專利名稱：測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測試蓄電池或一次電池電學(xué)狀態(tài)的儀器，尤其是涉 及測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
閥控鉛酸(Valve-Regulated Lead-Acid, VRLA)蓄電池的荷電狀態(tài) (Stateof Charge, S0C)是表征蓄電池充電狀態(tài)的參數(shù)，定義為蓄電池的剩余容量(即電池 的當(dāng)前容量)與其額定容量的百分比。蓄電池用戶希望隨時(shí)了解電池的S0C，以便確定是可 以放心使用，還是必須充電或者進(jìn)行必要的維護(hù)操作。由于SOC是蓄電池的一種內(nèi)在特性，無法進(jìn)行直接測量，只能針對(duì)諸如端電壓、充 /放電電流等外部可測參數(shù)進(jìn)行間接測量。VRLA蓄電池SOC的無損檢測一直是國、內(nèi)外的 研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。現(xiàn)有技術(shù)檢測VRLA蓄電池SOC的方法主要有(1)放電實(shí)驗(yàn)法將蓄電池從實(shí)際負(fù)載脫開，在特定溫度下以恒定電流對(duì)假負(fù)載 放電至截止電壓(單體電壓為1.8V)，蓄電池所能放出的電量即為其當(dāng)前容量，該方法是目 前行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)做法。(2)開路電壓法VRLA蓄電池的開路電壓與其SOC之間存在較好的相關(guān)性，通過測 量電池的開路電壓即可實(shí)現(xiàn)對(duì)其SOC的間接測量。(3)模糊推理法根據(jù)大量放電實(shí)驗(yàn)曲線，再加上技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，用模糊邏輯模 擬人的推理思維，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池SOC的預(yù)測。(4)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的方法將VRLA蓄電池看作一個(gè)“黑箱”，采用神經(jīng)元 技術(shù)，用蓄電池在整個(gè)生命周期內(nèi)的各種工況來訓(xùn)練由神經(jīng)元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)模型，其核心思 想是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性逼近能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池SOC的預(yù)測。(5)安時(shí)計(jì)量法在已知蓄電池初始SOC的情況下，對(duì)蓄電池的充、放電電流進(jìn)行 積分，計(jì)算出當(dāng)前的S0C。(6)內(nèi)阻法。迄今為止，該方法是最受行業(yè)矚目的VRLA蓄電池?zé)o損檢測技術(shù)之一， 并于1996年被IEEE接受為推薦性標(biāo)準(zhǔn)。其核心思想是VRLA蓄電池作為一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)， 可以用等效電路模型進(jìn)行表征，當(dāng)蓄電池的SOC發(fā)生變化時(shí)，其等效電路模型的參數(shù)亦會(huì) 相應(yīng)地發(fā)生改變。已有文獻(xiàn)研究表明，VRLA蓄電池的SOC與其等效電路模型的歐姆內(nèi)阻之 間存在良好的相關(guān)性，通過測量等效電路的歐姆內(nèi)阻，即可得到蓄電池SOC的變化信息。上述這些檢測方法的主要缺點(diǎn)是(1)放電實(shí)驗(yàn)法毋庸置疑，這一方法將耗費(fèi)大量的人力與能源，而且在放電實(shí)驗(yàn) 期間，蓄電池起不到其應(yīng)有的后備電源作用。(2)開路電壓法雖然開路電壓可以比較準(zhǔn)確地反映VRLA蓄電池的S0C，但是，即 使在脫離充電機(jī)與負(fù)載以后，發(fā)生在電池內(nèi)部的極化現(xiàn)象也會(huì)在數(shù)小時(shí)內(nèi)造成其端電壓的 不斷變化。(3)模糊推理法模糊邏輯推理在處理定性問題方面有它的獨(dú)特之處，而其局限 性在于很難得到精確的判定，而且不能依靠簡單地定義幾條模糊規(guī)則就可以實(shí)現(xiàn)SOC的精 確預(yù)估，必須使系統(tǒng)具有推理和泛化能力，能夠?qū)y量的數(shù)據(jù)進(jìn)行知識(shí)的歸納和推理。
