2012毕业设计--基于单片机的电池监控系统设计

摘要

蓄电池是电池中的一种，它的作用是能把有限的电能储存起来，在合适的地方使用。它的工作原理就是把化学能转化为电能。它用填满海绵状的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用22～28％的稀硫酸作电解质。在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。其充放电都有严格的电压、电流、温度的要求，所以必须设计它的检测系统。

蓄电池种类很多，有铅酸蓄电池、铅酸胶体蓄电池、镍氢电池、锂离子电池、锌空气电池和燃料电池等目前常用的蓄电池主要是铅酸蓄电池分别为普通蓄电池、干电荷蓄电池和免维护蓄电池。铅酸蓄电池一般是由正负极板、隔板、壳体、电解液和接线桩头等组成。蓄电池组是许多设备的动力源或应急电源，因此电池组的性能将直接关系到设备的正常运行。为了提高蓄电池的使用寿命，保证其可靠运行，需要经常对蓄电池参数进行严格测量，以确保蓄电池组处于最佳的工作状况。以往蓄电池参数的测量都是人工完成的。人工测量速度慢，测量精度不高，而且有害气体影响人体健康。为减少工人的劳动强度，保障测量人员身体健康，提高测量速度和测量精度，对蓄电池参数进行自动测量显得尤为重要。

本监测系统是以ATS52单片机为核心，它含有8K字节快擦写可编程/擦除只读存储器(EEPROM)，具有8k的内部RAM;3个16位定时记数器;32个可编成程的1/0口线;6个中断源;可编程的串行编口，还具有空闲和掉电方式，它的集成度高、速度快、功耗低，特别适合于多路数据采集的控制系统中。本系统可以测量蓄电池端电压、电池温度、蓄电池充放电电流等，数据采集电路采用模块化设计。测量数据在LCD上的显示、存储、上传PC机等功能。

关键词:单片机;蓄电池;智能检测;硬件设计。

Abstract

Energy can be changed in various forms of energy, one of them, the chemical energy into electrical energy conversion device called chemical batteries, the general referred to as batteries, battery cells and batteries are the original division. Discharge can not be used after the manner of charging the internal regeneration of active substances called primary cells, also known as a one-time battery. Can be used after discharge rechargeable internal activity of the establishment of renewable material, the energy stored as chemical energy, the need to discharge the chemical energy to electrical energy is converted to the battery, called the battery, also known as secondary batteries.

The lead-acid storage battery group is the drive power supply or contingency power supply for many machines. So the performance of the storage battery group is directly related to the normal running of many device. It is necessary to measure batteries’ parameters accurately and frequently in order to enhance their lives.

The monitor system is to take ATS52 as the core, its chip adopt the craft of CMOS and faces to monolithic machine with memory structure. It implies the quick cleaning of the 8 inside the break source. The programmable string goes to weave, still having the spare time and dropping to give or get an electric shock the way. Its integrated degree is high, the speed is quick the power consumed is low specially suitable for the control system of many methods, data collection. This system can measure 10 roads or 20 roads the electric voltage of electric current etc. Key words: single-chip computer; battery; detection.

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目录

1 绪论.............................................................. 1 1.1 概述 .......................................................... 1 1.2 课题的意义 .................................................... 2 1.3蓄电池的发展现状 .............................................. 3 2.蓄电池检测系统总体设计............................................ 5 2.1 蓄电池的工作原理 .............................................. 5 2.2 当前蓄电池的主要检测方法 ...................................... 5 2.3 铅酸蓄电池检测系统 ............................................ 6 2.4系统框图 ...................................................... 6 3系统硬件设计 ...................................................... 8 3.1器件选择 ...................................................... 8 3.2主控单片机ATS52............................................. 8 3.3 AD转换器件TLC549 ............................................ 11 3.4电压采集部分 ................................................. 12 3.5电流采集电路设计 ............................................. 14 3.6温度采集电路设计 ............................................. 14 3.7显示电路设计 ................................................. 16 3.8 系统总体电路设计 ............................................. 20 4系统通信电路设计 ................................................. 22 参考文献........................................................... 25 致谢............................................................... 26 中英文翻译......................................................... 27

1 绪论

蓄电池组是许多设备的动力源或应急电源，因此电池组的性能将直接关系到设备的正常运行。为了提高蓄电池的使用寿命，保证其可靠运行，需要经常对蓄电池参数进行严格测量，以确保蓄电池组处于最佳的工作状况。以往，蓄电池参数的测量都是人工完成的。人工测量速度慢，测量精度不高，而且有害气体影响人体健康。为减少工人的劳动强度，保障测量人员身体健康，提高测量速度和测量精度，对蓄电池参数进行自动测量显得尤为重要。在多个单体电池串联组成的系统中，单个电池故障就会影响到整个系统，因此要对电池的充电和放电过程进行系统的检测，在线实时检测蓄电池冲放电的每个阶段的电池的电压，电流，电池体的温度等。及时找出损坏的和性能显著降低的电池，可以提高整个电池系统的安全性和稳定性。由于受环境，要求系统简小、实用，可以每个电池配备一个单独的系统，通过LCD显示单独的电压和电流的变化，方便对单一电池进行维修和日常的维护。

本文涉及的主要是单个小系统的设计，由于需要检测的电池的数量和参数的数目相对比较多，而且每个模块都要检测电压、电流、温度等数据，由于受使用的主控制器存储空间，很难将这些数据都保存下来，所以将检测的数据保存在存储量足够的上位机中。

1.1 概述

蓄电池种类很多，有铅酸蓄电池、铅酸胶体蓄电池、镍氢电池、锂离子电池、锌空气电池和燃料电池等目前常用的蓄电池主要是铅酸蓄电池分别为普通蓄电池、干电荷蓄电池和免维护蓄电池。铅酸蓄电池一般是由正负极板、隔板、壳体、电解液和接线桩头等组成。

镍镉电池是前几年使用最为普遍的充电电池。它的优点主要是价格便宜，缺点是其自放电率较高，存在记忆效应，且会对环境产生污染，因此也将逐渐地退出市场。通常可以充放电1000次左右。

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近两年来，重量更轻容量更大的镍氢电池得到了更为普遍的使用。在手机、数码相机、数码摄像机等便携式设备中都能见到镍氢电池的身影。镍氢电池的容量比镍镉电池高1.5－2倍，且具有不污染环境、价格便宜、性能好等优点。镍氢电池的自放电率大概为20％左右。同其他充电电池相比较，锂电池具有最高的能量/重量、能量/体积比、无记忆效应等优点。但是锂电池成本高而且充电器要求也是最高的。如果对锂电池充电不当的话，很容易损坏电池，甚至产生电池爆炸。

最具代表的蓄电池是铅酸蓄电池，它是许多船用的动力源或应急电源，也是火车指挥调度、邮电通信、银行运营等必不可少的应急电源。因此它的性能将直接关系到系统的可靠运行，火车调度、邮电通信、银行运营等。我们平时见到的大的蓄电池多为铅蓄电池。

1.2 课题的意义

蓄电池作为稳定电源和主要的直流电源, 历史悠久, 使用广泛, 与我们的社会生活息息相关。作为后备电源, 蓄电池是确保设备正常运行的最后一道生命线, 如果听任其长期处于状态不明的情况下运行, 那么将存在严重隐患。随着时间的推移, 电池使用年限的增加, 由电池引起的中断事故将防不胜防。因此, 合理可靠地对电池进行管理和维护, 能够保证电池有较长的使用寿命,从而达到保证设备拥有不间断电源。在电源系统的维护中, 蓄电池的维护管理占据非常重要的地位。怎样才能延长蓄电池的使用寿命, 保证蓄电池有足够的容量, 充分发挥蓄电池作为后备电源的作用, 确保通信、电力、应急等系统的正常运行。这对各个行业电源及后备电源维护有着非常重要的意义。

