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AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

2018年05月16日 11:34 次阅读

  AD630的特性

  ①可从100dB噪声中恢复信号;

  ②频道带宽:2Mhz;

  ③压摆率:45V/us;

  ④串扰:-120dB(1kHz);

  ⑤引脚可编程、闭环增益:±1和±2;

  ⑥闭环增益精度和匹配:0.05%;

  ⑦通道失调电压:100μV(AD630BD);

  ⑧350kHz全功率带宽。

  ad630引脚图及功能

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案
AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  AD630实现精密整流电路

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  这个电路的工作原理可以用下图来说明。AD630内部的两个运放构成了增益为2的同向与反向放大器,然后用模拟开关来切换这两路。当输入信号为正时,模拟开关打到同向放大器那端,输入信号为负时,模拟开关打到反向放大器那端。

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  上面的电路的增益为2,利用AD630还可以实现其他倍数的增益。这里不多介绍了,有需要的可以参考AD630的芯片手册。这个电路可以工作在输入信号频率从DC到几百kHz的范围内。最佳的工作频率范围为 DC 到几kHz。在这个频段,这个电路的效果应该时这些精密整流电路中最好的。上述电路的输入阻抗随输入电压的极性变化,输入电压为正时输入阻抗很高,输入电压为负时,输入阻抗较低。所以对信号源的输出阻抗有一定的要求,如果输入信号的输出阻抗较高,需要增加一级缓冲级。

  AD630的锁相放大电路

  AD630的锁相放大电路示意图如图2所示。

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  A点的波形为被检测信号与载波调制后的双边已调制波形,B点为双边已调制波形和噪声叠加后的波形,AD630的第9脚接载波信号,方波、正弦波都可行,相当与一个参考相位。AD630的输出接一个积分电路及一个低通滤波器,以达到的信号的完美恢复。

  AD630实现蓄电池内阻在线测量

  1、测量原理

  实现电池内阻在线测量的基本原理如图1所示。

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  图1蓄电池内阻在线测量原理框图

  当信号源给电池注入一个交流电流信号时,测量出在电池两端产生的交流电压信号和输入电流,就可计算出电池的内阻:

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  式中:Vrms为电池两端交流电压信号的有效值;Irms为输入电池中交流电流信号的有效值。

  采用交流法测量电池内阻,不需要对电池进行放电,从理论上讲电池在任何状态下都能对其实施测量。

  在实际测量中,由于电池的内阻在微欧或毫欧级,注入一定的电流后,在电池两端产生的电压信号非常微弱,往往被噪声淹没,放大后再测量,用交流电压表很难区分出来有用的信号,需要用相关检测的原理,才能测量出电池两端的交流电压信号。

  运用相关器检测微弱信号的原理如图1中相关检测部分所示,它由开关式乘法器和积分器组成,蓄电池两端检测到的微弱信号经过前置放大滤波后输入到乘法器信号输入端,注入蓄电池的正弦波信号通过电路变换形成方波信号后,输入到乘法器参考信号端。若电池两端的有用信号为Vs(t),混入的噪声为n1(t),则输入端的混合信号为f1(t)=Vs(t)+n1(t);参考端的有用信号为Vr(t-τ);当混入的噪声为n2(t-τ),则参考端的混合信号为f2(t-τ)=Vr(t-τ)+n2(t-τ)。

  根据相关检测的原理,通过乘法器相乘运算,信号和噪声、噪声和噪声之间是互相独立的,它们的相关函数为零,只有信号和信号相关,且可从噪声中检出。具体可表示为:

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  当蓄电池两端检测到的正弦信号为Vs(t),方波参考信号为Vr(t-τ):

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  因为电池两端的信号频率和参考信号基波频率相同,即ωr=ωs,积分器的输出为:

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  式中:K只与积分器的传输系数有关;φ为检测信号与参考信号相位差。

  如果调整φ=0,则输出直流信号达到最大值,充分说明,通过乘法器和积分器以后,抑制了噪声。在输入信号和电路传输系数一定的情况下,输出信号的大小只与电池的内阻成比例,只要测出蓄电池两端交流电压值和通过蓄电池的交流电流值,就能计算出蓄电池的内阻,实现在线测量。

