蓄电池循环寿命测试系统设计分析

摘要：随着科技的发展及工业现代化，环境污染是当前国际性问题。蓄电池是人类研制出的性能优异的储能设备，还有IT产品的大量应用。市场上对蓄电的需求量越来越大。而每个厂家的产品质量不同，需要对电池的循环寿命进行检测。本课题设计了基于TMS320F2812的DSP芯片为控制中心，由高性能的A／D转换器TLC2543和D／A转换器MAX538等构成的蓄电池循环寿命检测系统。同时易于计算机相连，形成一个自动的检测网络。而且按相关的标准进行放电，研究发现取得了很好的效果。
关键词：蓄电池；循环寿命；TMS320F2812；TLC2543；MAX538

蓄电池是人类研发出的性能优异的储能设备。风能和太阳能是大自然赐予我们永不枯竭的绿色能源，蓄电池于此结合后，会带来巨大威力。发展电动汽车是减少空气污染的有效措施，但是蓄电池的使用寿命也是当下关键。而每个厂家的产品质量不同，需要对电池的循环寿命进行检测。本课题设计了基于TMS320F2812的DSP芯片为控制中心，由高性能的A／D转换器TLC2543和D／A转换器MAX538等构成的蓄电池循环寿命检测系统。同时易于计算机相连，形成一个自动的检测网络。

1 蓄电池的寿命检测
电源的寿命包括使用寿命(电源在失效前经过多次的充放电过程中总共的可放电时间)、充放电寿命(电源失效前可重复放电的总次数)和储存寿命(电池失效前在不工作的放置状态下可储存时间)3种，一般所说的化学电源的寿命是充放电寿命(或称为循环寿命)，即在一定的充放电条件下，蓄电池的容量下降到某一条件值(通常以初始容量的某个百分数来表示)以前所能够承受的充放电循环次数。
蓄电池的循环寿命检测按如下的流程进行：放电阶段——搁置阶段——充电阶段——搁置阶段——放电阶段——搁置阶段——充电阶段。氢-镍电池充电阶段先后分为恒电流充电阶段和恒电压充电阶段。首先在恒电流充电阶段中，随着电池中电量的增加，电池的电压逐步升高。当电池的电压达到充电电压峰值时，恒流充电阶段既告结束，电池进入恒压充电阶段。在恒压充电阶段中，充电电流将逐步减少，当减少到设定值时，表示电池充满电荷，充电阶段结束。在第5步检测中，通过检测放电电流和放电时间就可以检测电池容量。

2 基本充电方法介绍
2．1 恒压充电
恒压充电是将充电电压规定在过充电区域内，而且在充电的工程中限制充电电流防止对蓄电池造成破换。充电开始阶段由于电池两端电压较低，因此充电电流通常处于限制的充电电流值，随着蓄电池电压到达规定的充电电压值后，充电电流随之逐步降低，按指数下降，直至在某一点到达稳定。恒压充电在初始阶段充电电流处于规定数值，电流比较大，此阶段充入很大的电量(60％左右)，到达规定值后电流降低，每传输一定电量需要的时间也跟着增加，导致需要较长时间可以将剩余电量冲入电池。因此恒电压充电方法具有能精确控制充电电压，过充电非常小，能通过调节充电电压和限流值来实现快慢速充电等特点，此时也存在充电末尾时间长，容易导致充电不足和容量降低，不能对电池组进行均衡充电，而浮充高规定流值进行快速充电时，充电后期会跟着电池老化而逐步增高，容易导致热失控现象等缺点。
2．2 恒电流充电
恒电流充电方法通过利用恒定的电流源对电池进行充电来实现的。由于通常不对充电电压进行控制，就此恒电流充电不受电池内单体电池电压的影响，非常能实现均衡充电。可是在充电的进行中充电电压大量时间处于高压状态，较易产生析气和板栅腐蚀。恒电流充电南于充电电流恒定，可以较好的测量和控制充电电量，而由于缺乏电压控制，单纯的恒流充电可能导致严重过充电，电池产生析气，干涸，析栅腐蚀等问题，从而电池寿命缩短导致电池损坏。
2．3 分阶段充电
分阶段充电是当前使用最多的蓄电池充电方法，由于蓄电池在充电过程中不同阶段所处的状态分别采用恒压限流和恒流充电的策略，通常分为3个阶段，即恒流充电阶段、恒压充电阶段和涓流充电阶段。在充电初期由于电池的充电接受牢比较高；用较大电流进行恒流充电方法，来使电池快速冲入电量，蓄电池的端电压逐步增高，将到达规定电压时电池内部反应比较剧烈，如果还以大电流就会导致析气，因此变换为恒压充电，在恒定的充电电压下充电；当电池电流降低到较小的值时电池已经充进大部分电量，接着进入涓流充电阶段，就此用小电流进行持续补足充电，来充入剩下的电量并持续补足电池的自放电引起的电量，以保证在结束充电前蓄电池的状态为满。
三阶段式充电是结合恒压恒流充电的特点，全面考虑充电的时间，蓄电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传统的恒压恒流方法，随着电池老化可能导致充电不足而产生蓄电池过早失效，然而充电时间依旧很长，不能达到当今的要求。

3 系统硬件设计
硬件主要包括：TMS320F2812、A／D D／A接口电路和充放电电路。
3．1 TMS320F2812和A／D D／A接口电路
这部分电路是整个控制系统的中心，主要包括TMS320F2812和A／D电路转换器TLC2543、D／A转换器MAX538电路。TLC2543是11通道的12位模数转换器，它具有输入通道多、精度高、速度快、使用灵活和体积小的优点。在本系统中分别使用TLC2543的通道0和通道1构成对蓄电池的实时电压和电流的采样，采样结果在LCD上显示。TMS320F2812和TLC2543的链接电路如图1所示。