|
1．引言 蓄電池作為電源系統停電時(shí)的備用電源，已廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)、交通、通信等行業(yè)。如果電池失效或容量不足，就有可能造成重大事故，所以必須對蓄電池的運行參數進(jìn)行全面的在線(xiàn)監測。蓄電池狀態(tài)的重要標志之一就是它的內阻。無(wú)論是蓄電池即將失效、容量不足或是充放電不當，都能從它的內阻變化中體現出來(lái)。因此可以通過(guò)測量蓄電池內阻，對其工作狀態(tài)進(jìn)行評估。目前測量蓄電池內阻的常見(jiàn)方法有： （1）密度法 密度法主要通過(guò)測量蓄電池電解液的密度來(lái)估算蓄電池的內阻，常用于開(kāi)口式鉛酸電池的內阻測量，不適合密封鉛酸蓄電池的內阻測量。該方法的適用范圍窄。 （2）開(kāi)路電壓法 開(kāi)路電壓法是通過(guò)測量蓄電池的端電壓來(lái)估計蓄電池內阻，精度很差，甚至得出錯誤結論。因為即使一個(gè)容量已經(jīng)變得很小的蓄電池，再浮充狀態(tài)下其端電壓仍可能表現得很正常。 （3）直流放電法 直流放電法就是通過(guò)對電池進(jìn)行瞬間大電流放電，測量電池上的瞬間電壓降，通過(guò)歐姆定律計算出電池內阻。雖然這種方法在實(shí)踐中也得到了廣泛的應用，但是它也存在一些缺點(diǎn)。如用該方法對蓄電池內阻進(jìn)行檢測必須是在靜態(tài)或是脫機狀態(tài)下進(jìn)行，無(wú)法實(shí)現在線(xiàn)測量。而且大電流放電會(huì )對蓄電池造成較大的損害，從而影響蓄電池的容量及壽命。 （4）交流注入法 交流法通過(guò)對蓄電池注入一個(gè)恒定的交流電流信號IS，測量出蓄電池兩端的電壓響應信號Vo，以及兩者的相位差 來(lái)確定蓄電池的內阻R。該方法不需對蓄電池進(jìn)行放電，可以實(shí)現安全在線(xiàn)檢測電池內阻，故不會(huì )對蓄電池的性能造成影響。但該方法需要測量交流電流信號Is,電壓響應信號Vo，以及電壓和電流之間的相位差 為了解決上述各方法的缺陷，本文采用了四端子測量方式，將蓄電池兩端上的電壓響應信號通過(guò)交流差分電路與產(chǎn)生恒定交流源的正弦信號經(jīng)過(guò)模擬乘法器相乘，再將模擬乘法器的輸出電壓信號通過(guò)濾波電路，使交流信號轉變?yōu)橹绷餍盘�，直流信號�?jīng)直流放大器放大后進(jìn)行模數轉換，將轉換后的值送入單片機進(jìn)行簡(jiǎn)單處理。 2．蓄電池內阻檢測原理 由于電池內阻為毫歐級，因此采用常規的兩端子測量方法測量誤差較大，在此采用四端子測量方式。測量時(shí)兩個(gè)端子施加一頻率為 的恒定交流激勵電流信號，另兩個(gè)端子用于測量。測量工作原理圖如圖1所示，響應信號是指蓄電池注入交流恒流源后，在其兩端測出的交流電壓信號。而正弦信號是經(jīng)D/A產(chǎn)生的作為壓控恒流源的輸入信號。 設正弦信號為： 蓄電池兩端的響應電壓信號為： 通過(guò)模擬乘法器后有： K為模擬乘法器的放大系數。 進(jìn)行低通濾波后濾掉交流成分得： 由交流法測內阻原理得： 式中I為交流恒流源信號的最大值。比較（4）、（5）可得： 上式中K、A、I都是已知量，而u為經(jīng)過(guò)A/D采樣送到單片機進(jìn)行處理的采樣值，所以在單片機中進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的除法運算便能得到蓄電池內阻了。 3．交流恒流源的設計 成功檢測蓄電池狀態(tài)的前提是可以提供需要的交流恒流源。恒流源是能夠向負載提供恒定電流的電源裝置。它是一個(gè)電源內阻非常大的電源。為了保證內阻有較高的測量精度及較好的重現性，要求恒流電流源有足夠的穩定度，并且波形失真度要小。這里所需交流信號幅度為40mV，頻率為1KHZ。 但是傳統的低頻交流信號發(fā)生器設計中存在很多的不足：應用通用電路,元器件多,尤其是電容的體積大,且波形的穩定性差、失真大,調節也極不方便；應用專(zhuān)用電路,如ICL8038、MAX038等,其失真和穩定性方面有明顯提高,但低頻應用時(shí)不合適,調節不方便,成本也較高。 3．1 設計原理 本文采用了數字式信號發(fā)生器產(chǎn)生標準正弦波和電流負反饋法產(chǎn)生精確交流恒流源法, 交流恒流源實(shí)現原理如圖2所示。 電路組成框圖如圖2所示：這是一個(gè)閉環(huán)控制系統，電流負反饋電路。標準正弦波產(chǎn)生一個(gè)頻率穩定、對稱(chēng)、失真度低的1KHz正弦波信號。驅動(dòng)電路把正弦波放大，去推動(dòng)功放電路，得到正弦交流電流輸出。恒流控制電路從功放輸出中得到的信號，通過(guò)與給定的信號相比較，來(lái)調節驅動(dòng)電路的信號，從而使輸出電流保持穩定。 3．2 標準正弦波的產(chǎn)生原理 標準正弦波信號的產(chǎn)生采用數字式信號發(fā)生器。首先將正弦表數據存儲在如圖3所示的正弦信號存儲器中,晶振產(chǎn)生振蕩頻率f，經(jīng)過(guò)整型電路變?yōu)橥暾讲l率，再經(jīng)過(guò)R分頻電路得到頻率為f/R,再經(jīng)過(guò)鑒相器FD和環(huán)路濾波器LF電路鎖相分頻后，讀取存儲在正弦信號存儲器中的正弦值,經(jīng)過(guò)D/A轉換電路和經(jīng)低通有源濾器濾波電路，生成圖2 所需的標準正弦波。 圖3 標準正弦波信號源原理框圖 4．總結 與現有技術(shù)相比，該處理方法的適用范圍廣，測量精度高，對蓄電池的損害小，可以對蓄電池進(jìn)行安全的在線(xiàn)監測管理。同時(shí)不需要進(jìn)行交流采樣和求解cos ，就能求出蓄電池的內阻值。這簡(jiǎn)化了交流注入法中需要對蓄電池兩端交流電壓和相位差 進(jìn)行測量的軟硬件的復雜程度。該方法可以滿(mǎn)足蓄電池檢測的要求，取得了較好的實(shí)用效果，完成了對鉛酸蓄電池的性能檢測和故障診斷。為蓄電池的在線(xiàn)檢測提供了一種實(shí)用的方法。 |
