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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)

作者: 時(shí)間:2012-01-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/178075.htm

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


圖15 電池電壓、電流與估測(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-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。


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