UPS蓄電池在線(xiàn)監測系統的設計

3 數據處理軟件設計

由圖1可知，上位機需要對采集到的電壓、電流數據進(jìn)行存儲并顯示，同時(shí)對蓄電池的模型參數進(jìn)行識別，求出蓄電池的核電狀態(tài)SOC，以便使用戶(hù)更好的掌握蓄電池的健康狀態(tài)。

3.1 模型參數識別

本文選取二階RC模型為電池模型，如圖6所示，其中Uoc為開(kāi)路電壓，Ro為電池內阻，R1和R2為極化電阻，C1和C2為極化電容，I為流經(jīng)內阻的電流，U是電池端電壓。

該模型在頻域下的狀態(tài)方程為：

將電流I視為系統輸入，電壓U視為系統輸出，故需要辨識的參數有Uoc、Ro、R1、R2、C1和C2。通過(guò)z變換，可將式(2)整理成差分方程的形式：

式中T為采樣時(shí)間。

可見(jiàn)，采用最小二乘法可以辨識出模型的全部參數。

3.2 荷電狀態(tài)(SOC)估計

蓄電池的開(kāi)路電壓與SOC之間的關(guān)系如圖7所示，可知，荷電狀態(tài)在10%～90%范圍內與開(kāi)路電壓之間存在一定的線(xiàn)性關(guān)系，文獻指出蓄電池的開(kāi)路電壓與SOC之間存在如下關(guān)系：

式中Voc為開(kāi)路電壓，Va為蓄電池充滿(mǎn)電時(shí)的開(kāi)路電壓，Vb為蓄電池充分放電時(shí)的開(kāi)路電壓。

因此通過(guò)測量開(kāi)路電壓就可直接得到SOC，由于蓄電池的開(kāi)路電壓可以通過(guò)最小二乘法估計出來(lái)，通過(guò)式(8)可得到蓄電池的荷電狀態(tài)。

4 實(shí)驗結果與分析

為了說(shuō)明本系統的可行性，搭建了一套基于A(yíng)RM的蓄電池在線(xiàn)監測系統，并對12 V、45 Ah蓄電池充電過(guò)程進(jìn)行試驗。硬件檢測電路如圖8所示，上位機檢測界面如圖9所示。系統運行過(guò)程中，界面顯示每一個(gè)電池的健康狀態(tài)、工作狀態(tài)及SOC，點(diǎn)擊某一電池即可顯示其詳細狀態(tài)，此時(shí)蓄電池的監測狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)如表1所示。

由表1可知，本文設計出的系統可以準確的估計出蓄電池健康狀態(tài)。

5 結論

文中設計了一種基于A(yíng)RM的蓄電池在線(xiàn)監測系統，該系統可在線(xiàn)隔離監測蓄電池的電壓和電流，同時(shí)將這些量通過(guò)CAN總線(xiàn)傳輸到上位機電腦顯示并存儲，利用最小二乘法識別出蓄電池模型的參數，并估計出蓄電池的荷電狀態(tài)。該系統能夠直觀(guān)的顯示蓄電池當前的各個(gè)狀態(tài)，并形象的顯示狀態(tài)的變化趨勢，以便使用戶(hù)準確判斷電池的健康狀態(tài)，從而延長(cháng)電池的壽命，提高UPS系統的穩定性能。