精确测量蓄电池内阻方法的研究-电子工程世界

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

1．引言

　　蓄电池作为电源系统停电时的备用电源，已广泛的应用于工业生产、交通、通信等行业。如果电池失效或容量不足，就有可能造成重大事故，所以必须对蓄电池的运行参数进行全面的在线监测。蓄电池状态的重要标志之一就是它的内阻。无论是蓄电池即将失效、容量不足或是充放电不当，都能从它的内阻变化中体现出来。因此可以通过测量蓄电池内阻，对其工作状态进行评估。目前测量蓄电池内阻的常见方法有：
　　（1）密度法
　　密度法主要通过测量蓄电池电解液的密度来估算蓄电池的内阻，常用于开口式铅酸电池的内阻测量，不适合密封铅酸蓄电池的内阻测量。该方法的适用范围窄。
　　（2）开路电压法
　　开路电压法是通过测量蓄电池的端电压来估计蓄电池内阻，精度很差，甚至得出错误结论。因为即使一个容量已经变得很小的蓄电池，再浮充状态下其端电压仍可能表现得很正常。
　　（3）直流放电法
　　直流放电法就是通过对电池进行瞬间大电流放电，测量电池上的瞬间电压降，通过欧姆定律计算出电池内阻。虽然这种方法在实践中也得到了广泛的应用，但是它也存在一些缺点。如用该方法对蓄电池内阻进行检测必须是在静态或是脱机状态下进行，无法实现在线测量。而且大电流放电会对蓄电池造成较大的损害，从而影响蓄电池的容量及寿命。
　　（4）交流注入法
　　交流法通过对蓄电池注入一个恒定的交流电流信号IS，测量出蓄电池两端的电压响应信号Vo，以及两者的相位差

，由阻抗公式

来确定蓄电池的内阻R。该方法不需对蓄电池进行放电，可以实现安全在线检测电池内阻，故不会对蓄电池的性能造成影响。但该方法需要测量交流电流信号Is,电压响应信号Vo，以及电压和电流之间的相位差

。由此可见这种方法不但干扰因素多，而且增加了系统的复杂性，同时也影响了测量精度。

　　为了解决上述各方法的缺陷，本文采用了四端子测量方式，将蓄电池两端上的电压响应信号通过交流差分电路与产生恒定交流源的正弦信号经过模拟乘法器相乘，再将模拟乘法器的输出电压信号通过滤波电路，使交流信号转变为直流信号，直流信号经直流放大器放大后进行模数转换，将转换后的值送入单片机进行简单处理。

2．蓄电池内阻检测原理

　　由于电池内阻为毫欧级，因此采用常规的两端子测量方法测量误差较大，在此采用四端子测量方式。测量时两个端子施加一频率为

的恒定交流激励电流信号，另两个端子用于测量。测量工作原理图如图1所示，响应信号是指蓄电池注入交流恒流源后，在其两端测出的交流电压信号。而正弦信号是经D/A产生的作为压控恒流源的输入信号。

　　设正弦信号为：

　　（1）
　　蓄电池两端的响应电压信号为：

　　（2）
　　

为注入蓄电池的交流电流和其两端响应电压信号的相位差。
　　通过模拟乘法器后有：

　　K为模拟乘法器的放大系数。
　　进行低通滤波后滤掉交流成分得：

　　（3）
　　由交流法测内阻原理得：

　（5）
　　式中I为交流恒流源信号的最大值。比较（4）、（5）可得：

　　上式中K、A、I都是已知量，而u为经过A/D采样送到单片机进行处理的采样值，所以在单片机中进行一个简单的除法运算便能得到蓄电池内阻了。

3．交流恒流源的设计

　　成功检测蓄电池状态的前提是可以提供需要的交流恒流源。恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源装置。它是一个电源内阻非常大的电源。为了保证内阻有较高的测量精度及较好的重现性，要求恒流电流源有足够的稳定度，并且波形失真度要小。这里所需交流信号幅度为40mV，频率为1KHZ。
但是传统的低频交流信号发生器设计中存在很多的不足：应用通用电路,元器件多,尤其是电容的体积大,且波形的稳定性差、失真大,调节也极不方便；应用专用电路,如ICL8038、MAX038等,其失真和稳定性方面有明显提高,但低频应用时不合适,调节不方便,成本也较高。

3．1 设计原理

　　本文采用了数字式信号发生器产生标准正弦波和电流负反馈法产生精确交流恒流源法, 交流恒流源实现原理如图2所示。

电路组成框图如图2所示：这是一个闭环控制系统，电流负反馈电路。标准正弦波产生一个频率稳定、对称、失真度低的1KHz正弦波信号。驱动电路把正弦波放大，去推动功放电路，得到正弦交流电流输出。恒流控制电路从功放输出中得到的信号，通过与给定的信号相比较，来调节驱动电路的信号，从而使输出电流保持稳定。

