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蓄电池检测系统设计蓄电池作为一种供电方便、平安可靠的直流电源广泛应用于电力、石化、通讯等领域，为获得较高的电压，常用多节蓄电池串联工作方式。
由于单体蓄电池特性的差异，在运行一段时间后，电池组中个别电池性能变差，进而失效，造成电池组整体性能下降，导致整个系统的可靠性降低，且蓄电池是一种化学反映装置，内部的化学反映不易及时发现，因此有必要对蓄电池的运行状态进行实时在线监测。
1.1 本课题研究的意义蓄电池作为一种化学电源，1860年普兰特首次创造了实用的蓄电池以来，蓄电池以其价格低廉、易于浮充使用、电能效率高、电源独立性好、可移动等优点被广泛应用于发电厂、变电站、邮电通讯系统、汽车、船舶、铁路客车等各个领域。
随着经济的迅速开展，电力系统和通信系统发挥着越来越重要的作用，由蓄电池组、充电浮充电装置以及馈电支路开关和熔断器等组成的直流系统是发电厂、变电站和通信基站中的一个重要组成局部，其工作状况的好坏直接影响到电力系统和通信系统的平安、可靠和高效运行。
而蓄电池组作为直流系统向外供电的唯一设备，为电力系统和通信系统中的信号装置、继电保护装置和控制装置等重要负载提供工作电源，其性能的好坏直接关系到电力系统和通信系统的平安可靠性。
因此为了确保用电设备即使在交流电源全部中断的情况下也能正常平安连续运行，必须保证蓄电池组的运行状态性能良好，在发生火电中断时能够有足够的放电容量，所以重视和加强对蓄电池的维护工作，特别是对蓄电池实施实时在线监测意义重大。
1.2 国内外开展状况随着科学技术的开展，特别是单片机和计算机在智能化控制方面的应用，以及在变电站综合自动化系统等方面研究的深入，关于蓄电池的自动化监测问题也提到日程上来。
近几年以来，很多人开始研究蓄电池的自动化监测。
蓄电池监测系统中，主要内容是对单电池电压的监测。
其中，关于温度和电流的测量都属常规测量，而且在这些方而的测量技术都己成熟。
在电压的测量方法上，对单个电压量的测量方法非常简单。
BCSU蓄电池组在线监测管理系统一、概述蓄电池监控的必要性近年來随着經濟快速成長，通讯、电力、UPS等行业也快速发展，蓄电池的用量也迅速增加。
在目前蓄电池使用中，並無法知道蓄电池運作狀況，往往直到事故發生後才知道蓄电池出了問題，比如說看似正常的蓄电池放电时却放不出电来，對於供電安全造成重大威脅。
这种状况的发生主要原因在于蓄电池的运行状态没有得到有效的监测，一旦由多个蓄电池串联构成的蓄电池组中出现某一個蓄电池失效，就会导致整个蓄电池组不能正常放电。
蓄电池作为安全不间断供电的最后一道保障措施，同时也是不间断供电系统里面最不安全的因素(據統計UPS系統無法正常供電所引發的事故中，其中有50%是由电池故障所引起)。
由此可見，對蓄電池進行在線監控，即時了解蓄電池的狀況是非常重要的。
北京群菱能源科技有限公司是一家专注于蓄电池检测维护、在线监测技术领域方面产品的开发﹑生产、销售的高科技公司，为全球工业后备电源用户提供高性能、可靠、稳定的蓄电池在线监测产品及优质的服务。
已为国内外的数据中心、电力变电站、电厂、通信机房、通信基站等提供数以万计的蓄电池在线监测系统。
BCSU蓄电池在线监测系统是群菱公司推出的新一代产品，延续了原产品高性能的同时，对系统进行了全面的升级，不仅在性能上还包括接入第三方系统的方便性、实用性、方案配置的灵活性都处于行业领先地位。
成功案例百度数据中心 北京电子商务中心大唐多伦煤化工 中芯电子无锡地铁 上海银联西部管道各管理站 南方电网宁厦电力 北京空管二、BCSU 蓄电池组在线监测系统组成：蓄电池在线监测管理系统由系统管理单元（主机）、电池组监测模块（内阻、容量）、单体监测模块、系统管理软件等部分组成。
系统采用模块化设计，数据采用三层结构进行传递，将现场的电池组信息由电池组监测模块、单体检测模块和内阻测量模块负责采集，通过监测主机进行数据管理，最终传递给数据服务器，由远程客户端进行数据和报警查询、统计、打印报表等。
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。
蓄电池组在线监测维护系统研究设计
1、系统工作原理
本系统主要有三大功能模块: 在线参数监测模块、恒流放电控制模块和电池剩余容量*估模块。
在线参数监测模块实时对各蓄电池的电压、电流、温度进行在线监测。
系统采用光继电器切换的方式依次获取每只电池的电压,每次接通一节电池,双刀继电器S1、S2 起倒相作用,以确保后级电路的极性一致;整个蓄电池组的电流则通过霍尔型电流传感器采集;对电池温度的测量是通过在电池表面安置温度传感器实现的,根据在线测得的电池温度, 找出温度异常的电池。
研究表明,无论是恒流放电、限压恒流充电还是浮充状态,荷电量最小的电池温度最高。
