基于DELPHI的镍氢电池管理系统软件设计

摘要：通过对镍氢电池性能的研究，给出了一个应用ISA总线技术构建的、基于DELPHI编程平台的镍氢电池管理系统的设计方案，重点介绍了该系统的软件技术和实现方法。

关键词：DELPHI；充放电；软件；模块；SOC

１ 前言

镍氢电池是目前大容量电池的主要品种，已在通讯、交通、电力等部门得到广泛的应用，同时它也是其它智能仪表中最为常用的备用电池。但在实际使用中，由于充放电控制不合理而损坏的电池占大多数。实际上，若镍氢电池充放电适当，通常可以工作１０年时间。为此，笔者研制了镍氢电池自动充放电控制系统。该系统由恒流源充电器和恒流源放电器对电池进行充放电因此电流、电压、温度控制是该电池控制系统的重要部分。为此，该系统在总体考虑电流、电压、温度控制系统的基础上，选用微机控制系统对电压 、电流、温度进行控制及模拟曲线处理，用得出的数据库对数据进行研究，并对电池性能及ＳＯＣ进行预测。应用软件可在 Ｗｉｎｄｏｗｓ平台上用面向对象的 ＤＥＬＰＨＩ６编程软件编写 这对整个系统控制软件的可靠性、易编制性大有益处。

２　ＤＥＬＰＨＩ软件介绍

采用ＰＣ机作为上位机对采集的数据进行分析处理，是实现这种小型系统实时数据采集和分析的有效方法。Ｂｏｒｌａｎｄ公司的Ｄｅｌｐｈｉ是当今最优秀的Ｗｉｎｄｏｗｓ开发工具之一，它的可视化开发环境和面向对象的快速应用程序开发工具ＲＡＤ，可使程序开发人员在Ｗｉｎｄｏｗｓ平台上快速开发出３２位的应用程序。由于它采用面向对象的编程语言，能嵌入汇编和实现多线程操作，且开发数据库功能强大，因而是控制工程师极好的编程工具。

３　系统硬件设计

本文所设计的电池控制系统的硬件主要由工控机、ＰＣＬ ７１１ＢＩ／ Ｏ接口板、光电隔离及采集板、恒流源充电器和恒流源放电器构成，其整体框图如图１所示，其各部分的硬件原理在此不再详述。

４　系统软件设计

图２所示是该系统的软件模块图。其中程序初始化包括关闭所有继电器选择开关（充放电选择继电器，充放电使能继电器）、接收数据模块的图象处理初始化、数据库初始化、充放电条件的选择（包括充电电池容量选择、充放电切换选择以及是否按预定曲线充放电）等，同样，程序退出也需实现一系列清零操作。

４．１ 数据发送模块

数据发送模块用于完成电流信号的产生、调制以及通过对ＰＣＬ７１１－Ｂ卡的编程操作来实现数据的发送和电流信号的形成。

由于充放电电流一般较大，考虑到安全问题，操作应严格按照操作规程来处理，本软件模拟了各项操作工序，并配以图文指示。

为了灵活地充放电，系统分为手动和自动充放电两种方式，如对电池有一定的了解，可以选择手动充电并通过一定的试验了解电池的性能，然后向数据库中或者预存曲线库中添加想要的充放电形式，从而实现充放电的智能控制。

若选择自动充电，可以选择不同情况下的充放电形式。电池充放电与许多因素有关，如夏天和冬天的情况不同，不同温度下充放电的要求也不一样，不同循环次数的电池充放电表现出来的ＳＯＣ值也不一样，本系统在设计充放电预定库时都有基于此方面的考虑。一般电池充放电有２种主要形式：恒压充电和恒流充电，本系统选择的是恒流充电（恒流源自制，电路原理图可向作者索取），并通过软件和硬件相结合的方式实现电流的智能充电。

电池充放电就充电来说主要表现为三个阶段：电池恢复阶段、大电流充电阶段、涓流补充充电阶段。刚开始充电由于电池内阻较大，故需要用小电流充电以恢复电池，充电电流不宜高于０．３Ｃ，大电流充电阶段控制到０．５Ｃ－２Ｃ之间，待到电池电压上升到预定充电电压时（预定额度时），可以改为小电流补充充电方式，从而使其能量ＳＯＣＳｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ达到满额(９０％以上)。

而当基于ＤＥＬＰＨＩ设计软件时，要综合考虑以上要素，然后在预定曲线图和数据库中给出理想的充放电方案。

利用ＤＥＬＰＨＩ软件实现Ｄ／Ａ卡的定时发送时，可通过系统的中断来实现。

４．２ 数据采集模块

镍氢电池充放电系统一般需要采集４种数据：充放电电压、充放电电流、电池温度、充放电器温度。为了保证采样的准确性，可采用三次采样取平均值的算法来实现采样。

利用ＤＬＬ提供的功能函数，再配以ＤＥＬＰＨＩ软件，就能很容易地通过ＰＣＬ９１１－Ｂ采集卡实现对设定通道内数据的采集。下面是其简单的例程：

{打开设备}

ＥｒｒＣｄｅ:＝ ＤＲＶ_ ＤｅｖｉｃｅＯｐｅｎ(ｄｗＤｅｖｉｃｅＮｕｍ, Ｄｅ-ｖｉｃｅＨａｎｄｌｅ);

