蓄电池内阻测量电路及测量方法技术

蓄电池内阻测量电路及测量方法。目前的蓄电池内阻测量方法对继电保护设备产生干扰，测量装置成本高，精度低。本发明专利技术包括：MCU电路（4）和被测蓄电池（1），MCU电路与被测蓄电池之间连接有电压采集电路（2）、电流采集电路（6）和智能负载电路（3），智能负载电路与电流采集电路电连接，电压采集电路包括数/模转换器（7）、仪表放大器（8）和带通滤波器（9），数/模转换器与仪表放大器电连接，仪表放大器与带通滤波器电连接，智能负载电路包括串行接口（10）、模/数转换器（11）、输出变换器（12）和采样电阻（13），串行接口、模/数转换器、输出变换器和采样电阻依次电连接。本发明专利技术应用于蓄电池内阻的测量。

Measurement Circuit and Method of Battery Internal Resistance

【技术实现步骤摘要】
蓄电池内阻测量电路及测量方法
：本专利技术涉及一种蓄电池内阻测量方法，具体涉及一种蓄电池内阻测量电路及测量方法。
技术介绍
：蓄电池组是独立于变电后交流电源的备用直流电源，是电力系统中最后的防线。当机房交流供电中断时，发挥其“独立电源”的作用，保证机房控制、通信等设备安全、可靠运行。阀控铅酸蓄电池使用时的“免维护”会导致用户放松对蓄电池的日常维护管理，而不达标的工作环境又导致蓄电池的使用寿命缩短。因此采用有效的监测手段，实时、准确地掌握蓄电池“健康”状态，就能避免因单个蓄电池出现问题带来的安全隐患。而现阶段，通过检测蓄电池内阻的变化掌握蓄电池的使用状态，已成为监测蓄电池工作情况最行之有效的方法。目前，行业内对蓄电池内阻的检测方法主要有直流放电法和交流注入法：1、运用直流放电法检测蓄电池内阻：在被测蓄电池两端并联放电负载，同时检测蓄电池端电压差ΔU和放电电流差ΔI，计算蓄电池内阻：R=ΔU/ΔI=（U1-U2）/（I2-I1）其中：U1—放电起始时刻电压；U2—放电结束时刻电压；I1—放电起始时刻电流；I2—放电结束时刻电流。现有直流放电法的主要缺点：（1）由于需要在蓄电池工作回路中串入接触器，检测时需要用接触器断开蓄电池工作回路，并联放电负载，因此直接影响直流供电系统的正常工作。（2）由于测量放大器零漂的影响，需要较大的放电电流，以获得足够的电压幅值。大电流反复冲击，可造成蓄电池栅板变形、活性物质脱落等损害，大大降低蓄电池寿命。（3）由于放电电流瞬间值很大，将产生较大的电磁干扰，因而造成系统中继电保护设备的误动作，引发安全事故。2、运用交流注入法检测蓄电池内阻：由于蓄电池可以等效为一个有源电阻，因此给蓄电池注入一个固定频率的电流（一般使用1kHz，50mA），检测端电压的变化，计算其内阻抗：当注入交流电流时，端电压变化，则：其中：—复阻抗的相角；|Z|=Vmax/Imax—复阻抗的模。理论上，向蓄电池注入一个交流电流信号，测量由此产生的端电压信号，即可计算蓄电池内阻：Rr=Vav/Iav其中：Vav为交流电压的平均值；Iav为注入交流电流的平均值。现有交流注入法的主要缺点：虽然注入的交流电流较小，但由于UPS电源交流纹波的存在，且干扰严重，使检测的精度低、难度大，从而造成测量蓄电池内阻装置的成本高、重复性差，大大影响对蓄电池内阻的检测效果。
技术实现思路
：本专利技术的目的是解决目前蓄电池内阻测量方法对继电保护设备造成干扰，引发安全事故；测量精度低、重复性差、难度大，影响对蓄电池内阻的监测效果的问题，提供一种基于交流放电原理的蓄电池内阻测量电路及测量方法，以大大提高测量结果的精度和重复性，同时也降低了测量装置的成本，使其具有很高的性能价格比和市场竞争能力。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种蓄电池内阻测量电路，其组成包括：MCU电路和被测蓄电池，所述的MCU电路与所述的被测蓄电池之间连接有电压采集电路、电流采集电路和智能负载电路，所述的智能负载电路与所述的电流采集电路电连接；所述的电压采集电路包括数/模转换器、仪表放大器和带通滤波器，所述的数/模转换器与所述的仪表放大器电连接，所述的仪表放大器与所述的带通滤波器电连接；所述的智能负载电路包括串行接口、模/数转换器、输出变换器和采样电阻，所述的串行接口、所述的模/数转换器、所述的输出变换器和所述的采样电阻依次电连接。所述的蓄电池内阻测量电路，所述的MCU电路采用STM32F303CBT6为主控芯片。所述的蓄电池内阻测量电路，所述的被测蓄电池是2V或12V蓄电池。所述的蓄电池内阻测量电路，所述的采样电阻为纯电阻。所述的蓄电池内阻测量电路的测量方法，此方法采用交流放电原理，并通过FFT运算实现蓄电池内阻的测量，包括如下步骤：（1）初始化及参数配置：对串行接口、定时器进行初始化和参数配置，每中断一次，MCU电路通过串行接口向数/模转换器发送一组数据，控制其产生一个每周期为1024点（频率为100HZ）、幅值为4096的交流正弦激励信号；（2）数据采样及储存；数/模转换器输出的交流正弦激励信号，通过输出变换器控制智能负载电路产生相应的输出变化，使蓄电池实现交流放电，从而在蓄电池及采样电阻上产生相应的电流、电压信号，经过带通滤波器滤波、仪表放大器放大、高速模/数转换器同步采样后，得到的数据赋值到相应的数组中储存，以待进一步的数据处理，定时器中断服务程序同时对周期内的采样点数进行控制，当响应信号采样点数、周期数与激励信号的控制点数、周期数相等时，开始重新定时，等待下一次采样；（3）采用基-4时分FFT算法的数据处理；从主控芯片STM32F303CBT6的DSP库中调取用汇编语言实现的基-4时分FFT算法，对电流、电压的数据做1024点FFT运算，求其幅值，每个数组对应的谐波频率为FN：FN=N*Fs/1024=N*102400/1024=N*100（Hz）其中：采样频率为Fs（Fs=102400Hz）；采样点数为1024；在Watch窗口可以观察经FFT处理后的结果，显然，电流、电压信号都能分解为各次谐波信号的叠加，除其直流分量外，占信号成分最大的谐波分量的频率均为100Hz，与交流激励信号频率相同，经多次测量和计算，得到蓄电池内阻值。本专利技术的有益效果：1.本专利技术由于采用交流放电原理，使得蓄电池内阻测量电路具有很高的性能价格比和市场竞争能力：（1）硬件电路构架简洁：采用STM32F303CBT6为主控芯片，协调智能负载电路、电压采集电路、电流采集电路，在被测蓄电池产生交流放电时，获取响应电流和响应电压信号，然后对其进行取样、带通滤波、放大和采集；（2）软件处理功能完善：运用先进的基-4时分FFT算法、小波信号变换、数字锁相技术进行数字化处理，提高测量分辨率和准确度，可对工作中的蓄电池内阻进行在线测量和连续监测；2.本专利技术测量蓄电池内阻时，不需要断开蓄电池工作回路，也不需要在其工作回路串接任何设备，蓄电池测量回路为独立的高阻回路（电流仅为μA级），与工作回路互不影响，可以在蓄电池工作时启动测量或更换蓄电池内阻测量装置，不影响蓄电池供电的连续性；3.本专利技术测量蓄电池内阻时，蓄电池产生的交流放电电流小，对蓄电池没有冲击，不会造成栅板变形及活性物质脱落，不影响蓄电池的使用寿命；4.本专利技术测量蓄电池内阻时，由于瞬间放电电流小，所产生的电磁干扰也小，不会引发因继电保护设备的误动作而造成安全事故；5.本专利技术用仪表运算放大器对交流信号进行放大，用带通滤波、数字锁相等技术进行数字化处理，有效地抑制交流纹波对测量信号的影响，提高其信噪比，具有很好的抗干扰性和重复性，大大提高蓄电池内阻的检测精度；附图说明：附图1是本专利技术的电路结构示意图。附图2是电压采集电路的原理框图；附图3是智能负载电路的原理框图；附图4是MCU电路原理图；附图5是数/模转换器的电路原理图；附图6是仪表放大器的电路原理图；附图7是输出变换器的电路原理图；附图8是指示电路图；附图9是串行接口电路图；附图10是定时器初始化流程图；附图11是模/数转换器输出的波形图；附图12是定时器中断函数的流程图；附图13是数据处理函数的流程图；附图14是幅值求取函数的流程图；附图15是MATLAB仿真程序流程图；图中：1、被测蓄电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓄电池内阻测量电路，其组成包括：MCU电路和被测蓄电池，其特征是：所述的MCU电路与所述的被测蓄电池之间连接有电压采集电路、电流采集电路和智能负载电路，所述的智能负载电路与所述的电流采集电路电连接；所述的电压采集电路包括数/模转换器、仪表放大器和带通滤波器，所述的数/模转换器与所述的仪表放大器电连接，所述的仪表放大器与所述的带通滤波器电连接；所述的智能负载电路包括串行接口、模/数转换器、输出变换器和采样电阻，所述的串行接口、所述的模/数转换器、所述的输出变换器和所述的采样电阻依次电连接。

