用微控制器簡化電池充電狀態的測量

用微控制器簡化電池充電狀態的測量

　　從再生能源（如光電池面板或風力發電機）充電控制器接收能量的系統一般會將能量保存在可充電電池中，再提供給負載。通常情況下，兩個過程是同時發生的。對電池剩余電量的周期性評估可以保證延長電池的性能和壽命，同時控制電池供給負載的電流。電池的剩余電量包括前次計算的充電量，加上新增電量，或者減去消耗的電量。根據 Coulomb定律發電機，可以用下式計算出累積充電量：

　　其中QACC是電池最新的累積電量，i表示在時間間隔Δt期間累積的電流量。

　　在不連水力發電機續的情況下，該式變成

　　其中n表示在時間間隔Δt內電流Ik的測量次數。雖然Δt值可以任意選擇，但選等於一小時的值比較方便，因為電池制造商標定容量的單位是安培小時。

　　為了簡化微控制器的硬件，降低算術運算所需內存數量，可以將1小時劃分為128個測量周期，並用寄存器移位方法完成公式中所需的分割。可以從32個電流采樣取平均值作為每次充電測量值，采樣值經微處理器內部ADC轉換。一個ADC的輸入通道用於轉換充電電流，另一個ADC用於轉換放電電流。因此，剩余電池充電量的公式就簡化為 QREM=QPREV±QACC，其中QREM 是剩余電池充電量，QPREV是前次計算的充電量，加號表明是淨充電，而減號則表明是淨放電。

　　如圖1所示，電路包括一個8腳的飛思卡爾(F風力發電機reescale)(www。freescale。com)低成本MC68HC908QT2微控制器IC3。電流采樣電阻R1兩端的電壓會根據電池充電還是放電而轉換極性。IC2A和IC2B分別接成相同太陽能發電增益的非反相和反相放大器，用於檢測R1兩端的電壓。非反相放大器IC2A只響應充電電流產生的正向電壓，而對放電電流產生的負輸入電壓則提供零輸出。反相放大器IC2B則只響應負輸入，而對正充電電流提供0V。兩個運放的輸出都是正的，範圍從0 V至約5V，從而簡化了與ADC多路輸入的接口設計。IC2采用德州儀器(Texas Instruments)(www。ti。com)的TLC277，它的優點是占用印制電路板面積小，並有低的輸入失調電壓。

　　確定了最低、最高期望的充、放電電流後，就可以計算出檢測電阻R1的值和放大器增益G，公式如下：


　　其中IMAX是最大放電電流，VIN(MAX)是最大ADC輸入。在本例中，最大充、放電電流均約為1A。

　　因此，對1A充電或放電電流和最大ADC輸入為5V時，可以選擇0。5Ω的R1，增益為10或100。一旦計算出了電池的充電能力，就可以通過單線接口SIP、I2C、CAN（控制器局域網絡）或其它工業標准方法，將數據發送給主控處理器或其它目標（參考文獻1）。為使電池壽命最長，可以用微處理器的輸出來控制外部負載吸入的電流。

　　制造商一般交付充滿電的鉛酸電池，這是為了防止出現硫酸鉛沉澱問題，本設計假定一塊電池開始時處於滿充電狀態。如要將此電路用於鉛酸電池以外的其它化學性質電池，必須修改電池最大可充能量值，該值保存在一個專用的硬件寄存器內。