時(shí)間：2023-03-14 15:18:38
序論：在您撰寫(xiě)蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開(kāi)闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
【關(guān)鍵詞】蓄電池；數(shù)據(jù)采集；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)
1.前言
蓄電池是一種可循環(huán)使用的電源，其常規(guī)的維護(hù)大都采用充電器和放電器，其使用壽命與充放電過(guò)程有著很大關(guān)系。
蓄電池作為儲(chǔ)能裝置，是車(chē)輛應(yīng)急供電的保障，其維護(hù)運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接關(guān)系到車(chē)輛安全運(yùn)營(yíng)。在地鐵上使用的蓄電池是由多塊蓄電池構(gòu)成的蓄電池組。使用相同充放電特性的蓄電池，有利于提高蓄電池組的整體性能，有必要及時(shí)了解蓄電池組中各電池狀態(tài)，對(duì)蓄電池組進(jìn)行維護(hù)。
對(duì)蓄電池狀態(tài)的檢測(cè)，一般依靠人工的方式，在蓄電池充放電過(guò)程中，用萬(wàn)用表，監(jiān)測(cè)儀等儀器設(shè)備，每隔一定時(shí)間從儀表讀取電壓、電流變化，并進(jìn)行手工記錄，一個(gè)過(guò)程結(jié)束后，將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行分析處理。這種方式效率極低，且得到的樣本數(shù)太少，不能全面分析蓄電池的充放電特性。通過(guò)設(shè)置蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以及時(shí)掌握蓄電池的充放電使用維護(hù)情況，為蓄電池供電系統(tǒng)的連續(xù)性、安全性方面提供了保障。本文對(duì)應(yīng)用在唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司制造的A型地鐵樣車(chē)上的蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了介紹和分析。
2.蓄電池充放電原理及特性
目前蓄電池常規(guī)充放電制度還是依據(jù)1940年前的國(guó)際公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)法則設(shè)計(jì)的。這些法則中規(guī)定“充電電流安培數(shù)，不應(yīng)超過(guò)蓄電池待充電的安時(shí)數(shù)”。
蓄電池充電方法有恒流、恒壓、準(zhǔn)恒壓、兩級(jí)或三級(jí)準(zhǔn)恒流、恒壓、浮充電等幾種。恒流充電是通過(guò)調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法。保持在充電過(guò)程中充電電流強(qiáng)度不變。隨著充電的進(jìn)行，蓄電池的電動(dòng)勢(shì)是上升的，蓄電池的內(nèi)阻下降，如果充電電源的電壓不變，則充電電流將下降。為了保持充電電流恒定，必須在充電過(guò)程中提高充電電源電壓或減小電池的串聯(lián)電阻。恒壓充電是指充電電源的電壓在全部充電時(shí)間里保持一定的數(shù)值，因而，蓄電池每個(gè)單格電池的電壓也是一定的。在恒壓充電的初期，充電電流很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常恒流充電電流值。在充電過(guò)程中，隨著蓄電池電動(dòng)勢(shì)的上升，充電電流逐漸下降。在充電后期，比正常恒流充電電流還要低。充電結(jié)束時(shí)，充電電流是一個(gè)非常小的值。
蓄電池的放電方式有連續(xù)放電和間歇放電兩種，檢查電池的容量，大都采用連續(xù)放電方式，而使用上大都是屬于間歇放電方式。
充電特性
對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流充電，電池的端電壓會(huì)隨時(shí)間變化而變化。充電初始，由于電池正極電位迅速向正方向移動(dòng)，電池負(fù)極電位迅速向負(fù)方向移動(dòng)，電池端電壓迅速升高。在充電中期，由于電極反應(yīng)速度及電遷移速度基本穩(wěn)定，離子擴(kuò)散速度也已經(jīng)足夠大；此時(shí)，端電壓上升緩慢。到充電后期，當(dāng)氣體析出速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，繼續(xù)充電，端電壓不再變化。對(duì)蓄電池以不同的電流充電，則會(huì)有不同的開(kāi)始電壓和終了電壓。如用大電流充電，充電終值提前到達(dá)，所以，在同一時(shí)刻端電壓高于正常充電率端電壓。反之，如用小電流充電，充電時(shí)端電壓要比同一時(shí)刻正常充電電流時(shí)的端電壓小。蓄電池以恒定電壓充電時(shí)，極化電勢(shì)尚未建立，而歐姆內(nèi)阻又較小電流是隨時(shí)間變化的，故初始的電流值很大。充電初期，電流衰減也很快。在充電中期，電流繼續(xù)衰減，只是衰減的速度有所減小。充電末期，電流衰減到很小的一個(gè)值后維持在一定的值。
放電特性
蓄電池的放電是以恒流的方式進(jìn)行的。放電初期，由于歐姆內(nèi)阻的功耗，以及擴(kuò)散速度的增加，使得電池端電壓迅速降低。到放電中期，由于電極反應(yīng)速度以及電遷移速度是一定的，擴(kuò)散速度也趨于穩(wěn)定，電池端電壓變化不大。放電后期，由于極板表面附近電解液濃度很小，擴(kuò)散不起作用，歐姆極化增加，使得電池端電壓迅速降低。放電改變時(shí)，蓄電池端電壓與終了都要改變。用小電流放電時(shí)，終了電壓定的大一些，用大電流放電時(shí)，終了電壓則定的小一些。因?yàn)樵诖箅娏鞣烹姇r(shí)，放電中期提前到達(dá)，但有效物質(zhì)并沒(méi)有充分反應(yīng)，所以，終了電壓可以規(guī)定略低，適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)放電時(shí)間，是電池放出的電量增多。
3.蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
一般蓄電池組是由多個(gè)蓄電池串聯(lián)組成，一組良好的蓄電池其內(nèi)阻都很均勻，其特性曲線(xiàn)亦很均勻。若其中有不良蓄電池，其特性曲線(xiàn)在放電時(shí)下降的較快，而充電時(shí)上升的較慢，因此將每個(gè)蓄電池的充放電動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)與平均曲線(xiàn)對(duì)比即可知道蓄電池的內(nèi)阻特性是否比較均勻。通過(guò)設(shè)置蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可及時(shí)掌握蓄電池的使用情況。
蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是用于對(duì)蓄電池組的維護(hù)、使用狀況監(jiān)測(cè)的一套蓄電池網(wǎng)絡(luò)在線(xiàn)管理和檢測(cè)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)集檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通訊技術(shù)于一體；可以適時(shí)在線(xiàn)測(cè)量、記錄并存儲(chǔ)電池組在充電、放電和靜止階段的電壓/電流/時(shí)間/環(huán)境溫度，監(jiān)測(cè)記錄單體電池電壓、具有超限告警功能，可以實(shí)行本地和遠(yuǎn)程控制；記錄參數(shù)可以通過(guò) USB 接口導(dǎo)出打印并生成曲線(xiàn)，便于分析蓄電池的車(chē)載充放電維護(hù)運(yùn)行情況和性能狀態(tài)，判斷車(chē)載充電機(jī)是否按蓄電池的充電曲線(xiàn)要求對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，及時(shí)掌握蓄電池的使用維護(hù)情況。
蓄電池運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)檢測(cè)蓄電池的電壓、電流、溫度等同蓄電池性能密切相關(guān)的參數(shù)，得出當(dāng)前蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)信息，然后通過(guò)分析處理并和預(yù)先設(shè)定的蓄電池性能判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而診斷出蓄電池的當(dāng)前的健康狀態(tài)是否良好。在和蓄電池的健康狀態(tài)密切相關(guān)的參數(shù)當(dāng)中，對(duì)溫度和電流的測(cè)量相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)單個(gè)電池的電壓檢測(cè)也比較簡(jiǎn)單，但是要實(shí)現(xiàn)對(duì)串聯(lián)在一起的蓄電池組中單體電池電壓的準(zhǔn)確測(cè)量一直是一個(gè)難于解決的問(wèn)題。而電壓檢測(cè)是最直接檢測(cè)也是最常用的一個(gè)參數(shù)，也是目前許多電池監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用的檢測(cè)方法。
蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)：
蓄電池電壓信號(hào)采集
每節(jié)蓄電池單獨(dú)配備一個(gè)采樣盒，嵌裝在蓄電池排氣閥上。每個(gè)采樣盒可獨(dú)立采集蓄電池單體電壓，采用SBUS通訊電路，采樣盒通過(guò)單線(xiàn)級(jí)聯(lián)方式連接，最后將各級(jí)信號(hào)上傳到主控器。
電流信號(hào)采集
每個(gè)蓄電池組采用一個(gè)電流霍爾傳感器，電流傳感器可以保證準(zhǔn)確測(cè)量電池組的充放電電流，其工作電源從主控器取，霍爾電流傳感器與電流轉(zhuǎn)換裝置相連，電流轉(zhuǎn)換裝置經(jīng)過(guò)SBUS 電路，將電流信號(hào)送于SBUS轉(zhuǎn)RS485/ MVB模塊處。
SBUS轉(zhuǎn)RS485模塊
每組蓄電池都有一個(gè)SBUS 轉(zhuǎn) RS485/ MVB模塊，用于將蓄電池組電壓、電流、溫度的SBUS信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485/ MVB信號(hào)，每個(gè)SBUS轉(zhuǎn)RS485/ MVB可單獨(dú)設(shè)置通訊地址，轉(zhuǎn)換模塊安裝在主控器內(nèi)。采樣盒間采用 SBUS 級(jí)聯(lián)通訊方式，接入到主控器。
主控器
主控器采用小型工業(yè)服務(wù)器（工控機(jī)），實(shí)現(xiàn)對(duì)采集的蓄電池電壓、電流信號(hào)分析，同時(shí)具備信號(hào)上傳 MVB 或 RS485 接口，可與車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)（TCMS）通信。
報(bào)警
