本發(fā)明屬于蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

閥控式鉛酸蓄電池在汽車、UPS等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。一旦閥控式鉛酸蓄電池老化或損壞，講給使用者帶來(lái)許多不便，乃至造成嚴(yán)重?fù)p害。通過(guò)經(jīng)常性地對(duì)鉛酸蓄電池剩余容量和性能進(jìn)行檢測(cè)，可以盡早發(fā)現(xiàn)安全隱患，從而有效避免事故發(fā)生。但是，目前汽車上裝配的蓄電池電量傳感器，只能檢測(cè)蓄電池的電壓信號(hào)；UPS設(shè)備也只能檢測(cè)電壓、電量等信息，均無(wú)法檢測(cè)出蓄電池剩余容量，無(wú)法判斷電池性能狀態(tài)；且測(cè)量時(shí)往往需要斷開(kāi)蓄電池輸出，或者需要對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電，影響了蓄電池的正常使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種步運(yùn)算驟簡(jiǎn)單、結(jié)果精度高的鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法，包括以下步驟：

(1)測(cè)量所述鉛酸蓄電池實(shí)際內(nèi)阻R_測(cè)；

(2)計(jì)算所述鉛酸蓄電池內(nèi)阻比值R_比：

R_比＝R_測(cè)/R_標(biāo)；

其中，R_標(biāo)為鉛酸蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻；

(3)計(jì)算得到所述鉛酸蓄電池的剩余容量C：

當(dāng)R_比<1.2時(shí)，容量C＝100；

當(dāng)1.2≤R_比<2.0時(shí)，容量C＝100-(R_比-1.2)/0.8*20.0；

當(dāng)2.0≤R_比<5.0時(shí)，容量C＝80-(R_比-2.0)/3.0*50.0；

當(dāng)5.0≤R_比<10.0時(shí)，容量C＝30-(R_比-5.0)/10.0*30.0；

當(dāng)10.0≤R_比時(shí)，容量C＝0。

進(jìn)一步，所述鉛酸蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻R_標(biāo)，根據(jù)蓄電池的容量和電壓等級(jí)不同，取值如下：

進(jìn)一步，未列出容量等級(jí)的鉛酸蓄電池，所述標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻R_標(biāo)通過(guò)其容量最接近的上、下兩個(gè)容量規(guī)格的蓄電池標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻，以直線擬合的方式按容量比值計(jì)算得出。

本發(fā)明提供了一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法，可以對(duì)單組或多組鉛酸蓄電池的性能進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)精確測(cè)量蓄電池的端電壓、內(nèi)阻值和環(huán)境溫度，來(lái)判斷蓄電池剩余容量大小及性能優(yōu)劣，從而給出蓄電池整體特性評(píng)價(jià)。本發(fā)明所述方法在開(kāi)展檢測(cè)時(shí)無(wú)需斷開(kāi)蓄電池兩極，無(wú)需對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電，無(wú)需斷開(kāi)蓄電池所帶負(fù)載，測(cè)量與計(jì)算步驟簡(jiǎn)單，結(jié)果精度高。

附圖說(shuō)明

圖1是采用本發(fā)明一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法的一種鉛酸蓄電池檢測(cè)裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是采用本發(fā)明一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法的一種鉛酸蓄電池檢測(cè)裝置另一種整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是采用本發(fā)明一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法的一種鉛酸蓄電池檢測(cè)裝置系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3中流恒流信號(hào)發(fā)生電路模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖3中交流恒流信號(hào)發(fā)生電路模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖3中V/I變換電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖3中前置放大帶通濾波模塊的組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是AD630高精度平衡調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是是相關(guān)運(yùn)算模塊的一種電路結(jié)構(gòu)；

圖10是采用本發(fā)明一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法的一種鉛酸蓄電池檢測(cè)裝置的電池類型選擇界面示意圖；

圖11是采用本發(fā)明一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法的一種鉛酸蓄電池檢測(cè)裝置的測(cè)試界面示意圖；

圖12是本發(fā)明一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖1至10，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法的具體實(shí)施方式。本發(fā)明一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法不限于以下實(shí)施例的描述。

