蓄电池容量检测技术与应用.DOC

1、蓄电池容量检测技术与应用摘要：本设计是以C8051F064单片机为核心的蓄电池容量检测系统，通过对C8051F064单片机软件编程可以实现以下基本要求：1、通过蓄电池放电测量电池容量；2、测量电压动态值；3、可切换显示电池容量电压；4、测量结束后有报警提示。为了检测蓄电池的端电压，以便显示电压，要进行电压采样，并且采样电路为小电流放电，使所测试的电压值比较准确；为了检测蓄电池的容量，要进行电流采样，并且为大电流放电，放电电流为3A-4.5A，还要求放电电流尽可能恒定。系统的恒流放电电路由集成运算放大器构成，结构简单，调整方便。该恒流放电电路，保证了放电电流的基本恒定，从而保证了容量检测的准确。

2、实时测量并显示电压，放电到10.5V则放电结束。实时显示当前所放出的容量，积分计算出容量，不须人工计算。1 简介铅酸蓄电池经过百余年的发展与完善已成为世界上广泛使用的一种化学电源，具有良好的可逆性、电压特性平稳、使用寿命长、适用范围广、原材料丰富( 且可再生使用) 及造价低廉等优点。主要应用在交通运输、通讯、电力、铁路、矿山、港口、国防、计算机、科研等国民经济各个领域，是社会生产经营活动和人类生活中不可缺少的产品。随着铅酸蓄电池的广泛应用，如何精确检测蓄电池容量成为广大用户极为关注的问题。电池工业是新能源领域的重要组成部分，是全球经济发展的一个新热点，是社会生产经营活动和人类生活中不可或缺的产

3、品。铅酸蓄电池产业是二十一世纪最有发展前途和应用前景的新型绿色能源体系, 同时关系到国家可持续发展战略的实现。近年来，致力于研究蓄电池容量检测技术的探索，铅酸蓄电池技术不断发展，一些产品日臻成熟。蓄电池容量测试技术的难点：(1) 蓄电池的化学能不能直接测量。(2) 蓄电池化学能本身是一个变量。由于化学反应不完全可逆。化学能随着使用次数和使用时间、储存时间而衰减。(3) 使用容量又与工作温度和充、放电率，充、放电的方法有关，并随着SOC状态等条件在变化。(4) 容量相同的密封蓄电池的负载电压和内阻本身具有离散性。即使对于同一个厂、同期生产的、同型号的蓄电池也是如此，无法避免。而且，对于蓄电池组，

4、使用时间越长，蓄电池个体之间的差异性和离散性越大，会出现两极分化。(5) 难以等效。一般来说，不能使用线性元器件或者其任意的组合来等效蓄电池的内部结构。退一步说，使用非线性元器件的组合，可以等效蓄电池的内部结构，也仅适用于特定的电池和特定的条件。不能适用于各种规格的电池以及同一个电池在不同的使用条件。2 . 本设计要完成的工作蓄电池具有良好的可逆性，电压特性平稳等诸多的优点，已经成为社会生产经营活动和人类生活中不可缺少的产品，为了真实反其产品的质量水平，精确检测蓄电池容量，GB5008.1标准规定“整个试验期间蓄电池均放置在温度252的水浴中”。所以进行电池容量检测时，设备必须包括二部分，即蓄

5、电池容量检测部分和水浴恒温控制部分。整个蓄电池检测包括多路电压电流检测模块、水温检测模块、多路模拟开关选通模块、高速AD转换电路模块、计数定时模块、C8051F064单片机控制模块、键盘输入模块、LED显示模块、恒流负载控制模块、恒温调节模块等组成。如图1 所示。电池组 多路电压 电流检测 A/D 转换电路C8051F064单片机主控模块LCD 显示模块KEY 输入模块恒流电路控制模块光耦驱动双向 SCRHeater 模块温浴池 水温检测模块时钟定时模块图1 蓄电池容量检测系统图水浴恒温控制部分，由于整个试验期间要求蓄电池均放置在温度252的水浴中，所以控制过程中必须及时对温度进行精确控制。首

6、先通过键盘设定恒温经行时的温度值，并且用数码管显示，然后在运行过程中将采样的温度模拟量输入AD转换器中经行模拟-数字装换，再将转换后的数字用数码管显示，最后用单片机输出控制量，DA转换后通过光电隔离和驱动电路送到可控硅SCR控制端，从而控制加热器的通电加热功率。电池容量检测部分，在容量检测时必须按 20h 率容量、10h 率容量、7min 率 27min 率、储备容量的放电要求，即使同一的型号蓄电池的按不同的要求也有不同的放电电流，所以必须选择可控的恒流负载器。首先根据蓄电池的型号和容量检测的要求计算出放电电流，然后选择合适恒流负载器中继电器的开关，在测量期间对多路电压、电流的检测，经过高速多

