CN202330560U

CN202330560U - 单片机产生spwm信号激励的蓄电池阻抗检测装置

Info

Publication number: CN202330560U
Application number: CN2011203392618U
Authority: CN
Inventors: 宋杰
Original assignee: Zhejiang Dawn Electrical Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Dawn Electrical Technology Co Ltd
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2021-09-09

Abstract

本实用新型涉及一种单片机产生SPWM信号激励的蓄电池阻抗检测装置，分别在待测密封阀控铅酸蓄电池VRLA的正负两极上用两根导线接入电压检测装置构成电压采样回路，用另两根导线接入一个电流恒流源，构成电流注入回路，所述激励信号来源于单片机通过编程产生的SPWM信号，SPWM激励信号的调制频率可根据实际测量情况进行调解。本实用新型通过SPWM调制方式获得不同频率的正弦激励信号来测量密封阀控铅酸蓄电池VRLA的内部阻抗分布，可以全面地掌握密封阀控铅酸蓄电池VRLA工作状态的密封阀控铅酸蓄电池内阻四线检测装置。

Description

单片机产生SPWM信号激励的蓄电池阻抗检测装置

技术领域

本实用新型涉及蓄电池领域，尤其是一种电池内部阻抗检测装置。

背景技术

在发电、供电、通信等领域采用串联的密封阀控铅酸蓄电池VRLA作为备用电源，当交流供电电源发生故障时，备用电源必须立即提供不间断的电源供应，以保障整个系统的正常运行。因此判断蓄电池组供电能力的好坏对上述领域的可靠性和安全性来说十分重要。由于VRLA蓄电池是全密封的，无法用直观的方法对其内部材料进行检测。而通过检测蓄电池的阻抗就可以较好地判断其供电能力。一般认为，蓄电池的阻抗大于本组蓄电池阻抗基准值的25％时，其供电能力下降，需要重点监测，如果大于50％时，其供电能力已不可靠，需替换下来。因蓄电池的阻抗极小，如常用的100～4000安时的VRLA蓄电池的阻抗范围大约在1.3～0.05毫欧姆左右，并且备用电源的蓄电池平时始终处于浮充状态下。浮充时，充电机整流电路提供的充电电流给蓄电池两端叠加了很大的干扰信号。为确保备用电源的可靠性，必须在蓄电池浮充电的强干扰环境下进行在线阻抗测量，所以就给检测带来了很大难度。

阻抗分析是电化学研究中的常用方法，是电池性能研究和产品设计的必要手段。

一般情况下，电池在充电或放电时，其内阻R由以下3部分组成的：

R＝Ro+Rc+Re

式中的Ro为欧姆内阻；Rc为浓差内阻；Re为活化内阻。

欧姆内阻Ro包括电池内部的电极、隔膜、电解液、连接条和极柱等全部零部件的电阻。虽然在电池整个寿命期问它会因板栅腐蚀和电极变形而改变，但是在每次检测电池内阻过程中可以认为是不变的。

浓差极化内阻Rc是由反应离子浓度变化引起的，只要有电化学反应在进行，反应离子的浓度就总是在变化着的，因而它的数值是处于变化状态，测量方法不同或测量持续时间不同，其测得的结果也会不同。

活化极化内阻Re是由电化学反应体系的性质决定的。电池体系和结构确定了，其活化极化内阻也就定了。只有在电池寿命后期或放电后期电极结构和状态发生了变化而引起反应电流密度改变时才有改变，但其数值仍然很小。

在很多的研究方法中，使用如图4的等效电路来表示电池。

电池的阻抗包括欧姆电阻和正负极阻抗，显然是一个复阻抗，在其它条件不变的情况下，与测试频率有关。

长期以来，国内外对蓄电池的检测基本采用的是“容量放电法”。实践证明，“容量放电法”检测虽然可靠性、准确度较高，但这种方法的致命缺点是电池要离线测试，费时多，一般一、二年才能测一次。而采用内部阻抗测量法，可随时于电池在线浮充电情况下进行测量，不影响蓄电池对供电系统的备份工作，是测量技术上的一个创新。