如圖1和圖2所示，是采用本發(fā)明一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法的一種鉛酸蓄電池檢測(cè)裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。包括殼體1，設(shè)在殼體上的開(kāi)關(guān)2、顯示屏3、測(cè)試筆插座4、存儲(chǔ)卡插槽7和電源輸入口5，設(shè)在殼體內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)和供電電池，以及與測(cè)試筆插座4配合使用的測(cè)試筆；所述電路結(jié)構(gòu)分別與開(kāi)關(guān)2、顯示屏3、測(cè)試筆插座4、存儲(chǔ)卡插槽7、電源輸入口5和供電電池通過(guò)電路連接。

所述殼體1為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，所述顯示屏3、開(kāi)關(guān)2和測(cè)試筆插座4均設(shè)置在殼體1面積較大的立面11上；所述存儲(chǔ)卡插槽7和電源輸入口5設(shè)置在與立面11相鄰的側(cè)立面上。所述顯示屏3為觸摸屏，作為人機(jī)交互裝置，同時(shí)兼?zhèn)滹@示和觸摸輸入功能。所述存儲(chǔ)卡插槽可以為SD卡插槽、TF卡插槽或USB插槽中的一種，通過(guò)插入存儲(chǔ)卡，可實(shí)現(xiàn)記錄測(cè)量結(jié)果、手工設(shè)置的參數(shù)信息等，并可通過(guò)存儲(chǔ)卡將相關(guān)信息拷貝至計(jì)算機(jī)等其它設(shè)備。殼體1的側(cè)立面上還設(shè)有多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)殼體1固定的多個(gè)螺釘6。

所述測(cè)試筆插座4設(shè)有兩組，每個(gè)測(cè)試筆插座4上設(shè)有兩個(gè)插孔41；其中，一組插座4的兩個(gè)插孔41用于連蓄電池兩極，提供恒流交流信號(hào)輸出；另一組插座4的兩個(gè)插孔41用于連蓄電池兩極，采集蓄電池在恒流交流信號(hào)激勵(lì)下的反饋信號(hào)。所述測(cè)試筆由測(cè)試筆包括插頭和夾子，通過(guò)軟導(dǎo)線連接在一起，所述測(cè)試筆插頭可以插測(cè)試筆插座4的插孔41中，實(shí)現(xiàn)夾子和殼體1內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的電連接。所述測(cè)試筆設(shè)有4個(gè)，使用時(shí)每個(gè)測(cè)試筆插入一個(gè)筆插座4的插孔41。

如圖3所示，是采用本發(fā)明一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法的一種鉛酸蓄電池檢測(cè)裝置的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)主要由通路選擇模塊、前置放大帶通濾波模塊、相關(guān)運(yùn)算模塊、積分器模塊、直流放大模塊、單片機(jī)系統(tǒng)模塊、交流恒流信號(hào)發(fā)生電路模塊、方波轉(zhuǎn)換電路、取樣電路、鍵盤(pán)模塊、顯示模塊和串口模塊組成，各模塊的主要功能如下：

通路選擇模塊，用于選擇來(lái)自選電池信號(hào)或者取樣電路信號(hào)，并輸出至前置放大帶通濾波模塊；

前置放大帶通濾波模塊，用于對(duì)通路選擇模塊輸入的信號(hào)進(jìn)行前級(jí)放大濾波，去除通帶以外的噪聲和干擾，并輸出至相關(guān)運(yùn)算模塊；

相關(guān)運(yùn)算模塊，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)前置放大帶通濾波模塊和方波轉(zhuǎn)換電路模塊輸入信號(hào)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果輸出至積分器；

積分器模塊，用于對(duì)相關(guān)運(yùn)算模塊輸出值進(jìn)行積分計(jì)算，并輸出至直流放大模塊；

直流放大模塊，用于對(duì)積分器模塊輸出值進(jìn)行直流放大，并輸出至單片機(jī)系統(tǒng)模塊；

單片機(jī)系統(tǒng)模塊，用于實(shí)現(xiàn)處理直流放大模塊產(chǎn)生的信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)模塊、顯示模塊串口模塊和交流恒流信號(hào)發(fā)生電路模塊的控制；

交流恒流信號(hào)發(fā)生電路模塊，用于產(chǎn)生低頻交流信號(hào)，并輸出至方波轉(zhuǎn)換電路，以及經(jīng)取樣電路輸出至蓄電池；

方波轉(zhuǎn)換電路，用于將交流恒流信號(hào)發(fā)生電路模塊輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為參考信號(hào)，并輸出至相關(guān)運(yùn)算模塊；