在现今这个以工业为主的社会中，铅酸蓄电池的应用越来越广泛了，如今交通工具大都装有蓄电池，诸如各式各样的飞机、船用、火车和汽车等，还有通信行业的后备电源，金融行业的后备电源等等。这些场合都是要求蓄电池的运行绝对可靠，这样就对蓄电池的检测和维护提出了很高的要求。如果这些领域在蓄电池方面出现了故障，没有及时发现和解除，那么造成的严重后果是无法估量的。

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因此蓄电池检测仪表对蓄电池的正常运行，提高蓄电池的使用寿命，减少应用领域事故发生，降低财产损失有着重要的意义，应用前景广阔。

1.3蓄电池的发展现状

铅酸蓄电池是目前世界上广泛使用的一种化学电源，具有电压平稳、安全可靠、价格低廉、适用范围广、原材料丰富等优点，中国铅酸蓄电池行业经过50年的建设与发展，已基本形成了大中小企业相结合、具有一定规模的铅酸蓄电池制造体系。“八五”计划期间，铅酸蓄电池行业发展稳定，产品档次和水平有了明显提高，产量有了进一步发展。进入“九五”计划时期之后，随着我国改革开放进一步向纵深发展，各行业结构作了适当的调整，能源、交通和通讯等支柱产业飞速发展，给铅酸蓄电池行业带来了巨大的发展机遇。中国铅酸蓄电池的需求以每年15％～40％的速度增长。

高能电池、廉价的燃料电池以及微电池的发展将会使愈来愈多的电子产品“动”起来。电池的种类将会更多、应用范围更广，价格更低廉且更加“清洁”。和太阳能联系在一起的电池以及以大气为活性物质的燃料电池将会在现代经济中飞速发展。电池技术将是新世纪的第二大关键技术，有着非常广阔的前景。

铅酸电池在重量比能量、体积比能量等方面比锂离子电池低得多，几乎是镍基电池的二分之一；在循环寿命、再生率、自放电和安全性方面 铅酸电池比镍基电池和锂电池好，作为应用范围最广、用量最大的化学电源，铅酸蓄电池行业的机遇与挑战并存，随着能源、交通、通信等基础产业的迅速崛起铅酸蓄电池的市场前景非常广阔，特别是适应环保与免维护需求的阈控式密封铅酸蓄电池已经被人们接受，并且在很多领域已逐渐取代传统的开口式铅酸蓄电池 但也应该看到，目前铅酸蓄电池行业整体技术水平、管理水平、人员素质、产品质量等参差不齐，急需进一步完善和提高，技术上应不断创新，使产品本身增强与其他化学电源品种的竞争力。

随着中国加入WTO，将会有很多的国外一流企业加入市场竞争，对中国铅酸蓄电池企业构成很大的威胁。因此，中国的铅酸蓄电池企业应尽快完善、更新和

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发展产品技术，提高产品的档次和质量．并且降低或本，使产品更具有竞争力，并要不断控制和创建低水平的蓄电池厂家，生产高质量的免维护汽车蓄电池、大中小阀控式密封铅酸蓄电池和作为动力源的牵引用蓄电池，增强与世界著名品牌蓄电池厂家的抗衡能力，使蓄电池行业走上健康良好发展轨道。

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2.蓄电池检测系统总体设计

2.1 蓄电池的工作原理

蓄电池的放电的化学反应是依靠正极板活性物质(二氧化铅)和负极板活性物质(海绵状纯铅)在电解液(稀硫酸溶液)的作用下进行，放电时，正极板由二氧化铅变成硫酸铅，负极板也由铅变成硫酸铅，充电时，正极板上的硫酸铅还原成二氧化铅，负极板上的硫酸铅还原成纯铅。（图2.1）

图2.1 蓄电池工作示意图

2.2 当前蓄电池的主要检测方法

为了正确使用蓄电池，提高蓄电池的使用寿命，保证可靠运行，需要经常对蓄电池进行维护和周期治疗。但怎样才能知道蓄电池处于最佳工作状况，什么时候需要充电，什么时候需要添加蒸馏水，电解液的温度等，这些参数都需要严格测量。以往蓄电池参数的测量都是手工完成的。手工测量速度慢，测量精度不高，而且有害气体影响人体健康。为了现代化的需要，减少工人的劳动强度、保护身体健康，提高测量速度和测量精度，所以对蓄电池参数的自动测量显得尤为重要。因.此这方面的研究越来越多的为人们所关注，测量一些相应的参数可以对系统是否正常工作做出一个最快的判定，方便进行及时的维修和维护。

目前国际上在蓄电池检测/监测技术领域的研究主要集中在 、以检测浮充数据为主的被动方法、传统的深度放电测试、新的部分放电测试技术、放电状态剩余电量的估计、蓄电池阻抗检测和分析、智能电池技术。

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随着传感器技术和检测技术的发展，对蓄电池检测的手段也在不断的发展。所有的发展都是围绕着怎样才能更好的检测蓄电池的容量，更及时准确的了解蓄电池的工作状况。

2.3 铅酸蓄电池检测系统

铅酸蓄电池检测系统是能够实时在线检测蓄电池的端电压，电解液温度、电流，并能估算蓄电池的剩余电量。铅酸蓄电池检测系统由三个大部分组成:检测模块，用以测量单个蓄电池的端电压，电解液温度，电流等参数;上位机模块，用于人机交互作用，可以根据人为的操作来完成某项具体任务。通信模块，由于电池所处环境恶劣的特殊性，从机和主机常常是分离的，它们之间的数据交换靠通信来完成。测量模块主要有以下几部分:温度传感器，是能够感知环境温度的一种器件，把铅酸蓄电池的电解液温度转化为电量，以方便计算机的检测;电流测量，测量铅酸蓄电池的电流，电压测量，测量铅酸蓄电池的端电压。LCD显示模块，可以把测量模块测量出来的数据直接显示出来，方便进行系统维护和管理。同时LCD显示模块所显示的数据可以通过按键进行切换。并且直接把测量所的数据输入上位机。

我们设计的系统要满足系统的需要，要求系统要足够的稳定和可靠，可以在相对恶劣的环境中正常运行。因此我们设计的系统，应用运行稳定的配件，数据连接上位机存储空间大，放弃传统的检测密度的方法，进行电压标定估算电池剩余电量。极大的简化了下位机硬件系统。

2.4系统框图

由于电池检测的特殊性，因此要求检测系统的体积相对比较小，结构比较简单，方便安装调试和维护，如图2.2所示，电池的三个检测参数，电池的电压，电流，以及温度分别被检测后输入到主控制器，由主控制器送到LCD进行数据显示留出的数据输出端口用于连接上位机。

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图2.2 系统框图

数据采集流程（图2.3），如图2.3所示温度以及电压电流等信号经检测元件采集后通过信号处理，然后经A/D转换后直接送到单片机。

图2.3 数据采集流程图

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3系统硬件设计

3.1器件选择

系统主控主控选用集成度高、速度快、功耗低，特别适合于多路数据采集的ATS52,电压和电流分别通过选择精密电阻做分压和通过精密电阻提供参考电压来采集，并用精密度高的TLC549做A/D转换，输入单片机，系统温度的采集用DS18B20.显示用带字库的LCD128显示系统各个参数。系统与上位机通讯用MAX485来进行。

