基于DELPHI的鎳氫電池管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

摘要：通過對鎳氫電池性能的研究，給出了一個應(yīng)用ISA總線技術(shù)構(gòu)建的、基于DELPHI編程平臺的鎳氫電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)介紹了該系統(tǒng)的軟件技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：DELPHI；充放電；軟件；模塊；SOC

１ 前言

鎳氫電池是目前大容量電池的主要品種，已在通訊、交通、電力等部門得到廣泛的應(yīng)用，同時它也是其它智能儀表中最為常用的備用電池。但在實(shí)際使用中，由于充放電控制不合理而損壞的電池占大多數(shù)。實(shí)際上，若鎳氫電池充放電適當(dāng)，通常可以工作１０年時間。為此，筆者研制了鎳氫電池自動充放電控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由恒流源充電器和恒流源放電器對電池進(jìn)行充放電?因此電流、電壓、溫度控制是該電池控制系統(tǒng)的重要部分。為此，該系統(tǒng)在總體考慮電流、電壓、溫度控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，選用微機(jī)控制系統(tǒng)對電壓 、電流、溫度進(jìn)行控制及模擬曲線處理，用得出的數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，并對電池性能及ＳＯＣ進(jìn)行預(yù)測。應(yīng)用軟件可在 Ｗｉｎｄｏｗｓ平臺上用面向?qū)ο蟮?ＤＥＬＰＨＩ６編程軟件編寫 ?這對整個系統(tǒng)控制軟件的可靠性、易編制性大有益處。

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采用ＰＣ機(jī)作為上位機(jī)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，是實(shí)現(xiàn)這種小型系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)采集和分析的有效方法。Ｂｏｒｌａｎｄ公司的Ｄｅｌｐｈｉ是當(dāng)今最優(yōu)秀的Ｗｉｎｄｏｗｓ開發(fā)工具之一，它的可視化開發(fā)環(huán)境和面向?qū)ο蟮目焖賾?yīng)用程序開發(fā)工具ＲＡＤ，可使程序開發(fā)人員在Ｗｉｎｄｏｗｓ平臺上快速開發(fā)出３２位的應(yīng)用程序。由于它采用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，能嵌入?yún)R編和實(shí)現(xiàn)多線程操作，且開發(fā)數(shù)據(jù)庫功能強(qiáng)大，因而是控制工程師極好的編程工具。

３　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的電池控制系統(tǒng)的硬件主要由工控機(jī)、ＰＣＬ ７１１ＢＩ／ Ｏ接口板、光電隔離及采集板、恒流源充電器和恒流源放電器構(gòu)成，其整體框圖如圖１所示，其各部分的硬件原理在此不再詳述。

４　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖２所示是該系統(tǒng)的軟件模塊圖。其中程序初始化包括關(guān)閉所有繼電器選擇開關(guān)（充放電選擇繼電器，充放電使能繼電器）、接收數(shù)據(jù)模塊的圖象處理初始化、數(shù)據(jù)庫初始化、充放電條件的選擇（包括充電電池容量選擇、充放電切換選擇以及是否按預(yù)定曲線充放電）等，同樣，程序退出也需實(shí)現(xiàn)一系列清零操作。

４．１ 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊

數(shù)據(jù)發(fā)送模塊用于完成電流信號的產(chǎn)生、調(diào)制以及通過對ＰＣＬ７１１－Ｂ卡的編程操作來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和電流信號的形成。

由于充放電電流一般較大，考慮到安全問題，操作應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程來處理，本軟件模擬了各項(xiàng)操作工序，并配以圖文指示。

為了靈活地充放電，系統(tǒng)分為手動和自動充放電兩種方式，如對電池有一定的了解，可以選擇手動充電并通過一定的試驗(yàn)了解電池的性能，然后向數(shù)據(jù)庫中或者預(yù)存曲線庫中添加想要的充放電形式，從而實(shí)現(xiàn)充放電的智能控制。

若選擇自動充電，可以選擇不同情況下的充放電形式。電池充放電與許多因素有關(guān)，如夏天和冬天的情況不同，不同溫度下充放電的要求也不一樣，不同循環(huán)次數(shù)的電池充放電表現(xiàn)出來的ＳＯＣ值也不一樣，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)充放電預(yù)定庫時都有基于此方面的考慮。一般電池充放電有２種主要形式：恒壓充電和恒流充電，本系統(tǒng)選擇的是恒流充電（恒流源自制，電路原理圖可向作者索?。?，并通過軟件和硬件相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)電流的智能充電。

電池充放電就充電來說主要表現(xiàn)為三個階段：電池恢復(fù)階段、大電流充電階段、涓流補(bǔ)充充電階段。剛開始充電由于電池內(nèi)阻較大，故需要用小電流充電以恢復(fù)電池，充電電流不宜高于０．３Ｃ，大電流充電階段控制到０．５Ｃ－２Ｃ之間，待到電池電壓上升到預(yù)定充電電壓時（預(yù)定額度時），可以改為小電流補(bǔ)充充電方式，從而使其能量ＳＯＣ?Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ?達(dá)到滿額(９０％以上)。