監(jiān)控后臺(tái)分析軟件具有蓄電池電壓過(guò)高、過(guò)低，電流超限、溫度超限、單體壓差超限告警，具有維護(hù)提醒報(bào)警功能；并且具有多種報(bào)警的人機(jī)交互方式，聲音報(bào)警和燈光報(bào)警（必要時(shí)可升級(jí)為 EMAIL 或短信報(bào)警）。
4.結(jié)束語(yǔ)
可靠的應(yīng)急直流供電是車(chē)輛安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本條件之一，通過(guò)應(yīng)用蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以減少蓄電池測(cè)試人員的工作量，提高蓄電池測(cè)試的效率，并能根據(jù)充放電曲線(xiàn)有效地對(duì)蓄電池的性能進(jìn)行分析，及時(shí)掌握蓄電池的使用維護(hù)情況。必要時(shí)可及時(shí)采取有效的措施，使蓄電池長(zhǎng)期處于正常狀態(tài)并發(fā)揮最佳性能，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，值得推廣使用。
參考文獻(xiàn)
[1]朱松然.鉛蓄電池實(shí)用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以STC89系列的STC89C58RD+微控制器、XILINX的XC9572-84為核心，電路主要由電壓采集電路、A／D轉(zhuǎn)換電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路及鍵盤(pán)電路等幾部分組成的，如圖1所示。A／D轉(zhuǎn)換芯片采用10位ADC TLCl549。顯示驅(qū)動(dòng)芯片采用MCl4489B，它可以驅(qū)動(dòng)5位共陰極數(shù)碼管，微控制器的P1口的低5位作為鍵盤(pán)輸入口，擴(kuò)展的RS485接口用于多機(jī)通信 。下面詳細(xì)介紹系統(tǒng)中STC89C58RD+、XC9572-84器件和電壓采集電路、A／D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
微控制器STC89C58RD+簡(jiǎn)介
STC89C58RD+是STC89系列的微控制器，它不但與80C51完全兼容，而且還有新的特點(diǎn)：片內(nèi)含有Flash程序存儲(chǔ)器32Kb，DataFlash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器32Kb，RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1208B，同時(shí)內(nèi)部還有看門(mén)狗(WDT)，由于ALE信號(hào)開(kāi)關(guān)狀態(tài)可設(shè)置，從而降低了EMI，具有可編程的8級(jí)中斷源4種優(yōu)先級(jí)，具有系統(tǒng)可編程(ISP)和應(yīng)用可編程(IAP)等特點(diǎn)，片內(nèi)資源豐富、集成度高、使用方便。STC89C58RD+對(duì)系統(tǒng)的工作進(jìn)行實(shí)施調(diào)度，實(shí)現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置、電池電壓的測(cè)試和顯示、電池工作狀態(tài)的指示。
邏輯編程器件XC9572-84(CPLD)
由于監(jiān)測(cè)的電池節(jié)數(shù)較多，所需要I／O口較多，用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，需要74HC273、74HC00、74HC138、CD4514等多種芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，器件種類(lèi)和數(shù)量多，使PCB的尺寸加大，也增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。本系統(tǒng)選用XILINX系列的CPLD器件XC9572-84，其共有72個(gè)宏單元，69個(gè)I／O口，1600個(gè)門(mén)，72個(gè)寄存器，可以對(duì)上述多種芯片進(jìn)行集成。該器件具有在系統(tǒng)可編程能力，含有先進(jìn)的數(shù)據(jù)保密特性，它可以完全保護(hù)編程數(shù)據(jù)不被非法讀取和擦除，每個(gè)I／O口都有一個(gè)可編程輸出擺率控制位從而可減小系統(tǒng)噪聲，采用具有較低功耗的快速閃存技術(shù)，每個(gè)I／O口的驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，負(fù)載電流可達(dá)24mA。XC9572-84接收單片機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)和地址，控制各個(gè)固態(tài)繼電器(G3VM-402C)的選通以及A／D轉(zhuǎn)換的進(jìn)行，達(dá)到采集電壓的功能。采用了CPLD器件后，減少了系統(tǒng)所需器件的數(shù)量和種類(lèi)，簡(jiǎn)化了PCB的排版和布線(xiàn)，減小了系統(tǒng)體積和節(jié)約成本，方便了系統(tǒng)調(diào)試，有利于批量化生產(chǎn)。
電壓采集電路
電壓采集電路直接影響到電壓測(cè)試的精確程度，因而采集電路設(shè)計(jì)得是否適當(dāng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)至關(guān)重要。對(duì)每節(jié)電池電壓進(jìn)行測(cè)量，有兩種方法：①對(duì)每節(jié)電池電壓直接采集。②采集(n+1)節(jié)電池的總電壓，減去n節(jié)電池的總電壓得第n／1節(jié)電池電壓。第一種電壓采集精確而且安全。第二種雖然電路比較簡(jiǎn)單但是當(dāng)電池節(jié)數(shù)多時(shí)采集的電壓太高，不安全而且會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。因此選用第一種方法。電壓采集電路要求要安全，采集的電壓要是夠的穩(wěn)定。本系統(tǒng)的蓄電池組采用串接方式，BATl＋接第一節(jié)電池的正極，BAT2＋接第二節(jié)的正極(第一節(jié)的負(fù)極)，如此依次連接，最多可達(dá)41節(jié)。經(jīng)過(guò)XC9572-84模擬開(kāi)關(guān)選通G3VM-402C后，將1～n節(jié)電池電壓依次釋放到電壓總線(xiàn)BUSl+、BUS1―上，電路選用運(yùn)算放大器LM358作為信號(hào)放大器件，它的前級(jí)為差分式放大器，后級(jí)為電壓跟隨器，使TLC1549得到一個(gè)穩(wěn)定的采樣電壓，如圖2所示。1VD0和1VDl采用FRl04高速開(kāi)關(guān)管來(lái)保護(hù)運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路。差分式放大倍數(shù)為A=0．2，具體推導(dǎo)如下：
(Ua-Up)／1R12：=Up／1R14；①(Ub-Un)／1R11=(Un-Vo)／1R13；②
注意運(yùn)放的“虛短”特點(diǎn)，有Up=Un，結(jié)合①、②兩式得到Vo=((1R11+1R13)／1R11)?(1R14／(1R12+1R14))?Ua-1R13／1R11?Ub；選取電阻滿(mǎn)足：1R13／1R11=1R14／1R12的關(guān)系，輸出電壓可簡(jiǎn)化為：Vo=1R13／1R11?(Ua―Ub)，故電壓放大倍數(shù)A=Vo／(Ua-Ub)=1R13／1R11＝0．2。
A／D轉(zhuǎn)換電路
本系統(tǒng)A／D轉(zhuǎn)換采用片外串行總線(xiàn)10位高速高精度專(zhuān)用集成電路TLCl549，其功耗低、體積小、占用單片機(jī)的資源少，具有連接方便、編程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。電壓采集電路的輸出電壓與TLC1549的A／D轉(zhuǎn)換通道相連接，在時(shí)鐘脈沖信號(hào)作用下，TLC1549將電壓轉(zhuǎn)換成10位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，并把上次A／D轉(zhuǎn)換的結(jié)果以10位二進(jìn)制數(shù)的形式依次輸出，再通過(guò)光電隔離傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理，如圖3所示。
硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中的注意點(diǎn)
1 系統(tǒng)用多路電源，要考慮系統(tǒng)的功耗選擇適當(dāng)?shù)碾娫?，電源電壓?yīng)比較穩(wěn)定。
2 電壓采集部分使用固態(tài)繼電器(G3VM-402C)，由于電池節(jié)數(shù)較多，電壓比較高，故應(yīng)注意對(duì)內(nèi)部電路的保護(hù)，可以采用適當(dāng)功率的電阻。對(duì)放大 電路的電阻精度要求較高，可選用精度為1％的金屬膜電阻，電路設(shè)計(jì)應(yīng)避免出現(xiàn)因多個(gè)固態(tài)繼電器同時(shí)開(kāi)通的直通現(xiàn)象，這樣會(huì)使多節(jié)蓄電池短路，造成電壓采集電路的損壞。
3 A／D轉(zhuǎn)換芯片的基準(zhǔn)電源要十分穩(wěn)定，基準(zhǔn)電源與芯片工作電源應(yīng)采用不同的共地電源，以保證A／D轉(zhuǎn)換芯片基準(zhǔn)電源的穩(wěn)定性。為了減少干擾，時(shí)鐘和片選信號(hào)與單片機(jī)、CPLD之間進(jìn)行光電隔離。
4 器件的布局和PCB圖的布線(xiàn)采用模塊化，交流與直流分離，強(qiáng)電與弱電分離，數(shù)字地和模擬地分開(kāi)，注意電源線(xiàn)和地線(xiàn)的布局。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
在單片機(jī)的軟件編程上，以Keil C編譯器的Windows集成開(kāi)發(fā)環(huán)境μvision2作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用C51高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)。該語(yǔ)言是80C51系列單片機(jī)的專(zhuān)門(mén)的高性能的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它采用符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言編程，便于改進(jìn)、擴(kuò)充和移植，可以對(duì)硬件進(jìn)行操作，能夠產(chǎn)生極高速和極其簡(jiǎn)潔形式的目標(biāo)代碼，在代碼的效率和執(zhí)行速度上完全可以和匯編語(yǔ)言相媲美，并且有十分豐富的庫(kù)函數(shù)可以供用戶(hù)直接調(diào)用，從而極大地提高了程序的編寫(xiě)效率，能提供給用戶(hù)高質(zhì)量的程序代碼。采用硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL對(duì)CPLD進(jìn)行編程。
單片機(jī)軟件編程注意點(diǎn)