取樣電路，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)交流恒流信號(hào)發(fā)生電路模塊輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，并輸出至通路選擇開(kāi)關(guān)模塊；

鍵盤(pán)模塊、顯示模塊和串口模塊，用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

所述系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于微弱信號(hào)的檢測(cè)技術(shù)，即如何對(duì)前端信號(hào)進(jìn)行處理，從而準(zhǔn)確高精度地從噪聲中提取出所需的有用小信號(hào)。而后端的ADC轉(zhuǎn)換和單片機(jī)控制部分技術(shù)較為成熟，本方案對(duì)后端數(shù)據(jù)采集部分不再做具體贅述。由于被檢測(cè)的電池內(nèi)阻信號(hào)很微弱，而噪聲和干擾卻很強(qiáng)，所以被檢測(cè)的信號(hào)應(yīng)進(jìn)行放大和濾波處理以濾除通帶以外的噪聲和干擾。本發(fā)明采用鎖相放大技術(shù)，具有很強(qiáng)的噪聲抑制能力，可以把埋藏在噪聲里的信號(hào)有效提取出來(lái)。同時(shí)，采用四引線連接法，可有效降低導(dǎo)線阻抗對(duì)電池內(nèi)阻的影響。

如圖4所示，流恒流信號(hào)發(fā)生電路模塊由AD9833正弦波發(fā)生器、帶通濾波電路和V/I變換電路組成，其功能是向待檢測(cè)電池提供一種具有穩(wěn)定恒流信號(hào)的恒流源，是確保內(nèi)阻測(cè)量精度和重現(xiàn)性的重要保證?，F(xiàn)在市面中傳統(tǒng)的低頻交流信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)存在著很多的不足，例如，在應(yīng)用通用電路的時(shí)候，如果使用時(shí)元器件較多，尤其是電容的體積大，且波形的穩(wěn)定性差、失真大，調(diào)節(jié)也極不方便。本發(fā)明采用高精度DDS信號(hào)源AD9833產(chǎn)生向蓄電池注入的恒定頻率的低頻交流信號(hào)，通過(guò)四引線連接法的規(guī)則，可精確計(jì)算測(cè)量出蓄電池內(nèi)阻的大小。該模塊具有頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、相對(duì)帶寬寬、分辨率高、可編程控制、相位變化連續(xù)、功耗低、可靠性高、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。

如圖5所示，是交流恒流信號(hào)發(fā)生電路模塊中，帶通濾波電路的一種電路圖。AD9833輸出波形的直流分量為300mV，峰峰值為600mV的正弦波。通過(guò)帶通濾波電路，濾除直流分量，以及正弦波中含有的高次諧波成分。本實(shí)施例所述帶通濾波電路的電壓增益為0.5。

如圖6所示，是交流恒流信號(hào)發(fā)生電路模塊中，V/I變換電路的一種電路圖。實(shí)施例中的AD9833是作為恒流源出現(xiàn)的，要使AD9833構(gòu)成恒流源，則需要通過(guò)V/I變換，滿足Howland電流泵原理。圖4所示電路中：

$I_{out}=\frac{R_2}{R_1}.\frac{U_{in}}{R_{ref}}$

如圖7所示，前置放大帶通濾波模塊由AD8221放大器和帶通濾波器組成。由于從電池兩極采集到的信號(hào)非常微弱，所以必須先進(jìn)行前級(jí)放大濾波，再送至相關(guān)運(yùn)算模塊中。信號(hào)經(jīng)AD8221放大后，通過(guò)帶通濾波器對(duì)中心頻率為1KHz的擾波信號(hào)進(jìn)行放大，輸送到相關(guān)運(yùn)算模塊信號(hào)輸入端。

直流放大電路模塊采用精密運(yùn)放OP27實(shí)現(xiàn)。

積分器模塊，用于對(duì)相關(guān)運(yùn)算模塊輸出值進(jìn)行積分計(jì)算，并輸出至直流放大模塊。

相關(guān)運(yùn)算模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)前置放大帶通濾波模塊和方波轉(zhuǎn)換電路模塊輸入信號(hào)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果輸出至積分器。相關(guān)器運(yùn)算模塊采用AD公司生產(chǎn)的AD630高精度平衡調(diào)制器。

