基于

FPGA 的 VRLA

蓄电池测试系统设计

　现场可编程门阵列 FPGA(Field Programmable GateArray)属于 ASIC 产品，通过软件编程
对目标器件的结构和工作方式进行重构，能随时对设计进行调整，具有集成度高、结构灵活、
开发周期短、快速可靠性高等特点，数字设采用

FPGA 现场可编程器件实现 VRLA 蓄电池

测试系统的复杂数据采集电路、

USB 数据通信接口、寄存器电路、越限报警电路等关键模块

的设计，其中数据采集电路模块用差动式模拟开关电路替代双刀式继电器模拟开关。

整体架构利用了

FPGA 编程灵活、加密性好、设计制造成本低等优点，其固件开发的数据

采集电路比常规采集卡稳定性更高，系统运行性能良好。

1、引言

　　阀控式铅酸蓄电池（

VRLA）在实际使用中会出现电池壳变形、电解液渗漏、容量不足、

电池端电压不均匀等现象，实践证明，整组电池的容量是以状况最差的那块电池的容量值
为准，而不是以平均值或额定值（初始值）为准，当电
　　池的实际容量下降到其本身额定容量的

90% 以下时，电池便进入衰退期，当电池容量

下降到原来的

80%以下时，电池便进入急剧的衰退状况，衰退期很短，此时电池组已存在

极大的事故隐患，所以对

VRLA 蓄电池的定时检测和在线监测是非常重要和必须的。

2、硬件电路设计

　　

VRLA 蓄电池在线监测系统主要功能是对直流电源 VRLA 蓄电池组中每一个 VRLA 蓄

电池的端电压进行巡检，其工作方式分为实时监测和定时监测两类，定时监测的时间间隔
由用户根据实际需要设定，用户可随时切换实时与定时监测两种工作模式，通过监视器显
示电压、温度、内阻曲线实现对单个及整体

VRLA 蓄电池的监控操作。可完成图表打印，图

形保存，曲线显示，历史数据回放多种管理功能，并缺省设置越限报警电压及温度范围限，
如有异常情况立即发出报警信号。

2.1 测试系统硬件结构
　　本例

FPGA 开发系统采用 Xilinx FPGA 控制模块 Spartan-II(XC2S200)、差动式多路模拟

开关（包括模拟开关

CD4051 及光耦合器 TLP181）、A/D 转换 AD0809 芯片、Philips 公司

PDIUSBD12 通用串行接口芯片、Winbond 公司 W29C020C 并口 Flash 存储器及 SRAM
W24257、2×4 键盘阵列、越限报警器件等构成。理想的 VRLA 蓄电池测试系统，通过实时监
测

VRLA 蓄电池组内单节 VRLA 蓄电池的电压，内阻和温度能够有效的识别单节 VRLA 蓄

电池的性能差异和安全临界点，有效控制单节

VRLA 蓄电池的过充，过放和热失控，实现

均衡放电和均衡充电的理想功能；同时准确计算出单个

VRLA 蓄电池电量，根据充放电曲

线，建立最佳充放电方法，并与控制器智能化配合，确定

VRLA 蓄电池负载特性参数选择，

延长

VRLA 蓄电池使用寿命。

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