一種采用自動(dòng)校正的ups蓄電池組巡檢系統的設計

1 引言

數字化控制技術(shù)在UPS中應用日益廣泛，提高了產(chǎn)品的集成度，增強了系統的柔性和智能性。準確、及時(shí)地檢測出蓄電池組中每一節電池的狀態(tài)就成了UPS系統可靠運行的一個(gè)必不可少的組成部分。蓄電池組中的每一節電池的電壓、電流通過(guò)DSP采樣，從而分析實(shí)現了電池巡檢數字化管理，電池的智能化管理全面提高UPS穩定性，提高了系統運行的可靠性。多節電池串聯(lián)后的高壓?jiǎn)?wèn)題成為蓄電池巡檢必須解決的問(wèn)題，要求每一節電池的采樣必須實(shí)現電氣隔離，硬件設計必須考慮到系統的復雜性、穩定性和成本。在實(shí)際應用中，UPS系統中電池巡檢方法很多，但各種方法均存在缺陷，本文提出了一種較為合理的科學(xué)方法，將每一節電池的電壓信號經(jīng)數字光耦無(wú)源耦合后，由DSP采樣，通過(guò)軟件實(shí)現非線(xiàn)性自動(dòng)校正。由于普通的數字光耦存在嚴重的溫度漂移缺點(diǎn)，采用線(xiàn)性光耦對電池組整體電壓進(jìn)行采樣，通過(guò)DSP計算，解決溫度漂移問(wèn)題，實(shí)現了電池巡檢的數字化管理。該設計具有設計經(jīng)濟、調試智能、運行穩定可靠等優(yōu)點(diǎn)。

2 UPS中電池組巡檢管理的重要性

UPS電源在工業(yè)、交通、通訊行業(yè)中廣泛應用，實(shí)際應用中將蓄電池進(jìn)行串、并聯(lián)構成蓄電池組來(lái)提高輸出電壓和擴大輸出容量，為確保電池組能正常工作，需要監測蓄電池的工作狀態(tài)。蓄電池單體的電壓和工作電流的臨測是了解蓄電池組工作狀態(tài)的重要手段。UPS的電池組巡檢監控原理是通過(guò)采集電池組的充放電電流及每節電池的工作電壓，經(jīng)數字處理器分析，提示每節電池的工作狀態(tài)，完成先進(jìn)的電池管理功能(包括自動(dòng)均浮充轉換控制、電池預告警關(guān)機、定期自動(dòng)維護、容量檢測、后備時(shí)間預測)，從而提高了電池使用壽命。

3 幾種常見(jiàn)蓄電池巡檢方法的比較

3.1繼電器切換法

通過(guò)輪流驅動(dòng)繼電器(C1到Cn)，采用繼電器的觸點(diǎn)將被測的一個(gè)電池單體接入一個(gè)共用的信號采樣回路(其他的電池兩端懸空)，實(shí)現對電池組中的每一節電池單體的兩端電壓進(jìn)行采樣(如圖1所示),這種方法缺點(diǎn)是繼電器的動(dòng)作速度慢,并存在有限次數的機械壽命與動(dòng)作噪聲。

3.2串行模數轉換器

采用串行模數轉換器ADC把電池電壓轉化為串行格式的數字信號(如圖2所示)，通過(guò)數字光耦隔離傳輸到串行數據總線(xiàn)，由DSP讀回每一數據通道的電池電壓。這種方法，缺點(diǎn)是每一路串行ADC需要獨立的輔助電源，信號調理電路、數字信號隔離結構復雜，并且串行模數轉換器ADC成本偏高。

3．3電阻網(wǎng)絡(luò )

采用電阻構成分壓網(wǎng)絡(luò )，把整個(gè)電池組的各個(gè)電池連接點(diǎn)電壓衰減到電子模擬開(kāi)關(guān)可以接受的程度。該電路最為簡(jiǎn)單，但是該電路測量回路與蓄電池回路并不隔離，存在安全隱患問(wèn)題，并且采用網(wǎng)絡(luò )電阻進(jìn)行梯度衰減會(huì )造成采樣精度遞減。

為了克服現有技術(shù)的不足，本文提出一種利用數字光耦實(shí)現了無(wú)源隔離的蓄電池電壓監測方法。通過(guò)軟件進(jìn)行二次曲線(xiàn)補償來(lái)解決數字光耦的非線(xiàn)性問(wèn)題，并結合線(xiàn)性光耦對電池組整體電壓實(shí)現精確采樣，就可以求解因數字光耦的溫度漂移而造成的巡檢偏差。

4 由數字光耦組成的電池巡檢電路與二次曲線(xiàn)補償

采用數字光耦實(shí)現無(wú)源隔離的蓄電池電壓檢測，無(wú)需輔助電源即可實(shí)現強電與弱電隔離，電路拓樸如圖4所示，具有簡(jiǎn)潔、安全、穩定、經(jīng)濟等特點(diǎn)，但對于模擬信號來(lái)說(shuō)數字光耦的缺點(diǎn)是因為輸入輸出的線(xiàn)形較差，并且隨溫度變化較大，需要對數字光耦的溫度漂移進(jìn)行校正和非線(xiàn)性進(jìn)行補償。

每單元的數字光耦與一個(gè)電阻串聯(lián)后并聯(lián)在蓄電池單體的兩端,流過(guò)光耦的發(fā)光二極管電流的大小與電池單體電壓直接相關(guān)。在實(shí)際應用中，選擇合適的串聯(lián)電阻R的阻值,數字光耦的發(fā)光二極管中通過(guò)的電流IF與光敏接收端得到的電流IC可以認定為二次函數的關(guān)系，光敏電流通過(guò)電阻變化為對應的電壓信號，通過(guò)軟件對數字光耦實(shí)現二次曲線(xiàn)補償來(lái)解決非線(xiàn)性問(wèn)題(如圖5所示)。