基于A(yíng)RM9與LEM傳感器的蓄電池在線(xiàn)監測硬件平臺

1 概述

蓄電池作為備用電源在供電系統中往往起著(zhù)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問(wèn)題，供電系統將面臨癱瘓，造成設備停運及其它重大運行事故。近年隨著(zhù)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。閥控蓄電池由于特殊的閥控式密封結構，使得我們無(wú)法準確掌握蓄電池的健康狀況，其“免維護”的這一優(yōu)點(diǎn)，反而成為電池運行管理中的缺點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)極其容易誤導用戶(hù)。在提高電池性能、減少維護工作量的同時(shí)，如何快捷有效地檢測出早期失效電池并預測蓄電池性能變化趨勢，已成為電池運行管理的新課題。目前除了核對性放電、電壓巡檢等常規維護檢測手段外，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展一些新的檢測手段孕育而生，蓄電池在線(xiàn)監測這一新檢測技術(shù)開(kāi)始逐步得到運用[1]。

北京萊姆電子是瑞士萊姆集團(LEM)的全資子公司，由瑞士研發(fā)、北京生產(chǎn)的Sentinel模塊是專(zhuān)門(mén)為應用于蓄電池在線(xiàn)監測而量身定做的蓄電池傳感器。該傳感器只有火柴盒大小，每只模塊監測一塊蓄電池，模塊采用四線(xiàn)制設計，通過(guò)與蓄電池的正負極相連實(shí)現供電和測量，然后通過(guò)RJ11接口(電話(huà)線(xiàn)接口)實(shí)現至多達254個(gè)模塊的相連，經(jīng)由開(kāi)放的串口協(xié)議通訊實(shí)現對整個(gè)蓄電池組的監測。該傳感器可以直接測量單體蓄電池的阻抗、電壓和表面溫度(模塊貼在電池表面)，連線(xiàn)、安裝方便，同時(shí)模塊的質(zhì)保期為五年，完全跨越蓄電池的失效周期，因此，非常便于構建蓄電池在線(xiàn)監測系統。

2 蓄電池在線(xiàn)監測硬件平臺的構成

蓄電池在線(xiàn)監測系統一方面需要完成在工業(yè)現場(chǎng)，如變電站、數據中心等場(chǎng)合蓄電池參數的人機交互，方便用戶(hù)在現場(chǎng)觀(guān)測蓄電池組整體電壓、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)在遠端如中央控制室，能夠及時(shí)了解現場(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，有必要設計一臺現場(chǎng)監測主機完成以上功能，與Sentinel模塊相匹配，實(shí)現整個(gè)蓄電池在線(xiàn)監測系統的構建，如圖1所示。

圖1 在線(xiàn)監測硬件平臺的構成

對在線(xiàn)監測硬件平臺有以下值得說(shuō)明的地方。

(1)由圖1可見(jiàn)，鑒于sentinel模塊的獨特設計，可以直接對蓄電池阻抗進(jìn)行測試，因此，系統毋須安裝單獨的放電模塊。

(2)由于sentinel模塊需要通過(guò)地址來(lái)識別，該地址是8位，以上連接最多實(shí)現254塊蓄電池的連接。

(3)理論上圖中用虛線(xiàn)指示的Sbus通訊線(xiàn)是不需要連接的，但是考慮到工業(yè)現場(chǎng)的復雜性，如兩模塊之間的通訊線(xiàn)一旦被破壞，則某些模塊將不在線(xiàn)路中。因此，出于冗余設計的考慮，在現場(chǎng)允許的情況下，盡量布置該線(xiàn)纜。

(4)圖中的電流變送器一般用于主機測量充放電電流，感知蓄電池的狀態(tài)，是非常必要的?？紤]現場(chǎng)施工方便，盡量使用外置的電流變送器，而不將該變送器布置在主機內，否則電池充放電線(xiàn)纜(往往是很粗的線(xiàn)纜)需要繞經(jīng)主機，不經(jīng)濟也不安全。

(5)使用GSM天線(xiàn)的時(shí)候，要實(shí)地測量當地的信號強度，某些機房信號屏蔽嚴重，此時(shí)可以考慮將天線(xiàn)移到室外，以實(shí)現信號的通暢發(fā)送。

由以上的分析可知，對現場(chǎng)監控提出的要求至少帶有人機交互功能、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轉換接口。