【技术特征摘要】
1.一种蓄电池内阻测量电路，其组成包括：MCU电路和被测蓄电池，其特征是：所述的MCU电路与所述的被测蓄电池之间连接有电压采集电路、电流采集电路和智能负载电路，所述的智能负载电路与所述的电流采集电路电连接；所述的电压采集电路包括数/模转换器、仪表放大器和带通滤波器，所述的数/模转换器与所述的仪表放大器电连接，所述的仪表放大器与所述的带通滤波器电连接；所述的智能负载电路包括串行接口、模/数转换器、输出变换器和采样电阻，所述的串行接口、所述的模/数转换器、所述的输出变换器和所述的采样电阻依次电连接。2.根据权利要求1所述的蓄电池内阻测量电路，其特征是：所述的MCU电路采用STM32F303CBT6为主控芯片。3.根据权利要求1所述的蓄电池内阻测量电路，其特征是：所述的被测蓄电池是2V或12V蓄电池。4.根据权利要求1所述的蓄电池内阻测量电路，其特征是：所述的采样电阻为纯电阻。5.一种权利要求1-4所述的蓄电池内阻测量电路的测量方法，其特征是：此方法采用交流放电原理，并通过FFT运算实现蓄电池内阻的测量，包括如下步骤：（1）初始化及参数配置：对串行接口、定时器进行初始化和参数配置，每中断一次，MCU电路通过串行接口向数/模转换器发送一组数据，控制其产生一个每周期为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘津义，丁一，许新竹，
申请(专利权)人：哈尔滨佳云科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23