河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告（學(xué)生填表）院系：電子信息工程2010年4月10日課題名稱蓄電池性能測試電路設(shè)計學(xué)生姓名陳海峰專業(yè)班級電信063課題類型硬件設(shè)計指導(dǎo)教師楊繼松職稱副教授課題來源生產(chǎn)1.設(shè)計（或研究）的依據(jù)與意義1.1依據(jù)自1859年普蘭特(Plante)發(fā)明了鉛酸蓄電池以來，鉛酸蓄電池技術(shù)一直在不斷發(fā)展和完善。上世紀(jì)30年代，阿道夫德勒斯(AdolphKassle0獲得第一個密封鉛蓄電池的雛形的專利，1951年紐曼(Neumman)等人在美國申請了相關(guān)專利。60年代世界上許多公司應(yīng)用這些專利制造了第一代密封鉛酸蓄電池。從70年代末開始，國際上興起了全密閉的鉛酸蓄電池，這種蓄電池可與堿性蓄電池和干電池相競爭。它具有免維護、不污染而且價廉的優(yōu)點。因此，它被視為電子儀器和工業(yè)現(xiàn)代產(chǎn)品配套的理想直流電源。當(dāng)今，美國、日本、德國等工業(yè)發(fā)達國家都有自己的系列。我國開發(fā)較晚，從1985年開始有少量產(chǎn)品投放市場，現(xiàn)在已經(jīng)有許多系列品牌。目前，免維護密封鉛酸蓄電池已經(jīng)廣泛地運用到電力、電信、汽車和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。國內(nèi)外的科研人員通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，蓄電池的內(nèi)阻與容量有著密切的關(guān)系，根據(jù)蓄電池內(nèi)阻的大小可以電池的性能。用內(nèi)阻檢測法判定蓄電池性能，實現(xiàn)維護密封鉛酸蓄電池的在線維護，是目前人參認(rèn)的蓄電池維護的最佳方案之一。影響蓄電池內(nèi)阻的因素也有很多，比如一下幾個方面：（1）蓄電池的內(nèi)阻由歐姆極化(導(dǎo)體電阻)和電化學(xué)極化及濃差極化電阻三個部份組成。在充放電過程中電阻是變化的，充電過程內(nèi)阻由大變小，反之內(nèi)阻增加。（2）溫度對蓄電池內(nèi)阻也頗有影響，低溫狀態(tài)如0℃以下，溫度每下降10℃，內(nèi)阻約增大15%，其中因硫酸溶液粘度變大，而增加了比電阻是重要的原因之一。在較高溫度時，如（3）蓄電池的內(nèi)阻與放電電流的大小有關(guān)，瞬間的大電流放電，由于極板空隙內(nèi)的硫酸溶液迅速稀釋，而極板孔外90%以上溶液中硫酸分子來不及擴散到極板空隙中去。這樣，極板孔中溶液比電阻增加，端電壓明顯下降。但停止放電后，隨著濃度高的硫酸分子向極板空隙中擴散，極板孔中溶液比電阻下降，端電壓回升。（4）另外，薄極板的電池，其內(nèi)阻明顯小于厚極板，因為同容量電池的極板數(shù)量，薄的要多于厚極板電池的極板數(shù)量，因此相同電流放電時，薄極板電池的電流密度小，其各極極化也要小得多。目前測量蓄電池內(nèi)阻的常見方法有密度法、開路電壓法、直流放電法、交流注入法。密度法主要是通過測量蓄電池電解液的密度來估算蓄電池的內(nèi)阻，而現(xiàn)在的蓄電池基本都是封閉式的，無法取得電解液。并且這種方法在精度上有很大的缺陷。開路電壓法是通過測量蓄電池的端電壓來估計蓄電池的內(nèi)阻，精度很差，甚至得出錯誤的結(jié)論。因為，即使一個容量已變小的蓄電池，在浮充狀態(tài)下其端電壓仍可表現(xiàn)正常。直流放大法就是通過對電池進行瞬間大電流放電，測量電池的瞬間電壓降，通過歐姆定律計算出電池內(nèi)阻。由于瞬間大電流對蓄電池有一定的危害，并且當(dāng)內(nèi)阻值很小時，在一定電流下的電壓變化幅值相對較小，給準(zhǔn)確測量帶來困難。另外，由于放電過程電壓的變化，需要選擇穩(wěn)定區(qū)域計算電壓變化幅值。實際測量中，直流方法所得數(shù)據(jù)的重復(fù)性較差。交流法通過對電池注入一個低頻交流電流信號，測出蓄電池兩端的低頻電壓和流過的低頻電流以及兩者的相位差，從而計算出電池內(nèi)阻。交流注入法由于不需要放電，不用處于靜態(tài)或脫機狀態(tài)，可以實現(xiàn)安全在線監(jiān)測管理，避免了對設(shè)備運行安全性的影響。同時對蓄電池施加的低頻信號頻率非常低。電流值也非常小，故不會對電池的性能造成影響，并且不需要負(fù)載箱。利用DDS技術(shù)產(chǎn)生頻率用1KHz的恒定交流激勵電流信號，交流法通過對蓄電池注入一個恒定的交流電流信號Is，測量出蓄電池兩端的電壓響應(yīng)信號Vo，以及兩者的相位差θ，由阻抗公式Z=Vo/Is及R=Zcosθ。