3.2主控单片机ATS52

主控制器选用ATS52，ATS52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得ATS52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。ATS52具有以下标准功能:8k字节Flash，256字节RAM，32个I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外ATS52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。由于ATS52单片机功能强大、性能卓越，价格低廉，市场的拥有量很大，容易采购，因而在众多领域得到了广泛的应用。

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图3.1 单片机引脚图

引脚描述 Vcc : 电源 Vss : 地

P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例

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如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。P3口亦作为ATS52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。

PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 ATS52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。

EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。 在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。

XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

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XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。

ATS52 有6个中断源：两个外部中断（INT0 和INT1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。IE.6位是不可用的。对于ATS52，IE.5位也是不能用的。用户软件不应给这些位写1。它们为AT系列新产品预留。定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2 或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。定时器0和定时器1标志位TF0 和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2 的标志位TF2 在计数溢出的那个周期的S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。

3.3 AD转换器件TLC549

TLC549基本参数CMOS技术，8位转换结果，与微处理器或外围设备接口，差分基准电压输入， 转换时间：最大17us，每秒访问和转换次数：达到40000，片上软件控制采样和保持功能，全部非校准误差，宽电压供电，3～6V 。封装及引脚简单，低功耗：最大15mW，5V供电时输入范围：0～5V，输入输出完全兼容TTL和CMOS电路，全部非校准误差， 工作温度范围：0℃～70℃（TLC549）、 -40℃～85℃（TLC549I）。TLC549引脚图如图3.2

图3.2TLC外部引脚图

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TLC549内部含有系统时钟.当CS为高时，数据输出(DATA OUT)端处于高阻状态，此时I/O CLOCK不起。这种控制作用允许用多片TLC549时，共用 I/O CLOCK，以减少多路(片)A/D并用是的I/O控制端口。一组通常的控制时序为:

(1)将/CS置低。内部电路在测得/CS下降沿后，再等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后，然后确认这一变化，最后自动将前一次的转换结果的最高位(D7)输出到 DATA OUT端上。

(2)前四个 I/O CLOCK周期的下降沿依次移出第2，3，4和第5个位(D6，DS，D4，D3)，片上采样保持电路在第4个I/O CLOCK下降沿开始采样模拟输入。

(3)接下来的3个I/O CLOCK周期的下降沿将移出第6，7，8(D2，Dl，D9)个转移位。

(4)最后一片上采样保持电路在第8个I/O CLOCK周期下降沿将移出第6，7，8(D2，D1，D0) 个转换位。保持功能将持续4个内部时钟周期，然后开始进行32个内部始终周期的A/D转换。第8个I/O CLOCK后，/CS必须为高，或 I/O CLOCK保持一个低电平，这种状态需要维持36个内部系统时钟周期以等待保持和转换工作的完成。

3.4电压采集部分

蓄电池的电压采集电路如下图经精密电阻R6，R7分压后由电容C12滤波，然后送入8位串行AD转换集成电路TLC549的模拟信号输入端A-IN进行转换，转换后的电压的数字量通过TLC549的D-OUT送入单片机AT552的P2.4脚，并由单片机的P2.3、P2.5控制TLC549的读写，P2.3提供片选信号，P2.5提供时钟信号，TLC549的基准电压VREF+接+5伏，REF-接地，通过单片机ATS52计算后得到蓄电池的实际电压，送入LCD128进行显示;

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图3.3电压采集电路

本文选择的检测方法和常用几种方法的对比如下表3.1，如果选用隔离运放和继电器的方法进行电压检测，继电器电压范围宽，但是价格比较高，不适合我们的多系统，因为我们检测下位机可能要每节蓄电池中放置一个，同理隔离运放的价格相对更高，并且继电器检测不适合高速检测，因此我们只能采用光藕或者是电阻分压的方式，因为我们对精度要求比较低，单个检测装置不需要太高精度，所以我们采用电阻分压的方式。

表3.1 电压采集比较

类别 继电器 电阻分压 光耦 隔离运放 电压范围 精度 抗干扰能力 高速检测 体积 温度影响 宽 宽 宽 窄 高 一般 高 很高 强 差 强 很强 不适合 适合 适合 适合 大 大 小 小 小 大 小 很小 价格 较高 低 高 很高

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3.5电流采集电路设计

电流采集采用TLC549如下图，数据线D-OUT接于单片机ATS52的P2.1，由P2.0、P2.2控制TLC549的读写。不同的是，该电路的基准电压REF+通过精密电阻R2，R3，R14分压+5伏得到1伏的基准电压，电流检测元件采用康铜分流器，输入的电流信号经C11滤波后接与TLC549的A-IN端，选择不同的分流器阻值，可以变换不同的量程，而且可以直接与TLC459相接，经AD变换后送入单片机ATS52计算处理，得到电流的实际值，并送LCD128进行显示。

图3.4电流检测电路

3.6温度采集电路设计

本文选择的温度检测器件是DS18B20，如图3.5所示。

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DS18B20123 图3.5 DS18B20引脚图

1脚:地线GND；2脚:信号线DQ；3脚:电源VDD。

温度传感器:选用DS18B20，DS18B2O温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现8-12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下:独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，能实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.0-5.5V；零待机功耗；用户可定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。位ROM的结构开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限。报警电路有一个运放做开关来控制蜂鸣器，具体电路如下图。

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图3.6报警电路图

DS18B2O温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。由于DS18B20接线少(只有三根线，分别为电源、数据、电源负)，占用1/0资源少，使用方便，功能强大，而且以任意个并联使用，极大的简化了电路设计，所以在温度检测方面大显身手。

3.7显示电路设计

LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。比CRT要好的多，但是价钱较其贵。

其主要技术参数有：对比度、亮度、信号响应时间、可视角度。 （1）对比度

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LCD制造时选用的控制IC、滤光片和定向膜等配件，与面板的对比度有关，对一般用户而言，对比度能够达到350:1就足够了，但在专业领域这样的对比度平还不能满足用户的需求。相对CRT显示器轻易达到500：1甚至更高的对比度而言。只有高档液晶显示器才能达到这样如此程度，由于对比度很难通过仪器准确测量，所以挑的时候还是要自己亲自去看才行。

提示：对比度很重要，可以说是选取液晶的一个比亮点更重要的指标，当你了解到你的客户买的液晶是用来娱乐看影碟，你们就可以强调对比度比无坏点更重要，我们在看流媒体时，一般片源亮度不大，但要看出人物场景的明暗对比，头发丝灰到黑的质感变化，就要靠对比度的高低来显现了．优派的VG和VX一直强调对比度的指标，VG910S是1000：1的对比度，我们当时拿这款和三星的一款用双头显卡对比测试，三星液晶就明显比不过，大家有兴趣可以试试．测试软件中的256级灰度测试中在平视时能看清楚更多的小灰格即是对比度好! （2）亮度

LCD是一种介于固态与液态之间的物质，本身是不能发光的，需借助要额外的光源才行。因此，灯管数目关系着液晶显示器亮度。最早的液晶显示器只有上下两个灯管，发展到现在，普及型的最低也是四灯，高端的是六灯。四灯管设计分为三种摆放形式：一种是四个边各有一个灯管，但缺点是中间会出现黑影，解决的方法就是由上到下四个灯管平排列的方式，最后一种是“U”型的摆放形式，其实是两灯变相产生的两根灯管。六灯管设计实际使用的是三根灯管，厂商将三根灯管都弯成“U”型，然后平行放置，以达到六根灯管的效果。

