蓄电池检测系统

蓄电池检测系统（共12篇）

蓄电池检测系统 篇1

大电流蓄电池因其能够应用于大功率负载而被广泛应用, 从航空航天到工业生产, 再逐步走入人们的日常生活。大电流蓄电池的寿命, 受其温度、容量、能量、倍率特性和内阻特征的影响很大[1], 基于不同的用途, 其工作模式、工作指标和伏安特性差异对电池的影响也不相同[2], 对电池寿命影响很大。因此, 在不同的运行环境中, 都需要对电池进行检测, 以保证安全生产[3]。同时, 检测数据对电池的生产工艺改进和使用也提供了有益参考[4]。研制蓄电池检测系统对大电流电池的可靠性检测研究和不同环境的运行状况分析[5]具有重要意义, 针对运行过程中的蓄电池检测能够有效保证其大电流运行过程中的安全和电池的寿命[6]。

笔者研制的基于Lab VIEW的蓄电池检测系统, 针对蓄电池的充/放电过程进行性能检测, 其机械结构部分采用标准电控柜模式设计;电子电路考虑了工业现场的供电工频干扰, 进行了信号滤波;通信连接采用集双绞线与同轴电缆优点于一体的航空接头和连线, 屏蔽了电磁波干扰;所选电源与负载均为数字传输模式, 降低了干扰因素的影响。系统对蓄电池组进行不同状态的性能检测, 完成蓄电池组的充/放电检测与维护工作, 对电池充电过程中的蓄电能力、放电过程中的供电能力和性能进行综合评价。

1 蓄电池检测原理*

蓄电池正常情况下在充电过程中会有明显的变化规律[7]:从无电状态下开始充电, 在起初不到1h的时间内会很快达到25V的基本满足正常工作的电压, 呈虚满状态;在接下来约4h的时间里, 会缓慢上升到接近27V的正常工作的上限电压;在最后约20min的时间里, 电压急剧下降到接近电池正常工作电压下限的25V的常态工作电压, 并在后续的时间里保持这种电压状态, 蓄电池充电过程的电压变化规律如图1所示。需要注意的是, 蓄电池的充电过程受环境温度的影响很大[8], 当环境温度过高时, 充电端电压和放电容量都很低, 而且对蓄电池的寿命和电性能的影响也很大, 可能造成蓄电池不能正常工作。为此, 在蓄电池内装有温度传感器和与蓄电池正极相连的温度开关。当蓄电池温度超过53℃时, 开关自动断开, 切断充电电路。

蓄电池在连接负载放电过程中是恒功率放电和恒流放电的综合过程。因此在放电能力的检测中, 主要从电池的12A恒流放电和140W的恒功率放电两个方面, 对蓄电池的供电能力和性能进行检测。在蓄电池供电能力完好的情况下, 充满电的蓄电池在快速供电20s后仍能保持有19V的供电电压, 否则无法满足这种供电指标。

启动蓄电池检测设备后, 首先进行设备自检, 即继电器自检和设备通信自检, 如果自检不通过则弹出故障窗口, 提示相关故障信息;通过后允许进行其他3个功能, 但只能选择其一进行, 不允许同时执行。在主蓄电池子系统检测、蓄电池盒检测和蓄电池维护3个功能执行过程中, 实时进行设备自检, 如继电器状态不正确、通信错误或通信失败等, 每个故障应经过多次判断确定, 以滤除干扰错误判断。以下是除自检测以外的其他3个功能的具体工作流程, 其中未包括设备自身故障检测和非正常操作的限制。

2 蓄电池检测系统的硬件

该检测设备集成高精度多通道ADC和DAC, 可在线编程, 系统的主要功能是通过人机接口 (触摸按键、对话框、LED显示) 选择检测项目的, 设置数控电源和电子负载的参数, 用采集到的电流和电压值与设定值进行数字调节, 以控制D/A输出, 并在检测和维护过程中实时显示各种数据与图形 (蓄电池电压、电流值和充电时间) 。其中, 属于电气性能试验的有:检测交流输入、禁充检测、主充电器故障、单体不平衡故障、主蓄电池组故障、主蓄电池组温度、轮载功能、转流功能、额定电压下的电源消耗、电源变化试验、绝缘电阻和接触电阻。

根据检测参数与性能要求, 同时考虑工业现场的抗干扰能力要求, 系统采用工控机作为核心处理器。系统对各种信号的通信处理方式有:近信号模拟量采集, 采用12位较高精度PCI数据采集卡采集信号, 保证了采样信号的可靠性;充电电源选用数字电源, 负载选用数字负载, 通信均采用标准232或485通信方式, 降低了线路压降的干扰;考虑后续系统的扩展, 预置网口以适应后续形成工业以太网的模型进行多套系统扩展与功能控制。

蓄电池检测设备以工控机为核心控制器, 采集信号和发出控制信号进行系统功能控制, 检测设备内部包括A/D、D/A、I/O、通信模块、霍尔电流和电压传感器、继电器、数显表头及数控电源等。针对系统的检测高精度特征, 检测系统设有自检测设计, 检测对象为:继电器、数控电源及采样通道等。蓄电池检测设备的整体结构如图2所示。

蓄电池检测设备对供电系统的抗干扰能力要求较高, 同时考虑整体构架和连线布置, 最终确定了如图3所示的供电系统和整体布置, 考虑到电路板中电流的损耗和压降, 分别选用不同粗细的电力导线来满足电控柜的电压需求。

系统在模拟量采集过程中针对PCI数据采集卡的输入电压10V的应用限制问题, 采用精密电阻串联分压方式进行比例转换处理, 以对信号进行采集, 同时综合考虑输入电压较高精度采集和冲激信号的影响, 使用前置1V方式处理, 即有效使用范围在0~9V, 以适应电源供电断开时引起的冲激响应。电压信号变送电路如图4所示。

在蓄电池充电1h后的充电过程中, 充电电流较小, 需要专门的电路对16m A±4m A的涓流进行检测, 考虑放大器OP07最大输入电压在-12~+12V的限制, 电路中无法直接接入30V电压, 进而无法直接实现对涓流信号的差分放大检测。因此设计专门的涓流检测电路, 使用外接两个串联电阻分压检测的方式, 实现对涓流的检测, 其测量电路如图5所示, 电流转换公式为:

式中i———转换后的涓流的实际电流;

V———检测到的输出电压。

3 蓄电池检测系统的软件

系统选用Lab VIEW虚拟仪器图形化编程作为开发平台, 替代传统的测量测试仪器, 进行仿真后再集成于检测系统。开发过程中, 充分利用了Lab VIEW界面直观、使用灵活方便的有利特征。同时, 基于此开发过程中具有的仪器驱动和工具包, 以软件为中心, 利用工控机的计算、显示和连接功能, 开发蓄电池检测系统, 实现了软件就是仪器的功能。

按照蓄电池系统检测设备测试流程进行系统功能设计, 检测设备 (工控机) 实现测试、处理、控制及显示等。在功能方面, 包括测试数据记录、显示和测试控制。软件采用图形化编程语言G等混合编写而成。主界面由充电过程检测、待机过程检测和放电过程检测组成。

选择自动模式时激活自动工作区域, 区域内显示所有检测项目, 用复选方式选择需要检测的项目。点击自动检测, 启动检测流程按预定顺序执行, 界面中有中止检测按钮, 点击后硬件恢复到初始状态。每一项测试出现故障, 该项目下的其他步骤不再进行, 但是不影响其他项目的测试, 项目中的每个步骤之间如果没有特别的时间要求, 都需要延时等待才能进入下一个操作步骤。所有项目测试结束后, 弹出测试结论窗口, 并列出不合格项目的具体故障说明, 用户观察结束后按返回按钮返回到主界面。为以下项目中参数作为判断依据的测量数据进行记录, 并在结论窗口显示。

选择手动时激活手动工作区域, 区域内显示手动操作的虚拟旋钮开关及电压等调节盘, 各参数有对应的显示窗, 合格结论不判断, 由人为判断, 测试中有相关程序的保护措施, 防止误操作造成设备或被测产品的损坏。

主要区域显示参数分两个电池参数 (蓄电池组1、蓄电池组2:对应K为1, F为2) 的显示, 显示的内容有蓄电池组电压 (测量AI8、AI9) 、充电电流 (通过数控电源通信获取) 、放电电流 (通过电子负载通信获取) 、容量 (电流×时间) 、工作时间 (系统自动记录) 和工作状态 (充电或者放电) 。这些显示不允许输入, 进入维护界面, 系统就自动实时检测蓄电池组电压、充电电流和放电电流, 当进入充电或放电时, 容量、工作时间和工作状态才开始计算。其工作过程见表1, 其中, 过程a~i表示充电过程顺序, 表格第一行的项目表示采集过程的信号来源, 分别对应采集信号原理框图里面相应的编号。

工作完成或按下停止按钮后, 容量和工作时间保留数据, 直到另一个工作开始时, 清零重新计算。退出维护界面时, 同时停止蓄电池组电压、充电电流和放电电流的检测, 此时容量和工作时间清零。笔者编制的检测系统界面如图6所示。

