交流放电法内阻测量技术及其在蓄电池在线监测系统中的应用 （二

时间:2012-08-02 11:28来源:未知 作者:陈志钊,张言权,曾伟忠 点击: 12 次

5、 交流放电法蓄电池的内阻测量技术 交流放电法蓄电池测量技术，是在交流注入法蓄电池内阻测量技术的基础上的更进一步发展，该方法综合了交流注入法和直流放电法的优点。其原理是CPU通过D/A控制智能负载，使蓄电池向智能负载放电，产生一个低频（频率小于100Hz），幅值约为

5、交流放电法蓄电池的内阻测量技术

交流放电法蓄电池测量技术，是在交流注入法蓄电池内阻测量技术的基础上的更进一步发展，该方法综合了交流注入法和直流放电法的优点。其原理是CPU通过D/A控制智能负载，使蓄电池向智能负载放电，产生一个低频（频率小于100Hz），幅值约为0.01C10～0.05C10的正弦波交流信号(有效信号，频率为f0，角速度ω0=2πf0)：I=I0Sin(ω0t)，其中C10为10小时放电率下蓄电池的容量。相应地，在电池上产生的电压响应为：U=U0Sin(ω0t+φ)， 阻抗为：Z(ω)= U0/I0×e^jφ。

交流放电法蓄电池内阻测量原理图、测量信号波形图见图2、图3。

（1） MOS管：MOS管的作用是由CPU通过D/A控制MOS管，使蓄电池向负载放电，产生特定频率的、幅值稳定的正弦波激励信号。

（2）多路开关：多路开关由CPU控制，进行信号的切换，以实现蓄电池组中每节蓄电池内阻的测量。

（3）耦合电容：耦合电容作用是隔离直流，而使交流信号顺利通过。为保证测量电路的精度，耦合电容要保证严格的匹配性。

（4）可编程带通滤波器：蓄电池在线工作时，充电装置纹波电流可能相当大，一些UPS电源的纹波电流有几安甚至几十安，远大于测量信号，如果不采用滤波，后级的放大器将会饱和。带通滤波器的设计可以使频率接近为测量信号频率的信号可以通过，而其他频率的信号不能通过。这样后级的放大器可以将微弱的测量信号进行有效放大。

（5）高速同步A/D转换器：该器件为高速同步A/D转换器，实现电流信号和电压信号的高速同步采样，确保电流信号和电压信号的严格的相位关系前提下，将模拟信号转换为数字信号。

（6）DSP：虽然经过前级的滤波去除了大部分干扰信号，但仍有相当的干扰信号和有效信号一起被采样进来，如不进行处理，将会严重影响测量精度。由于只有频率为f0的信号为有效信号，利用DSP的数字运算能力，对采样信号用FFT算法分别提取电流、电压采样信号中频率为f0的信号部分进行运算。

电流、电压采样信号送入DSP后，DSP对信号进行如下处理：

（a） 对电流和电压采样信号进行FFT变换，分别计算出电流信号及电压 信号的频谱分布；

（b） 分别提取频率为f0的电流信号和电压信号：

电流信号：I=I0Sin(ω0t+φ1)

电压信号：U=U0Sin(ω0t+φ2)

（c） 计算蓄电池的阻抗、内阻及相位差：

阻抗为：Z(ω)= U0/I0×e^jφ。

相位差为：φ=φ2-φ1

蓄电池内阻R=|Z(ω)|×Cosφ

（d） 将结果送入CPU，并进一步显示、存贮，以有进行其他分析。

（7） CPU：采用Philip公司ARM芯片LPC2478，对各个单元进行控制管理，以及和其他设备进行通讯。

交流放电法蓄电池内阻测量的特点：

（1） 安全可靠。蓄电池工作主回路不接入任何器件，测量回路设计有10KΩ限流电阻和保险管，测量回路为高阻设计，蓄电池工作回路和测量回路安全独立，互不影响，可以在蓄电池在线工作时更换蓄电池监测设备。

（2） 放电电流小，对蓄电池无损害。放电电流为0.01C10～0.05C10，不对蓄电池产生冲击，不会造成栅板变形及活性物质脱落，对蓄电池寿命无影响。

（3） 抗干扰性强，适应于对工作中的蓄电池进行实时在线监测。采用可编程带通滤波器进行滤波，并数字信号处理技术对信号进行处理，有效地消除了直流充电装置纹波对测量的影响，具有很好的抗干扰性能，适应于对工作中的蓄电池进行实时在线监测。

（4） 测试精度高，状态评估和奉命预测准确。带通滤波器+多级高精度运算放大器+数字信号处理，使蓄电池内阻测试精度远高于传统的直流放电法和交流注入法蓄电池内阻测量技术。准确的蓄电池（老化）状态在线评估及寿命预测要求对蓄电池内阻微欧级这样微小的变化做出的反映，蓄电池内阻在线测试精度要在2%以内，重复精度在1%以内，目前传统的直流放电法和交流注入法是无法达到的。

（5） 测试结果是蓄电池的真实内阻，和测量时间、信号频率、测试电流大小无关，具有客观性，也便于数据的横向比较。

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