结果表达

8.1校准证书

校准结果应在校准证书（报告）上反应，校准证书（报告）应至少包括以下信息：

a）标题，如“校准证书”:

b）实验室名称和地址；

c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；

d）证书或报告的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；

e）客户的名称和地址；

f）被校对象的描述和明确标识；

g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和有关时，应说明被校对象的接收日

期；

h）如果与校准结果的有效性或应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明；

D对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；

j）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；

k）校准环境的描述；

1）校准结果及其测量不确定度的说明；

m）对校准规范的偏离的说明；

n）校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识；

o）校准结果仅对被校对象有效的声明；

P）未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。

校准原始记录格式见附录B,校准证书（报告）内页格式见附录C。

8.2数据修约

被校电池模拟器的校准数据应该先计算后修约。数据修约应遵循四舍五入及偶数法

则，末位数修约到被校电池模拟器最大允许误差绝对值的1/10位。

9复校时间间隔

建议复校时间间隔为1年。送校单位也可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。

15

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附录A

测量不确定度评定示例

A.1引言

本附录给出模拟内阻、充放电转换时间两项典型参数的测量不确定度评定示例。

A.2模拟内阻的测量不确定度评定

A.2.1概述

测量条件：环境温度：（20±5）℃,相对湿度：20%〜80%；

测量标准：示波器；

辅助设备：直流电子负载；

被测对象：电池模拟器；

测量方法：采用间接测量法，将数字多用表1的直流电压测量端与被校电池模拟器偷

入端并联，将直流分流器串联至被校电池模拟器和直流电子负载的测量回路中，数字多用

表2的输入端与直流分流器的输出端相连，设置被校电池模拟器的内阻为1。，额定电流

为80A。直流电子负载设置为恒定电流模式。记录被校电池模拟器交流电阻示值R'。启动

被校电池模拟器输出，再置直流电子负载加载10A,待输出稳定后，记录数字多用表1的

测量值匕和数字多用表2的测量值匕。改变直流电子负载的恒定电流为被校电池模拟器额

定值80A,待输出稳定后，记录记录数字多用表1的测量值匕和数字多用表2的测量值%。

A.2.2测量模型

被校电池模拟器交流电阻示值误差A6为输出量。被校电池模拟器内阻设置值尺、直

流电子负载加载10A时数字多用表1的测量值乂、数字多用表2的测量值匕，直流电子负载

加载80A时数字多用表1的测量值匕、数字多用表2的测量值匕，直流分流器的电阻标称值

凡。考虑到被校电池模拟器内阻设置值分辨力对测量结果的影响，以及在标准条件下,

由温度、湿度、供电电源不稳定和电磁干扰等带来的影响可忽略，间接测量法的测量模型

可用（A.2.1）式表示。

△R=凡-匕xRo+工4+84（A.2.1）

XXUUX

式中:

16

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△凡一一被校电池模拟器内阻示值误差，。；

（——被校电池模拟器内阻设置值，Q；

匕一一直流电子负载加载10A时,数字多用表1直流电压标准值，V：

匕一一直流电子负载加载10A时,数字多用表2直流电压标准值，V

匕——直流电子负载加载80A时,数字多用表1直流电压标准值，V

匕——直流电子负载加载80A时,数字多用表1直流电压标准值，V

段——直流分流器电阻标称值，Q;

3R、——被校电池模拟器内阻设置值分辨力，Q；

因各输入量互不相关，则其测量不确定度传播律可用（A.2.2）式表示。

Y（ARx）=c2（RJx〃2（Rx）+c2（K）x/（K）+c2（X）x/（K）+c2（K）x/（KW+cM）x/（K）+c2（RD）x/（&J+（bRJx/（3RJ

(A.2.2)

式中，灵敏系数为:

c（/?J=ic（K）=c（匕）=c（K）=c（K）=-i。（4）=1。36）=1

A.2.3标准不确定度来源

被校电池模拟器模拟内阻的标准不确定度来源主要包括：

a）被校电池模拟器内阻测量重复性引入的标准不确定度〃A（《）；

b）被校电池模拟流内阻设置值分辨力引入的标准不确定度限3尺）；

c）数字多用表1直流电压的最大允许误差引入的标准不确定度”匕）；

d）数字多用表2直流电压的最大允许误差引入的标准不确定度〃（/。）；

e）直流分流器电阻标称值的最大允许误差引入的标准不确定度〃（凡）。

A.2.4标准不确定度评定

A.2.4.1被校电池模拟器内阻测量重复性引入的标准不确定度〃A（4）

连续重复测量10次，得到一系列重复性测量数据，见表A.2.1。按A类评定，用贝塞尔

公式计算其实验标准偏差作为被校电池模拟器内阻测量重复