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        淺析精確測量蓄電池內(nèi)阻原理與方法

        作者: 時(shí)間:2012-08-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

        1.引言

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/176377.htm

        作為電源系統(tǒng)停電時(shí)的備用電源,已廣泛的應(yīng)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,所以必須對的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行全面的在線監(jiān)測。狀態(tài)的重要標(biāo)志之一就是它的內(nèi)阻。無論是蓄電池即將失效、容量不足或是充放電不當(dāng),都能從它的內(nèi)阻變化中體現(xiàn)出來。因此可以通過蓄電池內(nèi)阻,對其工作狀態(tài)進(jìn)行評估。目前蓄電池內(nèi)阻的常見有:

        (1)密度法

        密度法主要通過蓄電池電解液的密度來估算蓄電池的內(nèi)阻,常用于開口式鉛酸電池的內(nèi)阻測量,不適合密封鉛酸蓄電池的內(nèi)阻測量。該的適用范圍窄。

        (2)開路電壓法

        開路電壓法是通過測量蓄電池的端電壓來估計(jì)蓄電池內(nèi)阻,精度很差,甚至得出錯(cuò)誤結(jié)論。因?yàn)榧词挂粋€(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(xiàn)得很正常。

        (3)直流放電法

        直流放電法就是通過對電池進(jìn)行瞬間大電流放電,測量電池上的瞬間電壓降,通過歐姆定律計(jì)算出電池內(nèi)阻。雖然這種在實(shí)踐中也得到了廣泛的應(yīng)用,但是它也存在一些缺點(diǎn)。如用該方法對蓄電池內(nèi)阻進(jìn)行檢測必須是在靜態(tài)或是脫機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行,無法實(shí)現(xiàn)在線測量。而且大電流放電會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(yīng)信號Vo,以及兩者的相位差

        相位差

        由阻抗公式

        阻抗公式

        來確定蓄電池的內(nèi)阻R。該方法不需對蓄電池進(jìn)行放電,可以實(shí)現(xiàn)安全在線檢測電池內(nèi)阻,故不會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(yīng)信號Vo,以及電壓和電流之間的相位差

        由此可見這種方法不但干擾因素多,而且增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性,同時(shí)也影響了測量精度。

        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(yīng)信號通過交流差分電路與產(chǎn)生恒定交流源的正弦信號經(jīng)過模擬乘法器相乘,再將模擬乘法器的輸出電壓信號通過濾波電路,使交流信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘枺绷餍盘柦?jīng)直流放大器放大后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,將轉(zhuǎn)換后的值送入單片機(jī)進(jìn)行簡單處理。

        2.蓄電池內(nèi)阻檢測

        由于電池內(nèi)阻為毫歐級,因此采用常規(guī)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

        頻率

        的恒定交流激勵(lì)電流信號,另兩個(gè)端子用于測量。測量工作圖如圖1所示,響應(yīng)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。

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        設(shè)正弦信號為:

        正弦信號

        (1)

        蓄電池兩端的響應(yīng)電壓信號為:

        蓄電池兩端的響應(yīng)電壓信號

        (2)

        為注入蓄電池的交流電流和其兩端響應(yīng)電壓信號的相位差

        為注入蓄電池的交流電流和其兩端響應(yīng)電壓信號的相位差。

        通過模擬乘法器后有:

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        (3)

        K為模擬乘法器的放大系數(shù)。

        進(jìn)行低通濾波后濾掉交流成分得:

        相位差

        (4)

        由交流法測內(nèi)阻得:

        內(nèi)阻

        (5)

        式中I為交流恒流源信號的最大值。比較(4)、(5)可得:

        內(nèi)阻

        上式中K、A、I都是已知量,而u為經(jīng)過A/D采樣送到單片機(jī)進(jìn)行處理的采樣值,所以在單片機(jī)中進(jìn)行一個(gè)簡單的除法運(yùn)算便能得到蓄電池內(nèi)阻了。

        3.交流恒流源的設(shè)計(jì)

        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(fù)載提供恒定電流的電源裝置。它是一個(gè)電源內(nèi)阻非常大的電源。為了保證內(nèi)阻有較高的測量精度及較好的重現(xiàn)性,要求恒流電流源有足夠的穩(wěn)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。

        接地電阻相關(guān)文章:接地電阻測試方法



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