基于FPGA的蓄电池内阻在线检测系统 在线检测, 后备电源, 重大事故, 蓄电池, 工业

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第一部分：课题背景描述

• 课题来源：

蓄电池广泛应用于工业生产、交通、通信等行业，一般用作后备电源在主电源发生故障或其它设备发生故障时应急使用，如果此时蓄电池失效或者容量不足就会造成重大事故和经济损失，后果不堪设想。对蓄电池运行参数进行在线检测，发现问题及时更换电池，将能确保整个供电系统连续正常工作。目前，国际上认为内阻是决定蓄电池性能好坏的标志；无论是蓄电池即将失效、容量不足或充放电不当，都能从蓄电池内阻值中反应出来。所以，对蓄电池内阻的研究将是电力部门最热门的研究方向之一。

• 需求分析：

目前，阀控式密封铅酸(VRLA)蓄电池市场占有率是80-90%，生产厂商标定该种电池有10-15年的浮充寿命，但由于浮充电压、环境温度、正极板栅的腐蚀、失水、热失控等等因素的影响，通常使用寿命只有是5-8年。经调查发现，现有的企业用户对蓄电池维护甚少，很少有专门负责和维护蓄电池设备的部门；为了确保整个供电系统能够无故障运行，用户通常在蓄电池使用3-5年就大批量地更换蓄电池组，实验证明，在这些成批被更换掉的蓄电池中只有为数较少的电池产生了失效或容量不足，造成了系统亏电，而绝大部分蓄电池只达到使用寿命的一半时间，这将是很大的资源浪费。因而，如果能在机房里事先检测到蓄电池的运行状态，判断出性能好坏，及时发现问题及时更换蓄电池，这不但能预防断电事故的发生、增强整个供电系统的健壮性，而且还能给企业节省一大笔费用。

• 国内外研究现状：

对蓄电池的研究主要集中在国外的蓄电池生产企业，以美国Alber 公司和日本HIOKI公司为主流生产企业其技术含量已经达到国际顶尖水平；国内厂家的研究主要集中在对直流放电法的研究，但该方法采用大电流放电的方式，安全性较差，对蓄电池的损伤较大；交流注入法是国际上研究最多的一种测量蓄电池内阻的方法，该方法能精确测量蓄电池内阻，操作简单，对电池无损伤，能够在线检测蓄电池运行状态。

第二部分：功能描述

• 功能特点：

本设计方案采用是交流注入法，就是用激励信号加到电池两端，检测电池的响应电压值、电流值及两者的相位差，由阻抗公式R=U/I*cosθ计算出内阻值。其主要的检测对象是9V-12V、10Ah-70Ah的阀控式密封铅酸蓄电池，检测系统是检测蓄电池在线状态下的内阻值、蓄电池当前电压值、充电电流值以及机房的环境温度。具体如下：

• 检测蓄电池内阻值：分别检测出蓄电池在三种状态下的内阻值：在线放电状态、在线浮充状态、离线状态, 测量范围在1mΩ-500 mΩ。
• 检测蓄电池当前电压值:实时检测蓄电池于在线放电状态、在线浮充状态、离线状态下的当前电压值，测量范围是1V-45V。
• 检测蓄电池充电电流值：分别检测蓄电池的在线充电状态和浮充状态下的电流值。
• 检测环境温度值：检测蓄电池在机房工作的环境温度。

• 技术指标：

在实现主要功能的情况下，各技术指标达到如下要求：

• 实时显示三种检测状态下的内阻值，误差<5 mΩ。
• 实时显示三种检测状态下的电压值，误差<0.1V。
• 实时显示在线充电和浮充状态下的电流值，电流精度值达到毫安级。

实时显示环境温度值，误差。