提示：亮度也是一个比较重要的指标，越亮的液晶给人很远一看，就从一排液晶墙中脱颖而出，我们在CRT中经常见到的高亮技术（优派叫高亮，飞利浦叫显亮，明基叫锐彩）都是通过加大阴罩管的电流，轰击荧光粉，产生更亮的效果，这样的技术，一般是以牺牲画质，和显示器的寿命来换取的，所有采用此类技术的产品在缺省状态下都是普亮的，总要按个钮才能实行，按一下3X亮玩游戏;再按一下变成5X亮看影碟，细一看都变糊了，要看文本还得老实的回到普通的文本模式，这样的设计其实就是让大家不要常用高亮．LCD显示亮度的原理和CRT

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不一样，他们是靠面板后面的背光灯管的亮度来实现的．所以灯管要设计的多，发光才会均匀．早期卖液晶时和别人说液晶是三根以是很牛的事了，但当时奇美CRV，就搞出了一个六灯管技术，其实也就是把三管弯成了“U”型，变成了所谓的六根；这样的六灯管设计，加上灯管发光本身就很强，面板就看到很亮，这样的代表作在优派中以VA712为代表；但所有高亮的面板都会有一个致命伤，屏会漏光，这个术语一般人很少提及，编者个人认为他很重要，漏光是指在全黑的屏幕下，液晶不是黑的，而是发白发灰．所以好的液晶不要一味的强调亮度，而是要多强调对比度，优派的VP和VG系列就是不讲亮度，讲对比度的产品！ （3） 信号响应时间

响应时间指的是液晶显示器对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或由亮转暗的反应时间,通常是以毫秒（ms）为单位。要说清这一点我们还要从人眼对动态图像的感知谈起。人眼存在“视觉残留”的现象，高速运动的画面在人脑中会形成短暂的印象。动画片、电影等一直到现在最新的游戏正是应用了视觉残留的原理，让一系列渐变的图像在人眼前快速连续显示，便形成动态的影像。人能够接受的画面显示速度一般为每秒24张，这也是电影每秒24帧播放速度的由来，如果显示速度低于这一标准，人就会明显感到画面的停顿和不适。按照这一指标计算，每张画面显示的时间需要小于40ms。这样，对于液晶显示器来说，响应时间40ms就成了一道坎，低于40ms的显示器便会出现明显的画面闪烁现象，让人感觉眼花。要是想让图像画面达到不闪的程度，则就最好要达到每秒60帧的速度。 （4） 可视角度

LCD的可视角度是一个让人头疼的问题，当背光源通过偏极片、液晶和取向层之后，输出的光线便具有了方向性。也就是说大多数光都是从屏幕中垂直射出来的，所以从某一个较大的角度观看液晶显示器时，便不能看到原本的颜色，甚至只能看到全白或全黑。为了解决这个问题，制造厂商们也着手开发广角技术，到目前为止有三种比较流行的技术，分别是：TN+FILM、IPS(IN-PLANE -SWITCHING)和MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL ALIGNMENT)。

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带中文字库的128是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示分辨率为128x，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ACII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8x4行16x16点阵的汉字。也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。基本特性:低电源电压(VDD:+3.0- +5.5V)；显示分辨率:128点;内置汉字字库，提供8192个16x16点阵汉字(简繁体可选)；内置128个16x8点阵字符；2MHZ时钟频率；显示方式:STN、半透、正显;驱动方式:1/32DUTY，1/32BIAS；视角方向:6点；背光方式:侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/5-1/10；通讯方式:串行、并口可选；工作温度:0℃-55℃，存储温度:-20℃-60℃。如表3.2为LCD的引脚介绍。

图3.7LCD接线图

表3.2 LCD 接口引脚图

管脚号

名称 19

LEVEL 功能

1 2 3 4 5 6 15 17 19 20 VSS VDD VO CS SID CLK PSB /RESET A K 0V +5V ------ H/L H/L H/L L H/L VDD VSS 电源地 电源正 对比度调整 模组片选端，高电平有效 窜行输入端 同步时钟，上升沿读取SID数据 串口方式 复位端，低电平有效 背光源电压+5V 背光源负端0V 如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将PSB接固定高电平，也可以将模块上的J8和VCC，用焊锡短接。模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。表3.3主要介绍了，LCD显示的主要功能说明。

表3.3 LCD的功能介绍

S L L H H E状态 高-低 高 低/低-高 R/W L H L H 执行动作 I/O缓冲-DR DR-I/O缓冲 无动作 功能说明 MPU写指令到指令暂存器（IR） 读出忙标志（BF）及地址计数器（AC）的状态 MPU写入数据到数据暂存器（DR） MPU从数据暂存器（DR）中读出数据 结果 配合/W进行写数据或指令 配合R进行读数据或指令 3.8 系统总体电路设计

系统主机部分设计电路图如下图3.8所示，设计的主电路图的核心部分是单片机AT552，检测出的电压和电流直接送到A/D转换器TLC549，温度检测出的数据直接送单片机，经单片机处理后，送到LCD图3.4是LCD和单片机的接口连接图，通过连接LCD，单独的检测装置既可以通过和单片机相连接的5个按键进

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行设置，包括可以设置报警范围。以及显示数据之间的切换。检测出的主要数据电压和电流以及温度，既可以在LCD上显示，并且通过和单片机相连的五个按键对LCD显示的数据进行切换，并且可以设定一个报警范围，当超出报警范围的时候自动报警。

图3.8检测系统总电路图

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4系统通信电路设计

目前采用PC与多台单片机构成的分布式系统、工业控制系统、数据传输系统等越来越受到广泛应用。在这类应用系统中，稳定可靠、方便快捷的数据通讯是实现应用系统功能的基础和保障。因此，根据系统的实际工作环境条件，合理设计硬件控制电路就显得十分重要了。

RS485是工业界使用最为广泛的双向、平衡传输线标准接口，它以支持多点连接，允许创建多达32个节点的网络(某些驱动器模块可增加至128个)，具有传输距离远(最大传输距离1200m)，传输速率快等优点，用于多站互连时，便于组建成本低廉、可靠性高及分布范围较大的总线网络。

目前常用的通讯标准是RS-232和RS-485。这两个标准都是美国电子工业协会(EIA)制定的数据通信标准。RS-232标准是单端信号传输，接收器和发送器之间有公共信号地，共模噪声会祸合到系统中，不适于长距离传输。另外，RS-485最大的优点在于它的多点总线互连功能，它可以连接1台主机和多台终端同时通信，由于它是半双工的方式，只能有一方发送，一方接收，而且它采用差动电平接收的方法提高抗干扰能力，适合在比较恶劣的环境下工作。RS-485标准是利用平衡双绞线作传输线，采用差分信号进行传输最大传输距离可达1.2km，最大可连接犯个接收器和收发器，接收器最小灵敏度可达土200mA，最大传输速率可达2.5Mbs，RS-485标准还允许双绞线上一个发送器驱动32个负载设备，负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器。

RS-485电路允许公用电话线通信，电路结构是在平衡连接电缆两端加有终端电阻，在平衡电缆上挂发送器、接收器、组合收发器，RS-485标准没有规定在何时控制发送器发送或接收机接收数据的规则。在开发一般的单片应用系统时，人们都希望能用简单的电路和通讯协议完成数据交换。所以常利用单片机本身所提供的简单串行接口，加上总线驱动器如MAX485等组合成简单的RS-485通讯网络。本系统就是利用MAX485和单片机ATS52组合成的一个RS-485通讯电路。MAX485是用于RS-485通信的低功率收发器。芯片采用单一电源+5V工作，

