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UPS蓄电池在线监测系统的设计王宽;贺昱曜;郑普;陈金平【摘要】The battery is the main component in the Uninterrupted Power Supply (UPS) system. It is a great significance to monitor the battery on-line and know the state of health (SOH) of battery in time, which could improve the reliability of UPS systems. Thus, an on-line monitoring system based on ARM is designed. The system can monitor the battery voltage, current and transfer the values to PC by CAN bus real-time. In this paper, the 2nd order RC equivalent battery model has been employed, the least square algorithm has been adopted to identify the parameters of battery model, the relationship between open voltage and SOC has been appliedto estimate the SOC. The SOH could display by PC software intuitively, which could point out the failure battery timely, prolong the service life of the battery and guarantee the safe operation of UPS system.%蓄电池是UPS系统的重要组成部分，对蓄电池进行在线监测，及时掌握蓄电池的健康状态，对提高UPS系统的可靠性具有重要意义。
铅酸蓄电池在线监测系统关键字：铅酸蓄电池在线监测系统蓄电池内阻仪蓄电池放电仪蓄电池检测仪当前，蓄电池的检测和监测已逐渐成为一个热点问题，电力系统、电信系统、移动通讯系统及其他信息产业领域都对蓄电池的检测和监测提出了相应的要求，各大生产厂商都在积极开发相关产品。
从信息安全和供电安全角度来说，电池监测本身与电池具有同样的重要性。
在高度现代化的当今社会，很难想象电力网停电、电信网瘫痪给社会政治、经济带来的损失。
为了避免这样的损失，在相应的设备上都使用电池作为备用电源，这样，即使电力网停电，也可以从容地采用其他应急手段，避免重大损失的发生。
电池如同其他电子元件一样，同样存在早期失效问题，而且电池还存在正确运行的问题，电池监测正是要从这两个角度来提高系统的可靠性，也就是说一方面监测可以保证电池处于正确的运行状态，另一方面监测可以发现即将失效的电池。
所以电池监测对重要系统的运行安全具有重要的意义。
电池监测并不是一个新的概念，它的历史几乎同铅酸电池的历史一样长，只是由于电子技术和信息技术的发展才给它注入了新的概念。
从使用者的角度说，仅仅对电池组电压和电池组电流进行监测的产品已经不能满足需要，具有单体电池电压监测乃至具有电池内阻监测的产品正在被越来越多地采用。
另一方面，新技术已经广泛采用，继电器触点式电池切换逐渐消失代之以先进的电子式切换，单片机技术使监测产品具有了强大的功能，数字信号处理技术使监测产品具有更高的精度和更低的成本。
这一领域的各种应用使新一代电池监测产品正从各个角度不断完善。
蓄电池用户最关心的问题是电池监测产品能否满足他们应用系统的安全要求。
而市场上销售的电池监测产品并非都能令用户满意。
从国内外的研究结果来看，单体电池电压监测除了能够发现电池短路和电池断路这样类型的电池失效外，对电池容量下降很难发现，电池容量下降是电池失效的最主要模式，目前只有电池内阻监测可以有效地发现这样的电池。
产品的性能和成本是用户最关心的两个问题。
浅谈蓄电池在线检测系统技术设计方案摘要：文章通过介绍滁宁城际蓄电池在线检测系统技术设计方案，阐述滁宁城际蓄电池在线检测系统设计方法与理念；对比分析与市域D型车设计的异同。
关键词：蓄电池在线监测；市域车蓄电池作为为车辆提供控制用电的重要系统，能否正常工作将直接影响到车辆的安全运行，在出现问题时能否及时发现并得到妥善处理，将直接关系到乘客的安全。
1.蓄电池在线检测系统介绍本文介绍的蓄电池在线检测系统已经应用于滁宁城际动车项目，不仅能实时监控蓄电池的状态，还能对蓄电池的故障状态进行早期预警，并可将数据上传到车辆管理平台，便于维修人员及时掌握蓄电池的使用维护情况。
2.系统方案设计在列车正常工作时，主控器对蓄电池组总电压、总电流、电池模组单元电压、温度进行测量，根据收集的数据进行分析并依据预设的报警阈值进行告警。
蓄电池组实时数据及告警信息通过以太网上传至车辆，电池组的历史数据可通过以太网传输给车辆。
同时用户可通过PC端软件对数据进行下载与分析，生成相应的监测报告。
2.1主控器主要功能为：1）电池总电压和总电流检测；2）通过以太网与车辆通讯；3）使用以太网接口进行设备维护，方便实现与维护上位机的数据交互。
2.2采集盒：组电压和温度检测接入采集盒，采集盒通过RS485将检测到的数据传输给到主控器。
终端器主要功能为：采集电池组电压和温度检测；1路RS485通讯。
2.3线缆布置：采集电缆通过OT端子与电池极柱体连接，再集中到电气柜的主控器。
端子与电池极柱体连接示意图如下所示2.4采集点布置：电压采样节点布置和温度采样节点的布置如图所示；其中红点：同时采集电压和温度的复合采集点；黄点：只采集电压的采集点。
