一種配電網(wǎng)專用24V直流不間斷電源的設(shè)計(jì)

3.3 電池的參數(shù)檢測(cè)

1）充電電流I_c和放電電流I_d 當(dāng)蓄電池處于充電狀態(tài)時(shí)，由于D₄的箝位作用，負(fù)載電流I_o完全由充電器提供，此時(shí)R₇的端電壓U_R7=I_oR₇，I_d=0，I_R8=I_o＋I_c，取R₇=R₈則

I_c=（U_R8－U_R7）/R₇；

當(dāng)由蓄電池單獨(dú)供電時(shí)，D₄的箝位作用消失，此時(shí)U_R8=0，I_c=0，因此，I_d=I_o=U_R7/R₇，所以，只要將U_R7和U_R8通過差分放大器得到0～5V的電流信號(hào)，送至PIC16C73的兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道，通過微處理器的處理，可以檢測(cè)任一時(shí)刻的I_c和I_d。

2）電池電壓 由于采用兩個(gè)12V電池串聯(lián)，所以，應(yīng)分別檢測(cè)蓄電池端壓，電壓輸出通過電阻分壓獲得電壓采樣值。當(dāng)檢測(cè)到電池電壓U_B1（U_B2）出現(xiàn)|（U_B1－12）|/12≥δ₀（δ₀是均衡率，此處取4％）時(shí)，表示該電池電壓充電不均衡，應(yīng)采取相應(yīng)的措施。

3）電池溫度 采用AD590溫度傳感器，將溫度采樣值送到單片機(jī)，當(dāng)檢測(cè)到電池溫度超過80℃的時(shí)間大于10min時(shí)，立即撤銷放電控制信號(hào)，并將R5的高電平變?yōu)榈碗娖?，使繼電器斷開。

4）電池容量 電池容量檢測(cè)問題一直是蓄電池管理中的難點(diǎn)，通常的做法有:基于電動(dòng)勢(shì)的容量預(yù)測(cè)、基于電池內(nèi)阻的容量預(yù)測(cè)、同時(shí)基于電池內(nèi)阻與電動(dòng)勢(shì)的容量預(yù)測(cè)、基于電流放電率的容量預(yù)測(cè)、基于電流時(shí)間積分的容量預(yù)測(cè)等。在本系統(tǒng)中，由于負(fù)載的變化遵從I_o=0.2n（n為并聯(lián)負(fù)載的個(gè)數(shù)），因此，容量檢測(cè)采用電流時(shí)間積分的容量預(yù)測(cè)，會(huì)使檢測(cè)簡(jiǎn)單可行。電池放電容量C_Δ=I_ddt，由于負(fù)載的投切，電流發(fā)生變化遵從固定的規(guī)律，所以C_Δ=0.2n₁t₁＋0.2n₂t₂(n₁t₁，n₂t₂為不同負(fù)載作用的時(shí)間)。如果知道電池放電前的初始容量C_o的話，則變化后的電池容量C_x=C_o－C_Δ。這種方法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，而且可以采用系統(tǒng)本身所具有的電流采樣電路，無需外加特殊設(shè)備。

3.4 剩余時(shí)間的預(yù)測(cè)

電池容量預(yù)測(cè)的目的是為了獲得電池系統(tǒng)能夠提供的工作時(shí)間的相關(guān)信息，因此，實(shí)際上我們只須知道在當(dāng)前條件下（電壓、電流、溫度）電池系統(tǒng)還能夠提供的工作時(shí)間。在某一時(shí)刻，電壓、電流、溫度值可以測(cè)量得到，那么，我們就能預(yù)測(cè)該電池在此電流下恒流放電的可持續(xù)時(shí)間，即系統(tǒng)中有這樣一張表，將電壓分成幾檔，電流也分成幾檔，如表1所列。

表1 電池容量預(yù)測(cè)表

系統(tǒng)所要做的工作就是將該表填滿，并且根據(jù)某一時(shí)刻的端電壓和電流，從該表中計(jì)算出該電池在該電流下還能夠運(yùn)行的時(shí)間。電壓電流的分檔區(qū)間的大小決定了電池剩余容量預(yù)測(cè)的精度。下面以12A·h/12V的鉛酸電池為例來說明該系統(tǒng)的工作過程。

1）表格的初始化 初始化可以由兩種方法，其一，通過電池廠商提供的電池放電曲線獲得數(shù)據(jù)；其二，就是從運(yùn)行中獲得數(shù)據(jù)。初始化數(shù)據(jù)并不需要將表格填滿，但是初始化數(shù)據(jù)的多寡決定了系統(tǒng)運(yùn)行初期剩余容量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。我們將電流分為4檔：0.05C/0.1C/0.15C/0.2C，而電壓以0.1V分為一檔。

2）修正電壓 在不同的放電電流時(shí)，電池內(nèi)阻以及極化電壓是不同的，因此，首先必須獲得不同放電電流下的修正電壓。以0.05C為基準(zhǔn)，對(duì)電池進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，得出不同電壓點(diǎn)的修正電壓。

3）預(yù)測(cè)剩余時(shí)間 根據(jù)初始化的結(jié)果，獲得預(yù)測(cè)表中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)，如果從預(yù)測(cè)表中已知t(V₁，I₂)時(shí)，預(yù)測(cè)以I₁放電達(dá)到V₁時(shí)剩余的時(shí)間，采用換算公式（2）預(yù)測(cè)。

t(V₁，I₁)=t(V₁－V_x2＋V_x1，I₂)×I₂/I₁（2）

式中：t(V₁，I₁)是以I₁放電，當(dāng)電池電壓達(dá)到V₁時(shí)剩余的時(shí)間；

V_xn是各電流相應(yīng)的修正電壓。