4 检测结果分析

通过系统的硬件和软件设计与实现, 以及针对大电流蓄电池检测的测试与完善, 笔者所研制系统的整体结构如图7所示。

投运结果表明, 系统运行稳定可靠, 能够满足蓄电池的检测要求。放电过程的恒流或恒功率放电情况下, 通过不断检测电压的变化对电池的供电性能进行评价。充电过程中, 根据电压和电流的变化规律对电池的充电能力进行评价, 以判断电池是否处于正常充电。

5 结束语

基于蓄电池的检测原理, 采用嵌入式工控机结合数字电源和负载, 研制出基于Lab VIEW的蓄电池检测系统, 投运结果表明该系统实现了检测目标。基于Lab VIEW的蓄电池检测系统, 实现了程控电压源对大电流蓄电池充/放电过程的控制与检测, 可应用于蓄电池生产过程中的合格性抽样检测和电池再利用回收性能评价, 也为蓄电池物理参数的测量与性能评价提供了参考。

参考文献

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蓄电池检测系统 篇2

考虑到事先已经测试得到n个标准内阻值，因此，可以在软件上采用最小二乘拟合的办法进行数据修正。所谓最小二乘问题，就是要找出一个待定函数f(x)，使得f(x)与标准值y之差的平方和最小，即

f(x)的求解过程如下[3]：首先，假定f(x)为一个n次多项式，即

然后取出已经测试得到的n个标准内阻值，设为y1，y2，…，yn;从而式(1)可以化简为

根据微积分中的极值原理，欲使式(3)最小，必须使其对每一个系数的偏导数为0，即：

该式中有n+1个方程式，因此，可以求解出n+1个未知数。将式(3)代入式(4)并化简可得

最后将测试过程中实测得到的n个阻值x1，…，xn与n个标准内阻值y1，y2，…，yn代入式(5)，就可以确定出a0，a1，…，an共n+1个系数，从而可以得到f(x)。

3 实验结果

以蓄电池参数和交、直流电压为例给出系统测试结果。测试用标准表为ESCORT3155A;测试用蓄电池为南都公司GFM200，并将其在额定负载情况下以0.1C放电率恒流放电所得到的容量作为标准容量;测试环境温度均为18℃。蓄电池剩余容量测试结果如表1所列。

表1 蓄电池剩余容量测试结果

标准容量/A・h

监控单元实测容量/A・h

绝对误差/A・h

相对误差/%

200.0

184.9

-15.1

7.6

193.6

180.7

-12.9

6.7

176.4

188.9

+12.5

7.1

165.7

153.2

-12.5

7.5

135.2

142.8

+7.6

5.6

87.76

83.28

-4.48

5.1

由实验结果可以看出，经过最小二乘法拟和以后，测量结果基本接近离线测量结果。其精度完全可以满足《通信电源和空调集中监控系统技术要求》中的规定。

4 结语

蓄电池产品质量检测方法的探讨 篇3

关键词:蓄电池;检测方法;质量问题

中图分类号:TM912文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)18-0129-01

蓄电池制造行业在现阶段已经有了很大的发展。然而市场上的蓄电池产品良莠不齐,根据在市场和厂家的抽检结果来看,很多蓄电池产品存在容量不足、启动性差、易短路等质量问题。这些质量问题不仅影响蓄电池使用寿命,甚至会引起自燃或爆炸等危险事故。因此对蓄电池产品进行必要的产品检测十分必要。这不仅有利于提高蓄电池产品质量,还有助于提升我国蓄电池行业水平,增强其国际竞争力。目前我国蓄电池检测方法主要依据为:国标GB/T 5008.1-2005 起动用铅酸蓄电池技术条件、国标GB/T19639.1-2005 小型阀控密封式铅酸蓄电池技术条件和部标JB/T4282-2007摩托车用铅酸蓄电池。文章根据蓄电池检测实际经验,深入浅出的探讨了蓄电池产品质量检测方法。

1蓄电池检测中常见问题

①低温起动:低温起动是指蓄电池在温度较低的情况下短时间释放大电流的能力。一般来说,低温起动不合格的主要原因是蓄电池负极钝化,电化学反应速度严重降低。②电池容量:蓄电池容量是指在一定放电条件下,其能放出的所有电量。一般来说,如果放电电流不变,那么放电时间越长,容量越大。蓄电池容量大小主要取决于极板厚度、极板间距、蓄电池活性物质数量和硫酸溶液浓度。③耐温变性能:耐温变是指蓄电池外壳对外界环境温度变化的适应能力。一般来说耐温变性能主要取决于蓄电池外壳所选材料的性能。④气密性:气密性是指蓄电池单体的密闭性。如果气密性出现问题,将会泄漏电池液,减少蓄电池寿命。一般来说,蓄电池材质差或热封工艺缺陷会造成气密性不好。

2蓄电池质量检测方法分析

①外观检测:主要检查产品的标志和标识,其内容包括生产厂家、规格型号、商标、正负极。如果上述内容缺漏,这项检测即为不合格。外观检查中应特别小心所标内容与实际不符的情况。外观检查还应该考核蓄电池外壳质量。确保外壳硬度、注液孔等指标。外观检查是保证蓄电池质量的重要步骤,也是辨别蓄电池品牌的重要手段。

②低温启动检测:低温起动能力检测是将蓄电池完全充电后1~5 h内放入温度-18℃±1℃的环境中,至少持续20 h以上。蓄电池在低温室内或低温箱内取出后1 min内,以大电流放电,检测放电时间是否符合标准。标准要求使用4.5～5倍C20的电流放电,5 s时,蓄电池单体电压不得低于1.5 V.60 s时, 蓄电池单体电压不得低于1.4 V,也就是模拟实际低温起动时5s 内蓄电池的放电电流。

③蓄电池容量检测:常用容量检测方法有外观尺寸测量法、储备容量检测法、20 h和10 h率容量检测法。下面分别对这三种方法进行简单讨论。

外观尺寸测量法。将待检测蓄电池长、宽、高与标准规格尺寸对照,判断蓄电池容量等级。这种检测方法比较简易,容易让不法厂家钻空子。一般来讲,电池容量与蓄电池所装片数有关,片数越多,容量越大。而所装片数与蓄电池当量容积有关。有些非法厂家使用较大的蓄电池外壳,但是装入了较少的片数以蒙蔽用户。因此这种方法不严谨。储备容量检测法。国家标准简易,当蓄电池容量小于120 Ah时,应当优先选用储备容量检测法。在检测过程中,这种方法放电电流大、时间短、电化学极化快且储备容量值明确。一般情况须要进行三次放电试验才能确定是否合格。客观的讲,这种方法简单方便,比较严谨。20 h和10 h率容量检测法。这种检测方法耗时较长,适用于一些非标准蓄电池、摩托车蓄电池等。采用该方法检验,须要特别注意放电温度。

④耐温变性能检测:将蓄电池分别在高于65℃和低于-30℃的环境中放置24 h,然后在25±10℃的环境中放置12 h,然后进行气密性试验,如果试验合格,则说明蓄电池耐温变性能良好。

⑤气密性检测:按照标准给蓄电池每个单体充入或抽出气体,是单体与单体、单体与外界之间产生压差在3～5 s内是否变动,则可以确定气密性是否完好。

3结 语

文章在分析蓄电池常见质量问题的基础上,讨论了蓄电池检测方法。随着技术进步和经济发展,新型大容量蓄电池会不断涌现,人们对于蓄电池质量要求也会越来越高。在实践中,蓄电池质量检测人员应该不断更新观念,掌握行业最新动态,才能保证质检的品质。

参考文献:

[1] 王勇军,韩宏阁.模数转换器AD7705在蓄电池质量检

蓄电池检测系统 篇4

阀控铅酸蓄电池 (VRLA) 诞生于1970年, 之后的几十年时间里, 人们对蓄电池的工作原理, 工作性能, 维护保养等方面进行了大量的研究, 常用的方法有安时积分法[1], 开路电压法, 阻抗分析法, Peukert定律, 密度法等, 近年来人工智能算法也开始吸引了大量关注。

参考文献[2]对铅酸电池的So C预测进行了研究, 在单片机上实现了基于蓄电池电动势和内阻的电量模糊预测。参考文献[3]应用模糊神经网络对MH/NI电池进行So C预测, 建立了四层结构网络。参考文献[4]采用无味卡尔曼滤波算法对锂电池的So C进行估计, 将电池开路电压 (OCV) 作为参数。参考文献[5]给出了利用采样点卡尔曼滤波进行电池So C估计的具体步骤, 该模型用电池电压, 电流和温度作为参数。面向应用, 参考文献[6]以MSP430单片机为核心控件设计了面对一体化壳体的低功耗电容式电子测压器。

本文建立了基于神经网络的电池荷电状态的预测模型, 在模型中考虑到内阻、放电电压、温度、放电电流等多参数对蓄电池的So C进行预测, 设计并制作了硬件, 通过实验验证本文提出方法对工程应用的指导意义。

