基于數據采集卡的蓄電池測試系統

1． 前言
　　
　　閥控密封鉛酸電池（VRLA）由于具有蓄能大、安全和密封性能好、壽命長、免維護等優點[1]，在電力保護、電動汽車和自行車、以及包括光伏系統在內的許多地方大量采用。同時，各用戶都希望了解他們使用的蓄電池還有多少能量和還能使用多久，以便能夠及時的充電或更換。目前蓄電池容量預測及壽命估算方法不是很有效，為進行蓄電池容量預測及壽命估算研究，需要完成對蓄電池的檢測，特研制了一套測試系統。


2．系統要求

　　要了解VRLA蓄電池的特性，實現無損檢測，只有測試它的電能輸入、輸出的特性。同時由于溫度對蓄電池的特性有較大影響，因而除測試它的端電壓和輸入（出）電流外，還必須檢測它工作時的溫升。

　　由于蓄電池的內阻能反映出其“健康狀況”[2]，而且在放電測試期間的在線阻抗測量有發展潛能[3]，進行蓄電池的阻抗計算很有必要。為排除溫度的影響，實現阻抗值可比較，將各種溫度下的檢測值換算成標準溫度25℃下的，其補償算法[4]：

　　　　　　　　　　　　　　R25℃ = R+0.015×R×（T-25）

　　其中，R為實測動態電阻，R25℃為25℃時的換算值，T為實測溫度的算術平均值。


3．系統組成

　　系統由個人計算機、數據采集/控制卡和檢測電路構成，框圖如圖1所示。采集卡采用研祥PCL-812PG卡，它包括16路12位A/D、2路D/A以及數字16入/16出，允許以DMA、中斷以及查詢方式進行數據采集[5]。

　　檢測電路主要完成對蓄電池的電壓（開路、充電與放電）、電流（充電、放電）以及溫度的轉換。電壓信號采用直接在蓄電池上并聯電阻分壓的方法來得到；電流則采用穿孔式霍爾電流傳感器，可以方便地通過改變原邊繞組數，得到最佳的輸出精度；為采集到蓄電池產生的溫升，溫度測量采用兩路，一個采集蓄電池本身溫度，另一路采集環境溫度，它們都采用了高精度溫度傳感器AD590，信號經運放放大輸出。

　　另外，系統還設計了測試控制開關，由數字口送出，有利于測試的開始控制（開路電壓的測試）以及與各種充、放電設備的接口（簡單的充、放電設備沒有充、放電結束控制）。為充分利用采集卡資源，系統設計了四組蓄電池測試端口，它們可以同時測量。檢測電路如圖2所示。兩路溫度檢測電路相同，圖中給出了一路。

4．軟件的實現

　　由于對蓄電池測試的參數都不是高速變化量，數據要求的實時性不高，采用Visual Basic6.0作為編程語言，具有各種控件多，界面設計容易的優點，同時也能夠滿足本系統測試要求。

　　程序主要包括：開機界面、運行窗口界面（檢測數據實時顯示、實時數據變化曲線、選擇菜單、運行控制等）、數據存貯以及歷史記錄顯示、退出界面等，其流程框圖如圖3所示。采集卡的驅動程序由板卡廠家以動態鏈接庫（DLL）的形式提供。使用時只需在程序中加以聲明，如要使用I/O口的輸出口，則作如下聲明[6]：

　　Declare Function W_812PG_DO Lib "812pg.dll" (ByVal port_number As Long, ByVal do_data As Byte) As Long

　　開機界面及退出界面的設計比較簡單，開機界面是以命令按鈕的方式退出，而關機界面是利用Timer控件延時退出。

　　運行窗口界面這部分是程序的核心，它包括采集卡的設置、數據的檢測、數據處理及顯示、曲線的繪制、數據的存貯其中包括對文件的操作處理、充電電壓高、放電電壓低的停機處理的程序塊。實時曲線的顯示是以從左向右推進方式進行，這里采用VB的繪圖命令Line。格式語句如下：

　　　　　　　　 [pic1].Line (x1, y1)-(x2, y0), picColor(n)

　　pic1為當前繪圖的圖形控件，x1，x2為X軸位置，x1為起始，x2為結束，(x2-x1)為每次繪圖的寬度，y0，y1 是Y軸位置，picColor(n)指出繪制線的顏色。在本系統中由于新值總是固定從左邊輸入，因此x1固定；y1是當前要繪制的新點，y0為上一次的位置值。

　　由于在這里圖形顯示是一個推進的動態過程，也就說是在同一的X軸位置后面的數據要不斷地替代前面的數據。為實現這一功能，這里采用了屏幕拷貝功能，利用windows 的內部庫“GDI32.DLL”函數BitBlt()來完成，其格式如下：

　　result = BitBlt(pic1.hDC, 2, 0, pic1.Width / Screen.TwipsPerPixelX, pic1.Height / Screen.TwipsPerPixelY, pic1.hDC, 0, 0, SRCCOPY)　　　　（1）

　　對于每一條曲線都要指定一個圖像控件，結合畫線命令，就能看到漂亮的移動曲線，移動的速度（步距）可以在開始階段設定函數BitBlt()中參數來實現，這個參數就是式（1）中的常數2，這個步距也決定了采集參數的顯示個數，因為指定圖像控件的顯示寬度是一定的。運行窗口界面如圖4所示。圖中U 、I、T1與T2分別表示電池電壓、電流、電池溫度及環境溫度。曲線圖的標值為A/D轉換對應輸入，而圖下端給出了每個采集量的實際結果。

圖4　部分運行顯示界面


5．結 語
　　
　　采用數據采集卡具有精度高、控制方便的優點，而應用VB編程，有可讀性強、實現容易，使測試系統界面豐富，數據、曲線一目了然。并且測試數據便于保存（直接在硬盤），同時也為以后的數據查詢提供方便。特別是為蓄電池容量預測提供并保存了第一手資料。


參考文獻

1 劉建平.　“從閥控式密封鉛酸蓄電池看充電器”　移動電源與車輛　2000第3期

2 Hlavac, M.J., Feder, D.O., Croda, T.G.,Champlin, K.S., "Field and laboratory studies toassess the state of health of valve-regulated lead-acidbatteries", in Conf. Proc. INTELEC 93, 1993,Vol(2), pp 375-383

3 J.M.Hawkins　 “Some field experience with battery impedance measurement as a useful maintenance tool.　Telstra Research Laboratories”　in Conf. Proc. INTELEC 94 1994, pp 263-269.

4 王劍　錢敏　免維護鉛酸蓄電池的狀態檢測　華東地質學院學報 Vol22.　4　1999.12

5　PCL-812PG Advanced Multi-function Data acquisition Card User’s Manual　1996.9

6　趙建敏 郭慶　Visual Basic 6.0編程指南　航空工業出版社　 99.8