基于DELPHI的鎳氫電池管理系統軟件設計

摘要：通過對鎳氫電池性能的研究，給出了一個應用ISA總線技術構建的、基于DELPHI編程平臺的鎳氫電池管理系統的設計方案，重點介紹了該系統的軟件技術和實現方法。

關鍵詞：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。但在實際使用中，由于充放電控制不合理而損壞的電池占大多數。實際上，若鎳氫電池充放電適當，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。該系統由恒流源充電器和恒流源放電器對電池進行充放電?因此電流、電壓、溫度控制是該電池控制系統的重要部分。為此，該系統在總體考慮電流、電壓、溫度控制系統的基礎上，選用微機控制系統對電壓 、電流、溫度進行控制及模擬曲線處理，用得出的數據庫對數據進行研究，并對電池性能及ＳＯＣ進行預測。應用軟件可在 Ｗｉｎｄｏｗｓ平臺上用面向對象的 ＤＥＬＰＨＩ６編程軟件編寫 ?這對整個系統控制軟件的可靠性、易編制性大有益處。

２　ＤＥＬＰＨＩ軟件介紹

采用ＰＣ機作為上位機對采集的數據進行分析處理，是實現這種小型系統實時數據采集和分析的有效方法。Ｂｏｒｌａｎｄ公司的Ｄｅｌｐｈｉ是當今最優秀的Ｗｉｎｄｏｗｓ開發工具之一，它的可視化開發環境和面向對象的快速應用程序開發工具ＲＡＤ，可使程序開發人員在Ｗｉｎｄｏｗｓ平臺上快速開發出３２位的應用程序。由于它采用面向對象的編程語言，能嵌入匯編和實現多線程操作，且開發數據庫功能強大，因而是控制工程師極好的編程工具。

３　系統硬件設計

本文所設計的電池控制系統的硬件主要由工控機、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　系統軟件設計

圖２所示是該系統的軟件模塊圖。其中程序初始化包括關閉所有繼電器選擇開關（充放電選擇繼電器，充放電使能繼電器）、接收數據模塊的圖象處理初始化、數據庫初始化、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定曲線充放電）等，同樣，程序退出也需實現一系列清零操作。

４．１ 數據發送模塊

數據發送模塊用于完成電流信號的產生、調制以及通過對ＰＣＬ７１１－Ｂ卡的編程操作來實現數據的發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，操作應嚴格按照操作規程來處理，本軟件模擬了各項操作工序，并配以圖文指示。

為了靈活地充放電，系統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了解電池的性能，然后向數據庫中或者預存曲線庫中添加想要的充放電形式，從而實現充放電的智能控制。

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，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，不同循環次數的電池充放電表現出來的ＳＯＣ值也不一樣，本系統在設計充放電預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，本系統選擇的是恒流充電（恒流源自制，電路原理圖可向作者索取），并通過軟件和硬件相結合的方式實現電流的智能充電。

電池充放電就充電來說主要表現為三個階段：電池恢復階段、大電流充電階段、涓流補充充電階段。剛開始充電由于電池內阻較大，故需要用小電流充電以恢復電池，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定充電電壓時（預定額度時），可以改為小電流補充充電方式，從而使其能量ＳＯＣ?Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ?達到滿額(９０％以上)。

而當基于ＤＥＬＰＨＩ設計軟件時，要綜合考慮以上要素，然后在預定曲線圖和數據庫中給出理想的充放電方案。

利用ＤＥＬＰＨＩ軟件實現Ｄ／Ａ卡的定時發送時，可通過系統的中斷來實現。

４．２ 數據采集模塊

鎳氫電池充放電系統一般需要采集４種數據：充放電電壓、充放電電流、電池溫度、充放電器溫度。為了保證采樣的準確性，可采用三次采樣取平均值的算法來實現采樣。

利用ＤＬＬ提供的功能函數，再配以ＤＥＬＰＨＩ軟件，就能很容易地通過ＰＣＬ９１１－Ｂ采集卡實現對設定通道內數據的采集。下面是其簡單的例程：

{打開設備}

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

{設置采集通道，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;

{獲取采集卡的數據}

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

{采集結束，保存、退出}

ｌｐＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔ．ｐｏｒｔ :＝ ｌｐＤｉｏＰｏｒｔＭｏｄｅ．ｐｏｒｔ;

ｌｐＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔ．ｍａｓｋ :＝ ２５５;

ｌｐＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔ．ｓｔａｔｅ:＝ ０;

ＥｒｒＣｄｅ :＝ ＤＲＶ_ ＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔＢｙｔｅ(ＤｅｖｉｃｅＨａｎｄｌｅ, ｌｐＤｉｏＷｒｉｔｅＰｏｒｔ);

４．３ 數據處理模塊

通過數據處理模塊可以完成信號的存貯、顯示、分析以及信號的調節、系統報警及緊急停止等功能。

信號的保存分為圖象和數據庫的保存，這些都可以利用ＤＥＬＰＨＩ的ＳａｖｅＤｉａｌｏｇ對話框以及Ｐｉｃ-ｔｕｒｅ．ＳａｖｅＴｏＦｉｌｅ事件來實現。

數據的顯示可以利用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時地復現出數據波形，還可以通過Ｔｅｅｃｈａｒｔ統計圖表對采集數據進行波形復現和簡單的分析。若要對其采集數據線性度以及信號的頻率、幅度、變化率做進一步的分析，可以調用ＭＡＴＬＡＢ進行高級處理。

有關數據庫的操作可以圍繞Ｔａｂｌｅ或者Ｑｕｅｒｙ控件來完成，并通過ＯＤＢＣ數據源以及ＤＥＬＰＨＩ的ＢＤＥ數據管理器來進行連接。但Ｑｕｅｒｙ控件需調用ＳＱＬ語言來從事設計。

信號的分析主要包括通過采集的電流、電壓、以及溫度、循環次數來研究電池的能量－ＳＯＣ(Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ),電池荷電狀態可反映電池的剩余容量。其數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充放電的時間，所以ＳＯＣ建模是電池管理系統的重要一環。因篇幅有限，這里不作介紹。

本系統還可利用經典的ＰＩＤ調節方式，并通過ＤＥＬＰＨＩ軟件來保證輸出的線性度和穩定性。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調節（可消除偏差）方法來滿足系統要求。

５　結束語

利用ＤＥＬＰＨＩ軟件進行基于ＩＳＡ總線的檢測系統開發，可以與各類數據采集卡、數模轉換卡進行無縫集成。實際使用證明：該系統穩定可靠，功能強大，可實現電池的自動化監控，并能夠得出有價值的信息。目前，該系統已成功應用于某新型汽車研發平臺。