基于内阻法的UPS系统中的蓄电池电量估测设计

电池放电如图12所示，放电时间为1,969秒，与CSB电池厂商所提供的数据相差不多，因此定义此容量为电池在1C下所能放的电池最大电量100%，再利用内阻估测法分别对75%、50%、25%做电池容量估测实验。

图12 电池放电曲线(固定电流1C)

图13为电池初始容量为75%下的电池电压、放电电流与电量估测曲线变化图，负载固定以1C对电池进行放电，当电池的端电压达10.5V时，则判断放电结束，总放电时间为1,378秒，到放电结束后的电量估测值为2.14%。

图13 电池电压、电流与电量估测(电池初始容量75%)

图14为电池初始容量为50%下的电池电压、放电电流与电量估测曲线变化图，总放电时间为937秒，电量估测值为3.4%。

图14 电池电压、电流与电量估测(电池初始容量50%)

图15为电池初始容量为25%下的电池电压、放电电流与电量估测曲线变化图，总放电时间为442秒，直到放电结束后的电量估测值为1.92%。

图15 电池电压、电流与电量估测(电池初始容量25%)

第二阶段采用在各种不同的放电电流下，其电池残余电量估测变化。在实验开始前为确保电池已充满电量，先对电池用0.1C放电至10.5V，再使用前述的多阶段充电器对电池充电，直到电池电压达到设定的条件为止，代表已充满电量，之后将电池静置30分钟，等待电池内的电解液浓度扩散均匀，再开始以DC Load来进行放电负载。放电过程中记录下电池的电压、放电电流以及电量估测值的变化。在实验中将以五种不同负载对电池进行放电，分别为轻载、重载、轻载切换重载、重载切换轻载、与混合负载，使用内阻量测法来估测电池的残余电量，直到电池电压下降至10.5V，判断放电结束。

图16为电池于轻载放电测试下的电池端电压曲线、放电电流与电量估测曲线变化曲线图，负载以3A的固定电流对电池进行放电，总放电时间为6,790秒，放电结束后的电量估测值为1.25%。图17为电池于重载放电测试下的电池端电压曲线、放电电流与电量估测曲线变化曲线图，负载以9A的固定电流对电池进行放电，总放电时间为1,512秒，放电结束后的电量估测值为-2.38%，其中估测值为负的意思为其预估时间比实际放电时间长。

图18为电池于轻载切换重载放电测试下的电池端电压曲线、放电电流与电量估测曲线变化曲线图，负载先以3A的固定电流对电池进行放电之后再用9A对电池进行放电，总放电时间为2,728秒，放电结束后的电量估测值为-2.1%。图19为电池于重载切换轻载放电测试下的电池端电压曲线、放电电流与电量估测曲线变化曲线图，负载先以9A的固定电流对电池进行放电之后再用3A对电池进行放电，总放电时间为4,554秒，放电结束后的电量估测值为-2.3%。

图20为电池于混合负载放电测试下的电池端电压曲线、放电电流与电量估测曲线变化曲线图，负载先以10A的固定电流对电池进行放电，之后再用4A对电池进行放电，最后用9A对电池进行放电，总放电时间为2,410秒，放电结束后的电量估测值为-2.6%。

图19 电池电压、电流与电量估测(混合负载)

实验4 LabVIEW图形化介面与功能

图21为LabVIEW监控系统的前置面板，具有即时数位值显示、过保护警示灯与资料撷取储存与残量侦测功能等功能。

图21 图形化介面监控系统的前置面板

图22为参数实际量测图，由图中观察得知其电池的端电压变化与端电流的变化状况，并提供给使用者得知现在电池处于充电或放电的状态显示灯，与具有显示电池端电压是否异常的灯号。在画面下方显示即时的电压与电流平均数据与平均功率。

图22 图形化介面监控系统-实际量测图

若是当电池端电压发生异常如端电压小于10.5V会产生一警示信号给使用者表示目前的问题如图23，表示现在发生的问题状态，同时产生一组数位I/O讯号给控制器，控制器接收到这组讯号后，便会命令转换器的所有开关截止，以保护铅酸电池。残余电量显示方面，当电池电压有所变化时，画面右方的残余容量显示器则会相对应显示现在残余电量，告知使用者现在电池的剩余容量。

图23 图形化介面监控系统-警告说明

在资料储存方面，资料可以储存为Excel、Txt或Word等类型的档案，程式开始时在内部将会产生一文件档将资料储存，而本文储存档案的类型为Excel档，储存格式如图24所示。最后使用者欲停止程式时，只需按下左上方的STOP键，便可停止LabVIEW监控系统的操作。

图24 图形化介面的资料储存画面

结语

本文研制一以DSP为核心的具有改善传统充电器性能的快速充电电路，并具有电量估测性能的充电器系统。在充电器方面具有以下特点：1.充电初期以较大的电流对电池充电，以缩短电池的充电时间；2.充电后期改以多阶段定电流对电池充电，使充电中的电池不致于发