7、路模拟转换开关和 AD 转换器，将转换的数字用数码管显示，单片机根据键盘的输入值来控制横流负载器的继电器开关。如此可实现 4 路蓄电池容量的高精度检测。3. 蓄电池容量检测技术概述（1） 恒流放电法恒流放电法即 100%C 的深度放电，它具有容量测试准确可靠的优点，因此，仍然是目前世界上检测电池性能的最可靠方法。核对放电法即全放电的容量试验，是检测电池容量最直接、最可靠的方法，无论是在线还是离线进行检测，都必须设置备用电源作为防范措施，以保证系统的安全。传统的核对放电设备普遍采用电阻丝进行核对放电，并且是人工操作，程序繁琐，存在一定的人身危险，这种传统的核对放电试验方式正在逐步被淘汰。目前，国

8、内外普遍采用了新型的等效的电子负载，以保证电池组恒流放电。经过数小时后，可以找出最落后的一到几节电池，以落后电池到达终止电压时的放电时间与放电电流来估算其容量，并以此容量作为整组电池的容量。（2） 不完全放电测试法对于电池组采用 1%5%C 的浅度放电；机房可以没有备用电池组。在放电状态下，对蓄电池组的各单体电池的端电压进行巡检，找出端电压下降最快的一只，将其确认为落后电池，再利用核对放电仪器，对该节电池进行核对放电，检测其容量，即代表该组电池的容量。目前，此法可以较快地判定电池组中部分或者个别落后或劣化电池，但还不足以准确测定电池的好坏程度，包括电池的容量等指标，仅适宜作为一个定性测试的参考

9、。以前有厂家根据客户的需求特点，推出一系列在线测试电池容量的设备与仪器，即在线检测仪或在线巡检仪，但是除了少数情况外，一般都达不到一个很理想的效果。原因是多方面的，其中有蓄电池的生产制造工艺的原因，有蓄电池电化学特性的原因，即容量相同的蓄电池的负载电压本身具有离散性。大量研究实践证明，即便是浅度放电状态，单纯通过电压高低完全不足以判别电池性能的好坏。这种方法的优点是操作简单，风险系数小，并可以快速查找落后电池。不过最大的缺点还是测试精度低，只能作为电池落后状态判定依据，不能准确测算电池的好坏程度及电池容量指标。同时测试要求较高，测试情况还不是很理想，尤其是容量测试准确度较低。（3） 电导（内阻

10、）测量法电导测试线是目前主要的日常维护仪器。从测试技术分为交流法和直流法，使用 95%以上的电导( 内阻) 测量仪属于交流法。交流法电导测量是向蓄电池两端加一个已知频率和振幅的交流电压信号，测量出与电压同相位的交流电流值，其交流电流分量与交流电压的比值即为电池的电导。电导是频率的函数，不同的测试频率下有不同的电导值，电池的容量越小，电池电阻越大，电导值越小。电导法能准确查出完全失效的电池，根据大量的实验分析及研究结果证明，电池的容量只有降低到 50%时，内阻或者电导会有所变化，降低到 40%以后，会有明显变化，所以，根据电池电导值或者内阻值，可以在一定程度上确定电池的性能。（4） 安时（Ah）

11、容量法对于动力蓄电池，蓄电池需要频繁的充电、放电。往往采用Ah容量法。使用Ah容量法记录的电能量，需要知道蓄电池的初始状态和终点SOC；但是初始状态和终点SOC受到多种因素的影响，在一般情况下，并不是一个常数。所以安时Ah容量法仅能纪录已经使用或通过电量计的电量，而不能较为准确地预测终点SOC。而本设计采用恒流放电，该电路由集成运算放大器构成，结构简单，调整方便。该恒流放电电路，保证了放电电流的基本恒定，从而保证了容量检测的准确。4. 硬件设计蓄电池容量检测技术的设计需要用到许多的硬件设施，首先控制器选取单片机C8051F064。硬件电路包括温度采集模块、时钟电路、双向可控硅控制电路、过零检测

12、电路、+5V 稳压电源电路、+12V 稳压电源电路、恒流控制电路、AD转换电路、DA转换电路、显示电路、键盘电路、报警电路、复位电路、通信模块以及IO 口的扩展电路等。（1） 单片机C8051F064简介核心处理器 8051核心尺寸 8-位速度 25MHz连接性 EBI/EMI，SMBus（2 线/IC），SPI，UART/USART外设 欠压检测/复位，POR，PWM，WDTI/O 数 59程序存储容量 64KB（64K x 8）程序存储器类型 闪存EEPROM 容量 -RAM 容量 4.25K x 8电压_电源（Vcc/Vdd）2.7 V 3.6 V（2） 温度采集传感器DS18B20简介A 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。B 测温范围 55+125，固有测温误差1。C 工作电源: 3.05.5V/DC （可以数据线寄生电源）。D 测量结果以912位数字量方式串行传送。5 结语文中详细讨论了各种蓄电池容量检测技术，并结合实际设计了可以应用于工程的恒流放电法容量检测技术。并结合当前单片机技术的最新发展，采用了目前主流的控制芯片，从而达到容量检测技术的准确与高效，非常适合于在工程实践中进一步应用与发展。