某型火炮蓄電池檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　摘要：本文根據(jù)部隊(duì)對(duì)裝備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)的具體需求，研制了能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)蓄電池性能的儀器設(shè)備。該檢測(cè)裝置采用四端子交流注入法，基于鎖相放大技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了蓄電池電壓、電阻的高精度測(cè)量;故障的實(shí)時(shí)報(bào)警;電池容量的自動(dòng)估算等功能。檢測(cè)裝置能夠通過(guò)RS232接口與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信，并通過(guò)分析管理軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和圖形化顯示，從而評(píng)判蓄電池的性能等級(jí)。

　　引言

　　某型火炮的蓄電池?fù)?dān)負(fù)著發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電機(jī)、電氣儀表、照明等電氣設(shè)備供電的重要工作，而目前已裝備該火炮的部隊(duì)尚未配備能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)蓄電池性能的儀器設(shè)備。蓄電池檢測(cè)裝置用于對(duì)蓄電池進(jìn)行在線測(cè)量?jī)?nèi)阻，進(jìn)而評(píng)估蓄電池性能的優(yōu)劣，為裝備維護(hù)保養(yǎng)提供有效的數(shù)據(jù)支撐。其主要功能為：

　　(1)可測(cè)量單體蓄電池和串聯(lián)電池組的電壓、內(nèi)阻、連接條電阻;

　　(2)故障報(bào)警功能。當(dāng)所檢測(cè)的內(nèi)阻和電壓超出設(shè)置的上限或低于下限時(shí)，儀器進(jìn)行聲音和文字報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并顯示電池運(yùn)行故障;

　　(3)自動(dòng)估算電池容量功能。

　　系統(tǒng)組成與原理

　　系統(tǒng)組成

　　該火炮蓄電池檢測(cè)裝置的系統(tǒng)組成如圖1所示，主要由交流差分放大電路、耦合驅(qū)動(dòng)電路、低頻交流信號(hào)發(fā)生器、鎖相放大及濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)等子系統(tǒng)組成?！　?/p>

 

　　工作原理

　　內(nèi)阻測(cè)量是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，目前主要有兩種方法，即直流放電法和交流注入法。交流注入法相對(duì)直流放電法有很多優(yōu)點(diǎn)，如體積小、成本低、對(duì)電池?zé)o損害、可在線測(cè)量、可進(jìn)行頻繁的測(cè)量等。由于交流注入法所具有的上述優(yōu)點(diǎn)，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，因此我們采用交流注入法作為研制蓄電池檢測(cè)裝置的理論基礎(chǔ)。

　　交流注入法測(cè)量蓄電池內(nèi)阻的原理框圖如圖1所示。圖中低頻交流信號(hào)發(fā)生器為一個(gè)頻率為1kHz的交流恒流電池源，用于給電池注入交流電流信號(hào)I;電阻R_r為取樣電阻，用于產(chǎn)生同步電壓響應(yīng)信號(hào)V。測(cè)量?jī)?nèi)阻時(shí)首先通過(guò)測(cè)量電壓V計(jì)算出內(nèi)阻抗Z，如公式(1)所示;然后測(cè)量電壓和電流之間的相位差θ;最后通過(guò)公式(2)計(jì)算出內(nèi)阻抗中純阻性部分，即蓄電池內(nèi)阻R。
           

　　該方法不需對(duì)蓄電池進(jìn)行放電，可以實(shí)現(xiàn)安全在線檢測(cè)電池內(nèi)阻，故不會(huì)對(duì)蓄電池的性能造成影響。但在實(shí)際使用中，由于饋入信號(hào)的幅值有限，電池的內(nèi)阻在微歐或毫歐級(jí)，因此產(chǎn)生的電壓變化幅值也在微伏級(jí)，信號(hào)容易受到干擾，尤其是在線測(cè)量時(shí)，受到的影響更大。