(4)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的方法要求有足夠多的歷史數(shù)據(jù)，樣本選擇困難，算 法復(fù)雜，容易陷入局部極小點(diǎn)，收斂速度較慢；此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一個(gè)“黑箱”模型，其參 數(shù)缺乏明確的物理意義，建立的數(shù)學(xué)模型難以理解。(5)安時(shí)計(jì)量法其缺點(diǎn)是假定蓄電池的充、放電效率均為100%。然而，充電機(jī)所 輸出的電能并非完全被蓄電池接收，所有被充進(jìn)蓄電池的電能也不能通過放電完全放出； 此外，VRLA蓄電池存在不可避免的自放電現(xiàn)象。(6)內(nèi)阻法VRLA蓄電池的歐姆內(nèi)阻通常在毫歐量級(jí)，大容量電池的歐姆內(nèi)阻更 小，其隨蓄電池SOC不同而變化的幅度也更小，并且測量夾具與電池極柱之間的接觸電阻 也在毫歐量級(jí)，準(zhǔn)確測量該參數(shù)的難度大、成本高。作為一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，VRLA蓄電池可以用圖2所示的基于阻抗測量的小信 號(hào)等效電路模型來描述(參考F. Huet. A review of impedance measurement s for determinationof the state~of-charge or state—of—health of secondary batteries [J], Journal ofPower Sources，1998，70 :59-69.確定蓄電池荷電狀態(tài)與健康狀 態(tài)的阻抗測量綜述.電源雜志，1998，70:59-69.)。在圖2中，Ri2為歐姆內(nèi)阻，L為引線電 感，Cdl+,Cdl_,Rt+,Rt_,Zw+,Zw_分別為蓄電池正、負(fù)極的極板雙層電容、電荷遷移電阻(也稱極 化內(nèi)阻)和Warburg阻抗。由于Warburg阻抗僅出現(xiàn)在頻率極低的時(shí)候(< I(T4Hz)，實(shí)際 工程應(yīng)用中通常將其忽略，而用Φ = [Ri2jL, RT+, CDL+, RT_，CdlJ來描述VRLA蓄電池。由電學(xué)理論可知蓄電池的內(nèi)部阻抗Z可以用函數(shù)λ ( ·，Φ)來描述。將一只標(biāo)稱 參數(shù)為12V/7. OAh的VRLA蓄電池放置在25 士 0. 2 °C的恒溫箱內(nèi)，靜置M小時(shí)后，采用交流 恒電位法對(duì)其進(jìn)行內(nèi)部阻抗測量，掃頻范圍為IOHz到20KHz，得到其內(nèi)部阻抗譜圖如圖3所 示。圖3中為阻抗實(shí)部，即阻抗的電阻分量，^rag為阻抗虛部，即阻抗的電抗分量。定 義阻抗Z呈純阻性(即Z的虛部為零)時(shí)相應(yīng)的激勵(lì)信號(hào)頻率為蓄電池的諧振頻率f；，此 時(shí)的阻抗即為蓄電池的歐姆內(nèi)阻Ri2 = λ (f = f；，Φ)，即VRLA蓄電池的歐姆內(nèi)阻Ri2是其 諧振頻率f；的函數(shù)。本發(fā)明人的研究成果表明VRLA蓄電池的SOC與其歐姆內(nèi)阻Ri2之間 存在良好的相關(guān)性，即SOC可以用函數(shù)ζ (Rfi)來描述。因此，SOC也可以表示為諧振頻率 fr的函數(shù)，即=SOC= ζ (Rfi) = ζ (λ ( · = ;，φ)) = ξ (fr)D通過測量蓄電池的fr，即可 實(shí)現(xiàn)對(duì)其SOC的間接測量。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供 一種測量閥控鉛酸VRLA蓄電池荷電狀態(tài)SOC的方法和裝置。實(shí)現(xiàn)對(duì)VRLA蓄電池SOC的低 成本、快速測量。基于本發(fā)明人的上述發(fā)現(xiàn)，為解決所述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明采用的技術(shù) 方案是，提出一種測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的方法，包括步驟A.