如圖8所示，是AD630內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖。其內(nèi)部電阻均為高穩(wěn)定度的SiCr薄膜電阻，可以確保其工作的精確性和穩(wěn)定性。AD630的信號(hào)處理應(yīng)用包括平衡調(diào)制和解調(diào)、同步檢測(cè)、相位檢測(cè)、正交檢波、相敏檢測(cè)、鎖定放大和方波乘法等。采用AD630作為乘法器，實(shí)現(xiàn)的相關(guān)檢測(cè)電路。

如圖9所示，是相關(guān)運(yùn)算模塊的一種電路結(jié)構(gòu)，其工作過(guò)程為：AMP A和AMP B分別配置為正相放大器和反相放大器，輸入信號(hào)為一路待檢測(cè)信號(hào)和一路參考信號(hào)；待檢測(cè)信號(hào)通過(guò)1腳、參考信號(hào)通過(guò)9腳分別輸入至比較放大器；待檢測(cè)信號(hào)在器件內(nèi)部根據(jù)載波信號(hào)的正負(fù)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)乘法功能。

如圖12所示，本發(fā)明一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法，包括以下步驟：

(1)測(cè)量所述鉛酸蓄電池實(shí)際內(nèi)阻R_測(cè)；

(2)計(jì)算所述鉛酸蓄電池內(nèi)阻比值R_比：

R_比＝R_測(cè)/R_標(biāo)；

其中，R_標(biāo)為鉛酸蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻；

(3)計(jì)算所述鉛酸蓄電池的剩余容量C：

當(dāng)R_比<1.2時(shí)，容量C＝100；

當(dāng)1.2≤R_比<2.0時(shí)，容量C＝100-(R_比-1.2)/0.8*20.0；

當(dāng)2.0≤R_比<5.0時(shí)，容量C＝80-(R_比-2.0)/3.0*50.0；

當(dāng)5.0≤R_比<10.0時(shí)，容量C＝30-(R_比-5.0)/10.0*30.0；

當(dāng)10.0≤R_比時(shí)，容量C＝0。

根據(jù)待測(cè)鉛酸蓄電池容量和電壓等級(jí)不同，鉛酸蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻R_標(biāo)的取值如下：

未列出容量等級(jí)的鉛酸蓄電池，其標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻R_標(biāo)可通過(guò)其容量最接近的上、下兩個(gè)容量規(guī)格的蓄電池標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻，通過(guò)直線擬合按容量比值手工計(jì)算得出。

采用本發(fā)明一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法的一種鉛酸蓄電池檢測(cè)裝置的操作步驟如下：

(1)打開(kāi)開(kāi)關(guān)2以啟動(dòng)本設(shè)備，設(shè)備將自動(dòng)進(jìn)行自檢并調(diào)零；隨后自動(dòng)進(jìn)入測(cè)試界面；

(2)通過(guò)顯示屏3點(diǎn)擊“設(shè)置”按鈕，進(jìn)入電池類型選擇界面，選擇電池的容量、電壓，點(diǎn)擊“確定”后返回測(cè)試界面；電池類型選擇界面的一種顯示方式如圖10所示；

(3)設(shè)備測(cè)試界面上部顯示當(dāng)前環(huán)境溫度，以及供電電池電量。點(diǎn)擊“測(cè)試”按鈕，設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試；測(cè)試完成后；測(cè)試界面顯示電池的內(nèi)阻、電壓、容量等信息；測(cè)試界面的一種顯示方式如圖11所示；

(4)當(dāng)供電電池電量不足時(shí)，通過(guò)電源輸入口5為供電電池充電。

本發(fā)明提供了一種鉛酸蓄電池剩余容量計(jì)算方法，可以對(duì)單組或多組鉛酸蓄電池的性能進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)精確測(cè)量蓄電池的端電壓、內(nèi)阻值和環(huán)境溫度，來(lái)判斷蓄電池剩余容量大小及性能優(yōu)劣，從而給出蓄電池整體特性評(píng)價(jià)。本發(fā)明所述方法在開(kāi)展檢測(cè)時(shí)無(wú)需斷開(kāi)蓄電池兩極，無(wú)需對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電，無(wú)需斷開(kāi)蓄電池所帶負(fù)載，測(cè)量與計(jì)算步驟簡(jiǎn)單，結(jié)果精度高。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。