【正文】 功能，自動(dòng)化程度高，有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 學(xué)術(shù)期刊《通信電源技術(shù)》 2021 年 2期收錄的由高玉峰、劉亞龍、李春安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 平所著的《 基于改進(jìn)型 Boost 電路的鉛酸蓄電池容量檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 》， 針對(duì)鉛酸蓄電池容量檢測(cè)的特點(diǎn) ,提出了一種以 Boost 電路為主電路 ,應(yīng)用 PI 調(diào)節(jié)和PWM控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒流放電的方案 .對(duì)傳統(tǒng) Boost電路進(jìn)行改進(jìn) ,解決 了啟動(dòng)浪涌電流大和蓄電池誤接自保護(hù)的問題 .闡述了放電電阻的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 ,給出了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 .仿真和實(shí)驗(yàn)均驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性 。 另外，在學(xué)術(shù)期刊《工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置》 2021 年 4 期中收錄的由 賈承謐 所著的《 全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的研制 》。文章介紹 研制的全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀 ,該機(jī)配有光電隔離型模入、 I/O 信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊 ,提供了 USB接口 ,方便與 PC機(jī)相聯(lián) ,操作系統(tǒng)用目前流行的 Windows,對(duì) 4路蓄電池容量并行檢測(cè) ,每路可檢測(cè)單個(gè) 6/12/24 V 蓄電池 ,放電電流從 ～ 80 A 實(shí)現(xiàn)程序可控 ,能精確檢測(cè)每個(gè)蓄電池的容量 . 在 2021 年 3期的《電源技術(shù)》學(xué)術(shù)期刊中由 儲(chǔ)開斌 、 陳樹越 、 何寶祥 所著的《 基于 DSP 的蓄電池容量性能測(cè)試儀的設(shè)計(jì) 》中 提出了一種基于 DSP 的蓄電池容量性能測(cè)試儀的設(shè)計(jì)方案 .以 DSP 為核心 ,多種控制模塊為主要結(jié)構(gòu) ,用于測(cè)試 蓄電池的容量、壽命及配組等相關(guān)指標(biāo) .其中 ,充放電模塊采用線性方案 ,高精度數(shù)據(jù)采集采用 DSP 內(nèi)置 A/D 芯片 ,實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量 ,符合國(guó)標(biāo)對(duì)蓄電池的測(cè)試要求 .可為研究分析和改善使用的蓄電池性能和壽命提供科學(xué)依據(jù) .該儀器可單機(jī) ,也可通過 RS485 進(jìn)行組網(wǎng)測(cè)試 ,具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景 . 雖然上述的研究已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池容量檢測(cè)的合理化，也有部分已經(jīng)成為產(chǎn)品，但是由于這種技術(shù)的限制以及電池內(nèi)部能量的不可量化性，其產(chǎn)品仍不能滿足要求。 針對(duì)目前的實(shí)際情況，就蓄電池制造廠家、蓄電池測(cè)試技術(shù)研究機(jī)構(gòu)，以及廣大蓄電池維護(hù)人員而 言，都在積極探索一種快速、準(zhǔn)確、可靠、安全的蓄電池測(cè)試技術(shù)。