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蓄电池测试
关于蓄电池模块测试的基本理论
蓄电池监控单元的整体实现方案:
几种常用的剩余电量预测方法
目前预测蓄电池剩余电量的方案最有代表性的有如下几种:
(1)密度法:蓄电池剩余电量和其内部电解液密度密切相关,电解液密度由硫酸铅、氧化铅和铅三者决定。通过测量电解液的密度值,即可间接推算其剩余电量。但在电池使用后期,随着正负极板的腐蚀、断筋,上述三种物质的比例跟电池制造时的配制比例发生较大差异,从而导致用密度值推算剩余电量不再准确。同时由于目前的通信电源系统中大多采用的是阀控式铅酸蓄电池,这一方法难以应用。
(2)开路电压法:上面已提到,蓄电池的荷电程度跟蓄电池电解液密度密切相关,而 。因此,通过测量蓄电池的开路电压,就可以推算出蓄电池的剩余电量。其缺点在于随着电池老化、剩余电量下降时,开路电压变化不明显,因此也就无法准确预测剩余电量。另外开路电压是电池无载时的稳态电压,因此只能在电池静置时方可测量,不适合实时在线测量。
(3)定时放电法:通过对蓄电池施加一负载,计算单位时间内的电池端电压变化率,根据变化率的大小推算剩余电量,变化量小意味着剩余电量大,否则反之。为了实现在线测量,缩短测量时间,需要对蓄电池大电流放电,而大电流放电对蓄电池将会产生严重损伤,严重影响电池的使
用寿命。
(4)内阻法:研究表明,电池的内阻与荷电程度之间有较高的相关性,美国GNB公司曾对容量由200~,电池组电压由18~360V的近五百个VRLA电池进行了测试,实验结果表明,内阻与电池容量的相关性非常好,相关系数可以达到88%。因此,通过测量电池内阻可较准确地预测其剩余电量。蓄电池完全充电(充满)和完全放电(放完)时,其内阻相差2~4倍左右。随着电池充电过程的进行,内阻逐步减小;随着放电过程的进行,内阻逐步增大。另外,随着电池老化,其内阻也逐渐增大,其剩余电量也随之下降。蓄电池内阻与剩余电量的关系曲线如图2所示。
图2 蓄电池内阻与剩余电量的关系曲线
由于蓄电池完全充电和完全放电时内阻变化率比电池端电压变化率(端电压变化率约为30%~40%)要大得多,故用测量蓄电池内阻来预测其剩余电量,要比开路电压法精确得多。内阻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。
通过以上几种测量方法的介绍及比较,不难看出内阻法最适合于密封蓄电池剩余电量的在线测量,因此,本系统采用了内阻法测量剩余容量。
内阻法预测剩余电量的实施方案
内阻法预测剩余电量的具体实施方法是:首先将蓄电池充满电(以2V蓄电池为例,,浮冲电流至10mA),,记录下放电过程中内阻与电量的大小。当蓄电池放电完毕后(
)即可获得完整的放电曲线,即剩余电量与蓄电池内阻之间的关系。将此曲线存入EPROM中,在以后测试同型号同规格的电池时,单片机根据在线测到的电池内阻值,通过查表计算,得出其剩余电量值。因此,此种方法的关键在于如何在线测得蓄电池的内阻,其测量原理如下:在蓄电池两端施加一恒定的交流音频电流源Is,然后检测电池端电压Vo以及Is和Vo两者之间的夹角θ。显然三者之间的关系为
,以及