2.5电流传感器：采用莱姆的霍尔电流传感器LT 308-S6，电流传感器与主控器相连，利用两个M4的螺钉安装在蓄电池电路主回路中。
2.6故障报警：主控器检测主要的报警类型有：①电池组电压过低；②电池组电压过高；③电池组区域过温；④电池组充电过流；⑤电池组放电过流；⑥单组电池电压超压；⑦单组电池电压低压。
蓄电池性能在线监测技术研究与系统设计引言在电力系统中，综合自动化装置、继电保护装置、照明系统等均由直流系统供电。
因此，直流系统的稳定、可靠对系统的安全运行有着及其重要的作用。
蓄电池组在直流电源中充当了后备电源的角色。
在正常工作状态下，充电机对蓄电池充电；当系统中的交流电源失电时，蓄电池立即带负荷运行。
为确保直流系统的可靠性和稳定性，必须实现对蓄电池性能的全面、准确地在线监测。
1 蓄电池在线监测技术基本原理通常，对直流系统蓄电池性能的在线监测是通过对单体电池端电压的测量及核对性放电来实现。
这种测试方法主要是在蓄电池浮充状态下完成，无法反映出蓄电池的真实性能状况，其主要原因是在浮充时，蓄电池性能即使比较差，所测得的端电压也可能是合格的，但其本身的剩余容量无法满足在交流系统停电时的性能需求，极易导致事故范围扩大[1]。
根据IEEE1188-1996技术标准，蓄电池容量与电池内阻有着很大的相关性。
一般情况下，电池容量和内阻成反比，要想对容量进行准确的评估，就需要对蓄电池内阻进行精确的测试。
一套较完善的蓄电池在线监测系统应具备蓄电池组单体电池电压、内阻、充放电电流以及温度的测量功能[1] [2]。
同时，在线监测系统还应能够将蓄电池组的测试信息通过网络传送到监控中心，实现远程监控和信息管理。
1.1 单体电池电压测量对于容量较大的直流操作电源系统，蓄电池多使用108节，单体额定电压为2V的电池串联获取。
其中，单体电池的两端共模电压比较高，往往会超出模拟开关共模电压输入范围，为了消除这一影响，可以通过轮流切换电磁继电器来测量单体电池电压。
考虑到电磁继电器寿命以及动作时间上的弊端，在线监测系统使用BURR-BROWN公司的可承受高共模电压的差分放大器INA148。
图1为测量单体电池电压的原理图。
INA48+15V -15V236-200VmaxINA48+15V -15V236INA48-15V236+200Vmax+15V多路模拟开关U/f 变换器AD652光耦隔离TLP621-1光耦隔离TLP521-4MCC68332单片机Tpu地址选择图1 测量单体电池电压的原理图1.2单体电池温度测量内阻的存在使得电池充放电时会出现温度的变化。
嵌入式系统论文题目：电动车智能电池快速检测系统目录1引言 (1)2系统模块设计 (1)2.1STM32 基本外围电路设计 (1)2.2电量指示电路 (3)2.3电源电路设计 (4)2.4报警电路 (4)2.5电池检测电路 (5)2.6LCD显示模块电路设计 (5)2.7复位电路和时钟电路 (6)3程序设计 (7)21引言铅酸蓄电池用填满海绵状铅的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用1.28％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。
电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。
电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。
移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。
铅蓄电池是能反复充电、放电的电池，叫做二次电池。
它的电压是2V，通常把三个铅蓄电池串联起来使用，电压是6V。
汽车上用的是6个[2]铅蓄电池串联成12V的电池组。
铅蓄电池在使用一段时间后要补充蒸馏水，使电解质保持含有22～28％的稀硫酸。
电动车采用铅酸蓄电池是从生产难度、成本、可靠性等多方面考虑的结果。
铅酸蓄电池其基本特点是使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾，电池盖子上设有单向排气阀(也叫安全阀)，它作用是当电池内部气体量超过一定值(通常用气压值表示)，即当电池内部气压升高到一定值时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关阀，防止空气进入电池内部。
阀控铅酸蓄电池与汽车等用的普通铅酸蓄电池相比有二个主要特点：一是密封；二是干态。
密封是指基本无酸雾排出。
一般情况下阀控铅酸蓄电池在运行（充放电）过程中是“零排放”，只有在充电后期蓄电池内的气体压力超过安全阀的开放压力时才为有少量的氢和氧混合气体排放，此时有过滤材料滤去了带出的少量酸雾。
干态是指阀控铅酸蓄电池没有自由流动的电解液，可以任何方向放置，不怕颠簸、碰撞，即使外壳破裂也不会有酸漏出。
摘要铅酸蓄电池组是许多交通工具的动力源或应急电源，因此电池组的性能将直接关系到交通工具的正常运行。
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。
由于受环境限制，要求系统简小而且实用，方便对单一电池进行维修和日常的维护，因此本次设计的是检测一路蓄电池端电压的系统。
监测系统是以AT89C51单片机为核心，其工作性能优良，使用灵活、功耗低，是一个性价比较高的芯片。
数据采集完成后选用ADC0809进行电压信号的模数转换，测量数据在LCD1602上显示，通过MAX232电平转换电路将测得的电压数据传到PC机上显示、存储。
