CN212111722U - 基于arm的蓄电池容量测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ARM的蓄电池容量测试装置，包括主控电路、信号发生器、V/I变换电路、信号放大电路、解调滤波电路、恒流放电电路、电压监测电路；所述主控电路采用的ARM处理器片内集成ADC模块、DAC模块和多个SPI接口；所述ARM处理器通过第一SPI接口控制信号发生器输出交流电压，交流电压通过V/I变换电路转换为交流恒流电流输出至蓄电池，蓄电池两端产生交流电压，交流电压通过信号放大电路放大，再通过ARM处理器的第二SPI接口控制的解调滤波电路，再送至ARM处理器的ADC模块采得电压值，ARM处理器的DAC模块输出电压至恒流放电电路，控制蓄电池放电电流大小，电压监测电路测量蓄电池放电过程中电压变化值。通过本实用新型可以更加准确的测量蓄电池容量。

Description

基于ARM的蓄电池容量测试装置

技术领域

本实用新型属于电池容量检测的技术领域，具体涉及一种基于ARM的蓄电池容量测试装置。

背景技术

随着配电网自动化的不断发展，蓄电池广泛应用于配电终端后备电源，后备供电对配电自动化具有十分重要的意义。然而实际配电设备长期运行在环境恶劣的户外，蓄电池使用一段时间就容易出现老化甚至损坏的情况。配电终端点多面广，配套的蓄电池数量庞大、分布广泛，维护工作量大、检测时间长，蓄电池失效得不到及时的处理严重地制约着配电自动化实用化的发展。因此有必要定期检测维护配电终端蓄电池，对蓄电池健康状态进行及时有效的评估，蓄电池容量测试可为蓄电池检修提供强有力的数据支撑。

目前测试配电终端蓄电池的容量的常用方法有核对放电法和电导测试法。核对放电法是通过将蓄电池充满再放电至截止电压，是检测电池容量最直接、最可靠的方法；电导测试法通过测试蓄电池内阻，根据蓄电池内阻与容量关系来判断蓄电池的性能状态。但是核对放电法需要进行脱机大电流放电测量，对电池有一定的损害，放电时间限制导致检测时间长；电导测试法只能用于一般维护判别蓄电池好坏，不足以准确地测算出电池的实际性能指标，尤其是容量指标。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于ARM的蓄电池容量测试装置，能实现蓄电池容量的快速检测。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

基于ARM的蓄电池容量测试装置，包括主控电路、信号发生器、V/I变换电路、信号放大电路、解调滤波电路、恒流放电电路、电压监测电路；所述主控电路采用ARM处理器，所述ARM处理器片内集成ADC模块、DAC模块和多个SPI接口；

所述ARM处理器的第一SPI接口连接所述信号发生器的输入端，所述信号发生器的输出端与V/I变换电路的输入端连接，所述V/I变换电路的输出端连接被测蓄电池的第一输入端，所述被测蓄电池的第一输出端连接信号放大电路的输入端，所述信号放大电路的输出端连接解调滤波电路的第一输入端，所述解调滤波电路的第二输入端连接ARM处理器的第二SPI接口，所述解调滤波电路的输出端连接ARM处理器的ADC模块；所述ARM处理器的DAC模块与恒流放电电路的输入端连接，所述恒流放电电路的输出端连接被测蓄电池的第二输入端；所述ARM处理器的第三SPI接口与电压监测电路连接，所述被测蓄电池的第二输出端连接电压监测电路的输入端。

作为优选的技术方案，所述信号发生器采用DDS信号发生器，所述ARM通过第一SPI接口控制信号发生器输出交流电压信号。

作为优选的技术方案，所述V/I变换电路包括功率运算放大器，用于将交流电压转换为交流恒流电流输出。

作为优选的技术方案，所述信号放大电路包括仪表放大器，用于选择不同的放大倍数来放大被测蓄电池两端交流电压。

作为优选的技术方案，所述解调滤波电路包括ADA2200同步解调可配置模拟滤波器芯片，用于将交流电压解调滤波为直流电压送至ARM处理器的ADC模块。

作为优选的技术方案，所述恒流放电电路包括功率MOS管和运算放大器，所述ARM处理器的DAC模块通过恒流放电电路控制被测蓄电池放电电流的大小。

作为优选的技术方案，所述电压监测电路包括A/D转换芯片，用于在蓄电池恒流放电时监测电压变化。

作为优选的技术方案，所述ARM处理器片内还集成UART接口。

作为优选的技术方案，还包括通信接口，所述通信接口与ARM处理器的UART接口连接，用于与外部设备通过串口通信。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本实用新型基于ARM的蓄电池容量测试装置，通过将主控电路、信号发生器、V/I变换电路、信号放大电路、解调滤波电路、恒流放电电路、电压监测电路组成测试电路，并利用ADA2200芯片和SPI接口相配合，利用ADA2200的特性并采用正交解调的方法测量计算蓄电池内阻、短时放电估算容量，并结合内阻值补偿估算的容量的技术手段，解决了测试时间长、测量不准确的问题，达到快速测量准确的蓄电池容量的效果。

