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专利名称：一种基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及检测技术领域，特别涉及一种通过多频点交流放法电实现蓄电池
检测的装置。
背景技术：
蓄电池作为电源系统的组成部分，起着储备电能、应付电网异�：吞厥夤た觥⑽�持 系统正常运行的关键作用，是需要高可靠电力保障领域的最后一道防线。蓄电池广泛应用 于电力、通信、政府机关、金融、证券、保险、广播电视、交通运输、制造、军队、教育、科研、公 共设施等行业领域。然而在实际应用中，由于对蓄电池缺乏有效的检测维护手段，从而不能 及时、准确地掌握蓄电池状态，使得在电力供应异常或中断时蓄电池不能正常投入工作、或 工作时间很短就失效，因而造成停电事故，产生很大的经济损失。 目前对蓄电池检测技术有交流注入法和直流放电法两种交流注入法是向蓄电池 注入一个固定频率的激励电流，同时测量蓄电池端电压的变化，以此计算出蓄电池的内阻； 直流放电法是在蓄电池上并联一个负载，控制开关的通断，使蓄电池向负载放出一个恒定 的的直流电流(大于70安培)，测量放电时刻和停止放电时刻蓄电池端电压的变化，以此计 算出蓄电池的内阻。 然而，交流注入法在检测蓄电池时，由于注入电流较�。�易受充电机交流纹波、闪 变的干扰，测量误差大。此外，交流注入法只能在一个频率下测量，测得的参数少，不能准确 反映蓄电池的状态，并且测量结果和测量信号的频率有关，并不是蓄电池的固有参数，不同 厂家的设备，测量结果完全不同。 直流放电法在检测蓄电池时，由于采用非常大的电流，其放电电流往往超过蓄电 池的设计放电电流，所以测量过程会对蓄电池及连接线路带来损害，是一种有损的测试方 法。此外，直流放电法在检测蓄电池时，通常需要断开蓄电池主回路，因此需要在主回路中 进行切换动作，如果设备出现故障，则会�：φ�个供电系统安全，而且一旦在测试过程中出 现停电事件，则会对备用电源的投切和保护造成影响。另外过大的放电电流可能对继电保 护装置产生干扰，造成误动作，危及供电系统安全。直流放电法测量蓄电池内阻时还会在电 池内部电极发生极化现象，产生极化内阻，造成内阻测量值误差很大。并且由于蓄电池本 身是一个大电容，测量回路也存在电容和电感，因而在整个放电过程中，特别在开始和结束 时，电路的暂态效应非常明显，这样直流放电法在不同时刻采样值的大小差别很大，造成测 量重复性差。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于，针对上述现有蓄电池检测技术测量精度 差，安全性低的缺陷，提供一种能安全准确地测量蓄电池各参数的基于多频点交流放电法 的蓄电池检测装置。 本实用新型解决其技术问题所采用的方案是提供一种基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置，包括放电检测回路、数模转换器、大功率MOS管、处理单元、第一运算放大
器、第二运算放大器、第一带通滤波器、第二带通滤波器、第一模数转换器以及第二模数转 换器，其中放电检测回路的两端分别连接在蓄电池组的正极和负极，大功率MOS管V通过其 源极和漏极串联在所述放电检测回路上，所述处理单元经由数模转换器连接到大功率MOS 管V的栅极，在放电检测回路中还串接有分流器，所述第一运算放大器的输入端连接到分 流器的两端、输出端经由第一带通滤波器及第一模数转换器连接到处理单元；第二运算放 大器输入端连接到蓄电池的正极和负极、输出端经由第二带通滤波器及第二模数转换器连 接到处理单元。 在本实用新型所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置中，还包括第一耦
合电容，所述第一运算放大器的输入端经由第一耦合电容连接到分流器的两端。 在本实用新型所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置中，还包括第二耦
合电容，所述第二运算放大器的输入端经由第二耦合电容连接到蓄电池的正极和负极。 在本实用新型所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置中，还包括多路开
关，所述蓄电池为蓄电池组，所述多路开关的输入端连接到蓄电池组中每一节蓄电池的正
极和负极、输出端连接到第二运算放大器的输入端，处理单元的控制信号输出端连接到所
