基于單片機的蓄電池電量檢測

李浩然

【摘?要】蓄電池是將化學能直接轉化成電能的一種裝置，是按可再充電設計的電池，通過可逆的化學反應實現再充電。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，利用外部的電能使其內部活性物質再生，將電能儲存為化學能，需要放電時把化學能轉換為電能輸出。國內在蓄電池檢測領域，多采用內阻檢測法對蓄電池檢測系統監控。電阻測試法采用的是直流放電法，測試結果重復性不高，特別是當測試UPS等干擾較大的蓄電池時，測試同一電池也不能獲得穩定、重復的測試結果，最終的測試結果失去價值，無法判定蓄電池的健康狀況。楊振明等羅列了蓄電化內阻測試多個影響因素，如蓄電池的使用時間、電荷量、環境濕度、測量信號頻率等，提出了改良的基于直流小電流放電的內阻測試法。范強等闡述了閥控式鉛酸蓄電池內阻的構成、影響因素，對直流放電法和交流注入法進行了對比分析，對蓄電池內阻測試技術進行展望。

【關鍵詞】單片機;蓄電池;電量檢測

引言

在可持續發展的新時期背景下，蓄電池由于具有循環利用、環保節約的特點，近些年被廣泛的應用到各動力領域之中，但由于蓄電池是一個復雜的電化學系統，在不同環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行狀態，方便用戶更快速的維護使用蓄電池，對蓄電池電量進行準確可靠的檢測十分必要，同時對環保電源系統的發展也具有重要現實意義。

1蓄電池檢測系統的構成

本文設計的蓄電池檢測系統主要包括：待測試蓄電池BAT，限流電阻器RC，運算放大器AMP，模擬數字轉換器ADC，微程序控制器MCU。測試過程先設置好脈沖恒流源的頻率f，在待測電池兩端施加頻率f的交流小信號，對電池進行脈沖式放電，將待測電池產生的瞬時反饋信號經過RC濾波后送入運算放大器進行放大處理，再由ADC進行模數轉換，將模數轉換信號送入MCU中進行分析，并計算出阻抗。

2檢測技術

傳統蓄電池檢測方法主要采用內阻法、容量法等對其溫度、內阻、電流、電壓等參數進行采樣和監測，從而對蓄電池性能狀況進行有效管理。以前需要電力工作人員現場查驗檢測，工作量較大，且供電可靠性不高。隨著在線檢測技術的不斷進步，蓄電池在線檢測模塊及通信方式的應用，可以對電池運行的各種參數進行實時動態監測，一旦蓄電池出現故障或蓄電池（組）出現即將失效的狀態時，系統自動報警、提醒維護人員進行緊急處理。配網自動化系統蓄電池（組）在線監測管理模塊具有數據傳輸、顯示、報警等功能，實時自動顯示各種監測、報警信息，采用無線通信等方式與電力監控中心上位機進行實時通信，上位機監測軟件利用瀏覽器、服務器等可以及時監測電池運行裝菜參數和報警信息，同時利用手機APP等客戶端，向管理人員及時發送信息。

3單片機蓄電池電量檢測設計

3.1軟件設計

配網蓄電池監測系統軟件主要包括下位機、上位機等軟件。配電終端蓄電池智能監測系統軟件采用基準比對法，對電池初始化操作，并通過一定的處理算法獲取基準電量值Q1，再利用電池狀態評估軟件算法，對不同時間段采集的電量值Q2進行比較處理，從而得出電池狀態的分析。一般算法及比較過程為：Q2大于0.9Q1時，電池狀態為優;Q2大于0.8Q1時，電池狀態為良;Q2大于0.6Q1時，電池狀態為中;Q2小于0.6Q1時，電池狀態為差。一旦系統判定電池狀態處于差時，系統啟動報警閾值，并通過蜂鳴器等現場報警，同時，把報警信息上傳到電力監控中心進行告警提醒，維修人員獲取信息后及時對電池進行更換，確保系統工作的可靠性和安全性。

3.2硬件設計

基于單片機的蓄電池電量檢測并不是直接檢測電池兩端的電壓，而是通過檢測蓄電池組充放電回路點流量，實現檢測目的的，因此在進行硬件設計時，可以在蓄電池組的充放電回路串聯一個很小的電阻，將其所產生的電壓加入HT46R22單片機的A/D轉換引腳，從而對轉化輸出的數字電壓量進行測量，并通過LED燈顯示。基于此，可以發現基于單片機的蓄電池電量檢測的硬件系統主要是由三部分組成，分別是電量檢測硬件系統、電量轉換硬件系統、電量顯示硬件系統以及電量報警裝置系統。電量檢測硬件系統本次設計的單片機蓄電池電量檢測系統，是由四個電阻及一個運放LM321組成的運算電路，。在這個電路之中，含有兩個輸入電壓，一個是蓄電池組提供的電壓，另一個是經穩壓器處理后輸出的電壓，約為5V，然后其會直接接入到單片機中，并通過A/D轉換接口，將輸入的模擬電壓轉化為數字電壓，然后驅動LED燈顯示，實現對蓄電池電量的檢測（2）（2）電量轉換硬件系統。本次設計的單片機蓄電池電量轉換硬件系統的核心部分就是A/D轉換器，其可以將所有的模擬數據轉化為數字數據，該系統由四個模擬輸入完成，每一個模擬輸入與一個串行12C總接線口及8位數模轉化功能元器件相連，并借助PCF8591芯片，將SDA和SCL連接到單片機的I/O接口中，這樣檢測到的電量，就可以通過PCF8591芯片中的8-bit數模轉化成數字電壓值，并通過LED燈顯示出來。

3.3通信電路設計

蓄電池在線監測管理系統中，充分按照通信距離需求，SBUS轉換器與控制器間采用半雙工RS485通信模式，實現采集數據的交互功能。下位機監測蓄電池狀況數據通過無線通信技術上傳至互聯網服務器，采用GPRS無線通信模式。

4蓄電池電導檢測試驗

電導檢測法是將已知頻率和振幅的周期性交流電壓信號加到電池的兩端，然后，測量所產生的電流。交流電導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。該信號持續時間短、振幅小，只要頻率選擇適當，可以快速、準確地測量出電池的交流電導，且測試方法方便、可靠，測試結果重復性好。通過過濾法和平均法、數字信號處理，可在有干擾的環境中獲得更加準確的測量結果。

結束語

與傳統蓄電池電量檢測方式相比，基于單片機的蓄電池電量檢測，通過電壓更加準確的估計蓄電池的剩余電量，具有測量精密度較高的特點，且單片機具有編程性和智能性，研究設計更為可控，對電力系統產生的影響較小，因此是一種科學可行的蓄電池電量檢測方法，希望今后能夠將此種蓄電池電量檢測技術方法進一步的完善，并極大應用推廣普及。

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（作者單位：武漢東湖學院）