1 引言
在電力系統(tǒng)的蓄電池組維護中,，除了常規(guī)的對蓄電池均浮充充電管理外，還需要對蓄電池組的端電壓,、單節(jié)電池電壓進行巡檢,；定期對蓄電池組進行恒流放電試驗，以檢驗蓄電池組的容量,；同時為了檢驗電池組的瞬時大電流放電能力,，還需要定期進行大電流動態(tài)放電試驗，測試每節(jié)電池的內(nèi)阻,。
以前進行靜態(tài)放電試驗時采用的放電設(shè)備主要有可變電阻,，碳棒，水槽等,，為了維持放電電流恒定,，需要人工或用繼電器切換調(diào)節(jié)負載電阻，調(diào)節(jié)很不方便,，而且穩(wěn)流特性也不好,；
而且動態(tài)放電很難操作,，有一定的危險性。本文提出的智能蓄電池組監(jiān)測系統(tǒng)正是為了替代傳統(tǒng)的放電方式而進行研制的,。
2 智能檢測系統(tǒng)的構(gòu)成與設(shè)計
2．1系統(tǒng)的構(gòu)成
智能蓄電池檢測系統(tǒng)組成如圖1 所示,。
放電模塊是蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心，綜合了電力電子和微機控制技術(shù),，主要完成蓄電池放電電流控制,，放電參數(shù)的設(shè)置，顯示和通訊等功能,；電池采樣模塊主要檢測蓄電池各節(jié)電池的電壓,，與放電控制模塊通訊等功能，本文主要介紹放電模塊的研制,。
2．2放電模塊的研制
圖2為放電模塊基本原理圖,，包括功率電路，脈沖產(chǎn)生保護電路和微機控制電路三部分,。
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| 圖 2 放電模塊基本原理圖 |
2.2.1 功率電路的設(shè)計
從圖2可以看出,，放電模塊功率電路由電感L1，電容C1構(gòu)成的EMI濾波器和MOS管Q1,，Q2,，續(xù)流二極管D1，輸出電感L2構(gòu)成BUCK型電路兩部分組成,，Q1,，Q2交替導(dǎo)通。R1為輸出電流檢測電阻,，R2為輸入電流檢測電阻,，RJ為放電負載。當(dāng)開關(guān)管Q1（Q2）導(dǎo)通時,，蓄電池的放電電流從電池的正極經(jīng)過L1,，Q1（Q2），L2,，RJ和取樣電阻R1,，R2流到蓄電池的負極，Q1（Q2）關(guān)斷后,，負載電流通過L2,，二極管D1續(xù)流。因此,，可以通過控制MOS管Q1，Q2的導(dǎo)通和關(guān)斷的時間比來達到維持輸入電流恒定的目的,。
MOS管和續(xù)流二極管分別采用FAIRCHILD公司和IXYS公司產(chǎn)品,，模塊的開關(guān)頻率為30kHz,。
2.2.2 脈沖產(chǎn)生保護電路的設(shè)計
從圖2可以看出，脈沖產(chǎn)生保護電路的作用主要是產(chǎn)生控制MOS管Q1/Q2所需的脈沖,，同時對輸入電壓,，輸出電流等采樣信號進行響應(yīng)的處理，出現(xiàn)故障時關(guān)斷Q1和Q2,。在本方案中,，PWM控制芯片采用的是UNITRODE 公司生產(chǎn)的UC3825電流型PWM控制芯片，UC3825內(nèi)含精確的5.1V電壓基準,，微功率啟動電路,，軟啟動，高頻振蕩器,，寬帶誤差放大器,，快速電流限制器，雙脈沖控制邏輯和雙圖騰柱輸出驅(qū)動器,，可用于電壓型或電流型控制,，圖3為脈沖產(chǎn)生保護電路的框圖。