述多路开关。 在本实用新型所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置中，所述带通滤波 器为可编程带通滤波器，所述处理单元的控制信号输出端连接到所述可编程带通滤波器。 在本实用新型所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置中，还包括用于检 测蓄电池直流电压的第三模数转换器检测通道。 在本实用新型所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置中，还包括用于检 测蓄电池温度的第四模数转换器检测通道。 在本实用新型所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置中，还包括连接到 所述处理单元的通信接口。 本实用新型的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置具有以下有益效果采用 多频点交流放电法对蓄电池进行检测，测得的蓄电池的数据是实际的电阻、电容、电感等参 数，不依赖于检测信号频率而独立存在，数据具有客观性。此外，该装置的测试准确，抗干扰 性强，可以应用于存在较大交流纹波干扰的蓄电池在线监测，并且蓄电池测试过程安全，不 会对蓄电池以及供电系统的正常运行产生影响。

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中 图1是本实用新型的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置实施例的示意图； 图2是图1中放电检测回路中放电电流波形图； 图3是蓄电池等效电路的电路图。
具体实施方式如图1所示，是本实用新型的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置实施例的 示意图。在本实施例中，该检测装置包括放电检测回路、处理单元(ARM)、运算放大器、多路开关K、数模转换器(D/A)、大功率MOS管V、耦合电容、可编程带通滤波器、模数转换器(A/
D)。其中放电检测回路的两端分别连接在蓄电池组的正极和负极，大功率MOS管V通过其
源极和漏极串联在蓄电池放电检测回路上，处理单元经由数模转换器连接到大功率MOS管
V的栅极，在放电检测回路中还串接有分流器，该分流器的两端分别经由一个第一耦合电容
Cl连接到第一运算放大器的输入端，第一运算放大器经由第一可编程带通滤波器及第一模
数转换器连接到处理单元。输入端连接到蓄电池组中每一节蓄电正负极的多路开关K的输
出端经由第二耦合电容C2连接到第二运算放大器，第二运算放大器的输出端经由第二可
编程带通滤波器及第二模数转换器连接到处理单元。处理单元的控制信号输出端还分别连
接多路开关K、第一及第二可编程带通滤波器、第一及第二模数转换器。 上述的耦合电容C1、C2可消除蓄电池工作回路中的直流分量。 为了检测蓄电池的性能，需要测量蓄电池的内阻、电容等电路参数，然后根据这些
参数，进一步计算出蓄电池容量及荷电量，即图3所示的蓄电池等效电路中各个元件的值
(该图3仅用于说明需测量的蓄电池的参数值，而非蓄电池的实际电路图)。 在检测上述蓄电池的参数时，处理单元经数模转换器对大功率MOS管V进行控制，
以调节放电电流波形和频率。放电检测回路中的电流信号和电压信号经耦合电容去除直流
分量，并由运算放大器将信号放大，再经可编程带通滤波器去除干扰信号后送入模数转换
器(A/D)变为数字信号，然后再送入处理单元进行数字信号处理。处理单元再对上述数字
信号进行傅里叶变换求出相应频率下的电流及电压信号的实部、虚部，再经过数学运算即
可以得出相应频率下蓄电池的复阻抗。 处理单元可通过数模转换器(D/A)连接到大功率M0S管V的栅极，从而改变测量
信号频率。相应地，该处理单元通过调节可编程带通滤波器以适应不同检测频率下干扰信
号的处理。本实施例中，处理单元采用飞利浦公司ARM芯片LPC2468ARM。 在测量放电电流信号时，电流信号通过第一耦合电容Cl去除直流分量，将交流电
流信号送入第一运算放大器放大，经第一可编程带通滤波器去除干扰信号后送入第一数模
转换器(A/D1)变为数字信号。 在测量蓄电池端电压信号交流分量时，电压信号经第二耦合电容C2去除直流分 量，将交流电压信号送入第二运算放大器放大，经第二带通滤波器去除干扰信号后送入第 二数模转换器(A/D2)变为数字信号。 同时测量的交流电压信号和交流电流信分别经第一、第二模数转换器转换为数字
信号后号送入处理单元进行信号处理。处理单元首先进行数字滤波进一步去除干扰信号，
再进行傅里叶变换去除测量信号频率以外的干扰信号并计算出相应频率下电流信号、电压
信号的实部和虚部，接着再进行数学运算，计算出在相应频率下蓄电池的复阻抗。 处理单元可通过改变放电电流频率，测得多个频率下蓄电池的复阻抗。通过这些
复阻抗数据，根据所提出的蓄电池电路模型由处理单元进行数学运算，可以得到蓄电池的
