基于內(nèi)阻法的UPS系統(tǒng)中的蓄電池電量估測(cè)設(shè)計(jì)

圖15為電池初始容量為25%下的電池電壓、放電電流與電量估測(cè)曲線變化圖，總放電時(shí)間為442秒，直到放電結(jié)束后的電量估測(cè)值為1.92%。

圖15 電池電壓、電流與電量估測(cè)(電池初始容量25%)

第二階段采用在各種不同的放電電流下，其電池殘余電量估測(cè)變化。在實(shí)驗(yàn)開始前為確保電池已充滿電量，先對(duì)電池用0.1C放電至10.5V，再使用前述的多階段充電器對(duì)電池充電，直到電池電壓達(dá)到設(shè)定的條件為止，代表已充滿電量，之后將電池靜置30分鐘，等待電池內(nèi)的電解液濃度擴(kuò)散均勻，再開始以DC Load來進(jìn)行放電負(fù)載。放電過程中記錄下電池的電壓、放電電流以及電量估測(cè)值的變化。在實(shí)驗(yàn)中將以五種不同負(fù)載對(duì)電池進(jìn)行放電，分別為輕載、重載、輕載切換重載、重載切換輕載、與混合負(fù)載，使用內(nèi)阻量測(cè)法來估測(cè)電池的殘余電量，直到電池電壓下降至10.5V，判斷放電結(jié)束。

圖16為電池于輕載放電測(cè)試下的電池端電壓曲線、放電電流與電量估測(cè)曲線變化曲線圖，負(fù)載以3A的固定電流對(duì)電池進(jìn)行放電，總放電時(shí)間為6,790秒，放電結(jié)束后的電量估測(cè)值為1.25%。圖17為電池于重載放電測(cè)試下的電池端電壓曲線、放電電流與電量估測(cè)曲線變化曲線圖，負(fù)載以9A的固定電流對(duì)電池進(jìn)行放電，總放電時(shí)間為1,512秒，放電結(jié)束后的電量估測(cè)值為-2.38%，其中估測(cè)值為負(fù)的意思為其預(yù)估時(shí)間比實(shí)際放電時(shí)間長(zhǎng)。

圖18為電池于輕載切換重載放電測(cè)試下的電池端電壓曲線、放電電流與電量估測(cè)曲線變化曲線圖，負(fù)載先以3A的固定電流對(duì)電池進(jìn)行放電之后再用9A對(duì)電池進(jìn)行放電，總放電時(shí)間為2,728秒，放電結(jié)束后的電量估測(cè)值為-2.1%。圖19為電池于重載切換輕載放電測(cè)試下的電池端電壓曲線、放電電流與電量估測(cè)曲線變化曲線圖，負(fù)載先以9A的固定電流對(duì)電池進(jìn)行放電之后再用3A對(duì)電池進(jìn)行放電，總放電時(shí)間為4,554秒，放電結(jié)束后的電量估測(cè)值為-2.3%。

圖20為電池于混合負(fù)載放電測(cè)試下的電池端電壓曲線、放電電流與電量估測(cè)曲線變化曲線圖，負(fù)載先以10A的固定電流對(duì)電池進(jìn)行放電，之后再用4A對(duì)電池進(jìn)行放電，最后用9A對(duì)電池進(jìn)行放電，總放電時(shí)間為2,410秒，放電結(jié)束后的電量估測(cè)值為-2.6%。

圖19 電池電壓、電流與電量估測(cè)(混合負(fù)載)

實(shí)驗(yàn)4 LabVIEW圖形化介面與功能

圖21為L(zhǎng)abVIEW監(jiān)控系統(tǒng)的前置面板，具有即時(shí)數(shù)位值顯示、過保護(hù)警示燈與資料擷取儲(chǔ)存與殘量偵測(cè)功能等功能。

