蓄電池組在線(xiàn)監測維護系統研究與設計

1 引言

　　現代通訊設備及大型計算機網(wǎng)絡(luò )系統對電源系統的可靠性要求很高。目前大部分通訊用開(kāi)關(guān)電源及計算機用UPS 電源,都采用大功率蓄電池作為市電中斷時(shí)的后備電源系統,蓄電池組作為系統設備正常運行的最后一道防線(xiàn),對其進(jìn)行有效的在線(xiàn)監測、放電和容量測試,為相關(guān)部門(mén)了解蓄電池組的性能提供準確可靠的數據,具有特殊的作用和意義。

　　本文以DS80C320 單片機為核心,設計了一種在蓄電池組使用過(guò)程中對電流、電壓、溫度等參數進(jìn)行在線(xiàn)監測、對蓄電池組進(jìn)行恒流放電和容量測試的多功能監測維護系統。

　　2 系統工作原理

　　本系統主要有三大功能模塊: 在線(xiàn)參數監測模塊、恒流放電控制模塊和電池剩余容量*估模塊。

　　在線(xiàn)參數監測模塊實(shí)時(shí)對各蓄電池的電壓、電流、溫度進(jìn)行在線(xiàn)監測。

　　系統采用光繼電器切換的方式依次獲取每只電池的電壓,每次接通一節電池(如圖1 所示),雙刀繼電器S1、S2 起倒相作用,以確保后級電路的極性一致;整個(gè)蓄電池組的電流則通過(guò)霍爾型電流傳感器采集;對電池溫度的測量是通過(guò)在電池表面安置溫度傳感器實(shí)現的,根據在線(xiàn)測得的電池溫度, 找出溫度異常的電池。研究表明,無(wú)論是恒流放電、限壓恒流充電還是浮充狀態(tài),荷電量最小的電池溫度最高。

　　恒流放電控制模塊實(shí)現對蓄電池組的恒流放電,滿(mǎn)足蓄電池組的日常維護需要。

　　該模塊的原理是通過(guò)單片機控制相應的負載來(lái)給蓄電池放電,難點(diǎn)在于如何實(shí)現電流的連續可調性。本文采用的方法是: 采用若干路固定阻值的電阻, 使得每一路(K1~Kn)能夠實(shí)現一固定的放電電流;另外再采用一路(K1’)阻值稍小的電阻,利用斬波原理,獲取一線(xiàn)性可調的放電電流(該路電流比其他幾路電流稍大) , 通過(guò)對該路電流與其他幾路電流進(jìn)行組合,即可實(shí)現放電電流的連續可調, 如圖2 所示。

圖1 在線(xiàn)參數監測原理

圖2 恒流放電控制原理

　　電池剩余容量*估模塊通過(guò)測試蓄電池的內阻,*估蓄電池的剩余容量。

　　由于蓄電池的容量與電池內阻存在很強的相關(guān)性,一般而言,電池的容量越大,內阻就越小,因此可以通過(guò)對蓄電池內阻的測量,對電池的容量進(jìn)行在線(xiàn)*估。

　　內阻測量是一個(gè)比較復雜的過(guò)程, 目前常見(jiàn)的方法主要有密度法、開(kāi)路電壓法、交流法和直流放電法。密度法、開(kāi)路電壓法、交流法分別由于測量手段不合適、測量精度低及測量值為靜態(tài)值的原因,不適合作為蓄電池內阻的測量方法,本系統采用直流放電法測量蓄電池內阻, 通過(guò)對電池進(jìn)行瞬間大電流放電, 測量電池上的瞬間電壓降, 繪制出電池的放電曲線(xiàn), 判斷曲線(xiàn)的變化率, 再結合用戶(hù)輸入的標稱(chēng)電壓和容量值, 得出蓄電池的狀態(tài)。實(shí)際試驗證實(shí): 當檢測電流達到一定值時(shí), 電池的負載電壓與實(shí)際容量有嚴格的線(xiàn)性對應關(guān)系。