1 鍵盤(pán)在定時(shí)中斷服務(wù)程序中讀取，用中斷間隔時(shí)間實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)的去抖，不必編寫(xiě)另外的延時(shí)程序，提高了CPU的利用效率。鍵盤(pán)值存人數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在主程序中讀數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的內(nèi)容，執(zhí)行鍵盤(pán)功能散轉(zhuǎn)子程序。
2 電池電壓的采集在中斷程序中執(zhí)行，因固態(tài)繼電器的開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間均需1ms，故通道選通時(shí)要有一定的延時(shí)，使電池采集電壓建立并穩(wěn)定后再啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換。
3 根據(jù)A／D轉(zhuǎn)換芯片TLCl549的工作原理，當(dāng)前輸出的數(shù)據(jù)是上一次A／D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，故對(duì)一節(jié)電池電壓采樣的首次A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果應(yīng)丟棄，其余幾次轉(zhuǎn)換結(jié)果保留并加以處理。
4 根據(jù)STC 89C58RD+的DataFlash的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)必須啟動(dòng)ISP／IAP命令，CPU等待IAP動(dòng)作定時(shí)后，才繼續(xù)執(zhí)行程序，要先關(guān)斷中斷(EA)。要使數(shù)據(jù)寫(xiě)入DataFlash存儲(chǔ)器，不能跨越扇區(qū)，如果要對(duì)某個(gè)扇區(qū)進(jìn)行擦除，而其中有些字節(jié)的內(nèi)容需要保護(hù)，則需將其先讀到單片機(jī)內(nèi)部的RAM中保存，再將該扇區(qū)擦除，然后再將保存的數(shù)據(jù)寫(xiě)回該扇區(qū)。
CPLD的Verilog HDL編程
【關(guān)鍵詞】蓄電池；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)；意義；功能
一、引言
在電力變電站、電信機(jī)房、移動(dòng)基站還是在UPS系統(tǒng)中，蓄電池組是重要的儲(chǔ)能設(shè)備，它可保證通信設(shè)備及動(dòng)力設(shè)備的不間斷供電。但如果不能妥善地管理使用蓄電池組，發(fā)生過(guò)充電、過(guò)放電及電池老化等現(xiàn)象，都會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞或電池容量急劇下降，從而影響設(shè)備的正常供電。電池組的巡回檢測(cè)，對(duì)于維護(hù)通信系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)具有十分重要的意義。
二、蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述
隨著近年來(lái)我國(guó)電力和電信事業(yè)的快速發(fā)展，變電站和蓄電池組的數(shù)量每年以超過(guò)10%的速度增長(zhǎng)，同時(shí)變電站與供電公司管理單位的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，因此如何管理和及時(shí)維護(hù)蓄電池組已成為電力和電信系統(tǒng)的棘手問(wèn)題。一種新型的基于移動(dòng)公網(wǎng)傳輸?shù)男铍姵亟M遠(yuǎn)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在滿(mǎn)足蓄電池組日常運(yùn)行維護(hù)要求的同時(shí)，大大提高了運(yùn)行維護(hù)的質(zhì)量和效率。
三、蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)意義
如何管理和及時(shí)維護(hù)蓄電池組已經(jīng)成為我們工作中進(jìn)場(chǎng)要面對(duì)的問(wèn)題，首先，我們要對(duì)蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)意義給予一定的探討。①組網(wǎng)簡(jiǎn)單，維護(hù)簡(jiǎn)單、快捷、安全、可靠，提高直流系統(tǒng)的安全性和可靠性系統(tǒng)時(shí)刻監(jiān)測(cè)著每節(jié)蓄電池的內(nèi)阻、電壓、充放電電流、溫度等參數(shù)，時(shí)刻判斷電池的狀況，維護(hù)管理人員隨時(shí)隨地可以在計(jì)算機(jī)上看到蓄電池的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，全面掌握蓄電池的狀況。一旦有危險(xiǎn)隱患出現(xiàn)，系統(tǒng)將以聲光形式發(fā)出預(yù)警，提醒維護(hù)管理人員及時(shí)處理，避免事故的發(fā)生，極大地提高了供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。②延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投入使用，減小了因個(gè)別蓄電池劣化而造成整組蓄電池?fù)p壞的可能，相應(yīng)延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命。③節(jié)約成本，蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投入使用，維護(hù)管理人員可以隨時(shí)隨地掌握各變電站蓄電池的狀態(tài)，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作量，人工費(fèi)用和車(chē)輛費(fèi)用大大減少。④減少人員傷害事故，蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投入使用，使蓄電池參數(shù)的檢測(cè)可以自動(dòng)完成，不用人工到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和接線(xiàn)，減少了人員傷害事故的可能性，同時(shí)也避免了由于現(xiàn)場(chǎng)由于檢測(cè)造成設(shè)備損壞的可能性。⑤社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，通過(guò)使用蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，蓄電池的檢測(cè)可以自動(dòng)并且高效準(zhǔn)確的完成，將給社會(huì)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益。
同時(shí)蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以幫助實(shí)現(xiàn)電壓測(cè)量、電流測(cè)量、電池環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊，這些對(duì)整個(gè)工程將有很大的意義。①電壓測(cè)量，對(duì)于損壞的單體電池，充電時(shí)通常表現(xiàn)為電壓過(guò)高或過(guò)低，嚴(yán)重影響整組電池的容量及壽命，蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)4-24節(jié)單體電池電壓，并適用于不同電壓類(lèi)型的蓄電池。②電流測(cè)量，充放電電流測(cè)量：監(jiān)測(cè)電池組的充放電電流，根據(jù)充放電電流的大小可準(zhǔn)確判斷故障。③電池環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)，電池浮充電壓隨環(huán)境溫度變化應(yīng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，因此，監(jiān)測(cè)電池房環(huán)境溫度對(duì)于合理調(diào)節(jié)浮充電壓具有參考意義。④遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊，配備MODEM完成遠(yuǎn)程通信，所有數(shù)據(jù)可在遠(yuǎn)端監(jiān)控中心軟件上，顯示并記錄，繪成曲線(xiàn)或打印形成報(bào)表。可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)主機(jī)與監(jiān)控中心相聯(lián)，組成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心上可顯示多組電池參數(shù)。最多可掛接999臺(tái)電池監(jiān)測(cè)主機(jī)，也可以根據(jù)要求定制。
四、蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能與實(shí)現(xiàn)
這一部分將對(duì)蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的論述：第一、蓄電池狀況時(shí)刻全面掌握：系統(tǒng)時(shí)刻監(jiān)測(cè)著每節(jié)蓄電池的內(nèi)阻、電壓、充放電電流、溫度等參數(shù)，時(shí)刻判斷電池的狀況，維護(hù)管理人員隨時(shí)隨地可以在計(jì)算機(jī)上看到蓄電池的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，全面掌握蓄電池的狀況。第二、危險(xiǎn)提前預(yù)警功能：時(shí)刻判斷電池的狀況，一旦有危險(xiǎn)隱患出現(xiàn)，系統(tǒng)將以聲光形式發(fā)出預(yù)警，提醒維護(hù)管理人員及時(shí)處理，避免事故的發(fā)生。第三，管理決策功能：利用其功能強(qiáng)大的管理數(shù)據(jù)庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池狀態(tài)隨時(shí)隨地進(jìn)行查詢(xún)統(tǒng)計(jì)，幫助管理者極大地提高了管理效率和決策質(zhì)量。第四，蓄電池內(nèi)阻檢測(cè)功能：系統(tǒng)可設(shè)定對(duì)全部蓄電池的單體內(nèi)阻的自動(dòng)定時(shí)或人工命令隨時(shí)檢測(cè)全部蓄電池的單體電池內(nèi)阻。第五、充放電過(guò)程全過(guò)程記錄功能：可以對(duì)蓄電池組自動(dòng)均充過(guò)程、放電過(guò)程、及核容過(guò)程進(jìn)行過(guò)程記錄。電池監(jiān)測(cè)儀自動(dòng)進(jìn)行容量測(cè)試?？蓽y(cè)試各電池和電池組和放電容量和充電容量?？梢栽谶h(yuǎn)程觀察充電和放電過(guò)程?？膳浜厦磕甑暮巳莘烹姡^(guò)程監(jiān)測(cè)放電時(shí)電池組電壓和放電電流以及各電池的電壓變化。
蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)整體框架圖如圖1所示，蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括兩個(gè)部分，一是蓄電池組在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)蓄電池組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和傳輸；二蓄電池組在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的中心軟件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的管理和分析，在運(yùn)行監(jiān)測(cè)狀態(tài)下，對(duì)每節(jié)電池電壓、電池組充放電電流、溫度進(jìn)行判斷，對(duì)超出設(shè)定的電壓，溫度閥值的電池予以報(bào)警。
蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面如圖2所示，主界面采用基于簡(jiǎn)易GIS(地理信息系統(tǒng))的管理方式，有如下特色：簡(jiǎn)潔性：界面簡(jiǎn)潔，沒(méi)有繁瑣的數(shù)據(jù)堆積；操作簡(jiǎn)潔，甚至不需要操作即可了解電池組的運(yùn)行狀況。當(dāng)監(jiān)測(cè)的電池組數(shù)量較多時(shí)候，本系統(tǒng)采用的管理方式相對(duì)于樹(shù)狀的資源管理器操作更加簡(jiǎn)潔。一覽性：在每一級(jí)的監(jiān)測(cè)界面中，不需要繁瑣的點(diǎn)擊查詢(xún)就可以總覽所有電池組的運(yùn)行狀況。直觀性：采用圖例，，，標(biāo)識(shí)電池組的運(yùn)行狀況，不需要查詢(xún)?cè)敿?xì)數(shù)據(jù)就可以了解當(dāng)前電池組的運(yùn)行狀況。定位性：迅速定位有報(bào)警信息的電池組，方便工作人員的管理。實(shí)時(shí)性：實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊可以監(jiān)測(cè)電池組總電流、總電壓、正負(fù)極溫度、各節(jié)電池的單體電壓、單體內(nèi)阻、單體電壓最大、最小的電池編號(hào)及相應(yīng)電壓。
蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)有：主要技術(shù)參數(shù)，工作電壓、功率、通信方式、溫度測(cè)量、適用電壓、系統(tǒng)容量、端電壓和電池組總電壓測(cè)量、總電流測(cè)量、平均無(wú)故障時(shí)間以及工作溫度范圍，表一為一蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)的典型值。
五、結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的意義、功能以及實(shí)現(xiàn)方面進(jìn)行了詳細(xì)的探討，讓大家對(duì)其有一定的了解。
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【關(guān)鍵詞】 蓄電池 內(nèi)阻 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)
1 引言
近年來(lái)，隨著閥控式密封鉛酸蓄電池（以下簡(jiǎn)稱(chēng)閥控蓄電池）在電力系統(tǒng)和廣電系統(tǒng)的廣泛使用，由蓄電池故障而引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生。閥控蓄電池由于特殊的閥控式密封結(jié)構(gòu)，使得我們無(wú)法準(zhǔn)確掌握蓄電池的健康狀況，其“免維護(hù)”的這一優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為電池運(yùn)行管理中的缺點(diǎn)和難點(diǎn)。在提高電池性能，減少維護(hù)工作量的同時(shí)，如何快捷有效地檢測(cè)出早期失效電池并預(yù)測(cè)蓄電池性能變化趨勢(shì)已成為蓄電池運(yùn)行管理的新課題。目前除了核對(duì)性放電、測(cè)端電壓等常規(guī)維護(hù)檢測(cè)手段外，隨著技術(shù)的發(fā)展一些新的檢測(cè)手段孕育而生，蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)這一新檢測(cè)技術(shù)開(kāi)始逐步運(yùn)用到電力系統(tǒng)和廣電系統(tǒng)。
2 蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的現(xiàn)狀
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外有很多公司在從事蓄電池監(jiān)測(cè)方法的研究工作，生產(chǎn)出了很多蓄電池監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，從功能上來(lái)說(shuō)，主要有：監(jiān)測(cè)蓄電池的電壓，監(jiān)測(cè)蓄電池的內(nèi)阻值，監(jiān)測(cè)蓄電池的工作溫度等。
美國(guó)的Alber公司，生產(chǎn)了世界第一臺(tái)蓄電池檢測(cè)設(shè)備，代表產(chǎn)品BDS-256/MPM-100蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)是利用內(nèi)阻測(cè)試專(zhuān)利技術(shù)的高級(jí)綜合應(yīng)用。這種系統(tǒng)的獨(dú)特之處是能對(duì)蓄電池存在的任何問(wèn)題提供早期的預(yù)報(bào)。
瑞士Lem公司的蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組中各電池的狀態(tài)，而不需要離線(xiàn)測(cè)量，并且數(shù)據(jù)可以及時(shí)上傳到電腦上，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池組的問(wèn)題。
臺(tái)灣群菱生產(chǎn)的BCSU-50C蓄電池監(jiān)測(cè)儀，可隨時(shí)測(cè)量及記錄總電壓、總電流、各單體電池電壓等狀況，可通過(guò)5-10分鐘短時(shí)間放電預(yù)估電池剩余容量并評(píng)估電池優(yōu)劣，具有蓄電池剩余容量分析的專(zhuān)利技術(shù)。
杭州華塑科技有限公司生產(chǎn)的H3G蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池組狀態(tài)，確保了系統(tǒng)的可用性，并能對(duì)電池故障進(jìn)行綜合分析，定位故障電池，預(yù)測(cè)電池維護(hù)及更換時(shí)間。
陜西柯藍(lán)電子有限公司生產(chǎn)的CR-AMS蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用公司的專(zhuān)利直流內(nèi)阻在線(xiàn)測(cè)試技術(shù)，使測(cè)量數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性，測(cè)試過(guò)程無(wú)須將充電機(jī)與蓄電池組斷開(kāi)，不影響直流系統(tǒng)正常運(yùn)行。
3 已實(shí)施蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要點(diǎn)分析
目前，在獨(dú)山子動(dòng)力公司水源中心變、東區(qū)變、西區(qū)變、乙烯總變等16個(gè)變電站安裝了杭州華塑科技有限公司生產(chǎn)的H3G蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在兩年多的使用過(guò)程中，讓動(dòng)力公司獲得了最大的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性和合理性。
3.1 H3G蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要組成
3.1.1 監(jiān)測(cè)單元
5.7英寸STN液晶顯示，帶觸摸屏，能顯示所有的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，并可查詢(xún)，通過(guò)RS485通信接口與控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
3.1.2 控制單元
控制單元用于站端控制套系統(tǒng)工作，包括數(shù)據(jù)通訊、控制、智能管理分析功能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)完成與遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)交互?？刂茊卧哂腥藱C(jī)交換鍵盤(pán)、液晶顯示、重要與一般報(bào)警指示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通信功能。
3.1.3 采集單元
電壓數(shù)據(jù)采集單元用于電池單體電壓數(shù)據(jù)采集，每個(gè)單元可以同時(shí)采集40節(jié)電池電壓。通過(guò)RS485通信接口與控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。內(nèi)阻單元用于測(cè)試電池單體內(nèi)阻數(shù)據(jù)，每個(gè)單元測(cè)試1組蓄電池組（每組電池節(jié)數(shù)4～200節(jié)），通過(guò)RS485通信接口與控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
3.1.4 容量單元
容量單元用于對(duì)蓄電池組進(jìn)行自動(dòng)核對(duì)性放電，兩組蓄電池組可以共用一個(gè)容量單元，通過(guò)RS485通信接口與控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。滿(mǎn)足停止條件后自動(dòng)停止并記錄容量及單體電壓數(shù)據(jù)，無(wú)需再攜帶放電設(shè)備。
3.2 H3G蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)
H3G蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集并自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)有：電池組總電壓、單體電池內(nèi)阻、單體電池電壓、蓄電池連接條電阻、浮充電流、充放電電流、核對(duì)性放電數(shù)據(jù)、蓄電池溫度、環(huán)境溫度。
3.3 H3G蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn)
3.3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控
7*24小時(shí)的預(yù)警監(jiān)控，確保了系統(tǒng)的可用性。
3.3.2 綜合管理分析
精準(zhǔn)的電池故障綜合分析，并定位故障電池，預(yù)測(cè)電池維護(hù)及更換時(shí)間。
3.3.3 報(bào)警功能
報(bào)警可以被分類(lèi)成重要報(bào)警與一般報(bào)警。
3.3.4 操作日志記錄
可對(duì)用戶(hù)的操作以及自動(dòng)內(nèi)阻測(cè)試、設(shè)備復(fù)位等進(jìn)行記錄。