关键词：单片机；铅酸蓄电池；智能检测；显示；通讯AbstractThe lead-acid storage battery group is the drive power supply or contingency power supply for many traffic tools．So the performance of the storage battery group is directly related to the normal running of traffic tools．It is necessary to measure batteries’ parameters accurately and frequently in order to enhance their lives，run them reliably and ensure the batteries in the optimal working states．In the past the testing of the storage batteries’parameters was completed artificially．However this method has many disadvantages．It’s slow to test batteries artificially，the measurement precision is low，and the surroundings of storage battery cabin are very harmful to people’s health．So it’s very important to design a device which can test batteries automatically．Because suffer environmental restrictions, request system, convenient and practical Jane small on a single battery for repair and routine maintenance of the design, so the battery voltage is the system test all the way. Monitoring system based on AT89C51, its work fine performance, use agile, low power consumption, is a high cost performance chip. Data collection after the completion of the ADC0809 voltage signal selection in frequency-field on LCD1602, measurement data display, through MAX232 level measured transform circuit will the voltage upload data PC computer display, storage.Key W ords：Single—chip computer；Lead-acid battery；Intellectual detection system；Display; communication目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1铅酸蓄电池的简单介绍 (1)1.2铅酸蓄电池检测系统简介 (3)1.3进行铅酸蓄电池研究的主要意义 (3)2 硬件部分主要芯片简介 (5)2.1单片机AT89C51 (5)2.2液晶显示芯片LCD1602 (8)2.3模数转换芯片ADC0809 (10)2.4锁存器扩展并行输出口74LS373 (12)2.5电平转换芯片MAX232 (14)3 硬件部分设计 (16)3.1硬件部分原理框图 (16)3.2最小系统电路 (18)3.3电压测量电路 (20)3.4显示电路 (21)3.5通讯电路 (23)4 软件部分设计 (25)4.1系统总程序设计 (25)4.2电压测量A/D转换程序设计 (26)4.3显示程序设计 (29)4.4通讯程序设计 (32)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附录1 蓄电池智能检测原理图设计 (37)附录2 蓄电池智能检测PCB图设计 (38)附录3 蓄电池智能检测程序设计 (39)1 绪论交通工具用动力蓄电池通常由多节单体电池串联或者并联构成，一般串联的单体电池数可达到十至几十个单体电池电压一般是12V，总电压在100V以上，总容量在100Ah 以上。
基于嵌入式系统的铅酸蓄电池充电控制器设计绪论铅酸蓄电池作为一种可重复使用的储能设备得到了广泛的应用，但是充电一直是影响其使用寿命的关键问题。
因此，本文致力于研究并设计一种快速、安全、智能的蓄电池充电控制器。
本文根据充电系统的功能要求和技术指标，进行了总体方案设计。
蓄电池充电控制器的控制方式采用基于时下最常用的嵌入式ARM7 微处理器LPC2292的数字控制。
充电系统采用多模式充电控制策略，分别为激活充电、大电流快速充电、过充电和浮充电四种模式。
根据充电系统的总体方案，对充电控制器的硬件和软件进行了详细的设计与实现。
硬件部分主要充电控制器的驱动电路，采样电路，保护电路以及辅助电源的设计。
软件部分主要包括介绍了μC/OS -II 实时操作系统在ARM7上的移植和各个软件模块包括A/D 采样、控制器数据的处理以及数据在LCD 显示等程序的实现。