特別對(duì)于廣大現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工程師而言，這種需求更顯迫切。遺憾的是，蓄電池是實(shí)現(xiàn)化學(xué)與電能之間轉(zhuǎn)換的一種非常復(fù)雜的裝置。蓄電池的放電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，蓄電池的充電過程是電能轉(zhuǎn)化變?yōu)榛瘜W(xué)能的的過程。從電化學(xué)的角度，不能對(duì)于使用者提供更多的內(nèi)部的信息。對(duì)它進(jìn)行快速準(zhǔn)確的容量測(cè)試是非常困難的。由于目前多是密封蓄電池，型號(hào)和規(guī)格千變?nèi)f化，性能也不盡相同，外部只有兩個(gè)電極接頭。對(duì)于使用者來說，從外部來看，密封蓄電池是一個(gè)“黑箱”，至少是一個(gè)“灰箱”。對(duì)于蓄電池的設(shè)計(jì)和制造者同樣如此。蓄電池容量測(cè)試技術(shù)的難點(diǎn)： (1)蓄電池的化學(xué)能不能直接測(cè)量。 (2)蓄電池化學(xué)能本身是一個(gè)變量。由于化學(xué)反應(yīng)不完全可逆?；瘜W(xué)能隨著使用次數(shù)和使用時(shí)間、儲(chǔ) 存時(shí)間而衰減。 (3)使用容量又與工作溫度和充、放電率，充、放電的方法有關(guān)，并隨著 SOC安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 狀態(tài)等條件在變化。 (4)容量相同的密封蓄電池的負(fù)載電壓和內(nèi)阻本身具有離散性。即使對(duì)于同一個(gè)廠、同期生產(chǎn)的、同型號(hào)的蓄電池也是如此，無法避免。而且，對(duì)于蓄電池組，使用時(shí)間越長(zhǎng)，蓄電池個(gè)體之間的差異性和離散性越大，會(huì)出現(xiàn)兩極分化。 (5)難以 等效。一般來說，不能使用線性元器件或者其任意的組合來等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。退一步說，使用非線性元器件的組合，可以等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也僅適用于特定的電池和特定的條件。不能適用于各種規(guī)格的電池以及同一個(gè)電池在不同的使用條件。 本設(shè)計(jì)要完成的工作 蓄電池具有良好的可逆性，電壓特性平穩(wěn)等諸多的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為 社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和人類生活中不可缺少的產(chǎn)品 ，為了真實(shí)反其產(chǎn)品的質(zhì)量水平， 精確檢測(cè)蓄電池容量 ， 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 “整個(gè)試驗(yàn)期間蓄電池均放置在溫度25177。2℃ 的水浴中 ”。所以全自動(dòng)容量檢測(cè)儀工作時(shí)必須 包括二部分，即蓄電池容量檢測(cè)部分和水浴恒溫控制部分。整個(gè)全自動(dòng)蓄電池檢測(cè)包括多路電壓電流檢測(cè)模塊、水溫檢測(cè)模塊、多路模擬開關(guān)選通模塊、高速 A/D 轉(zhuǎn)換電路模塊、計(jì)數(shù) /定時(shí)模塊、 AT89C51 單片機(jī)控制模塊、鍵盤輸入模塊、 LED 顯示模塊、恒流負(fù)載控制模塊、恒溫調(diào)節(jié)模塊等組成。 如圖 所示。 水浴恒溫控制部分，由于 整個(gè)試驗(yàn)期間 要求 蓄電池均放置在溫度 25177。2℃ 的水浴中 ，所以控制過程中必須及時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行精確控制。首先通過鍵盤設(shè)定恒溫經(jīng)行時(shí)的溫度值，并且用數(shù)碼管顯示，然后在運(yùn)行過程中將采樣的溫度模擬量輸入 A/D 轉(zhuǎn)換器 中經(jīng)行模擬 數(shù)字裝換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字用數(shù)碼管顯示，最后用單片機(jī)輸出控制量， D/A 轉(zhuǎn)換后通過光電隔離和驅(qū)動(dòng)電路送到可控硅 SCR控制端，從而控制加熱器的通電加熱功率。 