一種采用自動(dòng)校正的ups蓄電池組巡檢系統的設計

光耦輸出的電壓y是電池電壓x的二次函數,其中由于光耦的離散性對應著(zhù)不同的二次曲線(xiàn)y=ax2+bx。

為了實(shí)現每節電池能進(jìn)行獨立二次曲線(xiàn)補償，采用準確的基準電壓源模擬每節電池充滿(mǎn)時(shí)的電壓(B采樣點(diǎn))和半電壓(A采樣點(diǎn))，ＤＳＰ自動(dòng)收集定標信息，并根據采樣信號的區間可以判斷定標點(diǎn)Ａ或Ｂ實(shí)現自動(dòng)定標，利用A(x1,y1)、B(x2,y2)來(lái)求解二次函數的系數a[i]、b[i]，并將系數保存于非揮發(fā)性記憶體中。完成定標操作后，系統重啟并開(kāi)始初始化，DSP讀回二次函數的系數，通過(guò)二次曲線(xiàn)補償求解到每一節電池電壓Uf[i]，其中i是電池總數單節電池的序號，也就是說(shuō)通過(guò)二次曲線(xiàn)補償后光耦輸出信號與電池的實(shí)際電壓成性線(xiàn)關(guān)系，如圖6所示。

5 數字光耦的溫度漂移校正

溫度對于數字光耦的特性來(lái)說(shuō)有較大的影響，例如光耦發(fā)光二極管的正向導通壓降,光耦右側的光敏三極管的工作點(diǎn)。如圖6所示，當溫度從T1升高到T2時(shí)，光耦輸出的電壓值從y1增大到y2，經(jīng)DSP采樣、二次曲線(xiàn)補償運算得到x2，由于溫度升高，使得計算得到的電池電壓從x1漂移到x2，因此要在較寬的溫度范圍內達到高的測量精度,就必須對溫度變化產(chǎn)生的影響予以補償。

溫度補償的方法有很多，其中典型的方法是采樣得到溫度量，程序查溫度結合電壓補償曲線(xiàn)表實(shí)現補償，缺點(diǎn)是相同數字光耦的特性不一定完全一致，有著(zhù)不同的溫度漂移曲線(xiàn)，在應用工程中N節電池補償曲線(xiàn)表的預建立非常困難，該方案并不理想。

本文溫度補償采用與具體溫度無(wú)關(guān)的補償方法，由于經(jīng)過(guò)二次曲線(xiàn)補償后數字光耦輸出電壓信號與電池的電壓成線(xiàn)性關(guān)系(如圖6所示)，當受溫度漂移時(shí)光耦輸出信號量y2-y1=y4-y3時(shí)，那么電池電壓漂移量x2-x1=x4-x3，也就是說(shuō)數字光耦產(chǎn)生的電池電壓每伏所對應的偏差量(UΔ)是相同的。如果利用線(xiàn)性光耦轉換蓄電池組兩端的準確電壓，就可以求解得到電池電壓每伏所對應的偏差量(UΔ)，從而補償光耦的溫度漂移。

一般地UPS電源都設計有直流母線(xiàn)電壓(電池組電壓)監控電路，由于線(xiàn)性光耦溫度漂移很小，輸入輸出的線(xiàn)形較好，抗干擾能力強，有優(yōu)越的隔離性能，能有效地抑制共模干擾等優(yōu)點(diǎn)，直流母線(xiàn)電壓的采樣電路可以采用線(xiàn)性光耦，為了保證線(xiàn)性光耦的工作，必須提供與采樣信號地隔離的輔助電源。電路拓樸如圖7所示，電池組電壓經(jīng)過(guò)R1與R2分壓后經(jīng)線(xiàn)性光耦輸出得到差分信號u0，經(jīng)后一級運放信號調理得到與電池組電壓成比例的采樣信號U_Ａ。U_Ａ與蓄電池組的電壓成比例，且不受工作溫度的影響，利用U_Ａ與對應每一節電池采樣電壓的累加和UΣ求得總的采樣偏差ΣU_Δ，根據偏差ΣU_Δ計算電池的每伏電壓補償量，就可以得到每一節電池接近真實(shí)的電壓，數學(xué)表達式如式①、②、③所示。

將二次曲線(xiàn)補償后的每一節電池電壓進(jìn)行累加得到U_Σ，其中n是電池組的電池節數。
①

求得因數字光耦的溫度漂移造成的電池組電壓的偏差。

②

利用偏差ΣUΔ計算電池的每伏電壓補償量，就可以得到每一節電池接近真實(shí)的電壓。

③

6 蓄電池工作電流的采樣與分析

判斷蓄電池壽命狀況的最佳測試方法是帶負載測試即容量測試，UPS運行期間可以自動(dòng)關(guān)斷整流模塊輸出，蓄電池組向逆變模塊供電?？紤]到蓄電池組工作在大電流高電壓的危險狀態(tài)，電流檢測采用霍爾傳感器,實(shí)現了電流采樣信號與高電壓的母線(xiàn)隔離(如圖7所示)，當蓄電池組由單節電池串聯(lián)組成時(shí)，直流母線(xiàn)的工作電流就是每節電池的放電電流，結合每一節電池的電壓就能判斷每一節電池的狀態(tài)，并能將信號以ＬＣＤ圖形、文字方式直觀(guān)顯示，也可以串口等通訊方式報告電池狀態(tài)。

圖8

7 結論

采用數字光耦對蓄電池組的單體電池電壓進(jìn)行巡檢，配合一個(gè)線(xiàn)性光耦單元對電池組整體電壓進(jìn)行監測，并利用霍爾傳感器檢測電池工作電流，采用軟件進(jìn)行二次曲線(xiàn)補償，解決了數字光耦的非線(xiàn)性與溫度漂移問(wèn)題，經(jīng)DSP分析電池組的工作電流及電壓就可以推算出蓄電池內部真實(shí)的等效內阻，及時(shí)、有效地報告弱電池和潛在失效電池，保證了UPS系統運行的可靠可性與穩定性。