恒流放电控制模块实现对蓄电池组的恒流放电,满足蓄电池组的日常维护需要。
该模块的原理是通过单片机控制相应的负载来给蓄电池放电,难点在于如何实现电流的连续可调性。
本文采用的方法是: 采用若干路固定阻值的电阻, 使得每一路(K1~Kn)能够实现一固定的放电电流;另外再采用一路(K1’)阻值稍小的电阻,利用斩波原理,获取一线性可调的放电电流(该路电流比其他几路电流稍大) , 通过对该路电流与其他几路电流进行组合,即可实现放电电流的连续可调,
电池剩余容量，估模块通过测试蓄电池的内阻,估蓄电池的剩余容量。
由于蓄电池的容量与电池内阻存在很强的相关性,一般而言,电池的容量越大,内阻就越小,因此可以通过对蓄电池内阻的测量,对电池的容量进行在线估。
内阻测量是一个比较复杂的过程, 目前常见的方法主要有密度法、开路电压法、交流法和直流放电法。
密度法、开路电压法、交流法分别由于测量手段不合适、测量精度低及测量值为静态值的原因,不适合作为蓄电池内阻的测量方法,本系统采用直流放电法测量蓄电池内阻, 通过对电池进行瞬间大电流放电, 测量电池上的瞬间电压降, 绘制出电池的放电曲线, 判断曲线的变化率, 再结合用户输入的标称电压和容量值, 得出蓄电池的状态。
实际试验证实: 当检测电流达到一定值时, 电池的负载电压与实际容量有严格的线性对应关系。
2、系统设计
硬件设计
本系统的硬件由三部分组成:单片机最小系统、电流/ 电压和温度采集电路、放电控制电路。
单片机最小系统由时钟电路、复位电路、键盘、液晶、扩展的串行接口等组成。
系统的采集部分采用高精度的A/D 转换器，具有8 通道12 位转换精度,单5V供电,程序可选的输入范围:±10V、±5V、0~10V、0~5V,6us 的转换时间,100ksps 的采样频率,输入多路开关具有±16.5V的错误输入电压保护, 自带4. 096V电压基准并可向外部提供, 内部或外部时钟, 两种节点模式。
蓄电池温度的采集采用的是数字温度传感器DS1,它具有I 2C 总线,测量温度范围-55°C～＋125°C,具有0.03125℃的分辨率,最长在1S 内就可完成温度的转换, 单片机只需读取13bi t 的转换结果即可。
用户可在放电前设置好安全温度,放电过程中系统实时采集温度, 并与用户设定值进行比较, 一旦超出设定值, 系统会自动停止放电, 以防止大电流放电对蓄电池性能的进一步损害。
系统的一路可调电流放电控制是利用斩波技术来实现的。
工作频率为1 k H z ～300kHz,输出电压达40V,输出电流达200mA,输出控制可选单端或推挽式。
12 位D/A转换器输出模拟电压控制控制器的第3 脚,则从第9 和10 脚便会输出脉冲宽度受控的方波,以此方波为控制信号去控制MOS 管开关,结合电容和大功率电感便可实现连续可调的电流。
本系统的特别之处是: 系统在CPU 的两个串口基础上实现了两个接口,一个用于连接PC机,另一个用于级联另一个本系统,这样用户就可通过PC机对系统进行远程控制,并可将系统内存中记录的数据读取到PC 机,实时查看各项参数,对电池组性能进行监控。
通过另一个口将两个本系统级联可以使放电电流最大达到800A,以满足更大容量电池组的要求。
软件设计
系统的正常工作是硬件与软件共同完成的。
本系统下位机软件采用C 语言编写,采用模块化的程序设计方法,主要包括初始化模块、主程序模块、电压/ 电流采集模块、放电控制模块、通讯模块、显示模块、数据记录模块、电池内阻测量模块。
系统抗干扰设计
由于系统的使用现场具有大功率高频开关电源,电磁干扰比较严重。
干扰的存在会影响整个单片机系统的可靠性与稳定性, 甚至会导致放电电流失控, 对蓄电池组及系统本身造成损坏,发生预想不到的事故。
所以系统从软件和硬件设计上都注重解决干扰问题。
系统硬件抗干扰措施主要有:⑴重要的控制信号线采用光电隔离技术; ⑵采用看门狗微处理器监控芯片;⑶模拟地与数字地分开,并通过电容与系统外壳相连;⑷两个串口也采用光电隔离;⑸印制板在布局以及布线过程中区分了高频与低频部分,地线足够宽;⑹各个电路模块之间的信号线尽量短,并使用相互绞合的屏蔽线, 且屏蔽层良好接地。
系统软件抗干扰措施主要有: ⑴采样值取平均值,抑制突发干扰; ⑵设置软件看门狗, 避免程序陷入死循环, 防止程序“跑飞”; ⑶采用软件冗余技术。
总结
不同环境下的实际运行表明, 采用8 位单片机为核心的蓄电池在线监测维护系统,具有较高的测量精度, 根据电压和内阻综合判断蓄电池的性能,能准确地反映蓄电池的运行状态, 及时报告故障信息,友好的界面使得用户能方便地察看系统运行的实时参数, 通过设置权限可以在线修改系统参数和进行控制,取得了较好的应用效果。
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