1 蓄电池荷电状态预测模型

ANFIS (Adaptive Neuro Fuzzy Inference System) 是一种自适应神经网络, 具有神经网络的学习能力, 而功能又与模糊推理系统等效。其隶属度函数参数和结论参数可以通过数据的训练来自主确定和更新, 所以ANFIS适用于特性难以掌握的复杂系统的建模[7]。ANFIS采用Takagi-Sugeno推理计算方法, 结构为一阶:

按Takagi-Sugeno通式h1=p1x+q1y+r1重写为:

自适应网络的学习规则是基于梯度下降和链式法则[8], 由于梯度方法收敛缓慢且易陷入局部最优, ANFIS采用混合学习规则加速学习进程。

电池So C取决于多个因素[8], So C可表示为:

式中Ep是电池的电动势, a、b是实验决定的系数。

根据等效电路, 当电池放电时,

其中RΩ=RΩ (θ, T) , Rd=Rd (θ, T) , Rk=Rk (θ, T) , τd=RdCd, τk=RkCk。

假设温度是常数, 从式 (5) 可以看出, 在稳定状态, I (t) =常数=I。因此:

传输状态时, 从t=0, I (t) =0和I (0) =I0得:

其中, Vbat (t) 和I (t) 为测试变量, RΩ (θ) 由实验测定, 时间常数τd和τk通过实验数据和仿真测试。Rk (θ) 和Rd (θ) 由最小二乘算法拟合曲线得到。

本文建立的ANFIS模型的输入参数确定为内阻R, 放电电压V, 温度T、放电电流I。实验测得, 放电过程中, 电池内阻变化范围为3.8 mΩ~6.3 mΩ, 即论域为[3.8, 6.3], 将其划分为m个模糊集:R1, R2, …, Rm。电压变化范围为12.5 V~10.5 V, 即论域为[12.5, 10.5], 划分为n个模糊集:U1, U2, …, Un。取温度变化范围为5℃~20℃, 划分为p个模糊集:T1, T2, …, Tp。放电电流取值范围为5 A~25 A, 划分为q个模糊集:I1, I2, …, Iq。Sugeno模糊模型采用式 (8) 所示局部线性函数形式的模糊规则。

式中c1i, c2i, …, cni和ri为多项式系数, y=c1ix1+c2ix2+…+cnixn+ri为结论隶属度函数。

建立了基于ANFIS的一个4输入、1输出的系统, 如图1所示。

第1层是输入层, 它将输入模糊化, 将4个论域分别划分为m、n、p、q个模糊集。各节点输出相应隶属度函数的值。

其中。当h=1时, i=1, 2, …, m;当h=2时, i=m+1, m+2, …, m+n;当h=3时, i=m+n+1, m+n+2, …, m+n+p;当h=4时, i=m+n+p+1, m+n+p+2, …, m+n+p+q。隶属度函数选择为钟型函数:

其中i=1, 2, 3, 4。K1=m, K2=n, K3=p, K4=q。参数a、c可变, 在训练过程中调整以改变隶属度函数的形状使系统更逼近真实值。第2层是乘积层, 通过乘法计算各规则的激励强度:

其中K1, K2, K3, K4取值分别为1~m, 1~n, 1~p, 1~q。采用复合T规范的AND乘法算子确定每条规则的激励强度。第3层中每个节点都是圆形的, 计算第i个规则的激励强度相对于所有规则激励强度的和的比值, 本层输出称为归一化激励强度:

其中对于K1, K2, K3, K4, K分别取值m, n, p, q。该层节点数为m×n×p×q。第4层是规则输出层。由式 (8) 衍生出本系统规则:

其中, 多项式中的系数cki和ri决定了模糊规则, 为结论参数。系数在训练中不断调整使模糊系统:

第5层只有一个固定节点, 求和得全局输出:

2 嵌入式系统设计

2.1 实验原理

本文建立的ANFIS模型, 需大量实验数据对网络模型进行训练、校验和验证, 实验原理为: (1) 获取不同条件下阀控式铅酸蓄电池放电数据; (2) 将获取的数据用于训练和检验模型; (3) 验证训练完成后模型的预测精度和有效性。根据验证情况对模型进行改进, 再次验证。

监测系统在嵌入式平台中实现, 实验结果及软件中各参数标定为系统软硬件设计提供参考。

2.2 硬件设计

硬件系统含测量单元和显控平台两部分, 如图2所示。前者用于测量内阻、电压、输出电流、温度, 实现简单的插值运算及与显控平台通信。测量单元基于单片机设计, 采用STC12C5A60S2。后者采用ARM Cortex-A8Samsung S5PV210。

2.3 内阻测量电路设计

本文采用交流注入法测量蓄电池内阻, 用频率为1 k Hz的交流恒流信号注入蓄电池, 获取反馈并进行调理送入ADC采样。原理框图如图3所示。

2.4 内阻测量原理

设信号发生器产生正弦信号I=Asinωt, 由于电池的阻抗Rz存在容性成分, 反馈信号与激励信号有相位差, 设差分放大器的增益为B, 则采样信号经过差分放大器后的值为:

激励信号在参考电阻Rr上产生的压降为:

经过AD630的比较器与零电平做比较, 得到方波信号展开为傅里叶级数:

经过相敏检波后, AD630输出为:

令Es=AB|Rz|则:

Uo经低通滤波器 (增益为C) 后, 输出:

由于Rz是包含容性阻抗, 因而内阻值为:

其中, Uo′为常数, 对其采样、标定即得到内阻值。

3 仿真分析及相关实验

3.1 仿真分析

建立4种ANFIS模型, 模型1用钟型函数作隶属度函数, 用genfis1产生初始FIS;模型2用高斯函数作隶属度函数, 用genfis1产生初始FIS;模型3用减法聚类法函数genfis2产生初始FIS;模型4用模糊C-均值聚类法函数genfis3产生初始FIS。目标误差0, 步长0.01, 步长增长率和下降率分别为1.1和0.9, 训练次数100。各模型原始实测数据与预测曲线及误差曲线如图4所示。

各模型的预测曲线与实际测量曲线重合度较好, 其均方根误差最大值分别为0.007 3、0.004 4、0.007 4、0.006 0。结合应用需求, 最适合用于预测蓄电池电能的是模型3。

3.2 设备实测

系统从蓄电池满电开始放电, 测量单元不断采集蓄电池的内阻、电压、电流、温度参数, 发送给显控单元, 显控单元通过ANFIS算法预测蓄电池容量。抽取间隔较大的10组数据如表1所示。

表1所获得的数据是显控单元通过RS422与测量单元通信获得的, 与实测值比较, 各参数的误差均在5%以内。本系统的最终目的是将测量单元获得的数据输入显控单元的ANFIS算法程序中预测蓄电池So C, 因此表2对预测值与实际值进行了比较。

从表2中可以看出, 预测值与实际值的误差非常小, 最大绝对误差为0.004 6, 完全能满足工程应用需求。

本文建立了ANFIS模型, 完成了相关实验和仿真训练, 设计了系统硬件和软件, 分析了实际运行效果。实验证明用减法聚类法产生的ANFIS网络最优, 节点数相对较少, 预测效果好。

参考文献

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蓄电池检测系统 篇5

分析

目前是2017年年底了，大家都在分析2018年中国新能源汽车技术发展趋势。而科技部《新能源汽车2018年重点专项申报指南》已经发布，对企业而言很有指导意义。下面是笔者学习《申报指南》后，对2018度年动力电池与电池管理系统关键技术发展趋势的分析。

一、中国新能源汽车关键技术主攻方向

《申报指南》列出2018年中国新能源汽车技术的主攻方向是：

动力电池与电池管理系统；电机驱动与电力；电子、电动汽车智能化；燃料电池动力系统；插电/增程式混合动力系统；纯电动力系统。

一共6个方向下，再细分24个研究任务。《新能源汽车2018年重点专项申报指南》就是顶层设计的具体体现。

①企业与政府规划要保持一致，企业经营活动（含技术攻关）要在政府的顶层设计下开展。

②企业2018年具体的新能源汽车研究（开发）项目必须在6个方向下、24个研究任务之中;③企业具体技术研究和开发项目，理应与中央政府计划技术攻关项目对应起来。

二、2018年动力电池与电池管理系统研究任务分为5个：

1.高安全高比能乘用车动力电池系统技术（重大共性关键技术类）

①研究内容：

针对乘用车高集成度要求，开展基于整车一体化的电池系统的机-电-热设计；开发先进可靠的电池管理系统和紧凑、高效的热管理系统；开展模块、系统的电气构型与参数匹配、耐久性和可靠性的设计与验证；基于热仿真模型、热失控和热扩散致灾、分析模型，研究电池系统火灾蔓延及消防安全措施，开展电池系统 的安全设计与防护系统的开发与验证；开展电池系统的轻量化、紧凑化技术以及制造工艺与装配技术研究，开发高安全、高比能乘用车动力电池系统；开展电池系统性能测试评价技术研究。