3．2 标准正弦波的产生原理

　　标准正弦波信号的产生采用数字式信号发生器。首先将正弦表数据存储在如图3所示的正弦信号存储器中,晶振产生振荡频率f，经过整型电路变为完整方波频率，再经过R分频电路得到频率为f/R,再经过鉴相器FD和环路滤波器LF电路锁相分频后，读取存储在正弦信号存储器中的正弦值,经过D/A转换电路和经低通有源滤器滤波电路，生成图2 所需的标准正弦波。

图3　标准正弦波信号源原理框图

4．总结
　
　　与现有技术相比，该处理方法的适用范围广，测量精度高，对蓄电池的损害小，可以对蓄电池进行安全的在线监测管理。同时不需要进行交流采样和求解cos ，就能求出蓄电池的内阻值。这简化了交流注入法中需要对蓄电池两端交流电压和相位差进行测量的软硬件的复杂程度。该方法可以满足蓄电池检测的要求，取得了较好的实用效果，完成了对铅酸蓄电池的性能检测和故障诊断。为蓄电池的在线检测提供了一种实用的方法。

参考文献：

【1】李立伟，邹积岩。蓄电池内阻测量装置的研究。电源技术，2003(1)
【2】夏勇，锁相放大技术在蓄电池内阻检测中的应用。电子应用技术，2004(3)
【3】 MarkleGJ. AC Impedance testing for valve regulated cells[J]. Conf. Proc. INTELEC, 1992

关键字：交流恒流源蓄电池内阻编辑：冰封引用地址：精确测量蓄电池内阻方法的研究

上一篇：BP网络在蓄电池电压监测单元中的应用
下一篇：阀控铅酸蓄电池放电特性研究

推荐阅读最新更新时间：2023-10-18 16:16

VRLA蓄电池在光伏系统的应用

前言中国幅员辽阔，人口分布不均，东密西疏，因地理环境和经济相对落后等原因，造成一些地区的电力相对匮乏，国家电力电网无法覆盖，无法集中供电，或者电网质量不稳定，给当地的经济发展，人民生活的改善造成一定的障碍。尤其在中国的北方、西北等地问题尤为突出，迫切需要有适合当地区使用的稳定可靠的电力系统。现在常用的单独供电系统有发电机组、太阳能系统、风力发电系统、风光互补系统。发电机组，以一次能源作为动力源推动内燃机，内燃机传动发电机，发电机做磁力线切割运动产生电能。而一次能源资源越来越稀少，价格越来越高，并且严重影响自然环境。太阳能系统、风力发电系统、风光互补系统，以自然界取之不尽用之不完的光能、风能作为能量源，通

[电源管理]

蓄电池的使用与保养

1)怎样启用新蓄电池　　新畜电池在启用之前 ,极板表面会有一定程度的氧化。存放时间越长 ,氧化越严重。加入电解液后 ,会出现急剧升温现象 ,充电时会表现出较大的电阻 ,使充电困难。因此 ,启用新电池应做到 :加注电解液后 ,静放 6ｈ左右 ,待电解液完全浸透极板 ,温度下降至 35℃以下 ,再接通电源进行充电 ;充电电流严格控制在规定范围内 ,如充电过程中升温过高 ,超过45℃ ,可减少充电电流或停止充电 ;进行 1～2次充、放电循环 ,以达到额定容量。　　2)新蓄电池怎样进行初充电　　将电池正、负极分别接电源正、负极 ,首先用初充电电流充到电解液放出气泡

[电源管理]

车载蓄电池突然没电如何“自救”？

　　晚上下班，孙女士照常准备开车回家。可起动的时候发现，车怎么也打不着火，就听见启动时吱吱的声音。孙女士赶紧给4S店打救援电话，救援人员告诉她，是蓄电池没电了。可孙女士早晨上班时已经检查过了，空调、灯光都是关闭的，没有用电的设备，怎么蓄电池就突然没电了呢？　　相信经常开车的朋友也会偶尔遇到跟孙女士相同的问题。4S店的维修人员表示，要防止蓄电池突然没电，最好的方法是平时多留意自己的爱车发出的“求救信号”。这种信号有以下几种表现形式：一是起动机不转或转动微弱，以致起动机无法发动；二是前大灯比平时暗；三是喇叭音量小甚至不响。出现上述问题，车主就要检查一下是否是蓄电池的问题了。　　为了尽量减少蓄电池的电力消耗，4S店的专家提出

[电源管理]

