交流放電法蓄電池的內(nèi)阻測(cè)量技術(shù) - 高可靠電力保障領(lǐng)域的最后一道防線

　　交流放電法蓄電池測(cè)量技術(shù)，是在交流注入法蓄電池內(nèi)阻測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上的更進(jìn)一步發(fā)展，該方法綜合了交流注入法和直流放電法的優(yōu)點(diǎn)。其原理是CPU通過(guò)D/A控制智能負(fù)載，使蓄電池向智能負(fù)載放電，產(chǎn)生一個(gè)低頻(頻率小于100Hz)，幅值約為0.01C10～0.05C10的正弦波交流信號(hào)(有效信號(hào)，頻率為f0，角速度ω0=2πf0)：I=I0Sin(ω0t)，其中C10為10小時(shí)放電率下蓄電池的容量。相應(yīng)地，在電池上產(chǎn)生的電壓響應(yīng)為：U=U0Sin(ω0t+φ)， 阻抗為：Z(ω)= U0/I0×ejφ。

　　交流放電法蓄電池內(nèi)阻測(cè)量原理圖、測(cè)量信號(hào)波形圖見(jiàn)圖2、圖3。

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　　(1) MOS管：MOS管的作用是由CPU通過(guò)D/A控制MOS管，使蓄電池向負(fù)載放電，產(chǎn)生特定頻率的、幅值穩(wěn)定的正弦波激勵(lì)信號(hào)。

　　(2)多路開(kāi)關(guān)：多路開(kāi)關(guān)由CPU控制，進(jìn)行信號(hào)的切換，以實(shí)現(xiàn)蓄電池組中每節(jié)蓄電池內(nèi)阻的測(cè)量。

　　(3)耦合電容：耦合電容作用是隔離直流，而使交流信號(hào)順利通過(guò)。為保證測(cè)量電路的精度，耦合電容要保證嚴(yán)格的匹配性。

　　(4)可編程帶通濾波器：蓄電池在線工作時(shí)，充電裝置紋波電流可能相當(dāng)大，一些UPS電源的紋波電流有幾安甚至幾十安，遠(yuǎn)大于測(cè)量信號(hào)，如果不采用濾波，后級(jí)的放大器將會(huì)飽和。帶通濾波器的設(shè)計(jì)可以使頻率接近為測(cè)量信號(hào)頻率的信號(hào)可以通過(guò)，而其他頻率的信號(hào)不能通過(guò)。這樣后級(jí)的放大器可以將微弱的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行有效放大。

　　(5)高速同步A/D轉(zhuǎn)換器：該器件為高速同步A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)和電壓信號(hào)的高速同步采樣，確保電流信號(hào)和電壓信號(hào)的嚴(yán)格的相位關(guān)系前提下，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

　　(6)DSP：雖然經(jīng)過(guò)前級(jí)的濾波去除了大部分干擾信號(hào)，但仍有相當(dāng)?shù)母蓴_信號(hào)和有效信號(hào)一起被采樣進(jìn)來(lái)，如不進(jìn)行處理，將會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量精度。由于只有頻率為f0的信號(hào)為有效信號(hào)，利用DSP的數(shù)字運(yùn)算能力，對(duì)采樣信號(hào)用FFT算法分別提取電流、電壓采樣信號(hào)中頻率為f0的信號(hào)部分進(jìn)行運(yùn)算。

　　電流、電壓采樣信號(hào)送入DSP后，DSP對(duì)信號(hào)進(jìn)行如下處理：

　　(a) 對(duì)電流和電壓采樣信號(hào)進(jìn)行FFT變換，分別計(jì)算出電流信號(hào)及電壓 信號(hào)的頻譜分布;

　　(b) 分別提取頻率為f0的電流信號(hào)和電壓信號(hào)：

　　電流信號(hào)：I=I0Sin(ω0t+φ1)

　　電壓信號(hào)：U=U0Sin(ω0t+φ2)

　　(c) 計(jì)算蓄電池的阻抗、內(nèi)阻及相位差：

　　阻抗為：Z(ω)= U0/I0×ejφ。

　　相位差為：φ=φ2-φ1

　　蓄電池內(nèi)阻R=|Z(ω)|×Cosφ

　　(d) 將結(jié)果送入CPU，并進(jìn)一步顯示、存貯，以有進(jìn)行其他分析。

　　(7) CPU：采用Philip公司ARM芯片LPC2478，對(duì)各個(gè)單元進(jìn)行控制管理，以及和其他設(shè)備進(jìn)行通訊。

　　交流放電法蓄電池內(nèi)阻測(cè)量的特點(diǎn)：

　　(1) 安全可靠。蓄電池工作主回路不接入任何器件，測(cè)量回路設(shè)計(jì)有10KΩ限流電阻和保險(xiǎn)管，測(cè)量回路為高阻設(shè)計(jì)，蓄電池工作回路和測(cè)量回路安全獨(dú)立，互不影響，可以在蓄電池在線工作時(shí)更換蓄電池監(jiān)測(cè)設(shè)備。

　　(2) 放電電流小，對(duì)蓄電池?zé)o損害。放電電流為0.01C10～0.05C10，不對(duì)蓄電池產(chǎn)生沖擊，不會(huì)造成柵板變形及活性物質(zhì)脫落，對(duì)蓄電池壽命無(wú)影響。

　　(3) 抗干擾性強(qiáng)，適應(yīng)于對(duì)工作中的蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。采用可編程帶通濾波器進(jìn)行濾波，并數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，有效地消除了直流充電裝置紋波對(duì)測(cè)量的影響，具有很好的抗干擾性能，適應(yīng)于對(duì)工作中的蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

　　(4) 測(cè)試精度高，狀態(tài)評(píng)估和奉命預(yù)測(cè)準(zhǔn)確。帶通濾波器+多級(jí)高精度運(yùn)算放大器+數(shù)字信號(hào)處理，使蓄電池內(nèi)阻測(cè)試精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的直流放電法和交流注入法蓄電池內(nèi)阻測(cè)量技術(shù)。準(zhǔn)確的蓄電池(老化)狀態(tài)在線評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)要求對(duì)蓄電池內(nèi)阻微歐級(jí)這樣微小的變化做出的反映，蓄電池內(nèi)阻在線測(cè)試精度要在2%以內(nèi)，重復(fù)精度在1%以內(nèi)，目前傳統(tǒng)的直流放電法和交流注入法是無(wú)法達(dá)到的。

　　(5) 測(cè)試結(jié)果是蓄電池的真實(shí)內(nèi)阻，和測(cè)量時(shí)間、信號(hào)頻率、測(cè)試電流大小無(wú)關(guān)，具有客觀性，也便于數(shù)據(jù)的橫向比較。