某型火炮蓄電池檢測裝置設計與實現

　　摘要：本文根據部隊對裝備進行維護和保養的具體需求，研制了能夠實時檢測蓄電池性能的儀器設備。該檢測裝置采用四端子交流注入法，基于鎖相放大技術，實現了蓄電池電壓、電阻的高精度測量;故障的實時報警;電池容量的自動估算等功能。檢測裝置能夠通過RS232接口與計算機實現實時通信，并通過分析管理軟件對測量數據進行統計分析和圖形化顯示，從而評判蓄電池的性能等級。

　　引言

　　某型火炮的蓄電池擔負著發動機啟動電機、電氣儀表、照明等電氣設備供電的重要工作，而目前已裝備該火炮的部隊尚未配備能夠實時檢測蓄電池性能的儀器設備。蓄電池檢測裝置用于對蓄電池進行在線測量內阻，進而評估蓄電池性能的優劣，為裝備維護保養提供有效的數據支撐。其主要功能為：

　　(1)可測量單體蓄電池和串聯電池組的電壓、內阻、連接條電阻;

　　(2)故障報警功能。當所檢測的內阻和電壓超出設置的上限或低于下限時，儀器進行聲音和文字報警，及時發現并顯示電池運行故障;

　　(3)自動估算電池容量功能。

　　系統組成與原理

　　系統組成

　　該火炮蓄電池檢測裝置的系統組成如圖1所示，主要由交流差分放大電路、耦合驅動電路、低頻交流信號發生器、鎖相放大及濾波電路、A/D轉換器和單片機等子系統組成。　　

 

　　工作原理

　　內阻測量是一個比較復雜的過程，目前主要有兩種方法，即直流放電法和交流注入法。交流注入法相對直流放電法有很多優點，如體積小、成本低、對電池無損害、可在線測量、可進行頻繁的測量等。由于交流注入法所具有的上述優點，得到了越來越廣泛的應用，因此我們采用交流注入法作為研制蓄電池檢測裝置的理論基礎。

　　交流注入法測量蓄電池內阻的原理框圖如圖1所示。圖中低頻交流信號發生器為一個頻率為1kHz的交流恒流電池源，用于給電池注入交流電流信號I;電阻R_r為取樣電阻，用于產生同步電壓響應信號V。測量內阻時首先通過測量電壓V計算出內阻抗Z，如公式(1)所示;然后測量電壓和電流之間的相位差θ;最后通過公式(2)計算出內阻抗中純阻性部分，即蓄電池內阻R。
           

　　該方法不需對蓄電池進行放電，可以實現安全在線檢測電池內阻，故不會對蓄電池的性能造成影響。但在實際使用中，由于饋入信號的幅值有限，電池的內阻在微歐或毫歐級，因此產生的電壓變化幅值也在微伏級，信號容易受到干擾，尤其是在線測量時，受到的影響更大。