3.3.5 通訊
帶有2個(gè)串口供第三方監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同步監(jiān)控使用，波特率可設(shè)置。支持MODBUS規(guī)約與部頒CDT規(guī)約；支持 LAN、WAN遠(yuǎn)程集中管理。
3.3.6 數(shù)據(jù)保存
站端設(shè)備內(nèi)置大容量存儲(chǔ)空間，可以保存單體電壓歷史記錄、組壓電流歷史記錄、單體內(nèi)阻歷史記錄、分析報(bào)告、操作日志記錄、報(bào)警記錄。
3.3.7 數(shù)據(jù)導(dǎo)出
所有歷史及報(bào)警數(shù)據(jù)可以通過(guò)串口導(dǎo)出，并通過(guò)專(zhuān)用的軟件進(jìn)行顯示、編輯及打印。
3.3.8 模塊化
模塊化解決方案具備配置的靈活性，可以為任何系統(tǒng)量身定制。
3.3.9 高安全、高可靠性
采樣端與通訊端采用光電隔離，內(nèi)部一體化設(shè)計(jì)無(wú)接線(xiàn)。
3.4 BATTONLINE蓄電池綜合管理分析軟件
系統(tǒng)軟件的穩(wěn)定性對(duì)于整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是非常重要的，在大多數(shù)情況下，系統(tǒng)軟件需要面臨服務(wù)器停電或故障、網(wǎng)絡(luò)故障或前端硬件故障等情況，而解決故障并回復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)往往需要專(zhuān)業(yè)人員花費(fèi)大量的時(shí)間，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
為了確保系統(tǒng)軟件的穩(wěn)定運(yùn)行，BattOnline使用了多項(xiàng)領(lǐng)先技術(shù)，使系統(tǒng)軟件達(dá)到了“免維護(hù)”的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)軟件采用了模塊化分布式技術(shù)，可以屏蔽某一點(diǎn)的故障而使系統(tǒng)其它部分正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦故障恢復(fù)屏蔽自動(dòng)取消。同時(shí)支持多臺(tái)服務(wù)器熱備份，一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障后另一臺(tái)繼續(xù)支持系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。而B(niǎo)attOnline系統(tǒng)軟件采用的多層構(gòu)架技術(shù)確保了系統(tǒng)的安全性，阻擋可能的惡意攻擊。在數(shù)據(jù)處理能力方面BattOnline有了很大的提高，單服務(wù)器可以監(jiān)測(cè)500組的蓄電池組。
軟件主要具備以下功能：
（1）遠(yuǎn)程在線(xiàn)集中監(jiān)測(cè)功能。所有數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)在服務(wù)器上，通過(guò)IE瀏覽器訪問(wèn)服務(wù)器即可實(shí)時(shí)查看各個(gè)變電站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
（2）三級(jí)報(bào)表生成導(dǎo)出功能?？梢宰詣?dòng)生成班組級(jí)、工區(qū)級(jí)、局級(jí)蓄電池運(yùn)行報(bào)表，為蓄電池維護(hù)、更換提供依據(jù)。
（3）各種報(bào)表導(dǎo)出打印功能?？梢陨蓪?dǎo)出各種管理報(bào)表，與現(xiàn)有工作接軌，實(shí)現(xiàn)日常管理自動(dòng)化。
（4）歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)功能。至少可以查詢(xún)1年內(nèi)的所有電壓數(shù)據(jù)、內(nèi)阻數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄、分析報(bào)告等。
（5）更直觀的顯示界面?？梢酝ㄟ^(guò)數(shù)據(jù)表格、柱狀圖、曲線(xiàn)圖等方式顯示數(shù)據(jù)，更直觀。
（6）遠(yuǎn)程參數(shù)修改功能。可遠(yuǎn)程修改站端設(shè)備參數(shù)。
4 已實(shí)施蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)效果
總之，閥控鉛酸蓄電池的充放電是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，引起蓄電池失效的原因很多，了解閥控鉛酸蓄電池的工作原理和失效機(jī)理，科學(xué)、合理地對(duì)閥控鉛酸蓄電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)與維護(hù)，在安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益上有很重要的意義。
蓄電池綜合參數(shù)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)管理的運(yùn)用，可以使維護(hù)人員的工作從煩瑣的巡檢工作變?yōu)閷?duì)蓄電池的性能維護(hù)，蓄電池的維護(hù)方式從目前的被動(dòng)方式轉(zhuǎn)到主動(dòng)方式，在管理上有質(zhì)的飛躍；
蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)蓄電池的各類(lèi)工作狀態(tài)，對(duì)于不合理的工況能作出相應(yīng)報(bào)警，避免了對(duì)蓄電池的傷害，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命；
蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)蓄電池的性能，對(duì)于個(gè)別性能落后的蓄電池能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免了因個(gè)別蓄電池性能落后引起電池組連鎖損壞；
蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)蓄電池的性能，免了盲目更換蓄電池造成的浪費(fèi)；
目前蓄電池廠商生產(chǎn)、銷(xiāo)售的蓄電池，于各種原因，質(zhì)量和性能有很大的差異，完善的蓄電池檢測(cè)手段可以避免采購(gòu)到性能低劣的蓄電池。
5 結(jié)語(yǔ)
伴隨著獨(dú)山子廣電事業(yè)的不斷發(fā)展，蓄電池的使用范圍將越來(lái)越大，數(shù)量越來(lái)越多，對(duì)蓄電池的維護(hù)不論是從管理的角度出發(fā)還是維護(hù)方式的選擇，及時(shí)推廣應(yīng)用蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還是很有必要的。另外，在蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)推廣的基礎(chǔ)上，我認(rèn)為，蓄電池組還仍然有必要周期性的采用三類(lèi)不同深度的放電測(cè)試，以達(dá)到維護(hù)蓄電池完全達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)使用要求的目的：
（1）完全放電 電池在投運(yùn)之前應(yīng)進(jìn)行一次100%深度的放電，以確認(rèn)該電池組能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。否則，若存在產(chǎn)品本身的質(zhì)量問(wèn)題，初次測(cè)試到的內(nèi)阻參數(shù)的不準(zhǔn)確性、不合格數(shù)據(jù)的摻入，會(huì)影響到后續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，放電前應(yīng)該充滿(mǎn)并在浮充狀態(tài)保持一定的時(shí)間。
（2）中等深度的放電 在運(yùn)行一段時(shí)間（新電池二年周期，運(yùn)行達(dá)四年以上的電池應(yīng)一年為周期）后，宜進(jìn)行中等深度指30―50%深度的放電。
（3）周期性的短時(shí)放電 根據(jù)蓄電池應(yīng)用場(chǎng)合選取適合的周期，例如3個(gè)月。一般短時(shí)放電的深度為5%左右。對(duì)保持好蓄電池的良好性能狀態(tài)是有幫助的。
參考文獻(xiàn)：
[關(guān)鍵詞]蓄電池 在線(xiàn)監(jiān)測(cè) 發(fā)展
中圖分類(lèi)號(hào)：UT3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）34-0362-01
蓄電池作為電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)中的直流系統(tǒng)，是向外供電的唯一設(shè)備，其性能的好壞直接關(guān)系到電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的安全可靠程度。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀的研究分析，發(fā)現(xiàn)我國(guó)在蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方面仍然存在著一些問(wèn)題，因此需要針對(duì)性的采取措施做出適當(dāng)調(diào)整。
1.當(dāng)前國(guó)內(nèi)外關(guān)于蓄電池的研究現(xiàn)狀
可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置稱(chēng)作化學(xué)電池，一般簡(jiǎn)稱(chēng)為電池。電池放電后，能夠用充電的方式使內(nèi)部活性物質(zhì)再生――把電能儲(chǔ)存為化學(xué)能；需要放電時(shí)再次把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，這類(lèi)電池稱(chēng)為蓄電池，也稱(chēng)二次電池。其工作原理簡(jiǎn)言之，首先利用外部的電能將電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)激活，轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，等到需要時(shí)再將電能輸出，如我們經(jīng)常使用的手機(jī)電池，可充電電池便是采用這種原理。鉛蓄電池是用鉛作為負(fù)極，二氧化鉛為正極，負(fù)極作為還原劑，發(fā)生氧化反應(yīng)，正極作為氧化劑，發(fā)生還原反應(yīng)，兩者反應(yīng)均生成硫酸鉛，而電解質(zhì)是稀硫酸。