  2、测量系统的硬件电路设计

  依据上述原理所设计的系统原理框图如图2所示,由通路选择开关电路、前置放大带通滤波器、AD630乘法器电路、积分器电路、交流恒流信号产生电路、方波转换电路、取样电路、单片机控制系统以及外部显示通讯等组成。由于蓄电池的内阻很小,故必须降低导线阻抗对电池内阻的影响,因此采用四引线连接法。系统输出的交流恒流信号接到电池两端,再将电池内阻产生的电压信号,连接到输入转换开关电路。上电后,首先由单片机控制调整检测信号和参考信号的相位差!使之为0。开始测量后,先由模拟开关CD4052选通电流测量通路,该通路在向蓄电池注入交流信号的回路中设置一标准取样电阻,以测定交流信号的电流值;再选通电压测量通路,测定电压值。采集到的信号通过放大滤波等处理后送入单片机中,利用式(1)算出蓄电池的内阻。

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  图2电池内阻在线测量系统框图

  2.1放大滤波电路

  由于采集到的信号非常微弱,所以必须先进行前级放大滤波再输入相关器中。如图3所示,低噪声前置放大器由仪用放大器AD620和带通滤波器组成。

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  图3前置信号放大电路原理图

  AD620是一种高性能仪器放大器,性能稳定,增益可调,其放大倍数由1脚和8脚之间的电阻RG决定,G=1+(49.4kΩ/RG)。信号经过其放大后,通过带通滤波器检测出0.4~3kHz的带通信号,输送到乘法器信号端。直流放大电路采用高精度运放OP27实现程控增益放大,放大器的反馈电阻利用模拟开关CD4052进行选择,通过单片机控制选择放大倍数,使信号在最佳A/D采集电压范围内。

  2.2相关运算电路

  在设计中相关器采用AD公司生产的AD630,这是一款高精度的平衡调制器,内部电阻均是高稳定度的SiCr薄膜电阻,保证了其工作的精确性和稳定性。

  它的信号处理应用包括平衡调制和解调、同步检测、相位检测、正交检波、相敏检测、锁定放大和方波乘法等。

  AD630逻辑图如图4所示,其内部可以被认为是集成了两个前置放大器,一个用来选通前置放大器的精密比较器,一个作为多路选择开关以及输出级积分运算放大器。拥有高切换速度和快速稳定的线性放大器,由于比较器的响应时间快速,可使开关失真降至最低。此外,还有极低的通道间串扰。AD630通常用于高精度的信号处理以及动态范围宽的仪器设备。在锁相放大电路中,当其用作同步解调器时,可以恢复在100dB噪声背景下的微弱信号。AD630最优的工作频率是在1kHz,故注入蓄电池的信号和参考信号选为1kHz,同时1kHz也处于适宜的电池内阻频率响应范围,不过其在零点几兆赫兹时仍然可正常工作。

  采用AD630作为乘法器实现的相关检测电路原理图如图5所示。其中,AMPA和AMPB分别配置为正相放大器和反相放大器。输入信号为一路待检测信号和一路参考信号。待检测信号通过1脚送入,参考信号通过9脚输入到比较放大器。待检测信号在器件内部根据载波信号的正负进行翻转,实现了开关乘法功能。

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  图4AD630器件逻辑图
AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  图5AD630实现相关检测电路原理图

  3、实验结果与分析

  3.1前置放大与滤波结果分析

  设计中前置放大要求为100倍,根据AD620中RG计算公式RG=49.4kΩ/(G-1)计算出RG为499Ω。

  在此对电容误差为#5%,电阻误差为±1%的放大电路使用Multisim软件进行仿真,如图6所示,通道A为输入信号,通道B为经过AD620放大后的输出信号,若输入信号有效值为13.621mV,则输出为1.36*8V,可实现精确稳定的放大。