近年来，随着科学技术的不断进步和发展，国际国内相继推出了各种类型的蓄电池的内阻测量仪器，其测量方法一般是“直流放电法”和“交流法”。

一、直流放电法

这是最早实现蓄电池内阻测量的方法，测量时，对电池以70A左右的大电流I，放电T秒，测量T秒放电后期较稳定的电池端电压V1和放电结束后，电池端电压V2，经计算R等于(V2-V1)除以I得电池电阻。但T秒长短，对V1和V2都有较复杂的影响，因此影响了测量精度和系统的抗干扰能力。测量误差可能达到5％，且难以测量2000AH以上的电池，而且此方法无法用标准电阻来校准仪器的测量精度。

二、交流法

此方法向被测电池注入一个1～2A的交流激励电流，然后测量电池两端的交流电压，再计算出电池电阻，此方法激励电流小，可以用标准电阻来校准仪器的测量精度。

但是此方法需要在激励电流回路中串联大容量电解电容器，大容量电解电容器本身不够稳定，从而使激励电流也不够稳定。

另外，还可以由放电状态阻抗数据来计算剩余电量。密封阀控铅酸蓄电池VRLA的内部阻抗在充放电过程中的变化与电容量存在着必然的关系。

现有的内阻测试仪产品都是采用从10Hz到1000Hz不等的单一频率作为交流激励电流，而没有采用连续的频率或者若干个频率点作为激励频率，并且仅限于内部电阻的测量，没有对密封阀控铅酸蓄电池VRLA的内部阻抗进行测量，所获得密封阀控铅酸蓄电池VRLA的内部特性是不完整的。

阻抗测量是电池监测技术的质变，即由被动监测电压到主动测试电池内部状态，更能全面地反映密封阀控铅酸蓄电池VRLA的性能变化情况。

将不同测量方法的数据进行了对比研究，证明了测试频率和方法对密封阀控铅酸蓄电池VRLA的内部阻抗数值有很大影响。

实用新型内容

本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种通过SPWM调制方式获得不同频率的正弦激励信号来测量密封阀控铅酸蓄电池VRLA的内部阻抗分布，可以全面地掌握密封阀控铅酸蓄电池VRLA工作状态的电池内部阻抗检测装置。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种电池内部阻抗测量装置，包括：单片机、密封阀控铅酸蓄电池、SPWM信号电压检测器、A/D转换器，其特征在于：单片机与SPWM信号发生器连接，构成一个电流恒流源，其中，单片机内具有内部阻抗计算模块，内部阻抗计算模块以SPWM信号电压检测器产生的响应信号电压值，以欧姆定律计算密封阀控铅酸蓄电池阻抗；SPWM信号发生器的两端通过导线加载到密封阀控铅酸蓄电池的正负极两端，SPWM信号发生器所产生的激励信号频率为10～1000HZ，经正弦波信号发生器产生的波形为正弦波；密封阀控铅酸蓄电池的正负极两端另外通过两条导线引入到SPWM信号电压检测器上；SPWM信号电压检测器与动态数字带通滤波器连接，动态数字带通滤波器与A/D转换器连接，A/D转换器再与单片机连接，形成一个回路。

作为优选，SPWM信号发生器中含有数字低通滤波器。

作为优选，SPWM信号电压检测器的出口连接有信号放大器，其中的信号放大器采用多级电压线性放大或者对数放大。

作为优选，动态数字带通滤波器采用8阶DSP高速芯片，对SPWM信号电压检测器产生的响应信号进行滤波。

作为优选，内部阻抗计算模块中的电压值以线性平均方法对SPWM信号电压检测器产生的响应信号计算电压平均值。

作为优选，动态数字带通滤波器连接有RQ电阻、R2A电阻、RF电阻，其中RF电阻由单片机通过步进电机进行调节；单片机设定的RF电阻值根据SPWM信号电压检测器产生的响应信号确定。

实用新型有益的效果是：

一、本实用新型采用了单片机通过软件生成SPWM调制信号，从而获得从10Hz到1000Hz任意频点的连续正弦波恒定电流信号，降低了传统产生正弦波信号的成本，同时也降低了整个测量电路的功耗；