附图说明

图1为一个实施例中基于ARM的蓄电池电容测试装置的电路结构示意图；

图2为另一个实施例中AD22200正交解调的系统框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型各个实施例中的“连接”指电气连接。

本实用新型实施例提供的一种基于ARM的蓄电池容量测试装置，如图1所示，包括：主控电路、信号发生器、V/I变换电路、信号放大电路、解调滤波电路、恒流放电电路、电压监测电路；所述主控电路采用ARM处理器，所述ARM处理器片内集成ADC模块、DAC模块和多个SPI接口；所述ARM处理器的第一SPI接口连接所述信号发生器的输入端，所述信号发生器的输出端与V/I变换电路的输入端连接，所述V/I变换电路的输出端连接被测蓄电池的第一输入端，所述被测蓄电池的第一输出端连接信号放大电路的输入端，所述信号放大电路的输出端连接解调滤波电路的第一输入端，所述解调滤波电路的第二输入端连接ARM处理器的第二SPI接口，所述解调滤波电路的输出端连接ARM处理器的ADC模块；所述ARM处理器的DAC模块与恒流放电电路的输入端连接，所述恒流放电电路的输出端连接被测蓄电池的第二输入端；所述ARM处理器的第三SPI接口与电压监测电路连接，所述被测蓄电池的第二输出端连接电压监测电路的输入端。

本实施例基于ARM的蓄电池容量测试装置的工作原理为：

所述ARM处理器通过第一SPI接口控制信号发生器输出交流电压，交流电压通过V/I变换电路转换为交流恒流电流输出，交流恒流电流输出至被测蓄电池，被测蓄电池两端产生交流电压，交流电压通过信号放大电路放大，再通过ARM处理器的第二SPI接口控制的解调滤波电路，再送至ARM处理器的ADC模块采得电压值，ARM处理器的DAC模块输出电压至恒流放电电路，控制被测蓄电池放电大小，ARM处理器的第三SPI接口控制电压监测电路测量得被测蓄电池电压变化送至ARM处理器。

在其中一个实施例中，主控电路是装置的核心部件，用于控制信号发生器、V/I变换电路、信号放大电路、解调滤波电路、恒流放电电路、电压监测电路的工作。本实施例主控电路由以ARM为内核的微处理器芯片构成，ARM(Advanced RISC Machines)一个32位元精简指令集(RISC)处理器架构，ARM处理器广泛地使用在许多嵌入式系统设计。ARM处理器的特点有指令长度固定，执行效率高，低成本等；所述ARM处理器片内集成ADC模块、DAC模块、SPI接口、UART接口等资源(不限于该四种资源，可根据实际情况进行扩展)，由输出电流和解调电压计算出被测蓄电池的内阻值，由放电时电压变化率计算出蓄电池容量。

在其中一个实施例中，所述信号发生器由数字可编程波形发生器构成，具体采用DDS信号发生器(当然信号发生器的选用并不限于DDS信号发生器，其它能达到本实施例技术目的的信号发生器均适用)，DDS信号发生器采用直接数字频率合成(Direct DigitalSynthesis，简称DDS)技术，把信号发生器的频率稳定度、准确度提高到与基准频率相同的水平，并且可以在很宽的频率范围内进行精细的频率调节，采用该种设计信号源可工作于调制状态，可对输出电平进行调节，也可输出各种波形。在本实施例中ARM处理器通过第一SPI接口控制DDS信号发生器输出1KHZ交流电压信号。

在其中一个实施例中，所述V/I变换电路由功率运算放大器构成，用于将1KHZ交流电压转换为100mA交流恒流电流输出，从而得到稳定的恒流电流，为后续的检测、放大、信号调理做准备，以提高蓄电池容量测试时的测试精度。

在其中一个实施例中，所述信号放大电路由精密仪表放大器构成，选择不同的放大倍数放大被测电池两端交流电压，在实际的测试过程中，可以根据需要设置不同的放大倍数，如100倍、500倍等。

