基于平衡調(diào)制解調(diào)芯片AD630實現(xiàn)裝甲車輛蓄電池實時檢測儀的設(shè)計

1、引言

裝甲車輛的蓄電池?fù)?dān)負(fù)著發(fā)動機啟動電機 、 電氣儀表、照明等電氣設(shè)備供電的重要工作，而目前已裝備的裝甲 部隊尚未配備能夠?qū)崟r檢測蓄電池性能的儀器設(shè)備。蓄電池 實時檢測儀用于在線測量蓄電池內(nèi)阻，進而評估蓄電池性能 的優(yōu)劣，為裝備維護保養(yǎng)提供有效的數(shù)據(jù)支撐。其主要功能為：

一是測量單體蓄電池和串聯(lián)電池組的電壓、內(nèi)阻、連接條電阻。

二是故障報警功能。當(dāng)所檢測的內(nèi)阻和電壓超出設(shè)置 的上限或低于下限時，儀器進行聲音和文字報警，及時發(fā)現(xiàn) 并顯示電池運行故障。

三是自動估算電池容量功能。

2、系統(tǒng)組成與原理

2.1 系統(tǒng)組成

該裝甲車輛蓄電池實時檢測儀的系統(tǒng)組成如圖1所示， 主要由交流差分放大電路、耦合驅(qū)動電路、低頻交流信號發(fā) 生器、鎖相放大及濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器和單片機等子系統(tǒng) 組成。

2.2 工作原理

內(nèi)阻測量是一個比較復(fù)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(yōu)點，如體積小、成本低、對電池?zé)o損害、可在 線測量、可進行頻繁的測量等。由于交流注入法具有上述優(yōu)點，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，因此我們采用交流注入法作為研制蓄電池實時檢測儀的理論基礎(chǔ)。

圖1 裝甲車輛蓄電池實時檢測儀組成原理框圖

圖2 AD630電路原理圖

交流注入法測量蓄電池內(nèi)阻的原理框圖如圖1所示。圖 中低頻交流信號發(fā)生器為一個頻率為1kHz的交流恒流電流 源，用于給電池注入交流電流信號I；電阻Rr為取樣電阻， 用于產(chǎn)生同步電壓響應(yīng)信號V。測量內(nèi)阻時首先通過測量電 壓V計算出內(nèi)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(nèi)阻抗中純 阻性部分，即蓄電池內(nèi)阻R。

表1.png該方法不需對蓄電池進行放電，可以實現(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。但在實際使 用中，由于饋入信號的幅值有限，電池的內(nèi)阻在微歐或毫歐 級，因此產(chǎn)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。

為了解決上述問題，實時檢測儀采用鎖相放大及濾波 電路，將蓄電池兩端的電壓響應(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進行相關(guān)運算、濾波、放大，形 成直流信號。直流信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入單片機處理并計 算出蓄電池內(nèi)阻。鎖相放大及濾波電路是內(nèi)阻測量的核心部 分，用于分離電池內(nèi)阻上固有的容性成分，能夠?qū)ξ⑷醯膬?nèi) 阻測量信號進行鎖相放大及濾波處理，有效地抑制了強電干 擾和環(huán)境噪聲，大大提高了測量精度。

圖3 裝甲車輛蓄電池實時檢測儀

3、軟硬件設(shè)計

3.1 鎖相放大技術(shù)

研制裝甲車輛蓄電池實時檢測儀的關(guān)鍵性技術(shù)為鎖相放大技術(shù)。該技術(shù)利用測量信號與干擾噪聲在時間特性上的不同，通過相關(guān)計算抑制 噪聲和干擾，從而抽取并放大微弱信號。該技術(shù)的實現(xiàn)通過 鎖相放大電路完成，電路將待檢測的信號中與參考信號同步 的信號放大并檢測出來。鎖相放大電路可以使實時檢測儀抑制噪聲的性能提高若干個數(shù)量級，具有極強的抗噪聲干擾能力。

在本實時檢測儀設(shè)計中，采用了ADI公司生產(chǎn)的平衡調(diào)制解調(diào)芯片AD630。其實現(xiàn)的電路原理如圖2所示。

參考信號為交流電流信號源輸出電阻Rr 上的電壓信號， 此信號與電池上的注入信號同頻同相。但由于電池的內(nèi)阻抗 存在容性分量，所以從電池取樣上來的信號與注入信號有 相位差，設(shè)為θ 。并設(shè)電池的內(nèi)阻抗為R z ，純內(nèi)阻為R ，則有：

3.2 測量數(shù)據(jù)分析管理軟件

測量數(shù)據(jù)分析管理軟件是與實時檢測儀配套開發(fā)的。 通過RS232接口，實時檢測儀可將檢測數(shù)據(jù)實時上傳到計算 機中。分析軟件可對上傳數(shù)據(jù)進行各種操作，包括數(shù)據(jù)的分 類存儲、查詢和刪除；生成文件報表；備份數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)理 論上無限量的數(shù)據(jù)存儲；通過各種圖表、曲線對數(shù)據(jù)進行分 析和顯示，并自動生成電池檢測報告等。

依據(jù)大量的實驗和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我們得出了裝甲車輛蓄 電池內(nèi)阻性能的評判標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)如表1所示。

4、結(jié)論

裝甲車輛蓄電池實時檢測儀具有測量精度高、對蓄電 池的損害小等優(yōu)點，可以對蓄電池進行安全的在線監(jiān)測管 理，同時可對正在行駛或戰(zhàn)斗中的武器裝備蓄電池實施在線檢測。對提高新裝備武器系統(tǒng)的維修檢測具有十分重要的意 義，為提高和檢驗裝備戰(zhàn)斗和訓(xùn)練提供了強有力的裝備技術(shù) 保障。

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