电池巡检技术的应用设计

摘要：蓄电池作为动力系统的重要组成部分，其使用寿命和安全可靠性是用户关注的焦点。为此，介绍了一种电池巡检技术的软硬件设计，它适用于与开关电源以及UPS配套的蓄电池的大规模巡检。

关键词：电池；开关电源；电池巡检

Application and Design of Battery Patrol

HUANG Jian- jiang

Abstract:Battery is the important constituent part of the power system, the life and reliability of battery is the attention focus of the users,thus,a kind of hardware circuit and software design of the battery patrol technology are introduced which is applicable to the large scale patrol of the battery matched with the switching power supplies and UPS.

Keywords:Battery; Switching power supplies； Battery patrol

1 引言

要延长蓄电池使用寿命，充电器必须具备完善的充电管理功能，例如：均衡充电、温度补偿、周期均充、蓄电池充放电测试、蓄电池容量试验、电池深放电保护、二次下电等功能。如果单节蓄电池失效（也称落后电池）导致整组蓄电池失效，这些功能对于已经失效的蓄电池就显得意义不大。为此，本文着重讨论了一种电池巡检技术，它可以最多检测256节蓄电池（铅酸或镍镉蓄电池），蓄电池额定电压为2V、4V、6V和12V，电池电压的巡检分辨率达到±5mV。

2 电源监控系统

本文所涉及的高频开关电源的智能监控系统如图1所示，采用了总线式测控技术。在测控总线上外挂了六种功能扩展板：交流监测板、直流监测板、电池巡检板、绝缘监测板、环境监测板和电气控制板。这六种检测板可以根据用户需要进行灵活的取舍，而且系统调测和工程维护也非常方便。

图1 开 关 电 源 监 控 系 统 原 理 框 图

3 硬件电路设计

3.1 监控接口电路

电池巡检的监控接口电路框图如图2所示，它也是测控总线的接口电路。把单片机87C196KB的P3口 用 锁 存 器 74HC574扩 展 成 测 控 总 线 驱 动 电 路 ， 经 8路 电 平 转 换 器 转 换 后 ， P3口 的 数 据 作 为 测 控 总 线 接 口 X1的 功 能 扩 展 控 制 信 号 （ DC0～ DC7） ， 即 各 个 功 能 扩 展 板 的 公 共 控 制 信 号 。 各 个 功 能 扩 展 板 所 采 样 的 模 拟 量 （ Analog） 和 数 字 量 （ Digital） 分 别 接 到 X1的 8＃ 和 7＃ 引 脚 （ 作 为 公 共 数 据 输 入 通 道 ） ， 模 拟 量 经 12位 高 速 A/D转 换 器 MAX120处 理 后 输 入 到 87C196KB的 P0和 P2口 ， 数 字 量 输 入 到 87C196KB的 P2.3引 脚 。 针 对 电 池 巡 检 板 而 言 ， 模 拟 量 是 分 时 输 入 的 每 节 电 池 电 压 信 号 ， 数 字 量 是 分 时 输 入 的 每 节 电 池 极 性 信 号 ， 其 它 功 能 扩 展 板 的 测 量 信 号 不 再 赘 述 。

图2 监 控 接 口 电 路 框 图

3.2 地址译码电路

要巡检每节蓄电池，单片机就必须能分时识别各节蓄电池的物理地址，从而对每一节蓄电池进行信号采样和处理，为此设计了地址译码电路。译码电路主要采用MAXIM公司的多路转换器MAX4525作为二四译码器（见表1）。

表 1 MAX4524真 值 表

设计思路：每块电池巡检板最多可检测128节的蓄电池，以每8节蓄电池作为一小组，128节蓄电池可分成16小组。每小组8节蓄电池通过一个电池采样单元BSU（BatterySamplingUnit）来采样（见图4），共需16个BSU。由DC0～DC2译码控制每个BSU中的8节蓄电池的信号采样，DC3～DC6译码控制16个BSU的选通，DC7作为两块电池巡检板联合巡检时的板选信号。

上述设计思路可概括为23×22×22×21=256，结合实际电路（见图3和图4），其中

1）23是指三八译码，即DC0～DC2控制双8通道多路转换器MAX397，采样每小组8节蓄电池的电压（见图4和3.3详述）；

2）22×22是指两组二四译码，即DC3和DC4通过U3（MAX4524）产生4路控制信号E1～E4，DC5和DC6通过U1或U2（MAX4524）产生4路控制信号B1～B4，把E1～E4作为图4中的三极管的发射极，B1～B4作为三极管的基极。根据乘法原理B1～B4和E1～E4可以控制16个NPN三极管Vk（k=1～16）。在图4所示的BSU电路中，通过开关三极管Vk对MAX397进行选通，在未译码时，Bi（i=1～4）为低电平，Ej（j=1～4）为高电平，三极管Vk截止，则DC0～DC2控制无效；在译码时，Bi为高电平，Ej为低电平，Bi和Ej所对应的三极管Vk被开启，第k个BSU被选通，则DC0～DC2控制有效（见表2）；

表 2 DC3～ DC7的 译 码 表