隨著科技社會(huì)的進(jìn)步，人們生活質(zhì)量逐漸提高，但是生態(tài)環(huán)境卻越來(lái)越惡劣，石油等化石能源也日漸枯竭，因此諸如蓄電池這類(lèi)的二次能源的使用便凸顯了其重要性。[1]再加上各行各業(yè)對(duì)電力資源的需求量也逐漸增大，依賴(lài)性也越來(lái)越強(qiáng)，因此不允許電力的突然中斷，否則會(huì)對(duì)企業(yè)運(yùn)營(yíng)造成很大損失，由此來(lái)看蓄電池的研究和發(fā)展也是應(yīng)運(yùn)而生的了。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外很多公司已經(jīng)對(duì)蓄電池做了多方面的研究和調(diào)查，主要是針對(duì)蓄電池功能上的改善，如檢測(cè)蓄電池的電壓、蓄電池的內(nèi)阻等指標(biāo)，通過(guò)對(duì)蓄電池各種指標(biāo)的檢測(cè)，保證該系統(tǒng)的抗性及穩(wěn)定性。
2.當(dāng)前蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題
2.1 蓄電池性能的監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確
通過(guò)上述簡(jiǎn)單介紹，可以明確隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，蓄電池的研究已獲得了很大的突破，尤其在企業(yè)的運(yùn)營(yíng)上，蓄電池為企業(yè)提供了長(zhǎng)期的能量供應(yīng)。但是筆者發(fā)現(xiàn)在蓄電池的研究上仍然存在著一些問(wèn)題。雖然近些年國(guó)內(nèi)為針對(duì)蓄電池的功能、性能檢測(cè)方面做了很多工作，但是蓄電池性能指標(biāo)的檢測(cè)仍是困擾研究人員的一個(gè)重大問(wèn)題。如果對(duì)蓄電池指標(biāo)的檢測(cè)工作都做不到位，那么又如何令其長(zhǎng)期有效地為企業(yè)提供電能呢？所以說(shuō)在提高電池性能，減少維護(hù)工作量的同時(shí)，如何快捷有效地檢測(cè)出早期失效電池并預(yù)測(cè)蓄電池性能變化趨勢(shì)已成為電池運(yùn)行管理的新課題。
2.2 監(jiān)督管理系統(tǒng)的匱乏
除了蓄電池性能檢測(cè)方面的問(wèn)題，監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的匱乏也是蓄電池研究領(lǐng)域中存在的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。它同時(shí)也是導(dǎo)致蓄電池性能檢測(cè)不準(zhǔn)確的重要原因。監(jiān)督管理系統(tǒng)的匱乏，首先是針對(duì)蓄電池自身研究體制上的問(wèn)題，該研究領(lǐng)域內(nèi)部，企業(yè)之間往往是自上而下的監(jiān)督管理體系，缺乏自下而上的反饋機(jī)制。此外政府的監(jiān)督管理工作做得也不到位。
2.3 蓄電池作為二次能源的弊端
隨著化石能源的日益枯竭，蓄電池作為二次能源，對(duì)于能源緊張可以起到很好的緩解作用，因此對(duì)于蓄電池的研究也就逐漸興起。但是筆者想要強(qiáng)調(diào)一下蓄電池生產(chǎn)中存在的污染問(wèn)題。蓄電池中的材料主要是鉛的復(fù)合物，而鉛是人體唯一不需要的微量元素，也是一種穩(wěn)定的不可降解的污染物，在環(huán)境中可長(zhǎng)期積累。如果長(zhǎng)期接觸鉛，即使是微量的，也會(huì)導(dǎo)致智力下降，當(dāng)人體內(nèi)的鉛蓄積到一定程度時(shí)會(huì)出現(xiàn)精神障礙、失眠、頭痛等慢性中毒癥狀，引起大腦損傷。[2]眾所周知，電池污染對(duì)土壤的損傷力非常大，在土壤中經(jīng)過(guò)很多年也不會(huì)降解，而且電池的污染還具有潛伏期，或許10多年土壤中的蓄電池的污染都會(huì)存在，這不僅對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)不利，而且對(duì)人類(lèi)身體健康而言也是一種不負(fù)責(zé)的行為。但是鉛蓄電池在使用中是不會(huì)造成污染的，只是在進(jìn)行鉛回收和生產(chǎn)中污染比較嚴(yán)重，產(chǎn)生的廢液一旦流失到土壤中，將會(huì)對(duì)土壤造成嚴(yán)重的傷害。
3.蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特性評(píng)價(jià)
3.1 自動(dòng)化服務(wù)功能
上文已經(jīng)提到，蓄電池具有自動(dòng)化服務(wù)的功能，可以對(duì)蓄電池的指標(biāo)隨時(shí)隨地的紀(jì)錄，并通過(guò)檢測(cè)，進(jìn)行自動(dòng)的放電，當(dāng)電量飽和后，又可以自主的結(jié)束放電過(guò)程。而且因?yàn)榫哂谐掷m(xù)性檢測(cè)環(huán)境的功能，該系統(tǒng)還可以在意外發(fā)生的第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警，如網(wǎng)報(bào)警、短信報(bào)警和聲光報(bào)警等。另外該系統(tǒng)還可以在多條線(xiàn)路中進(jìn)行擴(kuò)展，但受蓄電池自身電阻和電壓的限制。
3.2 電池資源數(shù)字化管理
蓄電池在線(xiàn)系統(tǒng)是采用數(shù)字化、信息化的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。數(shù)字化管理不僅節(jié)省了大量時(shí)間，而且在操作上也更加便利，可以對(duì)全程實(shí)行監(jiān)控與管理，這樣對(duì)于蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)無(wú)疑提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。
4.如何加快蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展
4.1 完善蓄電池性能狀態(tài)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)及蓄電池充電容量
系統(tǒng)可設(shè)定電池內(nèi)阻的自動(dòng)定時(shí)檢測(cè)，最低設(shè)定為10分鐘一次。同時(shí)也可以在服務(wù)器上對(duì)整組電池或單個(gè)電池的內(nèi)阻進(jìn)行檢測(cè)。在測(cè)試內(nèi)阻的同時(shí)，電池電壓值也同時(shí)測(cè)量。當(dāng)電池組進(jìn)行放電或充電時(shí)，電池監(jiān)測(cè)儀自動(dòng)進(jìn)行容量測(cè)試。而判斷蓄電池充電容量是否充電至額定容量的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。一是總的充電容量達(dá)到額定要求值，一般在140%-160%之間；二是測(cè)定蓄電池充電完成后的實(shí)際容量與設(shè)計(jì)容量之比大于95%；三是停止充電后1小時(shí)，蓄電池的端電壓在1.80伏之間無(wú)變化。
4.2 完善該領(lǐng)域的發(fā)展管理系統(tǒng)
蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有功能強(qiáng)大的管理數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的時(shí)刻記錄，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池狀態(tài)隨時(shí)隨地的查詢(xún)統(tǒng)計(jì)，幫助管理者極大地提高管理效率和決策質(zhì)量。但是管理者并不能因?yàn)樾铍姵卦诰€(xiàn)系統(tǒng)使得工作更加便捷省事，就疏忽大意了。因?yàn)橛?jì)算機(jī)僅僅是記錄數(shù)據(jù)，并沒(méi)有判斷和檢測(cè)的功能，因此計(jì)算機(jī)只能起到協(xié)助工作人員工作的作用，工作人員還是需要隨時(shí)做好監(jiān)測(cè)管理工作，這樣才能減少安全事故的發(fā)生幾率。
4.3 推廣環(huán)保型產(chǎn)業(yè)鏈
雖然蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使得監(jiān)測(cè)工作更加便捷，工作量也減少了很多，但是從來(lái)源上來(lái)講，在對(duì)蓄電池進(jìn)行生產(chǎn)和回收時(shí)很容易導(dǎo)致鉛的泄露，鉛溶液的泄露很容易導(dǎo)致土壤的污染，因此筆者呼吁針對(duì)蓄電池在線(xiàn)系統(tǒng)的管理，要推廣環(huán)保型產(chǎn)業(yè)鏈，盡量減少鉛等其他有毒元素的污染。[3]首先在蓄電池的生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中，要嚴(yán)格要求，規(guī)范化管理，減少微量元素鉛的泄露，再者是要做好電池回收工作，不可隨便丟棄，廢舊電池要統(tǒng)一回收，集中進(jìn)行清潔化處理。
5、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)上述分析，明確了蓄電池的主要功能及特性以及蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的便捷性與實(shí)用性。雖然當(dāng)前在該領(lǐng)域仍然存在著一些問(wèn)題，如性能檢測(cè)的不準(zhǔn)確性，蓄電池的污染問(wèn)題等等，但是通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，針對(duì)性的采取適當(dāng)措施，這些問(wèn)題還是可以得到改善的。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池； 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)； 計(jì)算機(jī)； 數(shù)據(jù)采集
中圖分類(lèi)號(hào)：TN87-34
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：1004-373X(2011)09-0133-03
Forcecontrol-based On-line Monitoring System for VRLA Battery
BAO Tian-yue,LIU Su-juan
(Qinhuangdao Branch of Northeast Petroleum University,Qinhuangdao 066004,China)
Abstract： VRLA battery as stand-by power has been widely used in many power-supply systems. The accidents usually happened due to the battery in the DC power supply because of lacking necessary monitoring tools and without accurate monitoring method in daily monitoring. An effective battery on-line monitoring program is designed,the battery voltage,resistance and other parameters can be controlled by forcecontrol software for realizing accurate monitoring and performance prediction of VRLA battery.