電池容量檢測(cè)部分，在容量檢測(cè)時(shí)必須按 20h 率容量、 10h 率容量、 7min率 27min 率、儲(chǔ)備容量的放電要求，即使同一的型號(hào)蓄電池的按不同的要求也有不同的放電電流，所以必須選擇可控的恒流負(fù)載器。首先根據(jù)蓄電池的型號(hào)和容量檢測(cè)的要求計(jì)算出放電電流，然后選擇合適恒流負(fù)載器中繼電器的開關(guān)，在測(cè)量期間對(duì)多路電壓、電流的檢測(cè)，經(jīng)過高速多路模擬轉(zhuǎn)換開 關(guān)和 A/D轉(zhuǎn)換器，將轉(zhuǎn)換的數(shù)字用數(shù)碼管顯示，單片機(jī)根據(jù)鍵盤的輸入值來控制橫流負(fù)載器的繼電器開關(guān)。如此可實(shí)現(xiàn) 4路蓄電池容量的高精度檢測(cè)。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 電 池 組多 路 電 壓 電流 檢 測(cè)A / D 轉(zhuǎn) 換 電 路鍵 盤浴 池水 溫 檢 測(cè)模 塊時(shí) 鐘 電 路顯 示 電 路恒 流 電 路 控 制 模 塊光 耦 驅(qū) 動(dòng)加 熱 器雙 向 可 控 硅A T 8 9 C 5 1單 片 機(jī)主 控 模 塊 圖 全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)的系統(tǒng)框圖 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2 全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的原理簡(jiǎn)述 電池容量檢測(cè)模塊原理簡(jiǎn)述 蓄電池容量檢測(cè)方法 放電法 恒流 放電法即 100%C的深度放電，它具有容量測(cè)試準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)，因此，仍然是目前世界上檢測(cè)電池性能的最可靠方法。核對(duì)放電法即全放電的容量試驗(yàn)， 是檢測(cè)電池容量最直接、最可靠的方法，無論是在線還是離線進(jìn)行檢測(cè)，都必須設(shè)置備用電源作為防范措施，以保證系統(tǒng)的安全。傳統(tǒng)的核對(duì)放電設(shè)備普遍采用電阻絲進(jìn)行核對(duì)放電，并且是人工操作，程序繁瑣，存在一定的人身危險(xiǎn)，這種傳統(tǒng)的核對(duì)放電試驗(yàn)方式正在逐步被淘汰。目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用了新型的等效的電子負(fù)載，以保證電池組恒流放電。經(jīng)過數(shù)小時(shí)后，可以找出最落后的 一 到幾節(jié)電池，以落后電池到達(dá)終止電壓時(shí)的放電時(shí)間與放電電流來估算其容量，并以此容量作為整組電池的容量。不過它的缺點(diǎn)也很突出，主要表現(xiàn)為： (1)放電時(shí)間長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)大，電池 組須脫離系統(tǒng)，蓄電池組所存儲(chǔ)的化學(xué)能全部以熱能形式消耗掉，既浪費(fèi)了電能又費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低；少數(shù)放電系統(tǒng)采用逆變技術(shù)可以將化學(xué)能予以回收利用。 (2)進(jìn)行核對(duì)性放電試驗(yàn)，必須具備一定條件，首先，盡可能在市電基本保障的條件下進(jìn)行；其次，必須 有備用電池組。 (3)目前，核對(duì)放電只能測(cè)試整組電池容量，不能測(cè)試每一節(jié)單體電池容量，以容量最低的一節(jié)作為整組容量，而其他部分電池由于放電深度不夠，其劣化或落后程度還不能完全充分暴露出來。 (4)有損蓄電池的容量。