李浩然

【摘?要】蓄電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置，是按可再充電設(shè)計(jì)的電池，通過(guò)可逆的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)再充電。蓄電池通常指鉛酸蓄電池，它是電池中的一種，屬于二次電池。它的工作原理：充電時(shí)，利用外部的電能使其內(nèi)部活性物質(zhì)再生，將電能儲(chǔ)存為化學(xué)能，需要放電時(shí)把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能輸出。國(guó)內(nèi)在蓄電池檢測(cè)領(lǐng)域，多采用內(nèi)阻檢測(cè)法對(duì)蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控。電阻測(cè)試法采用的是直流放電法，測(cè)試結(jié)果重復(fù)性不高，特別是當(dāng)測(cè)試UPS等干擾較大的蓄電池時(shí)，測(cè)試同一電池也不能獲得穩(wěn)定、重復(fù)的測(cè)試結(jié)果，最終的測(cè)試結(jié)果失去價(jià)值，無(wú)法判定蓄電池的健康狀況。楊振明等羅列了蓄電化內(nèi)阻測(cè)試多個(gè)影響因素，如蓄電池的使用時(shí)間、電荷量、環(huán)境濕度、測(cè)量信號(hào)頻率等，提出了改良的基于直流小電流放電的內(nèi)阻測(cè)試法。范強(qiáng)等闡述了閥控式鉛酸蓄電池內(nèi)阻的構(gòu)成、影響因素，對(duì)直流放電法和交流注入法進(jìn)行了對(duì)比分析，對(duì)蓄電池內(nèi)阻測(cè)試技術(shù)進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);蓄電池;電量檢測(cè)

引言

在可持續(xù)發(fā)展的新時(shí)期背景下，蓄電池由于具有循環(huán)利用、環(huán)保節(jié)約的特點(diǎn)，近些年被廣泛的應(yīng)用到各動(dòng)力領(lǐng)域之中，但由于蓄電池是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)，在不同環(huán)境下釋放的剩余電量各有不同，為使用戶更好的了解蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)，方便用戶更快速的維護(hù)使用蓄電池，對(duì)蓄電池電量進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)十分必要，同時(shí)對(duì)環(huán)保電源系統(tǒng)的發(fā)展也具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

本文設(shè)計(jì)的蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)主要包括：待測(cè)試蓄電池BAT，限流電阻器RC，運(yùn)算放大器AMP，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC，微程序控制器MCU。測(cè)試過(guò)程先設(shè)置好脈沖恒流源的頻率f，在待測(cè)電池兩端施加頻率f的交流小信號(hào)，對(duì)電池進(jìn)行脈沖式放電，將待測(cè)電池產(chǎn)生的瞬時(shí)反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)RC濾波后送入運(yùn)算放大器進(jìn)行放大處理，再由ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模數(shù)轉(zhuǎn)換信號(hào)送入MCU中進(jìn)行分析，并計(jì)算出阻抗。

2檢測(cè)技術(shù)

傳統(tǒng)蓄電池檢測(cè)方法主要采用內(nèi)阻法、容量法等對(duì)其溫度、內(nèi)阻、電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行采樣和監(jiān)測(cè)，從而對(duì)蓄電池性能狀況進(jìn)行有效管理。以前需要電力工作人員現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)檢測(cè)，工作量較大，且供電可靠性不高。隨著在線檢測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，蓄電池在線檢測(cè)模塊及通信方式的應(yīng)用，可以對(duì)電池運(yùn)行的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，一旦蓄電池出現(xiàn)故障或蓄電池（組）出現(xiàn)即將失效的狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警、提醒維護(hù)人員進(jìn)行緊急處理。配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)蓄電池（組）在線監(jiān)測(cè)管理模塊具有數(shù)據(jù)傳輸、顯示、報(bào)警等功能，實(shí)時(shí)自動(dòng)顯示各種監(jiān)測(cè)、報(bào)警信息，采用無(wú)線通信等方式與電力監(jiān)控中心上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件利用瀏覽器、服務(wù)器等可以及時(shí)監(jiān)測(cè)電池運(yùn)行裝菜參數(shù)和報(bào)警信息，同時(shí)利用手機(jī)APP等客戶端，向管理人員及時(shí)發(fā)送信息。

3單片機(jī)蓄電池電量檢測(cè)設(shè)計(jì)

3.1軟件設(shè)計(jì)

配網(wǎng)蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件主要包括下位機(jī)、上位機(jī)等軟件。配電終端蓄電池智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件采用基準(zhǔn)比對(duì)法，對(duì)電池初始化操作，并通過(guò)一定的處理算法獲取基準(zhǔn)電量值Q1，再利用電池狀態(tài)評(píng)估軟件算法，對(duì)不同時(shí)間段采集的電量值Q2進(jìn)行比較處理，從而得出電池狀態(tài)的分析。一般算法及比較過(guò)程為：Q2大于0.9Q1時(shí)，電池狀態(tài)為優(yōu);Q2大于0.8Q1時(shí)，電池狀態(tài)為良;Q2大于0.6Q1時(shí)，電池狀態(tài)為中;Q2小于0.6Q1時(shí)，電池狀態(tài)為差。一旦系統(tǒng)判定電池狀態(tài)處于差時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警閾值，并通過(guò)蜂鳴器等現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，同時(shí)，把報(bào)警信息上傳到電力監(jiān)控中心進(jìn)行告警提醒，維修人員獲取信息后及時(shí)對(duì)電池進(jìn)行更換，確保系統(tǒng)工作的可靠性和安全性。