关键字：嵌入式；铅蓄电池；充电控制器；LPC2292ABSTRACTAs a reusable energy storage device to the lead-acid battery has been widely used, but the charge has been a key issue is the impact of its useful life. Therefore, this paper is committed to research and design a fast, safe, smart battery charge controller.According to the charging system functional requirements and technical specifications, the design of the overall program. Battery charge controller control among the most commonly used embedded ARM7 microprocessor LPC2292-based digital control; charging system using multi-mode charging control strategy, were activated charging, high-current fast charge, over-charge and floating charge four mode. According to the general scheme of the charging system, a detailed design and implementation of the hardware and software of the charge controller. The hardware part of the main charge of the driving circuit of the controller, the sampling circuit, the protection circuit and an auxiliary power supply design. The software part includes ARM7 transplant of μC / OS-II real-time operating system and software modules, including the A / D sampling, the controller data processing and data in the LCD display program realization.Keywords: embedded; lead-acid batteries; charge controller; LPC22921 绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 蓄电池充电装置的研究现状 (1)1.3 蓄电池充电方法的研究 (2)1.3.1恒流充电方式 (2)1.3.2恒压充电方式 (2)1.3.3浮充方式 (2)1.3.4涓流充电方式 (3)1.3.5分阶段充电方式 (3)1.4本文研究内容 (3)2 蓄电池充电控制器的总体方案设计 (4)2.1 充电控制器的功能和技术要求 (4)2.2 蓄电池充电控制器的总体方案 (4)2.3 充电主电路拓扑结构分析 (5)2.4 系统控制方式的分析与选择 (6)2.5 蓄电池充电方法的选择 (7)3 嵌入式ARM 及LPC2292 微处理器介绍 (9)3.1 嵌入式系统概述 (9)3.1.1 嵌入式系统的定义 (9)3.1.2 嵌入式系统的特点 (9)3.2 嵌入式系统的现状和发展趋势 (10)3.2.1 嵌入式系统的发展现状 (10)3.2.2 嵌入式系统发展的未来趋势 (10)3.3 常用微处理器 (11)3.4 ARM MCU 介绍 (11)3.5 ARM7 介绍 (12)3.5.1 ARM7 系列 (12)3.5.2 ARM7TDMI 介绍 (12)3.6 LPC2292 微处理器简介 (13)4 基于嵌入式的充电控制器的硬件设计 (16)4.1 接口电路设计 (17)4.1.1时钟电路及复位电路 (17)4.1.2 JTAG 调试接口电路 (18)4.1.3 LCD 串行接口设计 (18)4.1.4 RS232 接口设计 (19)4.2驱动电路的设计 (20)4.3 采样电路设计 (21)4.3.1输入电压采样电路 (21)4.3.2蓄电池端电压采样电路 (22)4.3.3蓄电池充电电流采样电路 (22)4.3.4蓄电池温度采样电路 (23)4.4保护电路设计 (24)4.5电源电路设计 (24)5 嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ (26)5.1嵌入式操作系统 (26)5.1.1 操作系统概述 (26)5.1.2 μC/OS-Ⅱ的特点 (26)5.2 μC/OS-Ⅱ的移植 (28)5.2.1 μC/OS -II 的文件体系 (28)5.2.2 μC/OS-Ⅱ的移植内容 (29)5.2.3μC/OS-Ⅱ在系统中的应用 (29)5.2.4μC/OS-Ⅱ的消息邮箱 (30)6 系统软件设计与实现 (31)6.1 系统软件的总体结构 (31)6.2 应用μC/OS -II 的必要准备 (31)6.2.1 定义任务优先级 (31)6.2.2 定义任务栈空间 (31)6.2.3 定义消息邮箱 (32)6.2.4 μC/OS -II 的基本函数 (32)6.3 主控模块及其流程图 (33)6.4 主任务模块及其流程图 (34)6.4.1 A/D 采样模块软件设计 (34)6.4.2 数字滤波模块软件设计 (34)6.4.3 充电模式的设计 (35)6.4.4 LCD 显示任务模块及其流程图 (35)7 结论 (37)参考文献 (38)致谢 (39)1 绪论1.1 研究背景及意义自从1859 年法国科学家普朗特以铅为电极制成铅酸蓄电池以来，铅酸蓄电池经过一百多年的发展与完善，已经成为世界上广泛使用的一种化学电池，铅酸蓄电池由于其成本低、容量大、安全可靠等特点，在通讯、铁路、军事、电动汽车、光伏发电等各个领域都有广泛的应用，逐渐发展成为社会生产和人类生活中不可缺少的设备。
