基于內阻法的UPS系統中的蓄電池電量估測設計

圖15為電池初始容量為25%下的電池電壓、放電電流與電量估測曲線變化圖，總放電時間為442秒，直到放電結束后的電量估測值為1.92%。

圖15 電池電壓、電流與電量估測(電池初始容量25%)

第二階段采用在各種不同的放電電流下，其電池殘余電量估測變化。在實驗開始前為確保電池已充滿電量，先對電池用0.1C放電至10.5V，再使用前述的多階段充電器對電池充電，直到電池電壓達到設定的條件為止，代表已充滿電量，之后將電池靜置30分鐘，等待電池內的電解液濃度擴散均勻，再開始以DC Load來進行放電負載。放電過程中記錄下電池的電壓、放電電流以及電量估測值的變化。在實驗中將以五種不同負載對電池進行放電，分別為輕載、重載、輕載切換重載、重載切換輕載、與混合負載，使用內阻量測法來估測電池的殘余電量，直到電池電壓下降至10.5V，判斷放電結束。

圖16為電池于輕載放電測試下的電池端電壓曲線、放電電流與電量估測曲線變化曲線圖，負載以3A的固定電流對電池進行放電，總放電時間為6,790秒，放電結束后的電量估測值為1.25%。圖17為電池于重載放電測試下的電池端電壓曲線、放電電流與電量估測曲線變化曲線圖，負載以9A的固定電流對電池進行放電，總放電時間為1,512秒，放電結束后的電量估測值為-2.38%，其中估測值為負的意思為其預估時間比實際放電時間長。

圖18為電池于輕載切換重載放電測試下的電池端電壓曲線、放電電流與電量估測曲線變化曲線圖，負載先以3A的固定電流對電池進行放電之后再用9A對電池進行放電，總放電時間為2,728秒，放電結束后的電量估測值為-2.1%。圖19為電池于重載切換輕載放電測試下的電池端電壓曲線、放電電流與電量估測曲線變化曲線圖，負載先以9A的固定電流對電池進行放電之后再用3A對電池進行放電，總放電時間為4,554秒，放電結束后的電量估測值為-2.3%。

圖20為電池于混合負載放電測試下的電池端電壓曲線、放電電流與電量估測曲線變化曲線圖，負載先以10A的固定電流對電池進行放電，之后再用4A對電池進行放電，最后用9A對電池進行放電，總放電時間為2,410秒，放電結束后的電量估測值為-2.6%。

圖19 電池電壓、電流與電量估測(混合負載)

實驗4 LabVIEW圖形化介面與功能

圖21為LabVIEW監控系統的前置面板，具有即時數位值顯示、過保護警示燈與資料擷取儲存與殘量偵測功能等功能。

圖21 圖形化介面監控系統的前置面板

圖22為參數實際量測圖，由圖中觀察得知其電池的端電壓變化與端電流的變化狀況，并提供給使用者得知現在電池處于充電或放電的狀態顯示燈，與具有顯示電池端電壓是否異常的燈號。在畫面下方顯示即時的電壓與電流平均數據與平均功率。

圖22 圖形化介面監控系統-實際量測圖

若是當電池端電壓發生異常如端電壓小于10.5V會產生一警示信號給使用者表示目前的問題如圖23，表示現在發生的問題狀態，同時產生一組數位I/O訊號給控制器，控制器接收到這組訊號后，便會命令轉換器的所有開關截止，以保護鉛酸電池。殘余電量顯示方面，當電池電壓有所變化時，畫面右方的殘余容量顯示器則會相對應顯示現在殘余電量，告知使用者現在電池的剩余容量。

圖23 圖形化介面監控系統-警告說明

在資料儲存方面，資料可以儲存為Excel、Txt或Word等類型的檔案，程式開始時在內部將會產生一文件檔將資料儲存，而本文儲存檔案的類型為Excel檔，儲存格式如圖24所示。最后使用者欲停止程式時，只需按下左上方的STOP鍵，便可停止LabVIEW監控系統的操作。

圖24 圖形化介面的資料儲存畫面

結語

本文研制一以DSP為核心的具有改善傳統充電器性能的快速充電電路，并具有電量估測性能的充電器系統。在充電器方面具有以下特點：1.充電初期以較大的電流對電池充電，以縮短電池的充電時間；2.充電后期改以多階段定電流對電池充電，使充電中的電池不致于發生過充的情形而損壞。

內阻估測法特點為：1.本系統只需有電壓與電流的變化即能測得電池內阻，進而得知電池的容量變化，不需先得知電池是否已充滿的問題；2.文中說明了在放電電流大小不同的狀況下其變化斜率的特性，與放電初期瞬間或是放電結束瞬間來偵測電池內阻值會有一較佳的表現，為此方法的優點；3.內阻估測法要求的精準度問題略微偏高，要在無干擾環境之下才能有較佳的表現，且在產品實現上需有極高的技術要求，若把其他種類的殘量偵測法結合內阻偵測法相信可得一較為準確的殘量偵測系統。

在圖形化介面方面有下列特點：1.可隨時監控電池端的電壓與電流，同時可計算其內阻值的變化，與即時顯示電池殘余容量，并記錄成Excel檔案可供使用者隨時觀看得知電池電量的變化狀況；2.系統中具有警示的功能，當電池發生異常時，系統將會偵測錯誤以顯示錯誤情況；并送信號給數位信號處理器令其停止充電或放電，同時告知用戶端發生異常的狀況。