即可計算出蓄電池的阻抗，進而反映出蓄電池的性能。為了方便讀取，用數(shù)值信息直觀的在LCD上顯示，便用戶使用。1.2意義隨著電力系統(tǒng)自動化水平的不斷提高，各種電壓等級的變電站實現(xiàn)無人值守已成為必然。特別是在城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的過程中，各種變電站都要求實現(xiàn)四遙功能(即遙測、遙信、遙控和遙調(diào))，以實現(xiàn)變電站的綜合自動化控制。在變電站中，有一種為繼電保護、各種電磁機構(gòu)、事故照明等提供動力的設(shè)備，被稱為直流屏(或直流操作電源)。為了保證變電站在直流操作電源的交流輸入斷電和輸出出現(xiàn)故障而無直流輸出時，各種操作機構(gòu)、照明設(shè)備和動力與監(jiān)控設(shè)備處于正常工作狀態(tài)，一般直流操作電源都設(shè)計有后備電源一一最常用的就是蓄電池組。通常情況下，在110KV以上的高壓變電站中，直流操作電源基本上都選用進口蓄電池約占30％，由此，我們不難看出蓄電池在變電站直流操作電源系統(tǒng)中的重要地位。如何對蓄電池進行有效管理，以發(fā)揮蓄電池的最佳功效，同時在蓄電池放電到極限時保護蓄電池，所以研究蓄電池性能測試系統(tǒng)就成為了一個很有意義的課題。VRLA蓄電池整體采用密封結(jié)構(gòu)，不存在普通鉛酸蓄電池的氣漲、電解液滲漏等缺陷，正常運行時無須對電解液進行檢測和調(diào)酸加水，因此又被稱為“免維護”蓄電池。而生產(chǎn)廠家又承諾該種蓄電池的使用壽命為10-20年(最少為8年)，這樣就給許多技術(shù)和維護人員一種誤解，認(rèn)為這種電池既耐用又完全不需要維護。蓄電池作為電源系統(tǒng)停電時的備用電源，已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、交通、通信等行業(yè)。如果電池失效或容量不足，就有可能造成重大事故，所以必須對蓄電池的運行參數(shù)進行全面的在線監(jiān)測。2.國內(nèi)外同類設(shè)計（或同類研究）的概況綜述近十幾年來，隨著新技術(shù)的涌現(xiàn)，對于內(nèi)阻測量的新方法，也不斷涌出，內(nèi)阻是準(zhǔn)確而快速判斷電池健康狀況的重要參數(shù)，對內(nèi)阻的測試已被廣泛應(yīng)用于電池的日常維護能測試儀使用范圍廣泛，全面應(yīng)用于電力、通信、地鐵、軍事等后備電源的檢測與維護，產(chǎn)品具有體積小巧，操作簡單，攜帶方便等特點，能顯示并記錄多組多節(jié)電池電壓、內(nèi)阻、阻抗等多種型號電池的重要參數(shù)，與計算機連接，通過專用數(shù)據(jù)分析軟件，用戶可以更直觀的了解和把握電池運行狀態(tài)。采用交流法測蓄電池的內(nèi)阻已經(jīng)有了商業(yè)化的產(chǎn)品，比如典型的是日本日置公司的HIOK13551電池測試儀。3.課題設(shè)計（或研究）的內(nèi)容（1）．蓄電池測試放電電路（2）．AD8302芯片幅度相位檢測電路（3）．LCD液晶顯示（4）．硬件與軟件的聯(lián)合調(diào)試（4）．繪出原理圖、PCB圖4.設(shè)計（或研究）方法交流法通過對蓄電池注入一個恒定的交流電流信號Is，測量出蓄電池兩端的電壓響應(yīng)信號Vo，以及兩者的相位差θ，利用AD8302芯片可以很方面的測出。由阻抗公式Z=Vo/Is及R=Zcosθ。來確定蓄電池的內(nèi)阻R。該方法不需對蓄電池進行放電，可以實現(xiàn)安全在線檢測電池內(nèi)阻，故不會對蓄電池的性能造成影響。但該方法需要測量交流電流信號Is,電壓響應(yīng)信號Vo，以及電壓和電流之間的相位差θ。給蓄電池注入一個交流恒流源，并串聯(lián)一個1K的電阻，這樣在蓄電池兩端就會有一個交流響應(yīng)電壓V1，電阻也會有一個響應(yīng)電壓V2。利用AD8302芯片可以輸出這兩電壓的幅度比q和相位差θ。由于有一個已知電壓U2所以蓄電池響應(yīng)電壓可以算出Vo=V1=q*U2。電流Is已知。相位差θ,為了濾除直流電影響，我們利用電容隔直通交代特性，加個電容與之串聯(lián)。利用C語言編程一個余弦函數(shù)。帶入公式Z=Vo/Is及R=Zcosθ。就可以計算出蓄電池的阻抗。蓄電池蓄電池交流恒流源AD8302單片機LCD顯示RV1V2原理示意圖5.實施計劃第3－5周查閱相關(guān)文獻資料，明確具體要求，完成開題報告；第6－10周確定總體方案，熟悉繪圖工具PRO