一种铅酸蓄电池的充放电控制设计

摘 要 为实现对蓄电池充放电过程进行有效的控制，通过对蓄电池两端的电压、电流、温度及电池容量剩余量的采集，来高效的对蓄电池进行充电和放电控制。在电池的通用坏境下进行了反复的实验测试，对其电池的性能方面能够符合技术要求。

关键词 蓄电池；充放电控制；数据采集

中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）18-0015-02

在大力提倡新能源的发展前提下，电动汽车的发展对坏境和能源方面有很大的作用。由于蓄电池使用寿命短，本文通过对蓄电池的充放电控制的一种有效控制设计，可以对其技术状态、使用寿命以及对电网的污染程度进行很好的保护。

目前，国内应用广泛的蓄电池充放电控制技术主要是采用晶闸管移相控制，由于该装置体积比较大，而且自动化程度低等缺点，容易出现故障，可靠性不高。本单元采用对数据的高效采集，通过数据跟蓄电池的性能数据对比来直接对蓄电池充放电的控制，这样能很好的保护蓄电池的性能。本文主要介绍了对蓄电池两端的电压、电流采集来实时控制蓄电池充放电的开断。

1 充放电控制系统

控制原理如图1所示。蓄电池充放电系统主要由检测单元、微控制器单元和控制单元组成。通过监测到蓄电池两端电压、电流、温度和蓄电池容量，送到微机模块，在微机里得到相关的蓄电池性能数据，对数据进行分析，再直接通过微机来执行控制模块，从而对蓄电池实行有效的性能保护和充放电控制。

2 电压采集模块

为了让微机得到精确的采样信号需要对其进行滤波处理，而且可能采集电压比较大，因此中间需要光耦隔离电路，进行大电压隔离。把采集电压转换为0-5 V，通过RC滤波电路送到单片机的AD端口。

此处采用电压巡检的方式对各个蓄电池进行电压检测。电路图如图2所示。单片机信号由C1、C2端输入，依次控制光耦隔离器件的关断来采集各个蓄电池端口电压，再由PA1端口送到单片机端口。当控制信号为‘0’时，光耦P521处于关闭状态，此时电压信号不能输出到PA1端口；当控制信号为‘1’时，光耦处于导通状态，电路中PNP和NPN三极管的基极产生反向电压。由于Ib*β>>Ice，所以回路中PNP和NPN三极管处于饱和状态。电压信号可以输出到PA1端口，从而实现模块电压数据信号的选通。

3 电流采集模块

对电流的采集是用全集成、霍尔效应的线性电流传感器ACS712。将输入电流转换为电压信号输出到单片机AD端口。电路如图3所示。ACS712芯片内含有一个电阻和一个缓冲放大器，在6脚外接一个电容可以进行简单的滤波。由于内部缓冲放大器能消除因芯片内部电阻和接口负载分压所造成的输出衰减，所以外接RC低通滤波器不会影响信号的衰减，且可进一步降低输出噪声并改善低电流精确度。电流可以从1、2端输入（或输出），也可以从3、4端输出（或输入），在7脚输出一模拟电压，该电压在指定检测范围内和被检测的直流或交流电流IP呈线性关系。输出电压与电流的关系为：Vout=（2/20）Ip+2.5。

4 充放电控制模块

4.1 充放电开关控制设计

电路如图4所示。P1为充电器接口端，充电器为蓄电池充电时，通过Q11来控制蓄电池的充电开断。K1、K2为驱动信号的输入，通过驱动电路发来的信号控制Q11、Q12场效应管的开断。RL接负载，Q12控制蓄电池的输出情况，当蓄电池端电压达到最小极限电压或电池剩余容量达到设置参数时关断蓄电池的放电，从而有效的控制蓄电池的充放电。

4.2 充放电驱动开关设计

电路如图5所示。此处通过单片机信号给一个电压信号来控制三极管Q9、Q10的关断，但输入信号为‘0’时，三极管处于导通状态，此时到K1的电压不能驱动场效应管去工作，以致场效应管处于导通状态。但输入信号为‘1’时，三极管处于截止状态，此时K1、K2端电压能驱动场效应管正常工作，当蓄电池两端充电电压或放电电压达到规定参数时，通过单片机信号控制驱动电路来驱动场效应管进行蓄电池充放电的有效控制。

5 结束语

本文主要以蓄电池为背景，结合性能要求，采用简单高效易控制的方法来设计对充放电的控制。不同型号蓄电池的性能参数不同，但只需要对单片机控制参数进行适当的修改，则在一定控制范围内可以应用在不同型号的铅酸蓄电池上。设计对电压巡检的采集和对电流用传感器的采集，实现了简单、有效的电路对蓄电池实时的精确采集。

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作者简介

贺雷华（1989-），男，湖南湘乡人，研究方向：新型电子器件与应用。

秦会斌，男，教授，博士，硕士生导师。