某型火炮蓄电池检测装置设计与实现

摘要：本文根据部队对装备进行维护和保养的具体需求，研制了能够实时检测蓄电池性能的仪器设备。该检测装置采用四端子交流注入法，基于锁相放大技术，实现了蓄电池电压、电阻的高精度测量;故障的实时报警;电池容量的自动估算等功能。检测装置能够通过RS232接口与计算机实现实时通信，并通过分析管理软件对测量数据进行统计分析和图形化显示，从而评判蓄电池的性能等级。

引言

某型火炮的蓄电池担负着发动机启动电机、电气仪表、照明等电气设备供电的重要工作，而目前已装备该火炮的部队尚未配备能够实时检测蓄电池性能的仪器设备。蓄电池检测装置用于对蓄电池进行在线测量内阻，进而评估蓄电池性能的优劣，为装备维护保养提供有效的数据支撑。其主要功能为：

(1)可测量单体蓄电池和串联电池组的电压、内阻、连接条电阻;

(2)故障报警功能。当所检测的内阻和电压超出设置的上限或低于下限时，仪器进行声音和文字报警，及时发现并显示电池运行故障;

(3)自动估算电池容量功能。

系统组成与原理

系统组成

该火炮蓄电池检测装置的系统组成如图1所示，主要由交流差分放大电路、耦合驱动电路、低频交流信号发生器、锁相放大及滤波电路、A/D转换器和单片机等子系统组成。　　

 

工作原理

内阻测量是一个比较复杂的过程，目前主要有两种方法，即直流放电法和交流注入法。交流注入法相对直流放电法有很多优点，如体积小、成本低、对电池无损害、可在线测量、可进行频繁的测量等。由于交流注入法所具有的上述优点，得到了越来越广泛的应用，因此我们采用交流注入法作为研制蓄电池检测装置的理论基础。

交流注入法测量蓄电池内阻的原理框图如图1所示。图中低频交流信号发生器为一个频率为1kHz的交流恒流电池源，用于给电池注入交流电流信号I;电阻R_r为取样电阻，用于产生同步电压响应信号V。测量内阻时首先通过测量电压V计算出内阻抗Z，如公式(1)所示;然后测量电压和电流之间的相位差θ;最后通过公式(2)计算出内阻抗中纯阻性部分，即蓄电池内阻R。
           

该方法不需对蓄电池进行放电，可以实现安全在线检测电池内阻，故不会对蓄电池的性能造成影响。但在实际使用中，由于馈入信号的幅值有限，电池的内阻在微欧或毫欧级，因此产生的电压变化幅值也在微伏级，信号容易受到干扰，尤其是在线测量时，受到的影响更大。