内阻、电容等电路参数。最后根据这些参数，进一步计算出蓄电池容量及荷电量。 当蓄电池组中包括多节蓄电池时，所述基于多频点交流放电法的蓄电池检测装
置可由处理单元通过控制多路开关K顺序检测蓄电池组中1#蓄电池、2#蓄电池、3#蓄电
池……。即本实用新型的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置不但可以对单节蓄电池
进行测量，还可以对蓄电池组中的每节蓄电池进行测量。当然，如果只对单节蓄电池进行测量，可省略多路开关。 所述基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置由于采用第一及第二耦合电容C2 去除直流分量，并采用硬件方法(用可编程带通滤波器)及软件方法(付利叶变换等数字 滤波技术)去除干扰信号，因此不但可以对蓄电池组进行离线测量，还可以对正在工作的 蓄电池组进行在线监测。 此外，上述基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置还可设置第三模数转换器 (A/D3)、第四模数转换器(A/D4)检测通道，用来检测例如蓄电池直流电压和温度等。 上述基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置在工作时，首先通过处理单元调节 放电电流波形和频率。例如在给定频率fl下，经蓄电池检测装置进行检测，得出蓄电池的 相应频率下的复阻抗Z1 ;然后通过处理单元改变放电电流频率，在另一频率f2下，得出蓄 电池在此频率下的复阻抗Z2 ;如此反复数次，得到蓄电池在多个频率fl、f2、f3……下的复 阻抗下的复阻抗Z1、 Z2、 Z3……，并根据这些数据结合所图3所示的的蓄电池虚拟电路，由 处理单元计算出蓄电池的内阻、电容等电路参数；最后根据这些参数，由处理单元计算蓄电 池的容量及荷电量。 在上述的装置中，处理单元还可连接通信接口 ，从而使蓄电池检测装置具有网络 功能，可以组建蓄电池监测网。此外，处理单元还可连接输入装置(例如键盘等)、输出装置 (例如显示屏等)以及存贮装置等。 本实用新型的基于多频点交流放电法的检测蓄电池装置，利用多频点交流放电法 检测蓄电池，与传统的蓄电池检测方案相比，具有明显的优点 1、物理意义明确，区分蓄电池容量和蓄电池荷电量。 蓄电池容量表示蓄电池充放电的能力；蓄电池荷电量表示蓄电池实际保存的电 传统的蓄电池内阻检测方法测得的是蓄电池阻抗之和，蓄电池容量变小、蓄电池 放电使荷电量降低、接触不良等许多因素都造成蓄电池内阻变大，因而无法区分蓄电池容 量和蓄电池荷电量。 多频点交流放电法蓄电池检测技术可以检测蓄电池容量及荷电量的大�。�物理意 义明确。 2、测量数据的客观性 传统的蓄电池检测方法只能在一个频率下测量蓄电池的阻抗，测量方法有直流法 和交流法，各家使用的测量频率不同，测量结果依赖于测量信号的频率，无法相互比较。 多频点交流放电法蓄电池检测技术得到的蓄电池数据是实际的电阻、电容、电感 等参数，不依赖于信号频率而独立存在，数据具有客观性，可相互比较。 3、反映蓄电池电量准确 传统的蓄电池检测方法检测蓄电池的阻抗。蓄电池的阻抗和蓄电池的容量或蓄电
池荷电量没有必然的关系。特别是蓄电池容量大于80%时，蓄电池容量或荷电量变化时阻
抗几乎没有变化，阻抗和容量、荷电量不相关。在蓄电池容量小于80%时，蓄电池阻抗和容
量相关系数才逐渐增加，然而此时蓄电池已进入严重劣化期，很快就会失效。因此传统蓄电
池检测方法，无法做到提前预警，无法真正评判蓄电池容量，实际意义有限。 多频点交流放电法蓄电池检测技术反映的是蓄电池的实际容量及荷电量。在蓄电池电量在0 100%范围内变化时，多频点交流放电法蓄电池检测方法检测到的蓄电池参
数近似线性地单调变化。因此可以准确测定蓄的电量。 4、测试准确，抗干扰性强，可以应用于交流纹波干扰大的在蓄电池线监测。 蓄电池在线运行时一般处于浮充状态，充电机纹波对测量信号干扰很大，一些大
型UPS设备交流纹波可以达到几十安培，远大于测量信号的幅值。传统的检测方法，在离线
测量时，检测结果准确性较高，而在线测量时，由于受充电设备交流纹波干扰，造成测试数
