光耦輸出的電壓y是電池電壓x的二次函數(shù),其中由于光耦的離散性對(duì)應(yīng)著不同的二次曲線y=ax2+bx。

為了實(shí)現(xiàn)每節(jié)電池能進(jìn)行獨(dú)立二次曲線補(bǔ)償，采用準(zhǔn)確的基準(zhǔn)電壓源模擬每節(jié)電池充滿時(shí)的電壓(B采樣點(diǎn))和半電壓(A采樣點(diǎn))，ＤＳＰ自動(dòng)收集定標(biāo)信息，并根據(jù)采樣信號(hào)的區(qū)間可以判斷定標(biāo)點(diǎn)Ａ或Ｂ實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定標(biāo)，利用A(x1,y1)、B(x2,y2)來求解二次函數(shù)的系數(shù)a[i]、b[i]，并將系數(shù)保存于非揮發(fā)性記憶體中。完成定標(biāo)操作后，系統(tǒng)重啟并開始初始化，DSP讀回二次函數(shù)的系數(shù)，通過二次曲線補(bǔ)償求解到每一節(jié)電池電壓Uf[i]，其中i是電池總數(shù)單節(jié)電池的序號(hào)，也就是說通過二次曲線補(bǔ)償后光耦輸出信號(hào)與電池的實(shí)際電壓成性線關(guān)系，如圖6所示。

5 數(shù)字光耦的溫度漂移校正

溫度對(duì)于數(shù)字光耦的特性來說有較大的影響，例如光耦發(fā)光二極管的正向?qū)▔航?光耦右側(cè)的光敏三極管的工作點(diǎn)。如圖6所示，當(dāng)溫度從T1升高到T2時(shí)，光耦輸出的電壓值從y1增大到y(tǒng)2，經(jīng)DSP采樣、二次曲線補(bǔ)償運(yùn)算得到x2，由于溫度升高，使得計(jì)算得到的電池電壓從x1漂移到x2，因此要在較寬的溫度范圍內(nèi)達(dá)到高的測(cè)量精度,就必須對(duì)溫度變化產(chǎn)生的影響予以補(bǔ)償。

溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ泻芏?，其中典型的方法是采樣得到溫度量，程序查溫度結(jié)合電壓補(bǔ)償曲線表實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，缺點(diǎn)是相同數(shù)字光耦的特性不一定完全一致，有著不同的溫度漂移曲線，在應(yīng)用工程中N節(jié)電池補(bǔ)償曲線表的預(yù)建立非常困難，該方案并不理想。

本文溫度補(bǔ)償采用與具體溫度無(wú)關(guān)的補(bǔ)償方法，由于經(jīng)過二次曲線補(bǔ)償后數(shù)字光耦輸出電壓信號(hào)與電池的電壓成線性關(guān)系(如圖6所示)，當(dāng)受溫度漂移時(shí)光耦輸出信號(hào)量y2-y1=y4-y3時(shí)，那么電池電壓漂移量x2-x1=x4-x3，也就是說數(shù)字光耦產(chǎn)生的電池電壓每伏所對(duì)應(yīng)的偏差量(UΔ)是相同的。如果利用線性光耦轉(zhuǎn)換蓄電池組兩端的準(zhǔn)確電壓，就可以求解得到電池電壓每伏所對(duì)應(yīng)的偏差量(UΔ)，從而補(bǔ)償光耦的溫度漂移。

一般地UPS電源都設(shè)計(jì)有直流母線電壓(電池組電壓)監(jiān)控電路，由于線性光耦溫度漂移很小，輸入輸出的線形較好，抗干擾能力強(qiáng)，有優(yōu)越的隔離性能，能有效地抑制共模干擾等優(yōu)點(diǎn)，直流母線電壓的采樣電路可以采用線性光耦，為了保證線性光耦的工作，必須提供與采樣信號(hào)地隔離的輔助電源。電路拓樸如圖7所示，電池組電壓經(jīng)過R1與R2分壓后經(jīng)線性光耦輸出得到差分信號(hào)u0，經(jīng)后一級(jí)運(yùn)放信號(hào)調(diào)理得到與電池組電壓成比例的采樣信號(hào)U_Ａ。U_Ａ與蓄電池組的電壓成比例，且不受工作溫度的影響，利用U_Ａ與對(duì)應(yīng)每一節(jié)電池采樣電壓的累加和UΣ求得總的采樣偏差ΣU_Δ，根據(jù)偏差ΣU_Δ計(jì)算電池的每伏電壓補(bǔ)償量，就可以得到每一節(jié)電池接近真實(shí)的電壓，數(shù)學(xué)表達(dá)式如式①、②、③所示。

將二次曲線補(bǔ)償后的每一節(jié)電池電壓進(jìn)行累加得到U_Σ，其中n是電池組的電池節(jié)數(shù)。
①

求得因數(shù)字光耦的溫度漂移造成的電池組電壓的偏差。

②

利用偏差ΣUΔ計(jì)算電池的每伏電壓補(bǔ)償量，就可以得到每一節(jié)電池接近真實(shí)的電壓。

③

6 蓄電池工作電流的采樣與分析

判斷蓄電池壽命狀況的最佳測(cè)試方法是帶負(fù)載測(cè)試即容量測(cè)試，UPS運(yùn)行期間可以自動(dòng)關(guān)斷整流模塊輸出，蓄電池組向逆變模塊供電?？紤]到蓄電池組工作在大電流高電壓的危險(xiǎn)狀態(tài)，電流檢測(cè)采用霍爾傳感器,實(shí)現(xiàn)了電流采樣信號(hào)與高電壓的母線隔離(如圖7所示)，當(dāng)蓄電池組由單節(jié)電池串聯(lián)組成時(shí)，直流母線的工作電流就是每節(jié)電池的放電電流，結(jié)合每一節(jié)電池的電壓就能判斷每一節(jié)電池的狀態(tài)，并能將信號(hào)以ＬＣＤ圖形、文字方式直觀顯示，也可以串口等通訊方式報(bào)告電池狀態(tài)。

圖8

7 結(jié)論

采用數(shù)字光耦對(duì)蓄電池組的單體電池電壓進(jìn)行巡檢，配合一個(gè)線性光耦單元對(duì)電池組整體電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并利用霍爾傳感器檢測(cè)電池工作電流，采用軟件進(jìn)行二次曲線補(bǔ)償，解決了數(shù)字光耦的非線性與溫度漂移問題，經(jīng)DSP分析電池組的工作電流及電壓就可以推算出蓄電池內(nèi)部真實(shí)的等效內(nèi)阻，及時(shí)、有效地報(bào)告弱電池和潛在失效電池，保證了UPS系統(tǒng)運(yùn)行的可靠可性與穩(wěn)定性。