【文章內(nèi)容簡介】 有來自通信設(shè)備的干擾。第四，必須是在線測量，離線測量意義不大。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。（1）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。該方法的適用范圍窄并且這種方法在精度上有很大的缺陷。（2）開路電壓法是通過測量蓄電池的端電壓來估計(jì)蓄電池的內(nèi)阻，精度很差，甚至得出錯(cuò)誤的結(jié)論。因?yàn)?，即使一個(gè)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。（3）直流放大法就是通過對電池進(jìn)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(jì)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(shí)，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(jì)算電壓變化幅值。實(shí)際測量中，直流方法所得數(shù)據(jù)的重復(fù)性較差。（4） 交流法通過對電池注入一個(gè)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(jì)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(jī)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)安全在線監(jiān)測管理，避免了對設(shè)備運(yùn)行安全性的影響。同時(shí)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。首先產(chǎn)生一個(gè)1KHz的恒定交流激勵(lì)信號，交流法通過對蓄電池注入一個(gè)交流信號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（2）和（3） （2） （3）即可計(jì)算出蓄電池的阻抗，進(jìn)而反映出蓄電池的性能。有以上比較，我們選用交流法，來進(jìn)行蓄電池性能的測試。 交流法當(dāng)使用受控電流時(shí)電流如公式（4）所示 （4） 產(chǎn)生的電壓響應(yīng)如公式（5）所示 （5） 若使用受控電壓激勵(lì)如公式（6）所示 （6） 產(chǎn)生的電流響應(yīng)如公式（7）所示 （7） 兩種情況的阻抗均為： 即阻抗是與頻率有關(guān)的復(fù)阻抗，其模如公式（8）所示 （8）相角為φ。 一般情況下激勵(lì)引起的電壓幅值變化小于10mV，這樣能保證阻抗測量的線性。從理論上講，向電池饋入一個(gè)交流電流信號，測量由此信號產(chǎn)生的電壓變化即可測得電池的內(nèi)阻，如公式（9）所示 （9）式中 Vav為檢測到交流信號的平均值；Iav 為饋入交流信號的平均值用交流法測量內(nèi)阻時(shí)，將一個(gè)交流測試信號加在電池上，然后測量出電池的電流（I）和該電流在電池兩端的交流電壓降（V），由此可以推到出阻抗R。由于交流信號頻率一般都選擇得可以忽略電容的影響，測得的數(shù)據(jù)實(shí)際上就是電阻，交流法的缺點(diǎn)是易受充電器紋波和其他噪聲源的影響。但是如果選擇適當(dāng)?shù)臏y試頻率，并采用有效的濾波器，還可以避免電源紋波和其他噪聲的影響的。交流法的有點(diǎn)對在線使用的蓄電池來說，此方法對系統(tǒng)的影響最小，并可在電池的整個(gè)使用期內(nèi)精確測量。同時(shí)施加的低頻信號頻率非常之低，施加的交流電流也非常小，故不會對蓄電池的性能造成影響，并且不需要負(fù)載箱。 當(dāng)蓄電池處于開路狀態(tài)時(shí)，可以近似地認(rèn)為蓄電池正負(fù)極處于平衡電位狀態(tài)。在蓄電池正負(fù)極加上恒定的電位差時(shí)，就會有滯留在其中流過；如果在此電位差上疊加一個(gè)幅度相當(dāng)?。ㄒ话阈∮?0mV）的正弦交流電壓就會有正弦交流電流蟲其中流過，該電流的大小依賴于電極電位和電極表面附近液層中參與電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的濃度。交流電流中依賴于電極電位的這部分是跟交流電壓同相位的，可以用傳輸電阻來表示。依賴于物質(zhì)濃度的這部分交流電流是受反應(yīng)物和生成物擴(kuò)散過程控制的，Warbug提出這種控制作用可以表示為一個(gè)電阻和一個(gè)電容串聯(lián)組成的阻抗，該電阻和電容成分跟交流電頻率平方根成正比。