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额定电流为300mA，采用半双工通讯方式，它完成将TTL电平转换成RS-485电平的功能。芯片中包含有一个驱动器和一个接收器。

如图4.1所示，MAX485芯片各引脚含义如下RO:接收器输出端；RE:接收器输出使能端；DE:驱动器输出使能端；Dl:驱动器输入；B:反相接收器输入和反相驱动器输出;A:同相接收器输入和同相接收器输出;VCC:电源正极:GND:电源地。

图4.1 MAX485引脚图

在我们的设计中，我们采用RS-485来连接上位机和下位机，这是因为RS-485支持多点通讯，而RS-232支持的只是点对点通讯，不满足我们的通讯要求。单片机52可以工作在三种工作状态。不与PC通信，只完成数据存储状态;数据存储并将实时数据通信至PC的状态；将存储器的全部数据一次性传送至PC的状态。单片机在三种状态之间的转换由PC机发出控制指令来实行。上电复位后，单片机工作在不与PC通信，只进行数据存储的，PC机首先发出握手信号40H，单片机接收到握手信号后发送41H回应，握手成功。只有在握手成功的情况下才能进行进一步的操作。连续发送实时数据指令42H。单片机接收后发送43H进行回应。

具体单片机与MAX485的连接见下图4.2。出来的信号接到PC的串口就完成了单片机和PC的通讯。

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4.2通讯电路的连接

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参考文献

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[2]朱松然．铅蓄电池技术(第2版)[M]．机械工业出版社，2002. [3]孙涵芳．8位单片机[M]．北京航空航天大学出版社. [4]Protel 99se 软件设计网站

[5]胡信国，童一波，毛贤仙.阀控式密封铅酸蓄电池的最新进展. [6]闰智刚，胡信国.提高铅酸蓄电池活性物质利用率.蓄电池2001

[7]麻有良，陈全世，济占宁电动汽车用电池SOC定义与检测方法清华大学学报(自然科学版).2001.

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[10]肖建.电池在线检测系统研究与设计.(硕士学位论文)天津大学2004. [11]宋浩，田丰.单片机原理及应用.北京二清华大学出版社.2005. [12]赵负图，现代传感器集成电路北京:人民邮电出版社，2001.

[13]王幸之，单片机应用系统抗干扰技术，北京航空航天大学出版社，2001.

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致谢

在本次毕业设计短暂的几个月里，我学到了很多关于电池和数据采集方面的知识，为在今后的学习和工作中奠定了良好的基础。在完成毕业设计的过程中，每一处都凝聚了老师和同学对我的帮助，所有的成果都是老师和同学的汗水和心血换来的。

毕业设计至始至终都始在老师的精心指导下完成的，在此，向老师表示最真挚的谢意！此外，朱老师渊博的知识、严谨的治学态度、兢兢业业的工作精神和一丝不苟的作风给我留下了十分深刻的印象，这些精神和态度是我在今后的学习和工作中应该秉持的。

此外，在毕业设计的试验过程中，还得到了赵汝海、姬敬和朱卫国等几位老师宝贵的建议和帮助。从他们身上，我学到了积极的学习及工作态度，这些难得的收获对我今后的学习和工作是十分有帮助的，衷心感谢他们。

同时，同学在平时学习和讨论中给予了莫大的帮助，使我解决了很多课题中的难题，在此也向他们表示衷心感谢。

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中英文翻译

英文资料

A basic knowledge of lead-acid batteries (A), the basic concepts of 1, the basic definition of

Energy can be changed in various forms of energy, one of them, the chemical energy into electrical energy conversion device called chemical batteries, the general referred to as batteries, battery cells and batteries are the original division.

Discharge can not be used after the manner of charging the internal regeneration of active substances called primary cells, also known as a one-time battery. Can be used after discharge rechargeable internal activity of the establishment of renewable material, the energy stored as chemical energy, the need to discharge the chemical energy to electrical energy is converted to the battery, called the battery, also known as secondary batteries. (B), lead-acid batteries 1, the definition of

Lead-acid battery is a battery, the main feature is the use of dilute sulfuric acid electrolyte to do with lead dioxide and lead, respectively, velvet-like cells as a positive and negative battery acid. 2, classification

Battery plate according to the types of structure: there is the formation of style, painted cream and tubular batteries.

By the battery cover and the types of structure: there are open-type, exhaust type, anti-acid-type explosion-proof and sealed valve-regulated batteries.

Battery maintenance mode by Category: A general-type, low maintenance type, maintenance-free battery.

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In accordance with the provisions of the relevant standard of China's battery products mainly include:

Starting batteries: mainly used in automobiles, tractors, ships, such as diesel engine start-up and lighting.

Fixed-type batteries: mainly used in telecommunications, power plants, computer systems as a means of protection, automatic control of the standby power. Traction-type batteries: batteries mainly used in a variety of vehicles, forklifts, lift trucks, such as dynamic power.

Railway Battery: mainly used in railway locomotives, electric locomotives, passenger cars starting, lighting of the driving force.

Motorcycle Batteries: Motorcycle main specifications for a variety of start-up and lighting.

Mine used batteries: mainly used for electric locomotive traction power supply. Battery Energy Storage: mainly used in wind power, hydro-electric power energy storage.

3, the basic structure: lead-acid batteries are generated mainly by the following components:

1, hard-rubber trough 2, anode plate 3, cathode plates 4, partition 5, saddle 6, bus 7, rubber seal 8, the battery slot cover 9, to connect 10 most column 11, the exhaust bolt Positive and negative electrode

Plate lead-acid batteries, according to chemical structure and method of active substances can be divided into four categories: style pasted plate, tubular plate, into a plate-type, semi-chemical-type plate. Paste-type electrode coated by the grid and active material composition. Grid to support the role of active substances and conduction current, so that uniform current distribution. Material grid of lead-antimony alloys in general, the use of maintenance-free lead-calcium alloy

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batteries. Cathode active material mainly composed of lead dioxide, the main components of cathode active material for the velvet-like lead. Partition

Battery separators are microporous rubber, fiberglass and other materials, its main role is to:

Positive and negative electrode to prevent short-circuit; to enable the smooth passage of the electrolyte anion Chiang Kai-shek. Slow positive and negative electrode active material of the loss, positive and negative plates to prevent damage due to vibration. Electrolyte

Battery electrolyte is an important part of its role is to conduction current and to participate in electrochemical reaction

By concentrated sulfuric acid electrolyte and purified water (deionized water) from the preparation, the purity and density of the electrolyte of the battery capacity and life expectancy have had a significant impact. Battery shell, covered

Battery shells, cover the positive and negative electrode and electrolyte loading of containers, generally made of plastic and rubber materials. Exhaust bolt

Exhaust bolt generally made of plastic material, the role of the battery from sealed to prevent air entry, to prevent electrode oxidation. At the same time, the battery can be recharged when the gas produced from the battery to avoid dangerous batteries. Before use: the need to bolt on the exhaust of the blind hole pierced with wire in order to ensure smooth gas overflow.

Second, the use of battery electric vehicles and maintenance (A), batteries installed

Battery generally used in series, that is, the cathode of a battery with one battery connected to the anode, all the batteries together, and finally the remaining positive

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and negative terminals with the wiring connected to the corresponding electric vehicles, electric vehicle motor, controller, instruments such as the electricity load is a battery.

