基于平衡调制解调芯片AD630实现装甲车辆蓄电池实时检测仪的设计

1、引言

装甲车辆的蓄电池担负着发动机启动电机 、 电气仪表、照明等电气设备供电的重要工作，而目前已装备的装甲 部队尚未配备能够实时检测蓄电池性能的仪器设备。蓄电池 实时检测仪用于在线测量蓄电池内阻，进而评估蓄电池性能 的优劣，为装备维护保养提供有效的数据支撑。其主要功能为：

一是测量单体蓄电池和串联电池组的电压、内阻、连接条电阻。

二是故障报警功能。当所检测的内阻和电压超出设置 的上限或低于下限时，仪器进行声音和文字报警，及时发现 并显示电池运行故障。

三是自动估算电池容量功能。

2、系统组成与原理

2.1 系统组成

该装甲车辆蓄电池实时检测仪的系统组成如图1所示， 主要由交流差分放大电路、耦合驱动电路、低频交流信号发 生器、锁相放大及滤波电路、A/D转换器和单片机等子系统 组成。

2.2 工作原理

内阻测量是一个比较复杂的过程，目前主要有两种方 法，即直流放电法和交流注入法。交流注入法相对直流放 电法有很多优点，如体积小、成本低、对电池无损害、可在 线测量、可进行频繁的测量等。由于交流注入法具有上述优点，得到了越来越广泛的应用，因此我们采用交流注入法作为研制蓄电池实时检测仪的理论基础。

图1 装甲车辆蓄电池实时检测仪组成原理框图

图2 AD630电路原理图

交流注入法测量蓄电池内阻的原理框图如图1所示。图 中低频交流信号发生器为一个频率为1kHz的交流恒流电流 源，用于给电池注入交流电流信号I；电阻Rr为取样电阻， 用于产生同步电压响应信号V。测量内阻时首先通过测量电 压V计算出内阻抗Z，如公式（1）所示；然后测量电压和电 流之间的相位差θ；最后通过公式（2）计算出内阻抗中纯 阻性部分，即蓄电池内阻R。

表1.png该方法不需对蓄电池进行放电，可以实现安全在线检测电池内阻，故不会对蓄电池的性能造成影响。但在实际使 用中，由于馈入信号的幅值有限，电池的内阻在微欧或毫欧 级，因此产生的电压变化幅值也在微伏级，信号容易受到干 扰，尤其是在线测量时，受到的影响更大。

为了解决上述问题，实时检测仪采用锁相放大及滤波 电路，将蓄电池两端的电压响应信号通过交流差分电路与 产生恒定交流源的正弦信号进行相关运算、滤波、放大，形 成直流信号。直流信号通过模数转换后送入单片机处理并计 算出蓄电池内阻。锁相放大及滤波电路是内阻测量的核心部 分，用于分离电池内阻上固有的容性成分，能够对微弱的内 阻测量信号进行锁相放大及滤波处理，有效地抑制了强电干 扰和环境噪声，大大提高了测量精度。

图3 装甲车辆蓄电池实时检测仪

3、软硬件设计

3.1 锁相放大技术

研制装甲车辆蓄电池实时检测仪的关键性技术为锁相放大技术。该技术利用测量信号与干扰噪声在时间特性上的不同，通过相关计算抑制 噪声和干扰，从而抽取并放大微弱信号。该技术的实现通过 锁相放大电路完成，电路将待检测的信号中与参考信号同步 的信号放大并检测出来。锁相放大电路可以使实时检测仪抑制噪声的性能提高若干个数量级，具有极强的抗噪声干扰能力。

在本实时检测仪设计中，采用了ADI公司生产的平衡调制解调芯片AD630。其实现的电路原理如图2所示。

参考信号为交流电流信号源输出电阻Rr 上的电压信号， 此信号与电池上的注入信号同频同相。但由于电池的内阻抗 存在容性分量，所以从电池取样上来的信号与注入信号有 相位差，设为θ 。并设电池的内阻抗为R z ，纯内阻为R ，则有：

3.2 测量数据分析管理软件

测量数据分析管理软件是与实时检测仪配套开发的。 通过RS232接口，实时检测仪可将检测数据实时上传到计算 机中。分析软件可对上传数据进行各种操作，包括数据的分 类存储、查询和删除；生成文件报表；备份数据库，实现理 论上无限量的数据存储；通过各种图表、曲线对数据进行分 析和显示，并自动生成电池检测报告等。

依据大量的实验和数据统计，我们得出了装甲车辆蓄 电池内阻性能的评判标准，具体指标如表1所示。

4、结论

装甲车辆蓄电池实时检测仪具有测量精度高、对蓄电 池的损害小等优点，可以对蓄电池进行安全的在线监测管 理，同时可对正在行驶或战斗中的武器装备蓄电池实施在线检测。对提高新装备武器系统的维修检测具有十分重要的意 义，为提高和检验装备战斗和训练提供了强有力的装备技术 保障。

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