針對(duì)不同型號(hào)的閥控鉛酸蓄電池，用常規(guī)方法將其充電至額定容量后，分階段 使之放電至不同的荷電狀態(tài)，分別測出各該荷電狀態(tài)下所述VRLA蓄電池的諧振頻率f；；B.將實(shí)施上述步驟A，針對(duì)每一種型號(hào)的VRLA蓄電池測得的{fpSOC}數(shù)據(jù)集，貯 存在掉電可保存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)；C.在需要測量SOC的所述VRLA蓄電池正、負(fù)極端子上施加掃頻交流信號(hào)，連續(xù)改 變施加交流信號(hào)的頻率，直至所述被測蓄電池內(nèi)阻抗表現(xiàn)為純電阻，此時(shí)施加的交流信號(hào) 頻率即為所述被測蓄電池在當(dāng)時(shí)SOC的諧振頻率f；；
D.將實(shí)施步驟C所獲f；值輸入微處理器，從貯存在所述掉電可保存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 內(nèi)、同被測蓄電池同樣型號(hào)的VRLA蓄電池的{f;，S0C}數(shù)據(jù)集內(nèi)，通過線性插值的方法得到 相對(duì)應(yīng)的S0C，此即所測該蓄電池當(dāng)時(shí)的S0C，亦即它當(dāng)時(shí)擁有的剩余電量，用百分?jǐn)?shù)％表示。步驟A中所述“測出各該SOC下所述VRLA蓄電池的諧振頻率f/’，包括步驟Al.以“恒流-恒壓-涓流”的三階段充電方式對(duì)所述蓄電池進(jìn)行充電，在充電過 程完成后將電池靜置120分鐘；A2.在25士0. 2°C的環(huán)境溫度下以10小時(shí)放電率對(duì)電池進(jìn)行恒流放電。放電過程 中，采用安時(shí)計(jì)量法實(shí)時(shí)記錄蓄電池的剩余電量，并將此值作為其SOC的真實(shí)值；A3.在步驟A2所述蓄電池正、負(fù)極端子上施加掃頻交流信號(hào)，連續(xù)改變施加交流 信號(hào)的頻率，直至所述被測蓄電池內(nèi)阻抗表現(xiàn)為純電阻，此時(shí)施加的交流信號(hào)頻率即為該 蓄電池在該SOC的諧振頻率f；。為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明還采用如下的技術(shù)方案提供一種測量閥控 鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的裝置，包括智能控制模塊、掃頻信號(hào)發(fā)生模塊、電流電壓采樣模塊和 采樣信號(hào)處理模塊；被測VRLA蓄電池同掃頻信號(hào)發(fā)生模塊和電流電壓采樣模塊電連接；智能控制模塊輸出控制電壓，驅(qū)動(dòng)掃頻信號(hào)發(fā)生模塊輸出頻率受控于所述控制電 壓的交變電壓信號(hào)施加于所述被測蓄電池上，由電流電壓采樣模塊同步采樣流經(jīng)被測蓄電 池的交變電流和該蓄電池的交變響應(yīng)電壓，輸入至采樣處理信號(hào)模塊，經(jīng)采樣信號(hào)處理模 塊的移相、濾波、混頻和鑒相后，輸出控制電壓負(fù)反饋至智能控制模塊，令掃頻信號(hào)發(fā)生模 塊不斷改變輸出交流信號(hào)的頻率，直至輸出交流信號(hào)頻率為被測蓄電池當(dāng)時(shí)SOC的諧振頻 率f;時(shí)才停止改變，并將此時(shí)所獲取的f;在智能控制模塊內(nèi)通過對(duì)比和插值預(yù)先貯存其內(nèi) 的{f;，S0C}數(shù)據(jù)集，得到該被測蓄電池相應(yīng)的荷電狀態(tài)，經(jīng)人機(jī)界面顯示出來。所述智能控制模塊，包括微處理器、人機(jī)界面和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；微處理器分別與人機(jī) 界面和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分別電連接；所述微處理器處理人機(jī)界面得到的指令，并輸出控制電壓， 驅(qū)動(dòng)掃頻信號(hào)發(fā)生模塊輸出頻率受控于所述控制電壓的交變電壓信號(hào)施加于所述被測蓄 電池上，同時(shí)控制電流電壓采樣模塊同步采樣流經(jīng)被該測蓄電的交變電流和該蓄電池響應(yīng) 的交變電壓；獲取采樣信號(hào)處理模塊輸出的反饋控制電壓，令掃頻信號(hào)發(fā)生模塊不斷改變 輸出交流電壓的頻率，直至輸出交流電壓的頻率為被測蓄電池當(dāng)時(shí)SOC的諧振頻率f；時(shí)才 停止改變，并將此時(shí)所獲取的f；通過對(duì)比和插值預(yù)先存貯在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)的{f;，soc}數(shù)據(jù) 集，得到該被測蓄電池相應(yīng)的荷電狀態(tài)，并通過人機(jī)界面顯示出來。