智能型的铅酸蓄电池办理体系
引 言
铅酸蓄电池职业与电力、交通、信息等工业开展休戚相关，在轿车、叉车等运输工具和大型不间断供电电源体系中处于操控位置，是社会出产经营活动和人类日子中不可或缺的。我国蓄电池职业规划恰当巨大，运用也十分广泛，鉴于铅酸蓄电池的运用不妥带来的问题(如硫化、容量减小、运用寿数缩短等)，完结蓄电池的智能化办理显得十分必要，而国内现在运用于该范畴的嵌入式体系产品很少。本规划运用8位微操控器MB95F136来完结对铅酸蓄电池的智能办理，包含电池的充放电监测操控、电池容量检测及显现与报警等，然后有用地完结对铅酸蓄电池体系的智能化办理，进步了蓄电池的运用寿数，下降了维护本钱。
1 体系概述
本规划充分运用MB95F136的特色完结对蓄电池电压、电流及温度的实时在线监测。智能操控体系的充放电进程，可以显现蓄电池的电量，对不正确的、或对电池寿数有较大危害的运用情况予以操控和报警提示，可以在电池需求充电时提示用户及时充电或许切换备用电源，防止过充过放等。为完结对铅酸蓄电池的智能化办理，体系经过实时对蓄电池的动态参数进行主动批改来获得精确的核算根据，然后核算出精确的电量和蓄电池的状况信息，并获得蓄电池的充电参数。
本文规划的蓄电池办理体系首要有以下几个功用：
①实时监测蓄电池的温度，经过温度及其他参数来核算蓄电池的充放电参数，防止因运用不妥或蓄电池温度过高级要素缩短蓄电池的寿数。
②实时监测蓄电池的端电压和电流，若发现电池容量小于戒备阈值，即提示充电或主动切换备用电池。
③能经过对参数的剖析核算出蓄电池的剩下容量，并经过数码管实时显现出来。
④体系可以主动批改蓄电池的内部参数来习惯因运用给蓄电池带来的一些改动，还能经过操控充放电电路获得更好的充电作用。
本体系结构如图1所示。
2 体系硬件规划
2．1 体系操控中心
本体系在规划上选用F2MC一8FX系列单片机MB95F136作为体系的操控中心。MB95F136在体系中不只要实时监测蓄电池的电流、电压、温度等参数以及体系运转状况，还有必要根据所收集到的数据进行处理，并对充电操控模块输出操控信号以完结对蓄电池体系的智能办理；一起，还担任完结按键操控和体系状况输出显现。Fujitsu公司的MB95F136选用的是O．35μm低漏电工艺技能，掩膜产品可以在1．8 V和1μA的低耗电作业方法(时钟方法)下运转，流水线总线架构可供给双倍履行速度，最小指令周期为62．5 ns。它在具有快速处理和低耗电特性的一起，配有丰厚的定时器；集成1个8通道的8／10位可选A／D转换器，可以便利地运用于体系中对电压、电流的收集。双操作闪存也是F2MC一8FX系列8位微操控器的特色之一，当一个程序在一个存储区中运转时，可以在另一个存储区中完结重写，然后削减外部存储器零件的数量来缩小电路板的表面积。别的，LVD(低电压检测)以及CSV(时钟监视器)功用可以进步体系的稳定性和牢靠性。
2．2 电源电路规划
本体系中，为了增强体系运用的灵活性，体系电源取自于被办理的蓄电池。为此，有必要选用DC-DC模块进行阻隔。因为选用的DC—DC模块要求输入电压≥24 V，因而体系办理的蓄电池有必要是2节以上标称为12 V的电池组，不然就需求别的规划电源电路；为了增强体系的牢靠性，体系可以设置一个3 V的电池盒用于备用电池，一旦取自蓄电池的电源呈现毛病，体系仍能照旧运转。体系电源电路原理图如图2所示。
2．3 电流电压收集电路
监测的目标首要是电池组的电压和电流。电压由分压精细电阻获得，经过相应的扩大后送至单片机的A／D口。蓄电池的充放电流经过O．01Ω采样电阻采样、扩大，然后送至单片机的A／D端口POl。对蓄电池进行检测的关键在于对电压采样的精确程度，因而采样电路规划得是否恰当对整个体系至关重要。因为MB95F136内嵌的A／D转换器可以作业于5 V基准电压下，故选用图3所示的电流电压收集电路。该电路的最大长处是，不光可以确保采样值能随蓄电池端电压的改动相应地实时改动，并且可以使数据愈加精确、牢靠。该电路为典型的线性电路，根据运算扩大器的特性，可核算出经过采样电路后的输出电压为O．01 Q×I×23。
2．4 参数存储模块
在体系投入作业前要进行参数(如产品序列、零点调整、蓄电池规范电压等)的设置，体系将这些参数写入EE—PROM中。为了削减读／写EEPROM的次数，在体系开机时将数据从EEPROM中读出，保存在单片机的RAM中。EEPROM的首要功用是参数数据的保存与定量备份，首要用来存储一些体系运转参数，如核算蓄电池电量的参阅数据、批改系数等。
