2．5 溫度采集模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用美國(guó)Dallas公司生產(chǎn)的DSl8820單總線數(shù)字式智能型溫度傳感器，直接將溫度物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并以總線方式傳送到控制器 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。DS18B20對(duì)于實(shí)測(cè)的溫度提供了9～12位的數(shù)據(jù)和報(bào)警溫度寄存器，測(cè)溫范圍為一55～+125℃，其中在一10～+85℃的范圍內(nèi)測(cè) 量精度為±0．5℃。此傳感器可適用于各種領(lǐng)域、各種環(huán)境的自動(dòng)化測(cè)量及控制系統(tǒng)，具有微型化、功耗低、性能高、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)。此 外，每一個(gè)DSl8820有唯一的系列號(hào)，因此多個(gè)DSl8820可以存在于同一條單線總線上，給應(yīng)用帶來(lái)了極大的方便。

測(cè)溫電路設(shè)計(jì)如圖4所示。系統(tǒng)采用熱傳導(dǎo)的粘合劑將器件粘附在蓄電池表面上，管芯溫度與表面溫度之差大約在O．2℃之內(nèi)。當(dāng)環(huán)境空氣溫度與被測(cè)量的蓄電池溫度不同時(shí)，應(yīng)將器件的背面和引線與空氣隔離。接地引腳是通向管芯的最主要的熱量路徑，必須保證接地引腳也與被測(cè)溫的蓄電池有良好的熱接觸。

2．6 可控充放電模塊

該模塊是實(shí)際設(shè)計(jì)中的硬件難點(diǎn)。它與外電網(wǎng)相連，對(duì)車(chē)載電池進(jìn)行充電；能根據(jù)控制電路發(fā)出的指令或標(biāo)志位，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池分階段以不同電流充電；且有自動(dòng)斷電的功能，可實(shí)現(xiàn)智能充電。本系統(tǒng)主要是針對(duì)電動(dòng)車(chē)蓄電池組進(jìn)行管理，用于給蓄電池組 充電的電流都比較大。為此，選擇了基于IGBT的智能功率模塊(Intelligent Power Module，IPM)進(jìn)行大電流充放電管理。IPM是先進(jìn)的混合集成功率器件，由高速、低功耗的IGBT和驅(qū)動(dòng)電路及保護(hù)電路構(gòu)成；內(nèi)有過(guò)電壓、過(guò)電 流、短路和過(guò)熱等故障檢測(cè)電路，具有自動(dòng)保護(hù)功能。蓄電池充放電主回路如圖5所示。

圖5中，Q1和Q2集成在一個(gè)IPM中。Q2打開(kāi)時(shí)給蓄電池組充電，Q1打開(kāi)時(shí)蓄電池組通過(guò)R1放電；蓄電池組給負(fù)載供電時(shí)，Q1、Q2均閉合。為改善功率開(kāi)關(guān)器件的工作狀態(tài)，主電路中采用了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。在采用大電流充電的情況下，由于長(zhǎng)時(shí)間對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電，電荷堆積于電池電極上而產(chǎn)生反向電壓，實(shí)際上表現(xiàn)為電池內(nèi)阻的增加，不但蓄電池中的有效化學(xué)物質(zhì)不能完全參加化學(xué)反應(yīng)，降低了蓄電池組容量的利用率，而且還會(huì)引起蓄電池組的嚴(yán)重發(fā)熱，從而影響充電速度與質(zhì)量，繼而影響蓄電池組的性能和壽命。消除它的有效方法是采用負(fù)脈沖方法：在電池兩端瞬間放電去除電極上堆積的電荷，從而改變蓄電池固有的指數(shù)曲線形式的充電接受特性，提高電池的受電能力。為此，采用了“充-停-放-充-停-放”循環(huán)充電的充電策略。其脈沖充電特性如圖6所示，時(shí)間參數(shù)由蓄電池的參數(shù)決定。

2．7 電量及狀態(tài)輸出指示和報(bào)警模塊

為降低系統(tǒng)復(fù)雜度及成本，本設(shè)計(jì)采用3個(gè)8段數(shù)碼管來(lái)顯示系統(tǒng)狀態(tài)?？梢赃M(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)定，實(shí)時(shí)顯示狀態(tài)、溫度等數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)較好的人機(jī)交互。本 設(shè)計(jì)采用在軟件上對(duì)輸入進(jìn)行消抖處理的方案，并對(duì)按鍵狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)的判斷處理，直到按鍵松開(kāi)為止，然后才執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。數(shù)據(jù)顯示采用3位7段數(shù)碼管 動(dòng)態(tài)顯示方式，使用74HC595鎖存動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)巧妙地將按鍵輸入與動(dòng)態(tài)顯示數(shù)位選擇端口共用，從而減少了單片機(jī)端口的應(yīng)用，達(dá)到了系統(tǒng)優(yōu)化及 降低產(chǎn)品成本的目的。報(bào)警采用的是蜂鳴器。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖7所示。系統(tǒng)啟動(dòng)后，立即執(zhí)行系統(tǒng)初始化程序，從EEPROM中讀取上次運(yùn)行得到的參數(shù)。然后開(kāi)始讀取溫度傳感器中的數(shù)據(jù)以獲取當(dāng)前系統(tǒng)溫度，再調(diào)用A／D采樣子程序以獲取10位精度的電壓電流信號(hào)數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)處理可以得到最終的蓄電池運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)不同的狀態(tài)進(jìn)行各自的處理程序，并將狀態(tài)數(shù)據(jù)輸出到數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)將根據(jù)已有的數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，自動(dòng)對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正，以準(zhǔn)確地反映蓄電池的內(nèi)部參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理的智能化。


結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)采用MB95F136作為控制器，充分利用了其外圍接口多、功能強(qiáng)、集成高精度A／D轉(zhuǎn)換器、操作方便、實(shí)際成本低，以及便于系統(tǒng)模塊化和小型化的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)蓄電池的狀態(tài)和顯示蓄電池的電量，在電量不足時(shí)能夠自動(dòng)切換電源系統(tǒng)以實(shí)行自我保護(hù)。參數(shù)數(shù)據(jù)的更新依據(jù)是經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)、對(duì)實(shí)測(cè)參數(shù)進(jìn)行比較和運(yùn)算的結(jié)果，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，剩余電量計(jì)算值較未更新參數(shù)時(shí)更接近實(shí)際值。實(shí)踐證明，該智能型鉛酸蓄電池管理系統(tǒng)智能化程度高、測(cè)量準(zhǔn)確，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并控制對(duì)蓄電池的不當(dāng)使用，提供自我保護(hù)，并能夠準(zhǔn)確地判斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，不僅大大提高了被供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且有助于提高蓄電池的使用壽命和效率。