所述人機(jī)界面包括鍵盤和顯示器。所述智能控制模塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有不同型號(hào)的VRLA蓄電池的掃描頻率上限 f；、下限fL,以及起始掃描頻率&。所述掃頻信號(hào)發(fā)生模塊，包括正弦信號(hào)發(fā)生器和功率放大器；所述智能控制模塊 的電壓控制信號(hào)加到正弦信號(hào)發(fā)生器的輸入端，使其輸出頻率受控于所述控制電壓變化的 正弦信號(hào)，該正弦信號(hào)經(jīng)所述功率放大器放大后，加到被測蓄電池的正、負(fù)極端子上。所述電流電壓采樣模塊包括取樣電阻R、電流采樣電路和電壓采樣電路；所述電 流采樣電路通過取樣電阻R獲取流經(jīng)所述被測蓄電池的交變電流，并送至采樣信號(hào)處理模 塊；與此同時(shí)，所述電壓采樣電路采樣該蓄電池兩端交變響應(yīng)電壓，也送至采樣信號(hào)處理模塊。所述采樣信號(hào)處理功能塊包括移相器、濾波器、混頻器和鑒相器；所述電流電壓采 樣模塊輸出的交變電流經(jīng)濾波器濾波后接入所述混頻器輸入端；同時(shí)所述電流電壓采樣模 塊輸出的交變電壓經(jīng)過移相器移相、再通過濾波器濾波后，也被送入所述混頻器的另一輸 入端；該混頻器的輸出端接至鑒相器的輸入端，經(jīng)鑒相處理后輸出控制電壓，該控制電壓負(fù) 反饋至所述智能控制模塊的微處理器中。對(duì)所述VRLA蓄電池的諧振頻率f；的測量，包括步驟Bi.在被測VRLA蓄電池正、負(fù)極兩端施加頻率受控于掃描電壓的交流激勵(lì)信號(hào)U， 得到該蓄電池兩端的交變響應(yīng)電壓u'；B2.將激勵(lì)信號(hào)u與響應(yīng)電壓u'進(jìn)行混頻處理后得到信號(hào)巧；B3.將所述信號(hào)&經(jīng)濾波后，輸出的控制電壓tT負(fù)反饋到步驟Bl所述掃描電壓， 改變施加在被測VRLA蓄電池正、負(fù)極兩端交流信號(hào)u的頻率f ；B4.步驟Bl至B3重復(fù)進(jìn)行，直至所述輸出信號(hào)tT為零時(shí)，掃描電壓控制的交流信 號(hào)u的頻率f，即為所述VRLA蓄電池的諧振頻率fr。同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于無需精確測量閥控鉛酸蓄電池的內(nèi) 部阻抗，而采用測量其諧振頻率f；的方法和裝置，即可實(shí)現(xiàn)蓄電池SOC的低成本、快速測量。


圖1為本發(fā)明“測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的裝置”的邏輯框圖；圖2是閥控鉛酸VRLA蓄電池的等效電路模型示意圖；圖3是典型VRLA蓄電池的內(nèi)部阻抗譜；圖4是VRLA蓄電池諧振頻率fr的測量原理圖；圖5是VRLA蓄電池在不同荷電狀態(tài)SOC時(shí)的諧振頻率；圖6是本發(fā)明“測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的裝置”的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合各附圖所示之優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。 參見圖4與圖5，本發(fā)明之優(yōu)選實(shí)施例是提供一種測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài) 的方法，包括步驟針對(duì)不同型號(hào)的閥控鉛酸蓄電池，用常規(guī)方法將其充電至額定容量后，分階段使 之放電至不同的荷電狀態(tài)，分別測出各該荷電狀態(tài)下所述VRLA蓄電池的諧振頻率f；;Α.將實(shí)施上述步驟Α，針對(duì)每一種型號(hào)的VRLA蓄電池測得的{fpSOC}數(shù)據(jù)集，貯 存在掉電可保存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)；B.