1037.基于蓄電池性能檢測(cè)的交流恒流源設(shè)計(jì)

1、基于蓄電池性能檢測(cè)的交流恒流源設(shè)計(jì)摘 要：為了對(duì)蓄電池的性能進(jìn)行在線檢測(cè)和故障診斷，介紹了用以提供檢測(cè)蓄電池的交流恒流源的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)例應(yīng)用和驗(yàn)證，取得了較好的效果，為蓄電池的在線檢測(cè)提供了一種實(shí)用的方法。關(guān)鍵詞：交流恒流源，蓄電池，內(nèi)阻1引言 對(duì)蓄電池進(jìn)行檢測(cè)有許多實(shí)用且可行的技術(shù)，如比重、開路電壓、加載電壓、電量測(cè)量、內(nèi)阻等。目前國(guó)際上流行一種用電導(dǎo)測(cè)試的方法，它通過(guò)檢測(cè)電池的內(nèi)阻判斷電池的實(shí)有容量。閥控鉛酸蓄電池的電阻組成是復(fù)雜的，在不同的量測(cè)點(diǎn)和不同的時(shí)刻測(cè)得的電阻值包含的組成也是不同的。閥控式密封蓄電池的故障如板柵腐蝕和增長(zhǎng)、接觸不良、活性物質(zhì)可用量減少等，集

2、中表現(xiàn)于電池內(nèi)阻的增大、電導(dǎo)的減小。因此，電導(dǎo)或內(nèi)阻的大小可反映電池故障和使用程度的有效信息。 為獲得蓄電池的內(nèi)阻變化情況，前提是可以提供需要的交流恒流源?；诖吮疚慕榻B了用以提供檢測(cè)蓄電池的交流恒流源的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法，完成了對(duì)鉛酸蓄電池的性能檢測(cè)和故障診斷。2 蓄電池檢測(cè)原理 蓄電池內(nèi)阻并非純阻抗，它的交流等效阻抗z模型如圖1所示。圖中r1、r2是正、負(fù)電極極化電阻；c1、c2是負(fù)電極極化電容；l是電感；r3是電池歐姆電阻。蓄電池歐姆電阻r3表征了電池的荷電程度。但為了簡(jiǎn)化測(cè)量，通常從等效阻抗z中僅分離純電阻r（r由r1、r2、r3構(gòu)成），r 和r3之間呈線性關(guān)系，故可用r間接地表征電池

3、荷電程度。 在線測(cè)試蓄電池時(shí)選用交流四端阻抗法。其基本思想是：將一個(gè)交流測(cè)試信號(hào)加在電池上，然后測(cè)量流過(guò)電池的電流（i）和該電流在電池兩端產(chǎn)生的交流電壓降（v），由此可以導(dǎo)出阻抗r (v/i)。交流信號(hào)頻率一般都選擇得可以忽略電容的影響，測(cè)得的數(shù)據(jù)實(shí)際上就是電阻。 阻抗法的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)在線使用的蓄電池來(lái)說(shuō)，此方法對(duì)系統(tǒng)影響最小，并可在電池的整個(gè)使用期內(nèi)精確測(cè)量。同時(shí)施加的低頻信號(hào)頻率非常之低，施加的交流電流也非常小，故不會(huì)對(duì)蓄電池的性能造成影響，并且不需要負(fù)載箱。3 交流恒流源的設(shè)計(jì) 成功檢測(cè)蓄電池狀態(tài)的前提是可以提供需要的交流恒流源。恒流源是能夠向負(fù)載提供恒定電流的電源裝置。它是一個(gè)電源內(nèi)阻非

4、常大的電源。 在蓄電池正負(fù)極加上恒定的電位差時(shí)，會(huì)有直流電流在其中流過(guò)；如果在此電位差上疊加一個(gè)幅度相當(dāng)小的正弦交流電壓v就會(huì)有正弦交流電流i從其中流過(guò)，為了獲得足夠大的電池內(nèi)阻感應(yīng)電壓，一般對(duì)于容量為數(shù)百ah的蓄電池，只需施加毫安級(jí)的音頻電流即可。同時(shí)由于閥控式密封鉛酸蓄電池交流阻抗中有感抗存在，不能采用在復(fù)平面圖中相應(yīng)虛部為零時(shí)阻抗實(shí)部值作為電池內(nèi)阻值，而采用電池阻抗模變化最小的高頻區(qū)（0.1khz10khz）中阻抗實(shí)部的平均值作為電池內(nèi)阻，此時(shí)濃差極化的干擾就相對(duì)小一些。為了保證內(nèi)阻有較高的測(cè)量精度及較好的重現(xiàn)性，要求音頻電流源有足夠的穩(wěn)定度，并且波形失真度要小。這里所需交流信號(hào)幅度為4

5、0mv，頻率為1khz。 電路組成框圖如圖2所示：這是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，電流負(fù)反饋電路。自激正弦波振蕩器產(chǎn)生一個(gè)頻率穩(wěn)定、對(duì)稱、失真度低的1khz正弦波信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路把正弦波放大，去推動(dòng)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(hào)，通過(guò)與給定的信號(hào)相比較，來(lái)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)，從而使輸出電流保持穩(wěn)定。3.1正弦波振蕩器 這里選用文氏電橋振蕩器，它是一種利用rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作反饋的rc振蕩器。穩(wěn)定度高、非線性失真小、頻率調(diào)節(jié)方便。其輸出為正弦波，振蕩頻率為1khz，電路輸出的正弦波總諧波失真為1%。二極管在電路中起非線性電阻的作用，由它與運(yùn)算放大器聯(lián)用。本電路的振蕩頻率f由r

6、1與r2、c1與c2的值決定：（其中r=r1=r2，cc1c2）。f= 3.2恒流控制電路 這是一個(gè)可控增益放大器，由放大器和場(chǎng)效應(yīng)管組成。其增益a 。由此可見，只要改變r(jià)x的阻值，便可改變放大器的增益，從而使輸出信號(hào)的幅值發(fā)生改變。rx的變化范圍為102歐104歐。由于fet的輸出特性正負(fù)不十分對(duì)稱，當(dāng)以漏極加交流電壓時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生波形失真。本電路通過(guò)r8、r9構(gòu)成的局部反饋達(dá)到降低失真的目的。可使波形的附加失真0.5%。柵極的控制電壓也不能太大，否則會(huì)引起放大器的飽和，產(chǎn)生交流信號(hào)的消頂失真。fet的柵極控制直流電流電壓在-13.5v間變化為佳。圖4 恒流控制電路3.3采樣反饋電路 信號(hào)從主回路采得后經(jīng)ad622放大，再通過(guò)ad736的真有效值檢波器，得到與主回路電流有效值成正比的直流信號(hào)，經(jīng)放大器轉(zhuǎn)換極性和阻抗后，再去控制fet的阻抗。使輸出的電流穩(wěn)定，波形失真最小。4 結(jié)論 為了驗(yàn)證其穩(wěn)定性和精確性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，得到的數(shù)據(jù)如下： 從結(jié)果可以看出：電流i基本都在0.785945440.78599789之間， vs和i的值都基本保持不變，可以滿足蓄電池檢測(cè)的要求，取得了較好的效果，完成了對(duì)鉛酸蓄電池的性能檢測(cè)和故障診斷，為蓄電池的在線檢測(cè)提供了一種實(shí)用的方