監測軟體簡介

軟體部份是以 Visual Basic 撰寫人機介面，利用兩組 RS-232 port 分別接收 BMS 板及DSP 板所收集到之電池資料[36-39]，將接收到之電壓、電流、溫度以及阻抗 等資料顯示在PC 上，以提供使用者做即時監測使用，並將收集到之資料透過資料 庫將資料儲存，最後再以 Excel 圖表功能繪製每顆電池在該次實驗中之充放電曲 線，進而透過每顆電池之電壓、電流、溫度以及阻抗等充放電曲線，分析每顆電 池老化及劣化之特性。

人機介面之撰寫主要用來記錄電池在充放電期間之電壓、電流、溫度及阻抗 等資料，如圖3-20 所示，為整個電池監測系統之主設定畫面，其功能可以設定量 測之電池組有幾組，以本論文之實驗設定四串電池組使用，另外可以設定每串電 池組分別有幾顆電池，在本論文之實驗中每串電池組採用8 顆 12V 之電池串聯使 用，同時還可以設定每顆電池之異常警告，例如當電池電壓高於浮充電壓 14.6V 時，以紅色表示電壓過高，而當電池電壓低於10V 時，可以藍色表示電壓過低。

圖3-20 電池監測系統之主設定畫面

電壓量測畫面如圖 3-21 所示，圖中分別記錄每串電池組之即時電壓，同時顯 示每串電池組之串聯總電壓，於本實驗中電壓之量測校正在正負 50mV 以內，而

在放電實驗中之放電截止電壓設定為 76.8V，相當於每顆電池放電至 9.6V，此設 定方法乃依據電池手冊中電池放電深度於額定之 80%為正常使用範圍[4]，因此對 於本實驗中所採用之 YUASA NP7-12 型號之電池而言，每顆電池之額定電壓為 12V，則其 80%之電壓深度應為 9.6V，而當 8 顆電池串聯使用時，其總額定電壓 應為96V，則其 80%之電壓深度應為 76.8V，因而將其每次之放電截止電壓設定為 76.8V，此乃配合實際應用時電池放電所允許之正常使用範圍而定義。

由本實驗結果得知，當電池以 8 顆串聯使用時，於放電實驗中採串聯供電模 式，因此當整串電池放電至 76.8V 時，8 顆電池當中有些電池的電壓深度會低於 9.6V，呈現深度放電之情況，此乃實際應用上必然會發生之問題，而這幾顆深度 放電的電池同時也會對整串電池組造成一定程度之傷害，使得整串電池組之使用 壽命相對減少，因此本實驗特別記錄電池放電時之電壓及放電深度曲線，藉由這 些放電曲線，觀察其電池老化之情形，將其整理為適用於電池診斷分析之數據，

如此一來可提供使用者於電池維護上得知每顆電池老化之情形，並可告知使用者 提早對電池進行保養及更換之動作，以增加其他電池之使用壽命，為本論文之最 終目的。

圖3-21 電池監測系統之電壓量測畫面

另外在電流之量測配合四串電池組設定四組電流量測，本實驗於電流之記錄 主要以整串電池組之串聯充放電使用做量測，因此不分別記錄每顆電池所提供之 電流，此方法除了可節省許多成本及比流器之使用，也較符合實際之應用，而比 流器是選用LEM 公司所生產的 HAS-50S 之型號，其可量測 0～50A 的電流，為了 提高量測的準確度，採繞線3 匝配置，將訊號放大三倍，再由 VB 程式除以三倍還 原得到實際的電流值，在誤差之校正上，於充放電電流皆控制在正負5%以內，相 當於充電電流誤差 0.1A、放電電流誤差 0.5A，對電池充電時之 1.5A 及放電時之 11.2A 皆為量測上可被接受之誤差範圍，電流量測畫面如圖 3-22 所示。

圖3-22 電池監測系統之電流量測畫面

在溫度量測上，是使用AD590 的溫度感測元件來對電池的工作環境溫度作檢 測。AD590 是一個整合型兩端點電壓輸入/電流輸出的溫度感測元件，溫度感測範 圍從負 55℃到正 150℃。AD590 感測元件是一個電流調整器，線性電流輸出為 1µA/^oK，亦即絕對溫度上升 1 度，AD590 感測元件輸出電流增加 1µA，圖 3-23 所 示為典型的溫度檢測電路，以直流電壓12 V輸入，經AD590 感測元件可視為一電 流源訊號，再轉換為電壓訊號即可。

本實驗所使用之恆溫箱其本身即具有溫度調節之功能，會自動將溫度控制在 50℃之設定溫度，但在 VB 人機介面之資料庫記錄上，卻無法取得實際之環境溫度

值，因此另外於恆溫箱內裝設兩組AD590 溫度感測器，分別記錄四串電池組之週 遭環境溫度，將實際值透過類比電路轉換回電壓訊號，由BMS 板接收運算並將結 果傳回給VB 做記錄，以提供電池於充放電期間其環境溫度之變化，而由實驗結果 得知，電池在放電期間時，其環境溫度會略為升高1 至 2℃，在誤差之校正上，於 充放電期間皆控制在正負2%以內，相當於實際誤差控制在 1℃以內，對於 50℃之 環境溫度而言，此誤差為可接受之誤差範圍，溫度量測畫面如圖3-24 所示。

-+ AD590

-+ Vs

I Vt Vo

+12V

R R

R R

R

R

圖3-23 溫度檢測電路

圖3-24 電池監測系統之溫度量測畫面

在本論文之實驗中，除了對電池做電壓、電流以及溫度等量測外，同時還利 用交流阻抗法對電池做阻抗量測，如圖3-25 所示，為每顆電池之即時阻抗量測資 料顯示畫面，由實驗結果得知，當電池之放電深度越深時，該顆電池所反應出來 之阻抗越高，特別在放電截止時阻抗會有明顯之增加，約為浮充階段時之5～7 倍，

而當電池產生劣化時，不僅於放電時阻抗會有明顯之增加，連充電時之阻抗也較 劣化前之阻抗高出許多。

圖3-25 電池監測系統之阻抗量測畫面

此外，本實驗是使用 Visual Basic 軟體來撰寫整個監測系統的人機介面及資料 庫的設計，在資料傳輸上，由於BMS 板及 DSP 板所使用之 RS-232 傳輸速率及資 料格式皆不相同，常用的傳輸鮑率有9600、19200、38400、57600 等不同的規格，

其中BMS 板之傳輸鮑率為 19200，此乃配合盈正豫順電子公司所開發的設計而使 用，在選擇不同的傳輸鮑率來做資料傳輸時，必須同時考量到硬體及電腦之RS-232 是否同時支援使用者所選擇的傳輸鮑率，一旦設定錯誤則硬體無法連線進行資料 傳輸，另外，傳輸鮑率的不同，也會影響資料傳送的穩定度及資料的正確性，在 DSP 板的傳輸鮑率則是設為 57600，原因是使用其他鮑率時，在傳送資料會發生資 料遺失及資料不正確的情況，因此VB 在程式撰寫上必須同時能接收由兩組 RS-232 傳來之資料，並確保資料接收無誤。