②考核指标：

电池系统的比能量≥210Wh/kg，循环寿命≥1200次（80%放电深度（DOD），模拟全年气温分布），全寿命周期、宽工作温度范围内荷电状态（SOC）、功率状态（SOP）和健康状态（SOH）的估计误差绝对值≤3%，单体电池之间的最大温差≤2℃，快速充电至80%以上SOC状态所需时间≤1小时，满足安全性等国标要求和宽温度使用范围要求，并符合ISO26262ASIL-C功能安全要求及行业标准要求，成本≤1.2元/Wh，年生产能力≥1万套，产品至少为2家整车企业配套，装车应用不低于3000套；提交热失控和热扩散事故致灾分析和危害评测报告；建立基于整车一体化的电池系统的设计、制造与测试规范。

③笔者解读：

乘用车动力电池系统技术主攻方向是：

i）是整车一体化的电池系统，而不是目前一些厂家积极倡导的换电模式技术；

ii）电池系统的比能量≥210Wh/kg，循环寿命≥1200次（80%放电深度（DOD），这个比能量≥210Wh/kg这个指标，说明这个电池一定指三元电池，磷酸铁锂电池在乘用车推广几乎没有可能。

iii）电池系统的成本≤1.2元/Wh，说明目前电池系统的成本基本上高于它，是后续的补贴的门槛。

2.高安全长寿命客车动力电池系统技术

①研究内容：

针对客车超高安全等级和超长质保里程的实际应用需求，开展基于模块式、分散式布局的动力电池系统总体构型、功能和机-电-热一体化设计技术研究；开发先进可靠的电池管理系统和高效热管理系统；开展动力电池系统的电气构型与参数匹配，以及耐久性和可靠性的设计与验证；基于热仿真模型、热失控和热扩散致灾分析模型，研究电池系统火灾蔓延及消防安全措施，开展电池系统的安全设计以及防护系统、监控系统的开发与验证；突破电池系统的轻量化、紧凑化技术，建立电池系统的智能化制造工艺，开发高安全、长寿命客车动力电池系统；开展电池系统性能测试评价技术的研究。

②考核指标： 电池系统的比能量≥170Wh/kg，循环寿命≥3000次（80%DOD，模拟全年气温分布），全寿命周期、宽工作温度范围内SOC、SOP和SOH估计误差绝对值≤3%，单体电池之间的最大温差≤2℃，快速充电至80%以上SOC状态所需时间≤15分钟，满足安全性等国标要求和宽温度使用范围要求，并符合ISO26262ASIL-C功能安全要求及行业标准要求，确保单体热失控后30分钟内系统无起火爆炸，成本≤1.2元/Wh，年生产能力≥3000套，产品至少为3家整车企业配套，装车应用不低于1000套；提交热失控和热扩散事故致灾分析和危害评测报告；建立电池系统设计、制造与测试的技术规范。

③笔者解读：

客车动力电池系统技术主攻方向是：

i）基于模块式、分散式布局的动力电池系统的研究，这个说明，客车动力电池系统不同于乘用车要求，一个是一体化，一个是模块式、分散式。

ii）电池系统的比能量≥170Wh/kg，循环寿命≥3000次（80%DOD，这个说明，对客车而言磷酸铁锂依然是主推对象，寿命是主要指标；

iii）单体热失控后30分钟内系统无起火爆炸，这个指标说明，安全时间不低于30分钟，是后续的主观方向。

iv）客车动力电池系统成本≤1.2元/Wh，这个指标说明，整车企业关心是系统成本，而不电池单体价格。

3.高比能锂/硫电池技术

①研究内容：

探索硫电极反应新机制，开发高比容量、长寿命的硫电极材料及适配电解液体系；研究锂枝晶的生长机制及抑制措施，开发兼具高循环库伦效率和良好循环稳定性的锂负极；开展高强度、高安全性功能隔膜的研究；掌握高负载硫电极以及锂/硫电池的设计与制备技术；开展锂/硫电池安全性改善技术的研究，开发高安全、长寿命的锂/硫动力电池，实现装车考核。

②考核指标：

单体电池比能量≥400Wh/kg，循环寿命≥500次（100%DOD），安全性达到国标要求。

③笔者解读：

i）锂/硫电池是新型电池，是要准备实现装车要求，目前上车条件不成熟。

ii）单体电池比能量≥400Wh/kg，循环寿命≥500次（100%DOD），这个指标对乘用车和客车而言，不符合其寿命要求。

4.高比能固态锂电池技术

①研究内容：

开展固态聚合物电解质、无机固体电解质的设计及制备技术的研究，开发宽电化学窗口、高室温离子电导率的固态电解质体系；研究活性颗粒与电解质、电极与电解质层的固/固界面构筑技术和稳定化技术，开发固态电极和固态电池的制备技术；开展固态电池的生产工艺及专用装备的研究，开发高安全、长寿命的固态锂电池，实现装车示范。

②考核指标：

室温下，单体电池比能量≥300Wh/kg，循环寿命≥2000次（0.3C以上倍率充放电，100%DOD），安全性达到国标要求，实现装车考核。

③笔者解读： i）锂/硫电池技术、固态锂电池技术，是下一代的要实现装车要求的电池。

ii）目前市场流行说法的新型电池，离实现装车要求会更远。

iii）其他实现过装车的老电池，无论如何改进，没有可能再推荐上车了。

5.动力电池测试与评价技术

①研究内容：

研究动力电池关键材料和单体的性能评测方法，构建“材料-电池-性能”闭环联动评价机制；研究电池在全生命周期内电性能、安全性能的演化规律，建立仿真分析技术；开展管理系统的功能评价和性能表征方法的研究，开发软硬件测试设备或装置；研究电池系统的性能评测方法及面向实际工况的可靠性、热安全和功能安全等评价方法，开展电池热失控和热扩散的致灾分析，研究动力电池安全等级分类标准；开展国内外动力电池系统的对标分析，建立动力电池权威测试评价平台和数据库。

②考核指标：

建立动力电池的全面评价体系，包括从材料到系统的电性能测试方法，单体电池在全生命周期的安全性表征方法，管理系统的功能与性能评测方法，动力电池系统面向实际工况的可靠性、热安全与功能安全等评估方法；建立具有国际先进水平的动力电池测试评价平台；在测试评价和动力电池安全等级分类方面形成10项以上标准提案；建立产品数据库，其中电池系统样本数不少于200个。

③笔者解读：

i）研究动力电池关键材料和单体的性能评测方法意义重大，这是电池厂家必须要解决参与的；

ii）整车厂家对这些动力电池关键材料和单体的性能评测方法，主要是了解而已。

三、电池系统技术关键技术发展趋势总结

①乘用车动力电池系统技术关键技术主攻方向，具体是指一体化设计为重心的高安全高比能，关键指标指标为：电池系统的比能量≥210Wh/kg，循环寿命≥1200次（80%放电深度（DOD）。

②客车动力电池系统技术关键技术主攻方向，具体是指分布式化设计为重心的高安全长寿命，关键指标指标为：电池系统的比能量≥170Wh/kg，循环寿命≥3000次（80%DOD）。

③乘用车动力电池系统、客车动力电池系统成本指标是成本≤1.2元/Wh。这个结论是补贴政策再退坡的重要依据。

④乘用车用三元电池，客车主推铁锂电池，是基本态势，客车要求快充，快充时间为：15分钟以下。

⑤高比能锂/硫电池、高比能固态锂电池是下一代电池，目前还没有强调其寿命要求，2018年上规模装车，可能性不大。

⑥电动客车安全是关键指标是：单体热失控后30分钟内系统无起火爆炸。

总结：

①关键技术发展趋势是由有时间节点指标来体现的。一些形容词，可以多次用，但是指标值才是理解和掌握关键技术的核心。

②科技部《新能源汽车2018年重点专项申报指南》是国家级的，其指标值最具有权威性，其他专家（学者）的信息，不代表顶层设计。

来源：第一电动网

蓄电池检测系统 篇6

大功率锂电池系统面临挑战

锂离子电池的性能取决于电池温度和老化程度、电池充电和放电速率、以及充电状态 (SOC)。这些因素不是相互独立的。因此，锂离子电池充电状态一般限制在 20% ～ 90% 的范围，从而能够有效地提供一个达规定容量 70% 的可用容量。

为了从一个电气系统提供大量功率，诸如需要加速一辆汽车就需要高达数百伏的电压。如：在 1V 时提供 1kW 功率需要 1000A 电流，在 100V 时提供 1kW 功率仅需要 10A 电流。系统布线和互连线中的固有电阻将转化为 IR 损耗，因此，设计师采用了可实现的最高电压/最低电流。就一个基于电池的系统而言，典型锂离子电池的满充电电压为 4.2V，很多节电池必须串联连接成一长串才能提供足够高的电压而任一节电池的故障都会使整个电池组失效，而且电池组中每增加一节电池都会进一步提高这种风险。

