以內(nèi)阻法于UPS系統(tǒng)中的蓄電池電量估測(cè)設(shè)計(jì)

但是電池內(nèi)電阻的變化相當(dāng)微小，通常為毫歐姆，所以量測(cè)內(nèi)阻的儀器與設(shè)備，其準(zhǔn)確度及精密度都要相當(dāng)高，且需要無干擾的平臺(tái)下將可量測(cè)出較精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

圖形化介面設(shè)計(jì)

LabVIEW通常被用來進(jìn)行資料采集、儀器控制和工業(yè)自動(dòng)化，它是使用圖像物件函數(shù)的方式編輯程式，取代傳統(tǒng)以文字編輯的方式，使得使用者更容易了解程式結(jié)構(gòu)的涵義。另外LabVIEW系統(tǒng)也提供類比與數(shù)位的轉(zhuǎn)換功能，但必須透過資料擷取介面卡，取得類比訊號(hào)之后將其轉(zhuǎn)換成數(shù)位訊號(hào)，讓一般電腦能夠判讀所擷取的數(shù)位訊號(hào)。同樣的，也可以藉由介面的訊號(hào)轉(zhuǎn)換功能，把電腦的指令由數(shù)位訊號(hào)轉(zhuǎn)為類比訊號(hào)，來驅(qū)動(dòng)被控制的物件，以達(dá)到訊號(hào)擷取與自動(dòng)控制的目的[8]。

本系統(tǒng)所采用的資料擷取介面卡為NI-Pad 6016，具有200 kS/s取樣率、16個(gè)類比輸入、32個(gè)數(shù)位I/O、2個(gè)類比輸出、2個(gè)計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器等多功能的DAQ（Data Acquisition）資料擷取卡，其可接受的類比訊號(hào)的范圍為10V~-10V。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文主要建構(gòu)一由市電提供電源經(jīng)由返馳式轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)降壓電路以脈沖充電法對(duì)電池充電的快速充電系統(tǒng)，搭配LabVIEW圖控式程式語言制作出一套即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，透過電腦熒幕，使用者可以即時(shí)掌握鉛酸電池的使用情形。本章節(jié)將根據(jù)前述的電路架構(gòu)與控制系統(tǒng)，證明脈沖充電器的快速充電性能，與電池電量估測(cè)的實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)1 多階段充電器方面

圖9為整個(gè)充電歷程的充電電流與電池端電壓變化曲線圖，由圖中得知曲線前段呈現(xiàn)持續(xù)上升，而當(dāng)電壓達(dá)到14V時(shí)，充電器控制進(jìn)入多階段充電模式，并改以改變電池端充電電流對(duì)電池充電，如圖9的后段曲線所示，整體充電時(shí)間為4,283秒。

圖9 多階段脈沖充電法的充電電流與電池端電壓變化曲線圖

實(shí)驗(yàn)2 電池內(nèi)阻估測(cè)實(shí)驗(yàn)

圖10為電池內(nèi)阻對(duì)應(yīng)放電電流的關(guān)系變化圖，可觀察得知無論電池容量是在100%或是25%，其電池內(nèi)阻對(duì)應(yīng)放電電流的關(guān)系并沒有太大的改變，仍然維持一固定斜率。

圖10 電池內(nèi)阻與放電電流變化關(guān)系圖(電池容量為25%-100%)

而圖11為電池容量與電池內(nèi)阻的關(guān)系圖，由圖中得知當(dāng)放電電流屬于大電流放電時(shí)所測(cè)得的電池內(nèi)阻相對(duì)的越小，當(dāng)放電電流屬于小電流放電時(shí)，電池內(nèi)阻將會(huì)相對(duì)應(yīng)的增大。由上述可知當(dāng)電池容量有所變化時(shí)電池內(nèi)阻的變化量將會(huì)有較大幅度的變動(dòng)，但放電電流的變化量則是呈現(xiàn)小幅度的改變。利用上述的電阻對(duì)應(yīng)容量的特性，可帶入電量估測(cè)方程式中當(dāng)做電池放電電流在不同的修正因素。

圖11 電池容量與電池內(nèi)阻變化關(guān)系圖

實(shí)驗(yàn)3 電池電量估測(cè)實(shí)驗(yàn)

本章節(jié)的電池電量的估測(cè)實(shí)驗(yàn)，第一階段采用前章節(jié)所述的充電器的架構(gòu)對(duì)電池充電，直到所設(shè)定的充滿情況充電電流將會(huì)降為零，代表電池已充滿，再利用1C對(duì)電池放電如圖12所示，放電時(shí)間為1,969秒，與CSB電池廠商所提供的數(shù)據(jù)相差不多，因此定義此容量為電池在1C下所能放的電池最大電量100%，再利用內(nèi)阻估測(cè)法分別對(duì)75%、50%、25%做電池容量估測(cè)實(shí)驗(yàn)。

圖12 電池放電曲線(固定電流1C)

圖13為電池初始容量為75%下的電池電壓、放電電流與電量估測(cè)曲線變化圖，負(fù)載固定以1C對(duì)電池進(jìn)行放電，當(dāng)電池的端電壓達(dá)10.5V時(shí)，則判斷放電結(jié)束，總放電時(shí)間為1,378秒，到放電結(jié)束后的電量估測(cè)值為2.14%。

圖13 電池電壓、電流與電量估測(cè)(電池初始容量75%)

圖14為電池初始容量為50%下的電池電壓、放電電流與電量估測(cè)曲線變化圖，總放電時(shí)間為937秒，電量估測(cè)值為3.4%。

圖14 電池電壓、電流與電量估測(cè)(電池初始容量50%)