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  图6AD620实现精确稳定放大波形

  3.2带通滤波结果分析

  带通滤波是通过一级低通滤波器和一级高通滤波器实现的。低通滤波器是采用多重反馈型的LPF,如图3中U3级所示,可解得该滤波器传递函数为:

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  使R1=R2=R3=R,C1=C2=C,可得:

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  由于当时通带截止,所以由可解得截止频率f=037/(2RC)。按照设计要求选取R=20kΩ,C=1nF,仿真得到其频率特性如图7所示。

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  图7低通滤波器的频率特性

  由图7可看出,当增益为-3dB时所对应的频率为3kHz,同理设计的高通滤波器频率特性如图8所示。

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  图8高通滤波器的频率特性

  3.3AD630结果分析

  按照AD630设计要求连接好电路,实现乘法效果如图9所示,通道3为输入信号,通道2为参考信号,通道1为输出信号,信号端和参考端输入1kHz的正弦信号,输出则为两信号相乘的结果。经过AD630实现乘法后,再将相乘后的信号送入积分器中,可将噪声从信号中滤去,变为直流信号。在信号中混入30dB的噪声,通过以AD630为核心的相关器检波如图10所示,使通道3为原始信号,通道4,1分别是混入噪声和通过AD630后的信号波形;通道2为积分后的直流信号,其值等于原始信号通过相关检测后的值。该设计很好地抑制了噪声,在内阻测量系统中可很好地将所需信号检测出来。

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  图9AD630乘法器输入/输出波形
AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  图10相关器检波性能

  3.4系统测试结果分析

  按照文中的思路方案设计制作了一套电池内阻在线测量系统,并与使用stanfordSR830所测得的结果进行了对比。测试电池为使用一年左右的环宇牌12V,15A·h铅酸蓄电池,测试结果如表1所示。由表1的测量数据可以看出,该系统与stanfordSR830的测量结果基本吻合。

  图11是一只6V,4.5A·h的蓄电池放电过程中在线测量的内阻曲线图,电池充满电后对其进行放电,放电电流选择为650mA。放电过程中内阻值逐渐增大,在放电的初期内阻变化率很小,到后期开始有明显的变化。在蓄电池剩余容量为50%以上时,内阻值变化很小,当容量降至40%以下时,则内阻值有明显变化,尤其在20%以下时,随着容量的减少,内阻值急剧增大,此时应注意对蓄电池及时进行充电,避免对蓄电池造成损害。

  表1内阻测试对比结果
AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  图11蓄电池内阻的放电特性

  图12为蓄电池充电过程中的内阻曲线图。将蓄电池放电至截止电压后,选取200mA电流对其进行充电,在充电过程中对内阻进行在线测量。由测试结果可看出,充电过程与放电过程的变化正好相反,刚开始内阻先急剧减小,然后缓慢变化,最后几乎不变。同样内阻的变化说明了容量的变化。

AD630实现蓄电池内阻在线测量方案

  图12蓄电池内阻的充电特性


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基于LTC3780的开关电源模块及蓄电池智能化开...

蓄电池​的应用及其使用误区简介

蓄电池是电池中的一种,它的作用是能把有限的电能储存起来,在合适的地方使用。它的工作原理就是把化学能转...

发表于 2017-12-09 16:55 140次阅读
蓄电池​的应用及其使用误区简介

蓄电池容量这一重要的参数的运用与解析

特定实验条件下的蓄电池容量,是评价蓄电池性能优劣的重要参数,也是蓄电池在定值负载下工作时间长短的依据...

发表于 2017-12-05 13:45 382次阅读
蓄电池容量这一重要的参数的运用与解析

影响蓄电池内阻的因素和影响蓄电池寿命的因素详解

在上述阴极吸收过程中,由于产生的水在密封情况下不能溢出,因此阀控式密封铅酸蓄电池可免除补加水维护,这...

发表于 2017-12-05 10:28 757次阅读
影响蓄电池内阻的因素和影响蓄电池寿命的因素详解

蓄电池的运行状态监测应用方案

随着我国通讯、电力、UPS等行业的迅猛发展,蓄电池的用量也在快速增加。就目前我们的蓄电池使用条件,经...