{设置采集通道，采集开始}

ＡｉＶｏｌＩｎ１．ｃｈａｎ:＝ ｐｔＡＩＣｏｎｆｉｇ１．ＤａｓＣｈａｎ;

ＡｉＶｏｌＩｎ１．ｇａｉｎ :＝ ｐｔＡＩＣｏｎｆｉｇ１．ＤａｓＧａｉｎ;

ＡｉＶｏｌＩｎ１．ＴｒｉｇＭｏｄｅ ＝ ＡｉＣｔｒＭｏｄｅ１;

ＡｉＶｏｌＩｎ１．ｖｏｌｔａｇｅ :＝ ＠Ｖｏｌｔａｇｅ１;

．．．．．．．．．．．．．．．．

ＥｒｒＣｄｅ１:＝ ＤＲＶ_ ＡＩＶｏｌｔａｇｅＩｎ(ＤｅｖｉｃｅＨａｎｄｌｅ_ＡｉＶｏｌＩｎ１);

．．．．．．．．．．．．．．．．

ＥｒｒＣｄｅ :＝ＥｒｒＣｄｅ１＊ＥｒｒＣｄｅ２＊ＥｒｒＣｄｅ３＊Ｅｒ-ｒＣｄｅ７＊ＥｒｒＣｄｅ８＊ＥｒｒＣｄｅ９;

{获取采集卡的数据}

Ｅｄｉｔ１．Ｔｅｘｔ:＝ＦｌｏａｔＴｏＳｔｒＦ(Ｖｏｌｔａｇｅ１／５,ｆｆＦｉｘｅｄ ６,４);

{采集结束，保存、退出}

ｌｐＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔ．ｐｏｒｔ :＝ ｌｐＤｉｏＰｏｒｔＭｏｄｅ．ｐｏｒｔ;

ｌｐＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔ．ｍａｓｋ :＝ ２５５;

ｌｐＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔ．ｓｔａｔｅ:＝ ０;

ＥｒｒＣｄｅ :＝ ＤＲＶ_ ＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔＢｙｔｅ(ＤｅｖｉｃｅＨａｎｄｌｅ, ｌｐＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔ);

４．３ 数据处理模块

通过数据处理模块可以完成信号的存贮、显示、分析以及信号的调节、系统报警及紧急停止等功能。

信号的保存分为图象和数据库的保存，这些都可以利用ＤＥＬＰＨＩ的ＳａｖｅＤｉａｌｏｇ对话框以及Ｐｉｃ-ｔｕｒｅ．ＳａｖｅＴｏＦｉｌｅ事件来实现。

数据的显示可以利用ＤＥＬＰＨＩ的Ｔｃａｎｖａｓ对象，也可以用简单的绘图语句在图象框等控件中实时地复现出数据波形，还可以通过Ｔｅｅｃｈａｒｔ统计图表对采集数据进行波形复现和简单的分析。若要对其采集数据线性度以及信号的频率、幅度、变化率做进一步的分析，可以调用ＭＡＴＬＡＢ进行高级处理。

有关数据库的操作可以围绕Ｔａｂｌｅ或者Ｑｕｅｒｙ控件来完成，并通过ＯＤＢＣ数据源以及ＤＥＬＰＨＩ的ＢＤＥ数据管理器来进行连接。但Ｑｕｅｒｙ控件需调用ＳＱＬ语言来从事设计。

信号的分析主要包括通过采集的电流、电压、以及温度、循环次数来研究电池的能量－ＳＯＣ(Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ),电池荷电状态可反映电池的剩余容量。其数值上定义为电池剩余容量占电池容量的比值。

ＳＯＣ建模的正确与否关系到电池的工作效率、电池的寿命、电池所能释放的能量和继续充放电的时间，所以ＳＯＣ建模是电池管理系统的重要一环。因篇幅有限，这里不作介绍。

本系统还可利用经典的ＰＩＤ调节方式，并通过ＤＥＬＰＨＩ软件来保证输出的线性度和稳定性。由于充放电需要恒流源 ，并且充放电时间都较长，故可采用常见的ＰＩＤ调节（可消除偏差）方法来满足系统要求。

５　结束语

利用ＤＥＬＰＨＩ软件进行基于ＩＳＡ总线的检测系统开发，可以与各类数据采集卡、数模转换卡进行无缝集成。实际使用证明：该系统稳定可靠，功能强大，可实现电池的自动化监控，并能够得出有价值的信息。目前，该系统已成功应用于某新型汽车研发平台。