3.2硬件設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的蓄電池電量檢測(cè)并不是直接檢測(cè)電池兩端的電壓，而是通過(guò)檢測(cè)蓄電池組充放電回路點(diǎn)流量，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的的，因此在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)時(shí)，可以在蓄電池組的充放電回路串聯(lián)一個(gè)很小的電阻，將其所產(chǎn)生的電壓加入HT46R22單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換引腳，從而對(duì)轉(zhuǎn)化輸出的數(shù)字電壓量進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)LED燈顯示?；诖耍梢园l(fā)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池電量檢測(cè)的硬件系統(tǒng)主要是由三部分組成，分別是電量檢測(cè)硬件系統(tǒng)、電量轉(zhuǎn)換硬件系統(tǒng)、電量顯示硬件系統(tǒng)以及電量報(bào)警裝置系統(tǒng)。電量檢測(cè)硬件系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)蓄電池電量檢測(cè)系統(tǒng)，是由四個(gè)電阻及一個(gè)運(yùn)放LM321組成的運(yùn)算電路，。在這個(gè)電路之中，含有兩個(gè)輸入電壓，一個(gè)是蓄電池組提供的電壓，另一個(gè)是經(jīng)穩(wěn)壓器處理后輸出的電壓，約為5V，然后其會(huì)直接接入到單片機(jī)中，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換接口，將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓，然后驅(qū)動(dòng)LED燈顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池電量的檢測(cè)（2）（2）電量轉(zhuǎn)換硬件系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)蓄電池電量轉(zhuǎn)換硬件系統(tǒng)的核心部分就是A/D轉(zhuǎn)換器，其可以將所有的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，該系統(tǒng)由四個(gè)模擬輸入完成，每一個(gè)模擬輸入與一個(gè)串行12C總接線口及8位數(shù)模轉(zhuǎn)化功能元器件相連，并借助PCF8591芯片，將SDA和SCL連接到單片機(jī)的I/O接口中，這樣檢測(cè)到的電量，就可以通過(guò)PCF8591芯片中的8-bit數(shù)模轉(zhuǎn)化成數(shù)字電壓值，并通過(guò)LED燈顯示出來(lái)。

3.3通信電路設(shè)計(jì)

蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中，充分按照通信距離需求，SBUS轉(zhuǎn)換器與控制器間采用半雙工RS485通信模式，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的交互功能。下位機(jī)監(jiān)測(cè)蓄電池狀況數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)上傳至互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，采用GPRS無(wú)線通信模式。

4蓄電池電導(dǎo)檢測(cè)試驗(yàn)

電導(dǎo)檢測(cè)法是將已知頻率和振幅的周期性交流電壓信號(hào)加到電池的兩端，然后，測(cè)量所產(chǎn)生的電流。交流電導(dǎo)值就是與交流電壓同相的交流電流分量與交流電壓的比值。該信號(hào)持續(xù)時(shí)間短、振幅小，只要頻率選擇適當(dāng)，可以快速、準(zhǔn)確地測(cè)量出電池的交流電導(dǎo)，且測(cè)試方法方便、可靠，測(cè)試結(jié)果重復(fù)性好。通過(guò)過(guò)濾法和平均法、數(shù)字信號(hào)處理，可在有干擾的環(huán)境中獲得更加準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)蓄電池電量檢測(cè)方式相比，基于單片機(jī)的蓄電池電量檢測(cè)，通過(guò)電壓更加準(zhǔn)確的估計(jì)蓄電池的剩余電量，具有測(cè)量精密度較高的特點(diǎn)，且單片機(jī)具有編程性和智能性，研究設(shè)計(jì)更為可控，對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響較小，因此是一種科學(xué)可行的蓄電池電量檢測(cè)方法，希望今后能夠?qū)⒋朔N蓄電池電量檢測(cè)技術(shù)方法進(jìn)一步的完善，并極大應(yīng)用推廣普及。

參考文獻(xiàn)：

[1]何志榮，蓄電池運(yùn)輸危險(xiǎn)特性鑒定的能力建設(shè).廣東省，廣東省測(cè)試分析研究所，2019-03-04.

[2]朱彬.蓄電池電量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)與信息化，2018（11）：62-63+69.

[3]王昊，馬超，于秋生.變電站蓄電池在線檢測(cè)維護(hù)技術(shù)研究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018，26（25）：88.

[4]楊平.環(huán)境溫度對(duì)閥控式鉛酸蓄電池制造及檢測(cè)的影響[J].化工管理，2018（23）：23.

[5]崔越，梅斌，靳明歡，史津鴻.基于單片機(jī)的蓄電池電量檢測(cè)[J].數(shù)碼世界，2018（06）：231-232.

（作者單位：武漢東湖學(xué)院）