電動(dòng)自行車用電池性能檢測(cè)裝置

關(guān)鍵詞：電動(dòng)自行車；電池充放電；匹配性能

引言

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電動(dòng)自行車從1998年的5.4萬(wàn)輛增加到2001年的58萬(wàn)輛，每年都在以翻一番的速率增長(zhǎng)。電動(dòng)自行車數(shù)量以如此速度在不斷增加的同時(shí)，市場(chǎng)上電動(dòng)自行車用電池與充電器的種類也越來(lái)越多。由于電池和充電器的匹配性關(guān)系到電動(dòng)自行車的一次續(xù)駛里程和整車的可靠性，因此，對(duì)于給定的電池，用何種充電器來(lái)充電可以達(dá)到最佳匹配效果不僅僅是廠家，更是用戶關(guān)心的重要問(wèn)題。

從電池和充電器性能入手，我們利用VB強(qiáng)大的圖形功能和友好的界面，成功地開(kāi)發(fā)出了一套能用上位機(jī)直接控制電池充放電，并且還能直觀顯示電池充放電時(shí)的特征數(shù)據(jù)，以及進(jìn)行必要的處理和曲線分析電池與充電器匹配性能的檢測(cè)系統(tǒng)。

1 匹配性檢測(cè)原理

所謂匹配性，就是指用不同的充電器對(duì)同一種電池進(jìn)行若干次充放電試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)中的電池性能狀態(tài)和充電器的充電曲線判斷哪種充電器更適合給此種電池充電。在匹配性檢測(cè)中，不僅要考慮電池的性能，同時(shí)還要考慮到充電器的性能。衡量電池的性能主要包括電池容量、壽命、充放電時(shí)的電流電壓等參數(shù)。而充電器的性能主要體現(xiàn)在充電電流電壓曲線、最高充電電壓以及浮充電流電壓等方面。

電池容量的一般計(jì)算公式是：

容量=放電電流放電到截止下限電壓所經(jīng)歷的時(shí)間（單位：mAh或Ah） （1）

根據(jù)式（1），如采用5A恒流放電[1]，只須記錄每次電池放電到截止下限電壓所經(jīng)歷的時(shí)間，即可得出該電池的容量，同時(shí)，還可以記錄電池的實(shí)時(shí)電壓電流值，以上均是在電池放電時(shí)完成的。在給電池充電時(shí)，需要同時(shí)記錄充電器類型號(hào)，電池兩端的電流電壓值以及采樣點(diǎn)數(shù)等參數(shù)，以便用VB描繪實(shí)時(shí)電流電壓變化曲線，用來(lái)與標(biāo)準(zhǔn)的三段式充電曲線[2]（如圖1所示）相比較。根據(jù)此曲線，還可以觀察電池充電時(shí)的最高電壓值，浮充電壓、電流值。對(duì)于充放電過(guò)程的不斷切換是通過(guò)多功能數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字輸出端口（Digital Output）輸出的數(shù)字信號(hào)來(lái)控制的。

2 硬件組成

該套系統(tǒng)是硬件和軟件結(jié)合設(shè)計(jì)出來(lái)的。其硬件主要包括多功能數(shù)據(jù)采集卡（PCL818），接線端子板（PCLD－8115），直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，直流電流、電壓隔離傳感器，充放電繼電器以及驅(qū)動(dòng)電路板等。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

2.1 模擬量采集

采集的主要對(duì)象是電池充放電時(shí)的電壓和電流值。其核心部分包括多功能數(shù)據(jù)采集板卡及電流、電壓傳感器。數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)ISA接口與PC機(jī)通訊，它由裝在PC機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡和外部接線端子板以及連接板卡的電纜組成，主要功能包括：

1）可實(shí)現(xiàn)40k/s的最大采樣速率；

2）通過(guò)設(shè)定可實(shí)現(xiàn)16路的單端（SE）模擬信號(hào)輸入，也可實(shí)現(xiàn)8路的差分（Diff）模擬信號(hào)輸入，同時(shí)還可作為1路12位的模擬量輸出；

3）可實(shí)現(xiàn)16路數(shù)字量的輸入和輸出；

4）通道/增益可自動(dòng)掃描；

5）可作為1路16位的計(jì)數(shù)器使用。

由于板卡的模擬量輸入范圍在0～5V，所以，不僅要求電流電壓傳感器的輸入在所需范圍內(nèi)，還要保證其輸出在0～5V。我們所選用的電流電壓傳感器的精度均可達(dá)到1％，輸入最大值分別為25A和50V，輸出均為5V，完全滿足系統(tǒng)的要求。

2.2 數(shù)字量控制

控制的主要對(duì)象是接在充電和放電電路的充電繼電器和放電繼電器。前面已提到此采集卡具有16位的數(shù)字量輸出功能[3]（引腳如圖3所示）。其控制方法是只要將腳1～16（D/O0－D/O15）的某一腳或多腳與腳17或腳18接入電路，就可以通過(guò)編程給該電路引入高低電平。在此我們引用D/O0（腳1）和D/O2（腳3），循環(huán)地使此兩腳接高電平，即循環(huán)地使充放電繼電器工作，進(jìn)而使電池循環(huán)地進(jìn)入充放電狀態(tài)，以達(dá)到用戶自動(dòng)檢測(cè)電池的目的。其控制方式在后面的軟件部分介紹。