UPS蓄电池几个问题的探讨

1 引言　　目前 UPS 已经广泛使用在各个经济领域，在通信、电子商务、金融、医疗、石化、工业自动化等领域起到重要的作用，不仅是保护UPS所带的负载本身，更重要是保护负载所生产出来的产品，如电脑中的数据。蓄电池作为UPS中的重要组成部分，对于标准时间机器，一般约占UPS电源总成本的1/4，对于长时间UPS电源而言，蓄电池的成本可能超过UPS电源主机的成本。由于蓄电池本身或者电池管理上的原因，目前有许多UPS电源故障是由蓄电池引起（1/3）。因此有必要加强对蓄电池特性的了解，正确选配和使用蓄电池，尽可能地延长蓄电池的使用寿命。同时如何管理蓄电池成为各个UPS厂家重点研究的问题。 2 蓄电池的特性 2.1 铅酸蓄电池的

[电源管理]

基于ARM9与LEM传感器的蓄电池在线监测硬件平台的设计

1 概述　　蓄电池作为备用电源在供电系统中往往起着极其重要的作用，在交流电失电或其它事故状态下蓄电池组一旦出现问题，供电系统将面临瘫痪，造成设备停运及其它重大运行事故。近年随着阀控式密封铅酸蓄电池（以下简称阀控蓄电池）的广泛使用，加之使用环境及条件欠佳，因蓄电池提前失效而引发的事故时有发生。阀控蓄电池由于特殊的阀控式密封结构，使得我们无法准确掌握蓄电池的健康状况，其“免维护”的这一优点，反而成为电池运行管理中的缺点和难点，同时极其容易误导用户。在提高电池性能，减少维护工作量的同时，如何快捷有效地检测出早期失效电池并预测蓄电池性能变化趋势已成为电池运行管理的新课题。目前除了核对性放电、电压巡检等常规维护检测手段外，随着

[单片机]

基于ARM9与LEM传感器的<font color='red'>蓄电池</font>在线监测硬件平台的设计

农机家用两开花：天鹅蓄电池升级版产品前景广阔

　　今年，国产蓄电池品牌天鹅接连推出了全新EFB启停电池和农机专用电池，新品市场反响强烈，不仅在汽车蓄电池细分市场占据一席之地，更得到了消费者的认可。自1964年梧州市蓄电池厂成立以来，天鹅蓄电池至今已有58年的发展历史，拥有从美国、德国、奥地利和日本引进的具备行业领先水平的生产设备和检测设备。凭借亲民的价格，优秀的品质，天鹅蓄电池逐渐成为经济型车主的主选产品，在国内蓄电池市场占据了强势份额。　　今年天鹅蓄电池推出的新品各具特色:EFB启停电池，主攻具备启停性能汽车的中高端市场;农机专用电池，专注于农机轻卡领域车型。产品对标不同市场的消费者需求，顺应了技术发展趋势。　　为了让出行更绿色环保，近年来自动启停系

[新能源]

基于单片机的EV动力蓄电池组电量计量系统

引言随着汽车工业的迅速发展,解决汽车尾气排放所带来的大气污染问题的较好方案是发展无空气污染的交通工具，电动汽车随之应运而生。以蓄电池作为动力源的电动汽车，无论从技术上还是经济上都是最可行的。电动汽车用的动力蓄电池通常由多节单体电池串联或者并联构成，一般串联的单体电池数可达到十至几十个，单体电池电压一般是12V，总电压在100V以上，总容量在100Ah以上。本文所阐述的蓄电池性能检测系统在结构设计上可以根据需要增加或减少被检测电池的数量，具有较高的灵活性，单片机控制使精度可达 1％，利用改进的开路电压法进行数据运算，进一步提高了精度。由于铅酸蓄电池容量有限并具有腐蚀性，镍镉蓄电池中镉是有污染的重

[单片机]

蓄电池全新的充电模式

摘要：从阀控蓄电池内部氧循环的设计理念出发，分析了现有各种充电方法存在的问题，提出了蓄电池全新的充电模式--自然平衡充电法，并对此方法的原理进行了浅述，使用根据这一原理设计的充电装置，才会使蓄电池的循环使用寿命有真正意义上的保障和提高。关键词：蓄电池；内部氧循环；充电器；自然平衡充电法引言发展中的民用电动交通产品，是未来蓄电池的最大市场。该市场能否获得快速平稳的发展，关键取决于电动交通产品的运行成本。其中围绕着蓄电池的几项技术指标，如蓄电池的单位储能指标，循环使用寿命，放电后的充电是否安全、方便，环境温度变化的适应能力等，又是影响运行成本的核心。以上任一个技术指标的突破，都将会使蓄电池在电动交通产品上的应用，向前迈出

[应用]

热门资源推荐
热门放大器推荐

小广播

热门活动

换一批

■验证并选择心仪MOSFET，探寻选型奥秘！注册、体验双重好礼等你拿~

■评论有奖：元器件采购的秘密法宝，助你做个自带“松弛感”的职场人！

■新栏目器件口碑专辑上线~快来点评吧！

■中星联华直播 | 高速信号完整性分析与测试 — “码”上行动系列线上讲堂

Vishay线上图书馆

白皮书技术文章视频热门推荐