蓄電池組在線監(jiān)測(cè)維護(hù)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

1 引言

　　現(xiàn)代通訊設(shè)備及大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)電源系統(tǒng)的可靠性要求很高。目前大部分通訊用開關(guān)電源及計(jì)算機(jī)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(tǒng),蓄電池組作為系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行的最后一道防線,對(duì)其進(jìn)行有效的在線監(jiān)測(cè)、放電和容量測(cè)試,為相關(guān)部門了解蓄電池組的性能提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù),具有特殊的作用和意義。

　　本文以DS80C320 單片機(jī)為核心,設(shè)計(jì)了一種在蓄電池組使用過程中對(duì)電流、電壓、溫度等參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)、對(duì)蓄電池組進(jìn)行恒流放電和容量測(cè)試的多功能監(jiān)測(cè)維護(hù)系統(tǒng)。

　　2 系統(tǒng)工作原理

　　本系統(tǒng)主要有三大功能模塊: 在線參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊、恒流放電控制模塊和電池剩余容量*估模塊。

　　在線參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊實(shí)時(shí)對(duì)各蓄電池的電壓、電流、溫度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。

　　系統(tǒng)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(jié)電池(如圖1 所示),雙刀繼電器S1、S2 起倒相作用,以確保后級(jí)電路的極性一致;整個(gè)蓄電池組的電流則通過霍爾型電流傳感器采集;對(duì)電池溫度的測(cè)量是通過在電池表面安置溫度傳感器實(shí)現(xiàn)的,根據(jù)在線測(cè)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(xiàn)對(duì)蓄電池組的恒流放電,滿足蓄電池組的日常維護(hù)需要。

　　該模塊的原理是通過單片機(jī)控制相應(yīng)的負(fù)載來(lái)給蓄電池放電,難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)電流的連續(xù)可調(diào)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?qū)崿F(xiàn)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,獲取一線性可調(diào)的放電電流(該路電流比其他幾路電流稍大) , 通過對(duì)該路電流與其他幾路電流進(jìn)行組合,即可實(shí)現(xiàn)放電電流的連續(xù)可調(diào), 如圖2 所示。

圖1 在線參數(shù)監(jiān)測(cè)原理

圖2 恒流放電控制原理

　　電池剩余容量*估模塊通過測(cè)試蓄電池的內(nèi)阻,*估蓄電池的剩余容量。

　　由于蓄電池的容量與電池內(nèi)阻存在很強(qiáng)的相關(guān)性,一般而言,電池的容量越大,內(nèi)阻就越小,因此可以通過對(duì)蓄電池內(nèi)阻的測(cè)量,對(duì)電池的容量進(jìn)行在線*估。

　　內(nèi)阻測(cè)量是一個(gè)比較復(fù)雜的過程, 目前常見的方法主要有密度法、開路電壓法、交流法和直流放電法。密度法、開路電壓法、交流法分別由于測(cè)量手段不合適、測(cè)量精度低及測(cè)量值為靜態(tài)值的原因,不適合作為蓄電池內(nèi)阻的測(cè)量方法,本系統(tǒng)采用直流放電法測(cè)量蓄電池內(nèi)阻, 通過對(duì)電池進(jìn)行瞬間大電流放電, 測(cè)量電池上的瞬間電壓降, 繪制出電池的放電曲線, 判斷曲線的變化率, 再結(jié)合用戶輸入的標(biāo)稱電壓和容量值, 得出蓄電池的狀態(tài)。實(shí)際試驗(yàn)證實(shí): 當(dāng)檢測(cè)電流達(dá)到一定值時(shí), 電池的負(fù)載電壓與實(shí)際容量有嚴(yán)格的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。