如果電化學(xué)反應(yīng)結(jié)果會有一部分物質(zhì)吸附在電極表面，則這部分表面就被覆蓋了，就會對總的交流電流大小有影響，它跟交流電壓的頻率相同但相位不同，這種影響可以用電阻和電容并聯(lián)組成的電抗來表示。當(dāng)電池兩級上沒有電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，在正弦交流電壓作用下的交流只用于電極雙重電容的充放電。由于鉛酸蓄電池交流阻抗中有感抗存在，不能采用在復(fù)數(shù)平面圖中相應(yīng)虛部為零時(shí)阻抗實(shí)部值作為電池內(nèi)阻值，而采用電池阻抗模變化最小的頻率區(qū)域（）中阻抗實(shí)部的平均值作為電池內(nèi)阻，此時(shí)濃差極化的干擾就相對小一些。3 硬件電路的設(shè)計(jì) 總體框架在實(shí)際使用中，由于饋入信號的幅值有限，電池的內(nèi)阻在微歐或毫歐級，因此，產(chǎn)生的電壓變化幅值也在微伏級，信號容易受到干擾。尤其是在線測量時(shí)，會受到充電機(jī)或用電負(fù)載的影響。交流法，首先要有一個(gè)交流源，原理框圖如圖2所示，交流原，就是提供交流信號，使之注入到蓄電池后能在蓄電池兩端產(chǎn)生一個(gè)交流相應(yīng)信號。同時(shí)考慮到交流流源與蓄電池串聯(lián)后，蓄電池會產(chǎn)生一個(gè)直流信號。為了避免與恒流源影響。故在串聯(lián)電路中串聯(lián)一個(gè)電容，電容可以起到隔直流，通交流的作用。其阻值的大小選取，選擇較大電容阻值的，因?yàn)檫x擇較大的電容c，交流信號在其分的電壓降，就少，其阻抗為 1/jωc。蓄電池的內(nèi)阻不是純電阻，里面存在有容性成分，故交流信號經(jīng)過蓄電池后相位差會發(fā)生變化。所以要測出蓄電池的阻抗，還要測出相位差θ。為了測出相位差我們需要一個(gè)參考電壓，電阻Ro，就是提供一個(gè)參考電壓，R取值1KΩ，流過一個(gè)恒定的交流信號，如公式（10）所示 （10）R上產(chǎn)生一個(gè)已知的電壓信號，如公式（11）所示 （11）設(shè)計(jì)總體框圖如圖2所示 交流源蓄電池差分放大AD8302幅相檢測A/D采樣單片機(jī)LCD顯示圖2 設(shè)計(jì)總體框圖因?yàn)榻涣餍盘柦?jīng)過蓄電池后，在蓄電池兩端的相應(yīng)信號十分微弱，直接取值不方便，并且如果直接取值還攜帶有直流信號，故我們選擇一個(gè)差分放大器，其輸入信號就是蓄電池兩端的的信號，經(jīng)過差分放大。得到蓄電池兩端的交流相應(yīng)電壓信號，并且此時(shí)已經(jīng)將直流信號去掉。同樣我們對已知的參考信號R兩端的信號作為輸入信號也經(jīng)過差分放大器。所以，我們就需要兩個(gè)完全一樣的差分放大器，放大器我們選用INA2321芯片，INA2321放大器一塊芯片里面有兩個(gè)完全一樣的放大器。故經(jīng)過INA2321后，信號放大同樣的倍數(shù)。放大后的信號經(jīng)過AD8302幅相檢測芯片可以得到兩個(gè)輸入信號的幅度之比和兩輸入信號的相位差θ。假設(shè)幅度之比為q,則蓄電池兩端的相應(yīng)電壓信號如公式（12）所示 （12）帶入阻抗公式（2）和（3），其中Vo=Umax= qARo，Is=Imax=A 得公式（13） R=qRocosθ （13）在單片機(jī)里數(shù)據(jù)處理后，送入LCD顯示。直觀現(xiàn)實(shí)出來蓄電池性能的好壞。 主處理器模塊AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器， AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。（1）主要特性?與MCS51 兼容 ?4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ?壽命：1000寫/擦循環(huán)?數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年?全靜態(tài)工作：0Hz24Hz?三級程序存儲器鎖定?128*8位內(nèi)部RAM?32可編程I/O線?兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器?5個(gè)中斷源 ?可編程串行通道?低功耗的閑置和掉電模式?片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 AT89C51引腳如圖3所示圖3 AT89C51引腳（2）管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P