實驗二硬體電路架構

如前文中所介紹，本論文之實驗一共建立兩組不同量測方式的硬體架構，最 主要的目的是希望透過本論文之實驗，借由提出之交流阻抗法得以將電池的阻抗 變化考慮進來，改善由傳統的電池電壓、電流及溫度等三種測量技術來判斷電池 老化的方式，以提升對電池老化及壽命診斷的準確度。

從上一節中所介紹的硬體架構，主要是透過一組 DSP 產生 PWM 的方波信號，

經由一組固定之交流電流產生電路，透過Relay 開關之切換，即可避免電池因電路 共地而產生之短路問題，在體積上由原本需要裝設32 組之交流電流產生電路，減 少為一組即可對32 顆電池做量測，大幅的節省了體積與成本，為「實驗一」最主 要的優點及貢獻（參考3.2.1 節），此法透過 DSP 的數位化取樣後，比較早期使用 類比電路來做阻抗量測的結果[31]，其準確度確實有明顯的改善。但經由第四章的 實驗結果得知，由「實驗一」透過Relay 開關之切換來對 32 顆電池取樣時，發現 Relay 開關會隨著切換次數之頻繁及切換時所產生的電弧效應，與接點老化所產生 的接觸電阻提升等因素，造成此法在阻抗量測的後期會有嚴重的干擾，解決的方 法可以將老化的Relay 開關更換以維持阻抗量測的準確性，但在成本及人力的損耗 相當可觀，系統的穩定度也較差。

本論文之實驗二改以傳統的交流阻抗量測方式，保留 DSP 的數位化取樣，藉 由實驗二驗證Relay 開關之切換是否對電池的阻抗量測造成嚴重的影響，同時改變 部份的實驗條件（包含溫度、充電電壓、均壓器之設定電壓），以收集電池在不同 之量測架構及實驗條件下所反應出來的現象。此法在體積上較實驗一之架構來的 大，而實驗一之Relay 開關有更換之問題，如長期使用其成本反而較實驗一便宜，

而系統的穩定度也較實驗一來的高，由第四章的實驗結果得知，其中最大的差別 在阻抗量測的部份，以下將針對實驗二的「阻抗量測模組」做詳細的介紹，而其 與實驗一相同的部份則不再多做說明。實驗二之阻抗量測電路方塊圖如圖3-14 所 示，包含差動電路、帶通濾波器及DSP A/D 取樣等三大部份。各部份說明如下：

電 池 電 壓

差動電路 帶通濾波器 DSP A/D 取樣

圖3-14 阻抗量測電路方塊圖（實驗二）

（1）差動電路：

由於電池是以 8 顆串聯連接，為了要取出每顆電池上的交流阻抗值，必須先 透過差動電路將每顆電池的交直流成份取出，而電池以 8 顆串聯連接時，總電壓 高達DC 96V（12V*8），會有較高的共模電壓訊號[34]，本架構選用具有高共模電 壓的差動電路[35]，以提高阻抗量測的準確度，差動電路線路圖如圖 3-15 所示。

-+ +V -V

R

R

-+ +

Output

差動電路 電池1

電池8 + 差動電路

20R 1

20R 1

20R 1

20R 1

R

R

圖3-15 差動電路線路圖

（2）帶通濾波器：

如前文中所提，差動電路是將每顆電池的交直流成份取出，以便透過 DSP 取 樣計算出每顆電池的阻抗值，但經由差動電路的訊號是由許多頻率成份所組成的 訊號，其中包含電池的直流電壓、1K HZ 交流漣波電壓及高頻雜訊等，為了使 DSP 的取樣不受電池的直流電壓及高頻雜訊的干擾而失真，於本架構中加入一階RC 的 帶通濾波器，在訊號進入DSP 取樣時，先經由帶通濾波器將電池的直流電壓及高 頻雜訊濾除。

帶通濾波器通常是由低通濾波器（Low Pass Filter，LPF）及高通濾波器（HPF）

組合而成，本實驗設計轉折頻率為100 HZ 的一階 LPF 組合轉折頻率為 10K HZ 的 一階HPF 構成一階的 BPF，目的是要濾除電池的直流電壓及高頻雜訊，使得 1K HZ

的交流漣波電壓訊號得以全部通過，以便 DSP 計算得到阻抗值，而 DSP 之 BPF 計算程式等同於圖3-11 所介紹的架構，以下便不再多做說明。

（3）DSP A/D 取樣：

本架構在 DSP 之取樣與「實驗一」有較大的差別，由於 DSP 之 A/D 本身只有 16 組通道可供取樣，因此在「實驗一」才會選擇使用 Relay 開關切換的方式來同 時量測四串32 顆電池的阻抗，但經由實驗之結果發現 Relay 開關之切換會對電池 的阻抗量測造成嚴重的影響，所以「實驗二」為了改善Relay 開關之切換所造成的 影響，選擇傳統的交流阻抗量測方式，利用32 組交流電流產生電路，同時加在四 串32 顆電池的兩端，再透過 DSP 做數位化的取樣，實驗二之阻抗量測電路實體圖 如圖3-16 所示。

圖3-16 阻抗量測電路實體圖（實驗二）

由於本架構建立了 32 組交流電流產生電路，為了同時量測四串 32 顆電池，

必須使用兩組DSP 共 32 組 A/D 通道來對 32 顆電池做取樣，其 DSP 的程式流程圖 如圖 3-17 所示，計算阻抗的方式同「實驗一」中所介紹，不同的是 PC 必須提供 兩組RS-232 port 分別給兩組 DSP，在下達命令時，為了避免資料收送的錯誤，由 VB 產生兩組不同的字元命令分別給兩組 DSP 接收判斷，再讓 DSP 進行取樣計算 的動作。

由DSP之RS232接收字元 判斷字元是否執行取樣?

是

否

中斷致能

進入鎖相程式判斷 是否找到零交越點?

否

由VB產生兩組不同之字元命令 分別傳送給兩組DSP板接收

判斷是否取樣完畢? 是

中斷禁能 傳送資料給VB 中斷產生?

否

是 取樣並濾除直流量

是 否

由LPF取出 SIN 1KHZ之成份Vq

由LPF1取出 COS 1KHZ之成份Vd 結束中斷

判斷是否取樣10個週期?

否

是 儲存(Vq^2+Vd^2)

將AD+1

判斷AD>16? 是 否

結束中斷

圖3-17 DSP 程式流程圖