基于单片机的蓄电池电量检测

李浩然

【摘 要】蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电。蓄电池通常指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。它的工作原理：充电时，利用外部的电能使其内部活性物质再生，将电能储存为化学能，需要放电时把化学能转换为电能输出。国内在蓄电池检测领域，多采用内阻检测法对蓄电池检测系统监控。电阻测试法采用的是直流放电法，测试结果重复性不高，特别是当测试UPS等干扰较大的蓄电池时，测试同一电池也不能获得稳定、重复的测试结果，最终的测试结果失去价值，无法判定蓄电池的健康状况。杨振明等罗列了蓄电化内阻测试多个影响因素，如蓄电池的使用时间、电荷量、环境湿度、测量信号频率等，提出了改良的基于直流小电流放电的内阻测试法。范强等阐述了阀控式铅酸蓄电池内阻的构成、影响因素，对直流放电法和交流注入法进行了对比分析，对蓄电池内阻测试技术进行展望。

【关键词】单片机;蓄电池;电量检测

引言

在可持续发展的新时期背景下，蓄电池由于具有循环利用、环保节约的特点，近些年被广泛的应用到各动力领域之中，但由于蓄电池是一个复杂的电化学系统，在不同环境下释放的剩余电量各有不同，为使用户更好的了解蓄电池的运行状态，方便用户更快速的维护使用蓄电池，对蓄电池电量进行准确可靠的检测十分必要，同时对环保电源系统的发展也具有重要现实意义。

1蓄电池检测系统的构成

本文设计的蓄电池检测系统主要包括：待测试蓄电池BAT，限流电阻器RC，运算放大器AMP，模拟数字转换器ADC，微程序控制器MCU。测试过程先设置好脉冲恒流源的频率f，在待测电池两端施加频率f的交流小信号，对电池进行脉冲式放电，将待测电池产生的瞬时反馈信号经过RC滤波后送入运算放大器进行放大处理，再由ADC进行模数转换，将模数转换信号送入MCU中进行分析，并计算出阻抗。

2检测技术

传统蓄电池检测方法主要采用内阻法、容量法等对其温度、内阻、电流、电压等参数进行采样和监测，从而对蓄电池性能状况进行有效管理。以前需要电力工作人员现场查验检测，工作量较大，且供电可靠性不高。随着在线检测技术的不断进步，蓄电池在线检测模块及通信方式的应用，可以对电池运行的各种参数进行实时动态监测，一旦蓄电池出现故障或蓄电池（组）出现即将失效的状态时，系统自动报警、提醒维护人员进行紧急处理。配网自动化系统蓄电池（组）在线监测管理模块具有数据传输、显示、报警等功能，实时自动显示各种监测、报警信息，采用无线通信等方式与电力监控中心上位机进行实时通信，上位机监测软件利用浏览器、服务器等可以及时监测电池运行装菜参数和报警信息，同时利用手机APP等客户端，向管理人员及时发送信息。

3单片机蓄电池电量检测设计

3.1软件设计

配网蓄电池监测系统软件主要包括下位机、上位机等软件。配电终端蓄电池智能监测系统软件采用基准比对法，对电池初始化操作，并通过一定的处理算法获取基准电量值Q1，再利用电池状态评估软件算法，对不同时间段采集的电量值Q2进行比较处理，从而得出电池状态的分析。一般算法及比较过程为：Q2大于0.9Q1时，电池状态为优;Q2大于0.8Q1时，电池状态为良;Q2大于0.6Q1时，电池状态为中;Q2小于0.6Q1时，电池状态为差。一旦系统判定电池状态处于差时，系统启动报警阈值，并通过蜂鸣器等现场报警，同时，把报警信息上传到电力监控中心进行告警提醒，维修人员获取信息后及时对电池进行更换，确保系统工作的可靠性和安全性。

3.2硬件设计

基于单片机的蓄电池电量检测并不是直接检测电池两端的电压，而是通过检测蓄电池组充放电回路点流量，实现检测目的的，因此在进行硬件设计时，可以在蓄电池组的充放电回路串联一个很小的电阻，将其所产生的电压加入HT46R22单片机的A/D转换引脚，从而对转化输出的数字电压量进行测量，并通过LED灯显示。基于此，可以发现基于单片机的蓄电池电量检测的硬件系统主要是由三部分组成，分别是电量检测硬件系统、电量转换硬件系统、电量显示硬件系统以及电量报警装置系统。电量检测硬件系统本次设计的单片机蓄电池电量检测系统，是由四个电阻及一个运放LM321组成的运算电路，。在这个电路之中，含有两个输入电压，一个是蓄电池组提供的电压，另一个是经稳压器处理后输出的电压，约为5V，然后其会直接接入到单片机中，并通过A/D转换接口，将输入的模拟电压转化为数字电压，然后驱动LED灯显示，实现对蓄电池电量的检测（2）（2）电量转换硬件系统。本次设计的单片机蓄电池电量转换硬件系统的核心部分就是A/D转换器，其可以将所有的模拟数据转化为数字数据，该系统由四个模拟输入完成，每一个模拟输入与一个串行12C总接线口及8位数模转化功能元器件相连，并借助PCF8591芯片，将SDA和SCL连接到单片机的I/O接口中，这样检测到的电量，就可以通过PCF8591芯片中的8-bit数模转化成数字电压值，并通过LED灯显示出来。

3.3通信电路设计

蓄电池在线监测管理系统中，充分按照通信距离需求，SBUS转换器与控制器间采用半双工RS485通信模式，实现采集数据的交互功能。下位机监测蓄电池状况数据通过无线通信技术上传至互联网服务器，采用GPRS无线通信模式。

4蓄电池电导检测试验

电导检测法是将已知频率和振幅的周期性交流电压信号加到电池的两端，然后，测量所产生的电流。交流电导值就是与交流电压同相的交流电流分量与交流电压的比值。该信号持续时间短、振幅小，只要频率选择适当，可以快速、准确地测量出电池的交流电导，且测试方法方便、可靠，测试结果重复性好。通过过滤法和平均法、数字信号处理，可在有干扰的环境中获得更加准确的测量结果。

结束语

与传统蓄电池电量检测方式相比，基于单片机的蓄电池电量检测，通过电压更加准确的估计蓄电池的剩余电量，具有测量精密度较高的特点，且单片机具有编程性和智能性，研究设计更为可控，对电力系统产生的影响较小，因此是一种科学可行的蓄电池电量检测方法，希望今后能够将此种蓄电池电量检测技术方法进一步的完善，并极大应用推广普及。

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（作者单位：武汉东湖学院）