智能蓄電池監測系統的研制

1引言在電力系統的蓄電池包維護中，除了常規的對蓄電池均浮充充電管理外，還需要對蓄電池包的端電壓、單節電池電壓進行巡檢；定期對蓄電池包進行恒流放電實驗，以檢驗蓄電池包的容量；同時為了檢驗電池包的瞬時大電流放電能力，還需要定期進行大電流動態放電實驗，探測每節電池的內阻。往日進行靜態放電實驗時采用的放電設備主要有可變電阻，碳棒，水槽等，為了維持放電電流恒定，需要人工或用繼電器切換調節負載電阻，調節很不方便，而且穩流特性也不好；而且動態放電很難操作，有一定的危險性。本文提出的智能蓄電池包監測系統正是為了替代傳統的放電方式而進行研制的。2智能測試系統的構成與設計2．1系統的構成智能蓄電池測試系統組成如圖1所示。

放電模塊是蓄電池在線監測系統的核心，綜合了電力電子和微機控制技術，主要完成蓄電池放電電流控制，放電參數的設置，顯示和通訊等功能；電池采樣模塊主要測試蓄電池各節電池的電壓，與放電控制模塊通訊等功能，本文主要解析放電模塊的研制。2．2放電模塊的研制圖2為放電模塊基本原理圖，包括功率電路，脈沖萌生保護電路和微機控制電路三部分。

2.2.1功率電路的設計從圖2可以看出，放電模塊功率電路由電感L1，電容C1構成的EMI濾波器和MOS管Q1，Q2，續流二極管D1，輸出電感L2構成BUCK型電路兩部分組成，Q1，Q2交替導通。R1為輸出電流測試電阻，R2為輸入電流測試電阻，RJ為放電負載。當開關管Q1（Q2）導通時，蓄電池的放電電流從電池的正極經過L1，Q1（Q2），L2，RJ和取樣電阻R1，R2流到蓄電池的負極，Q1（Q2）關斷后，負載電流通過L2，二極管D1續流。因此，可以通過控制MOS管Q1，Q2的導通和關斷的時間比來達到維持輸入電流恒定的目的。MOS管和續流二極管分別采用FAIRCHILD公司和IXYS公司產品，模塊的開關頻率為30kHz。2.2.2脈沖萌生保護電路的設計從圖2可以看出，脈沖萌生保護電路的作用主要是萌生控制MOS管Q1/Q2所需的脈沖，同時對輸入電壓，輸出電流等采樣信號進行應和的解決，出現故障時關斷Q1和Q2。在本方案中，pWM控制芯片采用的是UNITRODE公司加工的UC3825電流型pWM控制芯片，UC3825內含精確的5.1V電壓基準，微功率啟動電路，軟啟動，高頻振蕩器，寬帶誤差放大器，快速電流限制器，雙脈沖控制邏輯和雙圖騰柱輸出驅動器，可用于電壓型或電流型控制，圖3為脈沖萌生保護電路的框圖。

來自微機控制部分設定的電流指令信號送到誤差放大器2A的正端，輸入電流采樣信號IS通過放大器1A送入誤差放大器2A的負端，兩者進行比較，差值信號送到電流型pWM控制芯片UC3825的IN+腳（2腳，同相輸入），UC3825輸出的OUTA（11腳），OUTB（12腳）信號再通過驅動電路分別送到MOS管Q1，Q2的G，S端，作為MOS管的驅動信號。當電池端電壓或放電負載阻值發生變化時，自動調整OUTA，OUTB信號的脈沖寬度，進而調整MOS管Q1的開通時間，保證蓄電池包放電輸出電流的恒定。當出現輸入欠壓，輸出短路或模塊過熱時，綜合保護信號變為低電平，UC3825的SS腳（軟啟動腳）通過二極管D1放電，從而關閉UC3825的輸出，起到保護的作用。2.2.3微機控制電路硬件和系統軟件設計微機控制電路主要完成監測系統參數的設置，數據的顯示以及與電池采樣模塊，上位機的通訊等功能。■硬件設計在本方案中，微解決器采用的TI公司加工的MSp430F系列單片機，它是一種超低功耗，高性能的FLASH結構系列單片機，具有16位精簡指令結構，內含12位快速ADC/SlopeADC,內含60K字節FLASHROM，2K字節RAM，片內資源豐富，有ADC、pWM、若干TIME、串行口、WATCHDOG、比較器、模擬信號，具有ESD保護，大大簡化了控制電路；通訊部分采用TI公司抗雷擊RS485收發器SN75LBC184芯片，具有熱關斷保護和ESD保護功能。■系統軟件設計本系統軟件采用C語言編制，模塊化設計，包括初始化模塊，通訊模塊，定時中斷模塊，監測模塊，顯示模塊，故障解決模塊等，主程序流程圖見圖4。

初始化模塊主要完成CpU功能模塊，通訊模塊和液晶顯示器等的初始化，各變量單元，各寄存器單元賦初值，讀取保存的信息；監測模塊主要完成放電電壓/電流的A/D轉換和靜態放電的監測；顯示模塊主要完成液晶顯示屏的解決；故障解決模塊依據測試的電池電壓信息和模塊本身提供的故障信號進行故障判斷，在故障發生時去封鎖UC3825的pWM輸出脈沖，同時提供故障類型去顯示模塊。故障的類型包括蓄電池端電壓過低，單節電池電壓超限，過阻，模塊過熱或短路等；定時中斷模塊包括定時器A_0,A_1,A_2和B_0四個中斷服務程序，分別完成按鍵解決，通訊超時監測，動態放電監測和模塊時鐘的功能；通訊模塊主要完成與電池采樣模塊或上位機的數據接受和發送。3試驗數據依據上述思路研制完成了220V/30A和110V/50A兩種智能蓄電池監測系統，表1為110V/50A系統樣機放電實測數據,表2為實測的效率數據.

4結語智能型蓄電池測試系統具有操作簡單，穩流精度高（

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