蓄电池性能测试 开题报告

1.2意义
随着电力系统自动化水平的不断提高，各种电压等级的变电站实现无人值守已成为必然。特别是在城乡电网改造的过程中，各种变电站都要求实现四遥功能(即遥测、遥信、遥控和遥调)，以实现变电站的综合自动化控制。在变电站中，有一种为继电保护、各种电磁机构、事故照明等提供动力的设备，被称为直流屏(或直流操作电源)。为了保证变电站在直流操作电源的交流输入断电和输出出现故障而无直流输出时，各种操作机构、照明设备和动力与监控设备处于正常工作状态，一般直流操作电源都设计有后备电源一一最常用的就是蓄电池组。通常情况下，在110KV以上的高压变电站中，直流操作电源基本上都选用进口蓄电池约占30％，由此，我们不难看出蓄电池在变电站直流操作电源系统中的重要地位。如何对蓄电池进行有效管理，以发挥蓄电池的最佳功效，同时在蓄电池放电到极限时保护蓄电池，所以研究蓄电池性能测试系统就成为了一个很有意义的课题。
国内外的科研人员通过大量的实验发现，蓄电池的内阻与容量有着密切的关系，根据蓄电池内阻的大小可以电池的性能。用内阻检测法判定蓄电池性能，实现维护密封铅酸蓄电池的在线维护，是目前人参认的蓄电池维护的最佳方案之一。
影响蓄电池内阻的因素也有很多，比如一下几个方面：
（1）蓄电池的内阻由欧姆极化(导体电阻)和电化学极化及浓差极化电阻三个部份组成。在充放电过程中电阻是变化的，充电过程内阻由大变小，反之内阻增加。
指导教师签字：年月日
研究所（教研室）意见
研究所所长（教研室主任）签字：年月日
交流法通过对电池注入一个低频交流电流信号，测出蓄电池两端的低频电压和流过的低频电流以及两者的相位差，从而计算出电池内阻。
交流注入法由于不需要放电，不用处于静态或脱机状态，可以实现安全在线监测管理，避免了对设备运行安全性的影响。同时对蓄电池施加的低频信号频率非常低。电流值也非常小，故不会对电池的性能造成影响，并且不需要负载箱。
VRLA蓄电池整体采用密封结构，不存在普通铅酸蓄电池的气涨、电解液渗漏等缺陷，正常运行时无须对电解液进行检测和调酸加水，因此又被称为“免维护”蓄电池。而生产厂家又承诺该种蓄电池的使用寿命为10-20年(最少为8年)，这样就给许多技术和维护人员一种误解，认为这种电池既耐用又完全不需要维护。
蓄电池作为电源系统停电时的备用电源，已广泛的应用于工业生产、交通、通信等行业。如果电池失效或容量不足，就有可能造成重大事故，所以必须对蓄电池的运行参数进行全面的在线监测。
（4）另外，薄极板的电池，其内阻明显小于厚极板，因为同容量电池的极板数量，薄的要多于厚极板电池的极板数量，因此相同电流放电时，薄极板电池的电流密度小，其各极极化也要小得多。
目前测量蓄电池内阻的常见方法有密度法、开路电压法、直流放电法、交流注入法。
密度法主要是通过测量蓄电池电解液的密度来估算蓄电池的内阻，而现在的蓄电池基本都是封闭式的，无法取得电解液。并且这种方法在精度上有很大的缺陷。
河南科技大学毕业设计（论文）开题报告
（学生填表）
院系：电子信息工程2010年4月10日
课题名称
蓄电池性能测试电路设计
学生姓名
陈海峰
专业班级
电信063
课题类型
硬件设计
指导教师
杨继松
职称
副教授
课题来源
生产
1.设计（或研究）的依据与意义
1.1依据
自1859年普兰特(Plante)发明了铅酸蓄电池以来，铅酸蓄电池技术一直在不断发展和完善。上世纪30年代，阿道夫德勒斯(Adolph Kassle0获得第一个密封铅蓄电池的雏形的专利，1951年纽曼(Neumman)等人在美国申请了相关专利。60年代世界上许多公司应用这些专利制造了第一代密封铅酸蓄电池。从70年代末开始，国际上兴起了全密闭的铅酸蓄电池，这种蓄电池可与碱性蓄电池和干电池相竞争。它具有免维护、不污染而且价廉的优点。因此，它被视为电子仪器和工业现代产品配套的理想直流电源。当今，美国、日本、德国等工业发达国家都有自己的系列。我国开发较晚，从1985年开始有少量产品投放市场，现在已经有许多系列品牌。目前，免维护密封铅酸蓄电池已经广泛地运用到电力、电信、汽车和医疗器械等领域。
