实验1 多阶段充电器方面
图9为整个充电历程的充电电流与电池端电压变化曲线图，由图中得知曲线前段呈现持续上升，而当电压达到14V时，充电器控制进入多阶段充电模式，并改以改变电池端充电电流对电池充电，如图9的后段曲线所示，整体充电时间为4,283秒。
图9 多阶段脉冲充电法的充电电流与电池端电压变化曲线图
实验2 电池内阻估测实验
图10为电池内阻对应放电电流的关系变化图，可观察得知无论电池容量是在100%或是25%，其电池内阻对应放电电流的关系并没有太大的改变，仍然维持一固定斜率。
图10 电池内阻与放电电流变化关系图(电池容量为25%-100%)
而图11为电池容量与电池内阻的关系图，由图中得知当放电电流属于大电流放电时所测得的电池内阻相对的越小，当放电电流属于小电流放电时，电池内阻将会相对应的增大。由上述可知当电池容量有所变化时电池内阻的变化量将会有较大幅度的变动，但放电电流的变化量则是呈现小幅度的改变。利用上述的电阻对应容量的特性，可带入电量估测方程式中当做电池放电电流在不同的修正因素。
图11 电池容量与电池内阻变化关系图
实验3 电池电量估测实验
本章节的电池电量的估测实验，第一阶段采用前章节所述的充电器的架构对电池充电，直到所设定的充满情况充电电流将会降为零，代表电池已充满，再利用1C对电池放电如图12所示，放电时间为1,969秒，与CSB电池厂商所提供的数据相差不多，因此定义此容量为电池在1C下所能放的电池最大电量100%，再利用内阻估测法分别对75%、50%、25%做电池容量估测实验。
图12 电池放电曲线(固定电流1C)
图13为电池初始容量为75%下的电池电压、放电电流与电量估测曲线变化图，负载固定以1C对电池进行放电，当电池的端电压达10.5V时，则判断放电结束，总放电时间为1,378秒，到放电结束后的电量估测值为2.14%。
图13 电池电压、电流与电量估测(电池初始容量75%)
图14为电池初始容量为50%下的电池电压、放电电流与电量估测曲线变化图，总放电时间为937秒，电量估测值为3.4%。
图14 电池电压、电流与电量估测(电池初始容量50%)
图15为电池初始容量为25%下的电池电压、放电电流与电量估测曲线变化图，总放电时间为442秒，直到放电结束后的电量估测值为1.92%。
图15 电池电压、电流与电量估测(电池初始容量25%)
第二阶段采用在各种不同的放电电流下，其电池残余电量估测变化。在实验开始前为确保电池已充满电量，先对电池用0.1C放电至10.5V，再使用前述的多阶段充电器对电池充电，直到电池电压达到设定的条件为止，代表已充满电量，之后将电池静置30分钟，等待电池内的电解液浓度扩散均匀，再开始以DC Load来进行放电负载。放电过程中记录下电池的电压、放电电流以及电量估测值的变化。在实验中将以五种不同负载对电池进行放电，分别为轻载、重载、轻载切换重载、重载切换轻载、与混合负载，使用内阻量测法来估测电池的残余电量，直到电池电压下降至10.5V，判断放电结束。
图16为电池于轻载放电测试下的电池端电压曲线、放电电流与电量估测曲线变化曲线图，负载以3A的固定电流对电池进行放电，总放电时间为6,790秒，放电结束后的电量估测值为1.25%。图17为电池于重载放电测试下的电池端电压曲线、放电电流与电量估测曲线变化曲线图，负载以9A的固定电流对电池进行放电，总放电时间为1,512秒，放电结束后的电量估测值为-2.38%，其中估测值为负的意思为其预估时间比实际放电时间长。
图18为电池于轻载切换重载放电测试下的电池端电压曲线、放电电流与电量估测曲线变化曲线图，负载先以3A的固定电流对电池进行放电之后再用9A对电池进行放电，总放电时间为2,728秒，放电结束后的电量估测值为-2.1%。图19为电池于重载切换轻载放电测试下的电池端电压曲线、放电电流与电量估测曲线变化曲线图，负载先以9A的固定电流对电池进行放电之后再用3A对电池进行放电，总放电时间为4,554秒，放电结束后的电量估测值为-2.3%。
图20为电池于混合负载放电测试下的电池端电压曲线、放电电流与电量估测曲线变化曲线图，负载先以10A的固定电流对电池进行放电，之后再用4A对电池进行放电，最后用9A对电池进行放电，总放电时间为2,410秒，放电结束后的电量估测值为-2.6%。
图19 电池电压、电流与电量估测(混合负载)
实验4 LabVIEW图形化介面与功能
图21为LabVIEW监控系统的前置面板，具有即时数位值显示、过保护警示灯与资料撷取储存与残量侦测功能等功能。
图21 图形化介面监控系统的前置面板
图22为参数实际量测图，由图中观察得知其电池的端电压变化与端电流的变化状况，并提供给使用者得知现在电池处于充电或放电的状态显示灯，与具有显示电池端电压是否异常的灯号。在画面下方显示即时的电压与电流平均数据与平均功率。
图22 图形化介面监控系统-实际量测图
若是当电池端电压发生异常如端电压小于10.5V会产生一警示信号给使用者表示目前的问题如图23，表示现在发生的问题状态，同时产生一组数位I/O讯号给控制器，控制器接收到这组讯号后，便会命令转换器的所有开关截止，以保护铅酸电池。残余电量显示方面，当电池电压有所变化时，画面右方的残余容量显示器则会相对应显示现在残余电量，告知使用者现在电池的剩余容量。
图23 图形化介面监控系统-警告说明
在资料储存方面，资料可以储存为Excel、Txt或Word等类型的档案，程式开始时在内部将会产生一文件档将资料储存，而本文储存档案的类型为Excel档，储存格式如图24所示。最后使用者欲停止程式时，只需按下左上方的STOP键，便可停止LabVIEW监控系统的操作。
图24 图形化介面的资料储存画面
结语
本文研制一以DSP为核心的具有改善传统充电器性能的快速充电电路，并具有电量估测性能的充电器系统。在充电器方面具有以下特点：1.充电初期以较大的电流对电池充电，以缩短电池的充电时间；2.充电后期改以多阶段定电流对电池充电，使充电中的电池不致于发生过充的情形而损坏。
内阻估测法特点为：1.本系统只需有电压与电流的变化即能测得电池内阻，进而得知电池的容量变化，不需先得知电池是否已充满的问题；2.文中说明了在放电电流大小不同的状况下其变化斜率的特性，与放电初期瞬间或是放电结束瞬间来侦测电池内阻值会有一较佳的表现，为此方法的优点；3.内阻估测法要求的精准度问题略微偏高，要在无干扰环境之下才能有较佳的表现，且在产品实现上需有极高的技术要求，若把其他种类的残量侦测法结合内阻侦测法相信可得一较为准确的残量侦测系统。
在图形化介面方面有下列特点：1.可随时监控电池端的电压与电流，同时可计算其内阻值的变化，与即时显示电池残余容量，并记录成Excel档案可供使用者随时观看得知电池电量的变化状况；2.系统中具有警示的功能，当电池发生异常时，系统将会侦测错误以显示错误情况；并送信号给数位信号处理器令其停止充电或放电，同时告知用户端发生异常的状况。
本文关键字：蓄电池 经验交流，电工技术 - 经验交流
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