來自微機控制部分設(shè)定的電流指令信號送到誤差放大器2A的正端,，輸入電流采樣信號IS通過放大器1A送入誤差放大器2A的負端,，兩者進行比較，差值信號送到電流型PWM控制芯片UC3825的IN+腳（2腳,，同相輸入）,，UC3825輸出的OUTA（11腳），OUTB（12腳）信號再通過驅(qū)動電路分別送到MOS管Q1,，Q2的G,，S端，作為MOS管的驅(qū)動信號,。當(dāng)電池端電壓或放電負載阻值發(fā)生變化時,，自動調(diào)整OUTA，OUTB信號的脈沖寬度,，進而調(diào)整MOS管Q1的開通時間,，保證蓄電池組放電輸出電流的恒定。當(dāng)出現(xiàn)輸入欠壓,，輸出短路或模塊過熱時,，綜合保護信號變?yōu)榈碗娖剑琔C3825的SS腳（軟啟動腳）通過二極管D1放電,，從而封閉UC3825的輸出,，起到保護的作用。
2.2.3微機控制電路硬件和系統(tǒng)軟件設(shè)計
微機控制電路主要完成監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，數(shù)據(jù)的顯示以及與電池采樣模塊,，上位機的通訊等功能,。
■ 硬件設(shè)計
在本方案中，微處理器采用的TI公司生產(chǎn)的 MSP430F系列單片機,，它是一種超低功耗,，高性能的FLASH結(jié)構(gòu)系列單片機，具有16位精簡指令結(jié)構(gòu),，內(nèi)含12位快速ADC/Slope ADC,內(nèi)含60K字節(jié)FLASH ROM,，2K字節(jié)RAM，片內(nèi)資源豐富,，有ADC,、PWM、若干TIME,、串行口,、WATCHDOG、比較器,、模擬信號,，具有ESD保護，大大簡化了控制電路,；通訊部分采用TI公司抗雷擊RS485收發(fā)器SN75LBC184芯片,，具有熱關(guān)斷保護和ESD保護功能。
■ 系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)軟件采用C語言編制,，模塊化設(shè)計,，包括初始化模塊，通訊模塊,，定時中斷模塊,，監(jiān)測模塊，顯示模塊,，故障處理模塊等,，主程序流程圖見圖4。
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| 圖4 主程序流程圖 |
初始化模塊主要完成CPU功能模塊,，通訊模塊和液晶顯示器等的初始化,，各變量單元，各寄存器單元賦初值,，讀取保存的信息,；
監(jiān)測模塊主要完成放電電壓/電流的A/D轉(zhuǎn)換和靜態(tài)放電的監(jiān)測；
顯示模塊主要完成液晶顯示屏的處理,；
故障處理模塊根據(jù)檢測的電池電壓信息和模塊本身提供的故障信號進行故障判斷,，在故障發(fā)生時去封鎖UC3825的PWM輸出脈沖，同時提供故障類型去顯示模塊。故障的類型包括蓄電池端電壓過低,，單節(jié)電池電壓超限,，過阻，模塊過熱或短路等,；
定時中斷模塊包括定時器A_0,A_1,A_2和B_0 四個中斷服務(wù)程序，分別完成按鍵處理,，通訊超時監(jiān)測,，動態(tài)放電監(jiān)測和模塊時鐘的功能；
通訊模塊主要完成與電池采樣模塊或上位機的數(shù)據(jù)接受和發(fā)送,。
3 實驗數(shù)據(jù)
根據(jù)上述思路研制完成了220V/30A和110V/50A兩種智能蓄電池監(jiān)測系統(tǒng),，表1為110V/50A系統(tǒng)樣機放電實測數(shù)據(jù),表2為實測的效率數(shù)據(jù).
4 結(jié)語
智能型蓄電池檢測系統(tǒng)具有操作簡單，穩(wěn)流精度高（<1%）,，自動記錄每節(jié)電池端電壓（單節(jié)電壓檢測精度<0.1%）等優(yōu)點,，樣機研制成功后已投入批量生產(chǎn)，并已在幾個變電站中試運行,，可以完全替代原有傳統(tǒng)放電裝置,，具有很好的應(yīng)用前景。
參考文獻
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2.胡大可, MSP430系列16位單片機原理與應(yīng)用,，北京航空航天大學(xué)，2000年