在需要測量SOC的所述VRLA蓄電池正、負(fù)極端子上施加掃頻交流信號(hào)，連續(xù)改 變施加的交流信號(hào)的頻率，直至所述被測蓄電池內(nèi)阻抗表現(xiàn)為純電阻，此時(shí)施加的交流信 號(hào)頻率即為所述被測蓄電池在當(dāng)時(shí)SOC的諧振頻率f；；C.將實(shí)施步驟C所獲f；值輸入微處理器，利用貯存在所述掉電可保存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器內(nèi)、同被測蓄電池同樣型號(hào)的VRLA蓄電池的{f;，S0C}數(shù)據(jù)集，通過線性插值的方法得到 相對(duì)應(yīng)的S0C，此即所測該蓄電池當(dāng)時(shí)的S0C，亦即它當(dāng)時(shí)擁有的剩余電量，用百分?jǐn)?shù)％表
7J\ ο步驟A中所述“測出各該荷電狀態(tài)下所述VRLA蓄電池的諧振頻率f/’，包括步驟Al.以“恒流-恒壓-涓流”的三階段充電方式對(duì)所述蓄電池進(jìn)行充電，在充電過程完成后將電池靜置120分鐘；A2.在25士0. 2°C的環(huán)境溫度下以10小時(shí)放電率對(duì)電池進(jìn)行恒流放電。放電過程 中，采用安時(shí)計(jì)量法實(shí)時(shí)記錄蓄電池的剩余電量，并將此值作為其SOC的真實(shí)值；A3.在步驟A2所述蓄電池正、負(fù)極端子上施加掃頻交流信號(hào)，連續(xù)改變施加的交 流信號(hào)的頻率，直至所述被測蓄電池內(nèi)阻抗表現(xiàn)為純電阻，此時(shí)施加的交流信號(hào)頻率即為 該蓄電池在該SOC的諧振頻率fr。所述VRLA蓄電池的諧振頻率f；的測量原理如圖4所示，包括步驟Bi.掃描電壓發(fā)生器801產(chǎn)生由低到高的掃描電壓，控制正弦波發(fā)生器802輸出信 號(hào)u的頻率f，該信號(hào)施加在被測VRLA蓄電池803正、負(fù)極兩端，蓄電池803在u的激勵(lì)下 輸出與其同頻率的響應(yīng)電壓信號(hào)u'，B2.將步驟Bl所述的交流電壓U'經(jīng)移相器804移相90°后輸出u' τ，再與u在 混頻器805內(nèi)混頻后輸出巧，B3.將所述信號(hào)巧經(jīng)鑒相后，經(jīng)低通濾波器806濾波后輸出控制電壓tT，控制掃描 電壓發(fā)生器。改變施加在被測VRLA蓄電池803正、負(fù)極兩端交流信號(hào)u的頻率f ；B4.步驟Bl至B3重復(fù)進(jìn)行，直至所述輸出信號(hào)tT為零時(shí)，掃描電壓控制的交流{丨 號(hào)u的頻率f，即為所述VRLA蓄電池803的諧振頻率fr。假定正弦波發(fā)生器802的輸出信號(hào)為
權(quán)利要求
1.一種測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的方法，包括步驟A.針對(duì)不同型號(hào)的閥控鉛酸VRLA蓄電池，用常規(guī)方法將其充電至額定容量后，分階段 使之放電至不同的荷電狀態(tài)S0C，分別測出各該SOC下所述VRLA蓄電池的諧振頻率f；；B.將實(shí)施上述步驟A，針對(duì)每一種型號(hào)的VRLA蓄電池測得其{f;，S0C}數(shù)據(jù)集后，貯存 在掉電可保存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)；C.在需要測量SOC的所述VRLA蓄電池正、負(fù)極端子上施加掃頻交流信號(hào)，連續(xù)改變該 交流信號(hào)的頻率，直至所述被測蓄電池內(nèi)阻抗表現(xiàn)為純電阻，此時(shí)施加的交流信號(hào)頻率即 為所述被測蓄電池在當(dāng)時(shí)SOC的諧振頻率f；；D.將實(shí)施步驟C所獲f；值輸入微處理器，利用貯存在所述掉電可保存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 內(nèi)、同被測蓄電池同樣型號(hào)的VRLA蓄電池的{f;，S0C}數(shù)據(jù)集，通過線性插值的方法得到相 對(duì)應(yīng)的S0C，此即所測該蓄電池當(dāng)時(shí)的S0C，亦即它當(dāng)時(shí)擁有的剩余電量，用百分?jǐn)?shù)％表示。
