鉛酸蓄電池行業(yè)與電力、交通、信息等產業(yè)發(fā)展息息相關，在汽車、叉車等運輸工具和大型不間斷供電電源系統(tǒng)中處于控制地位，是社會生產經營活動和人類生活中不可或缺的。我國蓄電池行業(yè)規(guī)模相當龐大，應用也非常廣泛，鑒于鉛酸蓄電池的使用不當帶來的問題(如硫化、容量減小、使用壽命縮短等)，實現(xiàn)蓄電池的智能化管理顯得非常必要，而國內目前應用于該領域的嵌入式系統(tǒng)產品很少。本設計利用8位微控制器MB95F136來實現(xiàn)對鉛酸蓄電池的智能管理，包括電池的充放電監(jiān)測控制、電池容量檢測及顯示與報警等，從而有效地實現(xiàn)對鉛酸蓄電池系統(tǒng)的智能化管理，提高了蓄電池的使用壽命，降低了維護成本。
1 系統(tǒng)概述
本設計充分利用MB95F136的特點實現(xiàn)對蓄電池電壓、電流及溫度的實時在線監(jiān)測。智能控制系統(tǒng)的充放電過程，可以顯示蓄電池的電量，對不正確的、或對電池壽命有較大損害的使用狀況予以控制和報警提示，可以在電池需要充電時提醒用戶及時充電或者切換備用電源，防止過充過放等。為實現(xiàn)對鉛酸蓄電池的智能化管理，系統(tǒng)通過實時對蓄電池的動態(tài)參數(shù)進行自動修正來獲得準確的計算依據(jù)，從而計算出準確的電量和蓄電池的狀態(tài)信息，并取得蓄電池的充電參數(shù)。
本文設計的蓄電池管理系統(tǒng)主要有以下幾個功能：
①實時監(jiān)測蓄電池的溫度，通過溫度及其他參數(shù)來計算蓄電池的充放電參數(shù)，避免因使用不當或蓄電池溫度過高等因素縮短蓄電池的壽命。
②實時監(jiān)測蓄電池的端電壓和電流，若發(fā)現(xiàn)電池容量小于警戒閾值，即提醒充電或自動切換備用電池。
③能通過對參數(shù)的分析計算出蓄電池的剩余容量，并通過數(shù)碼管實時顯示出來。
④系統(tǒng)能夠自動修正蓄電池的內部參數(shù)來適應因使用給蓄電池帶來的一些變化，還能通過控制充放電電路獲得更好的充電效果。
本系統(tǒng)結構如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 系統(tǒng)控制核心
本系統(tǒng)在設計上采用F2MC一8FX系列單片機MB95F136作為系統(tǒng)的控制核心。MB95F136在系統(tǒng)中不僅要實時監(jiān)測蓄電池的電流、電壓、溫度等參數(shù)以及系統(tǒng)運行狀態(tài)，還必須根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)進行處理，并對充電控制模塊輸出控制信號以實現(xiàn)對蓄電池系統(tǒng)的智能管理；同時，還負責實現(xiàn)按鍵控制和系統(tǒng)狀態(tài)輸出顯示。Fujitsu公司的MB95F136采用的是O．35μm低漏電工藝技術，掩膜產品可以在1．8 V和1μA的低耗電工作模式(時鐘模式)下運行，流水線總線架構可提供雙倍執(zhí)行速度，最小指令周期為62．5 ns。它在具備快速處理和低耗電特性的同時，配有豐富的定時器；集成1個8通道的8／10位可選A／D轉換器，可以方便地應用于系統(tǒng)中對電壓、電流的采集。雙操作閃存也是F2MC一8FX系列8位微控制器的特點之一，當一個程序在一個存儲區(qū)中運行時，可以在另一個存儲區(qū)中完成重寫，從而減少外部存儲器零件的數(shù)量來縮小電路板的表面積。另外，LVD(低電壓檢測)以及CSV(時鐘監(jiān)視器)功能可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
2．2 電源電路設計
本系統(tǒng)中，為了增強系統(tǒng)應用的靈活性，系統(tǒng)電源取自于被管理的蓄電池。為此，必須采用DC-DC模塊進行隔離。由于選用的DC―DC模塊要求輸入電壓≥24 V，因此系統(tǒng)管理的蓄電池必須是2節(jié)以上標稱為12 V的電池組，否則就需要另外設計電源電路；為了增強系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)可以設置一個3 V的電池盒用于備用電池，一旦取自蓄電池的電源出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍能照常運行。系統(tǒng)電源電路原理圖如圖2所示。
2．3 電流電壓采集電路
監(jiān)測的對象主要是電池組的電壓和電流。電壓由分壓精密電阻取得，經過相應的放大后送至單片機的A／D口。蓄電池的充放電流經過O．01Ω采樣電阻采樣、放大，然后送至單片機的A／D端口POl。對蓄電池進行檢測的關鍵在于對電壓采樣的精確程度，因而采樣電路設計得是否適當對整個系統(tǒng)至關重要。由于MB95F136內嵌的A／D轉換器可以工作于5 V基準電壓下，故采用圖3所示的電流電壓采集電路。該電路的最大好處是，不但可以保證采樣值能隨蓄電池端電壓的變化相應地實時變化，而且能夠使數(shù)據(jù)更加準確、可靠。該電路為典型的線性電路，根據(jù)運算放大器的特性，可計算出經過采樣電路后的輸出電壓為O．01 Q×I×23。
