CN113406516A - 一种基于小电流脉冲放电法的蓄电池内阻在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于小电流脉冲放电法的蓄电池内阻在线监测装置，包括蓄电池、单片机U1、锁相放大器U56、差分放大模块、滤波模块、恒流源模块、反相放大模块、调理模块和AD转换模块，恒流源模块和差分放大模块与蓄电池电性连接，单片机U1与锁相放大器U56电性连接，单片机U1通过锁相放大器U56与恒流源模块电性连接，蓄电池通过差分放大模块与滤波模块电性连接，滤波模块通过反相放大模块与调理模块电性连接，调理模块通过滤波模块与AD转换模块电性连接，AD转换模块与单片机U1电性连接。本发明具备结合两种方法优点，对电池影响可以忽略不计，可实时进行内阻测量，使用直流恒流源，实现难度小的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电池内阻监测技术领域，具体为一种基于小电流脉冲放电法的蓄电池内阻在线监测装置。
背景技术
在电力系统变电站中，蓄电池有着举足轻重的作用，在变电站停止运行情况下，高压开关的分合闸全靠蓄电池提供的直流电源，平时蓄电池在浮充运行，电池失效不易被发现，只有将电池脱离系统放电才能验证其是否失效。实践经验证明电池的失效会伴随的电池内阻增大，本发明就是通过在线监测电池内阻来对电池的健康状态进行判断。
现在技术存在的问题：
通过查阅相关论文资料，电池内阻测量可分为“直流放电法”和“交流注入法”
1、直流放电法
进行两次不同的大电流放电，记下这两次的电流电压值，根据公式电阻R＝(U1-U2)/(I1-I2)(公式推导过程略)，即可求得电池内阻电阻R。
优点：简单。
缺点：大电流放电对电池有一定的损害，不宜对电池实时进行内阻测量；需要的电缆粗接线不方便(每个电池都要接线)；放电电流大，用来巡检切换的多路电子开关不好选择。
2、交流注入法
用“交流恒流源”给电池耦合一个恒定的交流电流，通过锁相放大器U56和AD转换器对蓄电池两端微小的交流电压进行采样，根据欧姆定律电阻R＝U/I计算电池内阻
优点：注入的电流信号小，对电池无影响，可实时进行内阻测量
缺点：技术复杂，交流恒流源不容易设计；部分电力用户对“交流注入”这个方式很反感，在直流系统引入交流信号心理上不能接受。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于小电流脉冲放电法的蓄电池内阻在线监测装置，具备结合了上述两种方法的优点，使用放电法用户容易接受；放电电流小只有100mA，对电池影响可以忽略不计，可实时进行内阻测量；使用直流恒流源，实现难度小的优点，解决了直流放电法大电流放电对电池有一定的损害，不宜对电池实时进行内阻测量；需要的电缆粗接线不方便(每个电池都要接线)；放电电流大，用来巡检切换的多路电子开关不好选择，交流注入法技术复杂，交流恒流源不容易设计；部分电力用户对“交流注入”这个方式很反感，在直流系统引入交流信号心理上不能接受的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于小电流脉冲放电法的蓄电池内阻在线监测装置，包括蓄电池、单片机U1、锁相放大器U56、差分放大模块、滤波模块、恒流源模块、反相放大模块、调理模块和AD转换模块，恒流源模块和差分放大模块与蓄电池电性连接，单片机U1与锁相放大器U56电性连接，单片机U1通过锁相放大器U56与恒流源模块电性连接，蓄电池通过差分放大模块与滤波模块电性连接，滤波模块通过反相放大模块与调理模块电性连接，调理模块通过滤波模块与AD转换模块电性连接，AD转换模块与单片机U1电性连接。
优选的，蓄电池的正负极柱上各接两根线，计为正1，正2，负1，负2，蓄电池的正1与直流恒流源的电阻R68上端电性连接，蓄电池的负1与直流恒流源的电阻R76下端电性连接，蓄电池的正2与差分放大模块的电阻R75电性连接，蓄电池的负2与差分放大模块的电阻R76电性连接。
优选的，单片机U1的24脚与锁相放大器U56的1脚电性连接，锁相放大器U56的13脚通过恒流源模块的电阻R62与三极管Q2电性连接。
优选的，单片机U1通过SPI接口读取AD转换模块的U55的转换结果V，最后单片机U1根据公式R＝V/0.1，计算得到蓄电池内阻R。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
单片机U1的24脚与锁相放大器U56的1脚电性连接，锁相放大器U56的13脚通过恒流源模块的电阻R62与三极管Q2电性连接，使其周期导通和关断，此时恒流源模块的电阻R65上端的电压在1V或0V这两种状态交替变化，从而驱动恒流源模块的U63和Q1构成的恒流源周期性工作，使得电池的放电电流时而增加100mA，时而恢复到原值，脉冲放电引起的电池两端的微小电压变化，经差分放大模块的U50和电阻R75,R76,R77,R78组成的差分放大器后，进入滤波模块的C53，C54，R80，R81，U51构成的隔直回路，把电池电压滤掉，只保留电池两端的电压变化，经反相放大模块U51,R85,C55,R86,R87,R88,K1构成的反相放大器放大后，进入调理模块的R92,U52,C56,R91,R90,R89,R93组成的信号抬高电路，把信号抬高到U56要求的范围，信号经调理模块的U56处理后再经滤波模块的C46,C47,R72,R73,C48组成的滤波器滤波，最后信号进入AD转换模块的U55，单片机U1通过SPI接口读取U55的转换结果V，最后单片机U1根据公式R＝V/0.1，计算得到蓄电池内阻R，公式中0.1为上述恒流源设定的100mA电流。
附图说明
图1为直流放电法示意图；
图2为交流注入法示意图；
图3为本发明的原理框图；