2.按照權(quán)利要求1所述測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的方法，其特征在于 步驟A中所述“測出各該SOC下所述VRLA蓄電池的諧振頻率f/’，包括步驟Al.以“恒流-恒壓-涓流”的三階段充電方式對(duì)所述蓄電池進(jìn)行充電，在充電過程完 成后將電池靜置120分鐘；A2.在25士0.2°C的環(huán)境溫度下以10小時(shí)放電率對(duì)電池進(jìn)行恒流放電。放電過程中， 采用安時(shí)計(jì)量法實(shí)時(shí)記錄蓄電池的剩余電量，并將此值作為其SOC的真實(shí)值；A3.在步驟A2所述蓄電池正、負(fù)極端子上施加掃頻交流信號(hào)，連續(xù)改變施加交流信號(hào) 的頻率，直至所述被測蓄電池的內(nèi)阻抗表現(xiàn)為純電阻，此時(shí)施加的交流信號(hào)頻率即為該蓄 電池在該SOC的諧振頻率fr。
3.按照權(quán)利要求1或2所述測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的方法，其特征在于 所述VRLA蓄電池的諧振頻率f；的測量，包括步驟Bi.在被測VRLA蓄電池正、負(fù)極兩端施加頻率受控于掃描電壓的交流激勵(lì)信號(hào)u，得到 該蓄電池兩端的交流響應(yīng)電壓u'；B2.將激勵(lì)信號(hào)u與響應(yīng)電壓u'進(jìn)行混頻處理后得到信號(hào)& ； B3.將所述信號(hào)&經(jīng)濾波后，輸出的控制電壓tT負(fù)反饋到步驟Bl所述掃描電壓，改變 施加在被測VRLA蓄電池正、負(fù)極兩端的交流信號(hào)u的頻率f ；B4.步驟Bl至B3重復(fù)進(jìn)行，直至所述輸出信號(hào)tT為零時(shí)，掃描電壓控制的交流信號(hào)u 的頻率f，即為所述VRLA蓄電池的諧振頻率fr。
4.一種測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的裝置，其特征在于包括智能控制模塊(10)、掃頻信號(hào)發(fā)生模塊(20)、電流電壓采樣模塊(30)和采樣信號(hào) 處理模塊GO)；被測閥控鉛酸蓄電池(60)同掃頻信號(hào)發(fā)生模塊O0)和電流電壓采樣模塊 (30)電連接；智能控制模塊(10)輸出控制電壓，驅(qū)動(dòng)掃頻信號(hào)發(fā)生模塊O0)輸出頻率受控于所述 控制電壓變化的交變電壓信號(hào)施加于所述被測蓄電池(60)上，由電流電壓采樣模塊(30) 同步采樣流經(jīng)被測蓄電池(60)的交變電流和該蓄電池(60)的交變響應(yīng)電壓，輸入至采樣 處理模塊(40)，經(jīng)采樣信號(hào)處理模塊00)的移相、濾波、混頻和鑒相后，輸出控制電壓負(fù)反 饋至智能控制模塊(10)，令掃頻信號(hào)發(fā)生模塊O0)不斷改變輸出交流信號(hào)的頻率，直至輸 出交流信號(hào)頻率為被測蓄電池當(dāng)時(shí)SOC的諧振頻率f；才停止改變，并將此時(shí)所獲取的f；在智能控制模塊(10)內(nèi)通過對(duì)比和插值預(yù)先貯存其內(nèi)的{f；，S0C}數(shù)據(jù)集，得到該被測蓄電 池(60)相應(yīng)的荷電狀態(tài)，經(jīng)人機(jī)界面顯示出來。
5.按照權(quán)利要求4所述測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的裝置，其特征在于所述智能控制模塊(10)，包括微處理器(101)、人機(jī)界面(10 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(103)； 微處理器(101)分別與人機(jī)界面(10 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(10 電連接；所述微處理器(101)處理人機(jī)接口(10 得到的指令，并輸出控制電壓，驅(qū)動(dòng)掃頻信號(hào) 發(fā)生模塊00)輸出頻率受控于所述控制電壓變化的交變電壓信號(hào)施加于所述被測蓄電池 (60)上，同時(shí)控制電流電壓采樣模塊(30)同步采樣流經(jīng)被測蓄電池(60)的交變電流和該 蓄電池(60)的交變響應(yīng)電壓；獲取采樣信號(hào)處理模塊GO)輸出的反饋控制電壓，令掃頻信 號(hào)發(fā)生模塊O0)不斷改變輸出交流信號(hào)的頻率，直至輸出交流電壓的頻率為被測蓄電池 當(dāng)時(shí)SOC的諧振頻率f；時(shí)才停止改變，并將此時(shí)所獲取的f；通過對(duì)比和插值預(yù)先存貯在數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器(103)內(nèi)的{f;，S0C}數(shù)據(jù)集，得到該被測蓄電池(60)相應(yīng)的荷電狀態(tài)，并通過人 機(jī)界面(102)顯示出來。