本体系选用的是具有2 Kb容量的EEPROMAT24C02。该芯片是选用I2C总线协议的串行。EEP—ROM，可在无电源状况下长期、牢靠地存储体系内重要数据，作业寿数可达100万次。I2C总线极大当地便了体系的规划，无须规划总线接口，且有助于缩小体系的PCB面积和下降复杂度。
2．5 温度收集模块规划
本规划选用美国Dallas公司出产的DSl8820单总线数字式智能型温度传感器，直接将温度物理量转化为数字信号，并以总线办法传送到操控器进行数据处理。DS18B20关于实测的温度供给了9～12位的数据和报警温度寄存器，测温规模为一55～+125℃，其间在一10～+85℃的规模内丈量精度为±0．5℃。此传感器可适用于各种范畴、各种环境的主动化丈量及操控体系，具有微型化、功耗低、功用高、抗干扰才能强、易配微处理器等长处。此外，每一个DSl8820有仅有的系列号，因而多个DSl8820可以存在于同一条单线总线上，给运用带来了极大的便利。
测温电路规划如图4所示。体系选用热传导的粘合剂将器材粘附在蓄电池表面上，管芯温度与表面温度之差大约在O．2℃之内。当环境空气温度与被丈量的蓄电池温度不一起，应将器材的反面和引线与空气阻隔。接地引脚是通向管芯的最首要的热量途径，有必要确保接地引脚也与被测温的蓄电池有杰出的热触摸。
2．6 可控充放电模块
该模块是实践规划中的硬件难点。它与外电网相连，对车载电池进行充电；能根据操控电路宣布的指令或标志位，完结对蓄电池分阶段以不同电流充电；且有主动断电的功用，可完结智能充电。本体系首要是针对电动车蓄电池组进行办理，用于给蓄电池组充电的电流都比较大。为此，挑选了根据IGBT的智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)进行大电流充放电办理。IPM是先进的混合集成功率器材，由高速、低功耗的IGBT和驱动电路及维护电路构成；内有过电压、过电流、短路和过热等毛病检测电路，具有主动维护功用。蓄电池充放电主回路如图5所示。
图5中，Q1和Q2集成在一个IPM中。Q2翻开时给蓄电池组充电，Q1翻开时蓄电池组经过R1放电；蓄电池组给负载供电时，Q1、Q2均闭合。为改进功率开关器材的作业状况，主电路中选用了软开关技能。在选用大电流充电的情况下，因为长期对蓄电池组进行充电，电荷堆积于电池电极上而发生反向电压，实践上表现为电池内阻的添加，不光蓄电池中的有用化学物质不能彻底参与化学反应，下降了蓄电池组容量的运用率，并且还会引起蓄电池组的严峻发热，然后影响充电速度与质量，继而影响蓄电池组的功用和寿数。消除它的有用办法是选用负脉冲办法：在电池两头瞬间放电去除电极上堆积的电荷，然后改动蓄电池固有的指数曲线方法的充电承受特性，进步电池的受电才能。为此，选用了“充-停-放-充-停-放”循环充电的充电战略。其脉冲充电特性如图6所示，时刻参数由蓄电池的参数决议。
2．7 电量及状况输出指示和报警模块
为下降体系复杂度及本钱，本规划选用3个8段数码管来显现体系状况。可以进行简略的参数设定，实时显现状况、温度等数据以完结较好的人机交互。本规划选用在软件上对输入进行消抖处理的计划，并对按键状况进行接连的判别处理，直到按键松开停止，然后才履行相应的处理程序。数据显现选用3位7段数码管动态显现办法，运用74HC595锁存动态显现数据。本规划奇妙地将按键输入与动态显现数位挑选端口共用，然后削减了单片机端口的运用，达到了体系优化及下降产品本钱的意图。报警选用的是蜂鸣器。
3 体系软件规划
本体系软件规划流程如图7所示。体系启动后，当即履行体系初始化程序，从EEPROM中读取前次运转得到的参数。然后开端读取温度传感器中的数据以获取当时体系温度，再调用A／D采样子程序以获取10位精度的电压电流信号数据。经过处理可以得到终究的蓄电池运转状况，根据不同的状况进行各自的处理程序，并将状况数据输出到数码管显现。体系在运转时将根据已有的数据和监测到的数据，主动对参数进行批改，以精确地反映蓄电池的内部参数，完结体系办理的智能化。
结 语
本体系选用MB95F136作为操控器，充分运用了其外围接口多、功用强、集成高精度A／D转换器、操作便利、实践本钱低，以及便于体系模块化和小型化的长处。体系可以实时、精确地监测蓄电池的状况和显现蓄电池的电量，在电量缺乏时可以主动切换电源体系以实施自我维护。参数数据的更新根据是经过屡次试验、对实测参数进行比较和运算的成果，经过试验，剩下电量核算值较未更新参数时更挨近实践值。实践证明，该智能型铅酸蓄电池办理体系智能化程度高、丈量精确，能及时发现并操控对蓄电池的不妥运用，供给自我维护，并可以精确地判别体系的运转状况，不只大大进步了被供电体系的稳定性，并且有助于进步蓄电池的运用寿数和功率。