发表于 2017-12-04 17:38 304次阅读
蓄电池的运行状态监测应用方案

对蓄电池的工作温度进行实时的监测

通信电源蓄电池温度的监测方案 通信电源被称为通信系统的心脏,电源系统将直接影响通信系统的可靠性和稳定...

发表于 2017-12-04 01:11 656次阅读
对蓄电池的工作温度进行实时的监测

蓄电池监控模块的设计以及其实现方案、在线检测和...

在本地用通信电源监控系统中,蓄电池监控模块是一个相对独立的单元,拥有自己的处理器单元和数据采集单元。...

发表于 2017-12-03 19:14 453次阅读
 蓄电池监控模块的设计以及其实现方案、在线检测和...

BP网络在蓄电池电压监测模块设计与应用

浮充电压对蓄电池的容量及寿命有直接影响。高于推荐的极限浮充电压会降低电池使用寿命及容量。低于推荐的浮...

发表于 2017-12-01 18:36 159次阅读
BP网络在蓄电池电压监测模块设计与应用

五种最实用方法教你如何精确测量蓄电池内阻

通信等行业。如果电池失效或容量不足,就有可能造成重大事故,所以必须对蓄电池的运行参数进行全面的在线监...

发表于 2017-11-22 05:18 10472次阅读
五种最实用方法教你如何精确测量蓄电池内阻

基于AD630的双相锁相放大器设计

锁相放大器是利用互相关原理设计的一种同步相关检测仪,利用参考信号与被测信号的互相关特性,提取出与参考...

发表于 2017-11-20 11:23 1129次阅读
基于AD630的双相锁相放大器设计

基于AD630锁相放大器的微弱信号检测

锁相放大器是一种用于测量动态信号的电子仪器。它的主要组成部分有振荡器,混频器和低通滤波器。它的最基本...

发表于 2017-11-16 17:47 2483次阅读
基于AD630锁相放大器的微弱信号检测

带蓄电池应急灯接线图详解

带蓄电池的应急照明灯的控制很简单:现在这种灯平时按正常照明对待,有一根充电线接在照明控制开关的上端。...

发表于 2017-11-09 15:15 36718次阅读
带蓄电池应急灯接线图详解

一通百通,汽车电路接线方法详解

电子控制系统电路的接线规律可归纳为:电脑控制电路必须接受点火开关控制,必须有各种传感器随时输入工况信...

发表于 2017-11-03 08:46 1491次阅读
一通百通,汽车电路接线方法详解

Bourns breaker-温控开关 Battery 保护

发表于 2017-08-23 13:56 961次阅读
Bourns breaker-温控开关 Battery 保护

精确测量蓄电池内阻的方法研究

蓄电池作为电源系统停电时的备用电源,已广泛的应用于工业生产、交通、通信等行业。

发表于 2017-08-17 14:19 871次阅读
精确测量蓄电池内阻的方法研究

Acopian电源

发表于 2017-08-14 11:11 573次阅读
Acopian电源

求专家答疑解惑:过电压耐久实验 :测试电压+70V 、+110V 、-80V和 -260V分别是模拟汽车运行过程中的那种场景电压?谢谢!

发表于 2017-07-10 14:38 1042次阅读
求专家答疑解惑:过电压耐久实验 :测试电压+70V 、+110V 、-80V和 -260V分别是模拟汽车运行过程中的那种场景电压?谢谢!

蓄电池修复五部曲,你还觉的蓄电池不能修吗

发表于 2017-07-10 09:45 893次阅读
蓄电池修复五部曲,你还觉的蓄电池不能修吗

整流后如何做到给蓄电池供电

发表于 2017-06-16 09:06 1046次阅读
整流后如何做到给蓄电池供电

6脉冲整流如何给蓄电池充电?

发表于 2017-06-15 15:53 836次阅读
6脉冲整流如何给蓄电池充电?

太阳能路灯控制器的功能特点

发表于 2017-06-13 15:20 607次阅读
太阳能路灯控制器的功能特点

太阳能路灯工作原理与流程,太阳能路灯详细设计方案

在能源日益短缺、环境污染和环境保护越来越受重视的情况下,充分开发利用太阳能已成为当前社会各界所关注的...