同时克服高压电池组的挑战和锂离子电池的细微差别是一个非常复杂的问题。锂离子电池组不能像单个电源那样充电和放电。就那些容量稍微低于其它电池容量的电池而言，经过多个充电和放电周期后，其充电状态将逐渐偏离其它电池。如果每节电池的充电状态不是周期性均等或平衡的，那么某些电池最终将进入深度放电状态，从而导致损坏，并最终形成电池组故障。

因此一个电池控制系统必须仔细监视和控制每节电池的状态。这个问题可以划分成两个独立的任务：控制任务和数据采集任务。控制任务涉及为系统中每节电池充电和放电而设计的算法和方法。这在很大程度上取决于应用，并常常涉及受到高度保护的知识产权。

数据采集任务涉及电池组接口。这种接口必须快速和准确地沿着高压电池组测量每一节电池的电压。这需要具备从一个 0V 至高于 1000V (当提升电池组电压) 的共模电压中抽取一个小幅差分电压的能力。这是一个很大的难题，需要结合一些高性能模拟器件。

具备高集成度的LTC6802电池监控芯片面试

近日凌力尔特公司开发了可克服现有挑战的IC——多节电池监控 IC LTC6802，能测量多达12 个单独的电池。该器件的专有设计使得能够把多个LTC6802 串联起来 (无需使用光耦合器或光隔离器)，以实现长串串接电池中每节电池的精准电压监视。长电池串能够实现高功率和可再充电应用，例如：电动汽车、混合动力汽车、单脚滑行车、摩托车、高尔夫球车、轮椅、小船、叉式升降机、机器人、便携式医疗设备和不间断电源 (UPS) 系统。

LTC6208 能够对每节电池的电压进行快速而准确的测量 (即使在电池组电压超过 1000V 的情况下也不例外)，最大总测量误差在-40℃～85℃的温度范围内保证小于 0.25%，而且电池组中每节电池的电压测量都可以在 13ms 之内完成。对每节电池均进行了欠压和过压条件监视，并提供了一个相关联的 MOSFET 开关，用于对过充电电池进行放电。每个 LTC6802 通过一个 1MHz 串行接口进行通信，并包括温度传感器输入、GPIO 线和一个精准的电压基准。

LTC6802 专为解决汽车和工业应用所面临的环境和可靠性难题而设计。其技术规格针对 -40℃～ 85℃的工作温度范围进行了全面拟订，并提供了诊断和故障检测功能。LTC6802 是一款采用小外形 8mm x 12mm 表面贴装型封装的器件。

论车用蓄电池的检测 篇7

关键词：汽车,蓄电池,检测

目前汽车所用蓄电池基本都是铅酸电池, 电池随着使用逐渐老化, 当容量降低到额定容量80%的时候, 电池的容量开始急剧下降, 这时可能仍能提供一定的能量, 但随时可能报废。在行业内, 通常把80%的电池容量作为铅酸蓄电池的临界点, 当电池容量下降到其额定容量80%以下的时候, 这个电池就需要更换了。判定蓄电池的使用状态对车主和维修人员来说都是一件重要事情。在维修企业最常用的判定方法就是根据经验进行主观判断, 或在车辆出现故障之后才根据需要更换蓄电池。这些方法非常不准确, 让蓄电池不能发挥剩余的能量或给车主造成措手不及的麻烦, 根据美国最大的汽车电池经销商INTERSTATE统计数据, 在退回来的所谓的坏电池中, 50%的电池实际上是好的, 这些电池经过简单维护, 就可以继续使用, 不需要更换, 因为失误的判断, 产品无谓地往返于厂家和经销商之间, 造成彼此的耗费。另一方面, 许多的汽车维修网点缺乏高效的检测手段, 未能在车主遇上问题前及时发现已经衰弱的电池, 从而丧失了潜在的销售电池的机会, 给车主也带来麻烦。

传统判定电池健康状况的方法比重指示、端电压等测试手段反映的是电池的充电情况 (SOC) , 而非健康情况 (SOJ) , 无法作为检测蓄电池是否需要更换的有效方法。而通过放电来检测电池的实际容量, 是目前判定电池健康状况的常用方法, 国际电池协会 (BCI) 规定, 在常温下以1/2的额定冷起动电流值进行放电15秒, 如果电池电压为9.6V以上, 这个电池就通过了放电实验, 是个健康的电池。

1 利用外加负载来检测的电池的要求

(1) 测试的电池必须满充, 电压在12.4V以上。如果电池已经部分放电, 必然导致测量的结果电压值偏低, 从而造成误判。

(2) 由于测试过程是放电过程, 被检测电池在检测后, 须重新充电才能再次测量, 测试过程发出大量的热, 无法连续测试多个的电池或重复测量。

(3) 要求检测人员有较高的经验, 在短时间内读出电池的电压值, 检测人员的水平和责任心都会对结论产生影响。

如果在检测中使用蓄电池容量检测仪, 则能够从根本上避免这些问题。蓄电池随着使用时间的增长会逐渐发生老化, 主要原因是电池极表面老化, 老化的主要原因正是电池极板表面发生硫化、腐蚀, 活性材料脱落, 无法进行有效的化学反应, 这样就使得绝大部分电池无法继续使用。国际电气和电子工程师协会 (IEEE) 把电导测试法作为检测铅酸蓄电池的检测标准之一, 在IEEE标准1118-1996中:“电池电导的测量是将已知频率和振幅的交流信号加到电池的两端, 然后测量产生的交流电流。交流电导值就是与交流电压同相的交流电流信号与交流电压的比值。”工作原理就是把实际电导值与电池完好时的标准电导值进行比较, 反应极板表面的情况, 判定其化学反应能力, 并通过极板电导的变化来推断电池容量的变化, 从而判定电池的健康状况。如果差异大到一定程度, 就可以判定该电池需要更换了。实践证明, 用电导仪测试的结果与用1/2的CCA值放电的测试结果吻合, 充分说明了电导式蓄电池检测仪的准确性、科学性, 近几年国际业界基本都采取电导法正是基于这样的标准, 也是未来蓄电池检测仪发展的趋势。蓄电池容量检测仪可以根据维修人员设定的参数, 对蓄电池的使用寿命进行检测, 并给维修人员提供直观的数据, 从而对蓄电池进行客观准确的检测。

2 使用蓄电池容量检测仪的步骤

2.1 连接

首先要遵循蓄电池安全使用规则, 对检测仪和蓄电池进行连接, 红夹接蓄电池正极, 黑夹接蓄电池负极。晃动夹具, 使其能与蓄电池接线柱最大限度地接触。连接过程中需要注意:

在检测前, 关掉所有与之相连的用充电器和电元件。这些连接虽不会影响检测的进程, 但会影响充电效果和检测结果的准确性。

2.2 检测设置

检测要求在检测前向检测仪输入蓄电池相关信息。当把检测仪与蓄电池连接后, 检测仪会提醒输入相关信息。

蓄电池参考等级分类值, 是制造商在制造时就已经确定的。这个值一般都标示在蓄电池上, 如“EN300A”或“530CCA”都是根据等级分类标准对蓄电池分类的。检测仪通过对比参考值和检测值判断蓄电池损耗了多少能量。如果错误输入参考值或选择了错误的分类标准, 其使用寿命的检测结果将会不正确。

2.3 检测

完成检测设置后, 系统自动进入初始测试页面, “SoC”标志会出现在屏幕的左上方。

输入键在警铃/提示屏幕上闪动, 按住输入键, 开始进行蓄电池寿命检测, 并转换到蓄电池寿命测试页面, 我们就可以针对各检测项目结果进行分析判断。

智能蓄电池放电检测装置 篇8

1 系统方案设计

系统通过差分放大电路及V/f转换电路将蓄电池放电电流信号转变为频率信号,利用C8051F单片机计数器对放电脉冲进行计数,通过一定时间的计数可计算出放电电量。放电电量数据可通过RS232接口上传到上位机,并可输出0-4V的电压模拟信号供智能设备采集处理。

如图1所示,系统包括放大电路、V/f转换电路、串行接口电路、模拟量输出电路和单片机外围电路五部分。其中放大电路可将分流器输出的微弱信号进行放大,V/f变换电路将放大电路输出的电压信号转换为频率信号,串行接口电路主要用于扩展与上位机通信的RS-232串行接口,模拟量输出电路将单片机输出的0-2mA微弱电流信号转换为0-4V的标准信号。

2 硬件电路设计

2.1 放大电路

分流器输出0-75mV的电压信号,由于信号较微弱,因此需要放大电路对其进行放大。设计中采用三片精密运算放大器OP27将组成测量放大器电路,可将信号放大至0-5V。OP27在低电平信号的低噪声、高精度放大中具有良好的性能,主要应用与稳定的积分器、精密的求和放大器、精密电压门限检测器、比较器等电路。本设计放大电路如图2所示。

