高可靠電力保障領(lǐng)域的最后一道防線(xiàn)

　　交流放電法蓄電池測量技術(shù)，是在交流注入法蓄電池內阻測量技術(shù)的基礎上的更進(jìn)一步發(fā)展，該方法綜合了交流注入法和直流放電法的優(yōu)點(diǎn)。其原理是CPU通過(guò)D/A控制智能負載，使蓄電池向智能負載放電，產(chǎn)生一個(gè)低頻(頻率小于100Hz)，幅值約為0.01C10～0.05C10的正弦波交流信號(有效信號，頻率為f0，角速度ω0=2πf0)：I=I0Sin(ω0t)，其中C10為10小時(shí)放電率下蓄電池的容量。相應地，在電池上產(chǎn)生的電壓響應為：U=U0Sin(ω0t+φ)， 阻抗為：Z(ω)= U0/I0×ejφ。

　　交流放電法蓄電池內阻測量原理圖、測量信號波形圖見(jiàn)圖2、圖3。

　　(1) MOS管：MOS管的作用是由CPU通過(guò)D/A控制MOS管，使蓄電池向負載放電，產(chǎn)生特定頻率的、幅值穩定的正弦波激勵信號。

　　(2)多路開(kāi)關(guān)：多路開(kāi)關(guān)由CPU控制，進(jìn)行信號的切換，以實(shí)現蓄電池組中每節蓄電池內阻的測量。

　　(3)耦合電容：耦合電容作用是隔離直流，而使交流信號順利通過(guò)。為保證測量電路的精度，耦合電容要保證嚴格的匹配性。

　　(4)可編程帶通濾波器：蓄電池在線(xiàn)工作時(shí)，充電裝置紋波電流可能相當大，一些UPS電源的紋波電流有幾安甚至幾十安，遠大于測量信號，如果不采用濾波，后級的放大器將會(huì )飽和。帶通濾波器的設計可以使頻率接近為測量信號頻率的信號可以通過(guò)，而其他頻率的信號不能通過(guò)。這樣后級的放大器可以將微弱的測量信號進(jìn)行有效放大。

　　(5)高速同步A/D轉換器：該器件為高速同步A/D轉換器，實(shí)現電流信號和電壓信號的高速同步采樣，確保電流信號和電壓信號的嚴格的相位關(guān)系前提下，將模擬信號轉換為數字信號。

　　(6)DSP：雖然經(jīng)過(guò)前級的濾波去除了大部分干擾信號，但仍有相當的干擾信號和有效信號一起被采樣進(jìn)來(lái)，如不進(jìn)行處理，將會(huì )嚴重影響測量精度。由于只有頻率為f0的信號為有效信號，利用DSP的數字運算能力，對采樣信號用FFT算法分別提取電流、電壓采樣信號中頻率為f0的信號部分進(jìn)行運算。

　　電流、電壓采樣信號送入DSP后，DSP對信號進(jìn)行如下處理：

　　(a) 對電流和電壓采樣信號進(jìn)行FFT變換，分別計算出電流信號及電壓 信號的頻譜分布;

　　(b) 分別提取頻率為f0的電流信號和電壓信號：

　　電流信號：I=I0Sin(ω0t+φ1)

　　電壓信號：U=U0Sin(ω0t+φ2)

　　(c) 計算蓄電池的阻抗、內阻及相位差：

　　阻抗為：Z(ω)= U0/I0×ejφ。

　　相位差為：φ=φ2-φ1

　　蓄電池內阻R=|Z(ω)|×Cosφ

　　(d) 將結果送入CPU，并進(jìn)一步顯示、存貯，以有進(jìn)行其他分析。

　　(7) CPU：采用Philip公司ARM芯片LPC2478，對各個(gè)單元進(jìn)行控制管理，以及和其他設備進(jìn)行通訊。

　　交流放電法蓄電池內阻測量的特點(diǎn)：

　　(1) 安全可靠。蓄電池工作主回路不接入任何器件，測量回路設計有10KΩ限流電阻和保險管，測量回路為高阻設計，蓄電池工作回路和測量回路安全獨立，互不影響，可以在蓄電池在線(xiàn)工作時(shí)更換蓄電池監測設備。

　　(2) 放電電流小，對蓄電池無(wú)損害。放電電流為0.01C10～0.05C10，不對蓄電池產(chǎn)生沖擊，不會(huì )造成柵板變形及活性物質(zhì)脫落，對蓄電池壽命無(wú)影響。

　　(3) 抗干擾性強，適應于對工作中的蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測。采用可編程帶通濾波器進(jìn)行濾波，并數字信號處理技術(shù)對信號進(jìn)行處理，有效地消除了直流充電裝置紋波對測量的影響，具有很好的抗干擾性能，適應于對工作中的蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測。

　　(4) 測試精度高，狀態(tài)評估和奉命預測準確。帶通濾波器+多級高精度運算放大器+數字信號處理，使蓄電池內阻測試精度遠高于傳統的直流放電法和交流注入法蓄電池內阻測量技術(shù)。準確的蓄電池(老化)狀態(tài)在線(xiàn)評估及壽命預測要求對蓄電池內阻微歐級這樣微小的變化做出的反映，蓄電池內阻在線(xiàn)測試精度要在2%以?xún)?，重復精度?%以?xún)?，目前傳統的直流放電法和交流注入法是無(wú)法達到的。

　　(5) 測試結果是蓄電池的真實(shí)內阻，和測量時(shí)間、信號頻率、測試電流大小無(wú)關(guān)，具有客觀(guān)性，也便于數據的橫向比較。