发表于 2017-04-25 10:32 2729次阅读
太阳能路灯工作原理与流程,太阳能路灯详细设计方案

爱车又无法启动?解密蓄电池那些事!怎么选择蓄电池...

蓄电池对于车友来说应该是最熟悉的陌生人,因为除非爱车打不着火,要不然真的没人会想到这个部件。蓄电池一...

发表于 2017-04-24 09:21 657次阅读
爱车又无法启动?解密蓄电池那些事!怎么选择蓄电池...

蓄电池测试仪简介

蓄电池检测仪可以对单节电池的性能进行测试,并可对成组使用的电池进行整体测试。

发表于 2017-01-11 14:20 389次阅读
蓄电池测试仪简介

蓄电池回收不应止于汽车

在新能源汽车发展中,最大的阻力之一就是对蓄电池污染的担忧,毕竟环境是人类赖以生存的基础。该问题解决不...

发表于 2017-01-03 17:27 282次阅读
蓄电池回收不应止于汽车

Lucid Motors再度与韩企合作 三方将生...

在12月里,Lucid Motors先后与韩国三星SDI、LG Chem达成车规锂电池供应方面的战略...

发表于 2016-12-21 16:20 322次阅读
Lucid Motors再度与韩企合作 三方将生...

智能门禁电源的注意事项你都知道吗!

  一、视频门禁报警系统简介 视频门禁项目伴随着社会管理创新的进步,对于人口尤其是流动人口的管理起到...

发表于 2016-04-26 09:23 1424次阅读
智能门禁电源的注意事项你都知道吗!

你的汽车蓄电池真的该换了吗?

 汽车发动不起来谁都急的,估计一半的车主会想:蓄电池出问题了。然后途虎养车买蓄电池既实惠又上门安装,...

发表于 2016-04-19 11:02 2782次阅读
你的汽车蓄电池真的该换了吗?

汽车蓄电池应该这样保养

说到汽车蓄电池,想必车主们都不陌生。汽车若是缺了它,估计很麻烦。基本上会全车瘫痪!车子无法启动,汽车...

发表于 2016-03-22 15:53 409次阅读
汽车蓄电池应该这样保养

BT500助力蓄电池定期内阻检测

某银行数据中心已采用福禄克的预维护方案,正在使用包括热像仪、绝缘测试仪、电能质量分析仪等多种测试工具...

发表于 2016-02-18 13:33 506次阅读
BT500助力蓄电池定期内阻检测

关于大容量电池储能系统的技术分析

国内从2014年开始,大规模开始发展能源互联网和储能系统,本文主要简单介绍储能系统。

发表于 2016-02-16 11:17 1088次阅读
关于大容量电池储能系统的技术分析

小知识:如何延长爱车蓄电池寿命?

汽车作为代步工具已经进入千家万户,成为人们生活中不可缺少的交通工具,随着科学技术的不断发展和人们对现...

发表于 2016-01-22 09:41 1011次阅读
小知识:如何延长爱车蓄电池寿命?

UPS蓄电池的四种维护方法讲解

很多人认为蓄电池是不需要维护的,尤其是在使用UPS电源时,这种想法就更加明显。但实际上,由于蓄电池缺...

发表于 2016-01-07 16:30 432次阅读
UPS蓄电池的四种维护方法讲解

蓄电池直流系统的异常运行现象分析及处理措施

蓄电池直流系统的异常运行现象分析及处理措施

发表于 2015-06-21 14:41 1072次阅读
蓄电池直流系统的异常运行现象分析及处理措施

快速充电技术解析及解决方案集锦

随着各种蓄电池的广泛使用,快速充电技术已经引起人们的广泛重视。传统的充电方法充电时间过长,且由于充电...

发表于 2014-10-17 10:23 6715次阅读
快速充电技术解析及解决方案集锦

实现蓄电池快速充电的技术途径

我们以前的工作已经得到,铅蓄电池若采用铜拉网负板栅,则会显著地降低板册电阻;这不仅有利于提高活性物质...

