基于蓄電池性能檢測的交流恒流源設(shè)計

1、基于蓄電池性能檢測的交流恒流源設(shè)計高 娜 李 鳴 李勝軍（軍械工程學(xué)院 河北 石家莊 050003）摘 要：為了對蓄電池的性能進行在線檢測和故障診斷，介紹了用以提供檢測蓄電池的交流恒流源的設(shè)計思想和實現(xiàn)方法。通過實驗進行了實例應(yīng)用和驗證，取得了較好的效果，為蓄電池的在線檢測提供了一種實用的方法。關(guān)鍵詞：交流恒流源，蓄電池，內(nèi)阻Design of AC Constant Current Source Based on Battery Performance TestingGAO Na LI Ming LI Sheng-jun(Ordnance Engineering College Shijia

2、zhuang 050003)Abstract: In order to battery to be performance test and fault diagnose, design and implement of AC constant current source to be put forward. The model obtain a good result through a series of experiments, it provide a applied method for maintenance ensure.Key Words: AC constant curre

3、nt source, battery, internal resistance1引言對蓄電池進行檢測有許多實用且可行的技術(shù)，如比重、開路電壓、加載電壓、電量測量、內(nèi)阻等。目前國際上流行一種用電導(dǎo)測試的方法，它通過檢測電池的內(nèi)阻判斷電池的實有容量。閥控鉛酸蓄電池的電阻組成是復(fù)雜的，在不同的量測點和不同的時刻測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、接觸不良、活性物質(zhì)可用量減少等，集中表現(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。基于此本文介紹了用以提供檢測蓄電

4、池的交流恒流源的設(shè)計思想和實現(xiàn)方法，完成了對鉛酸蓄電池的性能檢測和故障診斷。2 蓄電池檢測原理蓄電池內(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、負電極極化電阻；C1、C2是負電極極化電容；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。但為了簡化測量，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間接地表征電池荷電程度。 圖1 蓄電池交流阻抗等效模型Figure1 The AC resistance equifinality model of battery在線測試蓄電池時選用交流四端阻抗法。其基

5、本思想是：將一個交流測試信號加在電池上，然后測量流過電池的電流（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)。交流信號頻率一般都選擇得可以忽略電容的影響，測得的數(shù)據(jù)實際上就是電阻。阻抗法的優(yōu)點在于對在線使用的蓄電池來說，此方法對系統(tǒng)影響最小，并可在電池的整個使用期內(nèi)精確測量。同時施加的低頻信號頻率非常之低，施加的交流電流也非常小，故不會對蓄電池的性能造成影響，并且不需要負載箱。3 交流恒流源的設(shè)計成功檢測蓄電池狀態(tài)的前提是可以提供需要的交流恒流源。恒流源是能夠向負載提供恒定電流的電源裝置。它是一個電源內(nèi)阻非常大的電源。在蓄電池正負極加上恒定的電位差時，會有直流電

6、流在其中流過；如果在此電位差上疊加一個幅度相當(dāng)小的正弦交流電壓V就會有正弦交流電流I從其中流過，為了獲得足夠大的電池內(nèi)阻感應(yīng)電壓，一般對于容量為數(shù)百Ah的蓄電池，只需施加毫安級的音頻電流即可。同時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)虛部為零時阻抗實部值作為電池內(nèi)阻值，而采用電池阻抗模變化最小的高頻區(qū)（0.1KHz10KHz）中阻抗實部的平均值作為電池內(nèi)阻，此時濃差極化的干擾就相對小一些。為了保證內(nèi)阻有較高的測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。這里所需交流信號幅度為40mV，頻率為1KHz。電路組成框圖如圖2所示：這是一個閉

7、環(huán)控制系統(tǒng)，電流負反饋電路。自激正弦波振蕩器產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定、對稱、失真度低的1KHz正弦波信號。驅(qū)動電路把正弦波放大，去推動功放電路，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，通過與給定的信號相比較，來調(diào)節(jié)驅(qū)動電路的信號，從而使輸出電流保持穩(wěn)定。自激正弦波振蕩器驅(qū)動電路功放電路恒流控制電路輸出圖2 正弦交流恒流源電路Figure2 Circuit of sine AC constant current source3.1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

8、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，由它與運算放大器聯(lián)用。本電路的振蕩頻率f由R1與R2、C1與C2的值決定：（其中R=R1=R2，CC1C2）。f=圖3 自激正弦波振蕩器Figure3 Sine wave selfoscillator3.2恒流控制電路這是一個可控增益放大器，由放大器和場效應(yīng)管組成。其增益A。由此可見，只要改變RX的阻值，便可改變放大器的增益，從而使輸出信號的幅值發(fā)生改變。RX的變化范圍為102歐104歐。由于FET的輸出特性正負不十分對稱，當(dāng)以漏極加交流電壓時，就會產(chǎn)生波形失真。本電路通過R8、R9構(gòu)成的局部反饋達到降低失真的目的?？墒共ㄐ蔚母?/p>

9、加失真<0.5%。柵極的控制電壓也不能太大，否則會引起放大器的飽和，產(chǎn)生交流信號的消頂失真。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Figure4 Constant current control circuit3.3采樣反饋電路信號從主回路采得后經(jīng)AD622放大，再通過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，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)論為了驗證其穩(wěn)定性和精確性，通過實驗對系統(tǒng)進行了測試，得到的數(shù)據(jù)如下：Vs(mV)Vp(V)Rc()I(A)39.51.21.5120.

10、7939.23.44.3260.7859454439.35.36.7430.7860002939.27.39.2880.7859603739.29.712.3410.7859978939.411.915.1400.7859973539.314.618.5760.7859663739.317.121.7560.7859900739.319.725.0640.7859878739.322.322.3270.7859861839.224.931.6800.78598484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的要求，取得了較好的效果，完成了對鉛酸蓄電池的性能檢測和故障診斷，為蓄電池的在線檢測提供了一種實用的方法。參考文獻1雷霖。微機自動檢測。電子科技大學(xué)出版社。2胡國信，賀勤，童一波。閥控鉛酸蓄電池內(nèi)阻研究.電源技術(shù)，1999 (6)。3任仁良，盧達生。航空電瓶內(nèi)阻測量與剩余容量探討。中國民航學(xué)院學(xué)報，2000(8)。作者簡介高娜（1977