二、本实用新型采用了动态带通数字滤波技术，因此，带通滤波的中心频率是随着输入正弦波信号的频率而变化，扩大了传统测量技术只使用单一频率来进行测量；

三、本实用新型不但计算输出正弦波的幅度变化，而且计算出正弦波的相位差变化，因此，完全可以计算出密封阀控铅酸蓄电池VRLA内部阻抗，比传统的测量技术增加了容抗和感抗参数的计算，更加全面地反映密封阀控铅酸蓄电池VRLA的工作状态。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是实施例的电路原理图；

图3是动态数字带通滤波器的电路原理图；

图4是电池的等效电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

实施例：

一种电池内部阻抗测量装置中，单片机与SPWM信号发生器连接，构成一个电流恒流源，其中，单片机内具有内部阻抗计算模块，SPWM信号发生器中含有数字低通滤波器，SPWM信号发生器的两端通过导线加载到密封阀控铅酸蓄电池的正负极两端，SPWM信号发生器所产生的激励信号频率为10～1000HZ，经正弦波信号发生器产生的波形为正弦波；密封阀控铅酸蓄电池的正负极两端另外通过两条导线引入到SPWM信号电压检测器上；SPWM信号电压检测器的出口连接有信号放大器，信号放大器与动态数字带通滤波器连接，动态数字带通滤波器与A/D转换器连接，A/D转换器再与单片机连接，形成一个回路。

单片机通过SPWM信号发生器生成SPWM调制信号，从而获得从10Hz到1000Hz任意频点的连续正弦波恒定电流信号作为激励信号。将SPWM信号电压检测器采样获得的微小电压信号，根据量程的大小，通过信号放大器进行线性放大或对数放大，再通过采用8阶DSP高速芯片作为动态八级带通数字带通滤波器对相应信号进行滤波而获得纯正正弦波。将其峰峰值和相位差经过A/D转换，输入到单片机中，对正弦波幅值和相位提取，与密封阀控铅酸蓄电池VRLA输入端的恒定电流进行计算比较，就获得了在连续频率上的密封阀控铅酸蓄电池 VRLA内部阻抗分布情况。在这里，带通滤波的中心频率要与SPWM调制的正弦波信号一致，也就是说，带通滤波的中心频率是随着SPWM调制信号的频率动态变化。

内部阻抗计算模块获得SPWM信号电压检测器产生的响应信号电压值，以线性平均方法对SPWM信号电压检测器产生的响应信号计算电压平均值，以欧姆定律计算密封阀控铅酸蓄电池阻抗。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims

1.一种单片机产生SPWM信号激励的蓄电池阻抗检测装置，包括：单片机、密封阀控铅酸蓄电池、SPWM信号电压检测器、A/D转换器，其特征在于：单片机与SPWM信号发生器连接，构成一个电流恒流源，其中，单片机内具有内部阻抗计算模块，内部阻抗计算模块以SPWM信号电压检测器产生的响应信号电压值，以欧姆定律计算密封阀控铅酸蓄电池阻抗；

SPWM信号发生器的两端通过导线加载到密封阀控铅酸蓄电池的正负极两端，SPWM信号发生器所产生的激励信号频率为10～1000HZ，经正弦波信号发生器产生的波形为正弦波；

密封阀控铅酸蓄电池的正负极两端另外通过两条导线引入到SPWM信号电压检测器上；

SPWM信号电压检测器与动态数字带通滤波器连接，动态数字带通滤波器与A/D转换器连接，A/D转换器再与单片机连接，形成一个回路。

2.根据权利要求1所述的单片机产生SPWM信号激励的蓄电池阻抗检测装置，其特征是：SPWM信号发生器中含有数字低通滤波器。

3.根据权利要求1所述的单片机产生SPWM信号激励的蓄电池阻抗检测装置，其特征是：SPWM信号电压检测器的出口连接有信号放大器，其中的信号放大器采用多级电压线性放大或者对数放大。

4.根据权利要求1所述的单片机产生SPWM信号激励的蓄电池阻抗检测装置，其特征是：动态数字带通滤波器采用8阶DSP高速芯片，对SPWM信号电压检测器产生的响应信号进行滤波。

5.根据权利要求1所述的单片机产生SPWM信号激励的蓄电池阻抗检测装置，其特征是：动态数字带通滤波器连接有RQ电阻、R2A电阻、RF电阻，其中RF电阻由单片机通过步进电机进行调节；单片机设定的RF电阻值根据SPWM信号电压检测器产生的响应信号确定。