图4为本发明的恒流源部分示意图；
图5为本发明的差分放大部分示意图；
图6为本发明的滤波部分示意图；
图7为本发明的反相放大部分示意图；
图8为本发明的调理部分示意图；
图9为本发明的锁相放大器U56部分示意图；
图10为本发明的AD转换部分示意图；
图11为本发明的单片机U1部分示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图3至图11，本发明提供的一种实施例：
一种基于小电流脉冲放电法的蓄电池内阻在线监测装置，包括蓄电池、单片机U1、锁相放大器U56、差分放大模块、滤波模块、恒流源模块、反相放大模块、调理模块和AD转换模块，恒流源模块和差分放大模块与蓄电池电性连接，蓄电池的正负极柱上各接两根线，计为正1，正2，负1，负2，蓄电池的正1与直流恒流源的电阻R68上端电性连接，蓄电池的负1与直流恒流源的电阻R76下端电性连接，蓄电池的正2与差分放大模块的电阻R75电性连接，蓄电池的负2与差分放大模块的电阻R76电性连接。
单片机U1与锁相放大器U56电性连接，单片机U1的24脚与锁相放大器U56的1脚电性连接，锁相放大器U56的13脚通过恒流源模块的电阻R62与三极管Q2电性连接，使其周期导通和关断，此时恒流源模块的电阻R65上端的电压在1V或0V这两种状态交替变化，从而驱动恒流源模块的U63和Q1构成的恒流源周期性工作，使得电池的放电电流时而增加100mA，时而恢复到原值，脉冲放电引起的电池两端的微小电压变化，经差分放大模块的U50和电阻R75,R76,R77,R78组成的差分放大器后，进入滤波模块的C53，C54，R80，R81，U51构成的隔直回路，把电池电压滤掉，只保留电池两端的电压变化，经反相放大模块U51,R85,C55,R86,R87,R88,K1构成的反相放大器放大后，进入调理模块的R92,U52,C56,R91,R90,R89,R93组成的信号抬高电路，把信号抬高到U56要求的范围，信号经调理模块的U56处理后再经滤波模块的C46,C47,R72,R73,C48组成的滤波器滤波，最后信号进入AD转换模块的U55，单片机U1通过SPI接口读取U55的转换结果V，最后单片机U1根据公式R＝V/0.1，计算得到蓄电池内阻R，公式中0.1为上述恒流源设定的100mA电流，单片机U1通过锁相放大器U56与恒流源模块电性连接，蓄电池通过差分放大模块与滤波模块电性连接，滤波模块通过反相放大模块与调理模块电性连接，调理模块通过滤波模块与AD转换模块电性连接，AD转换模块与单片机U1电性连接。
工作原理：单片机U1的24脚与锁相放大器U56的1脚电性连接，锁相放大器U56的13脚通过恒流源模块的电阻R62与三极管Q2电性连接，使其周期导通和关断，此时恒流源模块的电阻R65上端的电压在1V或0V这两种状态交替变化，从而驱动恒流源模块的U63和Q1构成的恒流源周期性工作，使得电池的放电电流时而增加100mA，时而恢复到原值，脉冲放电引起的电池两端的微小电压变化，经差分放大模块的U50和电阻R75,R76,R77,R78组成的差分放大器后，进入滤波模块的C53，C54，R80，R81，U51构成的隔直回路，把电池电压滤掉，只保留电池两端的电压变化，经反相放大模块U51,R85,C55,R86,R87,R88,K1构成的反相放大器放大后，进入调理模块的R92,U52,C56,R91,R90,R89,R93组成的信号抬高电路，把信号抬高到U56要求的范围，信号经调理模块的U56处理后再经滤波模块的C46,C47,R72,R73,C48组成的滤波器滤波，最后信号进入AD转换模块的U55，单片机U1通过SPI接口读取U55的转换结果V，最后单片机U1根据公式R＝V/0.1，计算得到蓄电池内阻R，公式中0.1为上述恒流源设定的100mA电流。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (4)
1.一种基于小电流脉冲放电法的蓄电池内阻在线监测装置，包括蓄电池、单片机U1、锁相放大器U56、差分放大模块、滤波模块、恒流源模块、反相放大模块、调理模块和AD转换模块，其特征在于：恒流源模块和差分放大模块与蓄电池电性连接，单片机U1与锁相放大器U56电性连接，单片机U1通过锁相放大器U56与恒流源模块电性连接，蓄电池通过差分放大模块与滤波模块电性连接，滤波模块通过反相放大模块与调理模块电性连接，调理模块通过滤波模块与AD转换模块电性连接，AD转换模块与单片机U1电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于小电流脉冲放电法的蓄电池内阻在线监测装置，其特征在于：蓄电池的正负极柱上各接两根线，计为正1，正2，负1，负2，蓄电池的正1与直流恒流源的电阻R68上端电性连接，蓄电池的负1与直流恒流源的电阻R76下端电性连接，蓄电池的正2与差分放大模块的电阻R75电性连接，蓄电池的负2与差分放大模块的电阻R76电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于小电流脉冲放电法的蓄电池内阻在线监测装置，其特征在于：单片机U1的24脚与锁相放大器U56的1脚电性连接，锁相放大器U56的13脚通过恒流源模块的电阻R62与三极管Q2电性连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于小电流脉冲放电法的蓄电池内阻在线监测装置，其特征在于：单片机U1通过SPI接口读取AD转换模块的U55的转换结果V，最后单片机U1根据公式R＝V/0.1，计算得到蓄电池内阻R。
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