Keywords： VRLA; on-line monitoring; computer; data acquisition
0 引 言
目前，電能存儲(chǔ)和使用主要靠蓄電池完成，而閥控鉛酸蓄電池(VRLAB)因其密封性好、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用［1］。但是由于各種原因時(shí)常會(huì)出現(xiàn)蓄電池使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定時(shí)間的情況，甚至出現(xiàn)直流電源事故［2-4］。
為了給VRLA蓄電池組的檢測(cè)提供一個(gè)安全可靠的監(jiān)測(cè)平臺(tái)，將傳統(tǒng)的分離式檢測(cè)過(guò)程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)便捷、智能型自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)［5］，實(shí)現(xiàn)對(duì)VRLA蓄電池組及其單節(jié)電池電壓和內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并能有效判斷蓄電池組容量和性能?，F(xiàn)擬采用電壓采集模塊、內(nèi)阻采集模塊和組態(tài)軟件組成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)VRLA蓄電池組的使用進(jìn)行監(jiān)控，確保電池組的長(zhǎng)時(shí)間有效工作。
1 系統(tǒng)功能
VRLA分布式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是為閥控式密封鉛酸蓄電池(VRLA)的運(yùn)行管理設(shè)計(jì)的，用于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)蓄電池組的運(yùn)行狀況，報(bào)告電池組總電壓、充放電電流、電池容量、單電池電壓和內(nèi)阻，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控管理。
2 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)機(jī)組和數(shù)據(jù)集中監(jiān)控管理服務(wù)器構(gòu)成。
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)機(jī)組可由多臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成分布式采集網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)不同蓄電池組的監(jiān)測(cè)管理，采集電池組的電壓、電流，計(jì)算電池容量。通過(guò)計(jì)算機(jī)的RS 232串口，將采集的單電池電壓和內(nèi)阻傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，實(shí)時(shí)顯示電池?cái)?shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，查詢(xún)數(shù)據(jù)，并智能分析數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)集中監(jiān)控管理服務(wù)器通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控機(jī)的數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)、管理和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。各類(lèi)結(jié)構(gòu)(C/S或B/S結(jié)構(gòu))終端客戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)和查詢(xún)數(shù)據(jù)。
3 軟件設(shè)計(jì)
組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與控制的專(zhuān)用軟件，能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶(hù)開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的使用方法，其預(yù)設(shè)置的關(guān)鍵模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，并能同時(shí)支持硬件廠家生產(chǎn)的各種計(jì)算機(jī)和硬件設(shè)備與高可靠性的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合［6-8］?？上蛘麄€(gè)監(jiān)控系統(tǒng)提供軟硬件的全部接口，進(jìn)行系統(tǒng)集成。
力控軟件是運(yùn)行在Windows 98/NT/2000/XP操作系統(tǒng)上的監(jiān)控組態(tài)軟件，主要包括工程管理器、人機(jī)界面VIEW、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)DB、I/O驅(qū)動(dòng)程序以及各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組件等［9］。
3.1 軟件組成及功能
VRLA在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的主要功能如下：
(1) 實(shí)時(shí)顯示電池組總電壓、充放電流、電池剩余容量；
(2) 自動(dòng)控制單電池電壓、內(nèi)阻巡檢，并實(shí)時(shí)顯示數(shù)值；
(3) 顯示電池組總電壓和充放電流的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)；
(4) 可查詢(xún)單片機(jī)電壓和內(nèi)阻歷史數(shù)據(jù)及報(bào)表；
(5) 可設(shè)置電池組容量值和內(nèi)阻巡檢周期值；
(6) 可手動(dòng)啟動(dòng)內(nèi)阻巡檢。
3.2 軟件實(shí)現(xiàn)
主控界面如圖1所示，分別顯示電池組總電壓、采樣電流、剩余電量和累積電量，也可以設(shè)置當(dāng)前電池組的電池額定容量，并預(yù)測(cè)剩余電量。實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)體現(xiàn)充放電過(guò)程中總電壓與充放電流之間的相互關(guān)系。
圖1 系統(tǒng)主控界面圖
圖2為單電池采樣界面，分別顯示18節(jié)電池的單電池電壓值和內(nèi)阻值。單電池電壓巡檢過(guò)程采用實(shí)時(shí)采樣方式，采樣時(shí)間間隔為50 ms。因?yàn)殡姵氐膬?nèi)阻在短時(shí)間內(nèi)變化較小，尤其在充電過(guò)程中，因此，電池內(nèi)阻巡檢采用兩種方式：周期采樣方式和手動(dòng)采樣方式。通過(guò)點(diǎn)擊“內(nèi)阻監(jiān)測(cè)”選項(xiàng)，在內(nèi)阻參數(shù)設(shè)置中填寫(xiě)采集周期時(shí)間，系統(tǒng)將按此設(shè)定值周期循環(huán)巡檢，或者點(diǎn)擊“立即采樣”按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)巡檢。
通過(guò)內(nèi)阻的監(jiān)測(cè)可以對(duì)電池的性能進(jìn)行可靠預(yù)測(cè)，并通過(guò)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警，以免出現(xiàn)事故。
3.3 部分程序設(shè)計(jì)
3.3.1 單電池內(nèi)阻的定時(shí)采樣設(shè)計(jì)
內(nèi)阻是考核電池性能的一種相當(dāng)可靠的方法，通過(guò)電池內(nèi)阻可以預(yù)測(cè)其放電性能。為了能夠有效地測(cè)量?jī)?nèi)阻值,采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)周期巡檢和手動(dòng)巡檢相結(jié)合的方法，既可以實(shí)現(xiàn)巡檢的自動(dòng)化，又可以根據(jù)用戶(hù)需要實(shí)時(shí)查看。具體程序如下：
IF ResisDFlag==1 THEN //判斷是否進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)
IF DelayTimeForRDetect>0 THEN //對(duì)查詢(xún)時(shí)間周期進(jìn)行監(jiān)控
DelayTimeForRDetect=DelayTimeForRDetect-1;
#ResistanceDetectSet.#Text20.Text=″內(nèi)阻巡檢中…″;
strPrecentage=IntToStr((120-DelayTimeForRDetect)*100/120,10);
#ResistanceDetectSet.#Text23.Text=strPrecentage+″%″;
ELSE
ResisDFlag=0;
…
HideWindow(″ResistanceDetectSet″);
ENDIF
ENDIF
圖2 單電池采樣界面圖
3.3.2 剩余容量的預(yù)測(cè)計(jì)算
電池組剩余容量使監(jiān)測(cè)可以有效地實(shí)現(xiàn)電池管理，及時(shí)對(duì)電池進(jìn)行充電操作，提高電池組的使用壽命［10］。剩余容量計(jì)算采用連續(xù)系統(tǒng)離散化方法，對(duì)采樣周期離散處理后得：
F(t)=∫?∞0f(t)dt ≈f(t)∑∞k=0δ(t－kT)•T
由上式可知F(t)為實(shí)際采樣后的累積量，近似為離散信號(hào)f(t)∑∞k=0δ(t－kT)與采樣時(shí)間周期T的乘積。按此公式，剩余容量的計(jì)算程序如下：
IF TotleDC_C.pv<-0.7 && TotleDC_C.pv>0.7 THEN //判斷電流是否零點(diǎn)漂移
IF Accumulation_E < Capacity_Battery THEN
Accumulation_E=Accumulation_E-TotleDC_C.pv/3600;//充放電量累積計(jì)算
ELSE
Accumulation_E=Accumulation_E;
ENDIF
ENDIF
Last_E=Accumulation_E*100/Capacity_Battery; //顯示剩余電量百分比
4 系統(tǒng)特點(diǎn)
針對(duì)VRLA蓄電池組在EPS系統(tǒng)中的需求，監(jiān)控軟件主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
信息共享功能 系統(tǒng)服務(wù)器從各遠(yuǎn)程采集站收集當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)通過(guò)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)中，使各個(gè)職能部門(mén)能夠了解實(shí)時(shí)或歷史的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息的共享。
強(qiáng)大的監(jiān)測(cè)功能 在顯示屏上以畫(huà)面、報(bào)表、圖像的形式動(dòng)態(tài)顯示VRLA電池組的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。顯示界面上可顯示當(dāng)前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也可以顯示歷史數(shù)據(jù)，并通過(guò)顏色變化、百分比等手段增強(qiáng)畫(huà)面的可視性。