Battery electric vehicles are generally box, from the installation location divided slash-style, after the plug and the chassis-mounted, the shape of its structure can be varied. Each depot has its own electrical characteristics. Figure battery box generally made with engineering plastics, and its strength is better, lighter weight, ease of installation. General by the end of the battery box tank, roof, and charge the battery contact point socket, trams, etc. lock. Trough and fastens at the end of the

superstructure, and self-tapping fastening screws or bolts. Battery battery box is based on the design of model specification, the design should be considered in the whole of its good heat dissipation. (B), the rechargeable battery

\"Battery is not bad but bad charge\and bad battery life of the battery and use play a decisive role in performance, attention must be given.

1, the battery charging process on the requirements

Rechargeable battery technology for understanding the basic requirements is to analyze the basis of charging technology. Rechargeable batteries of the basic requirements are: the charge current should be less than or equal to the battery charge current can be received. Otherwise, the current surplus would electrolyte consumed too quickly, resulting in the following hazards:

Increased battery water loss, increased the maintenance workload for the

maintenance-free batteries, can cause early battery failure; produce mist, resulting in environmental pollution, health hazards to workers; so charging efficiency, resulting in a serious waste of energy.

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Charging process of electrochemical reaction is the discharge process of the reverse reaction, if the charging process of electrochemical reaction in an ideal state, and this process should be complementary to each reverse reaction, that is filled with the release of the power of electricity should be basically the same. However, in a serious state of gas, the effective charge of the electrochemical reaction process power consumption of less than 40% of the total electricity consumption, that is a waste of energy more than 60%.

Gathered gases within porous electrode in the battery to reduce the electrolyte and the porous electrode contact area, that is, the electrochemical reaction of the interface charge is drastically reduced, so that the speed of chemical reactions reduce the charge, the charge is very difficult to extend the charging time.

Gas will be serious damage to the battery: ① a large number of gases have on the plate were washed active role of the active substance soft and easy to fall off. ② polarization at the higher voltage, the positive plate grid of serious corrosion, generation of Pb02, such structures and electrochemical corrosion Pb02 survival is completely different, which is not reversible oxide, conductive poor and grid deformation, brittle fracture, the loss of the role of skeleton and conductivity. Should be in charge to prevent over charge as much as possible.

Rechargeable long-term lack of response to the active substance did not produce irreversible positive large granular high PbS04 grain (that is, irreversible sulfation) to decrease battery capacity, internal resistance to increase, charging more difficult, resulting in early damage to the battery. Therefore, as far as possible to ensure sufficient battery power to prevent irreversible sulfation. 2, the frequency of the choice of charging

Battery life cycle of the depth of the impact of large changes in the basic

exponentially. This is because the positive active material for Pb02, the combination of fastness is not high, discharge time and charge into PbS04 into PbO2, and PbSO4

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size larger than PbO2 (the volume ratio of about 2: 1). Therefore, the positive plate, the actives will be repeated contraction expansion to the connection between the particles gradually fell off, so that the loss of battery discharge characteristics actives become \"anode mud\" so that the battery performance until the end of life. Deeper depth of discharge, the greater the amount of expansion contraction of activity in the greater destruction of binding force, the shorter life expectancy; the other hand is the longer cycle life.

In theory the battery should be avoided as far as possible the use of deep discharge, shall be sufficient ground shallow place, provided there is a special match with the matching charger. However, in actual use, due to battery performance and battery by the charger itself and the discrete charge and the charge used to the speed of the impact of higher than the voltage charger, charging more or less existed. In particular, the majority charge at night, generally in 6-10 hours, with an average of about eight hours, if shallow discharge, the charge will soon reach the end of the efficiency of this low charge will result in charge-off. Have relatively long charging time, coupled with frequent charging, battery life would be a greater impact because of charge. According to the charging requirements of the best on the actual situation, it is necessary to refer to normal operating frequency, length, the storage battery factory provided, as well as supporting the development of charger performance parameters such as frequency of charge. By the vast majority of users, in order to discharge the battery depth of 50% -70% of an electric charge the best, so that battery life for the best results. Actual use can be converted to mileage riding in an electric charge when necessary.

3, the effects of temperature on the charge

Season run at a high temperature battery, the main problem of the existence of charge-off. Battery when the temperature increased, the increase in the activity of active substances, positive potential of a decline in oxygen evolution, oxygen

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evolution anode potential also decreased (negative decrease), so charging

rechargeable fast response time, charge current, and charging needs lower the charge voltage. In order to prevent excessive charge voltage, battery temperature should be kept as low as possible to ensure good heat dissipation, to prevent charging in the hot sun after exposure and should be far away from the heat source.

Batteries at low temperatures, the lower the activity of the active substance, which dissolved electrode becomes difficult, after the charge consumed when it is difficult to be added Pb, the charge current significant drop in positive plate at -20 ℃ in the charge acceptance of current only 70% at room temperature, and the negative effects of charging by the expansion agent, the ability to accept a lower charge temperature -20 ℃ to accept the charge current of only 40% of room temperature. Therefore, the main charge under the conditions of low-temperature charge acceptance of the existence of poor, the problem of insufficient charge, request for increasing the charge voltage and charge time extended. Should be to improve the low temperature performance of the main negative start. Low-temperature thermal insulation used antifreeze measures to be taken, in particular charge should be placed on a warm environment, conducive to guarantee sufficient power to prevent the emergence of irreversible sulfate, extended battery life.

Storage and use of batteries during charging can be activated periodically, the so-called balance charge, this battery to prevent irreversible sulfation very good for a very good battery life, it is worth advocating. Third, note the use of batteries 1, to prevent over discharge

Battery voltage after the termination of discharge to continue to discharge as the discharge-off. Will have serious damage to the battery discharge, the electrical performance of the battery cycle life and severely disadvantaged.

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Battery discharge voltage to the termination of the internal resistance of a larger concentration of electrolyte is very thin, especially the plate hole and the surface almost at neutral, had fever resistance discharge orientation, volume expansion, a larger discharge current, the apparent heat (or even develop fever deformation), then sulfuric acid concentration of lead in particular, and the existence of branches increased the possibility of short-circuit crystal Moreover at this time will be the crystallization of lead sulfate to form bigger particles, namely, the irreversible formation of sulfate, and will further increase the resistance , the charge to restore the capacity of the poor, and even beyond repair.

Should have been used to prevent battery discharge, the \"under-voltage protection\" is a very effective measure. In addition, electric vehicles as a result of \"under-voltage protection\" is controlled by the controller, but the controller other than the voltage of some equipment such as tables, lights and other electrical power consumption is directly powered by the battery, the power supply in general is not controller, the electric lock (switch) In the event of power began to close. While the current small, but if the discharge time (1-2 weeks) will discharge occurred. Therefore, the lock may not be a long time, do not have to be switched off immediately. 2, to prevent over charging

In front of charging has been described to lead rechargeable batteries will increase the water loss will be accelerated grid corrosion and active material softening, the deformation will increase the chance of battery. Should try to avoid the occurrence of charge-off; choose battery charger parameters with a good match, it is necessary to fully understand the seasons in high-temperature battery operation, as well as during the whole life changes. Do not use the battery when placed in the overheated environment, especially the charge should be away from sources of heat. After heating the battery to take measures to cool down until the temperature returned to normal when the battery can be charged. Batteries should be installed to ensure good

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heat dissipation, overheating should be found to stop charging, and battery chargers to deal with the inspection. Shallow depth of battery discharge or high ambient temperature should be to shorten the charging time. 3, to prevent short-circuit