3.课题设计（或研究）的内容
（1）．蓄电池测试放电电路
（2）．AD8302芯片幅度相位检测电路
（3）．LCD液晶显示
（4）．硬件与软件的联合调试
（4）．绘出原理图、PCB图
4.设计（或研究）方法
交流法通过对蓄电池注入一个恒定的交流电流信号Is，测量出蓄电池两端的电压响应信号Vo，以及两者的相位差θ，利用AD8302芯片可以很方面的测出。由阻抗公式Z=Vo/Is及R=Zcosθ。来确定蓄电池的内阻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。但该方法需要测量交流电流信号Is,电压响应信号Vo，以及电压和电流之间的相位差θ。
给蓄电池注入一个交流恒流源，并串联一个1K的电阻，这样在蓄电池两端就会有一个交流响应电压V1，电阻也会有一个响应电压V2。利用AD8302芯片可以输出这两电压的幅度比q和相位差θ。由于有一个已知电压U2所以蓄电池响应电压可以算出Vo=V1=q*U2。电流Is已知。相位差θ,为了滤除直流电影响，我们利用电容隔直通交代特性，加个电容与之串联。利用C语言编程一个余弦函数。带入公式Z=Vo/Is
及R=Zcosθ。就可以计算出蓄电池的阻抗。
原理示意图
5.实施计划
第3－5周查阅相关文献资料，明确具体要求，完成开题报告；
第6－10周确定总体方案，熟悉绘图工具PROTEL；
第11－14周完成各模块的详细设计，绘制电路原理图、PCB图；
第15—16周撰写论文和英文文献翻译，准备毕业答辩。
指导教师意见
（2）温度对蓄电池内阻也颇有影响，低温状态如0℃以下，温度每下降10℃，内阻约增大15%，其中因硫酸溶液粘度变大，而增加了比电阻是重要的原因之一。在较高温度时，如10℃以上，硫酸离子的扩散速率提高了浓度极化作用将明显减小，极化电阻下降，但导体电阻却随温度增加而上升，不过上升的速率较小。
（3）蓄电池的内阻与放电电流的大小有关，瞬间的大电流放电，由于极板空隙内的硫酸溶液迅速稀释，而极板孔外90%以上溶液中硫酸分子来不及扩散到极板空隙中去。这样，极板孔中溶液比电阻增加，端电压明显下降。但停止放电后，随着浓度高的硫酸分子向极板空隙中扩散，极板孔中溶液比电阻下降，端电压回升。
利用DDS技术产生频率用1KHz的恒定交流激励电流信号，交流法通过对蓄电池注入一个恒定的交流电流信号Is，测量出蓄电池两端的电压响应信号Vo，以及两者的相位差θ，由阻抗公式
Z=Vo/Is
及
R=Zcosθ。
即可计算出蓄电池的阻抗，进而反映出蓄电池的性能。为了方便读取，用数值信息直观的在LCD上显示，便用户使用。
开路电压法是通过测量蓄电池的端电压来估计蓄电池的内阻，精度很差，甚至得出错误的结论。因为，即使一个容量已变小的蓄电池，在浮充状态下其端电压仍可表现正常。
直流放大法就是通过对电池进行瞬间大电流放电，测量电池的瞬间电压降，通过欧姆定律计算出电池内阻。由于瞬间大电流对蓄电池有一定的危害，并且当内阻值很小时，在一定电流下的电压变化幅值相对较小，给准确测量带来困难。另外，由于放电过程电压的变化，需要选择稳定区域计算电压变化幅值。实际测量中，直流方法所得数据的重复性较差。
2.国内外同Βιβλιοθήκη 设计（或同类研究）的概况综述近十几年来，随着新技术的涌现，对于内阻测量的新方法，也不断涌出，内阻是准确而快速判断电池健康状况的重要参数，对内阻的测试已被广泛应用于电池的日常维护
能测试仪使用范围广泛，全面应用于电力、通信、地铁、军事等后备电源的检测与维护，产品具有体积小巧，操作简单，携带方便等特点，能显示并记录多组多节电池电压、内阻、阻抗等多种型号电池的重要参数，与计算机连接，通过专用数据分析软件，用户可以更直观的了解和把握电池运行状态。采用交流法测蓄电池的内阻已经有了商业化的产品，比如典型的是日本日置公司的HIOK13551电池测试仪。