由于蓄電池的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)不是完全可逆的。全深度循環(huán)放電的次數(shù)是 有限的，所以，不宜對(duì)鉛酸蓄電池頻繁進(jìn)行深放電。但是間隔時(shí)間過長(zhǎng)，兩次核對(duì)之間的蓄電池的狀態(tài)是不確定的。我們會(huì)面臨兩難的選擇。密封蓄電池的使用壽命是否終結(jié)的主要判據(jù)為，電池的剩余容量是否滿足機(jī)房工 作要求，或者滿足有關(guān)維護(hù)規(guī)程的要求。國(guó)家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程中的恒流 放電試驗(yàn)?zāi)壳叭允俏ㄒ槐还J(rèn)的測(cè)試剩余容量的最有效方法，它是衡量蓄電池在關(guān)鍵時(shí)刻能否發(fā)揮作用，確保通信暢通與生產(chǎn)正常的重要手段。 對(duì)于電池組采用 1%～ 5%C的淺度放電；機(jī)房可以沒有備用電池組。在放電狀態(tài)下，對(duì)蓄電池組的各單體電池的端電 壓進(jìn)行巡檢，找出端電壓下降最快的一安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 只，將其確認(rèn)為落后電池，再利用核對(duì)放電儀器，對(duì)該節(jié)電池進(jìn)行核對(duì)放電，檢測(cè)其容量，即代表該組電池的容量。目前，此法可以較快地判定電池組中部分或者個(gè)別落后或劣化電池，但還不足以準(zhǔn)確測(cè)定電池的好壞程度，包括電池的容量等指標(biāo)，僅適宜作為一個(gè)定性測(cè)試的參考。以前有廠家根據(jù)客戶的需求特點(diǎn)，推出一系列在線測(cè)試電池容量的設(shè)備與儀器，即在線檢測(cè)儀或在線巡檢儀，但是除了少數(shù)情況外，一般都達(dá)不到一個(gè)很理想的效果。原因是多方面的，其中有蓄電池的生產(chǎn)制造工藝的原因，有蓄電池電化學(xué)特性的原因，即容量相同的蓄電池的負(fù)載電壓本身具有離散性。大量研究實(shí)踐證明，即便是淺度放電狀態(tài)，單純通過電壓高低完全不足以判別電池性能的好壞。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)小，并可以快速查找落后電池。不過最大的缺點(diǎn)還是測(cè)試精度低，只能作為電池落后狀態(tài)判定依據(jù)，不能準(zhǔn)確測(cè)算電池的好壞程度及電池容量指標(biāo)。同時(shí)測(cè)試要求較高，測(cè)試情況還不是很理想，尤其是容量測(cè)試準(zhǔn)確度較低。 (內(nèi)阻 )測(cè)量法 電導(dǎo)測(cè)試線是目前主要的日常維護(hù)儀器。從測(cè)試技術(shù)分為交流法和直流法，使用 95%以上的電導(dǎo) (內(nèi)阻 )測(cè)量?jī)x屬于交流法。 交流法電導(dǎo)測(cè)量是向蓄電池 兩端加一個(gè)已知頻率和振幅的交流電壓信號(hào)，測(cè)量出與電壓同相位的交流電流值，其交流電流分量與交流電壓的比值即為電池的電導(dǎo)。電導(dǎo)是頻率的函數(shù)，不同的測(cè)試頻率下有不同的電導(dǎo)值，電池的容量越小，電池電阻越大，電導(dǎo)值越小。電導(dǎo)法能準(zhǔn)確查出完全失效的電池，根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)分析及研究結(jié)果證明，電池的容量只有降低到 50%時(shí)，內(nèi)阻或者電導(dǎo)會(huì)有所變化，降低到 40%以后，會(huì)有明顯變化，所以，根據(jù)電池電導(dǎo)值或者內(nèi)阻值，可以在一定程度上確定電池的性能。采用電導(dǎo)法測(cè)試電池的內(nèi)阻或電導(dǎo)是判定蓄電池好壞的一種有價(jià)值的參考思路，但是問題如下： (1)對(duì)于電池的好壞程度，還不能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)；不足以準(zhǔn)確地測(cè)算出電池的實(shí)際性能指標(biāo)，尤其是容量指標(biāo)；不能判斷 (SOC)容量 50%以上的蓄電池的好壞；不能到達(dá)國(guó)標(biāo)的要求。