State in the short-circuit the battery, the short-circuit current of up to several hundred amperes. Exposure to short-circuit the more firmly, the greater the short-circuit current, so all connections will have a lot of heat in part, in the weak link in greater heat will fuse junction, resulting in short-circuit phenomenon. Local batteries can be explosive gases may be generated (or stoed charge can be set when the gas explosion), in connection sparks when the fuse will cause battery explosion; if the battery or short circuit current is not particularly large, you may not be caused by connecting Department fuse, but there will be a short circuit overheating will damage the adhesive around the article to connect to leakage and other problems left behind. Therefore, short-circuit the battery must not have the installation or use should be particularly careful in the use of tools insulation measures should be taken, the connection should be other than the first electrical battery connected, and after inspection without short-circuit, and finally connected to the battery, wiring norms should be well insulated to prevent the overlap arising from the breakdown pressure. 4, to prevent the connected loose and unsound

If contact is not strong, a lesser extent, conductivity bad will happen to the site contact line fever, loss of a larger circuit, the output voltage is low, the impact of electric power, so that mileage can not be reduced or normal riding; if components in the terminal block contact is not strong (the vast majority of failures in the joints and connection terminal site), a large number of terminals will be fever, the impact of terminal and sealant combination of leakage can occur over time, \"acid-climbing\" phenomenon. If in a moving process or charge arising in the course of contact is not strong, may have a circuit, circuit will have a strong spark, may point to an internal

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battery explosion explosive gases (in particular, just the wires for the battery charge because the battery can be explosive gas more, and enough battery power, open circuit when the spark than the strong possibility of an explosion quite large.) Electric vehicles in the run-time have to bear more strongly the vibration, therefore, to deal with the reliability of all connections examination with connectors should be \"self-locking\" feature to prevent vibration and when driving off-chip with the battery cable connections should be take the connector, and solder to solder in prison, the application of connector crimping and connection means (can also be press-fit again after the solder used to increase the reliability of solder). 5, to prevent exposure in the sun

Sun exposure will increase the battery temperature, battery the active material to increase the activity, the impact of battery life.

中文翻译

一、铅酸蓄电池基本知识 （一）、基本概念 1、基本定义

电能可由多种形式的能量变化得来，其中把化学能转换成电能的装置叫化学电池，一般简称为电池，电池有原电池和蓄电池之分。

放电后不能用充电的方式使内部活性物质再生的叫原电池，也称一次性电池。 放电后可以用充电的方式使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能的电池，叫蓄电池，也称二次电池。 （二）、铅酸蓄电池 1 、定义

铅酸蓄电池是蓄电池的一种，主要特点是采用稀硫酸做电解液，用二氧化铅和绒状铅分别做为电池的正极和负极的一种酸性蓄电池。 2 、分类

按蓄电池极板结构分类：有形成式、涂膏式和管式蓄电池。

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按蓄电池盖和结构分类：有开口式、排气式、防酸隔爆式和密封阀控式蓄电池。 按蓄电池维护方式分类：有普通式、少维护式、免维护式蓄电池。 按我国有关标准规定主要蓄电池系列产品有：

起动型蓄电池：主要用于汽车、拖拉机、柴油机船舶等起动和照明。 固定型蓄电池：主要用于通讯、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源。

牵引型蓄电池：主要用于各种蓄电池车、叉车、铲车等动力电源。

铁路用蓄电池：主要用于铁路内燃机车、电力机车、客车起动、照明之动力。 摩托车蓄电池：主要用于各种规格摩托车起动和照明。 煤矿用蓄电池：主要用于电力机车牵引动力电源。 储能用蓄电池：主要用于风力、水力发电电能储存。 3 、基本构造

铅酸蓄电池主要由以下部分构成：

1 、硬橡胶槽 2 、负极板 3 、正极板 4 、隔板 5 、鞍子 6 、汇流排 7 、封口胶 8 、电池槽盖 9 、连接条 10 、极柱 11 、排气栓 正负极板

铅酸蓄电池的极板，依构造和活性物质化成方法，可分为四类：涂膏式极板，管式极板，化成式极板，半化成式极板。涂膏式极板由板栅和活性物质构成的。板栅的作用为支撑活性物质和传导电流、使电流均匀分布。板栅的材料一般铅锑合金，免维护电池采用铅钙合金。正极活性物质主要成分为二氧化铅，负极活性物质主要成份为绒状铅。 隔板

电池用隔板是由微孔橡胶、玻璃纤维等材料制成的，它的主要作用是： 防止正负极板短路；使电解液中正负离子顺利通过。阻缓正负极板活性物质的脱落，防止正负极板因震动而损伤。 电解液

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电解液是蓄电池的重要组成部份，它的作用是传导电流和参加电化学反应。电解液是由浓硫酸和净化水（去离子水）配制而成的，电解液的纯度和密度对电池容量和寿命有重要影响。 电池壳、盖

电池壳、盖是装正负极板和电解液的容器，一般由塑料和橡胶材料制成。 排气栓

排气栓一般由塑料材料制成，对电池起密封作用，阻止空气进入，防止极板氧化。同时可以将充电时电池内产生的气体排出电池，避免电池产生危险。 使用前：必须将排气栓上的盲孔用铁丝刺穿、以保证气体溢出通畅。 二 、 电动车蓄电池的使用与保养 （一）、蓄电池的安装

蓄电池一般采用串联方式使用，即一只蓄电池的正极与另一只蓄电池的负极相连，将所有蓄电池连在一起，最后余下正负接线端子与电动车对应接线相连，电动车的电机、控制器、仪表等是蓄电池的用电负载。电动车一般都有电池盒，从安装位置分有斜杠式，后插式和底盘式安装，其结构形状可谓五花八门。每家电动车厂都各有特色。如图电池盒一般用工程塑料制成，其强度较好，重量较轻，安装方便。电池盒一般由底槽、上盖、蓄电池接触点及充电插座、电车锁等组成。底槽与上盖扣紧，并用自攻螺丝或螺栓紧固。电池盒是按蓄电池型号规格进行设计的，在整车设计时应考虑其良好的散热性能。 （二）、蓄电池的充电

“蓄电池不是用坏的而是充坏的”，这一说法绝非危言耸听，蓄电池充电性能好坏对蓄电池的使用寿命和使用性能起着举足轻重的作用，必须重视。 1 、蓄电池对充电工艺的要求

认识蓄电池对充电工艺的基本要求，是分析各种充电技术的基础。蓄电池对充电的基本要求是：充电电流应小于或等于蓄电池可接收充电电流。否则，过剩的电流会使电解液过快地消耗掉，产生以 下危害：加大蓄电池的失水率，增加

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维护工作量，对于免维护电池，会造成蓄电池的早期失效；产生酸雾，造成环境污染，危害工人身体健康；使充电效率降低，造成能源的严重浪费。

充电过程，是放电电化学反应的逆反应过程，如果充电电化学反应过程在理想的状态下进行，这个过程应该是互为逆反应，即充入的电量与放出的电量应基本相等。但在严重析气的状态下，有效充电电化学反应过程消耗的电能达不到总电量的40%，即浪费电能60%以上。

气体的产生聚集在蓄电池多孔电极内部，减少了电解质与多孔电极的接触面积，即充电电化学反应界面大幅度减小，使充电化学反应速度降低，充电十分困难，充电时间延长。

严重的析气会损害蓄电池：

① 大量气体的产生对极板活性物有冲刷作用，使活性物质容易松软和脱落。 ② 在较高的极化电压下，正极板的板栅会产生严重腐蚀，生成 Pb02 ，这种腐蚀物与电化学生存的 Pb02 是完全不同的，是一种不可逆的氧化物，导电较差，并使板栅变形，脆裂，失去骨架和导电作用。因此在充电时应尽可能防止过充电。