而當(dāng)基于ＤＥＬＰＨＩ設(shè)計(jì)軟件時，要綜合考慮以上要素，然后在預(yù)定曲線圖和數(shù)據(jù)庫中給出理想的充放電方案。

利用ＤＥＬＰＨＩ軟件實(shí)現(xiàn)Ｄ／Ａ卡的定時發(fā)送時，可通過系統(tǒng)的中斷來實(shí)現(xiàn)。

４．２ 數(shù)據(jù)采集模塊

鎳氫電池充放電系統(tǒng)一般需要采集４種數(shù)據(jù)：充放電電壓、充放電電流、電池溫度、充放電器溫度。為了保證采樣的準(zhǔn)確性，可采用三次采樣取平均值的算法來實(shí)現(xiàn)采樣。

利用ＤＬＬ提供的功能函數(shù)，再配以ＤＥＬＰＨＩ軟件，就能很容易地通過ＰＣＬ９１１－Ｂ采集卡實(shí)現(xiàn)對設(shè)定通道內(nèi)數(shù)據(jù)的采集。下面是其簡單的例程：

{打開設(shè)備}

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

{設(shè)置采集通道，采集開始}

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;

{獲取采集卡的數(shù)據(jù)}

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

{采集結(jié)束，保存、退出}

ｌｐＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔ．ｐｏｒｔ :＝ ｌｐＤｉｏＰｏｒｔＭｏｄｅ．ｐｏｒｔ;

ｌｐＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔ．ｍａｓｋ :＝ ２５５;

ｌｐＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔ．ｓｔａｔｅ:＝ ０;

ＥｒｒＣｄｅ :＝ ＤＲＶ_ ＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔＢｙｔｅ(ＤｅｖｉｃｅＨａｎｄｌｅ, ｌｐＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔ);

４．３ 數(shù)據(jù)處理模塊

通過數(shù)據(jù)處理模塊可以完成信號的存貯、顯示、分析以及信號的調(diào)節(jié)、系統(tǒng)報(bào)警及緊急停止等功能。

信號的保存分為圖象和數(shù)據(jù)庫的保存，這些都可以利用ＤＥＬＰＨＩ的ＳａｖｅＤｉａｌｏｇ對話框以及Ｐｉｃ-ｔｕｒｅ．ＳａｖｅＴｏＦｉｌｅ事件來實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)的顯示可以利用ＤＥＬＰＨＩ的Ｔｃａｎｖａｓ對象，也可以用簡單的繪圖語句在圖象框等控件中實(shí)時地復(fù)現(xiàn)出數(shù)據(jù)波形，還可以通過Ｔｅｅｃｈａｒｔ統(tǒng)計(jì)圖表對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行波形復(fù)現(xiàn)和簡單的分析。若要對其采集數(shù)據(jù)線性度以及信號的頻率、幅度、變化率做進(jìn)一步的分析，可以調(diào)用ＭＡＴＬＡＢ進(jìn)行高級處理。

有關(guān)數(shù)據(jù)庫的操作可以圍繞Ｔａｂｌｅ或者Ｑｕｅｒｙ控件來完成，并通過ＯＤＢＣ數(shù)據(jù)源以及ＤＥＬＰＨＩ的ＢＤＥ數(shù)據(jù)管理器來進(jìn)行連接。但Ｑｕｅｒｙ控件需調(diào)用ＳＱＬ語言來從事設(shè)計(jì)。

信號的分析主要包括通過采集的電流、電壓、以及溫度、循環(huán)次數(shù)來研究電池的能量－ＳＯＣ(Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ),電池荷電狀態(tài)可反映電池的剩余容量。其數(shù)值上定義為電池剩余容量占電池容量的比值。

ＳＯＣ建模的正確與否關(guān)系到電池的工作效率、電池的壽命、電池所能釋放的能量和繼續(xù)充放電的時間，所以ＳＯＣ建模是電池管理系統(tǒng)的重要一環(huán)。因篇幅有限，這里不作介紹。

本系統(tǒng)還可利用經(jīng)典的ＰＩＤ調(diào)節(jié)方式，并通過ＤＥＬＰＨＩ軟件來保證輸出的線性度和穩(wěn)定性。由于充放電需要恒流源 ，并且充放電時間都較長，故可采用常見的ＰＩＤ調(diào)節(jié)（可消除偏差）方法來滿足系統(tǒng)要求。

５　結(jié)束語

利用ＤＥＬＰＨＩ軟件進(jìn)行基于ＩＳＡ總線的檢測系統(tǒng)開發(fā)，可以與各類數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)模轉(zhuǎn)換卡進(jìn)行無縫集成。實(shí)際使用證明：該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)電池的自動化監(jiān)控，并能夠得出有價(jià)值的信息。目前，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某新型汽車研發(fā)平臺。