蓄電池循環(huán)壽命測試系統設計分析

摘要：隨著(zhù)科技的發(fā)展及工業(yè)現代化，環(huán)境污染是當前國際性問(wèn)題。蓄電池是人類(lèi)研制出的性能優(yōu)異的儲能設備，還有IT產(chǎn)品的大量應用。市場(chǎng)上對蓄電的需求量越來(lái)越大。而每個(gè)廠(chǎng)家的產(chǎn)品質(zhì)量不同，需要對電池的循環(huán)壽命進(jìn)行檢測。本課題設計了基于TMS320F2812的DSP芯片為控制中心，由高性能的A／D轉換器TLC2543和D／A轉換器MAX538等構成的蓄電池循環(huán)壽命檢測系統。同時(shí)易于計算機相連，形成一個(gè)自動(dòng)的檢測網(wǎng)絡(luò )。而且按相關(guān)的標準進(jìn)行放電，研究發(fā)現取得了很好的效果。
關(guān)鍵詞：蓄電池；循環(huán)壽命；TMS320F2812；TLC2543；MAX538

蓄電池是人類(lèi)研發(fā)出的性能優(yōu)異的儲能設備。風(fēng)能和太陽(yáng)能是大自然賜予我們永不枯竭的綠色能源，蓄電池于此結合后，會(huì )帶來(lái)巨大威力。發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)是減少空氣污染的有效措施，但是蓄電池的使用壽命也是當下關(guān)鍵。而每個(gè)廠(chǎng)家的產(chǎn)品質(zhì)量不同，需要對電池的循環(huán)壽命進(jìn)行檢測。本課題設計了基于TMS320F2812的DSP芯片為控制中心，由高性能的A／D轉換器TLC2543和D／A轉換器MAX538等構成的蓄電池循環(huán)壽命檢測系統。同時(shí)易于計算機相連，形成一個(gè)自動(dòng)的檢測網(wǎng)絡(luò )。

1 蓄電池的壽命檢測
電源的壽命包括使用壽命(電源在失效前經(jīng)過(guò)多次的充放電過(guò)程中總共的可放電時(shí)間)、充放電壽命(電源失效前可重復放電的總次數)和儲存壽命(電池失效前在不工作的放置狀態(tài)下可儲存時(shí)間)3種，一般所說(shuō)的化學(xué)電源的壽命是充放電壽命(或稱(chēng)為循環(huán)壽命)，即在一定的充放電條件下，蓄電池的容量下降到某一條件值(通常以初始容量的某個(gè)百分數來(lái)表示)以前所能夠承受的充放電循環(huán)次數。
蓄電池的循環(huán)壽命檢測按如下的流程進(jìn)行：放電階段——擱置階段——充電階段——擱置階段——放電階段——擱置階段——充電階段。氫-鎳電池充電階段先后分為恒電流充電階段和恒電壓充電階段。首先在恒電流充電階段中，隨著(zhù)電池中電量的增加，電池的電壓逐步升高。當電池的電壓達到充電電壓峰值時(shí)，恒流充電階段既告結束，電池進(jìn)入恒壓充電階段。在恒壓充電階段中，充電電流將逐步減少，當減少到設定值時(shí)，表示電池充滿(mǎn)電荷，充電階段結束。在第5步檢測中，通過(guò)檢測放電電流和放電時(shí)間就可以檢測電池容量。

2 基本充電方法介紹
2．1 恒壓充電
恒壓充電是將充電電壓規定在過(guò)充電區域內，而且在充電的工程中限制充電電流防止對蓄電池造成破換。充電開(kāi)始階段由于電池兩端電壓較低，因此充電電流通常處于限制的充電電流值，隨著(zhù)蓄電池電壓到達規定的充電電壓值后，充電電流隨之逐步降低，按指數下降，直至在某一點(diǎn)到達穩定。恒壓充電在初始階段充電電流處于規定數值，電流比較大，此階段充入很大的電量(60％左右)，到達規定值后電流降低，每傳輸一定電量需要的時(shí)間也跟著(zhù)增加，導致需要較長(cháng)時(shí)間可以將剩余電量沖入電池。因此恒電壓充電方法具有能精確控制充電電壓，過(guò)充電非常小，能通過(guò)調節充電電壓和限流值來(lái)實(shí)現快慢速充電等特點(diǎn)，此時(shí)也存在充電末尾時(shí)間長(cháng)，容易導致充電不足和容量降低，不能對電池組進(jìn)行均衡充電，而浮充高規定流值進(jìn)行快速充電時(shí)，充電后期會(huì )跟著(zhù)電池老化而逐步增高，容易導致熱失控現象等缺點(diǎn)。
2．2 恒電流充電
恒電流充電方法通過(guò)利用恒定的電流源對電池進(jìn)行充電來(lái)實(shí)現的。由于通常不對充電電壓進(jìn)行控制，就此恒電流充電不受電池內單體電池電壓的影響，非常能實(shí)現均衡充電?？墒窃诔潆姷倪M(jìn)行中充電電壓大量時(shí)間處于高壓狀態(tài)，較易產(chǎn)生析氣和板柵腐蝕。恒電流充電南于充電電流恒定，可以較好的測量和控制充電電量，而由于缺乏電壓控制，單純的恒流充電可能導致嚴重過(guò)充電，電池產(chǎn)生析氣，干涸，析柵腐蝕等問(wèn)題，從而電池壽命縮短導致電池損壞。
2．3 分階段充電
分階段充電是當前使用最多的蓄電池充電方法，由于蓄電池在充電過(guò)程中不同階段所處的狀態(tài)分別采用恒壓限流和恒流充電的策略，通常分為3個(gè)階段，即恒流充電階段、恒壓充電階段和涓流充電階段。在充電初期由于電池的充電接受牢比較高；用較大電流進(jìn)行恒流充電方法，來(lái)使電池快速沖入電量，蓄電池的端電壓逐步增高，將到達規定電壓時(shí)電池內部反應比較劇烈，如果還以大電流就會(huì )導致析氣，因此變換為恒壓充電，在恒定的充電電壓下充電；當電池電流降低到較小的值時(shí)電池已經(jīng)充進(jìn)大部分電量，接著(zhù)進(jìn)入涓流充電階段，就此用小電流進(jìn)行持續補足充電，來(lái)充入剩下的電量并持續補足電池的自放電引起的電量，以保證在結束充電前蓄電池的狀態(tài)為滿(mǎn)。
三階段式充電是結合恒壓恒流充電的特點(diǎn)，全面考慮充電的時(shí)間，蓄電池安全和恒流效果等原因而采用的折中方法，可是由于其核心思想仍是傳統的恒壓恒流方法，隨著(zhù)電池老化可能導致充電不足而產(chǎn)生蓄電池過(guò)早失效，然而充電時(shí)間依舊很長(cháng)，不能達到當今的要求。

3 系統硬件設計
硬件主要包括：TMS320F2812、A／D D／A接口電路和充放電電路。
3．1 TMS320F2812和A／D D／A接口電路
這部分電路是整個(gè)控制系統的中心，主要包括TMS320F2812和A／D電路轉換器TLC2543、D／A轉換器MAX538電路。TLC2543是11通道的12位模數轉換器，它具有輸入通道多、精度高、速度快、使用靈活和體積小的優(yōu)點(diǎn)。在本系統中分別使用TLC2543的通道0和通道1構成對蓄電池的實(shí)時(shí)電壓和電流的采樣，采樣結果在LCD上顯示。TMS320F2812和TLC2543的鏈接電路如圖1所示。