长期充电不足，未反应的活性物质会产生不可逆的高阳性的大颗粒 PbS04 晶粒(即不可逆硫酸盐化)使蓄电池容量下降，内阻加大，充电难度加大，造成蓄电池早期损坏。因此，蓄电池要尽量保证充足电，防止不可逆硫酸盐化。 2 、充电频次的选择

蓄电池充电深度对循环寿命影响很大，基本呈指数变化。这是由于正极活性物为 Pb02 ，其结合牢度不高，放电时转化成 PbS04 充电时又转化成 PbO2 ，而 PbSO4 的体积远比 PbO2 体积大 ( 其体积之比约为 2 ：1) 。因此，对正极板而言，活性物将会膨胀收缩反复进行，使其粒子之间的连接逐渐脱落，使蓄电池活性物失去放电特性成为“阳极泥”，使蓄电池性能下降，直至寿命终止。放电深度越深，膨胀收缩量越大，对活性物结合力破坏越大，寿命越短；反之则循环寿命越长。

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从理论上讲蓄电池使用时应尽量避免深放电，应做到浅放勤充，前提是有特别匹配的充电器与之 匹配。但是实际使用中，由于蓄电池充电受充电器性能和蓄电池本身的离散及充电习惯及充电速度影响，充电器的电压均比较高，或多或少都存在过充电。特别是充电多数在夜间进行，时间一般在 6-10 小时，平均 8 小时左右，若是浅放电，其充电很快就会到达末期，这时充电效率变低，会产生过充电。过充电时间比较长，加上频繁充电，就会使蓄电池寿命因充电受到较大影响。

最理想的充电要求根据实际情况而定，要参考平时运行频率、里程情况、蓄电池厂提供的说明，以及配套的充电器性能等参数制定充电频次。按绝大多数用户的情况，蓄电池以放电深度为 50%-70% 时充一次电最佳，这样可使蓄电池寿命达到最佳效果。实际使用时可折算成骑行里程，在需要时充一次电。 3 、温度对充电的影响

蓄电池在高温季节运行，主要存在过充电的问题。蓄电池温度增高时，各活性物质的活度增加，正极析氧电位下降，负极析氧电位也下降(负值下降)，因此，充电时充电反应速度快，充电电流大，充电时需要的充电电压较低。为防止过高的充电电压，应尽量降低蓄电池温度，保证良好散热，防止在烈日暴晒后即充电，并应远离热源。

蓄电池在低温情况下，各活性物质活度降低，其电极上的Pb溶解变得困难，充电时消耗后很难得到补充，所充电电流大幅度下降，正极板在-20℃时充电接受电流仅为常温的70%，而负极充电受膨胀剂的影响，低温充电接受能力更低 -20℃的充电接受电流仅为常温下的40% 。因此，低温条件下充电主要存在充电接受能力差、充电不足的问题，要求提高充电电压和延长充电时间。改善低温性能主要应从负极着手。低温使用时应采取保温防冻措施，特别是充电时应放在温暖的环境中，有利于保证充足电，防止不可逆硫酸的产生，延长蓄电池的使用寿命。

蓄电池的存储和使用期间，可定期进行活化充电，即所谓的均衡充电，这对防止蓄电池不可逆硫酸盐化非常有利，对蓄电池使用寿命很有好处，值得提倡。

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三、蓄电池的使用注意事项 1 、防止过放电

蓄电池放电到终止电压后，继续放电称为过放电。过放电会严重损害蓄电池，对蓄电池的电气性能及循环寿命极为不利。

蓄电池放电到终止电压时内阻较大，电解液浓度非常稀薄，特别是极板孔内及表面几乎处于中性，过放电时内阻有发热倾向，体积膨胀，放电电流较大时，明显发热 ( 甚至出现发热变形 ) ，这时硫酸铅浓度特别大，存在枝晶体短路的可能性增大，况且此时硫酸铅会结晶成较大颗粒，即形成不可逆硫酸盐化，将进一步增大内阻，充电恢复能力很差，甚至无法修复。

蓄电池使用时应防止过放电，采取“欠压保护”是很有效的措施。另外，由于电动车“欠压保护”是由控制器控制的，但控制器以外的其他一些设备如电压表、指示灯等耗电电器是由蓄电池直接供电的，其电源的供给一般不受控制器控制，电动车锁(开关)一旦合上就开始用电。虽然电流小，但若长时间放电(1-2周) 就会出现过放电。因此，不得长时间开锁，不用时应立即关掉。 2 、防止过充电

前面已经对过充电进行了阐述，过充电会加大蓄电池的水损失，会加速板栅腐蚀，活性物质软化，会增加蓄电池变形的几率。应尽量避免过充电的发生；选择充电器参数要与蓄电池良好匹配，要充分了解蓄电池在高温季节的运行状况，以及整个使用寿命期间的变化情况。使用时不要将蓄电池置于过热环境中，特别是充电时应远离热源。蓄电池受热后要采取降温措施，待蓄电池温度恢复正常时方可进行充电。蓄电池的安装位置应尽可能保证良好散热，发现过热时应停止充电，应对充电器和蓄电池进行检查。蓄电池放电深度较浅时或环境温度偏高时应缩短充电时间。 3 、防止短路

蓄电池在短路状态时，其短路电流可达数百安培。短路接触越牢，短路电流越大，因此所有连接部分都会产生大量热量，在薄弱环节发热量更大，会将连接处熔断，产生短路现象。蓄电池局部可能产生可爆气体(或充电时集存的可爆气

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体)，在连接处熔断时产生火花，会引起蓄电池爆炸；若蓄电池短路时间较短或电流不是特别大时，可能不会引起连接处熔断现象，但短路仍会有过热现象，会损坏 连接条周围的粘结剂，使其留下漏液等隐患。因此，蓄电池绝对不能有短路产生，在安装或使用时应特别小心，所用工具应采取绝缘措施，连线时应先将电池以外的电器连好，经检查无短路，最后连上蓄电池，布线规范应良好绝缘，防止重叠受压产生破裂。 4 、防止连接松动和不牢

若接触不牢，程度较轻，会发生导电不良，使其线路接触部位发热，线路损耗较大，输出电压偏低，影响电机功率，使行驶里程减少或不能正常骑行；若在接线端子部件接触不牢 ( 绝大多数故障是在接线端与连线接头部位 ) ，端子会大量发热，影响端子与密封胶的结合，时间一长就会发生漏液 “ 爬酸 \" 现象。若在行驶过程或充电过程中出现接触不牢，可能产生断路，断路时会产生强烈的火花，可能点爆蓄电池内部的可爆气体（特别是刚充好电的蓄电池，因电池内可爆气体较多，且蓄电池电量足，断路时火花较强烈，爆炸的可能性相当大）电动车在运行时要承受较为强烈的振动，因此，应对所有连接的可靠性进行考核，接插件应带“自锁”功能，防止振动和拉动时脱落，对与蓄电池接线片的连线应采取接插件，并用焊锡将其焊牢，接插件与连线应用压接方式（也可压接后再用焊锡焊一遍增加可靠性）。 5 、防止在阳光下暴晒

阳光下暴晒会使蓄电池温度增高，蓄电池各活性物质的活度增加，影响蓄电池使用寿命。

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