2.2 V/f转换电路

在对速度要求不高的模拟信号进行采集和处理时,一般采用AD574或者ADC0809等芯片组成的A/D转换电路来实现,而上述芯片价格较贵且线路复杂,提高了产品价格和开发费用。本设计从实际应用出发,采用一种应用V/f转换器LM331芯片组成的A/D转换电路。LM331芯片能够把电压信号转换为频率信号,具有良好的精度、线性和积分输入特性,并可以抑制串模干扰,且容易通过光电耦合实现被测信号与单片机的电气隔离。本设计所测电量利用电流对时间的积分,用先采集模拟量再求积分的方法可简化计数过程,从而简化了软件设计。

如图3所示,当输入端(7脚)输入正电压时,LM331片内的输入比较器输出高电平,内部R-S触发器置位,输出高电平,输出驱动管导通,输出端则为逻辑低电平,同时电源Vcc也通过电阻对电容充电。当电容两端充电电压大于2/3Vcc时,内部定时比较器输出高电平,使R-S触发器复位。同时,芯片内部的复零晶体管导通,电容通过复零晶体管快速放电;电子开关使电容对电阻放电,当电容放电电压等于输入电压时,输入比较器此时输出高电平,使R-S触发器置位。如此反复循环,构成自激振荡。输入电压和输出频率的关系式为:

从式中可知,芯片外围电路中R2、R3、R4和C2值的选取直接影响转换频率。接在芯片7脚的电阻和电容组成低通滤波器,目的是抗干扰,提高转换精度。

2.3 串行接口电路及模拟量输出电路

设计采用SP3223将C8051F3V的工作电压转换为RS-232标准电平,以便单片机与上位机通信。SP3223是一款RS-232双驱动器/双接收器芯片,可将单+3V-+5.5V电源转换成±5.5V的RS-232标准电平。如图4所示,单片机P0.4、P0.5分别接TTL/CMOS输入端和TTL/CMOS输出端,RS-232输出端(17引脚)和RS-232输入端(16引脚)分别接DB9串口的2脚和3脚。图中接有电容的电路部分为片内电荷泵的典型使用方法。

设计中的模拟量输出接口电路采用C8051F内部的电流方式转换器,从单片机的P1.0口输出1mA的电流,,然后通过基准电阻转换为0-2V电压信号,进行放大后得到0-4V的标准信号。

3 软件设计思路

设计中通过V/f转换将放电电流与计数频率的比例关系,将两个物理量同时积分,即可求出放电容量和脉冲数的比值。因此,只要求出放电量,就可以得到脉冲数值。设计采用C8051F的定时器T0,工作在方式1。主程序流程图如图5所示。

程序重点是针对C8051F定时器的使用编程,初始化程序及定时器程序如下:

4 结论

设计的蓄电池放电检测装置电路简单,采用C8051F单片机片内D/A转换器输出模拟电信号,将放电测量转为单片机的脉冲计数,简化了软硬件设计。经测试,该装置蓄电池容量检测可精确到0.1Ah,精度高、造价低、工作性能稳定,在目前同类蓄电池放电检测产品中具有一定竞争力。

参考文献

[1]王秋爽,曾昭龙.单片机开发基础与经典设计实例[M].北京:机械出版社,2008.

[2]赵亮,侯国锐.单片机C语编程与实例[M].北京:人民邮电出版社,2003.

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[4]Blood P J,Sotirpooulos S.An electrochemical technique for state of charge(soc)probing of positive lead-acid battery plates[J].J.Power Sources,2002,110:96-106.

[5]蔡子亮,马俊朋.一种新型电力系统蓄电池放电装置的设计[J].继电器,2007,35(14):38-41.

车用蓄电池的使用维护与检测 篇9

1 蓄电池的正确使用与维护

1.1 新蓄电池要进行适应性锻炼

所谓适应性锻炼就是按规范进行初充电。蓄电池是否进行初充电直接影响蓄电池的容量和使用寿命。通常, 初充电按恒流充电法分阶段进行, 其特点是充电电流小、充电时间长、充电质量高。

第一阶段用1/15额定容量的小电流充电25~35 h, 至电解液产生气泡“沸腾”时, 测量单格端电压达2.4 V时为止;第二阶段, 充电电流减半, 再充电20~30 h, 使电液剧烈“沸腾”, 测量单格电压达2.7 V时断电, 随后端电压下降至2.4 V并维持2~3 h不变。充足电后, 再以1/20的额定容量的电流放电20 h, 测量蓄电池单格电压应为1.7 V;电解液密度由1.27 g/m3下降到1.11 g/m3。如所测电压值≥1.7 V, 说明蓄电池技术状态良好, 相反则说明蓄电池质量差。经过充放电锻炼后, 实际容量已达额定容量的90%以上时, 便可投入负荷运行。

1.2 使用中尽量减少大电流放电

车用蓄电池的主要功能是大电流放电, 但是驾驶员必须尽量减少大电流放电。这是因为放电电流大时, 电化学反应作用于极板表面, 电解液还来不及渗入极板内部, 就已经被表面生成的硫酸铅堵塞, 造成极板内部的大量活性物质不能参加化学反应, 从而使得蓄电池实际容量迅速下降。放电电流越大, 则端电压下降越快, 很容易出现终止电压后的过放电, 使极板上活性物质脱落, 蓄电池过早损坏。因此, 在汽车启动时, 驾驶员必须严格掌握启动时间, 每次启动时间不得超过5 s, 2次启动间隔时间应大于15 s (冬季寒冷时应大于60 s) , 给蓄电池“喘息”的机会。如果连续3次启动不着时不要再启动, 应先查明原因排除故障后再启动, 防止长时间大电流过放电, 缩短蓄电池使用寿命。蓄电池的放电程度冬季不得超过25%, 夏季不得超过50%。

1.3 蓄电池要定期进行补充充电

蓄电池放电后应及时补充充电, 这样有利于蓄电池的正常使用并且能延长其使用寿命。汽车上的发电机起到了及时补充充电的作用。但车上的这种充电方式, 充电电流与发电机和蓄电池之间的电位差成正比, 开始充电时发电机端电压高于蓄电池电动势较多, 充电电流较大, 随着蓄电池电动势的上升, 充电电流逐渐减小, 当两电源的电压趋于一致时, 充电电流趋于零。由于充电过程电流不稳定, 充电质量差, 加上车辆运行中蓄电池放电随机发生, 充电电流变化频繁, 使蓄电池难以充足。蓄电池长期亏电, 会造成极板硫化, 容量下降, 直接影响其使用寿命。因此在用蓄电池每两个月要进行一次补充充电, 补充充电采用恒流充电方法, 电流大小可调节, 充电质量高, 能使蓄电池处于完全充足电的状态, 可以延长其使用寿命。

1.4 冬季使用蓄电池要注意保温

冬季气候寒冷, 电解液温度降低, 蓄电池输出容量减少。这是因为电解液温度降低时, 粘度增加, 渗透能力减弱;同时电解液电阻增大, 内部电压将增大, 端电压随之降低, 蓄电池容量减少。实验表明, 电解液温度每下降1℃, 容量约下降1%。因此冬季应注意蓄电池的保暖工作。 (1) 蓄电池的容器最好做成双层, 夹层填入保暖材料; (2) 夜晚停车时尽量停在车库内; (3) 冬季冷车启动时, 发动机要预热, 以减轻蓄电池启动负荷, 降低输出电流; (4) 蓄电池要尽量保持充足电的状态, 以防放电过度, 电解液密度下降而结冰, 导致壳体破裂、极板变形、活性物质脱落等。电解液密度应在不结冰的前提下适当降低, 有利于提高蓄电池容量。

1.5 电解液相对密度应合适

电解液是用纯净稀硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成的溶液, 俗称电水。电解液的相对密度是否合适对蓄电池的使用性能和寿命影响很大, 为了提高蓄电池的容量和降低电解液的冰点, 电解液的相对密度可适当大一些。但相对密度过大, 会使流动性变差, 反而会降低蓄电池的容量, 而且还会加速极板硫化、隔板损坏、引起正负极板短路、缩短蓄电池的使用寿命。因此, 电解液配制密度还必须依据不同使用地区的气候条件而定。

1.6 要经常检查加液孔盖

加液孔盖要拧紧, 以免行车时因震动而使电解液溢出, 从而造成自放电的不良后果。盖上的通气孔必须畅通, 否则蓄电池在充电过程中, 会因内部气压升高而导致壳体破裂。

1.7 蓄电池要正确安装

蓄电池固定, 要求稳固、缓冲击。接线前要弄清正、负极, 确保负极搭铁。因为配用硅整流发电机的车辆, 蓄电池必须负极搭铁, 绝对不能接错, 否则会产生短路电流烧坏发电机的整流器。接线前, 应关闭所有电器开关, 清洁接线柱和夹头;先接好正极线, 再接搭铁线 (负极) 。牢固连接后涂上润滑脂, 以防氧化生锈, 亦便于以后拆卸。如接头小、夹头大, 可套上半圈铜皮衬垫夹紧。注意衬垫不能整圈套, 否则容易氧化腐蚀而接触不良。

2 车用蓄电池的技术性能检测

蓄电池技术性能检测的目的, 是为了了解其存电量及内在故障, 以便有针对性地采取维护措施。普通蓄电池的检测方法已不适用于新型蓄电池, 但新型蓄电池的检测方法照样适用于普通蓄电池。

