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基于内阻法的UPS系统中的蓄电池电量估测设计

时间:2015-01-14  来源:扁平线圈电感厂家  点击:

引言

近年来由于科技的急速发展,所产生的污染也随之增加,更由于环保意识抬头,人类了解到环功率电感保的重要性,进而开始使用环保、无污染的用品,尤其是在交通工具方面,如:电动滑板车、电动自行车、油电混合车、电动机车等等,已是不可或缺的重要代步品,但是在许多地方仍然有诸多缺点,如:价格昂贵、电池寿命不足、续航能力短、充电效率差等,皆为导致普及化低下的原因。而在上述等原因之中,最重要的关键为电池的能量供应。

而各式各样的电器设备普及化,紧急照明设备与蓄电池储能装置大量的使用,造成蓄电池及其周边设备的需求飞跃成长。以电脑设备、监控仪器、消防设备、医疗仪器……等,各种精电感器厂家密仪器对电力品质的严格要求而言,不断电系统(Uninterruptible Power Supply, UPS)成为真正能彻底解决电源问题的必要设备,而在UPS遇到电压下陷(sags)、尖波(spikes)、电压突波(surges)、杂讯干扰(noise)、高(低)电压暂态(transients),足以影响设备正常运转的电力品质问题时,UPS均会自动稳压滤除杂讯,提供给设备稳定且干净的电源环境,而提供UPS的主要设备还是电池。

由上述可知,未来对于蓄电池的供电要求势必将会提高。而在电动机车方面,如何使充电效率提升,不会使蓄电池有过充、温升过高塑封电感的现象,并且能延长蓄电池使用寿命,为设计充电器的重点之一。而在不断电系统之中,当市电断电时使用者必须了解UPS中还有多少电量可供使用,所以如何快速准确的得知电池剩余容量,则是在残余容量显示方面相当重要的一项环节[1,2可调电感器]。

本文研究目的系建立一快速充电转换器并能监控蓄电池的残余容量为目的的系统,藉由转换器的控制来达到快速充电的效果,并且利用电脑来监测电池端电压与电流并显示残余容量,如图1所示。系统架构可分为Flyback转换器与Buck转换器;输入端由市电供给110Vrms/功率电感60Hz的交流电压,经由Flyback隔离再由Buck降压对电池端充电。本文利用DSP(TMS320LF2407A)与LabVIEWDAQ(DAQPad-6016)为控制核心,达成转换器与控制法则的实现。

系统控制规划及流程

本文内阻估测法采用方法为直流量测法,其方法为,在蓄电池流出大量电流的瞬间,此时电池端电压将会有突降的变化。当电池放电结束时,端电压将会有突升的情形,此突升、突降的变化斜率与电池内阻有密切关系,如图2所示[7]。


图2 直流讯号量测示意图

利用上述的方法可在蓄电池充电开始与充电结束和放电开始、放电结束时,量测电池内阻值的变化情形。

利用上述的实验方法可得图3为电池放电与内阻关系图,由图可观察得知当充电容量越饱时电池的内阻会呈现越小的状况,而当电池容量越少时,电池的内阻将会越大。


图3 蓄电池内阻—容量曲线

利用上述内阻的性质,可对应出当内阻有所不同时其电池容量也有所不同的特性,但因其曲线为非线性变化的曲线,因此透过方程式拟合法,将曲线资料输入至数位处理器内进行残量的估测,并利用Matlab中曲线拟合法来求解其电池内阻与放电时间对应曲线。

再利用Matlab软体的曲线拟合功能,将图3的各点数值代入,可求解得方程式(1)。图中的圆圈表示电池实际的放电时间,曲线代方程式(1),比较图3与图4可知结果极为相近。在式中R皆以mΩ为计算单位。

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