在其中一个实施例中，所述解调滤波电路由ADA2200同步解调可配置模拟滤波器芯片构成，将交流电压解调滤波为直流电压送至ARM处理器的ADC模块。本实用新型基于ARM的蓄电池容量测试装置在内阻值计算时，考虑到配网终端被测蓄电池内阻多在毫欧级，注入电流后，被测蓄电池两端产生的电压信号非常微弱，且被测蓄电池内部极化电容会使得蓄电池两端产生信号与输入信号之间有相位差，所以选用ADA2200芯片采用正交解调的方法，由ARM控制ADA2200参考信号交替相移0度和90度(如图2所示)，且ARM的ADC同步采样ADA2200输出信号并计算，得出解调后直流电压，从而求得准确的内阻值。ADA2200是ADI公司出品的一款基于采样模拟技术(Sampling simulation technology，SAT)的同步解调器，在它的内部集成了1个模拟域低通抽取滤波器、1个可编程无限脉冲响应(Infinite.impulse response,IIR)滤波器和1个同步解调布器，并且可以通过单片机经由SPI串行接口进行参数设置。使用ADA2200的优点在于其可编程特性，使用该芯片可以减少正交误差和解调误差。

在其中一个实施例中，所述恒流放电电路由功率MOS管和精密运放组成，由ARM处理器的DAC模块控制被测蓄电池放电电流的大小。功率MOS管的优点在于高输入阻抗，低驱动电流；开关速度快，高频特性好；负电流温度系数，热稳定性优良；安全工作区域大；高度线性化的跨导；理想的线性特性等。利用功率MOS管配合精密运放，保持放电电流的稳定。

在其中一个实施例中，所述电压监测电路由A/D转换芯片构成，在蓄电池恒流放电时监测电压变化。为确保系统处理结果的精确度，A/D转换器必须具有足够的转换精度，因此本实施例选用高精度A/D转换芯片，例如可选用18位高精度A/D转换芯片。

在其中一个实施例中，通信接口为ARM的UART，供装置与其他设备通过串口通信，从而实现与外部设备的信号传输。

本实用新型基于ARM的蓄电池容量测试装置是根据交流注入法和正交解调法，通过输出交流电流和采集交流电压计算出更准确蓄电池内阻值；根据蓄电池标准放电率电压与容量的关系，通过恒流放电电路进行短时放电，根据电压监测电路测得被测蓄电池两端电压的电压变化率对被测蓄电容量进行估算，将内阻值对估算的容量进行补偿，得出更加准确的蓄电池容量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，不能理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于ARM的蓄电池容量测试装置，其特征在于，包括主控电路、信号发生器、V/I变换电路、信号放大电路、解调滤波电路、恒流放电电路、电压监测电路；所述主控电路采用ARM处理器，所述ARM处理器片内集成ADC模块、DAC模块和多个SPI接口；

所述ARM处理器的第一SPI接口连接所述信号发生器的输入端，所述信号发生器的输出端与V/I变换电路的输入端连接，所述V/I变换电路的输出端连接被测蓄电池的第一输入端，所述被测蓄电池的第一输出端连接信号放大电路的输入端，所述信号放大电路的输出端连接解调滤波电路的第一输入端，所述解调滤波电路的第二输入端连接ARM处理器的第二SPI接口，所述解调滤波电路的输出端连接ARM处理器的ADC模块；所述ARM处理器的DAC模块与恒流放电电路的输入端连接，所述恒流放电电路的输出端连接被测蓄电池的第二输入端；所述ARM处理器的第三SPI接口与电压监测电路连接，所述被测蓄电池的第二输出端连接电压监测电路的输入端。

2.根据权利要求1所述基于ARM的蓄电池容量测试装置，其特征在于，所述信号发生器采用DDS信号发生器，所述ARM通过第一SPI接口控制信号发生器输出交流电压信号。

3.根据权利要求1所述基于ARM的蓄电池容量测试装置，其特征在于，所述V/I变换电路包括功率运算放大器，用于将交流电压转换为交流恒流电流输出。

4.根据权利要求1所述基于ARM的蓄电池容量测试装置，其特征在于，所述信号放大电路包括仪表放大器，用于选择不同的放大倍数来放大被测蓄电池两端交流电压。

5.根据权利要求1所述基于ARM的蓄电池容量测试装置，其特征在于，所述解调滤波电路包括ADA2200同步解调可配置模拟滤波器芯片，用于将交流电压解调滤波为直流电压送至ARM处理器的ADC模块。

6.根据权利要求1所述基于ARM的蓄电池容量测试装置，其特征在于，所述恒流放电电路包括功率MOS管和运算放大器，所述ARM处理器的DAC模块通过恒流放电电路控制被测蓄电池放电电流的大小。

7.根据权利要求1所述基于ARM的蓄电池容量测试装置，其特征在于，所述电压监测电路包括A/D转换芯片，用于在蓄电池恒流放电时监测电压变化。

8.根据权利要求1-7中任一项所述基于ARM的蓄电池容量测试装置，其特征在于，所述ARM处理器片内还集成UART接口。

9.根据权利要求8所述基于ARM的蓄电池容量测试装置，其特征在于，还包括通信接口，所述通信接口与ARM处理器的UART接口连接，用于与外部设备通过串口通信。

Images