但是，數(shù)字信號(hào)的高電平驅(qū)動(dòng)能力一般都比較弱，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)繼電器，為此，必須通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)電路（如圖4所示）來(lái)增強(qiáng)從數(shù)字輸出端出來(lái)的數(shù)字信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

研華公司的采集卡都配有許多例程，只要在VB中加載該采集卡的驅(qū)動(dòng)程序driver.bas模塊及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件（如adsapi32.dll等）[4][5]，就可以根據(jù)例程建立基于VB和PC機(jī)的虛擬平臺(tái)，來(lái)對(duì)電池充放電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.1 數(shù)據(jù)的采集與記錄

在此程序中，采用的是多通道模擬輸入模式（MAI）,通過(guò)PT_MAIVoltageIn獲得外部數(shù)據(jù)。當(dāng)然，在讀入外部電壓電流數(shù)據(jù)之前，要預(yù)先設(shè)置好它的讀入通道號(hào)（NumChan--總通道數(shù),StartChan--采集開(kāi)始通道），通道增益（Gain）以及觸發(fā)模式（TrigMode），同時(shí)還要將VB與將要存放實(shí)時(shí)電流和電壓的數(shù)據(jù)庫(kù)相鏈接。在VB里數(shù)據(jù)庫(kù)的鏈接方式有多種：使用data link文件、使用ODBC數(shù)據(jù)資源文件、使用連接字符串等。使用連接字符串的方法很輕松地就可以實(shí)現(xiàn)與外部數(shù)據(jù)庫(kù)的鏈接。剩下的就是如何將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)里。在tmrRead_Timer事件里運(yùn)用下面的語(yǔ)句即可以實(shí)現(xiàn)。

WithAdodc1.Recordset

.AddNew

.Fields(0)=i'記錄ID號(hào)

.Fields(1)=Val(ComNum.Text)'記錄充電器號(hào)

.Fields(2)=Time'記錄系統(tǒng)時(shí)間

.Fields(3)=10＊fVoltage(0)'記錄采集電壓值

.Fields(4)=5＊fVoltage(1)'記錄采集電流值

每進(jìn)行一次Timer事件，都會(huì)添加一次新紀(jì)錄，而且其發(fā)生的時(shí)間間隔可以通過(guò)它的屬性Interval來(lái)定義，這樣一來(lái)，所需要的數(shù)據(jù)都會(huì)隨時(shí)間的不斷變化記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)里。

3.2 數(shù)據(jù)的分析與處理

通常來(lái)說(shuō)，每做一次充放電試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)達(dá)幾千個(gè)，通過(guò)觀察數(shù)據(jù)庫(kù)里的數(shù)據(jù)還是不容易發(fā)現(xiàn)總的變化趨勢(shì)，只有把這些數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系里描成曲線才是最直觀的。具體的做法是先讀出數(shù)據(jù)庫(kù)中的各點(diǎn)的值，并在建立好的坐標(biāo)系中描出來(lái)（Pset），然后利用Line函數(shù)把各點(diǎn)連起來(lái)。對(duì)采集回來(lái)的電流電壓如此處理，對(duì)每次放電的時(shí)間記錄亦如此處理，以便觀察電池的放電特性。在實(shí)際試驗(yàn)中，利用某一種型號(hào)的充電器所得到的充電時(shí)電池的電壓和電流曲線如圖5所示。

3.3 數(shù)字量的控制方式

數(shù)字信號(hào)輸出端口的高低電平是通過(guò)軟件控制的。在軟件中，高低電平通道選通信號(hào)是由二進(jìn)制數(shù)（1和0）轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)而得到的。例如，如果要求將前8腳都輸出高電平即用二進(jìn)制數(shù)表示為＃00FF,換算成十進(jìn)制數(shù)即為255，在具體編程中，只要給lpDioWritePort.state分別賦1（＃0001）和4（＃0004）即可使腳1和腳3輸出高電平。程序的設(shè)置如下：

lpDioWritePort.Port=lpDioPortMode.Port；所用端口號(hào)（由硬件決定）

lpDioWritePort.Mask=255；允許輸出的默認(rèn)端口設(shè)置

lpDioWritePort.state=DoValue；操作端口設(shè)置（置1和4）

3.4 程序流程圖

本系統(tǒng)軟件流程圖如圖6所示。

4 結(jié)語(yǔ)

基于VB開(kāi)發(fā)的檢測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)已成功地在某電動(dòng)自行車廠投入運(yùn)行，以其直觀的顯示和自動(dòng)化控制，節(jié)省了大量的人力和時(shí)間，同時(shí)避免了不合格充電器和電池進(jìn)入市場(chǎng)，對(duì)企業(yè)產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，PC機(jī)操作界面直觀，操作方便，適合不同層次的工作人員使用。