2.1 开路电压检测

如果蓄电池刚充过电或车辆刚行驶过, 应接通前照灯30 s, 消除“表面充电”现象。然后切断所有负载, 用数字式万用表测量蓄电池开路电压, 若标称电压12 V的蓄电池测得电压小于12 V, 说明蓄电池过量放电;电压在12.2~12.5 V之间, 说明部分放电;高于12.5 V, 说明蓄电池存电充足。

2.2 相对密度测试

蓄电池充放电的过程是可逆的。充、放电过程中蓄电池内部物质的变化是逐渐形成的。实验表明蓄电池电解液相对密度每下降0.04其容量约下降25%。因此可以通过测量电解液相对密度来了解蓄电池的放电程度。干荷式、少维护蓄电池均设有测量相对密度的加液口, 可用吸式密度计测得电解液相对密度。在测量相对密度的同时, 还要测量电解液的温度, 然后将测得的相对密度换算成20℃时的相对密度。这是因为温度变化时, 电解液的密度也随着发生变化, 温度每升高1℃, 相对密度减少0.000 75, 实测密度应按下列公式换算:

式中, ρt为实测电解液密度 (g/cm3) ;t为实测电解液温度 (℃) ;β为密度温度系数 (β=0.000 75 g/ (cm3·℃) , 即温度每升高1℃, 密度降低0.000 75 g/cm3) 。

测量后, 若各电池槽内的电解液密度的偏差不超过0.02 g/cm3为正常。若密度偏差超过0.05 g/cm3, 说明蓄电池有故障, 应对其进行修复或更新。

免维护蓄电池在盖上设有一个孔形密度计, 其内部装有一颗能反光的绿色小球, 随其浮升的高度变化, 从玻璃观察孔中可以看到代表不同状态的颜色。若呈绿色时, 说明蓄电池电量充足;呈现“暗”区时, 说明蓄电池需要进行充电;呈现“亮”区时, 则说明电解液密度过低, 蓄电池已经报废需要更换。

2.3 负荷测试

铅蓄电池性能的最佳测试方法是负荷测试。

(1) 用高率放电计测试。单格式高率放电计, 只能测取单格电池电压。而新型蓄电池联条均为穿壁跨接式, 用单格式放电计已无法测取高率放电端电压。12 V整体式高率放电计可测试新型蓄电池。测试时, 用力将放电计触针刺入正负极, 保持15 s, 若蓄电池能保持在9.6 V以上, 说明该电池性能良好, 但存电不足;若稳定在10.6~11.6 V之间, 说明电池存电足;若迅速下降, 则说明蓄电池已损坏。

(2) 就车启动测试。如果没有高率放电计, 在启动系正常情况下, 可用启动机作为试验负荷, 步骤如下:1) 拔下分电器中央高压线, 并将线头搭铁 (实际上将各缸断火) ;2) 将数字式电压表接于蓄电池正、负极上;3) 接通启动机历时约10 s, 迅速读取电压表读数, 对12 V电池而言, 电压表读数应不低于9.6 V。

2.4 单格电池液面高度检测

当电解液液面因蒸发而降低时, 应及时补充蒸馏水, 使液面高于极板10~15 mm。电解液液面低于极板, 使部分极板组裸露在空气中, 引起裸露部分极板硫化, 降低了蓄电池容量。

3 结语

汽车蓄电池的使用与维护, 一直被许多汽车驾驶员所忽视, 这是一个很大的误区。现代电控汽车上, 蓄电池性能的好坏直接影响汽车的运行质量。蓄电池的正确使用与合理维护, 不但能延长其使用寿命, 节约运行成本, 而且能使汽车启动、运行正常。笔者撰写此文, 旨在传播此信息, 通过理论和实践方面的论述来说明问题, 以引起广大驾驶员的重视。

参考文献

[1]上海市教委职教办, 等.汽车电器设备.上海科技出版社, 1995

[2]于明进, 于光明, 等.汽车电器设备构造与维修.高等教育出版社, 2005

节能型蓄电池放电检测装置 篇10

单相节能型蓄电池放电检测装置主要包括DC/DC直流电流控制器、高频隔离变压器、DC/AC有源逆变器和DSP控制电路等。DSP的控制电路发出PWM信号, 将蓄电池放出的电流经高频隔离变压器进行DC/AC变换, 然后并入交流电网, 在控制蓄电池按要求放电的同时实现电能的回收再利用。

装置的原理为蓄电池电压Ed经DC/DC直流电流控制器后, 输送给DC/AC有源逆变器, DC/DC直流电流控制器为升压电路, 将蓄电池电压变换成DC/AC有源逆变电路前级所需要的直流电压, 逆变器的后级输出电压则并入电网, 它的幅值和相位由硬件和DSP组成的控制系统来完成[1]。另外, 主电路中加入了一些必要的保护措施。例如电感和电阻用于抑制直流输入合闸浪涌电流;电感和电容用于滤去PWM逆变电路产生的高频开关噪声[2]。

二、装置控制电路设计

3.1 D S P控制电路。本装置运用了T I公司的TMS320F28335处理芯片作为核心控制CPU, 利用DSP高速运算速度的特性, 满足了节能型蓄电池放电检测装置稳定、高效运行的要求。同时也具有放电性能好、对电网谐波污染小、使用安全、便捷等优点。

3.2DC/DC直流控制器。DC/DC直流控制器包括开关器件IGBT组成的全桥逆变电路、高频隔离变压器和整流二极管组成的全桥整流电路。DC/DC直流控制器采用全桥移相软开关技术, 开关器件IGBT组成的全桥逆变电路首先将直流电压逆变成高频交流电压, 通过高频变压器隔离后, 再由D1~D4组成的全桥整流电路变换成直流电压。

3.3DC/AC有源逆变器。DC/AC有源逆变器采用全桥拓扑, 调制方式为单极性调制。装置向电网输送能量时, 不仅要保证流入电网的电流为正弦波, 还要保证流入电网的电压相位一致和幅值稳定。在DC/AC有源逆变器中, 电压控制采用PI控制。原理为;互感器采集到的实际电压与给定的电压比较后, 把比较值经PI控制器送给DSP控制器。

3.4IGBT驱动电路设计。该装置中的开关器件均为IGBT, IGBT的驱动和保护也是装置本身需要研究的重要内容。本装置中采用HCPL316J来驱动IGBT, HCPL316J带有过流检测电路, 通过内部电路来监测IGBT的集电极电压, 一旦发生短路则关断IGBT进行保护。驱动电路中比较重要的一点是门极开通 () 电阻和门极关断电阻 () , 该电阻阻值越大, 开关损耗和驱动脉冲上升下降时间就会减少, 电阻阻值越小, 开关损耗和脉冲上升下降时间就会增加。它的大小可通过公式1来计算。

(1) 其中RG是门极电阻;正偏压电源电压;是负偏压电源电压;IG是门级驱动电路输出的峰值电流[3]。

三、结论

节能型蓄电池放电检测装置是针对直流电源蓄电池放电而设计制造的高新技术产品。它采用先进的电力电子技术, 利用有源逆变的方法将蓄电池放出的直流电能变换为交流回馈到电网, 放电过程智能控制, 具有使用安全、便捷, 自动化程度高, 高效节能等特点。

摘要：本文介绍了一种新型的单相节能型蓄电池放电检测装置, 并对其控制电路和控制方法进行了研究。电路具有IGBT过流、过热、直流过压、输出交流过压、输出交流欠压、输出交流过流等多种保护类型。结果表明, 该装置放电性能良好、对电网谐波污染小, 具有很高的使用价值。

关键词：能量回馈,蓄电池放电,PWM波,谐波

参考文献

[1]王兆安, 黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社, 2000.