6.按照權(quán)利要求4所述測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的裝置，其特征在于所述掃頻信號(hào)發(fā)生模塊(20)，包括正弦信號(hào)發(fā)生器(201)和功率放大器Q02)；所述智 能控制模塊(10)的控制電壓信號(hào)加到正弦信號(hào)發(fā)生器O01)的輸入端，使其產(chǎn)生一頻率受 控于所述控制電壓的正弦信號(hào)，該正弦信號(hào)經(jīng)所述功率放大器(202)放大后，加到被測蓄 電池(60)的正、負(fù)極端子上。
7.按照權(quán)利要求4所述測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的裝置，其特征在于所述電流電壓采樣模塊30包括取樣電阻R、電流采樣電路(301)和電壓采樣電路 (302)；所述電流采樣電路(301)通過取樣電阻R獲取流經(jīng)所述被測蓄電池(60)的交變電 流，并送至采樣信號(hào)處理模塊GO)；與此同時(shí)，所述電壓采樣電路(30 采樣該蓄電池(60) 的交變響應(yīng)電壓，也送至采樣信號(hào)處理模塊GO)。
8.按照權(quán)利要求4或7所述測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的裝置，其特征在于 所述采樣信號(hào)處理功能塊GO)包括移相器001)、濾波器002、403)、混頻器(404)和鑒相器(405)；所述電流電壓采樣模塊(30)輸出的交變電流經(jīng)濾波器(40 濾波后接入所述混頻器 (404)輸入端；同時(shí)所述電流電壓采樣模塊(30)輸出的交變響應(yīng)電壓經(jīng)過移相器(401) 移相、再通過濾波器(40 濾波后，也被送入所述混頻器G04)的另一輸入端；該混頻器 (404)的輸出端接至鑒相器(405)的輸入端，經(jīng)鑒相處理后輸出控制電壓，該控制電壓負(fù)反 饋至所述智能控制模塊(10)的微處理器(101)中。
9.按照權(quán)利要求5所述測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的裝置，其特征在于 所述人機(jī)界面(10 包括鍵盤和顯示器。
10.按照權(quán)利要求5或6所述測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的裝置，其特征在于 所述智能控制模塊(10)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(10 存儲(chǔ)有不同型號(hào)的VRLA蓄電池的掃描頻率上限f；、下限4，以及起始掃描頻率&。
全文摘要
一種測量閥控鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的方法和裝置，包括智能控制模塊、掃頻信號(hào)發(fā)生模塊、電流電壓采樣模塊和采樣信號(hào)處理模塊；被測閥控鉛酸蓄電池同掃頻信號(hào)發(fā)生模塊和電流電壓采樣模塊電連接；由智能控制模塊控制掃頻信號(hào)發(fā)生模塊輸出的、施加于被測蓄電池上的信號(hào)頻率，由智能控制模塊控制電流電壓采樣模塊，對(duì)流經(jīng)該蓄電池的交流電流和蓄電池的交變響應(yīng)電壓進(jìn)行同步采樣，經(jīng)采樣信號(hào)處理模塊移相、濾波、混頻和鑒相后，反饋至智能控制模塊形成閉環(huán)負(fù)反饋回路，如此即可測得目標(biāo)蓄電池的諧振頻率fr。再利用事先保存該智能控制模塊中的{fr，SOC}數(shù)據(jù)集，通過線性插值的方法，得到該蓄電池的當(dāng)前荷電狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果是無需精確測量閥控鉛酸蓄電池的內(nèi)部阻抗，而采用測量其諧振頻率fr的方法和裝置，即可實(shí)現(xiàn)蓄電池SOC的低成本、快速測量。
文檔編號(hào)G01R31/36GK102116844SQ20091023896
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者馮冠平, 劉巖, 席志遠(yuǎn), 敬剛, 梁榮, 胡益民, 高文杰 申請人:深圳清華大學(xué)研究院