便携式蓄电池内阻检测装置的设计

1、第27卷 第5期 邢 台 职 业 技 术 学 院 学 报 V ol.27 No.52010年10月 Journal of Xingtai Polytechnic College Oct. 2010 收稿日期：20100904 作者简介：于敏丽（1980），女，黑龙江海林人，邢台职业技术学院电气工程系，讲师，河北工业大学在职研究生。83便携式蓄电池内阻检测装置的设计于敏丽1,2，王胜利1（1. 邢台职业技术学院 电气工程系，河北 邢台054035；2. 河北工业大学，天津300130） 摘 要：蓄电池内阻是评价蓄电池好坏的一个重要参考指标。提出了低频交流注入法测量蓄电池内阻便携测量装置的设计方法

2、，介绍了该测量装置的原理和实现电路。实验表明：该装置具有性能可靠、精度高、结构简单、成本低廉等优点，具有良好的实用价值和推广意义。 关键词：蓄电池；内阻；交流注入法中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：10086129（2010）05008303一、引言蓄电池是目前备用电源系统中广泛使用的后备电源，其可靠性关系到计算机、电信、石油化工等领域众多关键系统的安全与稳定。蓄电池作为直流系统的电源是十分重要的设备，必须对其进行规范合理、真实有效的日常维护。电池容量测试一般采用恒流放电法，但在蓄电池组投入使用后，用恒流放电法来检查电池容量工作量很大，而且还要求蓄电池退出运行状态。研究表明，内

3、阻检测是目前最为可靠的测试方式之一，合理地分析阀控式铅酸蓄电池的内阻数据，有利于更好地对蓄电池进行检测和维护。IEEE 在其关于蓄电池维护的推荐性标准中，也把蓄电池内阻的测量作为重要维护手段。本装置采用的方法为国际、国内在蓄电池容量组监测领域共同认可的方法交流注入、四线测量检测内阻法。合理地运用内阻数据维护蓄电池，为获得最大的安全效益和经济效益有着很重要的意义：可以提高直流系统的可靠性，避免蓄电池的烧坏和爆炸的风险；保证直流系统所需要的电能；减少现行的蓄电池维护作业量和维护成本；延长蓄电池寿命等。二、蓄电池内阻等效模型电池的阻抗包括欧姆电阻和正负极阻抗。电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻

4、又包括电化学极化内阻与浓差极化内阻。内阻的存在，使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电压。电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时间不断变化，因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。要测量电池的内阻，首先要研究蓄电池内阻模型。蓄电池的内阻等效电路如图1所示。其中L p 、L n 为正负极电感，R tp 、R tn 是电极离子迁移电阻，C dlp 、C dln 是电极双电层电容，Z wp 、Z wn 为Warburg阻抗，是由离子在电解液和多孔电极中扩散速度决定的，R hf 为欧姆电阻。图1 蓄电池阻抗等效电路模型三、系统总体概述测量内阻一般是先通

5、过测量电压计算出内阻抗，再测量相移，然后再计算出内阻抗中的纯阻性部分。 84 这种方法电路设计比较复杂，并且精度也很难做得很高。本装置采用的方法为交流注入、四线测量检测内阻法。在设计中，采用了锁相放大技术，可直接计算出内阻，大大提高了测量精度。系统总体框图如图2所示。 图2 系统总体框图内阻测量电路中，由低频交流恒流源直接注入交流信号给蓄电池，然后经过差分放大和滤波电路，得到噪声和内阻信号，经锁相放大电路，提取电池内阻信号给A/D转换器，A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，传送给单片机进行处理，最后在液晶屏上显示内阻数值。同时，当蓄电池正负极性接反，本装置具有声光报警功能进行提示。内阻测量电

6、路主要包括交流恒流源电路、滤波电路和差分放大电路的设计。 1. 交流恒流源电路若要成功检测蓄电池内阻，恒流源的设计至关重要。恒流源的稳定与否，决定内阻值的准确性。电路如图3所示。在电路设计中，输入端0P07作跟随级，保证输出电流几乎完全流过负载，使其恒流的效果更好，并且能更加稳定电路中的参数。限流电阻R3采用大功率水泥电阻，一般而言，为减少电路中的功耗，应尽量减小R3的值。通过改变Vin 和R3，可以得到连续可变的电流。当限流电阻R3一定时，输出电流与输入信号具有线性关系，与负载变化无关；同时，若输入信号Vi 一定时，通过负载电阻RL 的电流就恒定。2. 滤波电路 所示。 图3 交流恒流源电路

7、 图4 滤波电路3. 差分放大电路由于蓄电池的内阻很小，一般为毫欧级，注入的交流电流信号又不能太大，太大会对蓄电池的性能产生不良的影响，为了能够准确测量出蓄电池两端的电压值，需要对电压信号进行放大处理。此系统采用的差分放大器是高精密度的仪用放大器AD620，电路如图5所示。四、软件设计本系统软件采用模块化设计，主程序流程图如图6所示。85 图5 差分放大电路 图6 主程序流程图五、小结本文提出的基于低频交流注入、四线法测量蓄电池内阻的测量装置，具有性能可靠、精度高、抗干扰能力强的特点。仪器硬件设计简单，操作方便。经实验证明，效果良好。参考文献：1中华人民共和国电力行业标准:DL/T724-20

8、00,电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规范S. 2IEEE Std 1188 -1996: IEEE 推荐用于站用阀控铅酸蓄电池的维护测试和更换方法号与应用.IEEE 第29 标准合作委员会(SCC29S.3Huet F.A review of impedance measurements for determination of the state of charge orstate-of-health of Secondary batteriesJ.J.Power Sources,1998,70(1:5659.4佘沛亮，陈体衔. 阀控式密封铅蓄电池的内阻J.蓄电池,1995,(3

9、:36.5夏勇. 锁相放大技术在蓄电池内阻检测中的应用J.电子技术应用,2004, (3:2123.Design of Portable Battery Internal Resistance TesterYU Min-li1,2，WANG Sheng-li1(1. Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China ； 2. Xingtai Polytechnic College, Xingtai, Hebei 054035, ChinaAbstract: The battery internal resistance is an important reference parameter to evaluate the health of battery. This paper presents a method of the lead -acid battery internal resistance measurement based on low AC current inject method. It introduces the work principle and the process of implementation of this