1037.基于蓄电池性能检测的交流恒流源设计

1、基于蓄电池性能检测的交流恒流源设计摘 要：为了对蓄电池的性能进行在线检测和故障诊断，介绍了用以提供检测蓄电池的交流恒流源的设计思想和实现方法。通过实验进行了实例应用和验证，取得了较好的效果，为蓄电池的在线检测提供了一种实用的方法。关键词：交流恒流源，蓄电池，内阻1引言 对蓄电池进行检测有许多实用且可行的技术，如比重、开路电压、加载电压、电量测量、内阻等。目前国际上流行一种用电导测试的方法，它通过检测电池的内阻判断电池的实有容量。阀控铅酸蓄电池的电阻组成是复杂的，在不同的量测点和不同的时刻测得的电阻值包含的组成也是不同的。阀控式密封蓄电池的故障如板栅腐蚀和增长、接触不良、活性物质可用量减少等，集

2、中表现于电池内阻的增大、电导的减小。因此，电导或内阻的大小可反映电池故障和使用程度的有效信息。 为获得蓄电池的内阻变化情况，前提是可以提供需要的交流恒流源。基于此本文介绍了用以提供检测蓄电池的交流恒流源的设计思想和实现方法，完成了对铅酸蓄电池的性能检测和故障诊断。2 蓄电池检测原理 蓄电池内阻并非纯阻抗，它的交流等效阻抗z模型如图1所示。图中r1、r2是正、负电极极化电阻；c1、c2是负电极极化电容；l是电感；r3是电池欧姆电阻。蓄电池欧姆电阻r3表征了电池的荷电程度。但为了简化测量，通常从等效阻抗z中仅分离纯电阻r（r由r1、r2、r3构成），r 和r3之间呈线性关系，故可用r间接地表征电池

3、荷电程度。 在线测试蓄电池时选用交流四端阻抗法。其基本思想是：将一个交流测试信号加在电池上，然后测量流过电池的电流（i）和该电流在电池两端产生的交流电压降（v），由此可以导出阻抗r (v/i)。交流信号频率一般都选择得可以忽略电容的影响，测得的数据实际上就是电阻。 阻抗法的优点在于对在线使用的蓄电池来说，此方法对系统影响最小，并可在电池的整个使用期内精确测量。同时施加的低频信号频率非常之低，施加的交流电流也非常小，故不会对蓄电池的性能造成影响，并且不需要负载箱。3 交流恒流源的设计 成功检测蓄电池状态的前提是可以提供需要的交流恒流源。恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源装置。它是一个电源内阻非

4、常大的电源。 在蓄电池正负极加上恒定的电位差时，会有直流电流在其中流过；如果在此电位差上叠加一个幅度相当小的正弦交流电压v就会有正弦交流电流i从其中流过，为了获得足够大的电池内阻感应电压，一般对于容量为数百ah的蓄电池，只需施加毫安级的音频电流即可。同时由于阀控式密封铅酸蓄电池交流阻抗中有感抗存在，不能采用在复平面图中相应虚部为零时阻抗实部值作为电池内阻值，而采用电池阻抗模变化最小的高频区（0.1khz10khz）中阻抗实部的平均值作为电池内阻，此时浓差极化的干扰就相对小一些。为了保证内阻有较高的测量精度及较好的重现性，要求音频电流源有足够的稳定度，并且波形失真度要小。这里所需交流信号幅度为4

5、0mv，频率为1khz。 电路组成框图如图2所示：这是一个闭环控制系统，电流负反馈电路。自激正弦波振荡器产生一个频率稳定、对称、失真度低的1khz正弦波信号。驱动电路把正弦波放大，去推动功放电路，得到正弦交流电流输出。恒流控制电路从功放输出中得到的信号，通过与给定的信号相比较，来调节驱动电路的信号，从而使输出电流保持稳定。3.1正弦波振荡器 这里选用文氏电桥振荡器，它是一种利用rc串并联网络作反馈的rc振荡器。稳定度高、非线性失真小、频率调节方便。其输出为正弦波，振荡频率为1khz，电路输出的正弦波总谐波失真为1%。二极管在电路中起非线性电阻的作用，由它与运算放大器联用。本电路的振荡频率f由r

6、1与r2、c1与c2的值决定：（其中r=r1=r2，cc1c2）。f= 3.2恒流控制电路 这是一个可控增益放大器，由放大器和场效应管组成。其增益a 。由此可见，只要改变rx的阻值，便可改变放大器的增益，从而使输出信号的幅值发生改变。rx的变化范围为102欧104欧。由于fet的输出特性正负不十分对称，当以漏极加交流电压时，就会产生波形失真。本电路通过r8、r9构成的局部反馈达到降低失真的目的。可使波形的附加失真0.5%。栅极的控制电压也不能太大，否则会引起放大器的饱和，产生交流信号的消顶失真。fet的栅极控制直流电流电压在-13.5v间变化为佳。图4 恒流控制电路3.3采样反馈电路 信号从主回路采得后经ad622放大，再通过ad736的真有效值检波器，得到与主回路电流有效值成正比的直流信号，经放大器转换极性和阻抗后，再去控制fet的阻抗。使输出的电流稳定，波形失真最小。4 结论 为了验证其稳定性和精确性，通过实验对系统进行了测试，得到的数据如下： 从结果可以看出：电流i基本都在0.785945440.78599789之间， vs和i的值都基本保持不变，可以满足蓄电池检测的要求，取得了较好的效果，完成了对铅酸蓄电池的性能检测和故障诊断，为蓄电池的在线检测提供了一种实用的方