发表于 2014-10-15 15:15 752次阅读
实现蓄电池快速充电的技术途径

锂电池有望独霸家庭储能市场

对于锂电厂商而言,家庭储能市场中蕴含着巨大的商机。有数据显示,到2020年,家庭储能市场的规模就将达...

发表于 2014-04-03 09:32 482次阅读
锂电池有望独霸家庭储能市场

UPS电源使用过程中蓄电池的维护

有资料显示,因蓄电池故障而引起UPS主机故障或工作不正常的比例大约为1/3。由此可见,加强对UPS电...

发表于 2014-04-02 11:16 591次阅读
UPS电源使用过程中蓄电池的维护

一种高效的蓄电池性能监测系统的设计方案

本文针对采用热敏电阻测温和有线温度测量系统的不足,提出了一种高效的蓄电池性能监测系统的设计方案。方案...

发表于 2014-03-17 11:05 883次阅读
一种高效的蓄电池性能监测系统的设计方案

解析蓄电池的维护方式

 在使用免维护蓄电池时,简单地认为免维护就是无须任何维护。免维护虽然可以降低维护成本和次数,但对于外...

发表于 2013-04-02 11:16 837次阅读
解析蓄电池的维护方式

浅谈恶劣环境下的蓄电池应用方案

  随着室外基站应用增多,恶劣应用环境下蓄电池故障逐渐凸显出来,给运营商造成了经济损失,针对在恶劣应...

发表于 2013-02-01 11:04 351次阅读
浅谈恶劣环境下的蓄电池应用方案

Argo Medical推出新一代ReWalk外...

Argo Medical公司推出新一代ReWalk 康复型仿生机器腿,新的产品可以调整长度,以适应 ...

发表于 2013-01-24 10:55 2497次阅读
Argo Medical推出新一代ReWalk外...

新能源车电池之殇:原材料的国外依赖症

目前,国内动力电池市场大致包括磷酸铁锂、三元材料、锰酸锂和钛酸锂等体系,不同厂家选择的路线并不相同。...

发表于 2013-01-23 10:17 754次阅读
新能源车电池之殇:原材料的国外依赖症

蓄电池行业再添巨头,夏普强势杀入

夏普公司宣布将正式进军家用蓄电池市场。夏普将于17日发售4.8千瓦时容量与2.4千瓦时容量的两种固定...

发表于 2013-01-17 09:28 490次阅读
蓄电池行业再添巨头,夏普强势杀入

通信电源监控系统中蓄电池监控模块的设计

通信电源集中监控系统作为通信电源运行维护的重要支撑手段,将发挥越来越重要的作用。文章对本地用通信电源...

发表于 2012-12-26 10:34 943次阅读
通信电源监控系统中蓄电池监控模块的设计

基于直流高压的小密铅酸蓄电池池壳检测的开发

随着铅酸蓄电池质量的不断提高,其应用范围越来越广泛。目前大部分蓄电池壳生产厂家在蓄电池池壳注塑后仅凭...

发表于 2012-11-27 17:36 418次阅读
基于直流高压的小密铅酸蓄电池池壳检测的开发

汽车蓄电池容量的检测方法

蓄电池通常是指铅酸蓄电池,它是电池中的一种,属于二次电池。它的工作原理:充电时利用外部的电能使内部活...

发表于 2012-11-22 10:25 1900次阅读
汽车蓄电池容量的检测方法

恒流限压大功率蓄电池充电器方案

本机可以对48伏以下的蓄电池进行快速全自动充电,充电功率最大可以达到600瓦。STK702-015是...

发表于 2012-11-17 20:25 2198次阅读
恒流限压大功率蓄电池充电器方案

沃尔沃高速充电器 一个半小时就能充满车载蓄电池

沃尔沃正致力于其世界第一的三相车载充电器。该充电器能保证电动汽车具有远快于现有的充电速度。无需整夜或...

发表于 2012-11-09 13:49 863次阅读
沃尔沃高速充电器 一个半小时就能充满车载蓄电池