据波动较大。 多频点交流放电法蓄电池检测技术采用可编程带通滤波器去除干扰信号，经A/D 变为数字信号后，由处理单元对检测信号进行傅里叶变换，对测量信号频率以外的干扰信 号可以彻底去除，因此本专利技术抗干扰性强，可以应用于蓄电池在线监测等电磁环境恶 劣的场所。 5、蓄电池测试过程安全，不会对蓄电池以及供电系统的正常运行产生影响。 传统的蓄电池检测方法，如直流放电法，为提高测量精度而采用远大于蓄电池工 作电流的放电电流对蓄电池进行检测，对蓄电池�：�很大，并可能造成继电保护系统误动 作，直接危及供电系统的安全。 多频点交流放电法蓄电池检测技术由于技术本身抗干扰性很强，因而采用较小的 测量电流就可以获得很高的测量精度，不会对蓄电池和供电系统产生任何影响。因而测试 过程极为安全。 所述基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置应用领域极为广泛，可以应用于电 力、通信、政府机关、金融、证券、保险、广播电视、交通运输、制造、军队、教育、科研、公共设 施等行业领域蓄电池的检测、监测及评估。特别强调的是随着整个社会节能环保意识的提 高，电动汽车、电动自行车会越来越多地走进人们的生活。多频点交流放电法蓄电池检测技 术和设备起到了 "油量表"的作用，可以明确显示出车辆还可以行驶多少里程，因此多频点 交流放电法蓄电池检测技术具有巨大的节能环保意义。 上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术 的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围， 凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围 内。
权利要求一种基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置，其特征在于，包括放电检测回路、数模转换器、大功率MOS管、处理单元、第一运算放大器、第二运算放大器、第一带通滤波器、第二带通滤波器、第一模数转换器以及第二模数转换器，其中放电检测回路的两端分别连接在蓄电池的正极和负极，大功率MOS管通过其源极和漏极串联在所述放电检测回路上，所述处理单元经由数模转换器连接到大功率MOS管的栅极，在放电检测回路中还串接有分流器，所述第一运算放大器的输入端连接到分流器的两端、输出端经由第一带通滤波器及第一模数转换器连接到处理单元；第二运算放大器输入端连接到蓄电池的正极和负极、输出端经由第二带通滤波器及第二模数转换器连接到处理单元。
2. 根据权利要求1所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置，其特征在于，还包括第一耦合电容，所述第一运算放大器的输入端经由第一耦合电容连接到分流器的两丄山顺。
3. 根据权利要求1或2所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置，其特征在于，还包括第二耦合电容，所述第二运算放大器的输入端经由第二耦合电容连接到蓄电池的正极和负极。
4. 根据权利要求1所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置，其特征在于，所述蓄电池为蓄电池组，还包括多路开关，所述多路开关的输入端连接到蓄电池组中每一节蓄电池的正极和负极、输出端连接到第二运算放大器的输入端，处理单元的控制信号输出端连接到所述多路开关。
5. 根据权利要求1所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置，其特征在于，所述带通滤波器为可编程带通滤波器，所述处理单元的控制信号输出端连接到所述可编程带通滤波器。
6. 根据权利要求1所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置，其特征在于，还包括用于检测蓄电池直流电压的第三模数转换器检测通道。
7. 根据权利要求1所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置，其特征在于，还包括用于检测蓄电池温度的第四模数转换器检测通道。
8. 根据权利要求1所述的基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置，其特征在于，还包括连接到所述处理单元的通信接口 。
专利摘要本实用新型涉及一种基于多频点交流放电法的蓄电池检测装置，包括放电检测回路、数模转换器、大功率MOS管、处理单元、第一运算放大器、第二运算放大器、第一带通滤波器、第二带通滤波器、第一模数转换器以及第二模数转换器，其中放电检测回路的两端分别连接在蓄电池的正极和负极，大功率MOS管通过其源极和漏极串联在所述放电检测回路上。本实用新型采用多频点交流放电法对每节蓄电池进行检测，测得的每节蓄电池的数据是实际的电阻、电容、电感等参数，不依赖于检测信号频率而独立存在，数据具有客观性。
文档编号G01R31/36GK201548665SQ20092020573
公开日2010年8月11日 申请日期2009年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者王汝钢 申请人:深圳市普禄科智能检测设备有限公司