圖21 圖形化介面監(jiān)控系統(tǒng)的前置面板

圖22為參數(shù)實(shí)際量測(cè)圖，由圖中觀察得知其電池的端電壓變化與端電流的變化狀況，并提供給使用者得知現(xiàn)在電池處于充電或放電的狀態(tài)顯示燈，與具有顯示電池端電壓是否異常的燈號(hào)。在畫面下方顯示即時(shí)的電壓與電流平均數(shù)據(jù)與平均功率。

圖22 圖形化介面監(jiān)控系統(tǒng)-實(shí)際量測(cè)圖

若是當(dāng)電池端電壓發(fā)生異常如端電壓小于10.5V會(huì)產(chǎn)生一警示信號(hào)給使用者表示目前的問題如圖23，表示現(xiàn)在發(fā)生的問題狀態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生一組數(shù)位I/O訊號(hào)給控制器，控制器接收到這組訊號(hào)后，便會(huì)命令轉(zhuǎn)換器的所有開關(guān)截止，以保護(hù)鉛酸電池。殘余電量顯示方面，當(dāng)電池電壓有所變化時(shí)，畫面右方的殘余容量顯示器則會(huì)相對(duì)應(yīng)顯示現(xiàn)在殘余電量，告知使用者現(xiàn)在電池的剩余容量。

圖23 圖形化介面監(jiān)控系統(tǒng)-警告說明

在資料儲(chǔ)存方面，資料可以儲(chǔ)存為Excel、Txt或Word等類型的檔案，程式開始時(shí)在內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生一文件檔將資料儲(chǔ)存，而本文儲(chǔ)存檔案的類型為Excel檔，儲(chǔ)存格式如圖24所示。最后使用者欲停止程式時(shí)，只需按下左上方的STOP鍵，便可停止LabVIEW監(jiān)控系統(tǒng)的操作。

圖24 圖形化介面的資料儲(chǔ)存畫面

結(jié)語

本文研制一以DSP為核心的具有改善傳統(tǒng)充電器性能的快速充電電路，并具有電量估測(cè)性能的充電器系統(tǒng)。在充電器方面具有以下特點(diǎn)：1.充電初期以較大的電流對(duì)電池充電，以縮短電池的充電時(shí)間；2.充電后期改以多階段定電流對(duì)電池充電，使充電中的電池不致于發(fā)生過充的情形而損壞。

內(nèi)阻估測(cè)法特點(diǎn)為：1.本系統(tǒng)只需有電壓與電流的變化即能測(cè)得電池內(nèi)阻，進(jìn)而得知電池的容量變化，不需先得知電池是否已充滿的問題；2.文中說明了在放電電流大小不同的狀況下其變化斜率的特性，與放電初期瞬間或是放電結(jié)束瞬間來偵測(cè)電池內(nèi)阻值會(huì)有一較佳的表現(xiàn)，為此方法的優(yōu)點(diǎn)；3.內(nèi)阻估測(cè)法要求的精準(zhǔn)度問題略微偏高，要在無干擾環(huán)境之下才能有較佳的表現(xiàn)，且在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)上需有極高的技術(shù)要求，若把其他種類的殘量偵測(cè)法結(jié)合內(nèi)阻偵測(cè)法相信可得一較為準(zhǔn)確的殘量偵測(cè)系統(tǒng)。

在圖形化介面方面有下列特點(diǎn)：1.可隨時(shí)監(jiān)控電池端的電壓與電流，同時(shí)可計(jì)算其內(nèi)阻值的變化，與即時(shí)顯示電池殘余容量，并記錄成Excel檔案可供使用者隨時(shí)觀看得知電池電量的變化狀況；2.系統(tǒng)中具有警示的功能，當(dāng)電池發(fā)生異常時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)偵測(cè)錯(cuò)誤以顯示錯(cuò)誤情況；并送信號(hào)給數(shù)位信號(hào)處理器令其停止充電或放電，同時(shí)告知用戶端發(fā)生異常的狀況。