检测仪器蓄电池测试装置的研制与应用

摘要：在对电气设备进行绝缘电阻、电压、电流等参数的测试工作过程中，常常会碰到电池无电、电量不足，造成无法测试及所测数据不正确。特别是在测试工作出发前，对测试仪器仪表进行检查时，电量显示是满的，到了施工现场使用时，电池电量瞬间降低，发现电池显示的电量是虚拟的。但目前无法在测试工作前，对测试仪器电池的好坏进行测试，工作造成很大的麻烦。因此，本文研制对检测仪器电池电量测试的装置，不仅能对测试仪器的电池的实际电量进行测试，而且能根据一些测试数据来判断电池是否正常。

引言

电力系统在设备的安装、检修、预试等日常的工作中，为了确保电力设备能正常、安全、经济地运行，需要对电气设备进行绝缘电阻、电压、电流等参数测试，来判断被测的设备是否正常、是否存在缺陷。

目前所用的检测仪器大部分需要有电池电源供电才能工作，测试工作过程中常常会碰到电池无电、电量不足。特别是在测试工作出发前，对测试仪器仪表进行检查时，电量显示是满的，到了施工现场使用时，电池电量瞬间降低，发现电池显示的电量是虚拟的，造成无法测试及所测数据不正确。但目前无法在测试工作前，对测试仪器电池的好坏进行对测试^[1]。

首先在现场工作中，一旦发现检测仪器没电或电量不足，我们必须回班组更换测试仪器或现场电池充电。我们大家都知道，工作现场一般都在变电所或发电生产车间，来回都需要大量的时间，若对电池现场充电更会浪费我们的工作时间，这危及到设备的正常投运时间，无法确保按时送电，为广大的用电用户提供优质可靠的电能。对工作造成很大的麻烦。

其次，电池的日常维护的好坏直接影响到电池的寿命。由于测量仪器内部电池的自放电效应，如果长期不进行充放电维护，就会导致电池蓄电能力下降，甚至无法再充电和使用，影响正常的生产。电力生产，安全第一，需要特别注意对这些危险点进行控制。

基于以上的问题，设想研制一套小型的电池检测装置，能对仪器内部电池进行监测，并给出评价结果，提醒试验人员及时充电或更换电池。能及时提醒试验人员对电池进行维护和充电。

1 装置整体概述

检测仪器蓄电池测试装置整体框图如图1所示，装置由CPU模块、内阻测量模块、液晶显示屏等六部分组成，如图1所示。

检测仪器蓄电池测试装置的内部电路框图，如图2所示。其采用：

1、主控制器为STM32，负责处理电池电压测量、电池电流测量、按键输入、输出控制和输出指示。

2、辅助电源提供内部线路板及相关外设的供电电压;

3、交流恒流源用于电池内阻的测量;

4、恒流放电电路用于测试电池的放电电压-时间特性曲线;

5、电池电压和电流测量电路将模拟信号调理并转换成数字信号传送给控制器;

6、显示屏选用128*64点阵分辨率LED背光屏;

7、内置实时时钟、按键、指示灯和蜂鸣器等常用外设。

2 详细电路设计

检测仪器蓄电池测试装置其主要由电池内阻的测量、交流恒流源和AD9833(一款低功耗、可编程波形发生器)组成。

2.1 检测仪器电池的特点

检测仪器电池为一般蓄电池，蓄电池的内阻是指电流流过蓄电池内部时所受的阻力，铅酸蓄电池的内阻很小，需要用专门的仪器才可以测得比较准确的结果。一般所指的蓄电池内阻是充电态内阻，即蓄电池充满电时的内阻。与之对应的是放电态内阻，并且不太稳定。蓄电池的内阻越大，蓄电池自身消耗掉的能量越多，其使用效率越低。内阻很大的蓄电池在充电时发热很厉害，使蓄电池的温度急剧上升，对蓄电池和充电器的影响都很大。随着蓄电池使用次数的增多，由于电解液的消耗及蓄电池内部化学物质活性的降低，蓄电池的内阻会有不同程度的增大，质量越差的蓄电池增大的越快。蓄电池内部阻抗会因放电量增加而增大，尤其是在放电终止时阻抗最大，主要因为放电的进行使得极板内产生不良导体硫酸铅以及电解液比重下降，故放电后务必马上充电。若任其持续放电，硫酸铅形成安定的白色结晶(即硫化现象)后，即使充电，极板的活性物质亦无法恢复原状，从而将缩短蓄电池的使用寿命^[2]。

2.2 测量技术指标：

根据我单位目前使用的测量仪器电源所用的电池，我们设置检测仪器蓄电池测试装置以下技术参数和精度：

1、检测仪器蓄电池测试装置测试电池电压：范围(0-20V)、分辨率(0.01V)、精度(±0.2%+2个字);

2、检测仪器蓄电池测试装置测试电池内阻：范围(0-1Ω)、分辨率(1MΩ)、精度(±2%+2个字)。

2.3 电池内阻的测量：

测量电池内阻一般采用四线交流法，因为电池实际上等效于一个有源电阻。交流法通过对电池注入一个低频交流电流信号，测出电池两端的低频电压和流过的低频电流