蓄电池检测系统 篇11

【关键词】单片机技术;电池检测系统;锂电子蓄电池

引言

在蓄电池组维护中，人们越来越重视其对单体电池的温度监测。因为当蓄电池内部发生点解液或者过充电等异常变化，极有可能造成电池的温度过高，出现电池损坏等现象。同时，如果没有及时发现的话，只要电网出现停电现象，蓄电池便难以达到预期的供电效果。值得注意的是，在所有的环境因素中，对电池充电性能影响最大的就是温度。基于此，对基于单片机技术的电池检测系统的设计与实现进行研究与探讨，具有非常重大的意义。

1.单片机电池检测系统的软件设计与实现

1.1 数字滤波程序的设计

在设计与实现单片机技术的电池检测系统中，设计数字滤波程序的目的就是要将程序的抗干扰性与高精度性彰显出来，让其能够有效的提升检测的效率。根据干扰信号的频率特征，系统程序会对系统的同频带予以确定，并在分析数学模型时将其融入进来，从而将滤波程序的线性离散方程制定出来[1]。按照方程的计算结果，可以对程序监控的效果进行明确，同时也能够更加真实地将检测到的温度变化规律检测出来。

1.2 键盘模块的设计

在检测的过程中，单片机可以通过中断式的扫描形式，采集好键盘输入的信号。因此，在输入信息数据时，技术人员必须要对数据信息的真实性与完整性予以保障，让其能够将电池温度变化的情况明确体现出来。直接的控制系统就是中断信号，只要按下了键盘，那么一个低电平信号便会从单片机的外部中断信号中产生出来，而后技术人员需要按照低电平信号的类型对检测系统的电量与电压进行判断，从而让单片机能够进入中断的服务程序中。这样，检测系统的工作效率便能更准确的掌握到。

1.3 温度采集模块的设计

在设计温度采集模块的过程中，需要通过数据模拟量的范围对温度变化的区间予以确定。设计温度采集模块时，要对电量转换与显示的需求予以满足，所以，技术人员可以按照实际的检测系统形式将数字量转换的空间与环境设置出来，让其能够对单片机控制的要求予以满足[2]。此外，单片机技术的控制形式会对温度采集的数据造成一定的影响，因此，要想对数据信息的准确性进行提升，并顺利通过温度的采集，就需要对中断方式进行利用，将A/D的转换形式实现出来，从而使单片机能够对数据进行处理与储存。

1.4 温度显示模块的设计

在设计温度显示模块软件的过程中，要让其与LED控制系统进行有效的结合，可以利用软件程序的功能，采集与处理好数据信息，并让LED灯显示出相应的温度变化内容。通过这一技术控制，温度变化的情况就能够快速、真实的显示出来，并将程序高效的工作效率体现出来。通过单片机技术，可以有效的对温度控制能力进行提升，让其能够在LED灯上将具体的变化过程显示出来。在设计温度显示模块过程中，技术人员一定要对显示的内容时刻掌握好，以便更好的对电池检测系统的电量转换形式进行分析。

2.单片机电池检测系统的硬件设计与实现

2.1 温度控制电路的设计

将单片机技术的电池温度检测目标作为依据，在进行工业生产时，可以利用温度控制电路的设计与实现，对检测电路的运行情况进行及时的检测，以便更好地对温度变化的规律进行掌握。对电路进行设计时，需要利用单片集成两端的温度传感器对温度的变化进行检测。在这一过程中中，一定要将水温与驱动电压控制好，温度在0-100度范围之内，驱动电压则在4-30伏范围之内，转换电量的形式则为电压型[3]。设计这一温度电路时，技术人员一定要对电量与电压进行严格地控制，这样不仅可以对电路的顺利运行予以保障，还可以对温度控制的能力进行有效提升。

2.2 电量检测的设计

只要单片机检测到一个电池的电量，技术人员一定要利用检测锂电子蓄电池的充放电回路的电流，对电池组的端电压予以明确[4]。在锂离子蓄电池组的充放电回路中，放置一个较小阻值的电阻，可以对电阻的阻值予以保障，且对电池组的端电压不会产生任何影响。电池组在充电的时候，电压值是负;相反，电池组在放电的时候，电压值则为正。然后再将这个电压设置为电路输入的电压。利用这种电量检测的方式，可以对电池组的实际运行情况以及两端的电压更为准确的进行实时了解。相关技术人员也能够按照检测出来的结果，将系统优化的方案有效的制定出来。

2.3 温度报警电路的设计

从多路温度控制系统的运行情况来看，在设计温度报警电路时，负责运行与操作控制的应该是单片机的中央处理器，控制器与报警系统的运算器是其主要内容。设计这种温度报警系统，能够对系统检测的需求予以满足。及时发现系统电流与电压的变化规律是设计温度报警系统的主要功能，当系统的安全受到电流与电压含量影响时，需立刻发出警报，让相关技术人员能够对存在安全故障的系统进行及时的了解，从而停止运行电池检测系统，有效的规避了系统硬件设施的破坏。

2.4 电量的转换设计

对电量進行转换时，有必要组成一个运算电路，并对电路两端的输入电压予以保障。这样做可以起到两个有效作用，一个是对系统的电压值进行稳定，另一个是对电阻上的电压进行降低。通过这种双重控制的形式，电池组的实际温度便能更加真实地反映出来。此外，电量在进行转换时，涉及到的输入电压比较大，因此，相关技术人员应该对电压的流量进行较为合理的控制，尽可能地对系统的正常运行予以保障。结束运算之后，有必要在单片机上直接连接A/D转换器，通过转化器的接口达到控制电压的目的。此外，A/D转换器也有必要对输入的电压模式进行转换，将其转换成模拟的数字电压量。转换完成之后，模拟信号量便会通过LED灯的作用，将其显示出来。转换完成之后，电量也成功地进行了转换，自然便能得到可靠、真实的数据。相关技术人员可以按照显示出来的数据内容，对系统的工作方式进行适当的调整。

3.结语

综上所述，随着科学技术的不断发展与进步，不断发展与创新的单片机技术让电池检测系统的设计与实现变为了可能。而且，通过单片机技术，锂离子蓄电池在进行充放电时，测得的性能比较稳定，温精度也比较高，可以尽可能的提高锂离子蓄电池的寿命。因此，对基于单片机技术的电池检测系统设计与实现进行研究与探讨具有非常重大的意义。

参考文献

[1]王志祥，何志敏，周明.气体浓度传感器用于固定床内示踪剂浓度检测的研究[J].仪表技术与传感器，2012，02（04）：133-134.

[2]张永枫，陈海松.基于MSP430单片机的视觉检测系统运动平台的设计[J].微计算机信息，2009，18（20）：125-126.

[3]刘国聪，刘素琴，董辉.锂离子电池正极材料 Li3V2-2x/3Mnx（PO4）3 的溶胶凝胶法合成和电化学性能[J].无机材料学报，2012，09（10）：107-108.

[4]吴楠.基于P89C51RD2FN单片机的CAN总线蓄电池管理系统[J].黑龙江科技信息，2010，09（11）：121-122.

蓄电池温度测量与控制系统 篇12

鉴于蓄电池的温度灵敏性及系统成本的考虑, 设计的温度测量范围是-30℃-70℃。精确度设计要求为+-1℃, 整个量程范围内的线性误差小于±1℃, 响应时间小于1s, 能对历史温度数据进行存储, 能控制一定的功率负载。系统框架及流程如图1所示:

2 测量元件选择

AD590是单片集成的温度电流源传感器, 其温度测量范围-55℃~+150℃, 测量精度±0.5℃, 整个量程范围内的线性误差小于±0.3℃, 响应时间仅20us, 功耗约2m W。

AD590等效于一个高阻抗的恒流源。在工作电压为+4~+30V、测温范围是-55~+150℃范围之内, 对应于热力学温度T每变化1K, 就输出1u A的电流。在298.2K (对应于25.2℃) 时输出电流恰好等于298.2u A。其输出电流I与热力学温度T (K) 严格成正比。

AD590两端的电压在+4V和+30V之间时, 即使电压有变化, 输出的电流信号也没有影响或影响很小。当电压波动达到4-6V时, AD590的输出电流变化仅为1u A, 所以AD590具有消除电源波动的特性。对电源没有特别要求。AD590是一种集成温度传感器, 实质上是一种半导体集成电路, 它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测。

3 电路设计

本设计选择使用ARM7自带的A/D转换口。ARM7有8个10位A/D转换口。测量电压为0-3.3V.本次温度测量范围-30℃-+70℃。为了提高分辨率, 要求-30℃时输出为0V, 70℃时3V.理论分辨率为:100℃/1024约为0.1℃基本满足要求。

标准电路主要是将AD590的电流信号经过电阻转换为电压后放大, 之后通过同相减法电路将电压变换到指定的值。但是这个电路存在问题, 2V电源的波动十分影响精度。并没有对这个电源进行处理。V02=V01-2V.电压波动0.1V, 相当于采样温度偏差100*0.01/3=3V.

改良电路如图2:

如图2所示:V0=R2*It, I=I0+It.

在-30℃时I= (273-30) μA.为了使此时It=0, 则I0=It=243μA (小于典型值750μA, 满足需求) 所以R1=10V/243μA为41.15kΩ。当70℃时, V0应为3V左右。所以R2=3V/100μA约为30KΩ。经过简单计算, 取R1取41.2kΩ, R2取30KΩ时, 测温电路的取值范围为-30.28℃-69.72℃。

假想负载为12k W左右的三相电机或者空调, 其额定电流在22A。按照2.5倍的开断电流选择, 需要55A左右的开关。ARM的IO引脚输出电流正常值都在4m A左右, 但是我们要控制的却是55A的大电流。初步思路为, 第一级通过三级管开断继电器, 再由继电器控制接触器, 最终达到小电流控制大负载的目的。具体电路图如图3:

4 总结

本系统结构清晰, 简单;在满足实际需求的情况下, 采用了成熟可靠, 价格低廉的产品。可移植性高, 有较强的实用性。开发周期短, 预计熟练的技术人员在一个月之内就可以开发出成品。如果需要提高可靠度, 可以采用冗余结构, 即采用多套系统相互独立。

参考文献