系统设计

1　硬件结构

为完成蓄电池内阻、电压、电流等参数的测量，实现蓄电池SOH及SOC的准确估算，本文设计的便携式蓄电池SOH及SOC智能检测系统的硬件实现方案如图3所示。该系统以高速、低功耗、高抗干扰的单片机MC9S12XS128为控制中心，主要由过流保护电路、电压及电流采样电路、隔离驱动电路、内阻测量子系统、恒流放电子系统、电池充电子系统、LCD液晶显示和通信接口等部分组成。

图3  系统硬件结构图
2.2　下位机软件

便携式蓄电池SOH及SOC智能检测系统的主程序是一个不停循环的结构，周而复始地根据用户指令对蓄电池进行检测与控制，软件实现主流程如图4所示。系统主要有两大功能，即估算电池状态和自校准，其工作原理及过程如下：

1）估算电池状态。单片机控制内阻测量子系统进行瞬态脉冲放电，同步测量蓄电池内阻、电压的数据，根据式（3）和（4）估算出SOH、SOC；

2）自校准。单片机控制电池充电子系统，使蓄电池达到完全充满的状态，接着控制恒流放电子系统以0.1C放电倍率进行连续放电，放出已知容量后测量并记录内阻、电压数据，循环连续放电和测量直至蓄电池完全放电。然后根据释放的最大容量可得出参照健康状态SOH0，以及参照电压表V[i]和参照内阻R[i]。LCD液晶屏和触摸屏便于用户查看数据和操作控制。通信接口设有RS485、Wifi、以太网等，可实现与电脑或手机等终端进行交互和实时在线监测功能，提高了系统的灵活性、高效性。 

图4  软件主程序流程图
2.3　上位机软件

为了便于蓄电池SOH和SOC的在线监测与控制，采用C++语言设计了系统的上位机软件，界面简洁美观，易于操作。上位机软件可通过TCP或串口方式进行通信，不仅可以实时监测蓄电池的电压、电流、内阻、SOH、SOC等信息，还可以设置单体电压、额定容量、截止电压、放电电流等。该软件不仅可以控。制蓄电池进行检测、放电和充电，还可以监测蓄电池的充电状态以及用电情况。

3　实验结果

为验证本系统对不同蓄电池的SOH及SOC的检测效果，采用额定容量分别为100、150、300AH的12V蓄电池，分别检测放电过程中SOH和SOC的变化。实验时，首先使蓄电池达到完全充满电状态，然后检测出蓄电池的当前健康状态SOH和容量状态SOC，接着用蓄电池监测仪ART-5780进行0.1C恒流放电测试，放出10％左右的容量后再检测SOH和SOC。循环检测和放电测试，直至蓄电池完全放电。获得总放电容量Cmax后，通过逆向计算得出每次检测时的实际剩余容量Cremainn,根据式（1）和（2）可算出SOH和SOC的真实值。最后得到的SOH真实值分别为91％、34％和98％，实验结果如图5所示。

图5  实验结果
图5（a）为蓄电池SOH的检测曲线，图5（b）为SOH检测误差曲线，可以看出，SOH检测值能够很好地跟踪真实值，呈良好的相关关系，而且基本不受放电时间的影响，检测误差很小，最大误差仅为3.7％。图5（c）为蓄电池SOC检测值与真实值的对比曲线，图5（d）为SOC检测误差曲线，可以看出，SOC的检测值与真实值为正比例关系，最大误差仅为8.1％，可见检测结果十分准确，而且对不同老化的电池具有同样的检测效果。本系统对蓄电池SOH和SOC的检测结果准确可靠，精度分别达到了96.3％和91.9％，完全能够满足实际应用的要求。


4　结语

针对蓄电池SOC和SOH的估算问题，本文在实现“精确检测蓄电池内阻+同步检测蓄电池端电压”的基础上，提出了一种蓄电池SOC和SOH的在线估算新方法。基于该方法设计了便携式蓄电池SOH及SOC智能检测系统，该系统不仅可以实时在线检测蓄电池的内阻、电压、电流等特性参数，还可以快捷地对蓄电池健康状态SOH及剩余容量SOC进行高精度的估算。实验结果表明，该议器对SOH和SOC的检测精度分别达到了96.3％和91.9％，可广泛用于蓄电池电源管理系统的现场检测和在线监测，以及废旧蓄电池的辨别和预警等，对提高蓄电池的利用率、延长铅酸蓄电池的寿命以及减少废旧铅酸蓄电池对环境的污染具有重要的现实意义，应用前景十分广阔。