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0　概述

蓄電池是一種使用非常廣泛的產品，例如太陽能光伏系統、移動通訊的基站、汽車等等都少不了它，它又是成本比較高的產品，因此如何延長其使用壽命，是一項很有意義的工作。而快速在線檢測蓄電池的剩余容量SOC（又稱蓄電池的荷電狀態），便于蓄電池的用戶或檢修工程師迅速了解蓄電池的狀態，以便采取措施，防止蓄電池的過充電和過放電，從而可達到延長蓄電池的使用壽命。SOCT-I蓄電池容量測試儀就是為達此目的而研制的。

1　蓄電池剩余容量放電和充電過程的數學模型

鉛酸蓄電池剩余容量（SOC）與蓄電池端電壓、充放電電流、初始電液比重、環境溫度等物理化學參數之間的關系可以用數學模型表示（數學模型另文發表），基于這個數學模型，就可以通過測量蓄電池充放電過程中的各個物理參數得知蓄電池的當前容量。數學模型表達式如下：

U放 =Ur - axLOG(1+DOD/SOC)- bxLOG(1+I/(Ahx(1+K(T-25)))xDODx100) -I/(Ahx(1+K(T-25)))xcx(0.01x(25-T))xDOD
　　a：由于反應物和生成物比例改變引起的電壓變化的常數，0.1~0.2；
　　b：電化學極化項常數，0.1~0.15；
　　c：內阻極化項常數，0.08~0.15；
　　U充 = Ur+ dxLOG(1+SOC/DOD)+ exLOG(I/(A

hx(1+K(T-25)))xSOCx100)  
+I/(Ahx(1+K(T-25)))xfx(0.01x(25-T))xDOD
　　d：由于反應物和生成物比例改變引起的電壓變化的常數，0.1~0.2；
　　e：電化學極化項常數，0.2~0.25；
　　f：內阻極化項常數，0.15~0.25；

JK SOC-I蓄電池剩余容量測試儀就是根據上述蓄電池剩余容量放電和充電過程的數學模型研制的。

2　蓄電池剩余容量在線測試儀的研制方案

從數學模型可以看出幾個主要物理量對SOC的影響較大：
　　1）不同充放電率I/Ah          
　　2）不同初始電壓Ur      
　　3）不同溫度T
　　溫度主要影響蓄電池的額定容量。
　　溫度對額定容量的影響：Ca=Cr×[1+K（T-25）]
　　Ca：任何溫度下的蓄電池實際容量；
　　Cr：蓄電池在25℃下的額定容量；
　　T：實際溫度℃；
　　K：溫度系數，溫度每變化1℃，SOC變化約為0.5%～0.8%。

溫度對額定容量的影響表現在對充放電率I/Ah的影響，溫度降低或增加20℃，充放電率增大或減小10% ～16%。一般蓄電池的工作溫度最多在25±10℃ 變化，因此，充放電率也只在 ±（5%～ 8%）變化。對SOC的影響就更小。

可以看出溫度對SOC的影響比起I/Ah、Ur要小得多。

從蓄電池端電壓與SOC之間關系的數學模型分析，SOC除了與端電壓有關以外，還與蓄電池充放電率、初始電動勢、溫度等物理量有關，因此在設計蓄電池容量在線測試儀時，必須考慮到這些物理量的輸入方式，同時必須便于工程師攜帶。還有一個因素即成本，應在保證實現所有功能前提下盡可能降低成本。 [NextPage]

綜合考慮上述因素，擬采用下述方案：

1）用嵌入式微處理器芯片作為儀器的核心器件，由它按蓄電池端電壓與SOC之間關系數學模型完成主要計算。
　　2）有兩個模擬量需實測：蓄電池電壓、環境溫度。為降低成本，擬采用串行數據輸出的 A/D轉換芯片。
　　3）蓄電池充放電率、初始電動勢擬采用小鍵盤輸入。
　　4）采用128×64LCD液晶顯示器顯示輸入量及計算出的SOC。
　　5）為便于攜帶供電方式擬采用2種方式：電池或15V穩壓電源 。

3　蓄電池剩余容量在線測試儀的實現

按上述方案設計的蓄電池容量在線測試儀功能框圖如圖1所示。
電路說明：

1）微處理器采用AT89S52單片機，此單片機低成本，低功耗，高性能，易擴充，并有8K程序存儲器，SOC的計算及鍵盤輸入、LCD顯示等控制都由此芯片完成。

2）溫度檢測采用了DALLAS的DS18B20。此芯片具有溫度傳感器和A/D轉換功能，轉換后的串行數

據通過one _wire(一線)與CPU通訊。測量溫度范圍從-55 ℃到+125 ℃，芯片轉換精度為0.0625℃。

3）端電壓采樣采用物美價廉的電壓轉頻率芯片LM331，調到轉換精度為1/1 000V，即調成1V電壓轉換為1 000Hz頻率。

LM331芯片的原理及應用電路器件參數詳見LM331數據手冊。

4）電源模塊采用一個插入開關，當沒有外部電源時由電池供電，當有外部電源接入時，斷開電池連接，由15V直流適配器給電路供電。

軟件處理流程主程序見圖2（略）所示。

蓄電池剩余容量在線測試儀樣機如圖3（略）所示。

本測試儀所用數學模型已經廣東番禺恒達蓄電池總廠產品測試，誤差不超過10%。