根據(jù)國(guó)家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程以及蓄電池維護(hù)效果要求，電池組荷電容量達(dá)不到 80%便應(yīng)整組淘汰。 (2)不同型號(hào)的儀表測(cè)量結(jié)果的差異性較大，由于各種交流法測(cè)量?jī)x的測(cè)量頻率 (15Hz～ 1000Hz)、測(cè)量方法 (相位差法、有效值法、調(diào)制解調(diào)法、比較法等等 )和測(cè)量電流 (1A～ 10A)相差較大，讓使用不同的測(cè)量?jī)x對(duì)于同一塊電池的測(cè)量結(jié)果相差較大，有時(shí)相 差一倍。造成用戶選擇儀表困難，以及對(duì)于儀表測(cè)量結(jié)果的可信度懷疑。目前基于直流法的電導(dǎo) (內(nèi)阻 )測(cè)量?jī)x檢測(cè)水平也未能超出交流法測(cè)量?jī)x。電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)雖然測(cè)試工作比較簡(jiǎn)單，但是，由于內(nèi)阻與容量安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 是非線性的，所以，測(cè)試結(jié)果不能很好地反映蓄電池的真實(shí)健康狀況。 Ah容量法 對(duì)于動(dòng)力蓄電池，蓄電池需要頻繁的充電、放電。往往采用 Ah容量法。使用 Ah容量法記錄的電能量，需要知道蓄電池的初始狀態(tài)和終點(diǎn) SOC；但是初始狀態(tài)和終點(diǎn) SOC受到下述多種因素的影響，在一般情況下，并不是一個(gè)常數(shù)。所以安時(shí) Ah容量法僅能紀(jì)錄已經(jīng)使用或 通過電量計(jì)的電量，而不能較為準(zhǔn)確 地預(yù)測(cè)終點(diǎn) SOC。 而本設(shè)計(jì)采用恒流放電，該電路由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。該恒流放電電路，保證了放電電流的基本恒定，從而保證了容量檢測(cè)的準(zhǔn)確。 蓄電池容量試驗(yàn)條件及要求 容量（ 以啟動(dòng)用鉛酸蓄電池為例 ）： 儲(chǔ)備容量和 20 h 率容量。 （ 1） 儲(chǔ)備容量試驗(yàn) 1） 整個(gè)試驗(yàn)期間，蓄電池均放置在溫度為 25 ℃ 177。2 ℃ 的水浴中 ， 電 池 上緣露出水面不得超過 25 mm，蓄電池之間和蓄電池與水浴壁之間的距離 ，均不得少于 25 mm。 2） 蓄電 池在完全充電結(jié)束后 l ～ 5 h 內(nèi)。當(dāng)電解液溫度達(dá)到 25 ℃ 177。 2 ℃ 時(shí)，以 25 A 電流放電到蓄電池電壓達(dá)（ 177。 ） V 時(shí)終止 ， 記錄放電持續(xù)時(shí)間 t（ min） 。 （ 2） 20 h 率容量試驗(yàn) 1） 整個(gè)試驗(yàn)期間，蓄電池均放置在溫度為 25 ℃ 177。 5 ℃ 的水浴中，蓄電池上緣露出水面不得超過 25 mm， 蓄電池之間和蓄電池與水浴壁之間的距離，均不得少于 25 mm。 2） 蓄電池在完全充電結(jié)束后 1 ～ 5 h 內(nèi)，當(dāng)電解液溫度達(dá)到 25 ℃ 177。 5 ℃ 時(shí)，以 I20電流放 電到蓄電池 端電壓達(dá)（ 177。 ） V 時(shí)終止，記錄放電持續(xù)時(shí)間 t2（ min） 。 3） 20 h 率實(shí)際容量按下式計(jì)算： Ce= I20 t 2［ 1－ （ T－ 25） ］ 式中： T 為放電終止時(shí)中間單體蓄電池電解液溫度（ 單位為 ℃ ） ； 0. 01 為溫度系數(shù)。 恒流放電電路的介紹 為了檢測(cè)蓄電池的容量，需要對(duì)電池進(jìn)行大電流放電，并且要保持電流的基本恒定。隨著放電的進(jìn)行，蓄電池的電壓必然要降低，如不加入恒流放電裝置而是進(jìn)行定電阻放電，則放電電流也會(huì)隨著電壓的降低而降低。因此要在 放電回路安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 中加入恒流放電裝置，補(bǔ)償降低的電壓，使