數(shù)據(jù)管理功能 數(shù)據(jù)管理功能包括：數(shù)據(jù)存檔功能(系統(tǒng)對(duì)其從各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集的各種電壓和內(nèi)阻等信息數(shù)據(jù)，按照其不同類(lèi)型、名稱(chēng)、屬性、時(shí)序等特征分類(lèi)，建立必須的數(shù)據(jù)庫(kù))；數(shù)據(jù)顯示功能(系統(tǒng)對(duì)采集到的各種數(shù)據(jù)，可按照不同形式進(jìn)行顯示，其顯示方式為數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)、表格、圖像、曲線(xiàn)等，并可以用顏色和符號(hào)表明數(shù)據(jù)的性質(zhì))；數(shù)據(jù)處理功能(系統(tǒng)對(duì)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，可進(jìn)行最大值、最小值、平均值等的運(yùn)算處理，可根據(jù)需要生成各類(lèi)報(bào)表、趨勢(shì)曲線(xiàn))；報(bào)表生成和打印功能(操作人員利用系統(tǒng)提供的實(shí)用程序，通過(guò)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話(huà)，可完成報(bào)表的設(shè)計(jì)，并具有隨時(shí)打印的功能)。
遠(yuǎn)程控制功能 為了提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度，通過(guò)RS 485接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制VRLA在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的巡檢過(guò)程，如手動(dòng)巡檢單電池組內(nèi)阻等操作。
5 結(jié) 語(yǔ)
通過(guò)本系統(tǒng)對(duì)VRLA蓄電池組的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，克服了原來(lái)由人工檢查測(cè)量不準(zhǔn)確帶來(lái)的各種問(wèn)題。本系統(tǒng)能夠有效把握VRLA蓄電池組的工作狀態(tài)，監(jiān)測(cè)蓄電池的后備使用狀況。不僅能夠?qū)崟r(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)電池電壓和內(nèi)阻，有效預(yù)測(cè)總電池組容量和單電池的性能，而且能夠通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交互實(shí)現(xiàn)信息共享，提高了監(jiān)測(cè)效率。本系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)家圖書(shū)館、首都機(jī)場(chǎng)等工程的EPS系統(tǒng)中。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】 傳感器 蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè) 運(yùn)行方式
1 概述
蓄電池作為備用電源在供電系統(tǒng)中往往起著極其重要的作用，在交流電失電或其它事故狀態(tài)下蓄電池組一旦出現(xiàn)問(wèn)題，供電系統(tǒng)將面臨癱瘓，造成設(shè)備停運(yùn)及其它重大運(yùn)行事故。近年隨著閥控式密封鉛酸蓄電池（以下簡(jiǎn)稱(chēng)閥控蓄電池）的廣泛使用，加之使用環(huán)境及條件欠佳，因蓄電池提前失效而引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生。如何快捷有效地檢測(cè)出早期失效電池并預(yù)測(cè)蓄電池性能變化趨勢(shì)已成為電池運(yùn)行管理的新課題。隨著技術(shù)的發(fā)展，蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)這一新檢測(cè)技術(shù)開(kāi)始逐步得到運(yùn)用。
ARM9-LEM傳感器是專(zhuān)門(mén)為應(yīng)用于蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)而做的蓄電池傳感器。該傳感器每只模塊監(jiān)測(cè)一塊蓄電池，模塊采用四線(xiàn)制設(shè)計(jì)，通過(guò)與蓄電池的正負(fù)極相連實(shí)現(xiàn)供電和測(cè)量，然后通過(guò)RJ11接口（電話(huà)線(xiàn)接口）實(shí)現(xiàn)至多254個(gè)模塊的相連，經(jīng)由開(kāi)放的串口協(xié)議通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)蓄電池組的監(jiān)測(cè)。該傳感器可以直接測(cè)量單體蓄電池的阻抗、電壓和表面溫度（模塊貼在電池表面）等。
2 蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)硬件平臺(tái)的構(gòu)成
蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一方面需要完成在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)如變電站，數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)合蓄電池參數(shù)的人機(jī)交互，方便用戶(hù)在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)觀測(cè)蓄電池組整體電壓，電流以及各單體電池的阻抗，電壓和溫度；另一方面需要提供網(wǎng)絡(luò)接口，使用戶(hù)在遠(yuǎn)端如中央控制室能夠及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的情況；最后需增加GSM接口，一旦發(fā)生故障，可以用發(fā)短信或者打電話(huà)的方式通知到值班人員。因此有必要設(shè)計(jì)一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)主機(jī)完成以上功能，與ARM9-LEM傳感器sentinel模塊相配實(shí)現(xiàn)整個(gè)蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建。
（1）鑒于sentinel模塊的獨(dú)特設(shè)計(jì)，可以直接對(duì)蓄電池阻抗進(jìn)行測(cè)試，因此系統(tǒng)毋須安裝單獨(dú)的放電模塊。
（2）由于sentinel模塊需要通過(guò)地址來(lái)識(shí)別，該地址是8位的，以上連接最多實(shí)現(xiàn)254塊蓄電池的連接，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控提出的要求至少有帶有人機(jī)交互功能，網(wǎng)絡(luò)功能，GSM發(fā)射功能，sbus總線(xiàn)通訊的功能以及A/D轉(zhuǎn)換接口。
3 基于ARM9的蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)主機(jī)
主機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)帶有人機(jī)交互界面的嵌入式系統(tǒng)。擬采用ARM9+操作系統(tǒng)的方式，選擇ATMEL公司的AT91SAM9261作為系統(tǒng)的主控CPU。
3.1 核心板部分設(shè)計(jì)
核心板的設(shè)計(jì)框圖如圖1：
說(shuō)明：
（1）由于AT91SAM9261采用Dataflash的啟動(dòng)的方式只能工作在溫度高于0℃低于70℃的范圍，一旦溫度低于0℃將無(wú)法啟動(dòng)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，只能使ARM采用外部啟動(dòng)即NOR FLASH啟動(dòng)的方式，因此需要選擇啟動(dòng)模式為外部啟動(dòng)（BMS=0），以達(dá)到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度要求。
（2）Norflash存儲(chǔ)器芯片選擇AMD公司的AM29LV160DB，其容量為4M*16bit，用于存儲(chǔ)BOOT程序，小型操作系統(tǒng)及小型應(yīng)用程序。設(shè)計(jì)時(shí)采用字對(duì)齊方式，即芯片的A0地址線(xiàn)對(duì)應(yīng)ARM芯片的A1地址線(xiàn)。
3.2 擴(kuò)展板部分設(shè)計(jì)
擴(kuò)展板的設(shè)計(jì)框圖如圖2：
（1） SPI flash芯片用于存儲(chǔ)蓄電池傳感器采得的數(shù)據(jù)。此處將芯片的寫(xiě)保護(hù)腳使用ARM的一個(gè)I/O口管理起來(lái)，以防上電或者掉電時(shí)修改片內(nèi)的數(shù)據(jù)。
（2）GSM模塊采用西門(mén)子公司的TC35i模塊，與擴(kuò)展接口（連向ARM新片）之間通過(guò)串口進(jìn)行通訊，另外使用ARM的一個(gè)I/O口控制IGT管腳進(jìn)行模塊的激活。為了保證模塊與SIM卡之間通訊正常，他們之間的走線(xiàn)距離要盡量短。
（3）網(wǎng)卡接口芯片采用DM9000，數(shù)據(jù)包通過(guò)它傳送至以太網(wǎng)直至上位機(jī)軟件。同時(shí)使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程固件升級(jí)，保證主機(jī)運(yùn)行最新的應(yīng)用軟件。
（4）由于AT91SAM9261提供液晶數(shù)據(jù)接口，因此可以直接與LCD實(shí)現(xiàn)連接。
（5）觸摸屏接口芯片采用專(zhuān)用芯片ADS7843完成。
4 整機(jī)聯(lián)調(diào)
在變電站對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，使用2組蓄電池，每組分別有54節(jié)2v 300Ah的蓄電池：
編寫(xiě)測(cè)試程序在系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行，每隔半小時(shí)對(duì)各蓄電池模塊進(jìn)行一次取數(shù)，然后將信息通過(guò)調(diào)試串口打印出來(lái)。下面為某次取數(shù)得到的結(jié)果：
# 1 battery ： 2.28v 24.29 404.9 uohm
# 2 battery ： 2.24v 24.08 362.1 uohm
# 3 battery ： 2.22v 24.29 426.1 uohm
# 4 battery ： 2.29v 24.29 350.1 uohm
# 5 battery ： 2.25v 24.29 381.8 uohm
以上每個(gè)電池的參數(shù)分別為電壓、溫度、阻抗。在未來(lái)的實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的綜合分析，可以得知每只蓄電池的健康狀況；同時(shí)本實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了該平臺(tái)可以應(yīng)用于蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。
5 展望
基于ARM9-LEM傳感器的蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)硬件平臺(tái)不僅可以用于對(duì)蓄電池失效模型和監(jiān)測(cè)算法甚至電池活化技術(shù)的研究，配套監(jiān)測(cè)軟件可以應(yīng)用于各種需要監(jiān)測(cè)蓄電池的實(shí)際場(chǎng)合，如電力、通信、石油、化工、鐵路、煤炭等行業(yè)的直流電源系統(tǒng)以及UPS系統(tǒng)的蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，為蓄電池提供更安全的保護(hù)。
參考文獻(xiàn)：
