1．引言

蓄電池作為電源系統(tǒng)停電時的備用電源，已廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)、交通、通信等行業(yè)。假如電池失效或容量不足，就有可能造成重大事故，所以必須對蓄電池的運行參數(shù)進行全面的在線監(jiān)測。蓄電池狀態(tài)的重要標志之一就是它的內(nèi)阻。無論是蓄電池即將失效、容量不足或是充放電不當，都能從它的內(nèi)阻變化中體現(xiàn)出來。因此可以通過測量蓄電池內(nèi)阻，對其工作狀態(tài)進行評估。目前測量蓄電池內(nèi)阻的常見方法有：

（1）密度法

密度法重要通過測量蓄電池電解液的密度來估算蓄電池的內(nèi)阻，常用于開口式鉛酸電池的內(nèi)阻測量，不適合密封鉛酸蓄電池的內(nèi)阻測量。該方法的適用范圍窄。

（2）開路電壓法

開路電壓法是通過測量蓄電池的端電壓來估計蓄電池內(nèi)阻，精度很差，甚至得出錯誤結(jié)論。因為即使一個容量已經(jīng)變得很小的蓄電池，再浮充狀態(tài)下其端電壓仍可能表現(xiàn)得很正常。

（3）直流放電法

直流放電法就是通過對電池進行瞬間大電流放電，測量電池上的瞬間電壓降，通過歐姆定律計算出電池內(nèi)阻。雖然這種方法在實踐中也得到了廣泛的應用，但是它也存在一些缺點。如用該方法對蓄電池內(nèi)阻進行檢測必須是在靜態(tài)或是脫機狀態(tài)下進行，無法實現(xiàn)在線測量。而且大電流放電會對蓄電池造成較大的損害，從而影響蓄電池的容量及壽命。

（4）交流注入法

交流法通過對蓄電池注入一個恒定的交流電流信號IS，測量出蓄電池兩端的電壓響應信號Vo，以及兩者的相位差

來確定蓄電池的內(nèi)阻R。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。但該方法要測量交流電流信號Is,電壓響應信號Vo，以及電壓和電流之間的相位差

由此可見這種方法不但干擾因素多，而且新增了系統(tǒng)的復雜性，同時也影響了測量精度。

為了解決上述各方法的缺陷，本文采用了四端子測量方式，將蓄電池兩端上的電壓響應信號通過交流差分電路與出現(xiàn)恒定交流源的正弦信號經(jīng)過模擬乘法器相乘，再將模擬乘法器的輸出電壓信號通過濾波電路，使交流信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘枺绷餍盘柦?jīng)直流放大器放大后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的值送入單片機進行簡單處理。

2．蓄電池內(nèi)阻檢測原理

由于電池內(nèi)阻為毫歐級，因此采用常規(guī)的兩端子測量方法測量誤差較大，在此采用四端子測量方式。測量時兩個端子施加一頻率為

的恒定交流激勵電流信號，另兩個端子用于測量。測量工作原理圖如圖1所示，響應信號是指蓄電池注入交流恒流源后，在其兩端測出的交流電壓信號。而正弦信號是經(jīng)D/A出現(xiàn)的作為壓控恒流源的輸入信號。

上式中K、A、I都是已知量，而u為經(jīng)過A/D采樣送到單片機進行處理的采樣值，所以在單片機中進行一個簡單的除法運算便能得到蓄電池內(nèi)阻了。

3．交流恒流源的設計

成功檢測蓄電池狀態(tài)的前提是可以供應要的交流恒流源。恒流源是能夠向負載供應恒定電流的電源裝置。它是一個電源內(nèi)阻非常大的電源。為了保證內(nèi)阻有較高的測量精度及較好的重現(xiàn)性，要求恒流電流源有足夠的穩(wěn)定度，并且波形失真度要小。這里所需交流信號幅度為40mV，頻率為1KHZ。

但是傳統(tǒng)的低頻交流信號發(fā)生器設計中存在很多的不足：應用通用電路,元器件多,尤其是電容的體積大,且波形的穩(wěn)定性差、失真大,調(diào)節(jié)也極不方便；應用專用電路,如ICL8038、MAX038等,其失真和穩(wěn)定性方面有明顯提高,但低頻應用時不合適,調(diào)節(jié)不方便,成本也較高。

3．1設計原理

本文采用了數(shù)字式信號發(fā)生器出現(xiàn)標準正弦波和電流負反饋法出現(xiàn)精確交流恒流源法,交流恒流源實現(xiàn)原理如圖2所示。

電路組成框圖如圖2所示：這是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，電流負反饋電路。標準正弦波出現(xiàn)一個頻率穩(wěn)定、對稱、失真度低的1KHz正弦波信號。驅(qū)動電路把正弦波放大，去推動功放電路，得到正弦交流電流輸出。恒流控制電路從功放輸出中得到的信號，通過與給定的信號相比較，來調(diào)節(jié)驅(qū)動電路的信號，從而使輸出電流保持穩(wěn)定。

3．2標準正弦波的出現(xiàn)原理

標準正弦波信號的出現(xiàn)采用數(shù)字式信號發(fā)生器。首先將正弦表數(shù)據(jù)存儲在如圖3所示的正弦信號存儲器中,晶振出現(xiàn)振蕩頻率f，經(jīng)過整型電路變?yōu)橥暾讲l率，再經(jīng)過R分頻電路得到頻率為f/R,再經(jīng)過鑒相器FD和環(huán)路濾波器LF電路鎖相分頻后，讀取存儲在正弦信號存儲器中的正弦值,經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換電路和經(jīng)低通有源濾器濾波電路，生成圖2所需的標準正弦波。

圖3標準正弦波信號源原理框圖

4．總結(jié)

與現(xiàn)有技術相比，該處理方法的適用范圍廣，測量精度高，對蓄電池的損害小，可以對蓄電池進行安全的在線監(jiān)測管理。同時不要進行交流采樣和求解cos，就能求出蓄電池的內(nèi)阻值。這簡化了交流注入法中要對蓄電池兩端交流電壓和相位差進行測量的軟硬件的復雜程度。該方法可以滿足蓄電池檢測的要求，取得了較好的實用效果，完成了對鉛酸蓄電池的性能檢測和故障診斷。為蓄電池的在線檢測供應了一種實用的方法。